现代通信网络技术第三章课件

第三章第三章 成熟通信技术回顾成熟通信技术回顾3.1 PDH数字体系与传输系统数字体系与传输系统3.2 公众电话交换网公众电话交换网3.3 X.25分组交换网分组交换网3.4 综合业务数字网络综合业务数字网络3.5 帧中继（帧中继（FR）技术）技术3.6 数字同步网数字同步网3.7 电信管理网电信管理网3.8 七号信令系统七号信令系统第三章 成熟通信技术回顾3.1 PDH数字体系与传输系统313.1 PDH数字体系与传输系统数字体系与传输系统3.1.1 技术与应用背景技术与应用背景以以FDM为基础的为基础的模拟模拟载波通信系统载波通信系统以以TDM为基础的为基础的数字数字载波通信系统载波通信系统早期电话早期电话PDH性能较差性能较差 PDH是是20世纪世纪60年代逐渐发展起来的一种数字多路复接技术。目前，年代逐渐发展起来的一种数字多路复接技术。目前，世界上有三种制式：第一种是以世界上有三种制式：第一种是以1.544Mb/s为基群的为基群的T系列，第二种是系列，第二种是以以2.048Mb/s为基群的为基群的E系列，第三种是以系列，第三种是以1.544Mb/s为基群的为基群的J系列。系列。所谓准同步数字体系所谓准同步数字体系PDH是相对于同步数字体系是相对于同步数字体系SDH而言，将标称速而言，将标称速率相同、实际容许有一定偏差的数字体系，称为准同步数字体系。率相同、实际容许有一定偏差的数字体系，称为准同步数字体系。3.1 PDH数字体系与传输系统3.1.1 技术与应用背景以23.1.2 PDH体系结构体系结构图图3-1 PDH的速率体系的速率体系 PDH的体系结构如图的体系结构如图3-1所示。北美和日本等国家采用所示。北美和日本等国家采用24路系统，即以路系统，即以1.544Mb/s作为基群的数字速率系列（作为基群的数字速率系列（T体系和体系和J体系），而欧洲和中国等国体系），而欧洲和中国等国家采用家采用30/32路系统，即以路系统，即以2.048Mb/s作为基群的数字速率系列（作为基群的数字速率系列（E体系）。体系）。复接等级用复接等级用DSn表示。例如：表示。例如：DS-1表示基群，表示基群，DS-3表示三次群。表示三次群。对于对于E系列用系列用En表示。例如：表示。例如：E1表示基群，传输速率表示基群，传输速率2.048Mb/s；E3表示表示三次群，传输速率三次群，传输速率34.368Mb/s。对于对于T系列用系列用Tn表示。例如：表示。例如：T1表示基群，传输速率表示基群，传输速率1.544Mb/s；T3表示表示三次群，传输速率三次群，传输速率44.736Mb/s。3.1.2 PDH体系结构图3-1 PDH的速率体系 PDH3 在时分复用系统中，高次群是由若干个低次群通过数字复用设备复在时分复用系统中，高次群是由若干个低次群通过数字复用设备复接而成的。以接而成的。以E体系为例，以体系为例，以30路路PCM数字电话信号的复用设备为基数字电话信号的复用设备为基本层（本层（E1），每路），每路PCM信号的信息速率为信号的信息速率为64kb/s。由于需要加入群。由于需要加入群同步码元和信令码元等额外开销，所以实际占用同步码元和信令码元等额外开销，所以实际占用32路路PCM信号，故信号，故其输出总速率为其输出总速率为2.048Mb/s，此输出称为，此输出称为基群信号（基群信号（E1）。4个基群个基群信号进行二次复用，得到速率为信号进行二次复用，得到速率为8.448Mb/s的的二次群信号（二次群信号（E2）。按。按照同样的方法再次复用，得到速率为照同样的方法再次复用，得到速率为34.368Mb/s的的三次群信号三次群信号（E3）和和139.264Mb/s的的四次群信号（四次群信号（E4）等。由此可见，相邻层次等。由此可见，相邻层次群之间路数成群之间路数成4倍关系，但是速率之间不是严格的倍关系，但是速率之间不是严格的4倍关系。和基群需倍关系。和基群需要额外开销一样，高次群也需要额外开销，故其输出比特率都比相应要额外开销一样，高次群也需要额外开销，故其输出比特率都比相应的的1路输入比特率的路输入比特率的4倍还高一些。倍还高一些。在时分复用系统中，高次群是由若干个低次群通过数字复用43.1.3 基群（基群（E1）的帧结构）的帧结构图图3-2 PCM基群的帧结构基群的帧结构 E体系的基群（体系的基群（E1）采用采用30/32PCM帧结构如图帧结构如图3-2所示。由于所示。由于1路路PCM电话信号的抽样速率为电话信号的抽样速率为8000sample/s，即抽样周期为，即抽样周期为125s，这就是一帧，这就是一帧的时间。将此的时间。将此125s时间分为时间分为32个时隙（个时隙（Time Slot，TS），其中），其中30个时个时隙（隙（TS1TS15和和TS17TS31）传输）传输30路话音信号，另外路话音信号，另外2路时隙（路时隙（TS0、TS16）分别传输同步码和信令。由以上分析可以计算，）分别传输同步码和信令。由以上分析可以计算，E1基群速率为基群速率为8000sample/s328bit/sample=2048Kb/s。3.1.3 基群（E1）的帧结构图3-2 PCM基群的帧结构53.1.4 数字同步与复接数字同步与复接(X)一、数字分一、数字分/复接原理复接原理 所谓所谓数字复接数字复接是指将两路或两路以上的低速数字信号按时分复用的方式是指将两路或两路以上的低速数字信号按时分复用的方式合并成一路高速数字信号的过程；而合并成一路高速数字信号的过程；而数字分接数字分接则是解复接，为复接过程的则是解复接，为复接过程的逆过程。以下为了描述方便，把分复接统称为复接。逆过程。以下为了描述方便，把分复接统称为复接。