数据通信原理及应用教程与实训 军 第12章 通信网与信息高速公路.ppt

1、,第12章 通信网与信息高速公路,教学提示： 在前面学习的基础上，大家已经掌握了许多通信 方面的知识，在本书的最后，我们结合以前所学的内容，再来学习几种常见的通信网， 并了解一下有关信息高速公路的相关知识。 教学要求： 在本章中，主要介绍电路交换和分组交换通信网，综合业务数字网（ISDN）的基本知识，以及相关的技术。另外还将介绍信息高速公路的相关知识。,本章目录,12.1通信网 12.2 综合业务数字网（ISDN） 12.3 信息高速公路,12.1通信网,无论是传统的电话通信网，还是现代的多媒体宽带通信网，都离不开交换功能。在最初的数据通信形式中，为保证任意两个用户间能够建立通信，只要将网中的

2、所有终端通过传输媒质两两相连，通信便在以点对点直接相连的两站之间进行。如图12-1所示。,图12.1全连接方式 图12.2星形交换方式,如图12-1所示。这是一种点对点的全连接方式。图12.1中5个终端就要求有10条链路。然而，在现实中随着通信用户的日益增多，采用全连接方式时，所需的链路数将迅速增加。因为，如果有N个通信装置，则需要N(N-1)/2条全双工链路，而且每个通信装置需要N-1个I/O端口。例如，有30个通信用户，就需要435条链路，每个通信装置需要29个I/O端口。由于线路和I/O硬件设备的大量增加，系统成本也大幅提高。并且在数据量不大的情况下，线路的利用率很低。对于用户而言，家中

3、需接入N-1对线，操作也很不方便。显然，在有大量通信用户的情况下，全连通的连接方式是极不经济的，它只适用于通信装置不多的情况，或在大型网络中某一小部分要求高度可靠的通信用户之间，采用这种连接方式。,解决这个问题的办法是，在用户分布密集的中心安装一个交换设备，它相当于一个开关接点，平时打开，当任意两个用户需要通信时，它就把代表这两个用户的结点接通。这个设备就称为交换中心，由它组成的网络如图12.2所示。由图中可见N个用户终端只需N对线路与交换中心连接，实现比较简单。这种通过交换中心完成用户终端信息的传输就是通常所指的交换方式。,交换方式有很多种，各种交换方式如图12.3所示，它们分布在一条连续线

4、上。连续线的最左端为电路交换，属于同步传送模式(Synchronous Transfer Mode，STM)；最右端为分组交换，属于分组传送模式(Packet Transfer Mode，PTM)。电路交换与分组交换是两种截然不同的交换方式，代表了两大范畴的传送模式。高级电路交换是电路交换的改进方式，它包括多速率电路交换、快速电路交换。快速分组交换属于分组交换的范畴，快速分组交换分为帧中继和信元中继。异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode ，ATM)位于连续线的中央，它可以看成是分组交换与电路交换的结合，兼具两者的特点。,图12.3 各种交换方式,在广域交换网络中主

5、要使用电路交换和分 组交换。这两种技术在沿着从源点到目的地的通路上把信息从一条链路交换到另一条链路的方式有明显的差异。下面主要介绍电路交换、报文交换与分组交换。,1、电路交换,所谓电路交换(Circuit Switching，CS)是指根据请求在一对站之间建立电气连接的过程。它是最早出现的一种交换方式。使用电路交换的通信意味着在通信的两个站点之间有一条专用的通信通路。该通路是连接在一起的网络节点间的链路序列。在能够进行通信以前先要建立一条通路。在可以发送任何信号之前，必须建立端对端(站点到站点)的电路。在电路的每条物理链路上都有一个逻辑通道专用于该电路。通常，电路交换要经历3个阶段，它们是电路

6、建立阶段，数据传输和电路释放阶段。对它们的解释请参考图12.4。,图12.4 简单的交换网络,（1）电路建立阶段 在传送任何数据以前，必须先建立一条端对端(站点到站点)的电路。例如，A站点向节点4发送一个请求，请求连接到E站点。通常从A到节点4的链路是一条专用线路。因此，这一部分连接已经存在。节点4必须找到通向节点6的下一条路由。根据路由选择算法以及对可用性和费用等方面的测定，假设节点4选择了与节点5之间的链路，它在这条链路上分配一个空闲信道(利用FDM或TDM)，并发送一个请求连接到E站点的报文。至此，从站点A通过节点4到节点5的专用通路已经建立。由于节点4可能连接多个站点，因此节点4必须能

7、够建立从多个站点到多个节点的内部通路。余下的处理过程与此类似继续进行，即节点5提供一条到达节点6的专用信道，并把它与来自节点4的信道连通。再由节点6完成到E站点的连接。在完成该连接前，要测试一下E站点是否处于忙状态，或是准备接受这一连接。如果E站点确认此连接并返回应答信号，则这一连接成功。否则不成功，需要再次建立连接。,(2) 数据传输阶段 建立电路之后就可以把数据从A站点通过网络传送到E站点。这些数据可以模拟数据，也可以是数字数据，这要根据网络的性质来定。在未释放电路以前这条完整的通路都是：从站点A到达节点4的链路；通过节点4的内部交换；从节点4到节点5的信道；通过节点5的内部交换；从节点5

