第2章 现代通信网基础技术及其发展

第2章现代通信网基础技术及其发展通信网2.1现代通信网的结构2.2现代通信网传输技术2.3交换技术2.4本章提要通信网路由选择2.6拥塞和流量的控制2.7通信协议2.5信令及接口2.8本章提要本章主要内容现代通信网的基础技术主要包括：通信网一般组成，现代通信网结构，现代通信网传输系统，网络交换技术，通信协议、网络的路由选择，拥塞与流量控制等内容。以下将分别给予介绍。2.1通信网2.1.1通信网一般组成通信网是由若干用户终端A，B，C，…，并通过传输系统链接起来,用户终端之间通过一个或多个节点链接，在节点处提供交换、信息处理、网络管理等功能。链路DEFCB145763用户线节点电路用户终端干线用户线A图2-1通信网一般组成通信网基本拓扑结构图2.1.2通信网组成的基本要素硬件部分1．终端设备（接入子网）2．传输系统（传输子网）3、交换设备（交换子网）软件部分信令协议标准一、终端设备终端设备是通信网的源点和终点，它除了对应信源和信宿外还包括了一部分变换和反变换装置。功能：信号的转换产生和识别网内的信令信号/规则/协议。以便相互联系和应答。二、传输系统传输系统是完成信号传输的介质和设备的总称。它在终端设备和交换设备之间以及交换系统之间相互链接起来而形成系统。节点链路终端端局中心局用户环路电路终端（中继线）干线图2-2通信网传输系统基本结构传输系统基本结构图端局传输系统中的名词定义（1）信道传输信道简称信道，在正式标准术语中，信道指在发送器和接收器之间的单向连接。包括传输媒介和中间装置。（2）电路电路是两点间实现信号双向传输的两条传输信道的组合，以提供完整的一个通信过程。（3）链路传输全链路简称链路，是指两个相邻节点间或终端设备和节点之间的部分，典型情况下一个电路包括多段链路。单向双向部分传输系统中的名词定义（续）（4）用户环路用户环路也称为本地线或用户线，是一个节点和用户设备或用户分系统之间简单的固定连接。（5）干线两个交换中心或传输节点之间通过干线相连。（6）传输节点传输节点是用户环路和链路或链路之间的分配点。三、交换设备交换设备根据寻址信息和网控指令进行链路连接或信号导向，以使通信网中的多对用户建立信号通路。交换设备以节点的形式与邻接的传输链路一起构成各种拓扑结构的通信网，是现代通信网的核心。对不同业务的通信网，交换设备的性能要求也不同。2.2现代通信网的结构2.2.1网络的基本拓扑结构1．网状网多个节点或用户之间互连而成的通信网称为网状网。当节点数增加，传输链路数目会迅速增加，网络结构的冗余度较大，稳定性好，但链路利用率不高，经济性差2、星型网星型网拓扑结构是一种以中央节点为中心，把若干外围节点（或终端）连接起来的辐射式互连结构。与网状网相比，链路利用率高，但稳定性差，中心节点为全网瓶颈。3、复合型网复合型网是由网状网和星型网复合而成的网络，如图2-3（c）所示。它是以星型网为基础，并在信息量较大的区域构成网状网结构。整个网络比较经济，且稳定性好。常用的网络拓扑（a）网状网（b）星型网（c）复合型网（d）环型网（e）总线型网图2-3通信网基本拓扑结构示意图网络的基本拓扑结构网络的基本拓扑结构（续）4．环型网如果通信网各节点被连接成闭合的环路，则称为环型网。具有自愈能力，能实现网络自动保护，稳定性高。5．总线型网总线型网把所有的节点连接在同一公共传输信道（总线）上，是一种通路共享的结构。所需要的传输链路少，增减节点方便，但稳定性较差，网络覆盖范围也受到一定限制。电话号码的秘密……天津商业大学：86-22-26656040天津财经大学：86-22-28171399淘宝网杭州总部：86-571-88157858浙江大学：86-571-85172244中国科技大学：86-551-3602553太原理工大学：86-351-6014509杭州市0571萧山市0571绍兴市0575湖州市0572嘉兴市0573海宁市0573宁波市0574余姚市0574舟山市0580临海市0576椒江市0576金华市0579兰溪市0579丽水市0578衙州市0570江山市0570温州市0577义乌市0579东阳市0579瑞安市0577浙江省长途区号2.2.2等级制网络结构为了在通信网覆盖的范围之内任何两点之间都可以通信联系，既保证通信质量，又要经济合理，需要将各区域的通信流量逐级汇集起来以提高通信电路的利用率。