第10章 通信网

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,*,10.1,概述,10.1.1,通信网的概念与分类,10.1.2,通信网的业务,10.3,通信网分类与结构,10.2,通信网的基本原理,10.1.3,通信网的发展方向,10.2.3,通信网的信令与协议,10.2.1,通信网的基本要求,10.3.1,基本通信网分类,10.3.2,通信网的拓扑结构,10.3.3,通信网的网络体系结构,10.2.2,通信网的交换技术,第,10,章 通信网,10.4.2,数据通信网,10.4.3 个人通信网（PCN）,实验2：通信系统实验,本章小结,实验,1,：计算机数据通信实验,第,10,章 通信网,10.4.1,综合业务数字网（,ISDN,）,10.4,现代通信网举例,本章难点,本章要点,通信网的概念、分类及其发展方向,通信网的交换技术,通信网的信令与协议,通信网的分类与结构,通信网的基本原理,现代通信网举例,第,10,章 通信网,第,10,章 通信网,10.1,概述,10.1.1,通信网的概念与分类,通信网,是由一定数量的节点（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间信息传输的通信体系。,通信网从不同的角度可以分为不同的种类。,按业务种类可分为电话网、电报网、传真网、广播电视网以及数据网等。,按所传输的信号形式可分为数字网和模拟网。,按服务范围可分为本地网、长途网和国际网。,按运营方式可分为公用通信网和专用通信网。,按组网方式可分为移动通信网和卫星通信网等。,10.1.2,通信网的业务,目前通信网中提供的业务类型主要有电话、电报、传真、数据等。,第,10,章 通信网,10.1.3,通信网的发展方向,1.,数字化,数字化就是在通信网中全面使用数字技术，包括数字传输、数字交换和数字终端等。,2.,综合化,综合化就是把来自各种信息源的业务综合在一个数字通信网中传送，为用户提供综合性服务。,3.,智能化,智能化就是在通信网中更多地引进智能因素建立智能网。,4.,个人化,个人化就是实现个人通信，即任何人在任何时间都能与如何地方的另一个人进行通信，通信的业务种类仅受接入网与用户终端能力的限制，而最终将能提供任何形式的业务。,第,10,章 通信网,10.2,通信网的基本原理,10.2.1,通信网的基本要求,1.,接通的任意性和快速性,对通信网最基本的要求是网内任意两个用户都可以在需要的时候互相通信，这就是接通的任意性。,2.,可靠性,通信网的可靠性是在概率的意义上衡量平均故障间隔时间或平均运行率是否达到要求。,3.,一致性,任何的通信系统都必须有一个统一的质量标准，才能保证一定的通信质量。,4.,透明性,通信网的透明性是指所有信息都可以在网内传递，不加任何限制。,5.,灵活性,通信网建成后便于扩容、便于增加新业务、便于与其他网络互联互通，这样的通信网就具有较好的灵活性。同时，灵活性还应包括网络的过载能力。,6.,经济性,在设计通信网时，应根据当时的社会条件、技术条件、需求条件、经济条件等综合考虑。,第,10,章 通信网,10.2.2,通信网的交换技术,1.,电路交换,2.,存储转发交换,1,）报文交换,2,）分组交换,3.,综合交换,电路交换是指根据通信需要在一对站点之间建立电气连接的过程。,通信中也可采用存储转发交换方式进行通信。采用这种方式的交换机设有缓冲存储器，输入线路送来的数据首先在缓存器中存储，等待输出线路空闲，一旦输出空闲就送出。,综合交换是为了提高通信设备和线路的利用率，把电路交换和报文交换方式结合在一个系统中。,第,10,章 通信网,10.2.3,通信网的信令与协议,1.,电话信令,1,）基本概念,电话网以电路交换为主，用户之间的呼叫一般要通过一个和几个交换局。,图,10-1,说明了两个交换局间的用户通话过程。,信令大致包括三部分：一是地址，用来选择接线路径；二是控制或申请信号，例如主叫摘机表示申请通话，主叫局的拆线信号是要求对方拆线等信号；三是状态信号，如主叫局的拨号音和被叫局的准备好信号，都是状态信号。,信令应具有完整性和节约性。,2,）信令分类,从采用的技术而言，信令分为两大类：,即随路信令方式；,公共信道信令方式。,第,10,章 通信网,图,10-1,电话网信令基本流程,第,10,章 通信网,3,）,No.7,信令,(1) No.7,信令的特点,(2),工作原理,图,10-2,表示公共信道信令系统的功能框图。