數字程控交換與現代通信網

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1、2023-2-271單元三、數字程控交換與現代通信網任務6 現代通信網概論教學活動 現代通信網概念、組成、性能及分類。2023-2-272第第6章章 現代通信網現代通信網 本章要求內容主要有：本章要求內容主要有：1、現代通信網的基本概念及構成，主要包括：通信網的基本模、現代通信網的基本概念及構成，主要包括：通信網的基本模型，通信網的定義和構成，通信網的類型，通信網的物理拓型，通信網的定義和構成，通信網的類型，通信網的物理拓撲結構，通信網的業務，通信系統與通信網。撲結構，通信網的業務，通信系統與通信網。2、通信網的交換技術，包括：電路交換、分組交換、幀中繼。、通信網的交換技術，包括：電路交換、分

2、組交換、幀中繼。3、ATM通信網的體系結構，主要包括：通信網的體系結構，主要包括：OSI參考模型，參考模型，TCP/IP協議體系結構。協議體系結構。4、通信網的發展史。、通信網的發展史。5、主要網絡簡介，包括：電話網，數據網，接入網，綜合業務、主要網絡簡介，包括：電話網，數據網，接入網，綜合業務數字網（數字網（ISDN）2023-2-273 6.1 現代通信網的基本概念及構成現代通信網的基本概念及構成 6.1.1 通信網的基本模型通信網的基本模型 1點到點的通信系統點到點的通信系統 通信網是通信系統的一種形式。為了更好地理通信網是通信系統的一種形式。為了更好地理解通信網，我們從點到點的通信系統

3、開始介紹。解通信網，我們從點到點的通信系統開始介紹。實實際應用中存在各種類型的通信系統，它們在具體的際應用中存在各種類型的通信系統，它們在具體的功能和結構上各不相同，然而都可以抽象成如圖功能和結構上各不相同，然而都可以抽象成如圖 6-1 所示的模型，其基本組成包括：信源、發送器、信所示的模型，其基本組成包括：信源、發送器、信道、接收器和信宿五部分。道、接收器和信宿五部分。2023-2-274圖圖6-1 簡單通信系統模型簡單通信系統模型 (a)模型圖模型圖 (b)實例實例2023-2-2752交換式網絡交換式網絡 要實現一個通信網，最簡單直觀的方案就是在任意兩個用戶之間提供點到點的連接，從而構成

4、一個網狀網的結構，如圖6-2(a)所示。該方法中每一對用戶之間都需要獨占一個永久的通信線路，通信線路使用的物理媒介可以是銅線、光纖或無線信道。然而該方法并不適用于構建大型廣域通信網，其主要原因如下：2023-2-276(1)用戶數目眾多時，構建網狀網成本太高，任意一用戶數目眾多時，構建網狀網成本太高，任意一個用戶到其他個用戶到其他N-1個用戶都要有一個直達線路，技術個用戶都要有一個直達線路，技術上也不可行。上也不可行。(2)每一對用戶之間獨占一個永久的通信線路，信道每一對用戶之間獨占一個永久的通信線路，信道資源無法共享，會造成巨大的資源浪費。資源無法共享，會造成巨大的資源浪費。(3)這樣的網絡

5、結構難以實施集中的控制和管理。這樣的網絡結構難以實施集中的控制和管理。為為解決上述問題，廣域通信網采用了交換技術，即在網解決上述問題，廣域通信網采用了交換技術，即在網絡中引入交換節點，組建交換式網絡，如圖絡中引入交換節點，組建交換式網絡，如圖6-2(b)所所示。示。2023-2-277圖6-2 點到點的網絡與交換式網絡2023-2-278交換式網絡主要有如下優點：(1)大量的用戶可以通過交換節點連到骨干通信網上，由于大多數用戶并不是全天候需要通信服務，因此骨干網上交換節點間可以用少量的中繼線路以共享的方式為大量用戶服務，這樣大大降低了骨干網的建設成本。(2)交換節點的引入也增加了網絡擴容的方便

6、性，便于網絡的控制與管理。實際中的大型交換網絡都是由多級復合型網絡構成的，為用戶建立的通信連接往往涉及多段線路、多個交換節點。2023-2-2796.1.2 通信網的定義和構成通信網的定義和構成1定義定義 我們為通信網下一個通俗的定義：通信網是由一定數量的節點(包括終端節點、交換節點)和連接這些節點的傳輸系統有機地組織在一起的，按約定的信令或協議完成任意用戶間信息交換的通信體系。用戶使用它可以克服空間、時間等障礙來進行有效的信息 交換。2023-2-27102通信網的構成要素通信網的構成要素 通信網是由軟件和硬件按特定方式構成的一個通信系統，每一次通信都需要軟硬件設施的協調配合來完成。從硬件構