因此一般在通信网中按照地理条件、行政区域、通信流量的分布情况等设立各级交换（汇接）中心，每一汇接中心负责一定区域的通信流量，然后逐级形成辐射的星型网或者网状网。在通信网中由本地接入网、多级汇接网组成的网络结构称为等级制网络结构2.2.2等级制网络结构…国际网长途网本地网国际接口局(一级长途交换中心)国内汇接局(二级长途交换中心)区域汇接局(三级长途交换中心)市话汇接局(初级长途交换中心)市话局…………用户线图2-4典型的交换中心等级制的理想形式框图1．网络等级结构的组成（1）用户线是用户的电话机和市话局交换机连接的介质，使用户终端接入电话通信网。（2）市内中继网将各个交换区市话局通过中继线互连起来，并将市话局连接至市话汇接局。市话网1．网络等级结构的组成(续）（3）区域长途电话通信网市话汇接局和区域（如省）长话汇接局通过区域中继干线互连，提供区域长途电话通信业务。形成区域长途电话通信网。（4）国内长途电话通信网区域汇接局和国内中心汇接局通过国内中继干线互连，提供全国范围内各地区之间的长途电话通信业务。形成国内长途电话通信网。（5）国际长途电话通信网国内汇接局和国际接口局连接，由国际接口局和国际线路组成国际长途电话网。2．等级制网络结构的实例高效路由基干路由首都省间中心局省中心局地区(市)中心局县(区)局第一级第二级第三级图2-5我国电信网等级结构（5级）C0C1C2C3C4长途网本地网等级制网络结构的实例（续）第一级（C1）：大区交换中心，也称为省间中心局。负责汇接一个大区内各省之间的电话通信中心，局间都设立直达电路，为完全互连方式的网状网结构。我国的通信网技术体制：第二级（C2）：省交换中心。汇接省内各地区之间的电话通信中心。省中心局为各省会所在地的长途局，因而要求各省中心局至本大区中心局必须要有直达路由等级制网络结构的实例（续）第三级（C3）：地区（市）中心局。汇接本地区各县（区）的电话通信中心，同样要求地区（市）中心局至本省中心局具有直达路由。第四级（C4）：县中心局。是长途交换网的末端局。负责疏通本中心服务区内的长途终端话务。同样要求有直达路由到它所从属的C3级中心。等级制网络结构的实例（续）在本地网可设置汇接局和端局两个等级的交换中心，也可以只设置端局一个等级的交换中心。汇接局用Tm表示，端局用C5表示电话号码的秘密……天津商业大学：86-22-26656040天津财经大学：86-22-28171399淘宝网杭州总部：86-571-88157858浙江大学：86-571-85172244中国科技大学：86-551-3602553太原理工大学：86-351-6014509杭州市0571萧山市0571绍兴市0575湖州市0572嘉兴市0573海宁市0573宁波市0574余姚市0574舟山市0580临海市0576椒江市0576金华市0579兰溪市0579丽水市0578衙州市0570江山市0570温州市0577义乌市0579东阳市0579瑞安市0577浙江省长途区号2.3现代通信网传输技术2.3.3现代通信网常用传输信道完成信号传输的传输信道可以采用不同的介质，因此传输信道可以分为无线和有线两大类：对称电缆同轴电缆光纤光缆长波中波短波超短波微波有线无线传输信道1．无线传输信道（1）长波信道频率在300kHz以下，波长在1000m以上。带宽较小，容量低，但沿海平面传播损耗较小。用于航海通信。（2）中波信道频率在0.3～3MHz或波长在100～1000m范围内。以地面波为主要传播形式，传播损耗比长波稍大，传播距离较远。