通信原理教程 第11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,*,第11,章 通 信 网,通信网是在用户之间提供通信功能的网络。网络应当能够为需要通信的用户之间快速有效地建立起连接，使网络资源为所有用户所共享。本章介绍通信网的一些基础知识，为通信网络的学习奠定必要的基础。,第11章 通 信 网,11,1,概述,1.,通信网的概念,通信的基本要求是要在信源和信宿之间建立起一条传输信息的通道，实现信息的传输。要实现多个信源和信宿之间的通信，就必须在它们之间建立起多条信息传输通道。有,n,个终端，它们之间需要建立,n,(,n,-1)/2,条连接，每个终端需要有,(,n,-1),个输入,/,输出,(,I/O),端口。系统的成本高。,如果把所有终端接到一个网络上，网络资源对所有终端共享，每个终端只需要一个,I/O,端口，终端设备大为简化，系统成本低。,在众多通信点之间建立相互连接，而且点与点间不只一条路径，这样互相连接的通信系统总体就称为,通信网,。,为了使通信网有条不紊地工作，还需要有标准、协议或信令等软件。有了这些软件，通信网才是完整的。,第11章 通 信 网,2.,通信网的类型,按照通信的范围可分为：局域网、城域网和广域网。,按照传输的信号类型可分为：模拟通信网和数字通信网。,按运营方式又可分为：公用通信网和专用通信网。,按业务性质可分为：电话网、电报网、传真网、数据网、电视网等。,按其业务的发展行业，又可分为：计算机通信网、有线电视网和电信网。,其它分类方式：如国内通信网、国际通信网等。,计算机通信网是计算机技术与通信技术相互结合的产物，是多个自主的计算机通过一定的媒介相互连接构成的集合，它们彼此之间能够相互通信，实现硬件、软件和数据资源的共享。,第11章 通 信 网,有线电视网主要用于传输视频和音频信号。,电信网主要有：公用电话网（,PSTN,）、,公用分组交换数据网、数字数据网,(,DDN),和综合业务数字网（,ISDN,）,等。,公用电话网：主要用于语音传输；,公用分组交换数据网采用分组交换技术，实现文本数据、传真、可视图文等的传输；,数字数据网利用数字信道提供半永久性电路连接，传送数据信号，主要是为那些相对固定且业务量大的用户使用；,综合业务数字网分为窄带,ISDN,和宽带,ISDN,，,支持语音和非语音等多种业务。,第11章 通 信 网,3.,通信网的发展方向,通信业务的发展趋势：可视化、智能化和个人化。,通信网的发展方向：数字化、综合化、宽带化、智能化和个人化，最终实现全球一网。,数字化：通信网采用数字技术，包括数字传输、数字交换、数字终端等，形成数字网，以满足大容量、高速率、低误差的要求。,综合化：把来自各种终端的业务综合到一个网中传输处理，为用户提供综合性服务。,宽带化：意味着高速率，以每秒几百兆比特以上的速率传输和交换信息，以满足高速数据传输的需要。,智能化：网络与终端、业务与管理充满智能，动态分配网络资源，自动适应各类用户的需要。,第11章 通 信 网,个人化：把传统的,“,服务到终端,”,变为,“,服务到个人,”,，使任何人都能随时随地与任何地方的另一个人通信，而不管双方是处于固定状态还是移动状态。,11,2,通信网的拓扑结构,通信网是由节点和链路构成的集合。,网络的拓扑结构：网络中各节点相互连接的方法和形式。,基本拓扑结构：星形、环形、网状形、总线形、树形等。,1星形,由中心节点和通过点,-,点链路连接到中心节点的站点构成。,优点：,结构简单，便于管理，易于实现。,缺点：,中心节点一旦出现故障，会造成全网瘫痪。,第11章 通 信 网,2,环形,由链路将节点连接成环状，数据在环中沿一个方向传输。,优点：,结构简单，实现容易。,缺点：,任何一个节点出现故障，都会影响全网的通信。,3网状形,全连网状形任何两个节点都要相互连接。有个,n,节点，需要,n(n-1)/2,连接线路。,优点：,可靠性亦高。