综合业务数字网3课件

第6章综合业务数字网32022/11/23第6章综合业务数字网3第6章综合业务数字网32022/9/24第6章综合业务数字网6.1窄带综合业务数字网众所周知，通信网的两个重要组成部分是传输系统和交换系统。当一种网络的传输系统和交换系统都采用数字系统时，就称为综合数字网（IntegratedDigitalNetwork，IDN）。这里的“综合”是指将“数字链路”和“数字结点”合在一个网络中。如果将各种不同的业务信息经数字化后都在同一个网络中传送，这就是综合业务数字网（IntegratedServicesDigitalNetwork，ISDN）。这里的“综合”既指“综合业务”，也指“综合数字网”。第6章综合业务数字网36.1窄带综合业务数字网众所周知，通信网的两个重要组成部分6.1.1N-ISDN的概念1.ISDN的由来(1)综合数字网(IDN)IDN是以64kbit/s的PCM信道为基础，把数字时分电话交换和数字时分复用传输综合起来的数字电话网。IDN实现从本地交换节点至另一端本地交换节点间的数字连接，但并不涉及用户接续到网络的方式，IDN概念示意图如图6-1所示。图6-1IDN示意图第6章综合业务数字网36.1.1N-ISDN的概念1.ISDN的由来图6-图6-2IDN通信网第6章综合业务数字网3图6-2IDN通信网第6章综合业务数字网3IDN的缺点1.经济性差：各种网络互不兼容，终端和接入设备专用，增加用户投资；2.效率低：专网专用，难以互通，资源利用率低;3.用户使用不方便：各种网络标准不同、号码不同、接入过程不同；4.管理复杂：不同网络由不同的网络管理部门管理，增加业务困难。为了克服IDN的上述缺点，必须从根本上改变网络的分立状况，用一个单一的网络来提供各种不同类型的业务，由此发展了综合业务数字网(ISDN)。第6章综合业务数字网3IDN的缺点第6章综合业务数字网3(2)ISDN1984年CCITT通过了I系列建议书，对综合业务数字网ISDN的定义为：“ISDN是由电话IDN发展起来的一个网络，它提供端到端的数字连接以支持广泛的服务，包括声音和非声音的，用户的接入是通过有限的多用途用户网络接口标准实现的”。ISDN定义强调的要点是：

①ISDN是以电话IDN为基础发展起来的通信网；②ISDN支持各种电话和非电话业务，包括话音、数据传输、可视图文、智能电报、遥测和告警等业务；③提供开放的标准接口；④用户通过端到端的共路信令，实现灵活的智能控制。第6章综合业务数字网3(2)ISDN第6章综合业务数字网3ISDN提供的开放系统第6章综合业务数字网3ISDN提供的开放系统第6章综合业务数字网32.ISDN的组成与特点用户信息用户信息ISDN交换机ISDN交换机终端分组交换能力电路交换能力无交换连接能力公共信道信令能力终端用户－用户信令用户－网络信令用户－网络信令ISDN网络图6-4ISDN的组成示意图第6章综合业务数字网32.ISDN的组成与特点用户信息用户信息ISDNISDNISDN包含了七个主要功能：

(1)本地连接功能；(2)64kbit/s电路交换功能；(3)64kbit/s专线功能；(4)中髙速电路交换功能；(5)分组交换功能；(6)中髙速专线功能；(7)公共信道信令功能。第6章综合业务数字网3ISDN包含了七个主要功能：第6章综合业务数字网3ISDN的基本特性(1)端到端的数字连接在ISDN中，所有语音、数据和图像等信号都以数字形式进行传输和交换。这些信号都要在终端设备中转换成数字信号，然后通过数字信道将信号送到ISDN交换机，将这些数字信号交换、传输到目的端的终端设备。整个过程中，所有的信号都以数字形式进行传输和交换。如图6-5所示。图6-5端到端的数字连接第6章综合业务数字网3ISDN的基本特性(1)端到端的数字连接图6-5端到ISDN的基本特性(2)综合的业务ISDN支持包括话音、数据、文字、图像在内的各种综合业务。任何形式的原始信号，只要能够转变成数字信号，都可以利用ISDN来进行传送和交换，实现用户之间的通信。