第1章 通信网概述

主讲：孙晓玲联系方式：Mobile：[phone]Email：[e-mail]本课程主要内容：通信网概述电话网广域数据网互联网传送网接入网数字同步网和时间同步网公共信道信令网和IP信令网网络管理通信网理论分析本章参考书目纪越峰编著北京邮电大学出版社唐宝民王文鼐等编人民邮电出版社第1章通信网概述1.1通信网的分类1.2常见的通信网络1.3通信网的体系结构1.1.1通信网的3个组成部分用户终端传输系统交换系统1.1通信网的分类用户终端贝尔和他发明的电话2002年6月16日，美国国会承认了1860年梅乌奇在纽约展示“电话”这一历史，并把贝尔赶下了电话发明者的位子。用户终端摇把电话1949年，“500”台式电话按键电话用户终端莫尔斯和电报机用户终端1843年，亚历山大.贝恩发明了传真机用户终端1946年2月14日，第一台电子计算机问世。它由17468个电子管、6万个电阻器、1万个电容器和6千个开关组成，重达30吨，占地160平方米，耗电174千瓦，耗资45万美元。传输系统OMS-155C局端插卡SDH光传输系统交换系统早期的人工电话交换机。它能为50家电话用户提供服务交换系统1.1通信网的分类1.1.2按网络所有权的性质分类通信网是在用户之间提供通信功能的网络，是信息化社会的基础设施。通信网分为公用网、专用网和虚拟专用网。1.1.3根据子网的功能分类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过通信网向公众提供的电信业务的类型不断增加，服务质量不断提高。通信网具有各种不同的类型，根据子网的功能可以分为业务网、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1.1通信网的分类图1.1业务网，传送网和支撑网之间的关系1.1通信网的分类1.1.4根据子网的位置划分可以将通信网分为用户网、接入网和核心网。用户驻地网（CPN）属用户所有。核心网的作用是交换和传送。相对于核心网，接入网介于交换设备和用户之间，主要完成使用户接入到核心网的任务，由业务节点接口（SNI）和用户网络接口（UNI）之间一系列传送设备组成。1.1通信网的分类图1.2用户网、接入网和核心网之间的关系1.1.5其他分类方式按网络覆盖范围分类：广域网、城域网、局域网按信息信号形式分类：模拟通信网、数字通信网按网络拓扑结构分类：星型网、网状网、环型网、总线网、混合网按交换方式分：电路交换网、报文交换网、分组交换网1.1通信网的分类电话网互联网传送网电信支撑网1.2常见的通信网络1.2.1电话网电话网是开通电话业务的一种业务网络，可以分为固定电话网和移动电话网。1．固定电话网固定电话网是采用固定终端的一种业务网络，可以分为本地网和长途网。根据服务区域的大小，传统的电话交换局可以分为一级中心、二级中心、三级中心、四级中心和五级中心，即C1、C2、C3、C4和C5。其中C1、C2、C3、C4为长途转接局，C5为端局。长途网的网络结构由一、二、三、四级长途交换中心及五级交换中心（端局）组成。1.2.1电话网随着电话网的数字化进程的实现，C1、C2合并为一级，即DC1，C3、C4合并为一级，即DC2，我国的电话网从五级网演变为三级网，一级交换中心之间形成网状连接，为今后实现动态无级路由选择创造条件。图1.3固定电话网的结构图1.2.1电话网电话网经历了由模拟电话网向综合数字电话网的演变，经历了交换程控化、传输数字化的演变过程。电话交换局是电话网中的核心设备，在数字电话网中采用数字程控交换设备，每一路电话编码为64kbit/s的数字信号，占据一次群中的某一时隙，在信令的控制下进行时隙交换，从而实现各个不同用户相连。补充：复用和交换的基本概念话音数字化的过程模拟话音采样时钟PAM信号PCM信号采样电路量化和编码数字化声音补充：复用和交换的基本概念复用什么是复用？在一条物理线路上建立多条逻辑通信信道，同时传输若干路信号的技术叫做多路复用技术为什么要对信号进行复用？节约链路资源，提高链路利用率如何对信号进行复用？FDM、WDM、TDM……复用补充：复用和交换的基本概念补充：复用和交换的基本概念复用时间标识码统计时分复用信号信息1信息2信息3…信息2…补充：复用和交换的基本概念交换交换的含义：转接、资源的动态分配交换机补充：复用和交换的基本概念交换电路交换ABCDt连接建立数据传送话音连接释放面向连接中间节点对通信信息不做处理，无差错控制措施实时交换，基于呼叫损失制固定分配带宽，资源利用率低，灵活性差TST话机A话机BIn01In127Out01Out127ATS3ATS31BTS31BTS3例：话机A和话机B通过一台TST交换机相连通信：话机A利用时隙Ts3发送话音信息A至TST交换机的入线In01；TST交换机对信息A进行TST交换；信息A从Out127出线在时隙Ts31从传送至话机B补充：复用和交换的基本概念交换报文交换存储转发机制－＞链路利用率高时延较大ABCD报文报文报文t补充：复用和交换的基本概念交换分组交换基于存储转发方式，有差错控制措施基于统计时分复用方式，可以不建立连接，也可建立连接资源利用率高，共享信道有时延，实时性差，不能保证通信质量思考题例1：假定要在误码率P=10-6的链路上传送长度为106bit的报文。整个报文就是一个大的分组。数据率为1Mb／s。若使用停止等待协议，并忽略分组首部的开销、传播时延和确认分组出错的概率，试求这个分组正确到达终点所需的平均时间。若将此报文划分为1000个1000bit长的分组，然后逐个发送到终点，试证明，所有分组正确到达终点所需的平均时间将比上面得出的时间减少约63％。2．移动电话网移动电话网由移动交换局、基站、中继传输系统和移动台组成。