现代通信网技术 第1章 通信网的基本概念

第1章绪论第1章绪论1.1通信网的基本概念1.2通信网的交换技术1.3通信网的体系结构及标准化组织1.4通信网的服务质量1.5通信网的发展史思考题第1章绪论1.1通信网的基本概念1.1.1通信系统的基本模型1．点到点的通信系统通信系统－－使用光信号或电信号传递信息的通信系统。通信系统的基本组成：信源、发送器、信道、接收器和信宿。第1章绪论图1.1点到点通信系统模型(a)模型图(b)实例信源发送器工作站Modem公共电话网Modem信息服务器信道源系统接收器信宿目的系统(a)(b)PSTN第1章绪论信源：产生各种信息的信息源。发送器：将信源发出的信息转换成适合在传输系统中传输的信号。信道：信号的传输媒介，负责在发送器和接收器之间传输信号。可分为有线信道和无线信道；模拟信道和数字信道。接收器：将从传输系统中收到的信号转换成信宿可以接收的信息。信宿：负责接收信息。第1章绪论实现多用户间的通信：一个合理的拓扑结构；定义标准的通信协议；形成一个通信网络。第1章绪论2．交换式网络网状网结构缺点：(1)成本太高;(2)信道资源独占，线路利用率低；(3)难以集中控制和管理。(a)点到点的网络第1章绪论多用户全互连式连接第1章绪论交换机(b)交换机共享连接交换式网络交换式网络交换节点的功能：负责用户的接入；业务量的集中；用户通信连接的创建；信道资源的分配；用户信息的转发；必要的网络管理与控制。“交换”概念的思想：根据用户实际的需求为其分配所需的网络资源，实现“按需分配”，从而达到网络资源共享，降低通信成本的目的。第1章绪论通信网汇接交换机市话交换机用户交换机中继线用户线多台交换机组成的通信网第1章绪论交换式网络的优点：(1)便于用少量的中继线路以共享的方式为大量用户服务，大大降低了建设成本。(2)易于网络扩容，便于网络的控制与管理。第1章绪论•用户终端至交换节点（用户线）的接入方式：有线接入方式，无线接入方式；点到点接入方式，共享介质接入方式。共享介质方式接入方式，需要解决多址接入的问题。目前常用的多址接入方式有：频分多址接入(FDMA)、时分多址接入(TDMA)、码分多址接入(CDMA)、空分多址接入（SDMA)第1章绪论FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess）TDMA（TimeDivisionMultipleAccess）第1章绪论CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）SDMA（SpaceDivisionMultipleAccess）第1章绪论CDMA/FDD美国窄带扩频（IS－95）TDMA/TDD欧洲数字无绳电话（DECT）FDMA/TDDCT2（无绳电话）TDMA/FDD日本数字蜂窝（JDC）TDMA/FDD美国数字蜂窝（USDC）TDMA/FDD全球移动通信系统（GSM）FDMA/FDD高级移动电话系统（AMPS）多址技术蜂窝移动通信系统第1章绪论•中继线复用技术：静态复用（包括频分多路复用FDM、同步时分复用TDM、波分复用WDM等）动态复用(统计复用)第1章绪论1.1.2通信网的定义和构成1．定义通信网是由一定数量的节点(包括终端节点、交换节点)和连接这些节点的传输系统有机地组织在一起的，按约定的信令或协议完成任意用户间信息交换的通信体系。信息在网上通常以电或光信号传输，因而现代通信网又称电信网。•交换的信息：用户信息(如话音、数据、图像等)控制信息(如信令信息、路由信息等)网络管理信息第1章绪论注：网络只是实现大规模、远距离通信系统的一种手段。通信的有效性和可靠性是网络设计时要解决的两个基本问题。2．通信网的构成要素通信网是由软件和硬件按特定方式构成的一个通信系统。硬件：终端节点、交换节点、业务节点和传输系统构成。软件：包括信令、协议、控制、管理、计费等。第1章绪论终端节点是用户与通信网络之间的接口设备。