ISDN的业务不仅覆盖了现有各种通信网的全部业务，而且包括了多种多样的新型业务。第6章综合业务数字网3ISDN的基本特性(2)综合的业务第6章综合业务数字网3ISDN的基本特性(3)标准的用户一网络接口标准化、多用途的用户—网络接口是ISDN的关键。为保证ISDN用户—网络接口的通用性，ITU建议了几种接口的标准，对于接口上的信道速率、信道组成、插头插座的形状、控制信号格式及通信过程等都有明确的规定。接口标准化促成终端设备的可携性，使不同业务类型、不同厂家生产的设备都可以按照这些ISDN标准连接，方便地接入网络。同时，接口的标准化还简化了网络的管理工作，网络不再关心在一个接口上使用的是哪种类型的终端设备，只管理“接口”本身。第6章综合业务数字网3ISDN的基本特性(3)标准的用户一网络接口第6章综合业务3.ISDN的系列建议国际电信联盟电信标准化组织（ITU-T）关于ISDN协议的描述见下表。协议系列协议的用途E这些协议为建议的ISDN电话网络标准。如，E.146协议描述了ISDN的国际地址。I这些协议主要涉及概念、术语和一般的方法。I.100系列包括了ISDN的基本概念和其他I系列建议的结构；I.200系列涉及有关ISDN服务的方面；I.300系列描述了网络结构和运行；I.400系列描述了用户-网络接口特性；I.600系列描述了维护原则以及操作和其他特性。Q这些协议覆盖了有关交换和信令的运行部分。“信令”在这里的意思是指呼叫设置的处理。Q.921描述了ISDND信道上链路访问规程(LAPD)的数据链路进程，类似于OSI模型的第2层功能。Q.931制定了OSI参考模型的第3层功能。第6章综合业务数字网33.ISDN的系列建议国际电信联盟电信标准化组织（ITU-6.1.2ISDN的网络结构与功能结构ISDN协议的结构模型该模型基于OSI模型，ITU-T为ISDN协议设计了一个立体的结构模型，如图6-6所示。这个模型包含了一个ISDN终端或网络节点所包含的全部协议。图6-6ISDN的结构模型第6章综合业务数字网36.1.2ISDN的网络结构与功能结构ISDN协议的结构该模型由3个平面组成，对应3种不同类型的信息:(1)控制平面(C)，是关于控制信令的协议，它覆盖了所有对呼叫和到网络性能的控制，共分7层。(2)用户平面(U)，是关于用户信息的协议，它覆盖了在用户信息传送信道上实行数据交换的全部规则，也分7层。(3)管理平面(M)，是关于终端或ISDN节点内部操作功能的规则，不分层。一般说来，C平面和U平面都可以通过原语和M平面进行通信，由M平面中的管理实体协调C和U之间的动作。C和U之间不直接通信。第6章综合业务数字网3该模型由3个平面组成，对应3种不同类型的信息:第6章综合业务用户—网络接口协议用户终端设备和网络间的控制协议结构如图6-7所示。该接口上的信道主要有两类：B信道和D信道图6-7用户网络接口协议结构第6章综合业务数字网3用户—网络接口协议图6-7用户网络接口协议结构第6章综合在第1层上，因为B信道和D信道复用在同一个物理传输媒体上，所以这两种信道使用相同的协议：ITU-T的I.430和I.431建议分别是基本速率接口和一次群速率接口的第1层协议。第2层向上，B信道和D信道开始使用不同的协议。第3层的协议和D信道上传送的信息种类有关：呼叫控制信令协议是I.451分组数据使用X.25第3级协议。D信道的高层(4～7层)可能会有一些提供端到端用户信令的功能，具体协议有待进一步确定。第6章综合业务数字网3在第1层上，因为B信道和D信道复用在同一个物理传输媒体上，所2.ISDN的网络结构ISDN的一般结构如图6-8所示。它由用户网络、局域网络和传输网络三部分组成。图6-8ISDN的网络结构第6章综合业务数字网32.ISDN的网络结构ISDN的一般结构如图6-8所示。它(1)用户网络：用户所在地的设备及接口，如终端设备TE、终端适配器TA、网络终接设备NT等。