由图可看出，局间的公共信道信令链路由两端的信令终端设备和它们之间的数据链路组成，是一种双向链路。,图,10-2,共信道信令系统功能框图,(3),功能级,No.7,信令采用了分级原则，整个系统被划分为四个不同的功能级，每级都有自己的作用和功能。功能级之间具有特定的接口，形成模块化结构。,No.7,信令总体功能分为两部分，即信息传递部分,(MTP),和用户部分,(UP),，如,图,10-3(a),所示。,按功能级的概念，消息传递部分,(MTP),可进一步划分为三个功能级，,如图,10-3(b),中的前三级所示。,第,10,章 通信网,图,10-3 No.7,信令功能级,（,a,）,No.7,信令的两个部分；,（,b,）,MTP,的三个功能级,首先第四级的电话用户部分（,TUP,）将相关信令消息装配成规定的格式，向第三级发出发送请求。,第三级是信令网管理级，主要功能是信令消息处理和信令网管理。,第二级是信令链路控制功能级，主要功能是信令消息的定界、定位、误差检测、误差监视、流量控制等功能。,第一级是信令数据链路级，规定一条信令链路的物理、电气、功能等特性及接入方式。,第,10,章 通信网,2.,计算机通信协议,计算机通信协议的作用与电话网的信令相同。计算机通信采用的交换方式为分组交换方式。,网络协议一般采用层次结构。在,1982,年以后，,ISO,又提出了七层结构协议,(OSI RM),，如图,10-4,所示。,图,10-4,七层结构,所谓分层是将全部问题分成许多小的模块来解决，即从物理连接到具体应用，自下而上分成若干层，这七层即物理层、数据链路层、网络层、传输层、对话层、表示层和应用层。,分层结构的特点是，所有低层功能是其上一层的基础，并且一般仅仅相邻层之间有接口关系，不同层之间的功能相对独立，层间接口是简单的单向功能依赖关系。,第,10,章 通信网,10.3,通信网分类与结构,1.,交换网,交换通信网是由许多互连的节点构成的。节点就是链路的连接点。从一个站点进入网络的数据通过节点到节点的转接到达目的地。,1),电路交换网,(1),单节点网,(2),数字交换 常见的数字交换方式有空分交换和时分交换（,采用三种技术实现：,TDM,总线交换、时隙互换,TSI,、时间复用交换,）,2),分组交换网,分组交换网是一种高速度、高质量并可与任意对方进行数据通信的交换网，以图,10-6,为例介绍分组交换网的工作原理。,图,10-6,一般交换网络,10.3.1,基本通信网分类,第,10,章 通信网,2.,广播网,分组广播网有如下一些特点：一是以分组的形式进行传输；二是不用交换；最后一个站发送的时间能被多个或所以站接收。,1),分组无线电网,分组无线电网的结构分为,集中型,和,分布型,两类。,2),局域网,(1),计算机通信网的组成、结构与分类,在逻辑功能上形成两个子网，即,资源子网,和,通信子网,。,资源子网主要由,计算机系统、终端、终端控制器、连网外设、各种软件资源和数据资源,等组成。,通信子网主要由,通信控制处理机、通信线路和其它通信设备,组成，主要是完成全网的数据传输、交换与控制等通信处理功能。, 组成,第,10,章 通信网, 拓扑结构,根据通信信道类型、通信子网分为,点,点线路通信子网,和,广播信道子网,。,点,点线路通信子网的基本拓扑结构有,星形、环形、树形和网状形,四类。广播信道通信子网也有四类，即,总线形、树形、环形和无线信道型,。, 分类,按计算机通信网覆盖的地理范围分为,广域网,、,城域网,和,局域网,三类。,(2),局域网, 拓扑结构,局域网的拓扑结构有,总线形、环形、星形,等，分别如图,10-7,，,10-8,，,10-9,所示。,图,10-8,环形网,图,10-9,星形网,图,10-7,总线网,IEEE802,模型与协议,第,10,章 通信网,10.3.2,通信网的拓扑结构,通信网是由节点和链路构成的集合，它提供两个或多个规定节点的连接，以便在这些节点之间进行通信。网络中各节点相互连接的方法和形式称为,网络拓扑结构,。,网络的基本拓扑结构有,星形、环形、网状形,(,如图,10-10,),和,等级形,(,如图,10-11,),等。,图,10-10,星形、环形、网状形拓扑,图,10-11,等级形拓扑,10.3.3,通信网的网络体系结构,现代通信网是由节点和链路有机结合，实现各种通信功能的复杂通信网络通体系。