通信网组成要素

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,（二） 通信网的组成要素,(1)终端设备,(2)信道,(,传输系统,),(3)交换,(,设备,),(4)通信网的约定(规程),(5)网间互联,1,(1)终端设备,终端设备的功能,电话端机,数据端机,图像端机,2,1.1 终端设备的功能,(a),把待传送的信息和信道上传送的信号互相转换;发送传感器用以感受信号,接收传感器将信号恢复成信息。,传感器必须能正确地表达待传送的信息的实质,并能反变换成所需信息。这是高保真度和高质量,同样它也需与费用作权衡。,传感器是终端机的终端。,3,(b),处理信号的设备以使能与信道匹配:,对于网内中继线两端的设备(端机),只是要求有处理信号的功能,而不需要传感器。,线路匹配:,包括物理特性的匹配(电流电压值应为线路所容许),和阻抗的匹配;,频带匹配,:基带信号必须迁移到所分配的频带内,带外的残余尽可能地小以免影响别的信道;,对半双工线路还要使收到的信号不混入发出的信号,至少应抑止回音干扰,。,4,(c),能产生和辩别网内所需的信令或协议.例如,选择被叫用户的寻址信号,控制电路接通和断开的控制信号,辨别状态和表示状态的联系信号等.,1.2 电话端机,5,V,是电压保护器,为保安全。,R,是耳机(听,电到声),T,是话筒(说,声到电).这是传感器,Z,和,L,的电路是混合线圈,用以抑止话筒产生的电信号进入耳机。,H1,和,H2,是两个与话机听筒架关联的触点,D1,和,D2,在拨号过程中不断地改变位置,借助于交换局的直流电源,D1,和,D2,的闭合和断开使在用户线上出现时断时续的脉冲而形成选址信令。,B,是电铃,只要交换局送来一个断续的交流信号,铃就发声,可用作“本机被呼叫”的信令。,6,1.3 数据端机,数据端机方框图：,传感器,是数据的输入输出设备.常用的输入设备是键盘,通过操作产生各种双值电平的信号,例如,ASCII,码的形式.当信源是储存在磁带磁盘或计算机的内存中的数据时,用接口设备来提取并转换成电信号.,7,调制解调器(,MODEM),是完成与信道匹配功能的部件.当信号具 有带通特性时,数字基带信号须通过,MODEM,转换成某一频带的信号,接收端把信号转换成数字信号.,当信道是工作于半双工方式时,采用时分方式需有一,控制机构,.,在线路上转送的往往是串行数据信号,要与并行输出的计算机接口时需串,并变换设备,.,8,输入输出控制器,的主要作用是在输入输出设备和传输控制电路之间互通情报.,传输控制电路,是通过调制解调器与信道或传输线路接口的,即在数据前后加些起止符,目的地址,本站地址和其它的控制符,并需有检错码的监督位,.,9,1.4 图像端机,亮度(,f),是平面坐标(,x,y),的函数,用扫描技术把它化为一维函数:把图像分解成许多小点(称为像素),按一定的顺序把它们的亮度读下来.常用的方法是线性扫描,则亮度是,f(x(t),y(t),k1,k2,分别是,x,轴和,y,轴上的扫描速度.由于图像面积有限,x(t),y(t),将是周期性的.当,k1 k2,时,实际上是把图像分成许多行.,这样的电信号送到接收端后,要作反变换来恢复图像,用发光器件把电信号转换成光,再显示在屏幕上或印刷下来. 同步在此是十分重要的.,10,图像的质量在于分辨率和清晰度,通常分为垂直清晰度和水平清晰度.垂直清晰度与扫描图案的行数有关,k1/k2,愈大,清晰度就愈高.水平清晰度取决于传输信道的频带和扫描光点的尺寸,频带愈宽,光点愈小,水平清晰度就愈大.在用电子偶合器件时,则取决于存储元件的数目.,传送活动图像时,亮度的函数关系是,f(x(t),y(t),t).,11,彩色电视需要三个信号,分别代表三,个单色的亮度,立体黑白信号需两个,信号,分别代表左眼和右眼所感受的,图像,立体彩色电视需六个信号.怎样把多个信号合起来传送则是信道复,用的问题了.,12,图像终端,13,2. 信道,信道,是信息的传输通道,在电信网中,称之传输线路.它是电磁波的传播路径,当电磁波携带含有信息的一个信号时,就构成一条信道.,一条传输线路可以形成多条信道.,电磁波的传播方式可分为无界传播和引导传播两大类,前者通过发射天线发射而在自由空间中传播,在接收天线处接收下来,这是无线信道.