现代通信网分析教学文案

现代通信网分析一、通信网概述2023/1/13现代通信网2023/1/13现代通信网

现代通信是当今社会的3大基础结构（能源、交通、通信）之一。

现代通信网是由一系列设备、信道和规范（或信令）组成的有机整体，使与之相连的终端设备可以进行信息交流。现代通信网所传送的信息分为3大类，即音频、视频和数据，相应地有3类主要的通信技术，即语音通信、图像通信和数据通信，所对应的网络有电信网、广播电视网和计算机互联网。2023/1/13现代通信网

通信网定义：

能够将各种语言、声音、图像、图表、文字、数据、视频等媒体变换成电信号，并且在任何两地间的任何两个人、两个通信终端设备、人和通信终端设备之间，按照预先约定的规则（或称协议）进行传输和交换的网络，就称为通信网。

2023/1/13现代通信网通信网的特点：通信双方既可以进行文字的交流，也可以交换和共享数据信息；通信网络是社会的神经系统，已成为社会活动的主要机能之一，人们希望传递信息安全、可靠；通信网络配有强大功能的通信终端，可为用户提供方便的使用，既可以进行真诚的语音交流，也可以进行富有感情色彩的多媒体信息交流，拉近了人们之间的距离。2023/1/13现代通信网网状网：多个节点或用户之间互连而成的通信网称为网状网，也叫直接互连网（完全或部分互连网）；

星型网：星型网拓扑结构是一种以中央节点为中心，把若干外围节点（或终端）连接起来的辐射式互连结构；

复合型网：复合型网是由网状网和星型网复合而成的网络；

环型网：通信网各节点被连接成闭合的环路；

总线型网：总线型网把所有的节点连接在同一总线上，是一种通路共享的结构；

树型网：是总线网的扩充。

通信网类型2023/1/13现代通信网

通信网可以有各种不同的分类1）按业务类型进行分类：电话网、广播电视网、数据网、传真网、综合业务网、多媒体网、智能网、信令网、同步网、管理网、计算机通信网（局域网、城域网和广域网）等。2）按传输媒介进行分类:有线网（电线、电缆、光缆等）；无线网（长波、中波、短波、超短波、微波、卫星等）。2023/1/13现代通信网

3）按通信通信范围进行分类:本地通信网、市话通信网、长话通信网和国际通信网或局域网、城域网和广域网等。4）按通信服务的对象分类:公用网、专用网。5）按通信传输处理信号的形式分类:模拟网、数字网、混合网。6）按通信的终端分类：固定网、移动网。7）按通信的性质分类：业务网、传输网、支撑网。2023/1/13现代通信网

1、电信网（两大类共十四个网）（1）业务网：公用交换电话网（PSTN）、公用交换分组数据网（PSPDN）、公用陆地移动通信网（PLMN）、窄带综合业务数字网（N-ISDN）、宽带综合业务数字网（B-ISDN）、智能网（IN）、接入网（AN）、多媒体通信网、计算机互连网（InternetandIntranet）、数字数据网（DDN）、同步数字系列传送网（SDH）。2023/1/13现代通信网2023/1/13现代通信网

支撑网：七号公共信道信令网（No.7CCS）、数字同步网、电信管理网（TMN）。

2、广播电视网无线电视网、无线广播网、有线广播电视网（CATV）。

3、计算机网局域网（LAN）、城域网(MAN)、广域网(WAN)、互联网（Intrenet）等。

二、通信网的基本构成2023/1/13现代通信网2023/1/13现代通信网

通信网是整个信息网络的核心，从下图中我们可以看到组成通信网的三个要素：终端设备、传输系统和交换节点，再通过好的网络技术就可以连接成一个通信网络。要完成一个通信过程主要由信源、变换器、信道、反变换器和信宿等部分组成。

