现代通信网_1第一章 概述-f

现代通信网华中科技大学电子与信息工程互联网技术与工程研究中心2020年2月6日第一章：概述杜旭[e-mail]2内容提要：1.通信网的基本概念2.通信网的交换技术3.通信网的体系结构4.通信网的服务质量5.通信网的发展3实例:-电话通信网-计算机网络-电视广播网-卫星通信网-Internet-……1.1什么是通信网？41.1什么是通信网？通信网是由多个终端节点、交换节点和连接这些节点的传输系统有机地组织在一起的，按约定的信令或协议完成任意用户间信息交换的系统。信息包括：-用户信息：如话音、数据、图像等-控制信息：信令信息、路由信息等-网络管理信息由于信息在网上通常以电或光信号的形式进行传输，因而现代通信网又称电信网。51.1什么是通信网？通信网是由多个终端节点、交换节点和连接这些节点的传输系统有机地组织在一起的，按约定的信令或协议完成任意用户间信息交换的系统。通信网的需求业务提供任意节点间的连通性通信资源的有效使用61.1什么是通信网？通信网是由多个终端节点、交换节点和连接这些节点的传输系统有机地组织在一起的，按约定的信令或协议完成任意用户间信息交换的系统。软件和硬件有机结合：-硬件完成通信网的基本功能：接入、交换和传输。-软件主要完成通信网的控制、管理、运营和维护，实现通信网的智能化71.2通信网的构成要素终端节点交换节点业务节点传输系统81.2通信网的构成要素终端节点：信息的产生者，同时也是通信网上信息的使用者实例：电话机、传真机、计算机、视频终端和PBX等主要功能：-用户信息的处理：主要包括用户信息的发送和接收，将用户信息转换成适合传输系统传输的信号以及相应的反变换。-信令信息的处理：主要包括产生和识别连接建立、业务管理等所需的控制信息。91.2通信网的构成要素交换节点：集中、转发终端节点的用户信息，但它自己并不产生和使用这些信息。实例：电话交换机、分组交换机、路由器、转发器等主要功能：用户业务的集中和接入功能。交换功能。完成任意入线到出线的数据交换。信令功能。呼叫控制和连接的建立、监视、释放等。其他控制功能：路由信息的更新和维护、计费、话务统计、维护管理等。10交换节点的基本功能结构用户接口交换功能中继接口控制功能信令功能111.2通信网的构成要素业务节点实例：智能网中的业务控制节点、智能外设、语音信箱系统，以及Internet上的各种信息服务器主要功能：(1)实现独立于交换节点的业务的执行和控制。(2)实现对交换节点呼叫建立的控制。(3)为用户提供智能化、个性化、有差异的服务。121.2通信网的构成要素传输系统将网络节点连接在一起，为信息传输提供传输通道通常采用多路复用技术，以提高资源利用率131.3通信网的功能结构支撑网电话网ATM网InternetFR网移动网业务网光传送网传送网SDH/SONET信令网管理网同步网141)业务网向用户提供各种通信业务基本话音、数据、多媒体、租用线、VPN等主要技术要素网络拓扑结构、节点交换技术、编号计划、信令技术、路由选择、业务类型、计费方式、服务性能保证机制等152)传送网为交换节点/业务节点之间的互连分配电路，提供信息的透明传输通道通常为静态配置传输电路，无动态交换功能包含相应的管理功能电路调度、网络性能监视、故障切换等技术要素传输介质、复用体制、传送网节点技术等163)支撑网提供业务网正常运行所必需的信令、同步、网络管理、业务管理、运营管理等功能主要构成同步网：实现网络节点设备之间、节点设备与传输设备之间信号的时钟同步、帧同步以及全网的网同步信令网：在网络节点之间传送业务相关或无关的控制信息流管理网：实时和近实时来监视业务网的运行情况，并相应地采取各种控制和管理手段171.4通信网的拓扑结构网状网星形网复合型网总线型网环型网181.5通信网的业务：ITU-T分类话音业务包括固定电话业务、移动电话业务、VoIP、会议电话业务和电话语音信息服务业务等数据业务包括电报、电子邮件、数据检索、Web浏览、局域网互连、文件传输、面向事务的数据处理业务图像业务包括传真、CAD/CAM图像传送等视频和多媒体业务包括可视电话、视频会议、视频点播、普通电视、高清晰度电视等19通信业务带宽需求10kb/s音频业务电话100kb/s语音业务，CD音频视频业务音视频会议/VOD1Mb/s10Mb/s100Mb/s高速传真电视高清晰图像大批量文件传输数据业务可视图文远程CAD局域网互连20内容提要：1.