后者沿导体传播,如在同轴电缆中,电磁波是在内导体和外导体之间传播,是沿着电缆被导引着向前传播的,这是有线信道.,14,除了简单的线路,不论无线还是有线信道,都要,加些设备才能构成传输线路,尤其是在线路被,复用时.,信道,无线信道,有线信道,信道复用设备,对信道的要求,15,16,2.1 无线信道,无线信道中的传输通道是自由空间,但必须有发射机、发射天线、接收天线和接收机,才能使载荷信息的信号正常传输,从而组成一无线线路。有时把发射机前和接收机后的调制解调器包含在内,组成能传输基带信号的传输线路。,根据设备的频率范围,可把无线线路分为长波线路、中波线路、短波线路、超短波线路和微波线路。,17,长波线路所用的频率是300千赫以下，波长1000米以上,它沿地面尤其沿海面的传播损耗小,但可用的带宽较小,不宜传送大容量信息，而且天线庞大。,18,中波线路的频率在300千赫到3兆赫之间,波长100到1000米之间,以地表面波为主要传输方式。传播损失比长波大一些,传播距离也还较大。,500到1500千赫是标准的调幅广播波段,也可用于港口或海域的移动通信,导航和近距离的短波通信。,地表波的传播损耗随频率的升高而急剧增加,一般超过2兆赫以上传播的效果就比较差。地表波的一大优点就是性能稳定,不易受季节和气候的影响。,19,短波的频段是3兆赫到30兆赫,波长从10米到100米。这频段的地面传播损耗较大,但借助于地球上空的电离层的反射可进行远距离通信。这种传播方式称为天波。世界性的声音广播和业余电台采用这个波段,在卫星通信出现前短波线路是国际通信的主要手段。由于波长短,天线体积就可小。但由于电离层昼夜变化大,有地磁、太阳黑子等的影响，衰落现象严重。一般用于点对点通信。,20,（中波）地表面波传播,21,短波电离层反射波,22,超短波的频段是30兆赫到3000兆赫,其中30兆赫到300兆赫是甚高频,VHF,300兆赫到3000兆,赫称为特高频,UHF,有时也把1000兆赫到3000兆赫划入微波线路。这频段的地面传播损耗较,大,电离层已不能反射,因此传播的主要方式是空间直射波和地面反射波的合成,一般地，这一频段只能作近距离的通信手段,有效距离不超过100公里。另一方面可用带宽大,适宜于较宽频带的信息传输,所以这波段用于调频广播和电视、地面移动通信。,23,微波线路:,微波线路在近代通信中占有重要地位.在更严格的分类中,波长在1-10分米的称分米波,此外有厘米波,毫米波,波长不到1毫米的称亚毫米波.,利用这个频段作为通信网的信道的方式是中继线路或接力线路.每隔50,KM,设一中继站接收前站信号后经放大和变频后,再发射到下一站.,24,在这波段中,波长短,天线方向性好,传输效率高;频率高容许调制的频带宽,适用于大容量的信息传输,如常用的模拟微波电路中同时可传送960路到2700路电话信号.数字微波线路已可送四次群(140,MBit/s),甚至更高码率;,随着技术成熟,中继站可无人值守,在当前,微波线路是建设和维护费用最低的信道.,另一种微波线路是卫星线路,利用人造卫星做接力,卫星转发器可覆盖近三分之一地球表面.而且卫星通信方式可不用交换设备就能组成通信网.,25,26,2.2 有线信道,通常能构成直流通路,适于基带传输,也可送带通信号.,架空明线-易建设,低频信号衰减小,但高频部分易于发射出去,衰耗大,因而容许传输的信号频带受限,通信容量不能很大.可靠性因架在室外易于受损而差,受干扰大.架空明线的改进形式是平衡电缆.,27,平衡电缆-每对传输信号的双线间的距离比明线小,包在绝缘体内,一般埋在地下.但平衡电缆的衰耗随频率的增大而急剧地增大,通常是每公里的衰耗分贝数与频率成正比,因而容量不大。平衡电缆常制成多芯,从二对四芯起,直到200对,形成多层结构,常用于市话用户线路.,同轴电缆-管外径为4.4毫米的称小同轴,管外径9.5毫米的称中同轴.电磁波在外管与内芯之间传播,基本上与外界隔开而无发射损耗。每公里衰耗的分贝数大致与频率的开方成正比,带宽可较大从而使传输容量较大.但造价高而且耗铜很可观.,28,波导传播-对厘米波和毫米波可在波导管中传播.但波导管造价高,耗铜量大,光纤代替了它.,光纤传输-也是一种波导式传播,在构成有线线路时,除了导引线外还需一些附加设备,包括终端和沿线的增音器和均衡器.,29,增音器是一种放大器,信号随距离而衰减噪声渐增,要在信噪比尚未很低时插入放大以提高信号电平.,均衡器:线路的衰耗是随频率的增大而增大的,这会引起频率-幅度,频率-相位失真.为了校正,在增音器中附加一些校正网络以均衡不同频率的衰耗.