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第7章通信网基础大连理工大学出版社通信技术基础主编：于宝明王钧铭主审：宫锦文新世纪高职高专通信类课程规划教材国家级精品课件配套教材大连理工大学出版社第7章通信网基础大连理工大学出版社7.1通信网分类及通信网的拓扑结构通信网是指由一定数量的节点(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地组合在一起，以实现两个或多个规定点之间信息传输的通信体系。通信网由传输、交换、终端三大部分组成。传输部分:为网络的链路（Link），交换部分:为网络的节点（Node），终端（Terminal）:是信息的发送者和接收者第7章通信网基础大连理工大学出版社通信网拓扑结构：所谓拓扑结构是指通信网络中的各节点设备（包括计算机及有关通信设备等）与通信链路相互连接而构成的不同物理几何结构。网络拓扑结构是决定通信网络性质的关键因素之一。根据各节点在网络中的连接形式，通信网络拓扑结构常分为总线型、环型、星型、树型、网状型(或网孔型)和复合型6种结构。第7章通信网基础大连理工大学出版社（1）网型（Mesh）网网型网有如下特点：各个用户终端之间直接以通信链路连接；通信建立过程中不需要任何形式的转接；接续质量高，网络的稳定性好；需要有很多的通信链路。线路数:N=½n(n-1)DTE/DCE网型网第7章通信网基础大连理工大学出版社（2）星型(Star)网星型网有如下特点：各用户终端都通过转接中心进行连接；与网型网相比节省许多通信链路；需要有转接设备，转接设备故障可能会造成全网通信瘫痪；星型网可以是多层次的，有时也称为树型结构。交换机交换机星型网第7章通信网基础大连理工大学出版社（3）环型(Ring)网环型网有如下特点：环型网的拓扑结构为一封闭环形，传输线路短；初始安装比较容易；故障的诊断比较准确，适于用光纤系统；可靠性、可扩展性和灵活性较其它网络差。DCEDCEDCEDCEDCEDTEDTEDTEDTEDTE环型网第7章通信网基础大连理工大学出版社（4）总线型(Bus)网总线型网有如下特性：总线型网采用公共总线作为传输介质，信号沿介质进行广播式传送；有智能入网结点；安装容易，可靠性高，新增终端方便；由于采用分布式控制，不易管理，故障诊断和隔离比较困难。总线型网第7章通信网基础大连理工大学出版社（5）复合（Compound）网复合网的特点如下：由两种以上网络复合;适用于大型网络。交换机交换机网型网星型网星型网星型网交换机复合网第7章通信网基础大连理工大学出版社（6）树型（Street）网树型网络的结构特点是网络中各节点设备采用分级结构彼此连接而形成的一个倒树状结构（又被称为分级的集中式网络），网络中每一节点都是通过它的根节点（或父节点）与它的本级的其它节点或上级节点进行信息传输的，与它下级节点的信息交换则是通过它的子节点实现完成的，如图所示。因此，除了“叶子”节点（末端）外，树型网络中的所有根节点和子节点都是转接节点。(a)总线型(b)环型(c)星型(g)复合型(f)网孔型(e)网状型(d)树型树型网第7章通信网基础大连理工大学出版社不同拓扑结构的网络特点第7章通信网基础大连理工大学出版社7.3通信网中的各种技术7.3.1信号交换定义：通信网络上的各个用户之间进行通信，由网上的设备根据用户要求选择通信对象，这就是信号的交换。分类：线路交换、报文交换和分组交换。第7章通信网基础大连理工大学出版社信号交换线路交换报文交换分组交换虚拟线路数据报程控交换人工交换信号交换分类第7章通信网基础大连理工大学出版社线路交换（电路交换，CircuitSwitching）在信息（数据）的发送端和接收端之间，直接建立一条临时通路，供通信双方专用，其它用户不能再占用，直到双方通信完毕才能拆除。优点：直接由物理链路连通；没有其它用户干扰、没有非传输时延；缺点：通路建立时间较长；线路利用率不高。