移动交换局和基站之间通过中继线相连，基站和移动台之间为无线接入方式，移动交换局又和本地电话网中的市话局相连组成复合电话网。移动电信网可分为模拟和数字移动电话系统，正在广泛使用的是GSM数字移动电话系统。1.2.1电话网图1.4固定电话网和移动电话网的互连ChinaNet是中国电信公众互联网，下面以ChinaNet为例对互联网作进一步的说明。ChinaNet骨干网的拓扑结构逻辑上分为两层，即核心层和大区层。大区层主要提供大区内的信息交换以及接入网接入ChinaNet的信息通路。大区之间通信必须经过核心层。1.2.2互联网图1.5Chinanet的国际连接1.2.2互联网传送网是指数字传送网络，上面谈到的各类业务网路中的各种不同的业务信号，都将以数字信号的形式通过传输网进行传输，因此，传输线路、传输设备是电信网的一项重要的基础设施，由传输线路、传输设备组成的传送网络也称为基础传送网。1．传输技术体制目前有两类速率等级信号：准同步数字系列（PDH）和同步数字系列（SDH）。1.2.3传送网PDH系统就复接的数字系列而言，分为一、二、三、四次群，其速率标准如表1.1所示。表1.1PDH时分复用系列欧洲美国日本一次群2.048Mbit/s1.544Mbit/s1.544Mbit/s二次群8.448Mbit/s6.312Mbit/s6.312Mbit/s三次群34.368Mbit/s44.736Mbit/s32.064Mbit/s四次群139.264Mbit/s274.176Mbit/s97.728Mbit/s1.2.3传送网SDH是在PDH的基础上发展起来的一种数字传输技术体制，它具有以下主要特点。①在高速率的传输系统中，采用统一的传输标准速率，对两种不同的PDH的速率标准能够予以兼容，给网路的互连互通提供了方便。②在SDH的帧结构中具有丰富的用于监控和管理的开销比特，以此为基础，增加了网路监控和管理的功能。③提供了高速率的传输通道，为建立宽带通信网提供重要的基础设施。1.2.3传送网表1.2SDH的速率等级SDH等级SONET等级标准速率OC-1/STS-1（480H）51.40Mbit/s155Mbit/sSTM-1（1920CH）OC-3/STS-3（1440CH）155.520Mbit/sOC-9/STS-9466.560Mbit/s622Mbit/sSTM-4（7696CH）OC-12/STS-12（8046CH）622.080Mbit/sOC-18/STS-18933.120Mbit/sOC-24/STS-241244.160Mbit/sOC-36/STS-361866.240Mbit/s2.5Gbit/sSTM-16（30720CH）OC-48/STS-48（32356CH）2488.320Mbit/s10Gbit/sSTM-64（122880CH）OC-192/STS-192（129024CH）9953.280Mbit/s表1.2中的OC-I为光同步网络（SONET标准）是美国采用的传输标准。SDH的传送网主要由以下设备组成:ADM：这是一种具有上下路功能的复用器TM：称为终端复用设备DXC：数字交叉连接设备。数字交叉连接设备常用DXCA/B来表示，A表示输入的最高速率；B表示交叉连接的最高速率。就传输媒体而言，SDH系统以光纤为主，也可以通过数字微波系统来进行传输。1.2.3传送网2．SDH传送网SDH传送网已经成为我国基础网的主体，就网络结构而言，SDH传送网分为4个层次：一级干线网、二级干线网、本地传输网、用户接入网。用户接入可以有多种实施的方式，有铜线接入、光纤接入、混合接入和无线接入。光纤接入是用户接入网中的重要方式，根据光网络单元的位置可以分为FTTB、FTTC、FTTH和FTTO等方式，其中FTTB是目前常用的一种方式。当ADM、DXC演变为OADM、OXC时，则上述网络演变为多级光传送网。1.2.3传送网1.2.4电信支撑网电信支撑网是指对电信网的正常运营起到支持作用的一类网络，包括信令网、数字同步网和电信管理网。信令网通过公共的网络传送信令信号；数字同步网提供全网同步的时钟；电信管理网则通过计算机系统对全网进行统一的管理。通过TMN可以对电信网进行5个方面的管理，其中包括故障、性能、配置、计费和安全管理。1.3通信网的体系结构体系结构：层＋协议1.3.1网络协议基本概念1.协议在通信网中通信的双方必须遵守共同的约定。在通信双方的两个实体之间一组管理数据交换的规则称为通信协议。协议是双方实体共同遵守的规则，它的主要元素如下：语法：包括数据格式、编码和信号等级。语义：包括用于协调的控制信息和差错控制。定时：包括速率匹配和排序。1.3.1网络协议基本概念2．层①什么是“层”？层：功能模块②为什么分层？各层之间相互独立，灵活性好③如何进行分层？*自上而下*下层向上层提供一定的服务*上、下层之间的通信由原语实现*对等层之间的通信通过协议来实现图1.12N+1层实体和N层服务1.3.1网络协议基本概念1.3.1网络协议基本概念3．数据单元①数据单元：实体之间传送的比特组②PDU：协议数据单元③SDU：服务数据单元④PCI：协议控制信息图1.13N层协议数据单元的形成1.3.1网络协议基本概念4．服务原语①原语：用于规定要执行的功能，完成该层需提供的服务②组成：提供服务的层次＋原语名＋原语类型＋原语参数③类型*请求原语request*指示原语indication*响应原语response*证实原语confirm图1.14原语的时序关系1.3.1网络协议基本概念连接建立的服务原语N-CONNECT.request(callee，caller，acks-wanted，exp-wanted，qos，user-data)N-CONNECT.indication(callee，caller，acks-wan