均衡器也要沿线多次插入.,30,再生器和限幅器:在数字信道中要均衡幅度,相位也要均衡,否则要引起误码.当信道只传数字信号时就不必用增音器和均衡器(价格贵),只要用限幅器或判决器把信号整形,使被破坏的波形恢复成差别较大的两种电平,如信噪比尚较高时就进行判别.整形后的信号几乎与原信号一样,这等效于取消了噪声.在几次限幅后再插入再生器,这一切须在信噪比不低时进行.,31,现再简单介绍具体的信道材料:,双绞线电话信道,：,PSTN,的接入网主要用它作为传输介质。双绞线是一对绞合在一起的相互绝缘的导线,它也可用于计算机之间的通信线路,(,传输线）。语音的频率在20-15000赫之间,而双绞线的带宽可达268千赫,具有24条音频通道的容量。,由于双绞线存在着分布电抗,衰减与频率有关,并随频率的增大而增大,为了使信道在较宽的频率范围内有平坦的特性,必须在信道中接入频率补偿电路（均衡器）。,对于一般的双绞线，往往在线路的适当位置接入一个负载线圈以改善其传输特性,32,一定长度的双绞线可以分段级联的 单位长度双绞线等效电路,双绞线的等效,33,双绞线有各种规格,如下表,长途线路一般用19号线,本地电话回路用26号以下的线,而且主要用无屏蔽的24号线。,号数 中规线径(,mm),美规线径(,mm),19 0.900 0.912,20 0.8 0.812,21 0.710 0.723,22 0.630 0.664,23 0.560 0.573,24 0.500 0.511,25 0.450 0.455,26 0.400 0.405,34,双绞线一般用于点到点的连接。对低,频,双绞线的抗干扰性不低于同轴电,缆,超过1兆赫时,后者远比前者优越。,为了敷设方便,生产厂家将多对,(6-3600),双绞线封装在一个护套,内形成电话电缆,相邻对拧成的螺距,不同以限制相互之间的串音。,35,同轴电缆信道,:,它的频带要比双绞线宽得多,其上限频率可达几百兆赫以上,视线径而定。它的衰减与频率的平方根成正比,因此在远距离传输和宽带工作时仍需用到均衡器。同轴电缆目前主要用在局域网,(LAN),有线电视和海底电缆通信中,.,同轴电缆由芯线,内衬层,屏蔽层和外护套构成。由于它的特殊结构,电缆内部的信号不会泄漏到外部,同样外部的干扰也不会进入电缆内部,因此同轴电缆有很好的保密性和抗干扰性。,36,同轴电缆的结构,37,光导纤维信道,：光导纤维是由高纯度的石英玻璃制成，其直径约为125微米。图示为一种阶跃折射率型光导纤维的结构示意图。它有两层：芯层是由较高折射率的材料制成，直径约为50微米（多模光纤）或10微米(单模光纤);外包层材料的折射率较低，只要光的入射角足够小，光信号就能沿着芯层传播，并且在两层之间产生全反射。,光导纤维的结构,38,光信号在芯层中传播时由于入射角的不通而造成时延的不同。光是一种电磁现象，当光纤的直径远大于光的波长时，光的衍射就可被忽略。光在这种光纤中传播时可以有多个入射角和多种模式，这种光纤称为多模光纤。在不同的模式下光脉冲展宽有不同的速度。,39,2.3 信道复用设备,常用的有频分和时分,使一条线路分成多个信道.频分把各路信息分别调制到不同的频段上,把它们合起来在线路上传输,在接收端用滤波器分开;时分是使各路信息占据不同时隙混起来在线路上传输,在接收端用门电路把各路信息分开.,40,2.4 对信道的要求,首要是经济性,包括初建费和经常的维护费;,其次是容量和质量,质量是指信扰比和失真应达到一定标准.信道的每公里衰耗要小,引入的噪声要小,带宽要大,频率响应要好.,最后是可靠性.,41,综合考虑,微波中继线路是最经济的,容量和质量均好,只要中继站选得合理,可靠性也是不错的.卫星通信适合2000,KM,以上线路,卫星网是全联的,有许多优点,但同步卫星位置有限,这就限制了它的发展.以光缆作为国内大通路传输的手段已被认为必然.,42,(3) 交换机制,电路交换方式,数据交换方式,储存转发方式,报文交换,分组交换,43,3.1 电路交换,电话网是电路交换,转接由局或站完成.有三种转接:,-局内用户间的转接;,局间用户的转接;,两局间无中继线,它们的用户间要,通话需通过第三局转接.,此外一般局内尚有一些附属设备需与用户接通的任务,如服务性电话(查号,天气预报,报时等).每个局尚需完成信令应答,监视,计费等管理性任务.,44,电路交换式通信网的优点是易于组成大型网络。