注意：面向连接；独占物理链路面向连接的服务包含三个过程：连接建立数据传输连接拆除提供“可靠的服务”。该方式适合大数据量的信息传输第7章通信网基础大连理工大学出版社((A交换机交换机交换机交换机((((((交换机交换机BCD面向连接CO(Connection-Oriented)电话接序示意图第7章通信网基础大连理工大学出版社报文交换（MessageSwitching）原理：信源将欲传输的信息组成一个数据包，我们称作报文。该报文上写有信宿的地址。这样的数据包送上网络后，每个接收到的节点都先将它存在该节点处，然后按信宿的地址，根据网络的具体传输情况，寻找合适的通路将报文转发到下一个节点。经过这样的多次存储—转发，直至信宿，完成一次数据传输，这种节点存储—转发数据的方式称为报文交换。在报文交换中，报文沿一条路径从一个节点发送到下一个节点，整条报文在每一个节点被接收、存储，然后发向下一个节点。如果其中的某一段链路没有空闲，则它可以在这段链路的上一个节点中等待。注意：无连接；基于“存储-转发”机制报文交换不像线路交换那样需要建立专用通道。第7章通信网基础大连理工大学出版社报文交换1.优点：中继电路利用率高；不同速率和规程的终端之间可以通信。2.缺点：时延大；占用大量的内存和外存。3.应用：短报文；实时性要求低的用户。第7章通信网基础大连理工大学出版社分组交换（PacketSwitching）分组交换是数据量有限的报文交换，即把一个大数据包分成若干个小数据包（俗称打包），每个小数据包的长度是固定的然后再按报文交换的方式进行数据交换。在报文交换中，我们对一个数据包的大小没有限制，比如你要传输一篇文章，不管这篇文章有多长，它就是一个数据包，报文交换把它一次性传送出去（可见报文交换要求每个节点必须具有足够大的存储空间）。而在分组交换中，要限制一个数据包的大小。为区分这两种交换方式，把小数据包（即分组交换中的数据传输单位）称为分组（Packet）。第7章通信网基础大连理工大学出版社分组交换（包交换）用户数据用户数据用户数据用户数据用户数据分组头分组头分组头分组头分组分组的组成第7章通信网基础大连理工大学出版社数据数据数据在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包）依次把各分组发送到接收端接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文数据分组11010011101••••••••00101001110报文发送端首部分组数据首部分组首部数据发送发送发送在前发送接收端数据首部数据首部数据首部11010011101••••••••00101001110第7章通信网基础大连理工大学出版社数据分组在网络中有两种传输方式：数据报（Datagram）和虚电路（VirtualCircuit）。数据报：该方式非常像报文交换，是一种无连接型的服务。每个分组数据包的报头包含了分组的最终目的地及其在报文中的位置。与虚拟电路的数据分组包报头不同的是，它不包含路径的信息。当分组数据包通过网络移动时，每一个节点将做出路由选择。每一个节点读取数据分组报头的目的地信息，并在那一刻选择可获得的最佳路径，然后将分组发向下一个节点。在最后一个节点，分组被存储，直到所有构成报文的其它的分组都到达并重新按报头指示的顺序排列起来。每个分组在网络中的传输路径与时间完全由网络的具体情况而随机确定。因此，会出现信宿收到的分组顺序与信源发送时的不一样，先发的可能后到，而后发的却有可能先到。这就要求信宿有对分组重新排序的能力，具有这种功能的设备叫分组拆装设备(PAD，PacketAssemblyandDisassemblyDevice），通信双方各有一个。数据报要求每个数据分组都包含终点地址信息以便于分组交换机为各个数据分组独立寻找路径。注意：无连接；基于“存储-转发”第7章通信网基础大连理工大学出版社虚电路（VirtualCircuit）：1.概念：虚拟线路类似于传统的线路交换。