2023/1/13现代通信网图

通信网的基本构成示意图2023/1/13现代通信网（1）信源和信宿信源：指发出信息的基本设施。信宿：信息传输的终点，也就是信息的接收者。在有人参与的通信中，信源和信宿指的是直接发出和接收信息的人和终端设备。（2）变换器和反变换器变换器：将信源发出的信息按一定的要求进行变换。通过变换器的变换，信源发出的信息被变换成适合在信道上传输的信息。反变换器的工作过程是变换器的逆工作过程。它们可以通过终端设备（如调制解调器）或边缘交换节点来实现。2023/1/13现代通信网用户环路：用户环路通过UNI连接。干线：也称主干线，是主干网（Backbone）上的某个连接。干线通过NNI连接。信道：是指在两点间的单向或双向通道，它分为逻辑信道、传输信道和物理信道。电路：应该是强调物理层（或节点设备接口）的连接能力，一条电路就是两个或多个节点之间的一个物理路径。链路：应该是与数据链路层有关的连接，由链路控制协议来建立的连接。有时，链路也被统称为通道、线路、电路和通路等。传输系统2023/1/13现代通信网

路由（Route）：应该是与网络层协议有关的行为和动作，是指把数据从一个地方传送到另一个地方的，带有方向性的某个连接通路，通常在信令网、路由器中强调路由的概念。

面向连接（Connection）：两个节点在数据交换或传递之前必须先建立连接，通信结束后要释放。

无连接（Connectionless）：两个节点之间的通信不需要先建立一个连接，靠每个报文携带的目的地址，经系统节点选定的路线传递。2023/1/13现代通信网

接续网络：从金属接点发展到数字开关（分立元件→集成元件→光开关）；信息形式：从模拟（电流）发展到数字（电脉冲→光脉冲）；复用方式：从空分到时分，再发展到统计时分，现在又有波分（密集波分）；控制方式：从人工到机电,再到电子，最后发展到存储程序控制（SPC）；信令方式：从信令与呼叫信息交替用同一信道（随路信令）发展到专用信道(公共信令)；交换方式：从电路交换到分组交换（或称IP交换）；信息带宽：从窄带（音频）发展到宽带（1～100MHz）。交换节点图各通信网络之间的关系192023/1/13现代通信网

三、PSTN（公共交换通信网）

2023/1/13现代通信网图

电话网的5级结构（1997年以前）PSTN2023/1/1322图

现阶段我国长途电话网的二级结构2023/1/1323

近年来，随着网络规模越来越大，多级交换结构就带来了接续慢、延时长、传输衰耗大等弊端，我国电信网结构已开始由多级向少级转变，C4长途交换中心已逐步消失，现在长途电话网络结构又正在由原来的四级向两级过渡，即将原来的C1、C2合并，C3、C4合并，我国长途电话网的两级结构和本地电话网的两级结构如下图所示。2023/1/1324四、PLMN(公共陆地移动网）2023/1/13现代通信网移动网发展经历

2023/1/13现代通信网2023/1/13现代通信网图CDMA网络参考模型图cdma2000移动交换机

2023/1/13282023/1/13现代通信网其中，MSC：移动交换中心、HLR：归属位置寄存器、VLR：拜访位置寄存器、AC：鉴权中心、MC：短消息中心、SME：短消息实体、PSTN：公用交换电话网、MS：移动、EIR：设备识别寄存器、BS：基站系统、OMC：操作维护中心、IWF：互连功能。2023/1/13现代通信网2023/1/13现代通信网

CDMA系统给每一用户分配一个唯一的码序列（扩频码），并用它对承载信息的信号进行编码。通知该码序列用户的接收机对收到的信号进行解码，并恢复出原始数据。CDMA按照其采用的扩频调制方式的不同，可以分为直接序列（DS）扩频、跳频（FH）扩频、跳时（TH）扩频和复合式扩频。CDMA网络参考模型定义了网中的功能实体和相互间的接口。2023/1/13现代通信网例4.2

如果固定电话呼叫移动台（PSTN→MS），如图4.8所示，试分析其接续其过程。图

固定台呼叫移动台示意图2023/1/13现代通信网图由不同MSC控制的小区间切换示意图五、支撑网

（管理网、同步网、信令网）2023/1/13现代通信网图

简化的TMN基本构成

2023/1/1335

图

数字同步网2023/1/1336图

随路信令和公共信道信令

2023/1/13377号信令系统的结构如图7.4所示.

