ch01通信网概述.ppt

1、第一章 通信网概述,参见教材第一章,2020/10/13,通信网基础,2,提纲,通信网与先修课程的关系 通信网的类型 通信网的分代及演变 网络体系结构,2020/10/13,通信网基础,3,通信系统与通信网,通信系统 点点，含发端机、信道、收端机 全双工系统 n 用户 n(n-1) 半双工系统 n 用户 n(n-1)/2 单工系统 目标：在有效性和可靠性之间到达最佳平衡。,2020/10/13,通信网基础,4,交换与通信网,交换系统 提高传输效率，引入转接、交换设备 从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。,2020/10/13,通信网基础,5,各种网络结构

2、,网状网 星形网 复合型网络 环形网 ,2020/10/13,通信网基础,6,通信网的组成部件,通信系统的部件是网的部件 交换系统是网的部件 硬件：终端，信道，路由、交换设备 软件：信令，协议，标准,2020/10/13,通信网基础,7,通信网要达到的目标,转接的任意性与快速性网的基本要求 可靠性：不可靠，常故障不可用；绝对可靠不存在 信道的透明性：所有信息均可在网中传递，对用户不提太多的要求 质量的一致性：通信质量指标得有一致性指标 网的可发展性（灵活性）：允许新用户，新业务入网及网间互联 经济的合理性,2020/10/13,通信网基础,8,提纲,通信网与先修课程的关系 通信网的类型 通信网

3、的分代及演变 网络体系结构,2020/10/13,通信网基础,9,通信网的类型,早期的公用通信网仅包括电话网和电报网，随着通信技术的发展，通信网的类型以及通信网向公众提供的通信业务的类型不断增加，服务质量不断提高。划分方法很多，很乱。 通信业务划分：电话网、数据网、有线电视网 通信范围划分：公用网 、局部网、专用网 信号形式划分：模拟网、数字网、综合网 信道划分：有线网、无线网、移动网,2020/10/13,通信网基础,10,通信网的划分,根据网络功能从水平方向划分：用户驻地网CPN、接入网AN和核心网CN。,2020/10/13,通信网基础,11,通信网的划分,根据网络功能从垂直方向划分：业

4、务网、传送网和支撑网（ITU-T 网络分层的概念）,2020/10/13,通信网基础,12,业务网，传送网和支撑网,业务网是指向公众提供电信业务的网络，包括固定电话网、移动电话网、互联网、IP电话网、数据通信网、智能网、窄带综合业务数字网（N-ISDN）、宽带综合业务数字网（B-ISDN）等。 传送网是指数字信号传送网，包括骨干传送网和接入网。 支撑网包括信令网、数字同步网和电信管理网。,2020/10/13,通信网基础,13,2020/10/13,通信网基础,14,三大业务网,电信部门：话音、数据 广电部门：同轴入户（700M），但单向 互联网： 发展活跃 文字、数据、图像、话音 问题：速度

5、瓶颈，实时性差 三网竞争：域名，IP地址,2020/10/13,通信网基础,15,提纲,通信网与先修课程的关系 通信网的类型 通信网的分代及演变 网络体系结构,2020/10/13,通信网基础,16,通信网的分代及演变,按通信网的核心技术分代： 第一代通信网的核心技术：模拟通信技术。 第二代通信网的核心技术：基于TDM电路交换的数字通信技术。 第三代通信网的核心技术：基于IP的分组交换的数字通信技术。,2020/10/13,通信网基础,17,第一代通信网,以模拟通信技术为核心技术的通信网，通信网中的全部设备都是采用模拟通信技术来设计、制造的。 这一代通信网的业务种类简单(电话、电报)，业务的全

6、程全网是模拟信息的处理。电信业务是采用面向连接的工作方式，为每一对用户连接提供的资源都是独占的(一个频段和一组交换触点)，从而可保证电信业务的服务质量。 推动第一代向第二代发展的动力，来自对提高业务质量的要求，特别是对提高长途电话质量的要求。在技术上，“纳奎斯特”定理证明了可以从两倍于模拟频率的抽象中完全无失真地恢复原模拟信号，奠定了数字通信的基础。半导体技术的发展使数字通信技术的应用成为可能，于是第二代通信网蓬勃发展起来。,2020/10/13,通信网基础,18,第二代通信网,基于TDM电路交换数字通信技术的通信网，通信网中的全部设备都是采用基于TDM电路交换的数字通信技术来设计、制造的。第