无线传输信道（续）（3）短波信道频段从3～30MHz，波长从10～100m，也称为高频（HighFrequency，HF）信道。地面传播损耗较大，，可利用电离层反射（天波）做长距离传输。用于国际通信。（4）超短波信道频率范围通常认为是30～3000MHz。传播方式为空间直射波和地面反射波的合成。传播距离短（100公里内），用于移动通信。无线传输信道（续）（5）微波信道3000MHz以上的波段，通常就泛称为微波，它在现代通信网中占有重要地位。用来实现长距离、大容量的传输。（6）卫星信道卫星信道是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号，在多个地球站之间进行通信的信息传输信道，如图2-15所示。是微波中继通信的特殊方式。通信卫星空中移动站电缆或光缆可搬移站指挥所移动站电缆或光缆控制中心跟踪遥测指令站海上移动站固定站通信枢纽微波接力图2-15卫星通信示意图无线传输信道（续）（7）散射信道在现代通信网微波的通信方式中，还常用散射信道。散射信道利用对流层和电离层的不均匀性或流星余迹，对于一定仰角的电磁波射束，在上层空间中，一部分电磁波能量将回到地面而被接收到的散射现象，构成散射信道。2．有线传输信道（1）架空明线最早的有线信道是架空明线，信道由在一系列竖立的电杆上，把导线架在线杆的绝缘子上而构成。（2）平衡电缆即电缆线对中的两根导体对地具有相同的电压（如双绞线）。每对传输信号的双线间的距离比明线小，而且包扎在绝缘体内。幅频特性呈低通，串音随着频率升高而增加，传输较窄带宽的模拟信号，或者低速率数据信号。有线传输信道（续）（3）同轴电缆由若干个同轴对和护层组成。同轴对由内、外导体以及中间的绝缘介质组成。外导体具有屏蔽作用，工作频率较高时，抗干扰能力强，适于高频信号和长距离传输。回路的特性阻抗不均匀影响传输质量，耗铜多，施工难，周期长同轴电缆是容量较大的有线信道。有线传输信道（续）（4）光纤信道光纤信道是以光为载波，以光导纤维为传输介质的一种通信信道。频带宽，传输速率高传输距离长重量轻，体积小，成本低低衰减，低误码率。无电磁影响有线传输信道（续）（5）有线信道的传输处理在构成有线信道时，除了具有各种导引线外，要完成长距离的信息传输，必须包括增音和均衡处理。增音：放大信号电平，满足信噪比要求。（长距离传输引起）均衡：矫正失真。（频率升高引起）3、模拟传输与数字传输信息按表达形式不同可以分为模拟的、数字的。不同形式信号传输信道也不同。电话、电视以模拟信号形式传输，计算机等数据终端处理的数据信号都以数字信号形式传输。数字传输可以克服传输中的噪声积累，便于加密、纠错和流量控制，能实现综合业务传输，便于网管。被广泛采用。4、基带传输与频带传输频带传输：为适应信道传输频带的要求，需要将待传的信号经调制搬移到某一高频范围内，再送到信道上传输。基带传输：未经调制，直接将信号送到信道上传输。除电缆外，其他介质都工作在较高的频段，只能以频带传输方式传输信号。5、传输系统的主要指标(1)模拟信道：主要有信噪比、信道带宽等。信道带宽：是描述传输介质物理特性的一个重要参数，表示介质所支持的频率范围。单位为HZ。带宽受介质的物理材料、加工性能以及长度等因素影响。一旦某传输介质的制作材料、加工特性传和传输距离等因素确定以后，信道带宽也就随之确定。例如超5类双绞线支持的带宽范围为1MHz-100MHz6类双绞线支持的带宽范围为1MHz-250MHz5、传输系统的主要指标（续）(2)数字信道：传输容量：即系统的传输速率，以每秒种传输的信息量（比特率、波特率）衡量。是描述数据流的一个重要参数。频带利用率：衡量系统的传输效率指单位频带内传输的速率（（bit/s)/Hz)。(3）传输损伤：信号通过传输系统后的损伤。反映传输质量误码率误比特率信号抖动待续……复习信道？电路？链路？2.3.1多路复用技术多路复用就是在一个公共信道上建立两条或多条传输信道，其目的是为了充分利用信道的容量，提高信道传输效率。常用的多路复用技术：频分多路复用时分多路复用统