7、成來看：通信網由終端節點、交換節點、業務節點和傳輸系統構成，它們完成通信網的基本功能：接入、交換和傳輸。軟件設施則包括信令、協議、控制、管理、計費等，它們主要完成通信網的控制、管理、運營和維護，實現通信網的智能化。2023-2-2711終端節點終端節點 最常見的終端節點有電話機、傳真機、計算機、視頻終端和PBX等，它們是通信網上信息的產生者，同時也是通信網上信息的使用者。其主要功能有：(1)用戶信息的處理：主要包括用戶信息的發送和接收，將用戶信息轉換成適合傳輸系統傳輸的信號以及相應的反變換。(2)信令信息的處理：主要包括產生和識別連接建立、業務管理等所需的控制信息。2023-2-2712交換節

8、點交換節點 交換節點是通信網的核心設備，最常見的有電話交換機、分組交換機、路由器、轉發器等。交換節點負責集中、轉發終端節點產生的用戶信息，其主要功能有：用戶業務的集中和接入功能。(2)交換功能。通常由交換矩陣完成任意入線到出線的數據交換。(3)信令功能。負責呼叫控制和連接的建立、監視、釋放等。(4)其他控制功能。路由信息的更新和維護、計費、話務統計、維護管理等。2023-2-2713業務節點業務節點 最常見的業務節點有智能網中的業務控制節點(SCP)、智能外設、語音信箱系統，以及Internet上的各種信息服務器等。它們通常由連接到通信網絡邊緣的計算機系統、數據庫系統組成。其主要功能是：(1)

9、實現獨立于交換節點的業務的執行和控制。(2)實現對交換節點呼叫建立的控制。（3)為用戶提供智能化、個性化、有差異的服務。圖6-3描述了一般交換節點的基本功能結構。2023-2-2714 圖6-3 交換節點的基本功能結構2023-2-2715傳輸系統傳輸系統 傳輸系統為信息的傳輸提供傳輸信道，并將網絡節點連接在一起。通常傳輸系統的硬件組成應包括：線路接口設備、傳輸媒介、交叉連接設備等。通常傳輸系統都采用了多路復用技術，如頻分復用、時分復用、波分復用等。另外，為保證交換節點能正確接收和識別傳輸系統的數據流，交換節點必須與傳輸系統協調一致，這包括保持幀同步和位同步、遵守相同的傳輸體制(如PDH、SD

10、H等)等。2023-2-27163通信網的基本結構通信網的基本結構 在我們日常的工作和生活中，經常接觸和使用各種類型的通信網。例如電話網、計算機網絡等。電話網是目前我們最熟悉和最普及的通信網，它主要用來傳送用戶的話音信息；Internet 是計算機的互聯網絡，它將全球絕大多數的計算機網絡互連在一起，以實現更為廣泛的信息資源共享，目前Internet已成為電子商務和娛樂的一個基礎支撐平臺。上述網絡實現原理上都是相似的，它們都實現了以下四個主要的網絡功能：2023-2-2717信息傳送。它是通信網的基本任務，傳送的信息信息傳送。它是通信網的基本任務，傳送的信息主要分為三大類：用戶信息、信令信息、管

11、理信主要分為三大類：用戶信息、信令信息、管理信息。息。(2)信息處理。主要目的是增強通信的有效性、可靠信息處理。主要目的是增強通信的有效性、可靠性和安全性。性和安全性。(3)信令機制。它是通信網上任意兩個通信實體之間信令機制。它是通信網上任意兩個通信實體之間為實現某一通信任務，進行控制信息交換的機制，為實現某一通信任務，進行控制信息交換的機制，(4)網絡管理。它負責網絡的運營管理、維護管理、網絡管理。它負責網絡的運營管理、維護管理、資源管理，以保證網絡在正常和故障情況下的服資源管理，以保證網絡在正常和故障情況下的服務質量。它是整個通信網中最具智能的部分。務質量。它是整個通信網中最具智能的部分。

12、2023-2-2718 因此，從功能的角度看，一個完整的現代通信因此，從功能的角度看，一個完整的現代通信網可分為相互依存的三部分：業務網、傳送網、支撐網可分為相互依存的三部分：業務網、傳送網、支撐網，如圖網，如圖6-4所示。所示。圖6-4 現代通信網的功能結構2023-2-2719業務網業務網 業務網負責向用戶提供各種通信業務，如基本話音、數據、多媒體、租用線、VPN等，采用不同交換技術的交換節點設備通過傳送網互連在一起就形成了不同類型的業務網。目前主要的業務網的類型見表 6-1傳送網傳送網 傳送網是隨著光傳輸技術的發展，在傳統傳輸系統的基礎上引入管理和交換智能后形成的。構成傳送網的主要技術要

