第3章 通信网

1、第3章 通信网 计算机与通信工程学院 信息技术信息技术 辽宁石油化工大学 3.1 通信概论 通信的任务是克服距离的限制，及时准 确地完成信息在空间上的传递。 现代社会已经跨入信息时代，对通信的 要求也与日俱增。 3.1.1 通信技术发展概况 1838年摩尔斯发明有线电报 1876年贝尔发明电话 1896年马可尼发明无线电报 1948年仙农提出了信息论 1961年发明集成电路 3.1.1 通信技术发展概况 19601967年数字传输理论和技术迅速发展 19701980年大规模集成电路、商用卫星通信、程控数 字交换机、光纤通信系统、微处理机等得到迅速发展 20世纪80年代超大规模集成电路、长波长光

2、纤通信系统 20世纪90年代蜂窝移动电话通信得到迅速普及 3.1.2 通信系统的组成 通信的任务是在空间上传递信息。 传递的信息有声音、文字、符号、音乐、 图像和数据等。 实际系统中主要采用以电信号的形式来 传递信息的方式。 将信息从一个地方的发信者传递给另一 个地方的收信者，此间所需要的一切技 术设备的总和，统称为通信系统。 3.1.2 通信系统的组成 信源：信息的产生者。根据信源输出信息的 不同可分为模拟信源和离散信源。 编码器：也称作发信机，其功能是将消息转 换成适合于信道传输的信号。 信道：信号的传输媒介，信号是通过信道传 送到接收端的。传输媒介可以是有线，也可 以是无线。 译码器：也

3、称作接收机，实现与编码器对应 部分相反的功能，即从信号中恢复消息。 信宿：包括人和设备，其功能是接收信息。 3.1.5 性能度量和技术指标 传输信息的有效性和可靠性是通信系统最主 要的质量指标。 有效性：在给定信道内能传输的信息内 容的多少； 可靠性：接收信息的准确程度。 模拟通信系统的有效性可用有效传输频带来 度量，可靠性用接收端输出信噪比来度量。 数字通信系统，有效性可用信息传输速率来 衡量。可靠性可用传输错误率来衡量。 3.2 通信网概论 有将众多的通信系统按一定拓扑结构组合在 一起，实现某一区域内任意两个终端用户的 相互连接才构成通信网。模拟通信系统的有 效性可用有效传输频带来度量，可

4、靠性用接 收端输出信噪比来度量。 通信网由各种终端设备、交换设备、传输设 备以及有控制和管理网络运行的软件组成。 通信网络可以支持广泛的通信业务，必须建 立一种网络的体系结构或规则。 3.2.1 通信网发展概况 20世纪60年代初，采用数字传输和交换的电话网 20世纪60年代后期，逐渐形成了综合通信和计算机两大 技术的计算机通信网 20世纪80年代开始：第一代基于频分多址(FDMA)技术 的模拟蜂窝移动通信网。目前，正处于从第二代(2G)向 第三代(3G)过渡的时期。2G无线传输主流技术基于时分 多址(TDMA)技术的GSM和基于码分多址(CDMA)技术。 3G无线传输主流技术是WCDMA、C

5、DMA2000和具有 中国知识产权的TDSCDMA技术。 未来的移动通信提供更高的数据速率，更好的业务 质量(QoS)，更大的网络容量和更广阔的覆盖范围。 3.2.1 通信网发展概况现代通信的基本特征 信源多样化 语音、电报、传真、图像、电视、 计算机数据等各种数据形式出现在通信中，要求 各种类型的消息能够融合在一个统一的通信网中。 传输手段多样化 对多业务和移动性的需求需要 各种传输手段以及它们的综合应用。 计算机广泛应用 在通信、广播、信号处理、控 制、管理等领域，计算机无处不在。 通信业务量激增，通信质量要求愈来愈高 用户 对通信的频次和质量要求提高。 3.2.1 通信网发展概况通信网的