图7号信令系统的结构2023/1/1338

信令转接设备①

SP：信令点、信令网传递信令消息的源点或目的地点。②

STP：独立信令转接点，仅负责转接（转发）它所汇接的信令点的消息。③

SP/STP：综合式信令转接点，除转接它所汇接的信令点的消息外，本身又是信令消息的源点或目的地点。④

HSTP：采用独立方式的信令转发设备。⑤

独立型LSTP：低级转接点，适用于较大城市和大规模的省会城市。⑥

综合型LSTP：是与交换机（SP）设置在一起的综合式信令转接点设备。

2023/1/13392023/1/13现代通信网图No.7信令网和电信网的对应关系

2023/1/1341图7号信令的消息单元格式

2023/1/1342

根据“全程全网”的要求，国际和国内信令点编码计划要分开。国际出入口局的信令点同时属于国际、国内两个信令网点，即采用国际上分配给我国的编码（ITU-TQ.708建议，分配给我国的信令点编码是4，区域/网络编码为120，信令点编码为0～7），同时我国也有自己的信令点编码计划。

图

信令点编码格式

2023/1/13432023/1/13现代通信网图GSM系统的No.7协议层2023/1/13现代通信网图移动信令协议模型2023/1/13现代通信网技术软交换作为一个开放的实体，与外部的接口必需采用开放的协议。下图所示为软交换与外部的接口的实例，实际的接口可能与此有所不同。

软交换的对外接口2023/1/13现代通信网技术图15.7为软交换各协议之间的关系，下面介绍一些相关的协议。图

宽带网络体系宽带网络的体系如图所示，它为四层结构，即由应用系统层、业务平台层、网络层和传送层构成。2023/1/1348

图

引入B－ISDN的网络基本结构上图是引入B－ISDN后的网络基本结构,有四个基本网：第一个网是以语音业务为主的电话网；第二个网是以数据通信为主体的分组交换网；第三个网是的多频道广播电视网；第四个网是由ATM构成的宽带交换网，它能实施话音、高速数据和活动图像的综合传输。

2023/1/13492023/1/13现代通信网2023/1/13现代通信网六、ATM(异步传输模式）2023/1/13现代通信网图

B-ISDN/ATM基本组成结构2023/1/1353

用户接口称作用户网络接口（UNI），中继接口称作网络节点接口（NNI）。它们对应于ATM两种不同信头的信元格式。如图11.7所示，是这两种信头的结构图。图11.7ATM信元格式

2023/1/1354GFC（GenericFlowControl一般流量控制）：由4bit组成，仅用于UNI控制ATM接续的业务流量，支持点到点和点到多点的接续。此外它只控制产生于用户端的信息流量。不控制网络方向的业务流量。VPI（VirtualPathIdentifier虚路经标志符）：用于虚路经路由选择。当用于UNI时，由8bit组成；当用于NNI时，由12bit组成。VCI（VirtualChannelIdentifier虚信道标志符）：16bit组成，用于虚信道路由选择。PT（PayloadType信息类型）：3bit组成，用于区别信元信息段的信息类型。即它是用户数据还是管理数据。2023/1/1355面管理层管理控制平面用户平面高层高层SAALAALATM层物理层信令信息ATM协议参考模型ATM协议栈图ATM协议参考模型

2023/1/1356表AAL业务分类2023/1/1357图VP交换和VC交换的过程

在ATM中，一个物理传输通道可以包含若干个VP，一个VP又可以容纳上千个VC，ATM的信元交换可以在VP级进行，也可以在VC级进行，VP交换和VC交换的过程见图。2023/1/1358

虚信道（VC：VirtualChannel）和虚通路（VP：VirtualPath）是用来描述ATM信元单向传输路由概念的。VC是一个逻辑信道，所有在VC上传送的ATM信元用一个相同的虚信道识别符（VCI：VirtualChannelIdentifier）表示，也可以认为是具有相同的VCI的信元构成了VC。VP是由一些具有相同的通路端点的VP组成，也有信头中的虚路径识别符（VPI：VirtualPathIdentifier）来识别，每个VP可以用复用方式容纳多达65356（216）个VC,属于同一VP的不同的VC拥有相同的VPI。传输通道、虚通路和虚信道是ATM中的三个重要概念,它们三者之间的关系可由下图说明2023/1/13592023/1/13现代通信网