8、到节点6的信道；通过节点6的内部交换；从节点6到站点E的链路。一般来说，这些连接都是全双工的，因此可以在两个方向上同时传送数据。,(3) 电路释放阶段 经一段时间，数据传送完以后，或者出现了异常情况，就要终止连接。通常是由这两个站点中的某一个站点来完成。释放电路的信号必须传送到节点4、节点5和节点6，以便释放被占用的资源。,需要注意的是，连接通路是在数据传输开始之前建立的，因此必须在通路的每对结点之间保留通道容量。每个结点必须有足够的内部交换能力来处理连接请求，并进行网络路径的选择和分配。通道容量在连接期间是专用的，即使没有数据传输也不能被其他站点的数据传输使用，从这一点来说，电路交换可能是相

9、当低效的。对于话音连接来说，利用率会高一些，但也不会接近100%。对于终端到计算机的连接来说，可能在大多数的连接时间里该容量都处于空闲状态。在性能方面，为了呼叫建立，信号在传送以前总会存在一段时延。但是，一旦建立起电路，网络对用户实际上是透明的。数据以固定的速率传输，除了通过传输链路的传播时延以外，再没有其他时延。这里在每个节点上的时延可以忽略不计。,(1) 面向连接 电路交换过程中必须在通信双方之间建立起专用的物理连接通路，该通路可以是模拟通路，也可以是数字时分通路。该连接有以下的特点：,电路交换具有以下几个技术特征：,在通信前先有建立连接的过程，因此有一定的建立连接的时延存在。 物理通路建

10、立好后，可实现实时数据传送，因此，物理连接可以保证时延等通信质量的要求。 只要用户不发送电路释放信号，即使通信暂停，物理连接仍然会被保持，这使线路的利用率较低。 物理连接采用串行传输方式，因此，任何部分发生故障都会中断通信。 仅当电路的呼叫建立时间和释放时间，相对于数据的传输时间很小时，电路交换才呈现出高效率。,(2) 物理层交换 电路交换方式属于物理层的交换，通信数据在通路上“透明”传输。交换机对除信令以外的用户信息不作处理。由于是“透明”传输，要求通信双方在传输速率、编码格式、通信规程等方面必须完全兼容，而那些在这几方面不同的通信就会受到限制。电路交换没有提供对所传送数据的无差错控制措施，

11、因此可靠性不高。,(3) 同步时分复用 同步时分复用技术通过多路信号占用固定时隙来完成信号传输，它虽然在一定程度上实现了多个用户共享一条传输线路资源，但没有完全地实现传输线路的资源共享。,2、分组交换 在计算机通信中，由于人机交互(键盘输入，阅读屏幕输出)的时间长，空闲时间可高达90%以上，于是在20世纪70年代产生了另一种交换方式，即分组交换(Packet Switching，PS)方式，又称报文分组交换或包交换。分组交换方式采用存储转发传输用户信息，可以大大降低信息传输时延，从而有可能实现快速响应。在数据交换领域中，分组交换比电路交换更适应人们的需要。尤其是当许多站中有大量业务产生时，分组

12、交换可以充分发挥其优越性。,(1) 分组交换的基本过程 分组交换将用户传送的信息分割为若干个分组(Packet)，每个分组中有一个分组头，含有可供选择路径的信息和其他控制信息，因此，分组在网内可独立地传输。,分组交换的基本过程如图12.5所示。图中，终端发送的信息，经分组装拆设备（PAD），被分成分组1和2，存储到分组交换机的存储器内。分组交换机的存储器还可以同时存储来自其他终端的分组。如果信息由一个分组型终端发送，它们无需经过分组装拆设备就可以直接进入交换机。各分组按自己分组头中的选路信息以动态复用的方式，通过一条高速传输线路，到达通往目的地的下一个交换节点。当到达接收端时，接收端会把所收到

13、的分组按照分组信息重新排列，恢复成发送端所发送的信息。每个终端的分组可能经过不同的路径到接收终端。如果接收终端是一般终端则需交换机内的PAD设备把分组恢复成原始电文。如果接收终端是分组式终端或计算机，则可按其原样传送到接收终端，由该终端或计算机直接处理。交换机的PAD也完成呼叫建立、协议转换以及速率适配等。,图12.5分组交换的基本过程,分组交换根据其通信子网向端点系统提供的服务可进一步分为虚电路(Virtual Circuit，VC)和数据报(Datagram，DG)两种交换类型。它们各有其特点，可适应不同业务的要求。, 虚电路 虚电路方式类似于电话网中的话音通信。就是在用户数据传送前，先要

14、通过发送呼叫请求分组建立端对端的虚电路；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。我们仍然以图12-4为例讲解。例如，假定A站点有一个或多个报文要发送到E站点。它首先要向节点4发送一个特殊的控制分组呼叫请求分组(call Request Packet)，请求与E站点建立一条逻辑连接。节点4经选路后将该请求和所有后续分组传送到节点5，而节点5又经选路后将该请求和所有后续分组传送到节点6，最后由节点6把该呼叫请求分组交给E站点。如果E准备接受这条连接，就向节点6回送一个呼叫接受分组(Call Accept Packet)。这个分组通过节点5和节

15、点4，被回送到A站点。现在在A站和E站之间建立起了一条虚电路，它们就可以通过这条虚电路交换数据了。,(2) 虚电路方式和数据报方式 ：,除了分组交换网络资源不是永久地分配给特定的虚电路外，虚电路与电路交换系统所建立的物理电路非常类似。在虚电路上传送的分组除了数据之外，还包括一个虚电路标识。在预先建立的路由上的每个节点都知道如何引导这些分组的去向，因此不再需要路由选择。例如，从A站点发送到E站点的每个分组都通过节点4、节点5和节点6流动，而从E站点发送到A站点的每个分组要通过节点6、节点5和节点4流动。最后，其中一个站点发送清除请求分组(Clear Request Packet)来结束连接。在任