13、素有：傳輸介質、復用體制、傳送網節點技術等。2023-2-2720表表 6.1 主要業務網的類型主要業務網的類型業務網業務網基本業務基本業務交換節點設備交換節點設備交換技術交換技術公共電話網公共電話網普通電話業務普通電話業務數字程控交換機數字程控交換機電路交換電路交換移動通信網移動通信網移動話音、數據移動話音、數據移動交換機移動交換機電路電路/分組交換分組交換智能網智能網 ININ以普通電話業務為基以普通電話業務為基礎礎的增值業務和智能業的增值業務和智能業務務業務交換節點、業務控制節業務交換節點、業務控制節點點電路交換電路交換分組交換網分組交換網(X.25)(X.25)低速數據業務低速數據業務

14、(64(64 kb/s)kb/s)分組交換機分組交換機分組交換分組交換幀中繼網幀中繼網局域網互連局域網互連(2 Mb/s)(2 Mb/s)幀中繼交換機幀中繼交換機幀交換幀交換數字數據網數字數據網DDNDDN數據專線業務數據專線業務DXCDXC和復用設備和復用設備電路交換電路交換計算機局域網計算機局域網本地高速數據本地高速數據(10(10 Mb/s)Mb/s)集線器集線器(Hub)(Hub)、網橋、交換、網橋、交換機機共享介質、隨機競共享介質、隨機競爭式爭式InternetInternetWebWeb、數據業務、數據業務路由器、服務器路由器、服務器分組交換分組交換ATMATM網絡網絡綜合業務綜合

15、業務ATMATM交換機交換機信元交換信元交換2023-2-2721支撐網支撐網 支撐網負責提供業務網正常運行所必需的信令、同步、網絡管理、業務管理、運營管理等功能，以提供用戶滿意的服務質量。支撐網包含三部分：同步網、信令網、管理網。通信網還可以分成用戶駐地網 CPN、接入網和核心網三部分，其中用戶駐地網是業務網在用戶端的自然延伸，接入網也可以看成傳送網在核心網之外的延伸，而核心網則包含業務、傳送、支撐等網絡功能要素。2023-2-27226.1.3 通信網的類型通信網的類型 根據通信網提供的業務類型，采用的交換技術、傳輸技術、服務范圍、運營方式、拓撲結構等方面的不同來對其進行各種分類。1按業務

16、類型分按業務類型分 可以將通信網分為電話通信網(如PSTN、移動通信網等)、數據通信網(如、Internet、幀中繼網等)、廣播電視網等。2按空間距離分按空間距離分 可以將通信網分為廣域網(WAN：Wide Area Network)、城域網(MAN：Metropolitan Area Network)和局域網(LAN：Local Area Network)。2023-2-27233按信號傳輸方式分按信號傳輸方式分 按信號傳輸方式，可以將通信網分為模擬通信網和數字通信網。4按運營方式分按運營方式分 按運營方式，可以將通信網分為公用通信網和專用通信網。網絡之間本質的區別在于所采用的實現技術的不同

17、，其主要包括三方面：交換技術、控制技術以及業務實現方式。而決定采用何種技術實現網絡的主要因素則有：用戶的業務流量特征、用戶要求的服務性能、網絡服務的物理范圍、網絡的規模、當前可用的軟硬件技術的信息處理能力等。2023-2-27246.1.4 通信網的物理拓撲結構通信網的物理拓撲結構 從點線組成網的物理結構,即從硬件設施去分析當前組成通信網的基本結構,主要有 5 種基本網結構,由它可復合組成若干種網。1.星型網星型網 星型網如同星狀,以一中心點向四周輻射,也可稱為輻射網。圖圖 星型網星型網 2023-2-2725 2.網型網網型網 任意節點間都有線相連接任意節點間都有線相連接,如圖所示。如圖所示

18、。以上連接屬于全連通方式以上連接屬于全連通方式,在實際的組網中根據在實際的組網中根據實際情況從經濟效益考慮實際情況從經濟效益考慮,可組成不全連通方式而形可組成不全連通方式而形成網孔型網成網孔型網,這種網在實際通信組網中的大區一級干這種網在實際通信組網中的大區一級干線網以及市話網中大量采用。線網以及市話網中大量采用。3.環型網環型網 這是一種首尾相接的閉合網絡這是一種首尾相接的閉合網絡,如圖所示。這種如圖所示。這種網結構簡單網結構簡單,而且有自愈功能而且有自愈功能,現在的現在的SDH光傳輸系統光傳輸系統組網中經常采用組網中經常采用,組成自愈保護環網組成自愈保護環網,其穩定性較高。其穩定性較高。圖

19、圖 網型網網型網圖圖 環型網環型網2023-2-2728 4.總線型網總線型網 總線型網是節點都連接到一條共有的傳輸線上總線型網是節點都連接到一條共有的傳輸線上,這條傳輸線常稱為總線這條傳輸線常稱為總線,因此稱之為總線型網。因此稱之為總線型網。這是這是一種并聯的網絡一種并聯的網絡,如電燈網絡如電燈網絡,在信息傳輸中計算機網在信息傳輸中計算機網絡也較常用絡也較常用,此種網絡增減節點很方便此種網絡增減節點很方便,設置的傳輸鏈設置的傳輸鏈路少路少,其結構如圖所示。其結構如圖所示。5.復合型網復合型網 現在的實際組網現在的實際組網,是以上網組合而成是以上網組合而成,稱為復合型稱為復合型網網,如網型網與

