现代通信网概论第一章

1.1通信网的基本概念1.2通信网的发展1.3通信网的构成要素与基本结构1.4通信网的体系结构1.5通信网络技术标准化思考题1.1.1信息、消息和信号★什么是信息、消息、信号？1.1通信网的基本概念信号通过消息这种传输载体把信息表现出来,比如参考消息/手机短信.北京奥运会上,不熟悉的就是新的信息，比如某一个运动员得到什么成绩等，这就是一个新的信息。其中传递的电信号就是信号。于是就得出如下概念：信息------受信者预先不知道的新内容；消息------携带信息的载体，它是信息的物质表示。即通过文字、声音、图像所表现出来的信息。信号------消息的表现形式，是运载消息的工具，比如电、光、声、电磁波等等。可以说：信息是人类生存的基本条件与基本需求信息是丰富多彩1.1.2模拟信号和数字信号请问：什么是模拟信号？请问：什么是数字信号？图1.1模拟信号图1.2数字信号请问：数字信号的主要特点是什么？见教材P2请问：模数转换主要分为哪几个步骤？取样、量化和编码。请问：通信系统中采用数字信号进行传输和处理的优点是什么？1、可以实现高质量的长距离传输，2、可以传输有限状态的数字信号，3、3、可以通过纠错编码来进一步提高抗干扰能力。同时：通过再生中继（原信号衰减，再生新的信号）来消除噪声，实现远距离高质量传输，便于对数字信息进行处理及统一化编码，实现综合业务数字化；采用复杂的非线性、长周期码序列对信号加密，安全性强；数字通信设备向着集成化、智能化、微型化、低功耗和低成本化发展。但数字通信占用带宽较大，取得同模拟通信同样质量的语音传输需占用20～64 kHz带宽。1.1.3通信、通信系统、通信网请问：什么是通信？通信是指人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递的一种方式。从广义上指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下无论采用何种方法，使用何种媒质，将信息从某方准确安全传送到另方。也是利用电信号或光信号的形式传送、发射或者接受语音、文字、数据、图像以及其他形式信息的活动。请问：什么是通信系统？其组成结构包括哪几个部分？通信活动中所需要的一切技术设备的总和称为通信系统。实际应用中存在各种类型的通信系统，它们在具体的功能和结构上各不相同，然而都可以抽象成图1.3所示的模型，其基本组成包括信源、发送器、信道、接收器和信宿五部分。请问：什么是信宿？其作用是什么？信宿是传输信息的归宿。其作用是将恢复原始信号转换成相应的消息。这个问题太难了吧！请问：信息传播的三大要素是什么？信息传播的三大要素是信源、信宿和信道。信源是信息的发源地。信道即传递信息带的通道，是信源和信宿之间联系的纽带。图1.3通信系统模型请问：什么是点到点的通信模型？就是一对一的通信模型要实现多用户间的通信，则需要一个合理的拓扑结构将多个用户有机地连接在一起，并定义标准的通信协议，以使它们能协同，这样就形成了一个通信网。请问：什么是拓扑结构？是指网络中各个站点相互连接的形式。简单的通信网如图1.4所示，交换点能完成接续交换任务。用户终端(图中以电话机为例)对应表示系统模型中的信源和信宿，还包括了发送器和接收器。终端与交换点之间的各连线对应表示通信系统模型的信道，也称为传输链路。图1.4简单的通信网三个阶段分别是：典型的模拟通信网时代、模拟网向数字网转变的阶段、当前阶段。1.2通信网的发展请问：通信网的发展分哪三个阶段？其主要特征和技术特点如何？1.2.1第一阶段第一阶段的主要特征是模拟化、单业务单技术。这一时期电话通信网占统治地位，电话业务也是网络运营商主要的业务和收入来源。其主要的技术特点如下：见教材P31.2.2第二阶段第二阶段是骨干通信网由模拟网向数字网转变的阶段。这一时期特征是：数字技术和计算机技术在网络中被广泛使用，除传统PSTN网络（PSTN是一种以模拟技术为基础的电路交换网络）外，还出现了多种不同的业务网。