16、何时刻，任何站点都可以拥有到达其他任一站点的多条虚电路，也以拥有到达多个站点的多条虚电路。,虚电路的主要特点是：在数据传送之前必须在发送站和接收站之间建立一条路由。但是该路由不同于电路交换中的物理连接，而是逻辑连接。它并不独占线路，在一条物理线路上可以同时建立多个虚电路，以达到资源共享。虚电路的这种逻辑连接也需要连接建立时间，因此，虚电路也是面向连接的方式。分组在每个节点上仍需要缓冲，并在线路上等待排队输出。它与数据报方法的区别在于，各节点不需要为每个分组作路由选择判决，只需在数据传送前为每次连接作一次路由选择即可。所以，对于两个站点希望进行较长时间数据交换的情况，虚电路方式可能更适用一些。,

17、 数据报 在数据报分组交换中，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，称为无连接方式。每个分组称为一个数据报。每个分组都有一个分组头，其中包含目标站点的地址，还包括分组顺序号（表明该分组在报文中的位置）。还是以图12-4为例讲解信息的传送过程，假设A站点有一个报文由三个分组组成，现在要发送到E站点。它将这3个分组l-2-3发送到节点4。每个节点都含有目的地址E。节点4必须利用路由选择技术为每个分组确定将要传送的下一节点。,例如，当分组1到来时，节点4经判断后得出，到节点5去的分组队列要比到节点7去的短，于是它把该分组插入到去节点5的队列

18、中。对分组2也进行同样处理。但对分组3，节点4又发现去节点7的分组排队比较短，于是把分组3插到节点7的队列上。由此看来，各个具有相同目的地址的分组，并不一定完全沿同一路由前进。这样可能会使分组3先于分组2，甚至先于分组l到达节点6。由于，这些分组到达站点E的顺序可能与它们发送的顺序不同。因此，E站点必须要把它所收到的分组重新排序。不仅如此，E站点还要检测分组在传输过程中有无丢失，如果有丢失现象，就要将它恢复。,数据报的一个优点是省掉了呼叫建立的过程。因此，如果一个站点只希望发送一个或少数几个分组，则数据报方式更快一些。数据报业务的另一个优点是灵活。如果通信网络中的一部分发生了拥塞，那么节点可以

19、为收到的数据报选择一条避开拥塞的路由。而在使用虚电路时，各分组沿预定的路由前进，因此难以让网络适应拥塞。数据报的第三个优点是传输较为可靠。在利用虚电路时，如果一个节点失效，则通过该节点的所有虚电路都将丢失。而在数据报方式中，如果一个节点出现故障，其后的分组还可以找到其他的传送路由，从而避开该节点。,(3) 分组结构 X25分组结构如图12.6所示，分组有数据分组和控制分组两种。数据分组用于用户信息，控制分组用于网络控制信号。这两类分组都是由分组头、数据和校验三个数据段组成，其中各字段的作用如下：,（a）X.25分组结构 图12.6 X.25分组结构,(b) 分组头 图12.6 X.25分组结构

20、,(c)数据段 图12.6 X.25分组结构,最后的帧校验序列(FCS)用于收端检查分组数据传输的正确性。 网络层的x25分组在链路层中将被放人高级数据链路控制(HDLC)帧，用于X.25网络节点间链路上的传输，如图12.7所示。,图12.7 X.25分组与HDLC分组的关系,(4) 电路交换与分组交换的对比 表12.1归纳了电路交换、虚电路分组交换和数据报分组交换技术最重要的几项。,表12.1 电路交换与分组交换技术对比,分组交换的主要优点在于： 可靠性高 每个分组在网络中传输时采用逐段链路的差错控制和流量控制，出现差错时可以重发，提高了传送质量。而且分组的传输路由可变，在网络中的线路或设备

21、发生故障时，分组可自动地选择一条新的路由避开故障点。 通信环境灵活 不同速率、不同编码格式、不同同步方式、不同通信规程的终端之间能够相互通信。,动态分配系统带宽 分组交换中引入了虚电路，虚电路表示只在传输信息时才会占用信道资源，而且实现了线路的动态统计时分复用，提高了通信线路的利用率，在一条物理线路上可以同时提供多条信息通路，同时，网络对线路的动态分配资源将大大降低用户的通信费用。 费用低 分组交换中信息是以分组为单位进行传输和交换的，因此不要求有较大的存储容量。,12.1.1 电路交换数据网,开发电路交换网是为了处理话音通信，但现在也用于数据通信。电路交换网的一个最著名的例子就是公用电话网。

22、它把各个国家的网络相互联接起来，形成全球性的服务设施。虽然该网络起初的设计和实现是服务于模拟电话用户的，然而现在通过调制解调器，它也可以处理大量的数据通信，并且正在逐步向数字网络转变。电路交换的另一个重要应用是专用小交换机(PBX)，它们被用来互连一个建筑物内的电话。此外电路交换还用于专有网络，一些公司或大型组织通过专用或租用的线路，把处于不同位置的PBX系统相互联接。,从原理上看，电路交换数据网就是在提高了原有的用户电报网和普通电话业务中的交换电路的速度和质量后而产生的，能提供数据传输业务的网络。电路交换网中采用时分交换机，直接交换时分多路复用信号。现在的时分交换机一般采用数字程控交换机，因

