数字通信技术（第3版）课件 第6章　通信网络

数字通信技术

第六章数字通信技术

第六章6.1ISO的OSI模型6.2LAN6.3分组交换网目录CONTENT6.4光纤同轴混合宽带接入网6.5移动通信网6.1ISO的OSI模型

分层优势：灵活高效，开放兼容（如物理层标准接口）。

各层独立：满足特定功能需求，支持全球设备互联。

示例：商务信函流程（经理层→秘书层→收发员层→邮递员层）。6.1.1分层结构与分层协议

6.1ISO的OSI模型

7层架构与功能

1.物理层：比特流传输，定义接口标准（如EIA-RS-232C）。

2.数据链路层：帧传输，差错控制（如CRC校验）。

3.网络层：路由选择、数据包封装（虚电路/数据报）。

4.传输层：端到端连接管理，流量控制。

5.会话层：会话建立与管理（权限、计费等）。

6.表示层：数据格式转换、加密/压缩。

7.应用层：用户接口，数据格式适配。

数据传输流程：逐层封装→物理传输→接收端逐层解封装。6.1.2OSI模型

6.2LAN-核心特点

-高速短距传输（几千米范围），典型组件：交换机、网卡、传输介质。

-用途：资源共享（如打印机）、文件传输、服务器接入。

局域网LAN是一种可以提供高速交换连接的通信网络，适用于办公楼、校园等场合，传输距离一般在几千米的范围内。6.2LAN星形布线环形/总线型：物理星形，逻辑环形/总线型。

HUB功能：信号转发，自动寻址（交换机升级版）。

6.2.1LAN的拓扑结构

6.2LAN基带LAN直接在电缆上发送数字信号，而频带LAN通过对载波（电或光）的调制传送数据。基带LAN运行成本低，但容量与传输距离有限。频带LAN虽然建造与维护费用较高，但能提供高带宽传输且不太受地面长度的限制。两者各有所长，要根据用户的需要选择。传输介质的选择要看是采用基带LAN还是采用频带LAN，以及对带宽的要求。大多数LAN使用双绞线、同轴电缆或无线电传输，在一些高速网中也用到光纤。6.2.2基带传输与频带传输6.2LAN1）竞争2）随机接入3）载波感应多方接入4）令牌

6.2.3LAN的接入方式竞争：最常见的接入方式。各种竞争方式都允许设备在线路空闲时发送数据，如果线路忙，设备应在发送之前等待。由于LAN使用高带宽传输且信息长度较短，竞争方式是有效的。例如，一个40页的文件可能包括120k字节的数据，一条10MbpsLAN线路可以在10秒之内将数据传送完。对大多数数据来说都不会超过40页的长度，且各种设备也不常发送信息，网络有很多的时间是空闲的。两台设备同时向外发送数据导致“冲突”，冲突使数据丢失，网络退出冲突的方式取决于接入方式。如果有太多的设备接入到网络中参与竞争，或有几个设备发送过长的数据都会使冲突频繁，网络性能变坏。6.2LAN1）竞争2）随机接入3）载波感应多方接入4）令牌

6.2.3LAN的接入方式随机接入：设备可以随意地发送数据，在这种方式下，设备假定线路是空闲的，事实上这种假定也是合理的。用这种方式，接收方必须向发送方反馈是否正常接收的信息，否则发送方不能确认是否出现了竞争。如果反馈表明接收方没有收到，发送方就要重发。随机接入方式就好像是在一个三方电话会议上，每个人根据自己的要求随时讲话，而不管别人是否正在讲话，如果听不到反应，他就再讲一遍。6.2LAN1）竞争2）随机接入3）载波感应多方接入4）令牌

6.2.3LAN的接入方式载波感应多方接入：发送方先检测一下网络是否空闲，如果是空闲的，就发送全部数据，然后等待接收端的确认。这期间其它采用CSMA方式的设备检测到网络是忙的，都不会发送数据，故不会出现竞争。但如果两台设备同时检测到线路是空的且同时发送数据的可能性还存在，只是这种情况发生的概率要小得多。当竞争发生时，发送的数据混乱，接收方不会发出确认信号。于是发送方在设定的等待时间之后再一次发送信息。CSMA是在随机接入基础上的改进，但它为等待确认信号需要一定的时间。6.2LAN1）竞争2）随机接入3）载波感应多方接入4）令牌

