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现代通信网天津大学仁爱学院信息工程系第1章通信网概论及数学基础通信网的基本构成1协议体系及分层的概念2通信网络中的数学问题（选学）3通信网络的基本理论问题4本章结构第1章通信网概论及数学基础通信网的概念通信网是由一定数量的节点（包括终端设备和交换设备）和连接节点的传输链路相互有机的组合在一起，以实现两个或多个规定点间信息传输的通信体系。第1章通信网概论及数学基础通信网络的基本构成终端设备传输设备网络互联通信规程交换设备路由器ATM交换机外部保护层外导体绝缘层内导体第1章通信网概论及数学基础一个基本的通信网络示意图第1章通信网概论及数学基础通信网络的分类用户活动的类型：移动、固定；业务的种类：电话、计算机数据、多媒体；传输媒介：有线、无线；技术体制：ATM交换体制、电路交换体制、分组转发体制；应用领域：军用、民用/公用、专用第1章通信网概论及数学基础第1章通信网概论及数学基础1.1通信网络的基本构成Textinhere1.1.31.1.21.1.1•数据传输链路•数据传输网络•网络的互连第1章通信网概论及数学基础1.1.1数据传输链路所谓数据传输链路是指在物理传输媒介（双绞线、同轴电缆、光纤、微波传输系统、卫星传输电路等）上利用一定的传输标准（它通常规定了电气接口、调制解调方式、数据编码方式、比特同步、帧格式和复分接的方式等）形成的传输规定速率（和方式）的数据比特通道。第1章通信网概论及数学基础1.1.1数据传输链路接入链路：用户到网络节点（路由器或交换机）之间的链路。例如：modern链路；xDSL链路；ISDN链路；无线链路；局域网链路等网络链路：网络节点（路由器或交换机）到网络节点（路由器或交换机）之间的链路例如：帧中继；SDH(同步数字系统);WDM(光波分复用)数据传输链路分为两大类第1章通信网概论及数学基础接入链路举例Modem链路(窄带猫)，利用传统的电话线路构成数据传输链路。在链路上，用户侧和网络侧的计算机和服务器分别和各自的Modem相连，Modem之间通过双绞线相连。电话插孔第1章通信网概论及数学基础接入链路举例ISDN链路（一线通），利用传统的电话线路实现数据传输。用户使用的基本接口速度为2B+D(144kb/s),一次群速率接口为23B+D(1544kb/s)或30B+D(2048kb/s)。电话插孔第1章通信网概论及数学基础接入链路举例ADSL链路（宽带猫）电话插孔第1章通信网概论及数学基础接入链路举例局域网链路（以太网）网口第1章通信网概论及数学基础接入链路举例GPRS链路：高速上网，支持GPRSclass8；支持最高53.6Kbps的下载速度。双频支持：GSM双频（900MHz/1.8GHz）CDMA上网卡：数据传输速率最高达256Kbps，实际接入速度平均可达每秒233Kbps，网速是GPRS的3-4倍，拨号上网（56KB）的4倍，CDMA网络升级到3G之后，速度更可高达1.9Mbps。第1章通信网概论及数学基础网络链路举例SDH链路：SDH（同步数字系统）是在美国贝尔实验室提出的SONET（光同步数字网）的基础上制定的技术标准，它具有一套标准化的结构等级STM-N（N=1,4,16,64）,它们的传输速率分别为：•STM-1(155.520Mb/s);•STM-4(622.080Mb/s);•STM-16(2488.320Mb/s);•STM-64(9953.280Mb/s).第1章通信网概论及数学基础网络链路举例WDM链路：WDM（光波分复用）技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一种技术，在发端将不同波长的光信号组合（复用）起来。在接收端又将组合的光信号分开（解复用）并送到不同的终端。目前在一根光纤上可提供的速率为：42.5/,1610/,1602.5/,12810/bsGbsGbsGbsGbs等,理论上可达5T/的传输速率。第1章通信网概论及数学基础1.1.2数据传输网络第1章通信网概论及数学基础1.1.2数据传输网络数据传输网络的基本功能是通过网络中的交换机（或路由设备）为运载用户业务的分组，选择合适的传输链路，从而使这些分组迅速可靠地传送到目的用户。基本功能路径：一个分组经过的所有传输链路的集合；消息：在数据传输网络中，要传送的基本内容称为消息；会话：一个消息的序列称为一个会话过程。相关概念分组交换网；ATM网；X.25网等。典型分类第1章通信网概论及数学基础1.1.2数据传输网络会话过程在要进行交互操作的场合，如：A可以发消息给B，B可以发一个应答给A，双方需要交互多次才能完成消息交换的过程。或者说，双方需要按一定的顺序交换大量的消息。这样的一个消息集合称为一个会话过程。对会话的要求：可靠、及时、高效第1章通信网概论及数学基础分组交换网分组交换将消息分为许多比较短的、格式化的数据块来传输；每个分组由若干比特数据构成；每个分组中包含一个分组头分组头指明该分组的目的节点及其他网络控制信息。在每个网络节点中采用存储转发的工作方式将输入的分组送到选定的输出链路；按照一定的规律将输入分组送到选定的输出链路上的过程称为交换。第1章通信网概论及数学基础分组交换网第1章通信网概论及数学基础虚电路方式数据报方式如何选择一条合适的传输路径？分组交换网第1章通信网概论及数学基础虚电路方式数据报方式第1章通信网概论及数学基础ATM网络分组交换网电路交换1、采用全网统一的固定长度的分组（信元）进行传输与交换；2、采用面向连接（虚电路）方式，以提高信息传送的实时性。第1章通信网概论及数学基础ATM网络-ATM用户（终端）到ATM交换机（网络）之间的接口称为-UNI(User-NetworkInterface,用户网络接口)-交换机（网络节点）之间的接口称为NNI（Network–Node,网络节点接口）第1章通信网概论及数学基础ATM信元结构GFC流量控制比特VPI/VCI虚通道/信道标识PT负荷类型CLP信元丢失优先级HEC信元头差错控制第1章通信网概论及数学基础ATM信元传输与交换过程第1章通信网概论及数学基础1.1.3网络的互连1.