第6章通信网与广域网

第6章通信网与广域网【本章内容简介】通信网和广域网是一种地域分布极其广大的网络，现在已经成为信息化社会的命脉和发展的重要基础。本章主要介绍了通信网和广域网的基本构成、分类，典型的通信网和广域网的原理、结构、功能和业务应用。【本章重点难点】重点掌握SDH/PDH、3G、FR、ATM技术的基本原理式和特点，了解广域提供的服务和B-ISDN交换网的网络结构与参考模型。6.1通信网概述6.1.1通信网的构成与分类1．通信网的构成通信网的构成包括硬件和软件系统。通信网的硬件系统一般由终端设备、传输系统和转接交换系统等三部分通信设备构成。2．通信网的分类（1）按业务种类，可划分为电话网、数据通信网、有线电视网网等。（2）按服务范围，可划分为本地网、长途网和国际网等。（3）按传输介质，可划分为电缆通信网、光缆通信网等。（4）按交换方式，可划分为电路交换网、分组交换网等。（5）按拓朴结构，可划分为网状网、环型网、树型网和总线网等。（6）按信号形式，可划分为模拟通信网、数字通信网等。（7）按传递方式，可划分为同步传递模式和异步传递模式等。6.1.2公共交换电话网PSTN1．公共交换电话网的基本组成公共交换电话网主要由用户终端设备、交换设备和传输系统组成，基本结构如图6-1所示。电话机交换机中继线用户线图6-1公共交换电话网的基本组成2．话音业务的特点（1）速率恒定且单一（2）话音对丢失不敏感（3）话音对实时性要求较高（4）话音具有连续性6.1.2公共交换电话网PSTN6.1.3光纤通信和SDH/PDH1．光纤通信系统的基本组成光纤通信系统主要由光发送机、光接收机、光缆传输线路、光中继器和各种无源光器件构成，光纤通信系统的基本组成如图6-2所示。光发送机中继器光接收机光纤光纤判决再生电端机电端机光检测光检测调制光源放大光源图6-2光纤通信系统的基本组成6.1.3光纤通信和SDH/PDH2．光纤通信具有以下特点：(1)通信容量大；(2)损耗极低；(3)保密性能好；(4)抗电磁干扰能力强；(5)光纤尺寸小，重量轻，便于铺设和运输；(6)材料来源丰富；(7)寿命长；(8)质地脆，机械强度差；(9)光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术；(10)分路、耦合不灵活；(11)光纤、光缆的弯曲半径不能过小；(12)在偏僻地区还存在着供电困难问题。6.1.3光纤通信和SDH/PDH3．SDH/PDH在数字传输系统中，有两种数字传输系列，一种叫“准同步数字系列”PDH；另一种叫“同步数字系列”SDH。SDH技术与PDH技术相比，具有以下优点：（1）网络管理能力大大加强（2）提出了自愈网的新概念（3）统一的比特率，统一的接口标准（4）采用字节复接技术6.1.4MSTP、MSAP与PTN1．基于SDH的多业务传送平台MSTPMSTP是指基于SDH平台同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点。MSTP的基本组成如图6-3所示。SDH设备MSTP设备ATM处理单元以太网处理单元图6-3MSTP的基本组成6.1.4MSTP、MSAP与PTN2．多业务接入平台MSAPMSAP是一种定位在接入层面为用户提供多业务接口的新型接入设备，以SDH技术为内核，采用模块化设计，提供多个业务扩展槽，通过集成多种接入方案，实现对用户需求的按需提供。MSAP的基本组成如图6-4所示。SDH接口MSAP设备PDH接口以太网接口其它接口上行下行图6-4MSAP的基本组成6.1.4MSTP、MSAP与PTN3．分组传送网PTNPTN是基于分组交换的、面向连接的多业务统一传送技术。PTN网络架构如图6-5所示，客户业务层虚通路（VP层）虚通道（VC层）虚段（VS）层（可选）物理媒介（802.3）PTN网络层传输媒介层通道通路GFP电路交换技术（OTN，SDH，PDH）物理媒介（OTM-n，STM-N）图6-5PTN的网络分层结构1．移动通信网的系统基本组成移动通信的种类繁多，一个典型的移动通信网的基本组成如图6-6所示。6.1.5移动通信网与3GGMSC至其它网络BSBSBSBSBSBS数据库MSCMSCMSC数据库数据库图6-6移动通信网的基本组成2．移动通信的特点（1）用户的移动性（2）电波传播条件复杂（3）噪声和干扰严重（4）系统和网络结构复杂（5）有限的频率资源目前公用移动通信系统的网络结构一般为数字蜂窝网结构，蜂窝状服务区示意图如图6-7所示。6.1.5移动通信网与3GBSBSBSBSBSBSBS图6-7蜂窝状服务区示意图3．2G移动通信系统（1）GSM数字移动通信系统GSM通信系统采用的多址技术是频分多址（FDMA）和时分多址(TDMA)结合，以及跳频技术。（2）CDMA数字移动通信系统CDMA是与GSM并列的移动通信技术，它是由扩频、多址接入、蜂窝组网和频率再用等几种技术结合而成的，因此它具有抗干扰性好，保密安全性高和同频率可在多个小区内重复使用等优点。6.1.5移动通信网与3G4．3G数字移动通信系统“3G”（3rd-generation）或“三代”是第三代移动通信技术的简称，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术。