6.2.3LAN的接入方式BACD空令牌忙令牌发数据标记数据6.2LAN6.2.4LAN标准（IEEE802系列）

LAN提供物理层数据传输功能，同时也进行误码检测与纠正。大多数LAN标准由IEEE开发，称为IEEE802。IEEE将数据链路层功能分为两个主要部分：1）媒体接入控制（MAC），描述一个网络中的接入方法，如CSMA/CD或令牌2）逻辑链路控制（LLC），描述各种接入方式通用的其它功能，如误码检验IEEE802下属的各个委员会对不同领域的标准进行规范：IEEE802.1提供一个LAN以及网络连接与系统管理的概述；IEEE802.2标准描述了对所有兼容IEEE802网络的通用逻辑链路控制方法；IEEE802.3标准描述了CSMA/CD总线媒体接入控制方法；IEEE802.4标准描述媒体接入控制的令牌总线方法；IEEE802.5标准描述令牌总线是令牌环的变形；IEEE802.6标准描述对城域网（MAN）的媒体接入控制方法。6.2LAN组成：无线网卡、AP、服务器。

标准：IEEE802.11（Wi-Fi）、HiperLAN。

技术：扩频（抗干扰）、窄带（高效频谱）、红外（短距）。

蓝牙技术：2.4GHzISM频段，短距配对（≤10m），跳频抗干扰。

6.2.5无线局域网WLAN6.3分组交换网在分组交换(Packetswitching)数据通信中，为了提高通信资源的有效利用率，一般采用根据用户实际需要来分配线路资源的方法，即统计时分复用（STDM）：当用户有数据要传输时才分配给他资源当用户暂时不发送数据时，不分配线路资源，（又称动态分配或按需分配）采用分组交换非常经济，其通信费用是与实际占用电路的时间和通信量成正比。6.3.1分组交换数据网的特点6.3分组交换网1、虚电路两个用户终端设备在开始互相发送和接收数据之前需要通过网络建立逻辑上的连接，一旦这种连接建立之后就在网络中保持已建立的数据通路，用户发送的数据（分组）将按顺序通过网络达到终端，而当用户不需要发送和接收数据时可拆除这种连接。优点:对于数据量较大的通信传输效率高分组传输时延小不容易产生数据分组的丢失缺点:对网络的依赖展性较大6.3.1分组交换数据网的特点2、数据报将每一个数据分组当作一份独立的报文看待，每一个数据分组都包含目的地的地址信息。分组交换机为每一个数据分组独立寻找路径，因此在网络的终点需要重新排序。优点：对于短报文数据通信传输效率比较高对网络故障的适应能力较强缺点:传输时延较大分组交换的两种方法：6.3分组交换网缺点：1.时延长。由于采用存储——转发工作，所以每个分组的传送延迟可达几百毫秒，故分组交换不适合实时性要求高、信息量很大的业务使用；2.技术复杂。还由于技术比较复杂、网络管理功能强等原因，大型分组交换网的投资较大。6.3.1分组交换数据网的特点分组交换的优缺点：优点：1.便于纠错。由于分组交换是将数据存储在交换机内的存储器里进行分组后在网内传送的方式，因此它可以对交换机之间传送的分组进行纠错。并且，当终端也能像数据通信中心那样把电文分组后进行收发信时，它也可以对交换机和终端之间传送的分组进行纠错。因此，分组交换可以利用质量不很高的电路达到很低的比特差错率，实现高质量的通信。2.可以分组多路通信。由于每个分组都包含有控制信息，所以分组型终端尽管和分组交换机之间只有一条用户线相连，但可以同时和多个用户终端进行通信，即同时把同一信息发送到不同的用户，实现分组多路通信。这是公用电话网和电路交换的公用数据网所不能实现的。6.3分组交换网6.3.2分组交换网的网络结构