图图3-3 数字复接系统的方框图数字复接系统的方框图3.1.4 数字同步与复接(X)一、数字分/复接原理 63.1.5 典型应用实例典型应用实例一、多路复用传输应用一、多路复用传输应用图图3-9 多路复用传输典型应用多路复用传输典型应用二、局间中继传输应用二、局间中继传输应用图图3-10 E1/E3复用电路替代多个专用线路实现局间中继复用电路替代多个专用线路实现局间中继3.1.5 典型应用实例一、多路复用传输应用图3-9 多路复73.1.6 PDH技术存在的问题技术存在的问题1）没有国际统一的数字速率标准。）没有国际统一的数字速率标准。2）采用异步复接。）采用异步复接。3）面向点对点的传输，组网的灵活性不够，无法提供最佳路由选）面向点对点的传输，组网的灵活性不够，无法提供最佳路由选择上下话路困难，难于实现数字交叉连接功能。择上下话路困难，难于实现数字交叉连接功能。4）低阶支路信号上下电路复杂，需要逐次复用、解复用。）低阶支路信号上下电路复杂，需要逐次复用、解复用。5）帧结构中缺乏足够的冗余信息用于传输网的监视、维护和管理。）帧结构中缺乏足够的冗余信息用于传输网的监视、维护和管理。3.1.6 PDH技术存在的问题1）没有国际统一的数字速率标83.2 公众电话交换网公众电话交换网3.2.1 PSTN的基本概念的基本概念一、一、PSTN系统组成系统组成PSTN网的传输系统将各地的交换系统连接起来，用户终端通过本网的传输系统将各地的交换系统连接起来，用户终端通过本地交换机进入网络，构成电话网，由以下几个部分组成：地交换机进入网络，构成电话网，由以下几个部分组成：1）传输系统：）传输系统：以有线（电缆、光纤）为主，有线和无线（卫星、以有线（电缆、光纤）为主，有线和无线（卫星、地面和无线电）交错使用，传输系统由地面和无线电）交错使用，传输系统由PDH过渡到同步数字层次结过渡到同步数字层次结构（构（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）、密集波分复用）、密集波分复用（Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM）。）。2）交换系统：）交换系统：设于电话局内的交换设备设于电话局内的交换设备交换机，已程控化、交换机，已程控化、数字化，由计算机控制接续过程。数字化，由计算机控制接续过程。3）用户系统）用户系统：包括电话机、传真机等终端以及用于连接它们与交包括电话机、传真机等终端以及用于连接它们与交换机之间的一对导线（称为用户环路），用户终端已逐步数字化、换机之间的一对导线（称为用户环路），用户终端已逐步数字化、多媒体化和智能化，用户环路数字化、宽带化。多媒体化和智能化，用户环路数字化、宽带化。4）信令系统：）信令系统：为实现用户间通信，在交换局间提供以呼叫建立、为实现用户间通信，在交换局间提供以呼叫建立、释放为主的各种控制信号。释放为主的各种控制信号。3.2 公众电话交换网3.2.1 PSTN的基本概念一、PS9二、二、PSTN网络规模网络规模按按PSTN所覆盖的地理范围，可以分为本地电话网、国内长途电话所覆盖的地理范围，可以分为本地电话网、国内长途电话网和国际长途电话网。网和国际长途电话网。1）本地电话网：包括大、中、小城市和县级的电话网络，处于统）本地电话网：包括大、中、小城市和县级的电话网络，处于统一的长途编号区范围内，一般与相应的行政区划分相一致。一的长途编号区范围内，一般与相应的行政区划分相一致。2）国内长途电话网：提供城市之间或省之间的电话业务，一般与本）国内长途电话网：提供城市之间或省之间的电话业务，一般与本地电话网在固定的几个交换中心完成汇接。我国的长途电话网中的地电话网在固定的几个交换中心完成汇接。我国的长途电话网中的交换节点又可以分为省级交换中心和地（市）级交换中心两个等级，交换节点又可以分为省级交换中心和地（市）级交换中心两个等级，它们分别完成不同等级的汇接转换。它们分别完成不同等级的汇接转换。3）国际长途电话网：提供国家之间的电话业务，一般每个国家设）国际长途电话网：提供国家之间的电话业务，一般每个国家设置几个固定的国际长途交换中心，我国设在北京、上海、广州。置几个固定的国际长途交换中心，我国设在北京、上海、广州。二、PSTN网络规模按PSTN所覆盖的地理范围，可以分为本地103.2.2 PSTN的网络结构的网络结构一、层次结构一、层次结构图图3-11 PSTN的层次结构的层次结构 PSTN结构层次包括称为基本结构层次包括称为基本网的传输网和交换网以及称为网的传输网和交换网以及称为支撑网的信令网、同步网和管支撑网的信令网、同步网和管理网，如图理网，如图3-11示意图所示。示意图所示。作为交换网的服务性层网，传作为交换网的服务性层网，传输网向交换机提供电路连接服输网向交换机提供电路连接服务。在传输网内，交换机之间务。在传输网内，交换机之间的中继电路，并不一定是由一的中继电路，并不一定是由一条端到端的物理链路构成，也条端到端的物理链路构成，也不一定只经过一条传输路径。不一定只经过一条传输路径。3.2.2 PSTN的网络结构一、层次结构图3-11 PST11图图3-12 常用的拓扑结构示意图常用的拓扑结构示意图二、拓扑结构二、拓扑结构 基本的网络拓扑结构包括：树型网、星型网、环型网、网状网、总线型网基本的网络拓扑结构包括：树型网、星型网、环型网、网状网、总线型网和复合型网等。和复合型网等。PSTN所采用的拓扑结构主要以星型网、网状网及其复合型所采用的拓扑结构主要以星型网、网状网及其复合型网为主，如图网为主，如图3-12所示。所示。1）星型网：）星型网：在星型网络中可以把中心节点作为交换局，而把周围节点看在星型网络中可以把中心节点作为交换局，而把周围节点看作是终端；也可以把所有的节点均看作交换局，此时中心节点即成为了汇作是终端；也可以把所有的节点均看作交换局，此时中心节点即成为了汇接局。星型网络结构的优点是节省网络传输设备，而缺点是可靠性差，单接局。星型网络结构的优点是节省网络传输设备，而缺点是可靠性差，单一传输链路没有备份。一传输链路没有备份。2）网状网：）网状网：网状网络实际上就是节点之间各个相连的网络。