当终端数目很多且地理位置分散时,可用交换机组成通信网,网中直接连接电话机或终端的交换机称为本地交换机或市话交换机,相应的交换局称为端局或市话局,仅与各交换机连接的交换机称为汇接交换机,当距离很远时,汇接交换机也称长途交换机。,交换机之间的线路称为中继线。长途交换设备仅涉及交换机之间的通信,而市话交换设备既涉及到交换设备之间又涉及到与终端的通信,市内的汇接交换设备根据需要也设有与终端通信的功能,。,45,用户交换机,(PBX),用于一个集团的内部,PBX,与市话交换机之间的中继线数目远比,PBX,所连的用户线数目少,因此,当集团中的电话主要用于内部通信时,采用,PBX,更经济。现在,PBX,已由集团电话代替,但要设一个接线员。,电路交换需要在两点之间有传输通道相连。在双方通信前,主叫通过拨号通知网络被叫方的地址(即电话号码),网络在主/被叫之间建立一条电路,这个过程称为,呼叫建立,。,46,然后,主被叫就进行通信,在通信期间这条通道不为其他用户所用。完成通信后,主被叫之一挂机,通知网络可以释放通信信道,这个过程称呼叫,释放,。,世界上第一代电话交换机采用空分电路交换方式,利用接点等开关元件构成电路交换网络,.,以后,采用,PCM,方式的数字交换网得到广泛的应用。,47,电路交换的,优点：,(,a),传输时延小,对一次接续而言,传输时延固定不变,;,(,b),信息以数字信号形式在数据通路中透明传输,交换机对用户的数据信息不存储,分析和处理,交换机在处理方面的开销比较小,对用户的数据信息也不需要附加许多用于控制的信息,信息的传输效率比较高；,(,c),信息的编码方法和信息格式由通信双方协调,不受网络的限制；,48,缺点,(,a),电路的接续时间较长,当传输短信息时网络利用率不高；,(,b),电路资源被通信双方独占,电路利用率不高；,(,c),通信双方在信息传输,编码格式,同步方式,通信协议等方面要完全兼容,限制了各种不同速率,不同代码格式,不同通信协议的用户的终端直接互通信息,;,(4)有呼损。,49,3.2 数据交换,数据交换与话音通信的不同：,(,a),通信对象：数据通信是在计算机之间及人和计算机之间的通信。需要严格的通信协议和标准。,(,b),传输可靠性要求不同,如差错率,数据通信通信的,比特率差错要求在 以下，而话音通信通信的比特率差错 可达 。,(,c),通信的平均持续时间和通信建立请求响应不同。,50,据美国国防部对27000个数据用户调查,有调查数据如下：,(,d),信息业务特性不同,51,统计资料表明,电话通信双方讲话时间平,均各占一半,即对,PCM,话音信号平均速率,大约在32,Kb/s,一般不会出现长时间信道,中没有信息传输。计算机通信双方处于,不同的工作状态传输速率是非常不同的。系统进行遥测和遥控,传输速率一般只在30,b/s,以下,而计算机对终端响应的速率则,在600-10000,bps,如果用户希望获取大量文件,一般传输速率在100,Kbps-1Mbps,才令人满意。,52,储存,-,转发,:,储存-转发是指当,A,用户要向,B,用户发送信息时,不需要先在,A,和,B,之间建立电路,而只需与交换,机接通,由交换机暂时把,A,要发送的报文接收和,储存起来,交换机根据报文中提供的,B,用户的地,址确定交换网内的路由,并将报文在输出队列,上排队,等待输出线空闲时立即把该报文送到,下一交换机,最后送到终点用户,B。,53,3.3,.1,报文交换,报文交换的基本原理是储存-转发。当,A,用户要向,B,用户发送信息时,不需要先在,A,和,B,之间建立电路,而只需与交换机接通,由交换机暂时把,A,要发送的报文接收和储存起来,交换机根据报文中提供的,B,用户的地址确定交换网内的路由,并将报文在输出队列上排队,等待输出线空闲时立即把该报文送到下一交换机,最后送到终点用户,B。,信息的格式以报文为单位,它包含报头（由发端地址,收端地址及其他辅助信息组成）,正文和报尾（报文的结束标志）组成。,54,优点,(,a),报文以储存转发方式通过交换机,输入/出的速率,电码格式等可以不同,易于实现各种不同类型终端之间的通信；,(,b),在交换过程中没有电路接续过程,来自不同用户的报文可以在一条线路上以报文为单位进行多路复用。线路可以以它的最高传输能力工作,大大地提高了线路的利用率；,(,c),用户不需叫通对方就可发送报文,无呼损,可节省通信终端操作员的时间,如需要,同一报文可发送到许多不同的地点。,55,缺点,(,a),时延大，且时延变化也大，不适合实时通信;,(,b),交换机要有高速的处理能力和大的储电容量；,(,c),不适合用于即时交互式数据通信。