7、二代通信网中，终端设备仍采用模拟终端 第二代通信网的业务种类简单(电话、电报、用户电报)，业务的全程全网除了用户环路外，全部采用基于TDM的数字通信技术，业务是面向连接的业务，每一对用户间的连接资源在通信的全过程中均是独占的(一个或多个时隙)，以保证电信业务的服务质量。,2020/10/13,通信网基础,19,第二代通信网,从第一代到第二代通信网，通信技术由模拟通信技术转向数字通信技术，发生了革命性的变化，实现了更新换代。由于第二代通信网的业务(电话、电报)类型和业务的工作方式(面向连接，资源独占)都没有发生变化，特别是用户环路与终端设备没有发生改变(仍为模拟工作方式)，因而过渡进展得很顺利，

8、我国仅用数年就完成了全部通信网的数字化工程，建成了第二代通信网。,2020/10/13,通信网基础,20,第三代通信网 （NGN）,基于IP的分组交换通信网，通信网中的全部设备都是用IP分组的数字通信技术来设计、制造的。 第三代通信网中的所有设备均是用于产生、存储、交换、传输数字化电信信息，实现电信信息的通信设备。下一代通信网这个概念并不是现在才有的，而是在上世纪80年代末、90年代初就已经提出来了。电信专家为此作出了不屈不挠的努力，在摸索中不断前进。经过10余年的研究和实践，认识到基于IP分组的数字通信技术才是第三代通信网的核心技术。,2020/10/13,通信网基础,21,现阶段网络特点,

9、现阶段通信网处于二代到三代过渡末期，以基于IP的分组交换的数字通信技术为主，尚有部分基于TDM的电路交换方式业务网络，目标是统一的多业务承载网。 从业务上看，它应支持语音、数据、视频和多媒体业务。 从网络层面上看，在垂直方向它应包括业务层、传送层等不同层面，在水平方向它应覆盖核心网和边缘网。,2020/10/13,通信网基础,22,ITU-T定义的“NGN”实际是一把几乎可以覆盖所有通信网络领域的大伞。,2020/10/13,通信网基础,23,下一代传送网,传送网作为传送层面，为NGN业务提供承载，根据业务对于传送层面的需求来提出对传送网的要求。其主要特征有以下几个方面: （1）高速率、大容量

10、 （2）多业务能力 （3）传送网的智能化,2020/10/13,通信网基础,24,下一代交换网,下一代交换网 业务提供和呼叫控制分开； 呼叫控制和承载连接分开； 开放的接口，便于第三方提供业务。,2020/10/13,通信网基础,25,下一代互联网,下一代互联网具有比当前的互联网更大、更快、更安全、更及时和更方便的特征，IPv6技术是实现这些特征的主要技术之一。IPv6将地址空间从IPv4的32位改变为128位，并提高网络的可管理性、安全性、可移动性、QoS能力等。 拥有足够的IP地址资源。 具有足够宽的带宽，传输速度达到2.5Gbit/s到 10Gbit/s。 具有较好的安全性能。 拓宽了业

11、务的应用范围,2020/10/13,通信网基础,26,下一代移动网,UMTS的网络结构主要由3部分组成，即无线接入网、Iu接口和核心网。,2020/10/13,通信网基础,27,提纲,通信网与先修课程的关系 通信网的类型 通信网的分代及演变 网络体系结构 协议 OSI参考模型 TCP/IP协议模型 通信网的分层,2020/10/13,通信网基础,28,网络协议的概念,协议是用来描述进程之间信息交换过程的术语，是通信双方为了实现通信所进行的约定或对话规则 协议由语义、语法和定时三部分组成 语义：规定通信双方彼此“讲什么”，即确定协议元素的类型，如规定通信双方要发出什么控制信号，执行的动作和返回的