这种组网方网状网络实际上就是节点之间各个相连的网络。这种组网方式需要的传输设备较多，尤其当节点数量增加时，线路设备数量急剧增加。式需要的传输设备较多，尤其当节点数量增加时，线路设备数量急剧增加。网状网络的冗余度高，可靠性比较高，但也需要复杂的控制系统。网状网络的冗余度高，可靠性比较高，但也需要复杂的控制系统。3）复合型网：）复合型网：它结合了网状网在可靠性方面的优势和星型网在成本方面它结合了网状网在可靠性方面的优势和星型网在成本方面的优势，是的优势，是PSTN中最常用的拓扑结构。中最常用的拓扑结构。图3-12 常用的拓扑结构示意图二、拓扑结构 基本的网络拓12三、等级结构三、等级结构图图3-13 我国电话网的三级结构我国电话网的三级结构 随着电话网的发展，我国电话网的等级结构已完成了从五级网向三级随着电话网的发展，我国电话网的等级结构已完成了从五级网向三级网的演变，我国电话网的网路等级结构分为国际、长途和本地三个等级，网的演变，我国电话网的网路等级结构分为国际、长途和本地三个等级，如图如图3-13所示。所示。三、等级结构图3-13 我国电话网的三级结构 随着电话133.2.3 PSTN的关键技术的关键技术(X)PSTN的关键技术包括的关键技术包括传输技术传输技术和和交换技术交换技术。传输技术主要有。传输技术主要有PDH（准同步数字体系）、（准同步数字体系）、SDH（同步数字体系）等相关技术，交（同步数字体系）等相关技术，交换技术主要是数字程控交换机相关技术。程控交换机是一种电路交换技术主要是数字程控交换机相关技术。程控交换机是一种电路交换设备。换设备。一、交换机的基本功能一、交换机的基本功能1）呼叫检查功能；）呼叫检查功能；2）接受被叫号码；）接受被叫号码；3）若被叫空闲，则应分配空闲的通话回路；）若被叫空闲，则应分配空闲的通话回路；4）向被叫用户振铃，向主叫送回铃音；）向被叫用户振铃，向主叫送回铃音；5）被叫应答后，接通话路；）被叫应答后，接通话路；6）及时发现通话结束，进行拆线，并复原话路。）及时发现通话结束，进行拆线，并复原话路。3.2.3 PSTN的关键技术(X)PSTN的143.3 X.25分组交换网分组交换网3.3.1 技术与应用背景技术与应用背景主要传话音，不适合传突发性数据主要传话音，不适合传突发性数据要求能传突发性数据要求能传突发性数据早期通信网早期通信网X.25分组交换网络分组交换网络3.3 X.25分组交换网3.3.1 技术与应用背景主要传话15 X.25是公共分组交换网络中用户（是公共分组交换网络中用户（DTE）与网络（）与网络（DCE）之间的）之间的UNI接接口协议。口协议。通常，人们习惯上将采用通常，人们习惯上将采用X.25协议作为协议作为UNI接口规范的公用分组交换接口规范的公用分组交换网叫做网叫做X.25网。网。3.3.1 技术与应用背景技术与应用背景1）分组交换方式，特别适合具有突发性特点的数据通信。）分组交换方式，特别适合具有突发性特点的数据通信。2）采用）采用STDM方式，动态分配时隙，传输效率高。方式，动态分配时隙，传输效率高。3）专为数据业务而设计，特别适合数据终端接入）专为数据业务而设计，特别适合数据终端接入。4）采用了差错控制和流量控制技术，可保证数据传输的可靠性。）采用了差错控制和流量控制技术，可保证数据传输的可靠性。5）支持虚电路或数据报，可提供中低速分组数据业务，接入速率为）支持虚电路或数据报，可提供中低速分组数据业务，接入速率为2.4kbit/s-64kbit/s。其技术特点有：其技术特点有：X.25是公共分组交换网络中用户（DTE）与网络（DC163.3.2体系结构体系结构图图3-17 典型的典型的X.25拓扑拓扑一、拓扑结构一、拓扑结构二、分组交换标准二、分组交换标准 ITU-T为分组交换制定了推荐标准如下：为分组交换制定了推荐标准如下：X.3：分组装配及拆卸功能：分组装配及拆卸功能 X.25：用于公用分组网络：用于公用分组网络DCE和和DTE间的接口间的接口 X.28：终端到：终端到PAD的通信格式的通信格式 X.29：主机到：主机到PAD的通信格式的通信格式 X.31：ISDN上的分组模式业务上的分组模式业务 X.32：定义了：定义了X.25同步拨号模式同步拨号模式 X.75：互联网络呼叫控制规程：互联网络呼叫控制规程典型的典型的X.25网络拓扑如图网络拓扑如图3-17所所示，网络由分组交换机组成，不示，网络由分组交换机组成，不同的分组网络之间采用同的分组网络之间采用X.75协议，协议，用户与网络节点交换机之间采用用户与网络节点交换机之间采用X.25协议。协议。3.3.2体系结构图3-17 典型的X.25拓扑一、拓扑结构17三、协议层次结构三、协议层次结构图图3-18 X.25的层次结构的层次结构X.25标准的协议层次结构涉及标准的协议层次结构涉及OSI模型的下三层，如图模型的下三层，如图3-18所示。所示。物理层（第一层）：物理层（第一层）：DTE与与DCE之间的物理接口，可以采用之间的物理接口，可以采用V系列（例系列（例如：如：V.35电子工业协会的电子工业协会的EIA-232-E标准接口）、标准接口）、ITU-T的的X.21或或X.21bis等各种接口。等各种接口。数据链路层（第二层）：数据链路层（第二层）：主要功能是保证分组无差错地传送，而不管通主要功能是保证分组无差错地传送，而不管通信链路的易出错的性质。它采用平衡型链路访问规程（信链路的易出错的性质。它采用平衡型链路访问规程（LAPB）（）（Balanced Link Access Procedure：平衡式链路接入协议），：平衡式链路接入协议），LAPB协议是协议是HDLC的子集。的子集。网络层（第三层）：网络层（第三层）：负责在通信用户与网络之间连接的建立、管理和拆负责在通信用户与网络之间连接的建立、管理和拆除，采用分组层规程（除，采用分组层规程（Packet Level Protocol，PLP）。）