北邮王晓湘教授-信息工程导论课件——信息通信网络2015

1、第四讲第四讲 信息通信网络信息通信网络 4.1.1 信息通信网概述 4.1.2 信息通信网分类 4.1.3 通信网拓扑结构 4.1.4 通信网基本功能 4.1.5 通信网协议 4.1.6 通信网发展方向 2021/7/161 信息通信网络 信息通信网概述 60年代初，采用数字传输和交换的电话网投入使用，主 要有两种数字载波系统： 24路64kb/s语音信道，总速率为1.544Mb/s的T1传输系 统； 30路64kb/s语音信道，总速率为2.048Mb/s的E1传输系 统。 PCM编码将模拟信号进行8000Hz的抽样，每抽样值量 化编码成8b经数字传输后，接收端再复原成本来的模拟 信号。 60

2、年代后期，计算机也成了用户终端，因此就形成了一 个综合通信和计算机两大技术的计算机通信网。 2021/7/162 信息通信网络 信息通信网概述 自从上世纪80年开始建设第一代基于频分多址（FDMA）技术 的模拟蜂窝移动通信网，以后移动通信的发展异常迅速，成为 现代通信最为活跃的通信方式。 2G无线传输主流技术是基于时分多址（TDMA）技术的GSM和 基于码分多址（CDMA）技术的IS95。 3G无线传输主流技术是WCDMA、CDMA2000和具有中国知识 产权的TD-SCDMA技术。CDMA和分组传送是公认的3G核心 技术。 2021/7/163 信息通信网络 2021/7/16 信息通信网络

3、 4 通信系统通信系统是从空间的一点到另一点传送信息（点是从空间的一点到另一点传送信息（点 对点）对点） 通信的基本问题通信的基本问题是在一点精确地或近似地恢复是在一点精确地或近似地恢复 另一点所选择的消息。另一点所选择的消息。 通信网通信网是通信系统的系统。（多点通信）是通信系统的系统。（多点通信） 2021/7/16 信息通信网络 5 信道 信源 译码译码器器编码编码器器 信宿 噪声 通信系通信系统统模型模型 信信号号 信信号号加噪加噪声声 消息消息消息消息 信息通信网概述 2021/7/166 信息通信网络 优点优点缺点缺点 电话网有质量地支持话音业 务 1.带宽有限 2.不能很好地支持

4、高 速数据和多媒体业务 有线电视网实时性和宽带能力较 好 1.不支持双向通信 2.无统一的技术标准 和网络管理体系 计算机网络很好地支持数据业务1.实时性、服务质量 （QoS）较差 2、网络管理、安全 性和计费等不够 4.1.1 信息通信网概述 4.1.2 信息通信网分类 4.1.3 通信网拓扑结构 4.1.4 通信网基本功能 4.1.5 通信网协议 4.1.6 通信网发展方向 2021/7/167 信息通信网络 按使用范围分类-城域网，局域网和个域网，广域网 按业务类型分类-电话网，计算机网，广播电视网， 综合业务网，蜂窝移动电话网、互联网（Internet） 按服务特性分类-专用网，公用网

5、 按使用环境分类-陆地通信，海上通信，空中通信 按使用对象分类-民用系统，军用系统 按传输手段分类-电缆网、光纤网、短波通信网、微 波中继网、卫星通信网和移动通信网 2021/7/16 信息通信网络 8 信息通信网分类 信息通信网分类 按网络功能分类 电信骨干传送网：实现模式可有SDH、ATM、光波分复 用网络等，电信传送网为公共的数字传输平台或信息高 速公路。 业务网：为用户提供各种业务，支撑网保证业务网正常 运行并为其提供支撑服务。 电信支撑网：主要是保障网络正常运行，提高网络的服 务质量，增强网络功能。 接入网：接入网（AN）是连接骨干传送网与用户或用 户本地网的桥梁，分为有线接入和无线

6、接入。 2021/7/169 信息通信网络 2021年7月16日10 信息通信网分类 接入网 核心网 有线接入 无线接入 卫星接入 高空平台 蜂窝接入 微波接入 FWA, WLL WLAN PDN接入 通信网 光纤接入 PON，APON FTTB/C/H/R 混合光纤同轴网 Cable Modem DSL (ADSL,HDSL) 信息通信网络 4.1.1 信息通信网概述 4.1.2 信息通信网分类 4.1.3 通信网拓扑结构 4.1.4 通信网基本功能 4.1.5 通信网协议 4.1.6 通信网发展方向 2021/7/1611 信息通信网络 通信网拓扑结构 通信网络在信源与信宿之间传送信息块或