(2)局域网络：包括一个本地交换机（即用户环路）内放置的一组设备，其中有网络终端NT和线路终端LT的传输系统，远端复用和分接器（集中器）及交换单元。一个ISDN业务局，它由本地交换机和相关的其他设备构成。(3)传输网络：包括各种功能的传输网络，即窄带传输网、宽带传输网、公共信令传输网以及分组交换网等。64kbit/s电路交换连接的是ISDN的基本功能，此外，还有384kbit/s的中速电路交换功能及大于1.5Mbit/s的高速电路交换功能。第6章综合业务数字网3(1)用户网络：用户所在地的设备及接口，如终端设备TE、终ISDN用户网络接口参考配置图6-9给出ISDN用户/网络接口的参考配置。参考配置是指用参考点和功能群的概念规定了ISDN用户系统的标准结构，是制定ISDN用户出入口的根据。图6-9ISDN用户网络接口的参考配置第6章综合业务数字网3ISDN用户网络接口参考配置图6-9给出ISDN用户/网络接接口速率(1)基本速率接口－BRI(BasicRateInterface)信道结构：(2B＋D)B：64kb/sD：16kb/s净速率：2B＋D＝2×64kb/s＋16kb/s=144kb/s实际速率＝净速率＋控制信息 U接口＝160kb/sS/T接口＝192kb/s(2)一次群速率接口－PRI(PrimaryRateInterface)信道结构：(30B＋D)或(23B＋D)B：64kb/sD：64kb/s净速率：30B＋D＝1984kb/s 23B＋D＝1536kb/sT/U接口实际速率＝净速率＋控制信息 30B＋D＝2048kb/s 23B＋D＝1544kb/s第6章综合业务数字网3接口速率(1)基本速率接口－BRI(BasicRateBRIDB1B2PRIDB1~B30基本速率数字管道，144kbps一次群速率数字管道，2Mbps第6章综合业务数字网3BRIDB1B2PRIDB1~B30基本速率数字管道，144ISDN具有多种能力，用以承载不同的业务：

(1)电路交换能力；(2)分组交换能力；(3)无交换连接能力；(4)公共信道信令能力。ISDN具有3种不同的信令：

(1)用户－网络信令；(2)网络内部信令；(3)用户－用户信令。第6章综合业务数字网3ISDN具有多种能力，用以承载不同的业务：第6章综合业务数字信道结构信道是提供业务用的传输通道，它表示接口信息传送能力。ISDN的信道可以分成以下几种类型。(1)B信道：用于传送用户信息，传输速率为64kbit/s。B信道上可以建立三种类型的连接：电路交换连接、分组交换连接、半固定连接(等效于租用电路)。(2)D信道：速率为是16kbit/s或64kbit/s，它有两个用途：①它可以传送公共信道信令，而这些信令用来控制同一接口上的B信道上的呼叫；②当没有信令信息需要传送时，D信道可用来传送分组数据或低速的遥控、遥测数据。(3)H信道：用于传送高速的用户信息，如高速传真、图像、高速数据、高质量音响及分组交换信息等。第6章综合业务数字网3信道结构信道是提供业务用的传输通道，它表示接口信息传送能力。接口结构CCITT只规定了两种用户/网络接口，即基本速率接口和基群速率接口。(1)基本速率接口该接口是把现有电话网的普通用户线作为ISDN用户线而规定的接口，是ISDN最基本的用户/网络接口。它由两个传输速率为64kbit/s的B通道和一个传输速率为16kbit/s的D通道构成，通常称为2B+D。其中一个B通道用来传送电话，另一个B通道用来传送数据或传真，D通道用来传送信令或分组数据信息。基本速率接口主要用于一般ISDN用户，可接一般用户终端及办公室设备等。第6章综合业务数字网3接口结构CCITT只规定了两种用户/网络接口，即基本速率接口(2)一次群速率接口由多个B通道和D通道组合或者由H通道和B通道组合构成基群速率接口。基群速率接口主要用于专用用户交换机(PBX)用户及主机接入ISDN。基群的传输速率在日本和美国为1544kbit/s，在中国和西欧等国为2048kbit/s。