。三、协议层次结构图3-18 X.25的层次结构X.25标准的18图图3-19 X.25的的PDU（分组和帧）（分组和帧）四、四、PDU结构结构X.25的的PDU在链路层以帧形式出现，而在网络层以分组形式出现，在链路层以帧形式出现，而在网络层以分组形式出现，X.25链路层的帧和网络层的分组结构如图链路层的帧和网络层的分组结构如图3-19所示。链路层帧结构中各字所示。链路层帧结构中各字段定义如下：段定义如下：1）标志：帧头、帧尾标志，）标志：帧头、帧尾标志，01111110，占用一个字节；，占用一个字节；2）地址字段：用于寻址目的节点，占用一个字节；）地址字段：用于寻址目的节点，占用一个字节；3）控制字段：用于定义各种命令和响应，占用一个字节；）控制字段：用于定义各种命令和响应，占用一个字节；4）信息字段：用于传输分组信息，可变长度；）信息字段：用于传输分组信息，可变长度；5）FCS：帧校验序列，采用：帧校验序列，采用16位位CRC校验方式。校验方式。图3-19 X.25的PDU（分组和帧）四、PDU结构X.2193.4 综合业务数字网络综合业务数字网络3.4.1 技术与应用背景技术与应用背景ISDN的特点的特点:PSTN网传话音业务网传话音业务分组交换网传数据业务分组交换网传数据业务N-ISDN传语音、数据、视频的综合性业务传语音、数据、视频的综合性业务兼兼容容原原有有 通通信信系系统统。高高速速全全数数字字化化通通信信服服务务。接接入入速速率率64kbit/s-2048kbit/s综合业综合业 务能力。务能力。3.4 综合业务数字网络3.4.1 技术与应用背景ISDN的203.4.2 N-ISDN体系结构体系结构一、一、N-ISDN体系结构体系结构图图3-20 N-ISDN体系结构体系结构3.4.2 N-ISDN体系结构一、N-ISDN体系结构图321二、二、UNI的参考配置的参考配置1）用户功能组）用户功能组 根据参考配置，用户接入根据参考配置，用户接入ISDN的功能可划分为以下功能组：的功能可划分为以下功能组：（1）终端类型）终端类型1（TEl）：）：标准标准ISDN终端，终端，TEl通过通过4线双绞线数线双绞线数 字链路连接到字链路连接到N-ISDN（2）终端类型）终端类型2（TE2）：）：非非ISDN终端设备，代表了目前使用的非终端设备，代表了目前使用的非 ISDN标准设备标准设备（3）终端适配器（）终端适配器（TA）：）：将非将非ISDN终端转换成标准终端转换成标准ISDN终端的适终端的适 配器，这种设备允许非配器，这种设备允许非ISDN终端在终端在ISDN 线路上运行，线路上运行，TA负责非负责非ISDN操作与操作与ISDN 操作之间的通信操作之间的通信（4）网络终端）网络终端1（NT1）：）：将将4线用户线连接到常规的线用户线连接到常规的2线本地环路线本地环路 的一种设备，为用户信息和信令信息提的一种设备，为用户信息和信令信息提 供透明的传输通道供透明的传输通道（5）网络终端）网络终端2（NT2）：）：更智能化的设备，主要完成更智能化的设备，主要完成UNI处的交换处的交换 和集中功能，可以是和集中功能，可以是ISDN用户交换机、用户交换机、集线器或局域网集线器或局域网（6）LT：用户环路和交换局的接口设备，它主要实现设备和线路用户环路和交换局的接口设备，它主要实现设备和线路 传输端的接口功能传输端的接口功能（7）ET：ISDN交换机交换机二、UNI的参考配置1）用户功能组 根据参考配置，用户接入I222）参考点）参考点（1）参考点）参考点U：NT1设备的二线侧的参考点，将设备的二线侧的参考点，将NT1和线路端接设备和线路端接设备 （LT）分离开来。）分离开来。U接口是一个国家标准，而在参考点接口是一个国家标准，而在参考点S 和和T实现的接口是国际标准。实现的接口是国际标准。（2）参考点）参考点T：NT1与与NT2设备之间接口，设备之间接口，4线双绞线相连。若无线双绞线相连。若无NT2设设 备时，则与备时，则与S点合并成点合并成S/T。（3）参考点）参考点S：标准标准ISDN接口。接口。（4）参考点）参考点R：非非ISDN接口，采用常规物理接口例如接口，采用常规物理接口例如EIA-232-E、V.35等。等。图图3-21 UNI的参考配置的参考配置 2）参考点（1）参考点U：NT1设备的二线侧的参考点，将NT23（1）B信道：信道：64kbit/s，用来传送语音、数据等用户信息。，用来传送语音、数据等用户信息。（2）D信道：信道：16kbit/s或或64kbit/s，用来传送公共信道信令、，用来传送公共信道信令、分组数据或低速数据流。分组数据或低速数据流。（3）H信道：速率为信道：速率为384kbit/s、1536kbit/s或或1920kbit/s，用来传送高速信息，如高速图像、数据、传真、分组交换，用来传送高速信息，如高速图像、数据、传真、分组交换信息等。信息等。H信道又分为下面三种类型：信道又分为下面三种类型：三、三、UNI的接口结构的接口结构1）信道类型）信道类型H0信道：信道：384kbit/s传输速率，可提供如立体声节目、图像传输速率，可提供如立体声节目、图像和数据等业务传输。和数据等业务传输。H1信道：信道：1536kbit/s传输速率，可提供如高速数据传输、传输速率，可提供如高速数据传输、会议电视等业务传输。会议电视等业务传输。H2信道：信道：1920kbit/s传输速率，可提供如高速数据传输、传输速率，可提供如高速数据传输、图像和会议电视等业务传输。图像和会议电视等业务传输。（1）B信道：64kbit/s，用来传送语音、数据等用户信息24 ITU-T规定了两种规定了两种UNI，即，即基本速率接口（基本速率接口（Basic Rate Interface，BRI）和基群速率接口（）和基群速率接口（Primary Rate Interface，PRI），），接口结接口结构如图构如图3-22所示。