在分组交换网中进行通信需要各终端的用户设备发送专用格式的数据。如果终端不能自已进行数据的分组格式化，就需要有一个称为分组装卸器（PAD）的设备将终端连接到分组网上。PAD从终端或主机上获取数据，以一定的数据格式进行装载，然后将其送至节点。来自PSN的数据分组也由PAD拆卸，然后被选择路由到主机或终端。PAD可以放在终端用户的前面或分组交换结点中。作为分组交换结点的PAD称为内置PAD，而放在用户端前面的PAD称为外置PAD。分组交换具有拨号网络的便利，因为每个分组可以有不同的路由。例如，一个分组数据能选择直接从A点到B点的路由，也可通过C点到B点。分组交换又有拨号网络的灵活性，因为用户能连接到不同的主机。PSN提供误码检测与纠正。分组在传输过程中进行检验，误码严重时可以重传。分组交换网络可使目标结点收到的数据与源点发送的数据相同。既便源与目标设备无检测与纠正功能，分组交换网络结点执行的检错纠错码使信号可靠传输。6.3分组交换网6.3.3公共分组交换网

由服务商为用户提供的PSN称为公共分组交换网。分组交换网对传送数据来说是非常有效的，因为在两个设备之间没有建立永久性的连接，网络中的用户被标记在每个分组上，这与拨号网络相比要便宜的多，因为分组交换网络可以在各用户间有效地共享信道带宽。所有分组交换网络的最大缺点是存在时延。因为数据可选择许多路由到达目的地，假如使用卫星传输，延迟会进一步增加。然而，低成本、高可靠性、灵活性、易于接入，及低误码率保证所带来的好处在很多应用中都超过了延迟问题。6.3分组交换网6.3.4

X.25标准

CCITTX.25标准是接入到分组交换网所最常用的标准，为大多数PSN所采用。X.25标准描述了用分组交换网进行通信的所有必要的功能，它被分为三层，与OSI的低三层类似。第一层：物理层，描述实际的接口，执行CCITTV.25/V.28标准，这些标准与EIRRS232C类似；第二层：帧层，是CCITTLAP-B面向比特数据连接协议，执行误码检测与纠正；第三层：分组层，提供网络层的寻址与呼叫连接。报文报文报文报文分组帧比特系统OSI七层参考模型应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层协议数据单元7654321层次6.3分组交换网6.3.4

X.25标准

两种类型的设备：DTEDCEX.25描述内部PAD运行标准X.3定义PAD的功能与参数X.28描述PAD到终端的协议X.29描述PAD到主机的协议6.4光纤同轴混合宽带接入网（HFC）

6.4.1CATV系统组成1.有线电视（CATV）定义：利用有线传输媒介进行电视信号传输的一种系统。由于它主要是通过电缆（同轴电缆、光缆）传输的有线分配系统，故又称为电缆电视。2.CATV系统组成：前端设备信号传输与分配网络用户终端设备6.4光纤同轴混合宽带接入网（HFC）