20、星型網的組合構成當前的市話網如網型網與星型網的組合構成當前的市話網,如圖如圖所示。又如星型網擴展組成樹型網所示。又如星型網擴展組成樹型網,如圖所示。如圖所示。圖圖 總線型網總線型網 圖圖 復合型網復合型網圖圖 樹型網樹型網 2023-2-2732 它實現了用戶終端全數字化的綜合業務的接入，它實現了用戶終端全數字化的綜合業務的接入，為用戶提供端口速率，以標準為用戶提供端口速率，以標準B、D、H信道速率為信道速率為基礎?；A。其接口速率為其接口速率為:B信道信道:64 kb/sD信道信道:16 kb/sH信道信道:384 kb/s（664 kb/s）H11信道信道:1536 kb/s（23BD）H

21、12信道信道:1920 kb/s（30BD）基本接口速率：基本接口速率：144 kb/s(2B+D)基群接口速率：基群接口速率：2048 kb/s、1544 kb/s 2023-2-2733 B-ISDN網網 此種網絡為寬帶綜合業務數字網此種網絡為寬帶綜合業務數字網,它的用戶傳輸它的用戶傳輸速率一般大于速率一般大于2 Mb/s，所謂寬帶綜合業務是指高比所謂寬帶綜合業務是指高比特率的、寬頻帶的視頻信號業務，如可視電話、會議特率的、寬頻帶的視頻信號業務，如可視電話、會議電視、監控圖像、有線電視、電視、監控圖像、有線電視、高清晰度電視業務以高清晰度電視業務以及高速數據業務等。及高速數據業務等。B-I

22、SDN是基于寬帶是基于寬帶ATM交換為基礎構建的現代交換為基礎構建的現代信息網絡。信息網絡?，F在大、中城市都已建立了現在大、中城市都已建立了ATM網，它網，它實現端到端多媒體數字業務的傳輸與交換。其特點主實現端到端多媒體數字業務的傳輸與交換。其特點主要表現為：網絡本身與業務無關，它可為不同業務分要表現為：網絡本身與業務無關，它可為不同業務分配不同的帶寬，并可實現與其他網絡互連互通。配不同的帶寬，并可實現與其他網絡互連互通。2023-2-27346.1.5 通信網的業務通信網的業務 借鑒傳統借鑒傳統ITU-T建議的方式，根據信息類型的不同建議的方式，根據信息類型的不同將業務分為四類：話音業務、數

23、據業務、圖像業務、將業務分為四類：話音業務、數據業務、圖像業務、視頻和多媒體業務。視頻和多媒體業務。1電話業務電話業務 2數據業務數據業務 3圖像業務圖像業務 4視頻和多媒體業務視頻和多媒體業務 5承載業務與終端業務承載業務與終端業務 2023-2-2735 圖6-12 通信業務的帶寬需求2023-2-27366.1.6 通信系統與通信網通信系統與通信網 1.通信系統通信系統 通信系統是利用信道連接收、發兩端設備而完成信通信系統是利用信道連接收、發兩端設備而完成信息傳遞和交流的全過程息傳遞和交流的全過程,是由兩端節點與信道構成的通是由兩端節點與信道構成的通信系統。信系統。通信系統是構成各種通信

24、網的基礎。通信網構通信系統是構成各種通信網的基礎。通信網構成示意圖如圖成示意圖如圖6-14所示。所示。2.通信系統與通信網通信系統與通信網 用通信系統來構架用通信系統來構架,通信網即為通信系統的集通信網即為通信系統的集,或者或者說是各種通信系統的綜合說是各種通信系統的綜合,通信網是各種通信系統綜合通信網是各種通信系統綜合應用的產物。應用的產物。圖圖 通信網構成示意圖通信網構成示意圖 地球站微波設備光傳輸終端設備數字多路設備長途交換設備市內交換設備移動交換設備基站基站地球站微波設備光傳輸終端設備數字多路設備長途交換設備市內交換設備移動交換設備基站基站通信衛星光再生中繼設備(光放大器)長途網移動網

25、本地網本地網用戶2023-2-2738 通信網源于通信系統通信網源于通信系統,又高于通信系統。又高于通信系統。但是但是不論網的種類、功能、技術如何復雜不論網的種類、功能、技術如何復雜,從物理上的從物理上的硬件設施分析硬件設施分析,通信系統是各種網不可缺少的物質通信系統是各種網不可缺少的物質基礎基礎,因此因此,通信網是通信系統發展的必然結果。通通信網是通信系統發展的必然結果。通信系統可以獨立地存在信系統可以獨立地存在,然而一個通信網是通信系然而一個通信網是通信系統的擴充統的擴充,是多節點各通信系統的綜合是多節點各通信系統的綜合,通信網不能通信網不能離開系統而單獨存在。離開系統而單獨存在。2、現代