23、为它可以提供多种附加业务和附加功能。,1 、电路交换网的构成,采用电路交换方式构成的数据网称为电路交换数据网。一个电路交换数据网主要由以下四部分组成： 用户（Subscriber）：与网络连接的各种设备。 用户环路（Subscriber line）：用户与网络之间的链路。几乎所有的本地环路连接都使用的是双绞线。通常，本地环路的长度范围在几千米到几十千米之间。 交换局（Exchange）：网络的交换中心。能够直接支持用户的交换中心称为端局（end office）。一个端局一般可以支持本地的几千用户。一个国家可能会有几万个端局，我们当然不能把所有的端局都两两相连。但是我们可以使用中间交换节点。 中

24、继线（Trunk）：连接交换局的干线线路。它使用FDM或同步TDM运载多路话音信号。,图12.8所示是电路交换网的一个简单结构。用户可以和一个端局直接相连。端局负责用户和用户之间以及用户和其他交换局之间的通信。那些没有与用户相连的交换局则负责端局与端局之间的通信。如果两个用户与同一端局相连，那么这两个用户可以通过前面介绍的电路建立方式建立起一条通路。如果两个用户分别连接到了不同的端局上，那么它们之间就必须通过一个或多个中间交换局才能相互通信。在图12-8中，用户A和用户B之间的连接可以直接建立；用户C和用户D之间的连接就较为复杂。在C的接入端局中，用户C要与通往中间交换局的TDM中继线上的一条

25、信道之间建立连接。在这个中间交换局中，该信道又与通往D的接入端局的TDM中继线上的某条信道相连接。在D的端局，该信道连接到用户D。,图12.8 电路交换网的一个简单结构,为了使电路交换网中的所有设备动作一致，必须有统一的时钟信号。又为了使各局的时钟一致，电路交换网采用主从同步方式，即在网内指定一个主局，由主局为其他从局提供时钟信号的频率(如2.048MHz),各局的时钟必须与主局的时钟保持一致。 另外，为了进行交换，必须在用户终端、交换机等设备之间传递控制信息，这就是程控交换机所使用的信令。,2、电路交换网终端接口,终端接口是指用户终端与网络之间的连接条件，具体指终端 设备DTE与数据通信设备

26、DCE 终端设备可分为异步终端和同步终端两种。同步终端是指从网侧接收同步时钟信号，取得同步后，再进行数据传输的设备 异步终端则是指采用异步传输方式的终端。 异步终端设备采用符合X.20建议的接口方式,如果它与V系列异步双工调制解调器连接,则用X.20bis建议的接口方式。,3、电路交换网的特点,(1)接续时间短 由于交换机采用数字程控交换机，连接时间压缩到大约1s左右。 (2)传输质量高 由于传输信道是抗噪声和抗失真能力较强的数字信道，交换机均采用内部噪声(如机械接触、继电器接触噪声)低的集成电路等电子器件，所以，电路交换网的误码率可以比现在的市内电话网低一个数量级，而且性能稳定。,(3)通信

27、速率高 在一条电话信道上可以传输速率为64kbps的数字信号。在数字交换网中，由于交换机内部也是以数字信号的形式进行交换，所以，从原理上讲，所有的数据信号的传输都可以采用数字信号传输方式。 (4)电路交换方式 相互通信的两站点之间的电路建立以后，在该电路上进行什么样的通信，可以完全不必过问。即通信的电文格式、信号编码方法、传输控制规程等不受网络制约，只要使电路保持连通状态即可。这一点与后面要介绍的分组交换网不同。 (5)多种业务功能 由于电路交换采用了程控交换机，所以能提供除普通电话业务以外的其他新业务。,综上所述，电路交换网适用于长电文较多且通信密度较高的数据通信、数字传真等业务。 电路交换

28、取得了广泛的统治地位，因为它非常适合话音信号的模拟传输。而在今天的数字世界里，它的低效是越来越明显。尽管低效，电路交换依然是局域网和广域网的一个有吸引力的选择。它的主要优势在于它的透明性。对于请求连接的两个站点而言，它们之间的电路一旦建立起来，就好像是一条直接连接，任何一端都不需要特殊的网络逻辑。,12.1.2分组交换数据网,与电路交换网相比，分组交换网更适合计算机通信的要求。当前，许多国家所建立的公用数据网均采用分组交换技术。而且，利用分组交换技术可实现话音、数据的综合传输。 1、分组交换网的构成 分组交换网普遍采用网状结构，图12.9给出分组交换网的典型构成形式。,图12.9分组交换网的基

29、本结构,从设备上来看，分组交换网由分组交换机（PS）、用户终端设备(DTE)、远程集中器(RCU，含分组装拆设备)、网络管理中心(NMC)以及传输线路等组成。 (1)分组交换机 它是分组交换网的重要组成部分。根据其在网络中的位置，可分为转接交换机和本地交 换机两类。,表12.2转接交换机与本地交换机的比较,(2)用户终端(DTE) 用户终端可分为两种：分组型终端（PT）和非分组型终端（NPT，字符终端）。分组型终端(PT) 具有把所要发送的数据变成分组或把所要接收的分组变成数据的功能，即PAD功能。如具有PAD功能的数据终端或计算机。它们发送和接收的均是规格化的分组，可以按照X.25协议直接与

30、分组交换网相连。而非分组型终端（NPT）不能以分组形式收发数据，它们不具备PAD功能，如字符型终端、打印机等。非分组型终端产生的用户数据不是分组，而是一连串字符(字节)。它们不能直接接入分组交换网，而要通过分组装拆设备(PAD)才能接入到分组交换网。,(3)远程集中器(RCU) 可以先将距离分组交换机较远的低速数据终端的数据集中起来，然后通过一条中、高速电路发送到分组交换机，以提高电路利用率。它也含有PAD功能，因此可以使非分组型终端直接接人分组交换网。 (4)网络管理中心(NMC) 其主要任务是：为使网络达到尽量高的数据吞吐量和尽量低的传输时延而有效地进行网络管理、网络监督及运行记录等工作。