,缺点：,建网费用高。,第11章 通 信 网,4,总线形,特点：,（1）所有节点都通过相应的硬件接口连接到一条作为公共传输介质的总线上。,（,2,）所有节点都可通过总线传输介质发送或接收数据，但不能同时使用总线发送数据。,当一个节点利用总线以,“,广播,”,方式发送数据时，其他所有节点都能以,“,收听,”,方式接收数据。,第11章 通 信 网,（3）存在冲突现象，两个或两个以上节点同时利用总线发送数据时会产生冲突。,（4）采用,“,介质访问控制方法,”,解决多节点访问总线问题。,介质访问控制方法：控制多个节点利用总线发送或接收数据的方法。,总线形拓扑结构要解决的问题：,a.,哪个节点有权发送数据？,b.,发送数据时是否出现冲突？,c.,出现冲突怎么办？,优点：,结构简单，可靠性高，扩展方便。,缺点：,管理和故障检测困难。,第11章 通 信 网,5树形,可看作是星形拓扑结构的拓展，其节点按层次进行连接，数据交换主要在上下层节点之间进行，同层节点之间一般较少进行数据交换。,优点：,链路连接简单，网路管理容易，维护亦方便。,缺点：,资源共享能力差，可靠性也不够高。,应用：,进行信息汇集的场合，如统计部门等。,第11章 通 信 网,11,3,通信网中的基本交换技术,通常使用的基本交换技术：电路交换和存储转发交换。,1.,电路交换,根据请求在一对站点之间建立一条实际的物理电路连接的过程。,过程：电路建立、数据传输和电路拆除三个阶段。,（,1,）,电路建立,若,A,要向,D,发送数据，,A,首先向,4,发一,“,呼叫,请求,”,，,“,请求,”,含有要建立连接的源地址,和目的地址。根据,“,请求,”,选择中间节点。,“,请求,”,到达,D,，,D,接受请求，通过已建立,的连接向,A,回送,“,呼叫应答,”,。至此，电路,连接建立完成。,第11章 通 信 网,（,2,）,数据传输,数据可以从,A,传送到,D,。,数据可以是数字的，也可以是模拟的，传输可以双工的。,（3）电路拆除,数据传输完以后，拆除电路，结束通信过程。,优点：,通信的实时性强，适合于交互式会话通信，网络对于用户透明。,缺点：,电路在连接期间是专用的，即使没有数据传输，别的用户也不能使用，系统效率低。数据传输前，存在着呼叫建立时延。交换节点不具有存储能力，因此不能适应突发性通信，不能平滑业务量，也不能发现和纠正数据传输错误。,应用：实时性会话式通信。典型实例：电话网。,第11章 通 信 网,2,.,存储转发交换,特点：,（1）,数据与地址和控制信息等按一定格式构成一个数据单元。,（2）节点对数据单元进行接收、存储、校验、路由选择和转发等处理。,优点：,（1）多个数据单元可以分时共享一条通信信道，线路利用率高。,（2）节点为数据单元动态选择最佳路由，平滑业务量，系统效率高。,（3）节点可对数据进行差错控制，减少了传输错误，提高了系统的可靠性。,（4）节点可对数据进行速率转换，也可对数据进行代码格式转换。,应用：,数据通信网。,类型：,报文交换和报文分组交换。,第11章 通 信 网,3.,报文交换,不管发送数据的长度是多少，都把它作为一个逻辑单元，并加上地址和控制信息等，按一定格式组成一个报文。,节点存储来自不同用户的报文，确定路由后排队等待，输出线路出现空闲，立即发送出去。,缺点：,不适于实时或会话式通信，数据在网络中的延迟较大。,4.报文分组交换,把报文分成组，以短的、规格化的报文分组为单位进行传输。分组包含有数据和呼叫控制信息，它们作为一个整体进行传输。分组中的数据、控制信息以及校验信息按规定的格式进行排列。,第11章 通 信 网,报文分组号是为分组组装用的。,优点：,1）可向用户提供不同速率、不同代码、不同通信控制规程的数据终端之间相互通信的通信环境，对用户终端的适应性强。,2）数据传输时延相对报文交换小。,3）传输采用动态时分复用，高线路利用率。,第11章 通 信 网,4）报文分组在传输时可独立地进行差错控制，差错检测相对容易，误码率低。