26、通信網、現代通信網 通信系統與通信網的基本概念是從物理結構及通信系統與通信網的基本概念是從物理結構及硬件設施方面去理解和定義的硬件設施方面去理解和定義的,然而現在的通信網、然而現在的通信網、通信系統已經融入了計算機技術。通信系統已經融入了計算機技術。2023-2-2739 現代通信就是數字通信與計算機技術的結合?，F代通信就是數字通信與計算機技術的結合?，F代通信網定義現代通信網定義:在數字通信系統中融合了計算在數字通信系統中融合了計算機硬、機硬、軟件技術軟件技術,這樣的系統即為現代通信系統。這樣的系統即為現代通信系統?，F在的通信網已實現了數字化現在的通信網已實現了數字化,并引入了大量的并引入了大

27、量的計算機硬、軟件技術計算機硬、軟件技術,使通信網越來越綜合化、智能使通信網越來越綜合化、智能化化,把通信網推向一個新時代把通信網推向一個新時代,即現代通信網。即現代通信網。我們現在經常談到的通信網、電話網、數據網、我們現在經常談到的通信網、電話網、數據網、計算機網、計算機網、移動通信網等都屬于現代通信網移動通信網等都屬于現代通信網,也可簡也可簡稱通信網。稱通信網。2023-2-27406.2 通信網的交換技術通信網的交換技術6.2.1 交換技術概述交換技術概述1面向連接和無連接面向連接和無連接 根據網絡傳遞用戶信息時是否預先建立源端到目的端的連接，將網絡使用的交換技術分為兩類：面向連接型和無

28、連接型。使用相應交換技術的網絡也依次稱為面向連接型網絡和無連接型網絡。兩種方式各有優缺點，面向連接方式適用于大批量、可靠的數據傳輸業務，但網絡控制機制復雜；無連接方式控制機制簡單，適用于突發性強、數據量少的數據傳輸業務。2023-2-27412交換節點的功能結構交換節點的功能結構 交換式網絡總是以交換節點為核心來組建的。一個交換節點要完成任意入線的信息到指定出線的交換功能，基本的前提是網絡中的每一個交換節點都必須擁有當前網絡的拓撲結構的信息。為便于敘述，我們將交換節點中存儲的到每一個目的地的路由信息的數據結構稱為“路由表”，路由表可以簡單地理解為一張網絡地圖，交換節點依靠它來進行尋址 選路。2

29、023-2-27426.2.2 主要的交換技術主要的交換技術 目前在廣域通信網上使用的交換技術主要有電路交換、分組交換、幀中繼、ATM技術。其中電路交換和分組交換是通信網中最基本的交換技術，后來發展起來的幀中繼、ATM以及近來的各種IP交換技術和MPLS技術都是基于這兩種技術綜合或改進的，本節將不介紹MPLS技術，相關的內容在后續章節有詳細介紹。圖6-16描述了目前的各種交換技術。2023-2-2743 圖6-16 通信網的主要交換技術2023-2-2744 電路交換方式主要用于目前的電話通信網，它是一種面向連接的技術，一次通信過程分為連接建立、數據傳輸和連接釋放三個階段。電路交換的主要特點是

30、：在連接建立階段，為用戶靜態地分配通信所需的全部網絡資源；并且在通信期間，資源將始終保持為該連接專用；在數據傳輸階段，交換節點只是簡單將用戶信息在預先建立的連接上進行轉發，節點處理時延可忽略不計，效率極高。電路交換很適合實時性要求高的通信業務，它很好地解決了實時話音通信問題。它的主要缺點是信道資源的利用率低。2023-2-27452分組交換分組交換 主要用于計算機間的數據通信業務，采用分組交換基于以下原因。(1)數據業務有很強的突發性，采用電路交換方式，信道利用率太低。(2)電路交換只支持固定速率的數據傳輸，要求收發嚴格同步，不適應數據通信網中終端間異步、可變速率的通信要求。(3)話音傳輸對時

31、延敏感、對差錯不敏感。(4)分組交換是針對數據通信而設計的，為解決電路交換方式信道資源利用率低的缺點，分組交換引入了統計時分復用技術。2023-2-27463幀中繼幀中繼 幀中繼技術主要用于局域網高速互連業務。以 X.25 為代表的分組交換技術出現在 20世紀70年代，當時長途數據傳輸還有很高的差錯率，為保證可靠的服務質量，分組協議采用了逐段的差錯控制和流量控制，這使得分組交換網交換時延大，無法為用戶提供更高的速率。4ATM ATM即異步傳送模式，其主要設計目標是在一個網絡平臺上用分組交換技術來實現話音、數據、圖像等業務的綜合傳送交換。2023-2-2747 廣域通信網上使用的交換技術都有自己