首先由源发出一个呼叫请求包到第一个节点A，节点A继续把它传送到第二个节点B，最后传到目的地。目的地将呼叫应答包发送回源。中间仍然需要存储转发.2.注意：面向连接，但是与电路交换的区别在于它占用的是一条“逻辑链路”；并非独自占用注意:面向连接,存储-转发方式第7章通信网基础大连理工大学出版社数据报和虚电路的对比：（1）数据报省掉了呼叫的建立和清除过程，如果只传送少量的分组，那么采用数据报方式的传输效率会比较高。（2）对于数据报方式，由于每个分组是各自独立在网络中传输的，所以分组不一定按照发送时的顺序到达网络终点，因此在网络终点必须对分组重新排序。而对于虚电路的方式，分组按已建立的路径顺序通过网络，在网络终点不需要对分组重新排序。（3）在数据报方式下，由于每个数据分组都要独立的寻找路径，所以单个数据分组传输的时延较大。而虚电路一旦建立，单个数据分组的传输时延则会小得多。（4）数据报方式对网络的适应能力较强。第7章通信网基础大连理工大学出版社我班接到通知，“明天早上到古平岗老校区集合！”电路交换：公安封锁道路，为我班提供“专线”，等我班通过之后才撤去。报文交换：全班同学集体行动，转公交车到古平岗。仙林校区-165路-45路-古平岗校区分组交换之“虚电路”：班长去“探路”，到目的地立即短信告知路线，全班同学依计行事。分组交换之“数据报”：全班同学各走各的，“殊途同归”。（学号分组序号）第7章通信网基础大连理工大学出版社异步转移模式（ATM，AsynchronousTransferMode）ATM交换方式属于快速分组交换，但它不仅仅是简化了控制，提高了速率的分组交换，同时为了满足实时业务的要求，还使用了一些电路交换中的方法。ATM改进了电路交换的功能，使其能灵活地适配不同速率的业务；ATM改进了分组交换功能，满足实时性业务的要求。所以ATM交换方式又可以看作是电路交换方式和分组交换方式的结合。电路交换方式适用于电话业务；分组交换适用于数据业务；而ATM既适用于电话业务，又适用于数据业务，并且还能适用于其他业务。第7章通信网基础大连理工大学出版社7.3.2频分多路复用（FDM，FrequencyDivisionMultiplex）基带信号对载波进行调制后其频谱被搬到了载波的两边，载频不同，调制后频谱的位置也不同。利用调制的这一特点，我们可以将多个基带信号（例如话音信号或数字基带信号）对不同频率的载波进行调制，使它们在频率轴上处于不同的位置，然后将它们叠加在一起进行处理（如调制、放大等）并在一个信道中传输。在接收端，用不同中心频率的带通滤波器进行分离，再用各自的解调器解调后恢复原来的基带信号。以这种方式实现多路信号在一个信道中传输的技术称为频分多路复用（FDM）。第7章通信网基础大连理工大学出版社有的信道有很宽的频率范围，但用户的信息带宽却很窄，用这样的信道去传输一个用户的信号显然会造成频率资源的浪费。这时可以将一个信道按频率划分成多个子信道，每个信道分配一个载波，传送一个用户的信号，这种方式称为频分多路复用（FDM）。采用频分多路复用方式时数字基带信号必须通过调制将频谱搬到对应的子信道上。第7章通信网基础大连理工大学出版社fC低通滤波器调制器带通滤波器合路器载波发生器低通滤波器调制器带通滤波器基带信号Ⅰ基带信号Ⅱ低通滤波器调制器带通滤波器基带信号N(a)f1f2fN调制器第7章通信网基础大连理工大学出版社图中N路基带信号分别通过低通滤波器限制带宽，然后送入相应的调制器对频率为f1、f2、……fN的载波进行调制。各载波之间有一定的频率间隔，以保证已调波的频谱不发生重叠。合路器将多个已调波混合成一路，并将这个多路复用信号当作一路基带信号对高频载波fC进行调制，最终送入信道。第7章通信网基础大连理工大学出版社fC低通滤波器解调器带通滤波器分路器低通滤波器解调器带通滤波器基带信号Ⅰ基带信号Ⅱ低通滤波器解调器带通滤波器基带信号N(b)f1f2fN解调器信道第7章通信网基础大连理工大学出版社上述组成框图与发送部分是对应的。解调器对接收到的信号进行解调，得到频分复用信号，由分路器将复用信号送入中心