例如：电话机、传真机、计算机、视频终端和PBX等。主要功能：(1)用户信息的处理(2)信令信息的处理交换节点是通信网的核心设备。例如：电话交换机、分组交换机、路由器、转发器等。第1章绪论交换节点主要功能：(1)用户业务的集中和接入功能。(2)交换功能。(3)信令功能。(4)其他控制功能。图1.3交换节点的基本功能结构用户接口交换功能中继接口控制功能信令功能第1章绪论业务节点通常由连接到通信网络边缘的计算机系统、数据库系统组成。例如：智能网中的业务控制节点(SCP)、智能外设、语音信箱系统，以及Internet上的各种信息服务器等。主要功能：(1)实现独立于交换节点的业务的执行和控制。(2)实现对交换节点呼叫建立的控制。(3)为用户提供智能化、个性化、有差异的服务。传输系统为信息的传输提供传输信道，是完成信息传输的介质和设备总称。传输系统的硬件包括：线路接口设备、传输媒介、交叉连接设备等。第1章绪论3．通信网的基本结构网络功能：(1)信息传送。(2)信息处理。(3)信令机制。(4)网络管理。已有的网络管理标准：电信管理网标准TMN系列，计算机网络管理标准SNMP等。一个完整的现代通信网可分为三部分：业务网、传送网、支撑网。从网络的物理位置分布来划分，通信网还可以分成用户驻地网CPN、接入网和核心网三部分。第1章绪论图1.4现代通信网的功能结构支撑网电话网ATM网InternetFR网移动网业务网光传送网传送网SDH/SONET信令网管理网同步网接入网用户驻地网CPN第1章绪论业务网负责向用户提供各种通信业务。例如基本话音、数据、多媒体、租用线、VPN等。表1.1主要业务网的类型业务网基本业务交换节点设备交换技术公共电话网普通电话业务数字程控交换机电路交换移动通信网移动话音、数据移动交换机电路/分组交换智能网IN以普通电话业务为基础的增值业务和智能业务业务交换节点、业务控制节点电路交换分组交换网(X.25)低速数据业务(≤64kb/s)分组交换机分组交换帧中继网局域网互连(≥2Mb/s)帧中继交换机帧交换数字数据网DDN数据专线业务DXC和复用设备电路交换计算机局域网本地高速数据(≥10Mb/s)集线器(Hub)、网桥、交换机共享介质、随机竞争式InternetWeb、数据业务路由器、服务器分组交换ATM网络综合业务ATM交换机信元交换第1章绪论传送网在传统传输系统的基础上引入管理和交换智能后形成的。独立于具体业务网，负责为交换节点/业务节点的互连分配电路，提供信息的透明传输通道，还包含管理功能。构成传送网的主要技术要素：传输介质、复用体制、传送网节点（分插复用设备(ADM)和交叉连接设备(DXC)）技术等。第1章绪论•传送网节点与业务网的交换节点相似之处：传送网节点也具有交换功能。•传送网节点与业务网的交换节点不同之处：基本交换单位；节点间的连接控制机制。业务网交换节点的基本交换单位粒度很小，例如一个时隙、一个虚连接；传送网节点的基本交换单位粒度很大，例如SDH传送网基本的交换单位是一个虚容器(最小是2Mb/s)。业务网交换节点的连接是在信令系统的控制下建立和释放的，而光传送网节点之间的连接则是通过管理面控制建立或释放。•目前主要的传送网有SDH/SONET和光传送网(OTN)两种类型。第1章绪论支撑网负责提供业务网正常运行所必需的信令、同步、网络管理、业务管理、运营管理等功能。包含三部分：(1)同步网负责实现网络节点设备之间和节点设备与传输设备之间信号的时钟同步、帧同步以及全网的网同步，保证物理设备之间数字信号的正确接收和发送。(2)信令网（对于采用公共信道信令的通信网）负责在网络节点之间传送业务相关或无关的控制信息流。第1章绪论(3)管理网通过实时和近实时来监视业务网的运行情况，并相应地采取各种控制和管理手段，充分利用网络资源，保证通信的服务质量。1.1.3通信网的类型1．按业务类型分可分为电话通信网(如PSTN、移动通信网等)、数据通信网(如X.25、Internet、帧中继网等)、广播电视网等。2．