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现代通信网概论第二章现代通信网基础技术1、现代通信终端2、现代传输技术3、数字通信技术4、现代交换技术2.1现代通信终端-固定电话机现代通信终端-手机现代通信终端-手机•SIM卡是（SubscriberIdentityModule客户识别模块）的缩写，也称为智能卡、用户身份识别卡，GSM数字移动电话机必须装上此卡方能使用。•它在一电脑芯片上存储了数字移动电话客户的信息，加密的密钥以及用户的电话簿等内容，可供GSM网络客户身份进行鉴别，并对客户通话时的语音信息进行加密。手机SIM卡（参看教材19页）现代通信终端-移动电话机没有SIM卡，手机能工作吗？SIM卡上有什么信息？在教材上找答案。SIM卡的原理SIM卡是带有微处理器的芯片内有5个模块，每个模块对应一个功能CPU(8位/16位/32位)、程序存储器ROM、工作存储器RAM、数据存储器EEPROM和串行通信单元，这5个模块集成在一块集成电路中。SIM卡在与手机连接时，最少需要5个连接线这5个模块被胶封在SIM卡铜制接口后与普通IC卡封装方式相同。这5个模块必须集成在一块集成电路中，否则其安全性会受到威胁，因为芯片间的连线可能成为非法存取和盗用SIM卡的重要线索SIM卡的存储容量•一般SIM卡的IC芯片中，有128KB的存储容量，可供储存以下信息•1000组电话号码及其对应的姓名文字40组短信息(ShortMessage)•5组以上最近拨出的号码4位SIM卡密码(PIN)•市面上的SIM卡芯片有16K,32K,64K,128K,512K,1M多种，以及能提供多媒体业务，非接触业务的专业SIM卡，容量可以达到M兆级SIM卡的功能之一•存储用户相关数据•SIM卡存储的数据可分为四类：第一类是固定存放的数据。这类数据在ME（MobileEquipment）被出售之前由SIM卡中心写入，包括国际移动用户识别号（IMSI）、鉴权密钥（KI）等；第二类是暂时存放的有关网络的数据。如位置区域识别码（LAI）、移动用户暂时识别码（TMSI）、禁止接入的公共电话网代码等；第三类是相关的业务代码，如个人识别码（PIN）、解锁码（PUK）、计费费率等；第四类是电话号码簿，是手机用户随时输入的电话号码SIM卡的功能之二•用户PIN的操作和管理•SIM卡本身是通过PIN码来保护的，PIN是一个四位到八位的个人密码，只有当用户输入正确的PIN码时，SIM卡才能被启用，移动终端才能对SIM卡进行存取，也只有PIN认证通过后，用户才能上网通话SIM卡的功能之三•用户身份鉴•确认用户身份是否合法，鉴权过程是在是在网络和SIM卡之间进行的，而鉴权时间一般是在移动终端登记入网和呼叫时。鉴权开始时，网络产生一个128比特的随机数RAND，经无线电控制信道传送到移动台，SIM卡依据卡中的密钥Ki和算法A3,对接收到的RAND计算出应答信号SRES，并将结果发回网络端。而网络端在鉴权中心查明该用户的密钥Ki，用同样的RAND和算法A3算出SRES,并与收到的SRES进行比较，如一致，鉴权通SIM卡的功能之四•SIM卡中的保密算法及密匙•SIM卡中最敏感的数据是保密算法A3、A8、密钥Ki、PIN、PUK和Kc。A3、A8算法是在生产SIM卡时写入的，无法读出。PIN码可由用户在手机上自己设定，PUK码由运营者持有，Kc是在加密过程中由Ki导出的SIM卡卡号（即ICCID号）的含义•SIM卡上有20位数码•前面6位为网络代号•898600）是中国移动的代号•898601）是中国联通的代号•898603）是中国电信的代号•第7位是业务接入号•在133、135、136、137、138、139中分别为1、5、6、7、8、9•第8位是SIM卡的功能位，一般为0，预付费SIM卡为3•第9、10位是各省的编码•01：北京02：天津03：河北04：山西05：内蒙古06：辽宁07：吉林08：黑龙江09：上海10：江苏11：浙江12：安徽13：福建14：江西15：山东16：河南17：湖北18：湖南19：广东20：广西21：海南22：四川23：贵州24：云南25：西藏26：陕西27：甘肃28：青海29：宁夏30：新疆31：重庆•第11、12位是年号；第13位是供应商代码•第14～19位则是用户识别码•第20位是校验位•注：现在的运营商对ICCID管理比较混乱，所以以上不绝对可靠SIM卡的密码•PIN码是指SIM卡的密码，存在于SIM卡中，其出厂值为1234或0000。