图VC/VP交换原理2023/1/1361ATM交换P

H

YA

T

MPort1P

H

YA

T

MPort2PortVPIVCI11512339ATM层ATM交换P

H

YA

T

MPort1P

H

YA

T

MPort2PortVPIVCI12372151ATM层P

H

YA

T

MA

A

LP

H

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MA

A

LVPI2

VCI37VPI3

VCI39NNIUNIUNIATM层完成信元交换2023/1/13622023/1/13现代通信网七、传输网2023/1/13现代通信网技术2023/1/13现代通信网技术2023/1/13现代通信网2023/1/13现代通信网技术

从时间上讲：1个复帧为2ms；1帧占125μs；而一个时隙占3.9μs。每时隙8位比特码，即每比特位占488ns。

从码率上讲：由此抽样重复频率为8000Hz，也就是每秒种传送8000帧，每帧有32x8=256bit，因此总码率为256比特/帧*8000帧/秒=2048kbit/s。对于每个话路来说，每秒种8000个时隙，每时隙8bit，所以可得8x8000=64kbit/s。2023/1/13现代通信网技术2023/1/13现代通信网技术2023/1/13现代通信网技术N=1、4、16、64时的线路码速和通路容量:第一级为STM-1，线路码速为155.520Mbit/s第二级为STM-4，线路码速为622.080Mbit/s第三级为STM-16线路码速为2488.320Mbit/s第四级为STM-64线路码速为9953.280Mbit/s

如N=1时，为STM-1，则帧长=270*9=2430B，一帧的比特数=2430*8=19440bit，一帧时间的长度为125µsgu,即速率为155.520Mbit/s。2023/1/13现代通信网技术2023/1/13现代通信网技术SDH系统2023/1/13现代通信网技术2023/1/13现代通信网技术1+1保护示意图2023/1/13现代通信网技术2023/1/13现代通信网技术

八、SDN(SoftwareDefinedNetworking，软件定义网络)

2023/1/13现代通信网1)SDN真正的客户需求在哪里，它到底能解决什么问题?2)集中控制和集中网管的本质区别是什么?3)它是不是和软交换差不多?简单地将控制和转发分离之后，难道就能产生诸多神奇的效果?过去60多年来，IT越来越去硬件化，以软件获得功能灵活性是一种必然趋势。2023/1/13现代通信网校园网需求：高校研究者的网络创新，可以在校园网上实验，而不必求助于设备提供商。解决方案：将网络设备的转发行为原语化，全部交由外部的计算机控制，研究者可以在基于通用操作系统的计算机上，编程实现新的网络协议和转发行为，而不必修改转发面设备本身，OpenFlow也由此而诞生。2023/1/13现代通信网

企业解决方案：1)集中管理，网络设备即插即用、自动故障发现及流量切换、自动故障恢复处理。2)将网络的转发行为控制交由外部控制实体控制，并且这个外部实体是开放系统，如：Google、Facebook的工程师，可以自己编程实现任何想要的网络特性，而不必去走提需求、标准化、测试、入网的冗长流程。2023/1/13现代通信网3)网络资源池化，网络控制实体提供接口给应用，应用可以根据需要控制网络的转发行为。4)转发面设备标准化、同质化，将创新、差异化交给控制器软件，转发面成本如同PC一样可以大幅降低。2023/1/13现代通信网电信运营商需求：1)缩短网络新功能的面市周期，希望CT创新，也像互联网一样快捷、多样化。2)降低网络的管理成本。解决方案：网络进一步软件化、通用化、集中化。2023/1/13现代通信网目前没有一种网管是参与网络运行时的状态和策略控制的，比如说你根据报文在线决策其转发策略。参与运行时，在线控制的需要和运行系统有同样的可靠性及合理性能、时延保证。

在电信系统中，可靠性要求是≥99%。参与系统运行时流程的“网管”，而不是网管，它是某种形式的控制面。2023/1/13现代通信网SDN不等于OpenFlow，就如同互联网不等于IP协议，PSTN不等于7号信令，IMS不等于SIP，WEB体系不等于H