其主要的技术特点如下：见教材P4注明：脉冲编码调制是把模拟信号数字化传输的基本方法之一，它通过抽样、量化和编码，把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号，然后在信道中进行传输。注明：随路信令是信令和话音在一个PCM系统中通过同一条话路传送信令的方式。目前我国采用的随路信令称为中国1号信令系统（NO.1）。随路信令由线路信令和记发器信令两部分构成。基于分组交换的数据通信网技术在这一时期发展已成熟，TCP/IP（网络通讯协议）、X.25（X.25网络是第一个面向连接的网络，也是第一个公共数据网络）、帧中继等都是在这期间出现并发展成熟的。另外，光纤技术、移动通信技术、智能网技术也是在此期间出现的。注明：分组交换实质上是在“存储——转发”基础上发展起来的技术，同时传送多个数据分组。注明：X.25协议是数据终端设备（DTE）和数据电路终接设备（DCE）之间的接口规程。X.25只是一个对公用分组交换网接口的规约，X.25网为适应计算机通信而发展起来的一种先进通信手段，可以满足不同速率，不同型号的终端与终端、终端与计算机、计算机与计算机间的通信，实现数据库资源共享。在这一时期，形成了以PSTN为基础，Internet、移动通信网等多种业务网络交叠并存的结构。由于不同业务网所采用的技术、标准和协议各不相同，使得网络之间的资源和业务很难共享和互通。因此在20世纪80年代末，开始研究如何实现一个多业务、单技术的综合业务网，其主要的成果是N-ISDN、B-ISDN和ATM技术。1.2.3当前阶段，见教材P4注明：光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。（见下图）注明：SDH是同步数字网络体系，容量较大，它是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络的技术。ATM是异步传输模式，是国际电信联盟制定的一种标准MPLS是多协议标签交换，是一种用于快速数据包交换和路由的体系，它为网络数据流量提供了目标、路由、转发和交换等能力.通信网概念发展要素分类功能实现多用户间具有标准的通信协议的系统软件第一阶段第二阶段当前阶段硬件终端设备传输系统转接交互系统网络结构网内信令协议接口技术体制技术标准有线业务网移动通信网数据通信网传送网GSM/CDMAGPRS/3GPSTN/ISDNINT/VOIPPDH/SDH/DWDM/ANX25/DDN/FR/IP/ATM/MPLSNO7/DSNTMN信令机制信息处理信息传送网络管理支撑网123541.3.1★什么是交换式网络？★为什么要使用交换式网络？★交换式网络的作用有哪些？★交换式网络有哪些常用的多址接入方式？★什么是复用技术？它分为哪两类？1.3通信网的构成要素与基本结构、交换式网络1、什么是交换式网络？交换式网络是指在网络中引入交换节点来组建的交换式网络，它是指现代通信网普遍采用了交换技术。常见的有星形、树形、网形、总线形、环形等网络，它们都可以实现用户之间的交互。2、为什么要使用交换式网络？那是因为普通的点到点的网状网络不能实现（见教材P5）交换式网络的功能。3、交互式网络中，交换节点的作用是什么？作用一：简单说是资源分配广泛。是负责用户的接入、业务量的集中、用户通信连接的创建、信道资源的分配、用户信息的转发，以及必要的网络管理与控制功能的实现。从网络拓扑结构上来看，形成了图1.6所示的星形网络结构。图1.6星形网络树形网络如图1.7所示。树形结构可以看成是星形拓朴结构的扩展。在树形网络中，节点按层次进行连接，信息交换主要在上、下节点之间进行。树形结构也用于用户接入网和主从方式同步网中。图1.7树形网络一般来说，实际的网络结构是网状网络和树形网络结构的组合，这是把各种结构的优点组合起来的复合电路网。实践证明，这种复合式结构有利于减小电话网的投资。作用二：在交换式网络中，用户终端至交换节点可以采用有线接入方式，也可以采用无线接入方式；可以采用点到点的接入方式，也可以采用共享介质方式（包括同轴电缆、光纤、无线路由、无线网卡等组建无线局域网）。