考虑到基群中所要控制的信道数量比较大，所以规定基群中的D信道的传输速率为64kbit/s。第6章综合业务数字网3(2)一次群速率接口第6章综合业务数字网36.2宽带综合业务数字网窄带ISDN（N-ISDN）是一种试图以数字系统代替模拟电话系统的巨大尝试，这种数字系统既要能适应于话音通信，又要能适应于非话音通信。由于基本速率的接口标准已在世界范围内达成了一致，所以人们以为这将导致对ISDN设备的大量需求，因此会出现大规模生产、规模经济以及廉价的VLSIISDN芯片。不幸的是，这一标准化过程花了许多时间，而这一领域内的技术发展非常迅速，因此当标准最终制定出来时，它已经过时了。第6章综合业务数字网36.2宽带综合业务数字网窄带ISDN（N-ISDN）是一种前述N-ISDN能够提供2Mbit/s以下数字综合业务，具有较好的经济和实用价值。但在当时（即20世纪80年代），鉴于技术能力与业务需求的限制，N-ISDN存在以下局限性：(1)信息传送速率有限，用户－网络接口速率局限于2048kbit/s或1544kbit/s以内，无法实现电视业务和高速数据业务，难以提供更新的业务。(2)其基础是IDN，所支持的业务主要是64kbit/s的电路交换业务，对技术发展的适应性很差。第6章综合业务数字网3前述N-ISDN能够提供2Mbit/s以下数字综合业务，具有(3)N-ISDN的综合是不完全的。虽然它综合了分组交换业务，但这种综合只是在用户入网接口上实现，在网络内部仍由分开的电路交换和分组交换实体来提供不同的业务。即在交换和传输层次，并没有很好地利用分组业务对于不同速率、变比特率业务灵活支持的特性。(4)N-ISDN只能支持话音及低速的非话音业务，不能支持不同传输要求的多媒体业务，同时整个网络的管理和控制是基于电路交换的，使得其功能简单，无法适应宽带业务的要求。第6章综合业务数字网3(3)N-ISDN的综合是不完全的。虽然它综合了分组交换业所以需要一种以高效、高质量支持各种业务的，不由现有网络演变而成，采用崭新的传输方式、交换方式、用户接入方式以及网络协议的宽带通信网，以提供高于PCM一次群速率的传输信道，能够适应从速率最低的遥测遥控(十几bit/s到几十bit/s)，到高清晰度电视HDTV(100Mbit/s～150Mbit/s)或近Gbit/s的宽带信息检索业务，都以同样的方式在网络中传送和交换，共享网络资源。同时与提供同样业务的其他网络相比，它的生产、运行和维护费用都比较低廉，当时CCITT将这种网络定名为宽带ISDN或称B-ISDN。第6章综合业务数字网3所以需要一种以高效、高质量支持各种业务的，不由现有网络演变而6.2.1B-ISDN的该念及特点要形成B-ISDN，其技术的核心是高效的传输、交换和复用技术。人们在研究分析了各种电路交换和分组交换技术之后，认为快速分组交换是唯一可行的技术。国际电联(ITU-T)于1988年把它正式命名为ATM(AsynchronousTransferMode)，并推荐为B-ISDN的信息传递模式，称为“异步传递方式”。ITU-T在I.113建议中定义：ATM是一种传递模式，在这一模式中，信息被组成信元(Cell)；“异步”是指发时钟和收时钟之间容许“异步运行”，其差别用插入/取消信元的方式去调整；“传递模式”是指信息在网络中包括了传输和交换两种方式。第6章综合业务数字网36.2.1B-ISDN的该念及特点要形成B-ISDN，其(1)可以实现网络业务的完全综合化在采用ATM技术的B-ISDN中，不仅可以在用户－网络接口上实现物理线路的综合化，而且在网络内部采用同一交换方式实现不同类型、不同速率的信息交换，通过有效地均衡各种业务所需要的通信带宽，达到支持多媒体通信所需要的多种多样的通信速率。(2)支持高速率的用户信息传输B-ISDN用户－网络接口上用户的最高通信速率可以达到155Mbit/s或622Mbit/s，是N-ISDN的100倍以上，可以提供如HDTV的高速图像业务。