,56,3.,2.2,分组交换,分组交换采用储存转发方式,当某交换点收到信息后，把一份信息分解成等长的信包,每个包中有目的地址,编号,控制比特等组成包头,在转接时按包为单位.同一信息的各包可在同一路由上传送,也可在不同的路由上传送,在接收端按编号组装起来.每包等长使储存,处理和控制更为方便.若在传输中有错可按包检查,用确认或否认的方式要求重发.用编号还可检查信包有无丢失或重复.各包不一定按序到达。,57,根据交换机的不同处理方式,分组交换可以分为两种工作模式:数据报和虚电路。,数据报方式类似于报文传输方式,把每个分组看成一份报文；,一个个数据报在源节点和目的节点之间移动,不建立初始接续.数据报是以单个处理方式通过网络向前传送的,中间节点通常以数据报的目的地址为依据选择路由,每个数据报必需载有这一地址,数据报不必保证一定要按照其发送顺序到达目的节点.这种方式也叫不接续(,Connectionless)。,58,虚电路:在端-端间建立一条穿过网络的通路,然后分组沿着这一选定的通路通过网络,并按,其发送顺序依次到达目的地,这些分组沿这通,路共享链路和交换设备,它们被存储在每一中,间节点的缓存器中,直到准备好读出或沿适当,的出局链路向前传送.这种方式叫面向接续,(,Connection-oriented)。,通信完成后,发出拆链请求并拆链。,59,分组交换是信息交换的一种。信息交换的交换设备与电路交换有很大差异,基本上消除了开关群等设备.信息交换的环节有三:,控制器,是输入输出接口.当控制器处在容许状态时,先通知前一交换站,当外来信息以包的形式到来时,先应检验有无出错,发回确认或否认信号,确认后就把该包送到中央处理机处理并存储,否认时就等待前站重发.在输出信息时,也应加入检错码,如对方发回确认信号,就可在存储器中消除该包,如发回否认信号,或经一段预定的时间还收不到确认信号,就需重发该包.,60,中央处理机,根据信包中的地址和其它控制信号,进行路由选择,再转到相应的缓冲器中待发.,存储器,能存储较多的信息,当无法送出时可较长时间地放在这里,同时还存有许多处理信息所需的程序和数据,如网内可用的路由表,包头的内容增减以及协议所规定的程序等.,61,分组交换的优点,(,a),向用户提供了不同速率,不同代码,不同同步方式,不同通信控制协议的数据终端之间能相互通信的灵活的通信环境；,(,b),在网络轻负载的情况下,信息传输时延较小，且变化范围不大，能较好满足计算机交互业务的要求；,(,c),实现线路动态复用,线路的利用率高,在一条物理线路上可提供多条信息通路；,62,(,d),可靠性高；,(,e),经济性好。,缺点,(,a),由网络附加的传输信息较多；,(,b),技术实施复杂。,63,分组交换,的初期研究起于60年代中期,60年代后期至70年代中期全力加强开发,大力发展则在70年代中期之后。促使开发的有,三项,并行的,主要研究,:,(,a),为使终端用户能以较低的代价使用公司的主机,60年代建立了分时共享服务公司,开发了一种联网能力以使任一地方的用户能与适当主机通信.如美国的通用电气公司(,GE),的,TymshareInc。,64,(,b),计算机制造商开发了“通信处理器”(一种专用的计算机)以免除大型计算机(主机)的通控任务,他们开发了大型软件包以赋予主机指定的通信访问功能,他们率先提出并发展了分层通信的概念,这使得任意数量的设备-包终端,通信处理器,计算机,以及这些计算机中的应用程序-能够互通。特别是,IBM,公司在60年代后期在其系统网络结构(,SNA),方面的探索性工作,1974,年宣布了,SNA,及其产品的应用。其他网络结构有数字设备公司(,DEC),的,DNA,宝来公司(,Burrough),的,BNA。,65,各种通信体系结构增加了各不同制造商间互通的障碍,这就导致国际标准化组织(,ISO),去统一,这种努力始于1978年,到1980年开放系统互联(,OSI),参考模型出台,1983年,OSI,被批准为国际标准。,对,OSI,每层的研究在于最终确定该层的详细规范,研究工作是平行地进行的。,制订国际标准的初衷是为发展分组交换技术,但体系结构不只限于分组交换,在某些情况下实体网络的实现可用于电路交换作为通信的基础。,66,(,c),美国国防远景研究规划局开创和资助的,ARPAnet,数据网的开拓性工作。60年代后期和整个70年代,这项研究得到成功。