12、应答 语法： 规定通信双方彼此“如何讲”，即确定协议元素的格式，如数据和控制信息的格式 定时关系：规定事件执行的顺序，即确定通信过程中通信状态的变化,2020/10/13,通信网基础,29,层次性的协议,网络是非常复杂的！存在许多异质性 “部分”： hosts routers links of various media applications protocols hardware, software,问题： 有什么方法能合理的组织网络的结构？,2020/10/13,通信网基础,30,网络体系结构中每一层都要依靠下一层提供的服务。为了提供服务，下层把上层的PDU作为本层的数据封装，然后加入本

13、层的头部（和尾部）。头部中含有完成数据传输所需的控制信息。 数据自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程。由此可知，在物理线路上传输的数据，其外面实际上被包封了多层“信封”。,2020/10/13,通信网基础,31,数据,数据 段 数据包 帧 比特 电脉冲,011101000011000010100101111010110,数据多层封装,2020/10/13,通信网基础,32,提纲,通信网的组成 通信网的类型 通信网的分代及演变 网络体系结构 协议 OSI参考模型 TCP/IP协议模型 通信网的分层,2020/10/13,通信网基础,33,I

14、SO/OSI参考模型,接收信息的进程,发送信息的进程,数据流的物理传输,2020/10/13,通信网基础,34,物理层,完成相邻节点之间原始比特流的传输 通过执行建立物理连接和数据传输等功能向数据链路层提供服务 物理层的设计主要涉及物理层接口的机械、电气、功能和过程特性，以及物理层接口连接的传输介质等问题 物理层由两个主要部分组成：传输媒体和连接策略。典型的传输媒体有双绞线、同轴电缆、光纤、卫星、微波塔和无线电波。连接策略共有三种形式：电路交换、报文交换和分组交换,2020/10/13,通信网基础,35,数据链路层,链路和数据链路 链路：是一条无源的点到点的物理线路 数据链路：物理线路和控制传

15、输的协议，也成为逻辑链路 当采用复用技术时，一条链路上可以有多条数据链路 数据链路层最重要的作用就是通过数据链路层协议，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输,2020/10/13,通信网基础,36,链路与数据链路,数据链路,2020/10/13,通信网基础,37,数据链路层的功能,链路管理：数据链路的建立、维持和释放 帧同步：收方能从收到的比特流中区分一帧的开始和结束 流量控制：发送数据的速率必须使收方来得及接收 差错控制：以帧为单位检错重发 将数据和控制信息分开：使收方区分同一帧中的数据和控制信息 透明传输：传输与数据的内容无关 寻址：在多点连接的情况下，保证每一帧都能送到正确的地址；收

16、方也应知道发方是哪个站,2020/10/13,通信网基础,38,网络层,网络层为传输层提供建立端对端通信的功能。它让传输层可以专注于自己的工作，而不必关心两站点间来回传送信息的具体细节 网络层包含在两点间寻找最佳路径的算法 网络层协议规定了网络节点和虚拟线路的一种标准接口，完成虚拟线路的建立、拆除和通信管理 网络层一般给传输层提供两种类型的接口：虚电路和数据报,2020/10/13,通信网基础,39,虚电路和数据报 虚电路服务：虚电路是网络内一对站点之间的逻辑连接；虚电路可分为呼叫虚电路和永久虚电路 虚电路类似于电话拨号呼叫和半永久连接 数据报服务：报文采取存储-转发传输方式 采用数据报服务时

17、，通信子网不负责错误处理，主机传输层必须具有差错检测和恢复功能 虚电路是面向连接的服务，数据报是面向无连接的服务,2020/10/13,通信网基础,40,传输层,传输层处于网络高层和低层之间，依靠下面的三个层次控制实际的网络操作。通过检测网络层发生的差错并加以补偿，为会话层提供可靠的传输服务 传输层提供可靠有效的网络连接，从而允许上面的三个层次不受实际网络结构约束地执行各自的任务 传输层向会话层提供寻址和多路复用以及流量控制服务 传输层的提供的服务也分为面向连接和面向无连接的传输服务,2020/10/13,通信网基础,41,传输层的多路复用,向下多路复用：把单个连接分割连接到多个网络层连接实现