按空间距离分可分为广域网(WAN：WideAreaNetwork)、城域网(MAN：MetropolitanAreaNetwork)和局域网(LAN：LocalAreaNetwork)。第1章绪论3．按信号传输方式分可分为模拟通信网和数字通信网。4．按运营方式分可分为公用通信网和专用通信网。注意：从管理和工程的角度看，网络之间本质的区别在于实现技术（交换技术、控制技术以及业务实现方式）的不同。决定采用何种技术实现网络的主要因素：用户的业务流量特征、用户要求的服务性能、网络服务的物理范围、网络的规模、当前可用的软硬件技术的信息处理能力等。第1章绪论1.1.4通信网的拓扑结构1．网状网是一种完全互连的网，网内任意两点间均由直达线路连接。优点：线路冗余度大，网络可靠性高；缺点：线路利用率低，网络成本高，网络的扩容不便。适用范围：通常用于节点数目少，有很高可靠性要求的场合。(a)第1章绪论2．星型网又称辐射网。优点：降低传输链路的成本，提高线路的利用率；缺点：网络的可靠性差。适用范围：通常在传输链路费用高于转接设备，可靠性要求又不高的场合。(b)第1章绪论3．复合型网由网状网和星型网复合而成。优点：整个网络结构比较经济，且稳定性较好。适用范围：在规模较大的局域网和电信骨干网中广泛采用分级的复合型网络结构。(c)第1章绪论4．总线型网属于共享传输介质型网络。优点：需要的传输链路少，节点间通信无需转接节点，控制方式简单，增减节点也很方便；缺点：网络服务性能的稳定性差，节点数目不宜过多，网络覆盖范围也较小。适用范围：用于计算机局域网、电信接入网等网络中。(d)第1章绪论5．环型网所有节点首尾相连，组成一个环。环网可以是单向环，也可以是双向环。优点：结构简单，容易实现，抗故障能力强；缺点：节点数较多时转接时延无法控制，并且不易扩容。适用范围：用于计算机局域网、光纤接入网、城域网、光传输网等网络中。(e)第1章绪论6．树型网是星型网络的扩充。优点：结构简单，线路成本低，线路利用率高；缺点：抗故障能力低，稳定性差。适用范围：用于用户接入网等。(f)第1章绪论1.1.5通信网的业务根据信息类型的不同将业务分为四类：话音业务、数据业务、图像业务、视频和多媒体业务。图1.6通信业务的带宽需求10kb/s音频业务电话100kb/s语音业务，CD音频视频业务音视频会议/VOD1Mb/s10Mb/s100Mb/s高速传真电视高清晰图像大批量文件传输数据业务可视图文远程CAD局域网互连第1章绪论按照网络提供业务的方式，将业务分为三类：承载业务、用户终端业务和补充业务。(1)承载业务：网络提供的单纯的信息传送业务。在用户网络接口处提供的。一个承载业务通常用承载方式(分组还是电路交换)、承载速率、承载能力(语音、数据、多媒体)来定义。(2)用户终端业务：所有面向用户的业务，包括电话、电报、传真、数据、多媒体等。在人与终端的接口上提供。第1章绪论(3)补充业务：又叫附加业务，由网络提供，在承载业务和用户终端业务的基础上附加的业务性能。常见的补充业务有主叫号码显示、呼叫转移、三方通话、闭合用户群等。注：补充业务不能单独存在，必须与基本业务一起提供。图1.7承载业务和用户终端业务终端用户网络接口网络用户网络接口承载业务终端用户终端业务第1章绪论1.2通信网的交换技术1.2.1交换技术概述根据网络传递用户信息时是否预先建立端到端的连接，交换技术分为两类：面向连接型和无连接型。对应的网络称为面向连接型网络和无连接型网络。1．面向连接和无连接面向连接CO（ConnectionOriented）数据交换过程包含三个阶段：连接建立、数据传输和连接释放。创建的连接可以是物理连接，或者是逻辑连接。第1章绪论435612A321321321321321CB532433111223AC6B21212133面向连接网络无连接网络第1章绪论无连接CL（Connectionless）数据传输前不需在端到端建立连接，直接通信。适用范围：面向连接方式适用于大批量、可靠的数据传输业务；无连