在一个子网内部，所有的链路具有相同的特性，采用某种数据传输链路协议和寻址方式，可以仅通过交换设备来实现子网内的路由选择和信息交换；2.当多个（不同传输和交换方式）的子网要互联成一个大的网络时，需要采用路由器；第1章通信网概论及数学基础WAN1.1.3网络的互连为了实现网络的互连，路由器一般配有多个LAN和WAN端口第1章通信网概论及数学基础根据路由表，将报文发送到正确的目的地址功能1维持和更新决定报文传输路径的路由表功能2路由器路由器的基本功能第1章通信网概论及数学基础路由器的工作方式路由器的工作方式是：从接收报文中提取目的地址，并确定该地址的网络号，查找路由表以获得与该目标网络相匹配的表项。该表项包括报文应到达的下一网络及到达下一网络的必要信息（如对应的路由器输出端口）。报文被封装在选定的输出端口的数据帧中（采用输出子网的数据格式），并由输出端口输出。第1章通信网概论及数学基础实现全网互连的两个基本条件路由算法全网统一编址全网互连第1章通信网概论及数学基础通信网络举例第1章通信网概论及数学基础1.2协议体系及分层的概念Textinhere1.2.31.2.21.2.1•分层的概念•OSI协议的体系结构•TCP/IP协议的体系结构1.2.4•混合的分层协议体系第1章通信网概论及数学基础通信协议给定传输链路，能否进行有效通信？双方要有合适的结束通话的方式双方要有交流的规则互相要确认对方的身份双方有交换信息的设备并且愿意通信线路要接通（拨号、专线/热线）双方要有互懂的语言给定传输链路，能否进行有效通信？第1章通信网概论及数学基础通信协议（communicationsprotocol）是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。协议定义了数据单元使用的格式，信息单元应该包含的信息与含义，连接方式，信息发送和接收的时序，从而确保网络中数据顺利地传送到确定的地方。通信协议的概念1.语法：“如何讲”，数据的格式、编码和信号等级；2.语义：“讲什么”，数据内容、含义以及控制信息；3.定时：速率匹配和排序。协议三要素通信协议第1章通信网概论及数学基础通信协议的重要性占据两个山顶的红军与驻扎在这山谷的蓝军作战。力量对比是：一个山顶上的红军打不过蓝军，但两个山顶的红军协同作战就可战胜蓝军。一个山顶上的红军拟于次日正午向蓝军发起攻击。于是发送电文给另一山顶上的友军。但通信线路很不好，电文出错的可能性很大。因此要求收到电文的友军必须发送确认电文。但确认电文也可能出错。试问能否设计出一种协议，使得红军能实现协同作战且一定(即100%)取得胜利？第1章通信网概论及数学基础明日正午进攻，如何？同意收到“同意”收到：收到“同意”………………这样的协议无法实现！通信协议的重要性第1章通信网概论及数学基础通信协议的重要性没有一种通信协议能保证红军100%获胜完善的通信协议应当保证通信的终端能高效地向用户提供所需服务第1章通信网概论及数学基础计算机1向计算机2通过网络发送文件可以将要做的工作进行如下的划分：与文件本身有关一些工作。确信对方已做好接收和存储文件的准备。双方协调好一致的文件格式。两个计算机将文件传送模块作为最高层。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－与文件传送有关一些工作。传送方面的工作由下面的模块负责。1.2.1分层的概念第1章通信网概论及数学基础1.2.1分层的概念文件传送模块计算机1计算机2文件传送模块只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块文件传送模块直接使用命令或函数调用发送和接收文件。两个计算机交换文件第1章通信网概论及数学基础1.2.1分层的概念再设计一个通信服务模块文件传送模块计算机1计算机2文件传送模块只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块通信服务模块通信服务模块通信服务模块完成一般的通信服务功能。第1章通信网概论及数学基础1.2.1分层的概念再设计一个网络接入模块文件传送模块计算机1计算机2文件传送模块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块网络接口网络接口网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。通信网络第1章通信网概论及数学基础易于实现和维护各层之间彼此独立能促进标准化工作灵活性好结构上可分割开分层的好处第1章通信网概论及数学基础三个概念25%对等模块：由于信息的交换必须在双方进行，通信的双方必须有相同（或相应）的功能块才能完成给定的功能，因此在每一层双方两个功能相应的模块就称为对等模块协议：控制两个系统中的对等实体通信的规则的集合。协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。服务：服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。第1章通信网概论及数学基础1.2.2OSI协议的体系结构应用层传输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321OSI参考模型的低层，面向数据通信。OSI参考模型的高层，面向信息处理。第1章通信网概论及数学基础1.2.2OSI协议的体系结构参考模型的最底层，利用传输介质为通信的网络节点之间建立、管理和释放物理连接，实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务。其数据传输单元是bit。参考模型第二层，在物理层基础上，在通信实体间建立数据链路连接，传输以帧为单位的数据包，采用差错控制和流量控制，使有差错的物理信道变成无差错数据链路。参考模型第三层，通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径，以及实现拥塞控制、网络互联等功能。网络层的数据传输单元是分组。物理层数据链路层网络层第1章通信网概论及数学基础1.2.2OSI协议的体系结构参