通信网的基本概念2.通信网的交换技术3.通信网体系结构4.通信网的服务质量5.通信网的发展212.1交换与通信点对点的通信（电信）系统终端传输媒介终端消息消息电信号电信号222.1交换与通信多点通信(电信)系统121321324232.1交换与通信多点通信(电信)系统当存在多个终端且希望它们任意对之间都可进行通信时最简单的方法就是全互联通信系统。24问题：对于一个N=8的全互连通信系统，需要多少对连线和多少个线路接口？`25使用全互联方法存在的问题：-N2问题连线数随终端数的平方增加，总共需要N(N-1)/2个连线；长途线路费用大；每个终端需N-1个线路接口;总共需要N(N-1)个线路接口；增加第N+1个终端时，需增设N条线路。26解决多个终端中任何两个都可以进行点对点通信问题的最佳方法就是在通信系统中引入交换节点设备。解决方案:3-8通信1-7通信27将交换节点引入通信网络的优点:(1)统一标准接口(2)集中共享通信网中的资源(3)提供各种业务(4)构筑大型异构通信系统282.2主要交换技术按交换对信息的处理方式分：电路交换，报文交换，分组交换。291）电路交换所谓电路交换是指交换系统为通信的双方寻找并建立一条全程物理通路，以供双方传输信号（信息），直至信息交换结束。电路交换的过程：三个阶段：1）电路建立2）信息传输(通话)3）电路释放301）电路交换数据终端1终端2节点1节点2终端1和节点1间传播时延终端2和节点1间传播时延节点1中处理时延电路建立数据传输电路释放电路交换的过程：311）电路交换：交换节点输入链路输出链路交换节点32实现结构之一——空分交换纵横制空分交换示意图闭合交叉点n输出m输入点到多点连接所谓空分交换，是指输入链路按空间分布来安排所需要的输出链路。存在问题：当输入、输出链路数目增加时，交换网络的交叉点个数将按链路数的平方关系增长，控制结构复杂化。33实现结构之一——空分交换M=16用三级交换单元的互连构造交换网络m╳km╳km╳km╳kk╳m第一级第二级第三级第一级第二级第三级k=2个交换单元k=3个交换单元(a)(b)Clos定理：对于三级交换网络C(m,n,k)，第一级交换单元是m×k，第三级交换单元是k×n,当且仅当第二级交换单元的个数k≥m+n-1时，交换网络是严格无阻塞的。k╳mk╳mk╳mm╳km╳km╳km╳kk╳mk╳mk╳mk╳m34实现结构之二——时分交换所谓时分交换，是指输入链路按时间顺序来安排所需要的输出链路。又称为时隙交换。时分交换示意图45701326输入帧时隙12345670457013261234567034650172输出帧时隙12345670顺序写入缓冲待映射的输出时隙号缓冲器m项的时隙映射表排序从缓冲读出虚线表示输入/输出连接输入时隙1中的数字为5，表明需要在输出帧中的时隙5内，从缓冲器的第1号存储区间中读出信息。35电路交换的优点:时延小、固定；透明传输，对数据不进行存储、分析和处理，开销小效率高；编码方式和信息格式不受网络限制。电路交换的优点36呼叫建立时间长，固定占有资源，利用率不高无论是否有信息进行传输，电路都被通信双方独占有呼损不适合突发性较强的数据通信电路交换的缺点372）报文交换：通信过程基本原理：存储--转发。（没有固定的电路连接）。将要发送的信息“打包”交换机存储（有空闲线路时）进行转发……目的终端38392）报文交换：优点可实现不同类型终端之间的交换；实现以报文为单位的多路复用，提高线路的利用率；无呼损，可实现同报文通信---多播。