这项研究的基本概念是“计算机公用事业(,Computer Utility)”,即把各具特定功能的大型主机相连,开发一个基于通信网以连接这些主机，这就导致世界范围开展了对分组交换的大量研究。,67,3.2.3,多址接入,在以上的讨论中可知,所有需要交换的信息都,要送到一个交换点或转接站,由后者来控制,包括调配路由和其他处理步骤,.,自从上世纪,60,年代美国引入,ALOHA,系统之后,各个用户也可直接送到线路上去,各个用户都有一个地址,这就是多址接入方式,这样构成的系统,也能使各个用户之间相互交换信息,因而也是一个通信网,.,卫星通信就是如此,.,68,(4),通信网的约定,电话信令,计算机通信协议,质量标准,传输标准,69,4.1 电话信令,从呼叫到拆线的过程:当主叫端摘机后构成直流通路,表示有通话意图,交换局以拨号音或盲音应答.,拨号后如交换局无空闲线路,则发回盲音.若有空,交换局根据前几位数字选中继线,并用起动信号通知对方局,等对方回答准备好的信号后再把地址送过去,这是局间信令.被叫局按地址接到用户线,并送振铃信号予两端用户.若被叫忙,发回忙音,若被叫摘机(这本身是应答),就完成建立电路的过程.,70,启呼,(,端机,),拨号音,(,或忙音,),拨号信令 占用信令,选择信令,(,路由信令,),回铃音,(,或忙音,),振铃信令,应答,(,摘机,),应答信令,(,通话,),复原,(,挂机,),后向挂机信令,复原,(,挂机,),前向拆线信令,拆线证实信令,用户线信令 局间信令 用户线信令,71,电话信令分三部分:,1),地址,;,2),控制或申请信号,:,如主叫端的摘机和主叫局的拆线信号,;,3),状态信号,:,如主叫局的拨号音,被叫局的,”,准备好“.,此外还有些管理用的规定,如从被叫摘机到主叫挂机之间的时间记录作为计费之用,在长途电话中还有一系列路由选择和状态互相通报等控制信号,以调节网管的状态,管理网的运行.,72,4.2 计算机通信协议,应用层,用户自己规定,只要形成的消息与,表示层接口,包 括各机互访协议,分,布式数据 库协议等.,应用层给交换,的信息提供恰当的语义或含义.,表示层,在满足用户要求的基础上,尽可能,节省传输费用而设的,如文本压缩,常用词转换,加密,变更文本格式等,使在形式上可形成标准格式以利传,送.,表示层管理和变换在末端用户,间交换的数据单元的句法.,73,对话层,为用户间对话而设,包括建立和拆,除对话确定对话对象.如遇非授权,者就不送信息,也管理对话以保证,有秩序的数据交换.,传输层,也称源-宿层或端-端层.它负责把,上层来的信息传输给网路层,后者,能保证把各信包送达目的地.本层,把信息处理得适于网内传送,将分,组正确排序,再送给上层.该层也进,行流量控制以保证有秩序地接收数,据单元(因为不同的末端系统可能,有不同的速率.),74,网路层,网络层有路由选择,流量控制或拥,塞控制的功能,以防网络资源(节点,缓存器和传输链路)被用完而导致,死锁.在实现这些功能时,网络层利,用下面的数据链路层的服务以保证,从链路的一端注入的数据块沿路由,经过网络到达另一端时不出差错.,链路层,是规定建立链路的过程,在信包传,送中须有一定的帧结构,包括收发,数据的相互应答,规定标志信号作,帧的起止符,加检错比特.,75,物理层,规定一些机电功能,如代表的0,1电压,值,匹配阻抗,每比特的时长,插脚的,多少和功能工作方式(单工,双工,半,双工)建立通信的起动和终止等.,物理层的功能是保证从链路一端进,入物理媒体的一个个比特通过链路,到另一端;,OSI,参考模型的下三层是提供网络服务,每个网络节点都必须具有这些层的协议.高四层是专为末端用户服务的,与网络无关.,76,层别,No,层名,传送单位,主要功能,低 网,1,物理层,比特,在物理线路上传输比特流,络,功,2,数据链路,幀,把比特流组成帧,在链路上无差错地传输,能,3,网络层,分组,将报文分组按选好的路由从源点传到宿点,层 用,4,运输层,报文,在两主机间以报文为单位点对点地传送,高 户,5,会话层,报文,通过数据流的同步组织与协调通信双方的对话,功,6,表示层,报文,对数据进行格式转换,在采用不同的辩码格式的异构机间透明通信,层 能,7,应用层,报文,向用户提供直接服务,77,一个供方(例如提供图像业务)和顾客双方必须首先约定经过一个或一系列网络建立会晤.