6、发展趋势 宽带化 智能化 个人化 综合化 3.2.1 通信网发展概况三大通信网的特点 公众电话网： 可高质量地支持话音业务，网络的效率不 高，不能很好地支持高速数据和多媒体业务， 满足快速发展的市场需求。目前，电信运营商 已经开始考虑从单一电信运营商向综合信息服 务商转型。 3.2.1 通信网发展概况三大通信网的特点 有线电视网： 实时性和宽带能力较好，但是不支持双向 通信，无统一的技术标准和网络管理体系。目 前基于IP网络来传输电视(IPTV)成为电信运营 商和广电部门都普遍看好的新业务，通过广电 网与公众电话阿的结合实现IPTV业务已经成为 一个新的研究热点。 3.2.1 通信网发展概况三

7、大通信网的特点 计算机网络： 虽能很好地支持数据业务，但实时性、服 务质量(QoS)差，不能支持电话和实时图像业务， 网络管理的安全性不够。互联网要想成为真正 意义上的电信级业务网，还需要解决许多技术 难题。 3.2.1 通信网发展概况三大通信网的特点 三种网都在逐步演变，使自己具备其他两网 的优点，技术上取长补短，业务上也在相互 渗透。 从长远发展的角度看，基于全IP的融合网络 是通信网的发展方向。 3.2.2 通信网分类 按业务分类：电话网、电报网、数据网、传真网、 计算机网、广播电视网、蜂窝移动电话网、互联 网。 按传输手段分类：电缆网、光纤网、短波通信 网、微波中继网、卫星通信网和移动

8、通信网等。 按照传输信号的形式分类：模拟通信网、数字 通信网和模拟/数字混合通信网。 按使用范围分类：按照网络覆盖的物理范围来划 分，通信阿络可以划分为本地网、国家网和国际 网。 3.2.2 通信网分类 按运营模式分类：通信网按运营方式不同可划分 为公用网和专用网。 按网络功能分类：通信网的功能层次由几部分 完成：传送网(包括骨干传送网和接入网)、业务 网、支撑网(包括信令网、同步网和网络管理网) 等。 按网络的拓扑结构分类 通信网的拓扑结构主要 有全连接网和转接互联网两大类。 3.2.3 通信网的拓扑结构 为了相互进行通信，最简单的方法是用户间直接 互联。这种方式不用交换，用户各自与其他用户

9、 都存在直达线路，称为全连接网。对需要与许多 节点同时通信，且业务量十分大的网，全连接仍 然可行，卫星通信系统中各地面站之间采用全联 结网结构。 为了节省线路的巨额成本，将通信用户之间通 过交换机连接，无需通信双方的直接互联，就 形成了主要由传输链路相互连接起来的网络交 换机或交换节点组成的通信网。 3.2.4 通信网的组成与基本功能组成 各种终端设备 交换中心 复用器 连接器 控制和管理网络运行的软件(如标准、信令、协议) 3.2.4 通信网的组成与基本功能基本功能 基本用户业务网络为其用户提供的基本服务。 终端连接到网络的末端系统。 信息表示网络处理的信息格式。 协议转换使具有不同协议和控

10、制方法的终端 用户能够相互通信。 传输系统通过物理介质传进信息的手段。 交换方式在通信线路之间转移信息流的方法，为通 信双方提供信息交换通路。 3.2.4 通信网的组成与基本功能基本功能 寻址(路由选择)确认网络节点的方式 寻径在始节点和目的节点之间选择一条最佳通路。 复用将多个连接或多个信息流接入到共享线路上 流量控制机制用于保证信息流平稳地通过网络 拥塞控制或过载控制机制 网络管理 其中包括网络性能监测、故障检测与排 除、网络资源配置、网络信息计费及网络信息的访问控 制、网络安全保证等。 3.2.5 电话网和互联网 基于电路交换的电话网(包括公众电话网和蜂 窝移动网)的基本任务是提供电话业

11、务 互联网(也称因特网)为其末端用户提供业务 是建立在分组交换的能力基础上的。 3.2.5 电话网和互联网电话网与电路交换 电路交换是最早出现的一种交换方式，电路 交换的基本过程包括呼叫建立阶段、信息传 送(通话)阶段和连接释放阶段。电路交换是 一种实时交换，当任一用户呼叫另一用户时， 通过呼叫建立在两个用户问建立电路连接； 如果没有空闲的电路，呼叫就不能建立而遭 受损失。因此系统应配备足够的连接电路， 使呼叫损失率不超过规定值。 3.2.5 电话网和互联网电话网与电路交换 电路交换的特点 要在通信的用户间建立专用的物理连接 通路： 对通信信息不作处理(信令除外)，而是 原封不动地传送。 对传