网络发生故障时，可自动为报文分组选择一条避开故障点的路由，系统可靠性高。,5）数据以报文分组为单位在交换节点存储和处理，提高了存储空间的利用率。,缺点：,1）采用报文分组传输，需要附加传输控制信息，传输效率不如电路交换高。,2）交换节点需要对各类报文分组进行分析处理，增加了处理难度，实现技术复杂。,应用：,数据通信网。,实现技术：,数据报和虚电路。,第11章 通 信 网,5.,数据报方式,源站点,H,A,将报文,M,分成分组,P,1,，,P,2,，,，,依次发送到,A,。,A,对收到的分组进行校验，保证数据的正确性。,A,要为每个分组进入下一节点进行路由选择。由于网络的状态不断变化，,P,1,的下一节点可能选择,C,，,P,2,的下一节点可能选择,D,，,同一报文的不同分组通过网络的路径可能不同。,C,收到分组,P,1,后要对其进行校验，正确，向,A,送回一,ACK,。,A,收到,ACK,后，删除,P,1,的副本。其他节点亦如此。,第11章 通 信 网,同一报文的不同分组，可由不同的传输路径通过网络。由于通过网络时间的不同，产生乱序，需要重新排序。分组的多次存储转发还可能产生重复和丢失。,延迟大，不适于会话式通信，适用于突发通信场合。在这种交换技术中，独立处理的每个报文分组叫做,“,数据报,”,。,6.虚电路方式,试图将数据报方式和电路交换方式结合起来，发挥二者的长处，达到最佳的数据交换效果。,传输过程：虚电路建立，数据传输和虚电路拆除。,第11章 通 信 网,(1),虚电路建立,H,A,首先要向节点,A,发送一个,“,呼叫请求分组,”,，请求与,H,B,建立连接。,A,收到,“,呼叫请求分组,”,后启动路由算法，选择与之相连接的下一节点。如选中,B，,则向,B,发送,“,呼叫请求分组,”,，同理，,B,收到,“,呼叫请求分组,”,后也要启动路由算法，选择下一个节点。依此类推，,“,呼叫请求分组,”,经节点,A-B-C-D,到达,H,B,。,如果,H,B,同意连接，它就回送一个,“,呼叫应答分组,”,，该分组通过已经建立的连接,D-C-B-A,传送到,H,A,，,至此，,H,A,与,H,B,之间就建立起了逻辑连接的虚电路。就像有一条物理电路连接通信两端一样，终端可以在任何时候发送数据。终端暂时没有数据可发送，网络也保持这种连接，但线路可用作其他服务。这种连接并没有独占网络的资源，称这种连接方式为虚电路。,（2）数据传输,利用已建立的虚电路逐节点以存储转发方式顺序传送分组。每个分组,第11章 通 信 网,含有一个虚电路标识符，节点根据这个标识符转发分组，不需要再进行路由选择,。,（,3,）,虚电路拆除,可由其中的一个站点发送,“,释放请求分组,”,，结束连接，拆除虚电路。,特点：,1）每次报文分组发送前，必须在收发站点之间建立一条逻辑连接。一条物理电路可以实现多条虚电路连接，具有线路共享的优点。报文分组在每个节点上都要缓存排队，等待输出。,2）节点只需要为每次连接做一次路由选择，不需要为每个分组进行路由选择。一次通信的所有报文分组都从这条虚电路上通过，报文分组不必带有目的地址、源地址等附加信息。报文分组到达目的节点不会出现丢失、重复和乱序等现象。,第11章 通 信 网,3）节点对报文分组进行差错校验。,4）网络的每个节点可以和任何节点建立虚电路，也可以和多个节点建立虚电路。,虚电路方式提供两种连接：呼叫虚电路和永久虚电路。呼叫虚电路通过呼叫建立虚电路。永久虚电路由人工配置建立，不管两站是否通信都长期存在，一般数月或数年不变。,应用：,数据通信网。,7.基本交换技术简单比较,电路交换，建立连接需要花费时间，连接建立以后，报文作为一个整体传送，延迟校。,报文交换不需要呼叫建立过程，但在各节点开始转发之前，必须收到整个报文，延迟时间较长。,第11章 通 信 网,数据报交换不需要呼叫建立过程，分组一到就可立即转发，不必等待整个报文到齐，延迟时间比报文交换短。,虚电路交换要花费呼叫虚电路建立时间，且呼