这样就需,(,a),对数据格式进行商定;,(,b),终端必须能调整数据发送的速率,否则控制信源数据库的信源计算机(主机)会把终端压垮;,(,c),如果采用不接续的传输方式,分组可能不按顺序到达,接收端必须有将这些分组重新排序的能力.,78,所有这些任务以及与它们相似的任务,网络本身的操作是无能为力的,即使网络能将操作准确无误地送到正确的地方,整个系统也未必能正常工作.通信问题是当用户通过一个或一系列网络进行对话时要保证数据传送的及时性正确性和可识别性.及时性与正确性是网络的任务,用协议来保证.可识别性由高层协议解决.,中间节点可能也有用户连接着,它们之间也会有相应的高层协议,但与其他网络用户相联系的中间节点的作用仅仅是提供适当的网络服务.,79,在分组交换中,从网络的一端到达另一端的数据单元是分组,被传送的数据块是,分组,+分组离开节点前以头标和尾标形式附加在其上的,控制信息,.控制信息用以使链路另一端的接收节点能进行必要的同步和检错,它在每个接收站被除去,在该节点向前方节点发送时再重新加上.,80,在,OSI,中每层都可能附加信息.在数据链路层上还可能加一个帧尾.每一层从上层收到一个数据块后,将控制信息加到数据块上再传给下一层.只有同一层次的接收层才利用这个报头,(控制信息),某一层不去看从上层收到的数据单元.各层是自成系统地与其他层隔离的.某层可以去掉,也可以用新的代替.实现(体现在分层结构的软件上)是可以改变的.若在各层间传递的接口信号保持不变,其结果对上层是透明的(末端用户可能体验到性能的变化,因网络的吞吐量,时延,阻塞可能取决于结构的特定实现方式.),81,数据链路协议的目的是保证数据块在链路上可能地(无差错)传送;数据块称为帧,这个过程一般都需要对数据块中第一个比特进行同步,要识别数据块的结尾,要在发生差错时检测出来并以某种方式纠错.链路可能是一个点对点的接续,也可代表一,LAN,任一端上的两个节点间的接续,如虚电路.,关于帧的格式,我们举数据链路层中的同步数据链路控制为例.,82,SDLC,的帧接构如下图,(,a),帧格式,F,是标志信号,用01111110八个比特,标志帧的开始与结束.为了不与报文混淆,规定凡在报文中连续出现5个1时,后面需加一个0.,A,代表目的地址,也是8个比特.全0表示不工作,全1表示需要广播,即对所有地址,其余254个号码分给网内各站(这是,SDLC,的最大能有的站数).,83,C,是控制用的8个比特,作为信令和应答用.,C,的格式有以下图示的三种.第一个比特是0时,表示本帧是送消息的;为1时有分两类,后一位是0表示本帧是作为监控用的,如能否接收信号,有无消息待发等.后一位是1表示本帧是管理用的.,I,是信息比特,FCS,是帧检错码的监督位,用来检查本帧在传送中有无出错.,Ns,和,Nr,都是3个比特,分别代表发送和接收的消息的编号.,84,(,b),控制比特结构,P/F,是供询问应答用.在有主站的系统中,主站所发的帧中,P/F=1,代表询问地址,A,的子站有无消息要发,P/F=0,代表主站正在发消息.对于子站,P/F=1,代表本帧是消息的最后一帧,非最后帧都使,P/F=0,.,85,4.3 质量标准,质量标准,可分两个方面:接续质量和信息质量.,接续质量,主要靠增加网路资源来提高,而管理,和维护也起重要作用.,对于电话网,目前国际上采用的标准大致如下:,起呼的呼损率,;,拨号的呼损率:市话 ,长话,;,用户设备的故障率,;,交换设备和线路的故障率:,;,86,接通时延尚无确切规定,一般认为国内在一分钟以下.,数据通信的接续标准主要是平均丢失和差错重发率以及平均时延,尚无统一规定.,信息质量,按所传送信息的不同而异,当信息的接受者是人时应以人的主观感觉为依据.,87,电话质量通常以清晰度,响度和自然度为主要指标.国际上有一参考系统称为,NOSFER:,接上输出设备加一固定衰耗器(,X1,分贝)由人去听,再把待测系统换上加一可变衰耗器,改变其衰耗量直至听者感到与标准系统有相同的响度,读出可变衰耗器的分贝数,X2,则,X1-X2,称为待测系统的当量,RE,这个值应低于某值.用清晰度测试时,称为,AEN.,在数字电话中,从传输的观点质量应取决于信道的比特误码率.例如规定,PCM,信道应达到 .但比特差错的模式有多种,往往随调制方式和信道干扰而异.,88,对于图象通信,规定图象的容许几何失真;对于,照片规定能分辨的灰度等级,噪声水平等;电视,信号还有制式问题各国有各自的规定.,89,4.4 传输标准,规定了信道接口的一系列参数,包括电平,阻抗,噪声分配,互通条件,同步,导频以及多路复用的系列等.