所示。（1）基本速率接口（）基本速率接口（BRI）：）：TEl通过通过4线双绞线数字链路连接到线双绞线数字链路连接到N-ISDN，这种链路用，这种链路用TDM方式划分了方式划分了3个信道，指定为两个承载信道个信道，指定为两个承载信道B信道和一个信令信道信道和一个信令信道D信道（即信道（即2B+D）。）。（2）基群速率接口（）基群速率接口（PRI）：）：这个接口将多个这个接口将多个B信道和信道和D信道多路信道多路复用到速度更高的接口。复用到速度更高的接口。图图3-22 N-ISDN的接口结构的接口结构2）接口结构）接口结构 ITU-T规定了两种UNI，即基本速率接口（Basic 25四、协议分层结构四、协议分层结构1）N-ISDN业务类型业务类型 由网络提供透明的信息传送业务，在传输过程中不改变信息的由网络提供透明的信息传送业务，在传输过程中不改变信息的内容。内容。承载业务承载业务 面向用户的通信或信息处理业务，由网络和终端设备共同提供。面向用户的通信或信息处理业务，由网络和终端设备共同提供。用户终端业务用户终端业务 在承载业务和用户终端业务基础上增加的业务性能，目的是向在承载业务和用户终端业务基础上增加的业务性能，目的是向用户提供更多更方便的服务。用户提供更多更方便的服务。补充业务补充业务四、协议分层结构1）N-ISDN业务类型 由网络提供透262）用户）用户-网络接口的分层结构网络接口的分层结构 N-ISDN用户用户-网络接口协议分为三层，从下到上依次为网络接口协议分为三层，从下到上依次为物理层、数物理层、数据链路层和网络层据链路层和网络层，如图，如图3-23所示。所示。图图3-23 N-ISDN的的UNI协议分层结构协议分层结构（1）物理层：）物理层：提供基本速率接口提供基本速率接口（2B+D）和基群速率接口（）和基群速率接口（23B+D或或31B+D），这些标准在），这些标准在ITU-T的的I系列中系列中分别以分别以I.430和和I.431发布。发布。（2）数据链路层：）数据链路层：采用在采用在ITU-T Q.921推荐标准中发布的推荐标准中发布的D信道链路接入协议信道链路接入协议（LAPD，Link Access Procedure On the D Channel），负责运载第三层），负责运载第三层(网网络层络层)业务通过业务通过SNI接口。接口。（3）网络层：）网络层：按照按照ITU-T Q.93l建议中建议中的定义，根据第二层提供的服务完成呼的定义，根据第二层提供的服务完成呼叫控制功能，包括电路交换呼叫和分组叫控制功能，包括电路交换呼叫和分组交换呼叫的控制。交换呼叫的控制。2）用户-网络接口的分层结构 N-ISDN用户-网络接27五、五、PDU结构结构1）链路层帧结构）链路层帧结构（1）服务访问点标识符（）服务访问点标识符（SAPI）：）：用于识别那些将数据链路层业务用于识别那些将数据链路层业务提供给上一层的实体。提供给上一层的实体。（2）终端端点标识符（）终端端点标识符（TEI）：）：用于识别单个终端或工作在用于识别单个终端或工作在BRI链链路上的多个终端。路上的多个终端。TEI由单独的分配过程自动分配，全为由单独的分配过程自动分配，全为1的的TEI值标识值标识广播连接。广播连接。图图3-24 LAPD帧结构帧结构 N-ISDN数据链路层，采用的数据链路层，采用的LAPD协议是协议是HDLC的一个子集。该协的一个子集。该协议独立于传输比特速率，需要一条全双工、比特透明的同步信道。议独立于传输比特速率，需要一条全双工、比特透明的同步信道。LAPD的帧结构与的帧结构与X.25的的LAPB非常相似，如图非常相似，如图3-24所示。所示。五、PDU结构1）链路层帧结构（1）服务访问点标识符（SAP28N-ISDN网络层采用网络层采用Q.931协议，产生的协议，产生的PDU即是即是Q.931消息。消息。Q.931消息必消息必须包含下面三个参数来定义电路连接：须包含下面三个参数来定义电路连接：2）分组结构）分组结构（2）呼叫）呼叫参考参考识别本地识别本地识别本地识别本地UNIUNI处的特定处的特定处的特定处的特定N-ISDNN-ISDN呼叫，没有端到端的意义。呼叫，没有端到端的意义。呼叫，没有端到端的意义。呼叫，没有端到端的意义。（1）协议）协议鉴别器鉴别器区分用户区分用户区分用户区分用户网络呼叫控制消息与其他的协议（例如：网络呼叫控制消息与其他的协议（例如：网络呼叫控制消息与其他的协议（例如：网络呼叫控制消息与其他的协议（例如：X.25X.25）。）。）。）。（3）消息）消息类型类型识别消息功能，例如建立连接（识别消息功能，例如建立连接（识别消息功能，例如建立连接（识别消息功能，例如建立连接（SETUPSETUP）、拆除连接）、拆除连接）、拆除连接）、拆除连接（RELEASERELEASE）等。）等。）等。）等。N-ISDN网络层采用Q.931协议，产生的PDU即是Q.929一、一、N-ISDN应用框架应用框架图图3-25 N-ISDN基本应用框架基本应用框架3.4.3 应用案例应用案例 N-ISDN基本应用框架，如图基本应用框架，如图3-25所示。其中，标准所示。其中，标准N-ISDN终端集群终端集群（如：会议电视、数字电话、（如：会议电视、数字电话、G4传真）经过传真）经过NT2汇聚后由汇聚后由NT1直接接入直接接入N-ISDN；非标准；非标准N-ISDN终端（如：模拟电话）首先经过终端（如：模拟电话）首先经过TA转换，再由转换，再由NT1接入接入N-ISDN。一、N-ISDN应用框架图3-25 N-ISDN基本应用框架30二、二、N-ISDN典型应用方案典型应用方案图图3-26 ISDN典型应用典型应用 N-ISDN典型应用方案，如图典型应用方案，如图3-26所示，包括：终端高速接入，集团用所示，包括：终端高速接入，集团用户接入和局域网互联。户接入和局域网互联。