32、的特點，主要廣域網交換技術的特點比較如表6-2所示。表6-2 主要廣域網交換技術的特點比較電路交換電路交換分組交換分組交換幀中繼幀中繼ATMATM數據報數據報虛電路虛電路連接方式連接方式面向連接面向連接無連接無連接面向連接面向連接面向連接面向連接面向連接面向連接比特率比特率固定固定可變可變可變可變可變可變可變可變差錯控制差錯控制不具備不具備具備具備具備具備只檢錯，不糾錯只檢錯，不糾錯只對控制只對控制信息差錯控制信息差錯控制信道資源信道資源使用方式使用方式靜態復用，靜態復用，利用率低利用率低統計復用，統計復用，利用率高利用率高統計復用，統計復用，利用率高利用率高統計復用，統計復用，利用率高利用率

33、高統計復用，統計復用，利用率高利用率高流量控制流量控制無無較好較好好好無無好好實時性實時性很好很好差差較好較好好好好好終端間的終端間的同步關系同步關系要求同步要求同步異步異步異步異步異步異步異步異步最佳應用最佳應用實時話音業務實時話音業務小批量，小批量，不可靠的數據業務不可靠的數據業務大批量、大批量、可靠的數據業務可靠的數據業務局域網互連局域網互連綜合業務綜合業務2023-2-27486.3 通信網的體系結構通信網的體系結構在通信領域影響最大的分層體系結構有兩個，即TCP/IP協議族和OSI參考模型。它們已成為設計可互操作的通信標準的基礎。TCP/IP體系結構以網絡互連為基礎，提供了一個建立不

34、同計算機網絡間通信的標準框架。OSI則是一個標準化了的體系結構，常被用來描述通信功能，但實際中很少實施。6.3.1 OSI參考模型參考模型OSI參考模型是ISO在1977年提出的開發網絡互連協議的標準框架。OSI 參考模型分為七層，如圖 6-17所示。2023-2-2749 圖6-17 OSI與TCP/IP協議分層結構2023-2-2750下面是各層的具體功能。(1)應用層：為用戶提供到OSI環境的接入和分布式信息服務。(2)表示層：將應用進程與不同的數據表示方法獨立開來。(3)會話層：為應用間的通信提供控制結構，包括建立、管理、終止應用之間的會話。(4)運輸層：為兩個端點之間提供可靠的、透明

35、的數據傳輸，以及端到端的差錯恢復和流量控制能力。(5)網絡層：使高層與連接建立所使用的數據傳輸和交換技術獨立開來，并負責建立、保持、終止一個連接。(6)數據鏈路層：發送帶有必需的同步、差錯控制和流量控制信息的數據塊(幀)，保證物理鏈路上數據傳輸的可靠性。(7)物理層：負責物理介質上無結構的比特流傳輸，定義接入物理介質的機械的、電氣的、功能的特性。2023-2-27516.3.2 TCP/IP協議體系結構協議體系結構TCP/IP是美國國防部高級研究計劃署(DARPA)資助的ARPANet實驗項目的研究成果之一，開始于20世紀60年代的ARPANet項目主要目的就是要研究不同計算機之間的互連性，9

36、74年，V.Cerf與R.Kahn聯手重寫了TCP/IP協議，并最終成為了Internet的基礎。下面是各層的具體功能。2023-2-2752 (1)應用層：包含支持不同的用戶應用的應用邏輯。每一種不同的應用層需要一個與之相對應的獨立模塊來支持。(2)運輸層：為應用層提供可靠的數據傳輸機制。對每一個應用，運輸層保證所有的數據都能到達目的地應用，并且保證數據按照其發送時的順序到達。(3)IP：該層執行在不同網絡之間IP分組的轉發和路由的選擇。其中使用IP協議執行轉發，使用RIP、OSPF、BGP等協議來發現和維護路由，人們習慣上將該層簡稱為IP層。(4)網絡接入層：它負責一個端系統和它所在的網絡

37、之間的數據交換。(5)物理層：定義數據傳輸設備與物理介質或它所連接的網絡之間的物理接口。2023-2-27536.4 通信網的發展史通信網的發展史 以1878年第一臺交換機投入使用作為現代通信網的開端，那么它已經過了120多年的發展。這期間由于交換技術、信令技術、傳輸技術、業務實現方式的發展，通信網大致經歷了三個發展階段。1第一階段第一階段 第一階段大約在18801970年之間，是典型的模擬通信網時代，網絡的主要特征是模擬化、單業務單技術。這一時期電話通信網占統治地位，電話業務也是網絡運營商主要的業務和收入來源。2023-2-27542第二階段第二階段 第二階段大約在19701994年，是骨干