12、送的信息无差错控制措施。 用基于呼叫损失制的方法来处理业务流 量，过负荷时呼损率增加，但不影响已 建立的呼叫。 3.2.5 电话网和互联网电话网与电路交换 电路交换的特点 电路交换的主要优点是实时性强、QoS 有保障； 主要缺点是电路利用率低。 另一个缺点，就是通信过程中必须保持 整个连接的状态信息，一旦链路中交换 节点或传输线路的某一部分出现问题， 通信就会中断。 3.2.5 电话网和互联网互联网与分组交换 计算机网络的基本业务是在与网络相连的任 意两台计算机之间传送信息。对计算机网络 的附加要求是对允许进入网络的消息长度有 限制，因为很长的消息将使排队处理的等待 时间太长。分组交换就是要解

13、决这个问题， 这种网络传输的信息块长度是可变的，并规 定了某一允许的最大值。用户信息不是只放 在一个分组里，而是分割成段，放到不同的 分组中。 3.2.5 电话网和互联网互联网与分组交换 在分组交换中，利用两种基本的寻址和转发 方法，产生了两种相应的分组传送模式，第 一 种 是 无 连 接 分 组 传 送 或 称 数 据 报 (Datagram，简称DG)，即每个分组独立寻 址，与其他分组无关。第二种是首先建立端 到端的虚电路(Virtual Switching，简称VS)， 然后沿此虚电路转发所有的分组。 3.2.5 电话网和互联网互联网与分组交换 为了在互联网中提供无连接分组传送，开发 了

14、网络互联协议(Internet Protocol，简称 IP)。在IP网中，各子网通过专门的分组交换 机互联，这种交换机就是网关或路由器，IP 路由器直接在互联网中传送IP分组。路由确 定后，分组被存于缓冲器中等待传送到下一 网络。 3.2.5 电话网和互联网互联网与分组交换 利用数据报传进单独信息块的方法可以支持 很多应用，但也有许多应用要求正确可靠地 按 次 序 传 送 信 息 流 。 传 输 控 制 协 议 (Transmission control Protocol，简称TCP) 实现在无连接的IP层之上两末端主机间信息 流的可靠传送。TCP为进行可靠的和按次序 的传输，提供了一种有效

15、的控制机制。它在 端到端的基础上提供差错与流量控制，可以 处理由于丢失、延时或错误IP分组所出现的 问题。还包括当检测到拥塞时，降低向互联 网发送信息速率的机制。 3.2.5 电话网和互联网互联网与分组交换 互联网利用无连接分组交换，能绕过故障点， 重新寻找路由，从而具有健壮性。无连接分 组交换需要花费能力来传送各分组中的头部 信息，这种开销减少了可用于传输用户信息 的能力。一方面，无连接分组交换避免了电 路交换的呼叫建立延时，而且不需要保持连 接的任何状态信息；另一方面，对每个分组 都要进行处理，以确定其路由。 3.2.5 电话网和互联网互联网与分组交换 分组交换的特点 分组交换采用存储转发

16、方式，与电路交 换的原理不同，不需要提供通信双方的 物理连接。 分组交换将用户要传送的信息分割为若 干个分组，每个分组中有一个分组头， 含有可供选路的信息和其他控制信息。 分组交换节点对所收到的各个分组分别 处理，按其中的选路信息选择去向，以 发送到能到达目的地的下一个交换节点。 3.2.5 电话网和互联网互联网与分组交换 分组交换的服务方式 虚电路方式，就是在用户数据传送前先通过 发送呼叫请求分组，建立端到端之间的虚电 路；一旦虚电路建立后，属于同一呼叫的数 据分组均沿着这一虚电路传送，最后通过呼 叫清除分组来拆除虚电路。 数据报方式不需要预先建立逻辑连接，而是 按照每个分组头中的目的地址对各个分组独 立进行选路。由于不需要建立连接，也称为 无连接方式。