以下是体制标准：,载波电话系统(以4千赫为一频道),名称 频带 话路数,前群 12-24千赫 3路,基群 60-108千赫 12路,超群 312-552千赫 60路,主群 812-2044千赫 300路,超主群 8516-12388千赫 900路,巨群 42612-59684千赫 3600路,90,在同轴电缆中,超主群以上可有1800路的群,巨群以上可有4370路和10800路的群.在微波中继系统中,有600路,960路和2700路的群.在频分系统中尚有导频的稳定度.,我国电话通信的时分复用(64,Kbps,为一路),名称 码率 话路数 注,基群 2048,Kbps 30,路 一路作帧同步及控制,一路作勤务,二次群 8448,Kbps 120,路 4个基群合成,三次群 34368,Kbps 480,路,四次群 139264,Kbps 1920,路,(,四倍地增,五次群,:7680,路,),美国和日本的基群是24路,码率1544,Kbps,二次群是96路,码率6.3,Mbps,三次群是672路,由7个二次群合成,码率46.3,Mbps.,91,还规定码率时钟的稳定度,才能保证网内分路时的质量.,数据信号的传输标准,一般是包含在协议中.,经压缩的图象信号的传输标准,仍在探讨中.,92,5. 网间互联问题,经常的是数据业务必须横贯几个网.因此,网络互联问题在数据网的研究中起着并将继续起着越来越重要的作用。,下图是一个包含网络互联和多种数据源综合的两个概念.图中给出了,A,B,C,三个地理上分散的网络并通过“信关”(,Gateway,用字母,G,表示)互联.这些信关提供了必要的协议转换和使不同种类的网对接的功能:这些不同类网很可能比特率(频带)不同,分组处理功能不同,还可能具有不同的体系结构.,93,94,信关可以是独立的智能系统(节点),也可能安装在,网络交换机内部.图中显示了着两种形式。,用户可以经过网络节点上的一个公共接入点,也可,以经过一个局域网(,LAN),或一个数字,PBX,接入网,络.图中给出了所有这三种例子,那里的,局域网是两,种最通用的形式-总线和环,。局域网通常以比分,布网高得多的比特率运行,它们的传输能力在下述,范围内变化:用同轴电缆时为1-10,Mbps,用光纤时,为几百以至几千,Mbps.,但分布网,如果是分组交换,可能运行速率在2400,bps,至56,kbps,之间。,显然应该要求信关具备码速匹配和流量控制功能。,95,数据传输协协议,X.25,必须兼顾以下高效和正确性的原则：,（,a）,采用虚电路复用方式提高信道利用率,减少,网络传输费用；,（,b）,在网络相邻点的传输通路上执行差错控制,协议，保证网络相邻节点之间传输的数据,的正确性；,（,c）,为了保证线路上传输的数据不超过线路可,以传输的容量，一般采用停顿-等待协议来,流量控制。,96,由于局域网之间通信的需要，数据传输具有高速特性,传输速率至少1544,K,BPS,和2048,K,BPS,，,分组交换接入已无能为力；传输信息具有突发性，信息传输的过程可能存在较长时间的空闲；运行不同协议的局域网之间能互通，必须能处理多协议通信；另外，传输媒体使用光纤，帧中继应运而生。,帧中继将本由网络完成的数据链路的段差错控制推到网络的边沿，由终端完成，网络只差错检查，如发现错误将数据单元丢弃；帧中继数据的传输单元是帧，帧是计算机网络分层中数据链路层的概念。,97,帧中继中帧格式作了简化,它的信息字段可以存放,X25,的分组,高级数据链路控制(,HDLC),或同步数据链路控制(,SDLC),以及,LAN,中逻辑电路控制(,LLC),层和媒体访问控制层的数据,这样可以实现不同协议的数据封装和传输;帧中继数据传输采用数据链路连接标识符(,DLCI),作为网络传达数据信道标志,类似于分组交换虚电路中逻辑信道号的概念。因此,帧结构中含路由选择信息(属网络层)。帧中继实际采用的是永久虚电路(,PVC),的方式。,98,此外，在宽带网中的交换模式有：异步转移,模式（,ATM），IP,交换和标记交换，光交换,技术等，这在后面将再做介绍。,上述各种交换可综合如下：,信息转移技术,电路交换 分组交换,时分 空分,信元 可变长分组,同步转移方式(,STM),异步转移方式(,ATM) X.25,分组方式 数据报方式,同步时分(,STD,),异步时分(,ATD),快速分组(帧中继),时间位置 标记,物理信道,虚信道,99,