31、它会收集全网的信息，包括交换机或线路的故障信息，检测规程差错信息、网络拥塞信息、通信异常信息等；同时根据所收集到的各种信息进行路由选择与拥塞控制。网管中心可以针对网络的现行配置和用户所选用的补充业务等情况进行管理。,(5)传输线路 它是分组交换网的主要组成部分之一，分为交换机之间的中继传输线路和用户线路两种。交换机之间的中继传输线路主要有两种传输方式，即频带传输和数字数据传输(即利用DDN作为交换机之间的传输通道)。用户线路有三种传输方式：基带传输、频带传输及数字数据传输。,从结构上来说，分组交换网通常根据业务流量、流向以及地区情况等设立一级和二级交换中心，采用两级结构。 一级交换中心一般设在

32、大、中型城市，采用转接交换机相互连接而构成的网络，称为骨干网。由于骨干网的业务量大，且各个方向均有业务，所以它采用网状或不完全网状的分布式结构。骨干网通过某一级交换中心，遵照X.75建议，还可以与其他分组交换网互连。 二级交换中心一般设在中、小型城市，采用本地交换机。由于中、小城市之间的业务量较少，但与大城市之间的业务量较多，所以对于一级交换中心与二级交换中心之间的连接一般采用星形结构，必要时也采用不完全网状结构。,2、用户终端入网方式 用户终端(包括分组型终端和非分组型终端)接入分组网的方式主要有两种：一是经过租用专线直接接人分组交换网；二是先经过电话网(PSTN)再进入分组交换网。分组型终

33、端可直接接入分组交换网或先经过电话网再接入分组交换网；而非分组型终端必须首先接分组装拆设备(PAD)，然后再经专线或是经电话网接入分组交换网。另外，非分组型终端也可以经过用户电报网再接入分组交换网。,(1) 用户终端经租用专线入网 用户终端经租用专线直接接人分组交换网可采用两种传输方式：即频带传输和基带传输。 频带传输 采用频带传输时有二线制和四线制两种。分组型终端采用同步2/4线全双工传输，异步终端采用异步2/4线全双工传输。 基带传输 如果用户终端离分组交换网较近，也可以采用基带传输方式，它也分二线制和四线制。基带传输一般采用AMI码，因此需要码型变换处理。基带传输设备较频带传输设备简单。

34、,(2) 用户终端经电话网入网 由于电话网的覆盖面广泛，所以在大多数情况下，用户终端是 先经过电话网再接入分组交换网的，如图12.10所示。,图12.10用户终端经电话网接入分组交换网,数据终端收发的是数据信号, 而电话网(PSTN)两侧是模拟线路，所以需要在电话网两侧加调制解调器，这种Modem的操作有以下两种方式。,人工呼叫自动应答方式 用户终端利用电话机和具有自动应答功能的Modem，经电话网和分组交换机相连，如图12.10a所示。当PT呼叫时，首先由人工拨叫分组交换网的专用电话号码，不同速率的端口有不同的电话号码，可以根据用户的需要进行选择。拨通后，当听到对方的响应信号时，再将Mode

35、m接到外线上，些时双方Modem均应发载频信号，表示线路已接通，约1.2s后，用户终端收到网络信息，表示已接入网络，可以进行数据通信了。,自动呼叫自动应答方式 由串行自动呼叫器(ACE)和网络终端控制单元(NCU)组成的串行自动呼叫应答器，经过电话网与分组交换机连接，完成自动呼叫和自动应答功能，并自动将Modem接人外线。 在呼入接续时(分组交换网作为被叫端)，由终端经调制解调器发出呼叫信号，网络侧的NCU完成自动应答功能；在呼出接续时(网络侧作为主叫端)，分组交换网具有自动呼出功能，终端具有自动应答功能并自动将Modem接到外线，其连接如图12.10b所示。,以上几种用户终端入网方式，归纳起

36、来，见表12.3。 表12.3 用户终端入网方式和速率,3、分组交换网的网间互连 (1) 分组交换网与电话网互连 目前，大多数数据终端是经过电话网接人分组交换网的。电话网和分组交换网的编号方案不同，网内控制信令也不同，因而两网互连时需要进行地址和信令的转换，验证DTE身份号码和完成计费等功能。图12-11给出了非分组型终端NPT(也称异步终端C-DTE)经电话网(PSTN)接人公用数据分组交换网(PSPDN)的例子。,零元素在矩阵中的分布有一定规律的特殊矩阵，主要包括：对称矩阵C-DTE通过调制解调器拨号呼叫PSPDN的分组装拆设备PAD，并向PAD提供“网络用户识别符”(NUI)，它是用户向

37、网络申请服务时分配给用户终端的“口令”。网络验证NUI合法后才进行连接。然后C-DIE再按照建议的规定与PAD及分组交换网通信。 、(上、下)三角矩阵和三对角矩阵。,图12.11还给出了整个呼叫建立过程的步骤，由图可见，主叫C-DTE经电话网呼叫分组交换网时，先呼叫分组交换网连接在电话网指定端口(Modem)的电话网号码，在得到连通响应后，再输入自己的NUI和被叫DTE号码，然后经分组交换网的验证，被叫DTE接受，最后呼叫建立完成。在操作过程中，分组交换网与电话网间接口执行对主叫C-DTE的NUI身份验证，然后转译为网络用户地址，它被作为主叫地址发送给被叫，按被叫DTE号码寻址选路由，并在接通