7、信息流。 信源在t0时刻发出的信息流或信息块经网络的传送在t2 时刻能够无差错的到达信宿，t2-t0为信息通过网络的时 延。 网络必须能提供用户间的连接，这一基本功能由传输系 统和交换系统提供。 2021/7/1612 信息通信网络 通信网拓扑结构 采用图论的方法描述：通信网由链路和节点组成。 传输线路统称为链路：双绞线、电缆、无线电或光纤等各种 传输媒介传输信息。 通信设备统称为节点：交换中心、集中器、复用器、终端等 通信设备。 传统电话网的电路交换节点是程控交换机，数据网的分组交 换节点是具有存储转发功能的处理机。 2021/7/1613 信息通信网络 通信网拓扑结构 通信网的拓扑结构有全

8、连接网和转接互连网两大类共五种情况 (a)全连接网 (b)星型网 (d)环型网 (c)复合网 (e)总线型网 2021/7/1614 信息通信网络 实际电信系统中广泛采用星型网和复合网形式。 环形网和总线型网在计算机网络中应用较广,要求各节点 或总线终端节点具有较强的信息识别和处理能力。 2021/7/16 信息通信网络 15 通信网拓扑结构 通信网拓扑结构 一个交换机连接多个用户 全连接网星型接入网 2021/7/1616 信息通信网络 由传输链路相互连接起来的网络交换机或交换节点组成通信网 通信网拓扑结构 复用器连接两个接入网 2021/7/1617 信息通信网络 等级式网络拓扑 A 城域

9、网 城域网A由接 入子网a，b， c，d构成 ab dc 2021/7/1618 信息通信网络 等级式网络拓扑 1 2 3 国家网由地区子网 1，2，3构成 城域网A是地区 子网1的一部分 国家网 2021/7/1619 信息通信网络 2021-7-16 信息通信网络 20 通信网拓扑结构 2021-7-1621 通信网拓扑结构 2021年7月16日22 移动通信的网络拓扑 基站通过传输链路和交换机相连，交换机再通过传输链 路与固定的电话网络相连。 信息通信网络 2021年7月16日23 多服务区移动通信网络 通信网概论 4.2.1 通信网的发展概况 4.2.2 通信网的分类 4.2.3 通信

10、网的拓扑结构 4.2.4 通信网网基本功能 4.2.5 通信网协议 4.2.6 通信网发展方向 2021/7/1624 信息通信网络 通信网基本功能 通信网的基本功能：传输、信息表示、交换（包括寻址 与转发）、复用、流量控制、拥塞控制和网络管理。 传输：通过物理介质传送信息的手段。 信息表示：网络处理的信息格式。 交换：在通信链路间转移信息流的方法，为通信双方提 供信息交换通路。 复用：将多个连接或多个信息流接入到共享线路上的方 式，实现终端用户和传送网络间的信息速率匹配。 流量控制。为避免信息拥塞有效地利用网络资源，节点 之间实行流量控制。 基本用户业务和承载业务：网络为用户提供的基本服务

11、2021/7/1625 信息通信网络 通信网基本功能 网络交换节点基本功能： 为信息提供转接。 寻址：确认网络节点的方式，目的是保证被传输的信息 能够正确到达目的地。 寻径：也称路由选择。在始节点和目的节点之间选择一 条最佳通路。当通信链路出现故障或发生拥塞时，能提 供迂回路由。为各子网提供接口，实行信息收发，并保 证必须的传输状态。 协议转换：使具有不同协议和控制方法的终端用户能够 相互通信。 实现网络监视和管理的功能。 2021/7/1626 信息通信网络 功能功能电话网电话网互联网互联网 基本用户业务基本用户业务双向实时的话音信号计算机间的数据和信息流业务 交换方式交换方式电路交换无连接

12、分组交换 终端终端电话、Modem计算机 信息表示信息表示模拟话音或PCM数字话音任何二进制信息 传输系统传输系统各种介质上的模拟与数字传输各种介质上的数字传输 寻址方式寻址方式等级式编号制度层次地址空间 寻径（路由选择）寻径（路由选择）呼叫建立期间选择路由每个分组独立寻址 复用方式复用方式同步时分复用统计时分复用、共享介质访问网络 2021/7/1627 信息通信网络 通信网基本功能 通信网基本功能 通信网组成： 硬件部分：终端设备、交换中心（路由器）、复用器、 连接器、传输线路。 软软件部分：有控制和管理网络运行的软件（如标准、信 令、协议）。 协议：协议现代通信网中必不可少的支撑条件，它