激活PIN码后，每次开机要输入PIN码才能登录网络。PUK码是用来解PIN码的万能钥匙，共8位。用户是不知道PUK码的，只有到营业厅由工作人员操作。当PIN码输错3次后，SIM卡会自动上锁，此时只有通过输入PUK才能解锁。PUK码共有10次输入机会。所以此时，用户千万不要自行去碰PUK密码,输错10次后，SIM卡会自动启动自毁程序，使SIM卡失效。此时，只有重新到营业厅换卡。其实，只要小心使用，PIN密码只会保护你的安全•SIM卡有两个PIN码：PIN1码和PIN2码。我们通常讲的PIN码就是指PIN1码，它用来保护SIM卡的安全，是属于SIM卡的密码。PIN2码也是SIM卡的密码，但它跟网络的计费（如储值卡的扣费等）和SIM卡内部资料的修改有关。所以PIN2码是保密的，普通用户无法用上PIN2码。不过，即使PIN2码锁住，也不会影响正常通话。也就是说，PIN1码才是属于手机用户的密码SIM卡的密码•在设置固定号码拨号和通话费率（需要网络支持）时需要PIN2码。每张SIM卡的初始PIN2码都是不一样的。如果三次错误地输入PIN2码，PIN2码会被锁定。这时同样需要到营业厅去解锁。如果在不知道密码的情况下自己解锁，PIN2码也会永久锁定。PIN2码被永久锁定后，SIM卡可以正常拨号，但与PIN2码有关的功能再也无法使用。以上各种码的默认状态都是不激活SIM卡的密码sim卡验证过程•手机向网络发出入网请求•网络回复一随机字符串•手机接收，并将其交给SIM卡•卡片按照片内算法进行计算，得到结果返回手机•手机将其运算结果、IMEI、ICCID发回网络,网络读取ICCID，分析是否是本地号码•网络返回合法信息，并下发KC码，完成入网过程•注：以上描述的是2G网的鉴权过程，3G网鉴权过程与此不同小游戏请小组推选出一位代表上台z展示手机里面的SIM卡，并简要陈述SIM卡的功能。上台的代表可+2分。1、现代通信终端2、现代传输技术3、数字通信技术4、现代交换技术传输介质传输介质是指传输信号的物理通信线路。传输介质分为有线介质和无线介质。有线介质中电磁波信号沿着有形的固体介质传输。无线介质中，电磁波信号通过地球外部的大气或外层空间进行传输。有线介质架空明线中，信道由架在一系列竖立电杆上的绝缘子上的导线而成。这种信道易建设，但高频衰减较大，传输信号频带受限，通信容量小。同时，干扰大且可靠性差，易被窃听，易损坏。在现代通信网中基本不再使用。架空明线有线介质又称双绞线，由多对线路包扎成一条线缆组成。受外界干扰较小，性能比较稳定，但其损耗随工作频率的增大而急剧增大，因而容量受限。广泛使用在用户环路，即从用户终端到复接设备或交换机之间。平衡电缆有线介质分小同轴（管外径4.4mm）和中同轴（管外径9.5mm），由于电磁波在外管和内芯间传播，所以无发射损耗，衰减较小，带宽较大，传输容量较大。缺点是造价高，施工复杂。一般作为通信网固定的干线信道。同轴电缆有线介质是以光为载波，以光导纤维为传输介质的一种通信信道。优点：其频带宽，容量大，中继距离长，抗干扰性好，保密性强，体积小，重量轻，成本低，传输质量高。光纤有线介质多模光纤（MMF）：允许多个光传导模式同时通过光纤，光信号进入光纤时沿多个角度反射。由于容易产生模式色散，主要用于短距离低速传输，一般传输距离小于2KM。单模光纤（SMF）：纤芯直径非常小，通常为4-10um，只允许光信号以一种模式通过纤芯。传输特性好，能为信号传输提供更大的带宽、更远的距离。