6.4.2光纤CATV网络一个完整的光纤CATV网络，由前端设备、光纤传输线路、同轴电缆传输与分配网络以及终端设备组成。6.4光纤同轴混合宽带接入网（HFC）

6.4.3 HFC宽带接入网技术VSB调制FDM光调制光解调光纤传输FDM信号FDM信号540455507501000同轴电缆传输信号频率范围下行模拟及数字业务上行业务压缩数字业务其它业务6.4光纤同轴混合宽带接入网（HFC）

6.4.3 HFC宽带接入网技术HFC的网络结构单向传输升级到双向传输6.4光纤同轴混合宽带接入网（HFC）

6.4.4 CATV宽带综合信息网

CATV宽带综合信息网系统是一个集资讯、数据、语音信息于一体的综合接入传输系统。6.4光纤同轴混合宽带接入网（HFC）

6.4.4 CATV宽带综合信息网

电缆调制解调器CableModem是一种可以通过HFC网络进行高速数据接入的装置。它一般有两个接口，一个用来接室内墙上的HFC网络端口，另一个与计算机或其它数据终端相联。CableModem不仅包含调制解调部分，它还包括电视接收调谐、加密解密和协议适配等部分，它还可能是一个桥接器、路由器、网络控制器或集线器。一个CableModem要在两个不同的方向上接收和发送数据，把上、下行数字基带信号用不同的调制方式调制在双向传输的某一个8MHz(或6MHz)带宽的电视频道上。它把上行的数字信号转换成模拟射频信号，类似电视信号，所以能在有线电视网上传送。接收下行信号时，CableModem把它转换为数字基带信号，以便电脑处理。6.5移动通信网

6.5.1移动通信系统的基本组成（1）网络交换子系统网络交换子系统的主要部件是移动交换中心（MSC）。MSC是移动通信系统的控制交换中心，也是与公用通信网的接口，它负责交换移动台各种类型的呼叫，还可以通过标准接口与基站（BS）、其他MSC及维护管理中心相连。移动通信的特点：①

移动性。通信终端可以在移动过程中进行通信，因此它必须是无线接入的。②

电波传播条件复杂。无线通信中的多径传播干扰、信号传播延迟和展宽等效应都存在，并且通信终端的移动使电波传播条件更加复杂。③

噪声和干扰严重。移动用户之间存在互调干扰、邻道干扰、同频干扰等。④

系统和网络结构复杂。移动通信系统不但要使用户之间互不干扰，还要与市话网、卫星通信网、数据网等互连，系统和网络结构很复杂。⑤

要求频带利用率高、设备性能好。6.5移动通信网

6.5.1移动通信系统的基本组成（2）基站子系统基站子系统包括一个基站控制器（BSC）和由其控制的若干个基站收发信系统（BTS），负责管理无线资源，实现用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息。基站的通话频道单元数量取决于需要同时通话的用户数，一般有几条或几十条甚至几百条无线信道。基站与MSC之间采用有线中继电路传输数字或模拟信号，也可以采用光缆传输或数字微波中继方式。基站通过天线以无线形式与移动台连接，基站天线的覆盖范围称为无线区。6.5移动通信网

6.5.1移动通信系统的基本组成（3）移动台移动台是指用户终端，有车载式、手持式、携带式等类型，是一个可搬运的或固定在汽车上的或手持式的用户电话设备，我们平常使用的手机就是典型的移动台。移动台的基本组成部分包括收信机、发信机、频率合成器、数据逻辑单元、拨号按钮和送受话器等。当移动用户和市话用户建立呼叫时，移动台与最靠近自己的基站之间确立一个无线信道，并通过MSC与市话用户终端连接。同样，任何两个移动用户之间的通话，其语音通道也是通过MSC建立的。6.5移动通信网

6.5.2

移动通信的发展概况（1）第一代移动通信系统以模拟调频、FDMA为主体技术，也称为模拟蜂窝移动通信系统。1987年我国投入商用。（2）第二代移动通信系统以数字传输、TDMA或CDMA为主体技术，主要包括GSM和窄带CDMA系统。1993年我国投入商用。（3）第三代移动通信系统以世界范围内的个人通信为主要目标，能够同时传送语音和数据信息，是将无线通信与Internet等多媒体通信结合起来的一代移动通信系统。3G的主流标准是WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA，其中TD-SCDMA是由我国主导开发的，采用了时分双工技术、智能天线技术和软件无线电技术。2009年我国投入商用。（4）第四代移动通信系统4G采用了智能天线、OFDM、软件无线电及IPv6等技术，与3G相比，具有数据传输速度高、传输时延小、抗干扰能力强、信号覆盖面广和信道容量大的特点，信号质量显著增强，可以满足人们更多的需求，如高画质的视频观看等，用户在使用4G网络时有更好的体验。2014年我国投入商用。6.5移动通信网

6.5.3第五代移动通信系统性能指标5G4G提升倍数用户峰值速率20Gbit/s1Gbit/s20用户体验速率0.1-1Gbit/s10