38、时开始计费。,图12.11异步终端经电话网接入公用数据分组网和呼叫过程示意图,我们再来看一下分组型终端经电话网接入分组交换网的情况。图12.12给出了分组型终端经电话网接入分组网时两网连接示意图。 分组型终端PT(也可表示成P-DTE)经电话网接入分组交换网的过程与上述类似，但是应该按照CCITT X.32建议的标准进行操作。在连接过程中，分组交换网一侧(DCE)能够得到主叫P-DTE的身份标识，以验证其合法性并用于计费。PSTN具有识别X.25规程的数据格式的功能,能够沟通P-DTE与PSPDN之间的通信，并执行相应的寻址功能。,图12.12分组型终端经电话网接入分组网时两网连接示意图,(2

39、) 分组交换网与用户电报网互连 用户电报(Telex)网是使用CCITT2号电码(5单位码)进行通信的网络，通信速率为50bit/s，呼叫连接用一定长度的脉冲信号表示，一切由人工操作，这些和分组交换网的通信完全不同。用户电报网(Telex)与分组交换网(PSPDN)连接示意图如图12.13所示。,当Telex网终端与PSPDN网的用户终端通信时，两网间应按CCITT F.73建议的规定格式进行。图中TPIWF是实现Telex网与PSPDN网功能转换的网间接口(缓冲存储和处理)，其主要功能是：双方间呼叫信号的转换；从Telex接收字符，经变换后发往PSPDN；从PSPDN接收数据分组，经分解变换

40、为起止字符送往Telex网；按规定进行码型变换等等。,图12.13 Telex网与PSPDN的连接,(3) 分组交换网之间的互连 为了使分散在多个分组交换网上的用户能够相互之间进行通信，必须把多个分组交换网进行互连。图12.14给出了两个公用分组交换网的互连示意图。 网间互连的基本要求是: 在尽量不修改原有的网络，不增加原有网络的开销，不降低原有网络的性能的基础上,克服由网间性能或功能差异而给通信带来的影响。对于分组交换网来说，虽然两网都符合X.25建议标准，但各网内的服务和协议参数可能取值不同，所以互连时必须进行沟通转换。按照X.25建议规定，这种接口功能的转换应在相互连接的两个网络的各自的

41、信令终接设备(STE)上执行。,图中，负责网间连接的设备称为信令终接设备(STE)，网间互连的接口规程，即两个信令终接设备(STE)之间的接口规程，为X.75建议。实现分组交换网互连的关键之一是各网都要执行X.121所规定的编号制度。,图12.14两个公用分组交换网的互连示意图,4、分组交换网的特点 (1)不同速率的终端间可以进行通信 分组交换网采用存储转发方式，因此可以实现不同速率终端之间的通信。速率范围从50bps48kbps (2)不同规程的终端之间可以进行通信 因为可以在分组交换网内进行规程转换，所以不同规程的终端都可以接入网进行通信。 (3)非分组终端也可以接入分组交换网 (4)可靠

42、性高 分组交换网在网内各段都进行差错检测和校验（检验的单位为分组），故数据传输的可靠性高。另外，由于每个分组在网内可以选择不同的路由，当网内的某个交换机或某条线路发生故障时，分组可以选择避开这些故障区域的路由。,(5)承担多种业务的功能 分组交换网具有可交换虚电路(通信时通过呼叫建立虚电路，通信结束后释放)和永久性虚电路(在经常通信的两个用户间采用固定连接的虚电路，通信时不需要呼叫建立)基本业务功能，此外还有数据报、快速选择、闭合用户群(在闭合用户群中的用户可以通信，外界用户不能与闭合用户群中的用户通信)等多种业务。而且随着用户需求的不断变化和网络规模的不断扩展，分组交换网还可以扩充新的业务功

43、能。 (6)按信息量计费 分组交换网主要是根据通信的信息量来计费，与通信距离和时间关系不大，这有利于计算机入网通信。 (7) 扩展网络方便 分组交换网中的各分组交换机之间，可以使用有线介质相连也可以使用无线介质相连；可以采用模拟线路也可以采用数字线路；而且也可以采用卫星或微波信道等。分组交换网可以很方便地扩展为全球范围的数据网。,(8)与其他网络互连 分组交换网可以较容易地与用户电报网、电话交换网、电路交换数据网、国际数据网等互连。 综上所述，分组交换数据网更适合于计算机联网通信。,12.2 综合业务数字网（ISDN）,在当今信息化社会中，计算机和通信技术的迅速发展产生了这两个领域不断增长的融

44、合。通信网正朝着信息数字化和业务类型多样化发展。现在，计算、交换和数字传输设备之间的界线已经模糊，数据、话音和图像传输都使用同样的数字技术。ITU-T(原CCITT)在1984年和1985年分两批提出的I系列建议中给出了ISDN的基本定义。综合业务数字网(ISDN) 的意图是要建立一个世界范围的公用电信网络，用以代替现有的公用电信网，并且能够支持包括话音、文字、图像等各类业务传送的数字交换网络。,ISDN对用户和厂商的影响都将是深远的。为了能够控制ISDN的演变和影响，大量的标准化工作正在进行之中。虽然ISDN尚未被普遍实现，但是它已经进入了发展过程的第二代。第一代即窄带ISDN，只能处理传输