目前长途传输主要采用单模光纤。无线介质无线电磁信道的频谱范围图频率在300kHz以上，波长1000m以上，沿海平面的传播损耗较小，但可用带宽小，适用于航海导航和对潜通信系统。长波信道中波信道频率在3~30MHz，波长10~100m内，称为高频。传播损耗较大，地面传播距离也较短。但借助空中（称为天波），可进行远距离通信。频率在0.3~3MHz，波长100~1000m内，传播损耗较比长波稍大，但传播距离比较远（地面波）。短波信道无线介质频率在30～3000MHz内，其中30～300MHz称为甚高频，300～3000MHz称为特高频，地面的传播损耗大，只适合近距离通信，如移动通信网。超短波信道微波信道频率在几1012-14HZ，主要用于短距离、小范围的通信，但无法穿越障碍物。频率在3000MHz～30GHZ，波长短，天线的方向性相当强，其传输是由电磁波的直播视距传输。红外线无线传输信道多路复用技术多路复用在一个公共信道上建立两条或多条传输信道，目的是充分利用信道的容量，提高信道传输效率。时分多路复用频分多路复用波分多路复用多路复用技术频分多路复用技术频分多路复用（FDM）把信道的可用频带分割成较窄的子频带，每条子频带作为一个独立传输信道传输。效率不高，易产生串音和互调噪声干扰。FDM原理框图时分复用（TDM）是多路信号按一定规律分时占用1条信号线。复用器给每个用户分配一个固定的时间段（称为时隙）。TDM一般采用固定帧长结构，它根据时隙在帧内的相对位置来识别用户信道，因此需要有同步信号来进行时隙定位。不存在保护频带，信息传输效率高，信道占用频带窄、容量大。缺点是通信双方必须严格保持同步。时分多路复用（TDM）时分多路复用技术TDM原理框图时分多路复用器m1m2m3mn时分多路复用器m1m2m3mnmnm2m1mnm2m1…………时分多路复用技术tABCDABCD第一帧第二帧ABCDABCD同步时钟波分复用（WDM）本质上是光域上的频分复用（FDM）技术。将光纤的低损耗区划分为若干个信道，每个信道占用不同的光波频率，在发送端采用波分复用器将不同波长的光载波信号合并到一根光纤上传输，接收端再用分波器分离出各路信号。数字通信技术PCM数字通信过程示意图数字通信技术数字通信技术数字通信过程示意图数字复接系统•在时分制的PCM通信系统中，为了扩大传输容量，提高传输效率，必须提高传输速率。也就是说想办法把较低传输速率的数据码流变换成高速码流。•数字复接终端就是这种把低速率码流变换成高速率码流的设备。数字复接系统由数字复接器和数字分接器两部分构成。把两个或两个以上的支路数字信号按时分复用方式合并成单一的合路数字信号的过程称为数字复接，把完成数字复接功能的设备称为数字复接器。•在接收端把一路复合数字信号分离成各支路信号的过程称为数字分接，把完成这种数字分接功能的设备称为数字分接器。数字复接器和数字分接器和传输信道共同构成了数字复接系统87654321用户话机87654321电话交换机图1.1用户个个相连图1.2交换节点的引入N的增加现代交换技术面向连接和无连接•面向连接（connection-oriented），在发送任何数据之前，要求建立会话连接（与拨打电话类似），然后才能开始传送数据，传送完成后需要释放连接。建立连接是需要分配相应的资源如缓冲区，以保证通信能正常进行。这种方法通常称为“可靠”的网络业务。它可以保证数据以相同的顺序到达。面向连接的服务在端系统之间建立通过网络的虚链路•无面向连接（connectiongless），不要求发送方和接收方之间的会话连接。发送方只是简单地开始向目的地发送数据分组（称为数据报）。这与现在风行的手机短信非常相似：你在发短信的时候，只需要输入对方手机号就OK了。此业务不如面向连接的方法可靠，但对于周期性的突发传输很有用。系统不必为它们发送传输到其中和从其中接收传输的系统保留状态信息。无连接网络提供最小的服务，仅仅是连接。无连接服务的优点是通信比较迅速,使用灵活方便,连接开销小;但可靠