38、通信網由模擬網向數字網轉變的階段。這一時期數字技術和計算機技術在網絡中被廣泛使用，除傳統 PSTN 外，還出現了多種不同的業務網。網絡的主要特征是數?；旌?、多業務多技術并存，這一階段業界主要是通過數字計算機技術的引入來解決話音、數據業務的服務質量。這一時期是現代通信網最重要的一個發展階段，它幾乎奠定了未來通信網發展的所有技術基礎，比如數字技術、分組交換技術。2023-2-27553當前階段當前階段 從1995年一直到目前，這一時期可以說是信息通信技術發展的黃金時期，是新技術、新業務產生最多的時期。在這一階段，骨干通信網實現了全數字化，骨干傳輸網實現了光纖化，同時數據通信業務增長迅速，獨立于業務

39、網的傳送網也已形成。在技術方面，對網絡結構產生重大影響的主要有以下三方面：計算機技術、光傳輸技術、Internet 網。圖6-18描述了目前電信網的概貌。2023-2-2756圖6-18 當前電信網的概貌2023-2-27576.5 主要網絡簡介主要網絡簡介 現代通信網的分類很多,按其功能、作用、性質及其服務范圍等,可分為各種不同的網絡。按功能作用分為：電話網、數據網(計算機網)、圖像網、移動網。按服務范圍分為：長途網、本地網、接入網。專用網的分類就更多了,如各個部門行業,按其自身信息技術的需求而建設的網,如氣象網、郵政綜合計算機網,各銀行組建的金融網,大型工礦企業控制網、監控網等等。如圖6-

40、19所示。2023-2-2758 圖 6-19 兩種智能交通網(a)通信系統與交通信息網;(b)深圳高速公路東環信息網 2023-2-2759電話網電話網 電話網是傳統的網電話網是傳統的網,是人們都比較熟悉的網絡是人們都比較熟悉的網絡,其其主要是為話音業務的傳送、轉接而設置的網絡。主要是為話音業務的傳送、轉接而設置的網絡。電話網在世界上一般主要采用電話網在世界上一般主要采用SDH系統干線傳系統干線傳輸和中繼傳輸為主輸和中繼傳輸為主,以數字程控交換機為話音信號的以數字程控交換機為話音信號的轉接點而設置等級結構。我國的電話網可分為長途轉接點而設置等級結構。我國的電話網可分為長途電話網、本地網、市話

41、網和接入網。電話網、本地網、市話網和接入網。1、長途電話網、長途電話網 長途網為復合型結構長途網為復合型結構,它以長途交換中心劃分為它以長途交換中心劃分為一級交換中心、一級交換中心、二級交換中心和三級交換中心組成二級交換中心和三級交換中心組成的三級網絡結構。的三級網絡結構。2023-2-2760 一級交換中心為國家的大型交換中心一級交換中心為國家的大型交換中心,又稱為省又稱為省間交換中心間交換中心,現主要設置在我國的八大城市（北京現主要設置在我國的八大城市（北京,沈沈陽陽,西安西安,成都成都,武漢武漢,南京南京,上海上海,廣州）；廣州）；二級交換中心是以省、市為交換中心二級交換中心是以省、市為

42、交換中心,一般設在一般設在省會城市；省會城市；三級交換中心設在地區交換中心。三級交換中心設在地區交換中心。各交換中心之間都設置有傳輸鏈路各交換中心之間都設置有傳輸鏈路,這些傳輸鏈路這些傳輸鏈路直接與長途匯接局相連直接與長途匯接局相連,由傳輸鏈路組成為國家的一由傳輸鏈路組成為國家的一級干線、二級干線及長市中繼線。三級長途網絡如圖級干線、二級干線及長市中繼線。三級長途網絡如圖所示。所示。圖圖 長途電話三級網結構長途電話三級網結構 C1C2C32023-2-2762 2、本地電話網、本地電話網 本地電話網又稱本地網本地電話網又稱本地網,指在同一編號區內由指在同一編號區內由若干端局、若干端局、匯接局及

43、局間中繼、匯接局及局間中繼、用戶線和話機終用戶線和話機終端組成的電話網。本地電話網又分為分區單匯接結端組成的電話網。本地電話網又分為分區單匯接結構構,分區雙匯接局結構（來話匯接）以及全覆蓋網分區雙匯接局結構（來話匯接）以及全覆蓋網絡結構。絡結構。本地網的全覆蓋網絡結構是在本地網內設置若本地網的全覆蓋網絡結構是在本地網內設置若干匯接局干匯接局,這些匯接局均處于平等地位這些匯接局均處于平等地位,均勻分擔負均勻分擔負荷荷,匯接局間以網狀網相連匯接局間以網狀網相連,各端局與匯接局相連各端局與匯接局相連,如圖所示。如圖所示。一般說來一般說來,在特大或大城市的本地網在特大或大城市的本地網,其中心城其中心城