在实际中运营着多种类型的网络，结构各有差异，可以采用分层的概念来描述。在描述网络体系结构时，开放系统互联参考模型（,OSI-RM Open System Interconnection Reference Model,）通常被作为一个参考的通用框架。,第,10,章 通信网,10.4,现代通信网举例,10.4.1,综合业务数字网（,ISDN,）,综合数字网（,IDN,）,是数字传输与数字交换的综合，在两个或多个规定点之间提供数字连接，以实现彼此间通信的一组数字节点（指交换节点）与数字链路。,1. ISDN,1),用户网络接口,ISDN,的用户网络接口有两种，一种是,基本接口结构,，一种是,一次群接口结构,。,2),业务类型,ISDN,的业务类型有,承载业务,和,用户终端业务,。,3),交换功能,ISDN,是一种多业务综合网，其交换机具有多种业务综合交换功能。,（,1,）快速分组交换 （,2,）伺机通过交换,第,10,章 通信网,2.,宽带,ISDN,为了克服窄带,ISDN,（,N-ISDN,）的局限性，发展了一种更新的网络，这就是宽带,ISDN,（,B-ISDN,），两者的区别有：,N-ISDN,是以目前电话网为基础，,而,B-ISDN,则是以光纤为传输媒介；,N-ISDN,采用电路交换和分组交换，,而,B-ISDN,采用快速分组交换的,ATM,技术；,N-ISDN,各通道和速率是固定的，而,B-ISDN,采用虚电路技术，速率不预定。,实现,B-ISDN,的关键技术是,宽带交换技术,，而,ATM,技术,和,光交换技术,又是实现宽带交换的关键。接下来简单,ATM,技术,.,1),基本概念,(1),由单元进行统一的信息转移,(2),采用复用方式进行传输,(3),以单元方式进行信息传输,第,10,章 通信网,10.4.2,数据通信网,数据通信是计算机与通信相结合的产物。数据通信是人与机器、机器与机器之间的通信，其“用户”是计算机和数据终端设备。数据通信传输和处理的对象是离散的数据信息，而不是模拟电话信号。,与一般的通信网一样，数据通信网可以有多种分类方法。如,电路交换网、分组交换网,；,局域网、广域网,；,转接式网络、广播式网络,等。其拓扑结构也与一般通信网相似。,根据实际情况不同，实现数据通信的方法有多种，实际中的数据通信网也有多种：,(1),普通公用电话网；,(2),分组交换网；,(3),数字数据网（,DDN,）；,(4),公用计算机互联网（,Internet,）；,(5),综合业务数字网（,ISDN,）。,第,10,章 通信网,数据通信网是由数据终端设备、数据交换设备和数据传输链路所构成的网络。其模型如图,10-12,所示。,图,10-12,数据通信模型,图,10-12,中,DTE,指数据终端设备，它包括数据输入输出和传输控制功能，如计算机或其他数据终端。,DCE,指数据电路交换设备，它是用来连接,DTE,与数据通信网络的设备，它能在,DTE,与具体的数据通信网络之间实现接口、规程及电气上的转换与配合。,数据通信网交换方式有,电路交换、分组交换、帧交换,和,信元交换,四种。,第,10,章 通信网,10.4.3,个人通信网,1.,个人通信网的定义,从通信网的发展来看可分为三个阶段：第一代自动电话网，第二代综合业务数字网，第三代个人通信网。,个人通信网是无论在任何地方,(where),、任何时候,(when),都能向任何人,(who),提供各类话音和非话音通信业务、实现人类无约束自由通信的通信网。,2.,个人通信的发展目标,通信到个人，且信息传输是透明的，每个人都有一个标识身份的代码；,不论在室内还是在室外，是在静止状态还是在移动状态，都能随时随地通信；,能提供语音、数据、图像等多种业务的通信；,个人终端应体积小、质量轻、通信质量高、价格便宜、电池寿命长、操作简便、业务功能强；,能充分利用现有通信网资源接入电话网、数据网、综合业务数字网、移动通信网等，最终实现“全球一网”。,第,10,章 通信网,3.,个人通信网的功能与特点,1),用户识别功能,2),连接灵活,3),容量大,4),完善的计费功能,5),技术先进,4.,个人通信网体系结构,1),智能层,智能层包括个人数据库、管理控制和业务控制节点。通过它完成定义业务、存取用户数据、控制位置登记和跟踪交换局等工作。,2),运送层,运送实际上就是现有的公众电话网或综合业务数字网。