13、直接 决定了网络的性能。保证网络正确合理运行，使用户间 能够快速接续并有效的相互交换信息，达到一定的通信 质量，运行可靠性和信息透明性等的要求。 2021/7/1628 信息通信网络 2021年7月16日29 GSM数字蜂窝移动通信网络架构 基站 BTS 移动交换机 MSC 基站控制器 BSC 数据库 VLR/HLR 网络管理 公共电话网 PSTN 基站控制器 BSC 基站 BTS 基站 BTS 基站 BTS 手持机 HS MS 移动台 MS 移动台 2021年7月16日30 GSM网络设备基本功能 MSC （Mobile Switching Center） 路由选择管理 具体包括：连接的建立

14、、管理和拆除（MS-PSTN， PSTN- MS，MS-MS）；基站协调，例如信道分配、切换等 计费和费率管理 业务量管理 向HLR发业务量和计费信息 信息通信网络 2021年7月16日31 MS （Mobile Station） 通过接入PLMN（公众陆地移动通信网）得到通信服务的用户设备。 组成：收发设备、天线、控制电路 类型：车载台，便携台和手持台。 BS （Base Station） 在蜂窝区内建立无线电覆盖的设备，负责管理无线资源和与移动用 户建立无线链路，传送网络的各种信令以及用户信息等。 组成 ：基站发收信机（BTS） 和基站控制器（BSC） GSM网络设备基本功能 信息通信网络

15、 2021年7月16日32 HLR 对已登记的所有用户的参数进行管理、修改等 对每个用户计费管理 VLR的更新 VLR 是一个动态数据库，对访问的移动台管理 移动台漫游号的管理（临时移动台标识管理） HLR的更新 管理MSC区，位置区和基台区 管理无线电信道(如信道分配标，动态信道分配管理，信道阻 塞状态) GSM网络设备基本功能 信息通信网络 通信网概论 4.2.1 通信网的发展概况 4.2.2 通信网的分类 4.2.3 通信网拓扑结构 4.2.4 通信网基本功能 4.2.5 通信网协议 4.2.6 通信网发展方向 2021/7/1633 信息通信网络 34 OSI参考模型 应应用用层层 表

16、示表示层层 会话层会话层 运输层运输层 网络层网络层 数数据据链链路路层层 物理物理层层 主机主机A A 网络层网络层 数数据据链链路路层层 物理物理层层 路由器路由器1 1 网络层网络层 数数据据链链路路层层 物理物理层层 路由器路由器n n 应应用用层层 表示表示层层 会话层会话层 运输层运输层 网络层网络层 数数据据链链路路层层 物理物理层层 主机主机B B 应应用用层协议层协议 表示表示层协议层协议 会话层协议会话层协议 运输层协议运输层协议 P P3 3 P P2 2 P P1 1 P P3 3 P P2 2 P P1 1 内内部子部子网网 协议协议 2021/7/16 信息通信网络

17、 OSI各层的功能 2021/7/1635 信息通信网络 应用层应用层与用户应用进程的接口与用户应用进程的接口 “做什么做什么” 表示层数据格式的转换 “对方看起来像什么” 会话层会话管理与数据传输同 步 “该谁讲话”，“从哪儿 讲起” 传输层端到端可靠的数据传输 “对方到哪儿” 网络层分组传送，路由选择， 流量控制 “走哪条路可以到达对 方” 数据链路层相邻节点间无差错传输 帧 “每一步该怎么走” 物理层在物理媒体上透明传输 “怎样利用物理媒体” 2021-7-16 信息通信网络 36 OSI参考模型 2021-7-1637 OSI参考模型 信息通信网络 Um E 接口协议 MSC与公共电话

18、网（PSTN）TUP、MTP MSC与分组交换公共数据网ISUP、MTP MSC与VLR、HLR、EIRMAP、TCAP、SCCP MSC与BSCBSSAP、SCCP和MTP MSC与MSCDTAP BSC与BTSLAPD 2021-7-16信息通信网络 通信网概论 4.2.1 信息通信网概述 4.2.2 信息通信网分类 4.2.3 通信网拓扑结构 4.2.4 通信网基本功能 4.2.5 通信网协议 4.2.6 通信网基本指标 2021/7/1639 信息通信网络 通信网发展方向 转接的任意性 传输的可靠性 信息的透明性 质量的一致性 网络的灵活性 经济的合理性 2021/7/1640 信息通信网络 通信网的发展方向 数字化 综合化 宽带化 智能化 个性化 全球化 2021/7/1641 信息通信网络 个人化 个人化:也叫个人通信,是指用户能在任何时间、任何地