ISDN终端（如：数据终端、电话）以基本速率接终端（如：数据终端、电话）以基本速率接入入N-ISDN；高速终端（如主机、可视电话）以基群速率或基本速率集中；高速终端（如主机、可视电话）以基群速率或基本速率集中接入接入N-ISDN；局域网以基群速率接入；局域网以基群速率接入N-ISDN。二、N-ISDN典型应用方案图3-26 ISDN典型应用 313.4.4 N-ISDN存在的问题存在的问题 N-ISDN是建立在双绞线模拟传输的基础上的，是建立在双绞线模拟传输的基础上的，因而带宽的限制使其无法提供十分吸引人的宽带新因而带宽的限制使其无法提供十分吸引人的宽带新业务。业务。未来的通信业务不仅要求通信多样化、未来的通信业务不仅要求通信多样化、高速化、综合化，而对数据、图像、传真高速化、综合化，而对数据、图像、传真等业务的要求也会越来越高。等业务的要求也会越来越高。随着用户信息传输量和传输速率需求的不断提高，随着用户信息传输量和传输速率需求的不断提高，N-ISDN难以应付日益复杂的网络环境，于是难以应付日益复杂的网络环境，于是N-ISDN走向逐渐没落，被宽带走向逐渐没落，被宽带ISDN（B-ISDN）代替。）代替。3.4.4 N-ISDN存在的问题 N-ISDN是建立323.5 帧中继（帧中继（FR）技术）技术3.5.1 帧中继概述帧中继概述 帧中继（帧中继（Frame Relay，FR）是一种快速分组交换（）是一种快速分组交换（Fast Packet Switching，FPS）技术，由）技术，由X.25技术发展而来。技术发展而来。主要具有以下几个特点：主要具有以下几个特点：1）快速分组数据业务，接入速率：）快速分组数据业务，接入速率：1.2kbit/s34.368Mbit/s。2）采用简化通信协议，吞吐量大，时延短，开销低。）采用简化通信协议，吞吐量大，时延短，开销低。3）采用）采用STDM方式，支持方式，支持PVC、SVC业务。业务。4）采用变长帧结构，支持各种）采用变长帧结构，支持各种LAN网络互联。网络互联。5）支持按需带宽，充分利用网络资源。）支持按需带宽，充分利用网络资源。6）可方便地从）可方便地从X.25硬件平台上软件升级到硬件平台上软件升级到FR。7）特别适合于突发性数据承载业务。）特别适合于突发性数据承载业务。8）特别适合于高速骨干网建设。）特别适合于高速骨干网建设。3.5 帧中继（FR）技术3.5.1 帧中继概述 帧中333.5.2 帧中继的体系结构帧中继的体系结构一、一、帧中继网络结构帧中继网络结构 帧中继网络由硬件和固件构成的网络设备组成，从功能上可以分为帧中帧中继网络由硬件和固件构成的网络设备组成，从功能上可以分为帧中继拆装器（继拆装器（Frame Relay AssemblerDisassemblers，FRAD）、帧中）、帧中继网络设备（继网络设备（Frame Relay Network Device，FRND）和帧中继交换机）和帧中继交换机（Frame Relay Switching，FRS）。局域网（）。局域网（LAN）通过路由器连接到帧）通过路由器连接到帧中继网，进而实现互联的网络结构如图中继网，进而实现互联的网络结构如图3-27所示。所示。图图3-27 典型的帧中继拓扑典型的帧中继拓扑3.5.2 帧中继的体系结构一、帧中继网络结构 帧中341）分层结构）分层结构图图3-28 协议栈的精简与比较协议栈的精简与比较二、分层协议结构二、分层协议结构 典型的承载网络只需要物理层、数据链路层和网络层，而帧中继典型的承载网络只需要物理层、数据链路层和网络层，而帧中继的分层设计取消了网络层大部分功能，剩余功能压到了数据链路层，的分层设计取消了网络层大部分功能，剩余功能压到了数据链路层，而且数据链路层只保留了而且数据链路层只保留了“核心核心”功能，层次和功能的简化，将减功能，层次和功能的简化，将减少所做操作，使得帧中继的速度更快。少所做操作，使得帧中继的速度更快。1）分层结构图3-28 协议栈的精简与比较二、分层协议结构 352）协议结构）协议结构图图3-29 帧中继的协议结构帧中继的协议结构数据链路层核心功能用来支持帧中数据链路层核心功能用来支持帧中继承载业务，其主要包括：继承载业务，其主要包括：（1）帧定界，实现帧同步和传输的）帧定界，实现帧同步和传输的透明性；透明性；（2）利用帧头地址段中的）利用帧头地址段中的DLCI来来实现逻辑连接的复用和分路；实现逻辑连接的复用和分路；（3）帧传输差错检测但不纠错；）帧传输差错检测但不纠错；（4）业务字节对齐。即在插入零比）业务字节对齐。即在插入零比特之前和除去后，检查帧以保证正确特之前和除去后，检查帧以保证正确性；性；（5）检测帧长是否正确；）检测帧长是否正确；（6）拥塞控制功能。）拥塞控制功能。2）协议结构图3-29 帧中继的协议结构数据链路层核心功能用363）帧结构）帧结构图图3-30 帧中继的帧结构帧中继的帧结构（1）标志字段）标志字段：8比特，发送固定二进制序列（比特，发送固定二进制序列（01111110），用来），用来标识和分隔帧。标识和分隔帧。（2）地址字段）地址字段：默认使用长度为：默认使用长度为16比特。地址字段包含了必要的数比特。地址字段包含了必要的数据链路连接标识（据链路连接标识（Data Link Connection Identifier，DLCI）信息。）信息。3）帧结构图3-30 帧中继的帧结构（1）标志字段：8比特，37地址字段格式如下：地址字段格式如下：数据链连接标识符数据链连接标识符DLCI：10比特，标识数据链路、虚电路（即比特，标识数据链路、虚电路（即PVC或或SVC）和到网络的服务参数。）和到网络的服务参数。命令命令/响应指示（响应指示（C/R）：）：1比特，为比特，为FRAD保留，而不是为帧中继网络保留，而不是为帧中继网络保留。保留。地址字段（地址字段（EA扩展）：扩展）：2比特，当地址结构超过默认的比特，当地址结构超过默认的2个八位字节时，个八位字节时，用作地址扩展。