45、速率低于2048kbit/s的数据传送业务，它使用64kb/s通道作为基本的交换单元，并且是面向电路交换的。窄带ISDN努力的主要技术贡献是产生了帧中继。随着高清晰度电视(HDTV)、数字电视等高速数据终端业务的涌现，1990年前后，ITU-T又推出十几个与高速数据传送业务相关的I系列建议，由此产生了第二代即宽带ISDN(B-ISDN)，它支持非常高的数据速率(几百Mb/s或更高)，并且是面向分组交换的。B-ISDN努力的主要技术贡献是产生了异步传输方式(ATM)，也称信元中继。,12.2.1 ISDN概述 ISDN起源于1967年，ISDN的英文全称为Integrated Service D

46、igital Network(综合业务数字网)。ITU-T对ISDN的定义是：ISDN是以综合数字网(IDN)为基础发展演变而成的通信网，能够提供端到端的数字连接，用来支持包括话音在内的多种电信业务，用户能够通过有限的一组标准化的多用途用户/网络接口接入网内。,1、ISDN的概念 (1) 综合数字网IDN 在介绍ISDN的概念之前，首先要了解综合数字网IDN (Integrated Digital Network)。综合数字网(IDN)是一个模拟和数字混合的网络，如图12.15所示。话音信号在用户到电话交换局之间是以模拟形式传输的，而在电话交换局和电话交换局之间是以数字形式进行交换和传输的，即

47、用户线上传送模拟信号，中继线上传送数字信号。,图12.15 IDN结构示意图,随着各种新业务的不断涌现，人们设想将各种网络如电话网、电报网和数据网综合在一个网络之中，利用一对用户线，将电话、传真、可视图文及数据通信等多种业务终端接入，并按统一的规程进行通信，这种网络即称为“综合业务数字网”(ISDN)。 (2) 综合业务数字网ISDN 按照ITU-T对ISDN的定义可知，ISDN不是一个全新的网络，而是在IDN的基础上将数字化扩展到用户环路后形成的。ISDN的结构示意图如图12.16所示。,图12.16 ISDN结构示意图,ISDN实现了用户线的数字化，一切信号都以数字形式进行传输和交换。即通

48、过在用户端加装标准的用户网络接口设备，将可视电话、数据通信、数字传真和数字电话等终端通过一对传统的电话线接入ISDN网络，从而大大增加了用户的通信手段，所以被形象地称作“一线通”。,2、ISDN的特性 从ISDN的基本概念中可以看出，ISDN与原先的通信网络的主要区别为： (1)ISDN能提供端到端的数字连接，而以前只能提供端到端的模拟数字一模拟连接。 (2)ISDN支持一系列广泛的话音和非话音业务，而 以前的通信网络只提供单一的话音业务或非话业务。 (3)ISDN为用户进网提供了一组有限的标准多用途用户网络接口，而以前只能提供单一接口。ISDN理论上可以提供8个终端同时进行通信，但因为目前设

49、备限制，所以暂时只能提供两个终端同时通信。,3、ISDN的基本结构 ISDN的基本结构如图12.17所示。各种ISDN业务和非ISDN业务的终端均可由用户本地网通过数字用户线接人ISDN交换机，多个ISDN交换机再经传输系统相连构成ISDN交换网。传输系统由PDH或SDH复用设备和光纤、数字微波和卫星等各种传输设备组成。,图12.17 ISDN的基本结构,4、数字用户环路 (1) 信道配置 ISDN在数字用户线上定义了下述几种不同速率的信道用于用户信息传输： B信道 B信道是用户信道，用来传送话音、数据等用户信息，传输速率为64k/s。一个B信道可以包含多个低速的用户信息子信道，因此一个用户可

50、以使用多个通信终端，但是这些信息必须向同一目的地传输。, D信道 D信道有两个用途：一是传送公共信道信令，这些信令包括拨号、振铃音等，是用来控制同一用户线上B信道的呼叫的；二是在没有信令需要传送时，D信道可用来传送分组数据或低速的(如100b/s)遥控遥测数据。D信道的传输速率是16kb/s或64kb/s。 H信道 H信道用来传送高速的用户信息。用户可以将H信道作为数字中继线或高速干线，根据各自的时分复用方案将其划分使用，典型的应用例子有：用户小交换(PBX)、LAN互连、高速传真、图像、以及分组交换信息。目前，H信道有三种标准速率： H0信道：384kbs Hll信道：1536kb/s(适用

51、于PCM24路系统) H12信道： 1920kb/s (适用于PCM3032路系统) 传输速率更高的H信道有待今后进一步研究开发。,(2) 用户线传输速率 用户驻地网(CPN)通过数字用户线和局端的ISDN交换机相连。ISDN规定了数字用户线的三种传输速率分别是192kb/s、1544kb/s和2048kb/s。其中192kb/s称为基本速率接口(The Basic-Rate Interface，BRI)，适用于家庭用户；另外两个接口速率适合PDH两个不同基群速率的集团用户，称为基群速率接口(The Primary-Rate Interface，PRI)。,使用不同传输速率时，用户线可以选用的

52、多种信道配置方法如下： 192kb/s基本接口(BRI) 它包括两条64kb/s的双工B信道和一条16kb/s的双工D信道(2B+D)，总的传输速率是144kb/s，再加上帧定位和其他开销，基本接口的传输速率达到192kb/s。基本接口使用户的多个端设备可以通过一个单一的物理接口同时进行话音和多种形式的数据通信，例如分组数据通信、智能用户电报或个人计算机通信等。, 基群速率接口(PRI) 它把若干个B和D通道复用到1.544Mb/s(用于北美和日本)或2.048Mb/s(用于欧洲)这样一种更高速率的接口上。1.544Mb/s接口标记为23B+D，2.048Mb/s接口标记为31B+D，这表明在