它完成传输、交换和信令的功能。,3),接入层,接入层包括有线接入和无线接入，完成用户进网及获得服务所需要的功能。层间的信息沟通靠公共信道信令系统实现。,第,10,章 通信网,实验,1:,计算机数据通信实验,一 、实验目的,1.,全面了解计算机串口通信的基本原理及其实现方法。,2.,了解上位机软件与下位机软件的编写。,3.,了解,PC,机与单片机串行通信的方法。,4.,了解时分复用与解复用的原理及实现方法。,二、实验设备,1.,时分复用模块,2.,信道模拟模块,3.,电话接口及计算机数据通信模块,4.,串口线 二根,5. 20M,双踪示波器 一台,6.,连接线 若干,第,10,章 通信网,实验,2,：通信系统实验,一、实验目的,1.,掌握完整的通信系统的组成及各部分功能。,2.,掌握各通信系统的组成及各部分功能。,3.,了解各通信系统的优缺、点。,4.,掌握通信系统中几种常用调制方式及性能特点。,5.,掌握高斯白噪声、带限信道的概念，加深对信道模型的了解。,6.,掌握汉明码的编码规则，了解信道编码在通信系统中的作用。,7.,掌握同步信号在数字通信系统中的作用。,二、实验设备,1.,各功能模块,2. 20M,双踪示波器 一台,3.,频率计,(,可选,),一台,4.,音频信号发生器,(,可选,),一台,5.,立体声单放机,(,可选,),一台,6.,立体声耳机 一副,7.,连接线 若干,第,10,章 通信网,本章小结,通信网是由一定数量的节点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间信息传输的通信体系。通信网的功能就是要适应用户呼叫的需要，以用户满意的程度传输网内任意两个或多个用户之间的信息。目前通信网中提供的业务类型主要有电话、电报、传真、数据等。电报、电话是通信网中最基本、最主要的业务。未来的通信网正向着数字化、综合化、智能化和个人化的方向发展。,通信网络中通常使用的交换技术有电路交换、存储转发交换和综合交换三种。电路交换是指根据通信需要在一对站点之间建立电气连接的过程。存储转发交换分为报文交换和分组交换两种。报文交换不需要在两个站点之间建立一条专用的电路。这种技术在接受报文后，先存储起来等待有适当的输出线路时再转发出去。分组交换试图结合报文交换和电路交换的优点而尽量克服它们的缺点的一种交换方式。,第,10,章 通信网,为了保证网络有条不紊地工作，通信双方必须遵守一些事先规定好的规则或约定，例如电话网中的信令和计算机网中的协议。从采用的技术而言，电话信令分为两大类。即随路信令方式和公共信道信令方式。随路信令方式是将信令信息和其他相关的话音信息在同一个信道中传送。公共信道信令方式（,CCS,）利用与话音分开的专门链路传送信令，信令网的结构、路由规则不受业务网的限制，可独立规划和发展。,计算机通信协议的作用与电话网的信令相同。计算机通信采用的交换方式为分组交换方式，与电话信令有明显的不同。网络协议一般采用层次结构。原,CCITT,在,1980,年提出了,X,25,建议后，一般采用五级的网络层次。在,1982,年以后，,ISO,又提出了七层结构协议（,OSI RM,）。所谓分层是将全部问题分成许多小的模块来解决，即从物理连接到具体应用，自下而上分成若干层，这七层即物理层、数据链路层、网络层、传输层、对话层、表示层和应用层。,通信网分为交换网和广播网。交换网有电路交换网和分组交换网。广播网有分组无线电网、卫星网和局域网。,第,10,章 通信网,通信网是由节点和链路构成的集合，它提供两个或多个规定节点的连接，以便在这些节点之间进行通信。网络中各节点相互连接的方法和形式称为网络拓扑结构。网络的基本拓扑结构有星形、环形、网状形和等级形等。,综合业务数字网（,ISDN,）是数字传输与数字交换的综合，在两个或多个规定点之间提供数字连接，以实现彼此间通信的一组数字节点（指交换节点）与数字链路，还提供电视信号、视频业务等许多新业务。,数据通信是计算机与通信相结合的产物。数据通信是人与机器、机器与机器之间的通信，其“用户”是计算机和数据终端设备。数据通信传输和处理的对象是离散的数据信息，而不是模拟电话信号。,个人通信与传统的通信不同，它实现的是人与人之间的通信。个人通信要求：无论用户在任何物理位置，都能使网内任一终端变成自己的终端，然后通过任意空间进行任意信息（话音、非话音）交换。,