用作地址扩展。前向拥塞确定指示（前向拥塞确定指示（Forward Explicit Congestion Notification，FECN）：）：1比特，用于网络中上游设备（宿端设备）的拥塞通告。比特，用于网络中上游设备（宿端设备）的拥塞通告。后向拥塞确定指示（后向拥塞确定指示（Backward Explicit Congestion Notification，BECN）：）：1比特，网络用来指示主要业务流相反方向的下游设备（源比特，网络用来指示主要业务流相反方向的下游设备（源端设备）拥塞。端设备）拥塞。丢弃合适位（丢弃合适位（DE）：）：10比特，指示在网络拥塞情况下对丢失帧的资格。比特，指示在网络拥塞情况下对丢失帧的资格。（3）信息字段）信息字段：包含用户信息，用户信息可以是有效负载数据或者是路：包含用户信息，用户信息可以是有效负载数据或者是路由器等设备之间通过的网间控制信息。由器等设备之间通过的网间控制信息。（4）帧校验序列（）帧校验序列（Frame Check Sequence，FCS）：为：为16比特循环冗比特循环冗余校验（余校验（CRC），支持信息字段长度达到），支持信息字段长度达到4096个八位字节的帧的帧头差错个八位字节的帧的帧头差错控制。控制。地址字段格式如下：（3）信息字段：包含用户信息，用户信息可以383.5.3 帧中继的核心技术帧中继的核心技术一、帧中继的寻址一、帧中继的寻址图图3-31 DLCI映射过程示意图映射过程示意图 帧帧1：（DLCI100，L10）路由器）路由器1帧帧1：（：（DLCI103，L12）交换机）交换机A帧帧1：（：（DLCI106，L15）交换）交换机机B路由器路由器2 帧帧2：（DLCI101，L10）路由器）路由器1帧帧2：（：（DLCI104，L13）交换机）交换机A帧帧2：（：（DLCI107，L16）交换）交换机机C路由器路由器4 帧帧3：（DLCI102，L10）路由器）路由器1帧帧3：（：（DLCI105，L14）交换机）交换机A路由器路由器33.5.3 帧中继的核心技术一、帧中继的寻址图3-31 DL39二、拥塞管理二、拥塞管理1）拥塞问题）拥塞问题帧中继作为高度共享网络，是非常有效率的。既然所有组成网络帧中继作为高度共享网络，是非常有效率的。既然所有组成网络的链路和交换机都被一大群用户和用户组织共享，那么网络就会受的链路和交换机都被一大群用户和用户组织共享，那么网络就会受到可变的和不可预知的拥塞的影响。拥塞最终会造成吞吐量降低和到可变的和不可预知的拥塞的影响。拥塞最终会造成吞吐量降低和延时增大，延时增大，QoS降低的恶果。降低的恶果。2）拥塞管理方案）拥塞管理方案（1）拥塞告知方案）拥塞告知方案 终点控制策略：终点控制策略：将前向传送将前向传送的帧的的帧的FECN位置位置1，把拥塞问，把拥塞问题通知上游用户节点。题通知上游用户节点。源点控制策略：源点控制策略：将后向传送将后向传送的帧的的帧的BECN位置位置1，把拥塞问，把拥塞问题通知下游用户节点。题通知下游用户节点。图图3-32 拥塞告知方案拥塞告知方案二、拥塞管理1）拥塞问题2）拥塞管理方案（1）拥塞告知方案40（2）丢弃帧方案）丢弃帧方案 在发生严重拥塞情况下，除继续采用源点或重点控制策略发出拥塞通在发生严重拥塞情况下，除继续采用源点或重点控制策略发出拥塞通知外，网络节点还要将帧结构中知外，网络节点还要将帧结构中DE=1的帧丢弃。的帧丢弃。三、带宽控制与管理三、带宽控制与管理1）带宽控制参数）带宽控制参数 接入速率（接入速率（Access Rate，AR）：）：接入信道的最大数据速率，接入信道的最大数据速率，由数据传输可用的接入链路带宽确定，当然，数据可以以低于接由数据传输可用的接入链路带宽确定，当然，数据可以以低于接入速率发送和接收。入速率发送和接收。测量间隔（测量间隔（Tc）：）：测量、监视和控制虚电路上数据流量的时间测量、监视和控制虚电路上数据流量的时间间隔。间隔。承载信息速率（承载信息速率（Committed Information Rate，CIR）：）：是正是正常情况下网络对用户约定的用户信息传送速率。常情况下网络对用户约定的用户信息传送速率。承载突发大小（承载突发大小（Bc）：）：某个时间间隔某个时间间隔Tc内，允许用户提交给网内，允许用户提交给网络的最大数据量。络的最大数据量。超越突发大小（超越突发大小（Be）：）：某个时间间隔某个时间间隔Tc内，用户可以发送给网内，用户可以发送给网络的超过络的超过Bc的最大数据量。的最大数据量。（2）丢弃帧方案 在发生严重拥塞情况下，除继续采用源点412）CIR带宽管理机制带宽管理机制图图3-33 帧中继带宽管理机制示意图帧中继带宽管理机制示意图 用户实际平均数据速率用户实际平均数据速率CIR或或DtBc时，则接入节点不改变时，则接入节点不改变DE位状态，确保继位状态，确保继续传输。续传输。用户实际平均数据速率用户实际平均数据速率CIR或或BcBc+Be时，将超过时，将超过Bc+Be范围的帧丢弃范围的帧丢弃,或在网络许可的条件下，设置或在网络许可的条件下，设置DE1（称（称作标记作标记Be业务）。其它部分与上述相同。业务）。其它部分与上述相同。2）CIR带宽管理机制图3-33 帧中继带宽管理机制示意图423.5.4 典型应用案例典型应用案例图图3-34 用帧中继实现局域网互联用帧中继实现局域网互联 帧中继应用于四个地域局域帧中继应用于四个地域局域网互联的实例如图网互联的实例如图3-34所示。所示。如果以全互联的物理专线（例如果以全互联的物理专线（例如：如：DDN专线）实现局域网的专线）实现局域网的互联，则六条线路和六套接入互联，则六条线路和六套接入设备互联费用高，线路利用率设备互联费用高，线路利用率低，如图低，如图3-34（a）所示。而）所示。