53、PRI帧中运载了多少个B和D通道。这种接口的设计，是为了满足通信量大的用户需要的，例如，装有PBX或LAN的办公室用户，采用1544kb/s接口时，入口信道结构为23B+D；采用2048kb/s接口时，入口信道结构为30B+D。多出的接口速率将用于插入帧定位和开销。在这两种情况下，D信道的速率均为64kb/s。为了照顾那些通信量小的用户，原CCITT也承认那些B信道数较少的基群速率接口，这时接口的信道结构可用nB+D来表示(n23或n30)。,基群速率接口还可以用来支持H信道，所含的信道个数见表12.4。由表中的信道安排方式可以看出，ISDN为用户的不同需求提供了极大的灵活性。此外，从这种数字

54、用户线信道配置中也可看出，ISDN已经考虑了用户线的综合业务传输问题，具有接入网的部分功能。,表12.4 ISDN用户信道配置,ISDN中两种提供分组交换承载业务的功能群： 分组处理功能群，包含在ISDN内部处理分组呼叫的相关功能。 网间互连功能群，包含使ISDN和分组交换数据网互连的功能。,无交换连接能力也称专线能力 无交换连接能力是指不利用网内的交换能力，在终端间建立永久或半永久连接的能力，这等效于租用线路，ISDN的主要使用者是企业和机关团体，他们可以利用从电信部门租用来的专线把分散在各地的用户交换机相互连接起来，构成一个单位的专用网。 公共信道信令能力 公共信道信令是ISDN的中枢神经

55、。在电路交换网中必须建立起信息通道，以便在交换机之间传送一些控制信息，这些控制信息就称为信令。它包括目的地址、通信的建立、拆线、业务内容及类别等相关信息。,ISDN具有三种不同的信令：用户网络信令、网络内部信令和用户用户信令。这三种信令的工作范围不同，分别为：用户网络信令是用户终端设备和网络之间的控制信号；网络内部信令是交换机之间的控制信号；用户用户信令则透明地穿过网络，在用户之间传送，是用户终端设备之间的控制信号。ISDN的全部信令都采用公共信道信令方式。公共信道信令的主要功能是将信息通路与信令通路相分离，在信令通路上完成对用户提供ISDN基本业务和补充业务的控制。因此在这种信令方式中，用户

56、网络接口及网络内部都有单独的信令信道存在，和用户信息信道完全分开。,6、ISDN交换机 ISDN是在原有IDN中增加了七号信令功能，在用户接人部分增加了用户环路数字化功能及强大的用户信令功能后，形成的能综合各种独立的网络业务的单一网络。ISDN交换机功能结构如图12.18所示，从图中可看出ISDN交换机提供以下几种信道连接能力： 图12.18 ISDN交换机功能模型,现在以64kb/s的电路方式交换机为例，说明在ISDN中用户信息和信令分离的情况，如图12.19所示。在CCITT提出的ISDN参考模型中，把终端与交换机的功能分成两种：第一种是与用户信息的传输有关的U (user：用户)功能；第

57、二种是与呼叫控制有关的C (control:控制)功能。在通信网中，把全部U功能的集合称为U面(U-plane)，而把全部C功能的集合称为C面(C-Plane)。在ISDN的术语中，用户信息位于U面，信令位于C面。由此可以看出，ISDN实际上是由两个子网组成，一个是交换信息子网(位于虚线上方)，另一个是信令子网(位于虚线下方)。,图12.19在ISDN中用户信息和信令的分离,7、ISDN协议层次 ISDN的分层方法完全支持OSI的7层协议模型，尽管ISDN本身仅限于该模型的下3层操作。 表12.5示出了ISDN的协议层次。第一层即物理层，它使用基本速率接口(2B+D)或一次群速率接口(23B+

58、D或31B+D)。这些标准在ITU-T的I系列中分别作为I.430和I.431颁布。因为B通道和D通道在同样的物理接口上复用，所以该物理层标准同样适用于这两种通道。但是对于比物理层更高的层次，用于这两个通道的协议结构则互不相同。,对于D通道：定义了一个新的数据链路层标准LAPD(Link Access Protocol D channel)。该标准基于HDLC修改，以满足ISDN需求。在D通道上的所有传输都以LAPD帧的形式进行，这些帧在用户设备和ISDN交换部件之间交换。D通道支持3种应用：控制信令，分组交换和遥测。控制信令是在用户和网络之间的一个协议，定义了一个呼叫控制协议(I.451Q.

59、931)，用以在B通道上建立、维持和终止连接；在第3层之上可以有与用户到用户控制信令相关的更高层次的功能，这些功能还有待于今后进一步研究。D通道也可以被用来向用户提供分组交换服务。在这种情况下，使用X.25第3级协议在LAPD帧中传输X.25分组，使用X.25第3级协议在D通道上建立通向其他用户的虚电路，并交换分组数据。最后一个应用领域遥测，还有待于今后进一步研究。,表12.5 ISDN协议层次,B通道可以用于电路交换，半永久电路，以及分组交换。对于电路交换，当需要时才在B通道上建立一条电路。D通道的呼叫控制协议就用于电路的建立。电路一旦建立起来，就可以被用于用户之间的数据传送。半永久电路是按照事先约定在被连接的用户和网络之间建立起来的一条B通道电路；与电路交换的连接相同，它也在端点系统之间提供一条透明的数据通路。在被连接的站看来，不论是使用电路交换连接，还是使用半永久电路连接，都好像提供了一条直接的全双工链路，它们自由地使用它们自己的格式、协议和帧同步。因此，从ISDN的观点看，第2层至第7层