第6章综合业务数字网3(1)可以实现网络业务的完全综合化第6章综合业务数字网3(3)能提供丰富多彩的通信业务 N-ISDN主要提供点对点的双向通信（交互通信）业务，B-ISDN除提供交互通信业务外，还提供分配型业务，如电视广播、视频点播(VOD)等。(4)传输及处理的成本低 ATM网络得到高速大容量的同步光纤网(SONET)或同步数字系列(SDH)的支持。采用光传输方式，不仅可提供巨大的传输容量，而且可利用波分复用(WDM)技术，使同一根光纤上传输的容量成倍增加，使得相同容量的光纤传输系统比铜线传输系统成本低得多。第6章综合业务数字网3(3)能提供丰富多彩的通信业务第6章综合业务数字网36.2.2ATM技术1.ATM的基本概念人们习惯上把电信网分为传输、复用、交换、终端等几个部分，其中除终端以外的传输、复用和交换三个部分合起来统称为传递方式(也叫转移模式)。目前应用的传递方式可分为两种：

同步传递方式(STM)：主要特征是采用时分复用，各路信号都是按一定时间间隔周期性出现，接收端可根据时间（或者说靠位置）识别每路信号。

异步传递方式(ATM)：采用统计时分复用，各路信号不是按照一定时间间隔周期性地出现，接收端要根据标志识别每路信号。第6章综合业务数字网36.2.2ATM技术1.ATM的基本概念第6章综合业务ATM的定义ATM的定义：ATM是一种传递模式，在这种模式中，信息被分成信元来传递，而包含同一用户信息的信元不需要在传输链路上周期性地出现。因此这种传递模式是异步的。从这个意义上来看，ATM是采用统计时分复用，各路信号不是按照一定时间间隔周期性地出现，要根据标志识别每路信号。这种转移模式是异步的（统计时分复用也叫异步时分复用）。第6章综合业务数字网3ATM的定义ATM的定义：ATM是一种传递模式，在这种模式中图6-8STM和ATM的时分方式的区别ATM则是用单元字头内的标记符识别信道(标记多路复用)。STM要求有固定的帧周期，用电路交换复用技术，靠帧内时隙的相对位置识别信道第6章综合业务数字网3图6-8STM和ATM的时分方式的区别ATM则是用单元字ATM的特点(1)ATM是面向连接的。

(2)ATM采用异步时分复用。ATM是按需分配带宽的，可以满足不同用户传递不同业务的带宽需要。(3)ATM网取消逐段链路的差错控制和流量控制。ATM协议运行在误码率很低的光纤传输网上，同时预约资源机制保证网络中传输的负载小于子网络的传输能力。(4)ATM信元头部功能被简化。由于ATM网络中链路的功能变得非常有限，故信元头部变得异常简单，依靠信元头部的虚电路标志可以很容易地将不同的虚电路信息复用到一条物理通道上。(5)采用固定长度的短分组。定长比可变长信元的控制与交换更容易用硬件实现，利于向高速化方向发展。第6章综合业务数字网3ATM的特点(1)ATM是面向连接的。第6章综合业务数字2.ATM的基本原理ATM信元ATM的信元具有固定的长度，从传输效率、时延及系统实现的复杂性考虑，CCITT规定ATM信元长度为53字节。信元的结构如图6.7所示。第6章综合业务数字网32.ATM的基本原理ATM信元第6章综合业务数字网3每个信元长度为53个字节。前5个字节为信头(header)；包含有各种控制信息，主要是表示信元去向的逻辑地址，还有一些维护信息、优先级以及信头的纠错码。后面48字节是信息段，也叫信息净负荷，它载荷来自各种不同业务的用户信息。信元的格式与业务类型无关，任何业务信息都经过切割封装成相同长度统一格式的信元分组，在每个分组中加上头标，以到达目的地。信元通过一条虚信道进行传输，路由的选择由信头中的标号决定。第6章综合业务数字网3每个信元长度为53个字节。第6章综合业务数字网3ATM信头结构ATM信头结构有两种类型，如图6.8所示。用于用户---网络接口的信头(UNI信头)用于网络节点接口的信头(NNI信头)第6章综合业务数字网3ATM信头结构ATM信头结构有两种类型，如图6.8所示。第6ATM信头各部分功能GFC：一般流量控制，4bit。在B-ISDN中，为了控制共享传输媒体的多个终端接入而定义了GFC，由GFC控制产生于用户终端方向的信息流量，减小用户侧出现的短期过载。VPI：虚路径标识码。UNI和NNI中的VPI字段分别含有8bit和12bit，可分别标识28条和212条虚路径。VCI：虚信道标识码，16bit。用于虚信道路由选择，它既适用于用户－网络接口，也适用于网络节点接口。故对每个VP定义了216条虚信道。PT：净荷类型指示段，3bit，标识信息字段中的内容是用户信息还是控制信息。