但如果是如图1.5所示的任意两个用户之间引入交换节点，组建的这种网状结构的网络，是不能实现交互功能的，其原因如下：第1章概论图1.5网状网络在传统的有线电话网中，使用有线、点到点的接入方式，即每个用户使用一条单独的双绞线接入交换节点。如果多个用户采用共享介质方式接入交换节点，则需解决多址接入的问题。4、交换式网络有哪些常用的多址接入方式？目前常用的多址接入方式有频分多址(FDMA)接入、时分多址(TDMA)接入、码分多址(CDMA)接入、随机多址接入等。作用三：提高中继线路的利用率，降低通信成本，现代通信网采用了复用技术，即将一条物理线路的全部带宽资源分成多个逻辑信道，使多个用户共享一条物理线路。注明：中继线路就是连接中继器的线路注明：什么是物理线路？物理线路是指计算机与设备之间的物理连接线路，即实际的电线。什么是物理层？物理层是网络的硬件组成，包含服务器、客户端和线路。什么是线路？线路则表示运载消息的物理介质。服务器、客户端都可以理解为一个点，而点与点之间，通过线路建立的连接，就称为物理连接。复用技术是指一种在传输路径上综合多路信道，然后恢复原机制或解除终端各信道重复利用技术的过程。可分为静态复用和动态复用(又叫统计复用)两大类。5、什么是复用技术？它分为哪两类？静态复用技术包括频分多路复用和同步时分复用。注明：频分多路复用是指载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号的一种多路复用技术；比如电视机技术，同一条同轴电缆可以传送多个频道的电视节目。同步时分复用（STDM技术）是按照信号的路数划分时间片，每一路信号具有相同大小的时间片，时间片轮流分配给每路信号的技术。常用的方式有频分复用、时分复用、码分复用等.简单分析时分复用、统计时分复用技术.时分复用一般会造成资源的浪费。4个时隙不同时刻数据时分复用一般会造成资源的浪费，因此采用统计时分复用技术即可改进。3个时隙不同时刻数据缓冲器1.3.2通信网的构成要素请问：一个完整的通信网包括哪两大部分？硬件终端设备传输系统转接交互系统软件网络结构网内信令协议接口技术体制技术标准(1)终端设备。终端设备是通信网最外围的设备，它将用户要发送的各种形式的信息转变为适合于相关的电信业务网传送的电磁信号与数据包等；或反之，它将从通信网中收到的电磁信号、光信号及数据包等转变为用户可识别的信息。(2)传输系统。传输系统是信息传递的通道，它将用户终端设备、转接交换系统(节点)相互之间连接起来，形成网络。(3)转接交换系统。转接交换系统是通信网的核心，它的基本功能是完成接入交换节点链路的汇集、转接接续和分配。电话网转接交换设备的基本功能是汇集、转接和分配。对于主要用于计算机通信的数据业务网，由于数据终端或计算机终端可有各种不同的速率，因此为了提高传输链路的利用率，可将流入信息流进行存储，然后再转发到所需要的链路上去。这种方式叫做存储转发方式。通信网的软件是指通信网为能很好地完成信息的传递和转接交换所必需的一整套协议和标准，包括网络结构、网内信令、协议和接口以及技术体制、技术标准等，是通信网实现电信服务和运行支撑的重要组成部分。请问：通信网的软件包括哪几部分？1.3.3通信网的分类请问一个完整的通信网应分为哪几类？一个完整的现代通信网可分为相互依存的三类，分别是：业务网、传送网、支撑网。见教材P7图1.8图1.8通信网的分类在我们日常的工作和生活中，经常接触和使用各种类型的通信网，例如电话网、计算机网络、Internet(国际互联网)等。不同的网络虽然在传送信息的类型、传送的方式、所提供服务的种类等方面各不相同，但是它们都实现了以下四个主要的网络功能。请问：通信网主要有什么功能？信息传送信息处理信令机制网络管理(1)信息传送。这是通信网的基本任务，传送的信息主要分为三大类：用户信息、信令信息、管理信息。信息传输主要由交换节点和传输系统完成。(2)信息处理。网络对信息的处理方式对最终用户是不可见的，主要目的是增强通信的有效性、可靠性和安全性