18、多路复用，改善了网络的吞吐量 向上多路复用：把多个连接复合到一个网络层实现多路复用。当用户需要一个持续的网络连接，但又无法承担费用时，这一方法非常有用,2020/10/13,通信网基础,42,会话层,会话层包括在两个端用户间建立和保持一个连接或会话所必需的协议 一个传输连接一次只为一个会话服务。第二次会话必须等待第一次会话结束后才能使用运输连接 如果传输连接由于一个网络故障而中断，会话层将请求另一个传输连接，从而使会话不至于被中断 传输层与会话层之间的差别如图所示,2020/10/13,通信网基础,43,表示层,数据变换 把应用层送入的字符变换为相应的代码 数据格式化 把输入的数据按照一定的格

19、式加以组织和改变 语法选择 对数据和图像语法的变换格式的选择和修改 数据压缩及数据加密,2020/10/13,通信网基础,44,应用层,负责两个应用程序之间的通信，为网络用户之间的通信提供专用的服务 应用层分为几种不同的子层和应用元素。包括公共应用服务元素(CASE)和特定应用服务元素(SASE) CASE为各应用程序提供共同的服务，其本身由联系控制服务元素、可靠传输服务元素、远程操作服务元素和委托、并发与恢复元素组成 SAVE完成某一方面的特定应用，如文件传输、访问和管理、虚拟终端协议、作业传送与操作、报文处理系统和目录服务等,2020/10/13,通信网基础,45,总结,2020/10/1

20、3,通信网基础,46,关于OSI/RM,只要遵循 OSI 标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。 在市场化方面 OSI 却失败了。 OSI 的专家们在完成 OSI 标准时没有商业驱动力； OSI 的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低； OSI 标准的制定周期太长，因而使得按 OSI 标准生产的设备无法及时进入市场； OSI 的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。,2020/10/13,通信网基础,47,提纲,通信网与先修课程的关系 通信网的类型 通信网的分代及演变 网络体系结构 协议 OSI参考模型 TCP/IP协议模型,2020

21、/10/13,通信网基础,48,TCP/IP参考模型,TCP/IP协议族是在ARPARNET上研究开发成功的。 TCP/IP协议族的通信任务组织成四个相对独立的层次：应用层、运输层、互连网层、网络接入层。 TCP/IP协议族重点强调应用层、运输层和互连网层，而对网络接入层只要求能够使用某种协议来传送互连网层的分组。,2020/10/13,通信网基础,49,TCP/IP 四层协议,应用层 运输层 网际层 网络 接口层,主机A,主机B,路由器,网络 2,网络 1,应用层 运输层 网际层 网络 接口层,网际层 网络 接口层,4 3 2 1,2020/10/13,通信网基础,50,沙漏计时器形状的TC

22、P/IP协议族,HTTP,SMTP,DNS,RTP,TCP,UDP,IP,网际层,网络接口层,运输层,应用层,网络接口 1,网络接口 2,网络接口 3,Everything over IP IP 可为各式各样的应用程序提供服务,IP over Everything IP 可应用到各式各样的网络上,2020/10/13,通信网基础,51,网络接入层的主要功能是解决与硬件相关的功能，向互连网层提供标准接口。从网络的角度来讲，它是解决在一个网络中两个端系统之间传送数据的问题，以及一个端系统（计算机）和它连接的网络之间的数据交换。,2020/10/13,通信网基础,52,如果两台设备连在两个不同的网络上，要使数据穿过多个互连的网络正确地传输，这是互连网层（网际层）要完成的功能。该层采用的协议称为互连网协议（IP），它提供跨越多个网络的选路功能和中继功能。IP解决了网络互连问题，但它是一个不可靠的传输协议。在传输过程中可能会出现IP报文的错误、丢失和乱序等问题。,2020/10/13,通信网基础,53,TCP为应用程序之间的数据传输提供可