CLP：信元丢失优先级，1bit，表示信元的相对优先等级。HEC：信头差错控制码，8bit，用于信头差错的检测、纠正以及信元定界。第6章综合业务数字网3ATM信头各部分功能GFC：一般流量控制，4bit。在B-IATM基本工作原理1.异步时分复用ATM技术是采用异步时分复用方式的。异步时分复用的概念是：来自不同信源的信息信元用异步时分复用的方式复用，具有同样标志的信元在传输线上并不对应着某个固定的时隙，也不是按周期出现的。也就是说信息和它在时域中的位置没有固定的关系，信息只是按信头中的标志来区分的，这种复用方式称为异步时分复用。ATM的复用方式不是固定时隙分配，而是非周期的信元复用，所以ATM具有动态分配带宽的特点。它适合于传输突发性数据，也就是，如果某一信源的信息量大时，就分配给它较多信元；反之，信息量较小时，就分配给它较少信元；如果没有信息时，就不分配给它信元。所以，异步时分复用又称为统计时分复用。第6章综合业务数字网3ATM基本工作原理1.异步时分复用第6章综合业务数字网32.ATM虚连接ATM是采用面向连接的技术。面向连接的特点是通信过程的实现要有三个阶段，即建立电路连接、数据传输、电路连接的拆除。ATM的电路连接不是固定物理电路的连接，而是采用虚电路连接，称为虚连接。虚连接也称为逻辑信道。ATM的虚连接是由虚信道VC和虚通道VP来实现的。(1)虚信道VC和虚通道VPVC：描述ATM信元单向传送能力，是传送ATM信元的逻辑信道，即子信道。VCI：虚信道标志符。具有相同的VCI的信元是在同一个逻辑信道（即虚通路）上传送的。VP：传送ATM信元的一种逻辑信道。一个VP中包含一组VC。VPI：虚通道标志符。它标识了具有相同VPI的一束VC。第6章综合业务数字网32.ATM虚连接第6章综合业务数字网3VC、VP与物理媒介之间的关系如图6.9(a)所示，图6.9(b)所示是VP与VC的时分复用关系。(b)图6.9VC、VP与物理媒体的关系示意图第6章综合业务数字网3VC、VP与物理媒介之间的关系如图6.9(a)所示，图6.93.ATM交换ATM交换的定义从一条逻辑ATM信道到一条或多条逻辑ATM信道的信息交换；而在该交换过程中，选择可以在许多逻辑ATM信道中进行。逻辑ATM信道以物理端口以及该物理端口上的逻辑信道来表征：逻辑ATM信道=物理端口+物理端口上的逻辑信道物理端口号：表征了物理入线或出线物理端口上的逻辑信道：由虚通路/虚信道标识(VPI/VCI)表征ATM交换功能的组成时分交换、空分交换、信元头交换（翻译）第6章综合业务数字网33.ATM交换ATM交换的定义第6章综合业务数字网3传统交换与ATM交换的差异ATM出现以前的交换方式电路交换：基于STM原理的交换（如电话交换）；分组交换（X.25、帧中继等）。这些技术不能直接适用于ATM交换，主要原因是ATM信息流的统计行为；ATM具有极高的信息处理速度；ATM信元的固定长度；有限的信元头功能；不同用途的ATM交换系统差异很大。第6章综合业务数字网3传统交换与ATM交换的差异ATM出现以前的交换方式第6ATM交换机ATM交换机由5大功能模块组成：入线处理模块、出线处理模块、交换模块，如图6.12所示。图6.12ATM交换机的组成结构第6章综合业务数字网3ATM交换机ATM交换机由5大功能模块组成：入线处理模块ATM交换基本原理6.11ATM交换基本原理在输入链路Il上信头值为x的所有信元都被交换到输出线O1，信头值为k。在输入链路IM上信头值为x的所有信元都被交换