而如果通过提供六条全互联的如果通过提供六条全互联的PVC实现局域网的互联，以帧实现局域网的互联，以帧中继网络替代物理的网状网而中继网络替代物理的网状网而构成一个逻辑的网状网，就会构成一个逻辑的网状网，就会改善网络性能，降低费用，如改善网络性能，降低费用，如图图3-34（b）所示。）所示。3.5.4 典型应用案例图3-34 用帧中继实现局域网互联 433.6 数字同步网数字同步网 同步是指信号之间频率相同、相位上保持某种严格的特定关系。同步是指信号之间频率相同、相位上保持某种严格的特定关系。数字同步网（数字同步网（Digital Synchronization Network）是通信网）是通信网络的三大支撑网之一，即实现数字信号同步运行的网络。络的三大支撑网之一，即实现数字信号同步运行的网络。3.6.2 网同步方式网同步方式准同步方式又叫独立时钟法，在各个数字设备节点处均设准同步方式又叫独立时钟法，在各个数字设备节点处均设立互相独立、标称速率相同的高稳定度时钟，它们的频率精立互相独立、标称速率相同的高稳定度时钟，它们的频率精度要求保持在极窄的频率容差之中。度要求保持在极窄的频率容差之中。3.6.1 基本概念基本概念数字网的网同步方式分为准同步方式和同步方式。数字网的网同步方式分为准同步方式和同步方式。一、准同步方式一、准同步方式3.6 数字同步网 同步是指信号之间频率相同、相位上保持某44二、同步方式二、同步方式1）主从同步方式）主从同步方式主从同步方式如图主从同步方式如图3-35（a）所示。在主从同步）所示。在主从同步方式中，网内有一个中心局，它设有一个高精度的方式中，网内有一个中心局，它设有一个高精度的基准时钟源，用以产生网内的标准频率，该频率通基准时钟源，用以产生网内的标准频率，该频率通过传输链路被送到各个数字设备节点作为各数字设过传输链路被送到各个数字设备节点作为各数字设备的时钟基准。各个数字设备节点设置有从时钟，备的时钟基准。各个数字设备节点设置有从时钟，它们利用锁相环把本地时钟频率锁定在基准时钟频它们利用锁相环把本地时钟频率锁定在基准时钟频率上，从而实现网内各节点之间的时钟信号同步。率上，从而实现网内各节点之间的时钟信号同步。主从同步方式的优点是从节点的控制过程较为简单，主从同步方式的优点是从节点的控制过程较为简单，适用于树型或星型网络，这和当前电信网的结构相适用于树型或星型网络，这和当前电信网的结构相一致。其缺点是过分依赖于主时钟。一旦主时钟发一致。其缺点是过分依赖于主时钟。一旦主时钟发生故障，或定时信号传输链路发生故障，将会导致生故障，或定时信号传输链路发生故障，将会导致全系统或局部系统丧失同步能力。因此主从同步方全系统或局部系统丧失同步能力。因此主从同步方式需设置多重备份设备。式需设置多重备份设备。二、同步方式1）主从同步方式452）相互同步方式）相互同步方式相互同步方式如图相互同步方式如图3-35（b）所示。相互同步方）所示。相互同步方式中，交换节点无主节点和从节点之分，时钟传输式中，交换节点无主节点和从节点之分，时钟传输路线呈网状结构。网中每一个节点的本地时钟通过路线呈网状结构。网中每一个节点的本地时钟通过锁相环路受所有接收到的外来数字链路定时信号的锁相环路受所有接收到的外来数字链路定时信号的共同加权控制。因此节点的锁相环路是一个具有多共同加权控制。因此节点的锁相环路是一个具有多个输入信号的环路，而相互同步网是一个将多输入个输入信号的环路，而相互同步网是一个将多输入锁相环相互连接的多路反馈系统。在相互同步网中锁相环相互连接的多路反馈系统。在相互同步网中各节点时钟的相互作用下，如果网络参数选择得合各节点时钟的相互作用下，如果网络参数选择得合适，网中所有节点时钟最后达到一个稳定的系统频适，网中所有节点时钟最后达到一个稳定的系统频率，从而可实现全网的同步工作。相互同步方式的率，从而可实现全网的同步工作。相互同步方式的优点是网内任何一个数字设备发生故障只停止本节优点是网内任何一个数字设备发生故障只停止本节点工作，不影响其他节点的工作，从而提高了通信点工作，不影响其他节点的工作，从而提高了通信网工作的可靠性。其缺点是系统频率变化频繁，同网工作的可靠性。其缺点是系统频率变化频繁，同步系统较为复杂。步系统较为复杂。2）相互同步方式463）分级的主从同步方式）分级的主从同步方式 分级的主从同步方式如图分级的主从同步方式如图3-35（c）所示。分）所示。分级的主从同步方式介于主从同步方式与相互同步方级的主从同步方式介于主从同步方式与相互同步方式之间，它把网内各节点分为不同等级，级别越高，式之间，它把网内各节点分为不同等级，级别越高，振荡器的频率稳定度越高。每个数字设备节点只与振荡器的频率稳定度越高。每个数字设备节点只与附近的数字设备有连线，在连线上互送时钟信号，附近的数字设备有连线，在连线上互送时钟信号，并送出时钟信号的等级和转接次数。一个数字设备并送出时钟信号的等级和转接次数。一个数字设备节点收到附近各数字设备节点送来的时钟信号以后，节点收到附近各数字设备节点送来的时钟信号以后，就选择一个等级最高、转接次数最少的信号去锁定就选择一个等级最高、转接次数最少的信号去锁定本局振荡器。这样使全网最后以网中最高等级的时本局振荡器。这样使全网最后以网中最高等级的时钟为标准。一旦该时钟出现故障，就以一级时钟为钟为标准。一旦该时钟出现故障，就以一级时钟为标准，不影响全网通信。分级的主从同步方式克服标准，不影响全网通信。分级的主从同步方式克服了主从同步方式和相互同步方式的部分缺点。了主从同步方式和相互同步方式的部分缺点。3）分级的主从同步方式473.6.3 我国的数字同步网我国的数字同步网 我国同步网的建设是将全国范围划分为若干个同步网，同步网与同步我国同步网的建设是将全国范围划分为若干个同步网，同步网与同步网之间工作于准同步方式。同步网之间采用四级时钟的主从同步方式网之间工作于准同步方式。同步网之间采用四级时钟的主从同步方式。第一级为基准时钟源，它由高稳定度的含铯原子钟的基准时钟第一级