44、市采用全覆蓋結構或分區雙匯接結構。市采用全覆蓋結構或分區雙匯接結構。圖圖 本地網的全覆蓋網路結構本地網的全覆蓋網路結構 匯接局匯接局端局端局2023-2-27646.5.2 數據網數據網 數據網的定義,可解釋為用于傳輸數據業務的通信網,它是以數據交換機（分組交換、幀中繼交換、ATM交換、高級路由器、IP交換機等）為轉接點而組成世界、國家及地區性的網絡。它是以計算機硬件、軟件技術為基礎與現代傳輸技術綜合應用的產物。數據通信網發展很快,而且正逐步過渡到各種綜合數據業務,寬帶數據業務的通信網絡。它以數據交換節點機為基礎,可分為分組交換網、ATM網、互聯網（Internet）、IP網、局域網、城域網、

45、廣域網等等。2023-2-2765 接入網接入網 接入網描述為接入網描述為:用戶與交換節點之間的傳輸系統用戶與交換節點之間的傳輸系統（包括終端設備、傳輸設備及傳輸線）就構成其接入（包括終端設備、傳輸設備及傳輸線）就構成其接入網。網。接入網在整個通信網中的位置如圖所示。接入網在整個通信網中的位置如圖所示。接入網可采用多種多樣的信號傳輸方式、接入網可采用多種多樣的信號傳輸方式、傳輸傳輸技術技術,光纖、微波、衛星、移動等通信系統等都是接光纖、微波、衛星、移動等通信系統等都是接入網的主要方式。這些通信系統以及用以架設的用戶入網的主要方式。這些通信系統以及用以架設的用戶金屬電纜等就組成了龐大的、結構復雜

46、的接入網金屬電纜等就組成了龐大的、結構復雜的接入網,如如圖所示。圖所示。CPECPE接入網交換網傳送網交換網接入網圖圖 接入網在整個通信網中的位置接入網在整個通信網中的位置BSBSBSO/EO/E衛星光纖光纖光纖雙絞線同軸電纜用戶端設備接入網交換局手機BS：基站 O/E：光/電轉換圖圖 多種傳輸技術構成接入網示意圖多種傳輸技術構成接入網示意圖 2023-2-2768接入網按其傳輸技術分類如下接入網按其傳輸技術分類如下:2023-2-2769 6.5.4 綜合業務數字網（綜合業務數字網（ISDN）ISDN基本概念基本概念 1980年年,CCITT給給ISDN的定義解釋為的定義解釋為:它是綜合它是

47、綜合數字電話網數字電話網IDN的基礎上的基礎上,提供端對端的數字連接提供端對端的數字連接,用用來支持話音、非話音在內的綜合數字業務來支持話音、非話音在內的綜合數字業務,并通過標并通過標準化多用途用戶接入的網絡，準化多用途用戶接入的網絡，稱為綜合業務數字網稱為綜合業務數字網(ISDN)。它分為窄帶。它分為窄帶N-ISDN和寬帶和寬帶B-ISDN兩類。兩類。N-ISDN網網 此類網絡稱為窄帶綜合業務數字網，它的用戶此類網絡稱為窄帶綜合業務數字網，它的用戶傳輸速率小于傳輸速率小于 2 Mb/s，是以現有的數字程控交換、是以現有的數字程控交換、分組交換為平臺而構成的全數字化的通信網。分組交換為平臺而構

48、成的全數字化的通信網。2023-2-2770 它實現了用戶終端全數字化的綜合業務的接入，它實現了用戶終端全數字化的綜合業務的接入，為用戶提供端口速率，以標準為用戶提供端口速率，以標準B、D、H信道速率為信道速率為基礎?；A。其接口速率為其接口速率為:B信道信道:64 kb/sD信道信道:16 kb/sH信道信道:384 kb/s（664 kb/s）H11信道信道:1536 kb/s（23BD）H12信道信道:1920 kb/s（30BD）基本接口速率：基本接口速率：144 kb/s(2B+D)基群接口速率：基群接口速率：2048 kb/s、1544 kb/s 2023-2-2771 B-ISD

49、N網網 此種網絡為寬帶綜合業務數字網此種網絡為寬帶綜合業務數字網,它的用戶傳輸它的用戶傳輸速率一般大于速率一般大于2 Mb/s，所謂寬帶綜合業務是指高比所謂寬帶綜合業務是指高比特率的、寬頻帶的視頻信號業務，如可視電話、會議特率的、寬頻帶的視頻信號業務，如可視電話、會議電視、監控圖像、有線電視、電視、監控圖像、有線電視、高清晰度電視業務以高清晰度電視業務以及高速數據業務等。及高速數據業務等。B-ISDN是基于寬帶是基于寬帶ATM交換為基礎構建的現代交換為基礎構建的現代信息網絡。信息網絡?，F在大、中城市都已建立了現在大、中城市都已建立了ATM網，它網，它實現端到端多媒體數字業務的傳輸與交換。其特點主實現端到端多媒體數字業務的傳輸與交換。其特點主要表現為：網絡本身與業務無關，它可為不同業務分要表現為：網絡本身與業務無關，它可為不同業務分配不同的帶寬，并可實現與其他網絡互連互通。配不同的帶寬，并可實現與其他網絡互連互通。