402）报文交换：缺点时延大，且时延变化大，不适应实时通信；要求交换机的高存储容量和高处理能力；不适用于即时交互式数据通信。413）分组交换：通信过程将报文分成分组（Packet）----长度短、格式统一。在电路有空闲时，以“分组”为单位传送。分组穿过网络互交换机的时间很短（ms级），满足实时性要求。423）分组交换：优点不同数据终端之间灵活沟通；时延小：能满足数据交互业务要求；实现线路动态统计复用，在一条物理线路上同时提供多条信息通路；；可靠性高：有分段差错校验功能（X.25规定)；经济性好,网络费用低：不要求交换机具有很大的存储容量和处理能力，网络利用率高433）分组交换：缺点附加信息多，长报文效率低;---合理分组；技术复杂，随时分析处理，要求交换机要有较高的处理能力。441）数据报(Datagram)根据分组头中的地址，独立选择通路。2)虚电路（VirtualCircuit）逻辑链路，不独占3）分组交换：两种工作模式45数据报交换实例：IP网络无连接以数据包为单位进行传输每个数据包独立传送每个数据包包含目的地址不预先分配资源不保证数据包顺序传送难以保证服务质量46Packet1Packet2Packet3Packet1Packet2Packet3Packet1Packet2Packet3Packet1在节点2中的处理时延主机1主机2节点1节点2主机1和节点2之间的传播时延Packet1在主机1中传输时间数据报交换：通信过程47数据报交换：交换节点输入链路输出链路交换节点存储器48数据报交换：网络终端A终端B终端E终端D终端C节点1节点2节点3节点4节点5节点6节点749虚电路交换实例：ATM网络，X.25网络面向连接：预先建立虚电路以数据包为单位传输每个数据包携带虚电路标识同一虚电路中数据包顺序传输不同虚电路中的数据包在同一链路上间插传输与电路交换的不同统计复用虚电路最大数目仅取决于转发表，而不是带宽等网络资源50Packet1Packet2Packet3Packet1Packet2Packet3Packet1Packet2Packet3终端1终端2节点1节点2终端1和节点1之间的传播时延虚电路建立虚电路释放数据传输虚电路交换：通信过程51虚电路交换：交换节点输入链路输出链路交换节点存储器52虚电路交换：网络终端A终端B终端E终端D终端C节点1节点2节点3节点4节点5节点6节点7532.3面向连接和无连接连接：逻辑意义上面向连接网络数据传输前，需要预先建立连接无连接网络无需连接，直接传输54网络交换节点维护管理管理信息路由表路由信息交换路由协议UNI信令NNI信令信令信息转发控制转发表呼叫处理交换模块用户信息(a)维护管理路由表路由信息交换转发控制交换模块(b)用户信息信令信息管理信息路由协议用户信息用户信息面向连接型无连接型55IncomingOutgoingnodeVCnodeVCA132A53332A133A5Node1IncomingOutgoingnodeVCnodeVC126713444261671261424413Node3IncomingOutgoingnodeVCnodeVC2332345532235534Node4IncomingOutgoingnodeVCnodeVC37B831B5B531B837Node6面向连接的例子：虚电路转发表IncomingOutgoingnodeVCnodeVCC64343C6Node2IncomingOutgoingnodeVCnodeVC45D2D245Node5123456ABCD1523718542365256无连接的例子：数据报路由表Node1Dest.NextNode2345623423Node3Dest.NextNode1245614466Node6Dest.Nex