ITU对第三代移动通信系统主要确定了三个无线接口标准，分别是CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，其中，TD-SCDMA是由我国所提出的标准，这在我国通信发展史上是一个重要的里程碑。6.1.5移动通信网与3G1．卫星通信网的基本组成一个卫星通信系统是由空间分系统等四大部分组成的，如图6-8所示。2．卫星通信网的特点(1)覆盖区域大，通信距离远(2)具有多址连接能力(3)频带宽，通信容量大(4)通信质量好，可靠性高(5)通信机动灵活(6)通信成本与通信距离无关6.1.6卫星通信网跟踪遥测及指令分系统跟踪遥测指令站监控分系统空间分系统地球站分系统技术控制中心监控站卫星网管理中心通信业务控制中心地球站通信业务控制中心地球站图6-8卫星通信系统的基本组成广域网的拓朴结构可看作是由大量点到点的连接构成的网状结构，如图6-9所示。6.2.1广域网的构成6.2广域网路由器路由器结点交换机WAN路由器路由器LANLANLANLAN图6-9广域网的基本拓朴结构1．网络的覆盖和速率范围大2．网络组织结构形式复杂3．具有多功能多用途的综合服务能力（1）跨城跨地区的局域网之间的连接；（2）大型主机和密集用户集团之间的连接；（3）为远程信息服务系统提供传输通道；（4）提供与Internet的网际接口或作为接入网服务提供远程线路；（5）提供区域范围内的宽带综合业务服务等。4．多采用转接信道的交换型传输制式6.2.2广域网的特点广域网的主要功能是实现远距离的数据传输，因此广域网一般用于主机之间或网络之间的互连，它实现了网络层及其以下各层的功能，并向高层提供面向非连接的网络服务或面向连接的网络服务，这两种服务的具体实现就是通常所谓的数据报服务和虚电路服务，如图6-10所示。6.2.3广域网提供的服务CEDF2211665577331144ABCEDF2211665577331144ABVC1VC2(a)数据报服务(b)虚电路服务图6-10广域网提供的数据报服务和虚电路服务6.3.1X.25分组交换网1．X.25协议X.25协议是CCITT提出的用于分组交换的协议，可作为不同类型计算机之间进行远距离数据传送的公共通信平台，是在公用数据网上分组交换网络接口的规范，图6-11描述了X.25的概念。6.3分组交换广域网DTEDTEX.25接口DTEDTEDTEDTEDCEDCEDCEX.25接口X.25接口VC2VC1X.25分组交换网络图6-11X.25分组交换网络2．X.25协议的帧格式X.25协议的帧格式如图6-12所示。3．X.25分组交换网提供的业务种类（1）交换式虚电路（2）永久式虚电路（3）常用任选业务4．X.25分组交换网的接入方式用户接入公用分组交换网的方式有多种，如图6-13所示。6.3.1X.25分组交换网帧尾部用户数据分组首部帧首部帧尾部用户数据分组首部帧首部专线路由器中国分组交换网中国分组交换网电话网国际分组交换网国际分组交换网电报网分组交换子网局域网局域网图6-13用户接入公用分组交换网的方式图6-12X.25协议的帧格式1．帧中继的概念帧中继FR(FrameRelay)是分组交换的一种形式，其数据链路层只具有有限的差错控制功能，如图6-14所示。6.3.2帧中继网FR完全的差错控制112233123（a）具有完全差错控制功能的分组交换网示意图（b）有限差错控制功能的帧中继网络示意图图6-14帧中继网络的差错控制功能2．帧中继协议帧中继协议的体系结构如图6-15所示，它包括两个操作平面，即控制平面和用户平面。帧中继在数据链路层传输的帧结构如图6-16所示。6.3.2帧中继网FRQ.933LAPF用户可选的终端功能LAPF核心用户侧LAPF网络侧用户平面控制平面T1/E1或I.430/I.431LAPF核心T1/E1或I.430/I.431Q.933用户平面控制平面图6-15帧中继的协议体系结构标志FFCSIAFFFCSIAF标志地址信息帧校验序列图6-16FR的帧结构图3．帧中继的特点X.25和帧中继的分层协议功能分别如图6-17(a)、图6-17(b)所示。6.3.2帧中继网FR第一层（物理层）差错控制存储加分组封装暂存去帧封装加帧封装差错控制暂存去帧封装源终端第二层（链路层）第三层（网络层）加帧封装选路选路去分组封装目的终端选路源终端加帧封装选路选路·选路去帧封装目的终端第二层（链路层）第一层（物理层）（a）X.25的分层协议功能（b）帧中继的分层协议功能N-ISDN的基本结构是在现有数字电话网的基础上，实现用户到用户的全数字连接，使用单一的网络、统一的全新的用户-网络接口，为用户提供包括话音、文字、图像、数据等广泛形式的综合电信业务。N-ISDN的基本连接结构如图6-19所示。6.4综合业务数字网ISDN6.4.1窄带ISDN图6-19N-ISDN的基本连接结构1．B-ISDN与N-ISDN的比较（1）N-ISDN的网络是以数字电话网体制作为基础的，并仍采用传统的电路交换方式。而B-ISDN则是采用各种高速、宽带传输与交换体制来构建其网络结构。（2）N-ISDN采用固定的实通道速率，而B-ISDN没有实通道而只有虚通道的概念，且虚通道的速率不能预先确定。（3）N-ISDN主要是以数字电话为主要业务，附以计算机数据业务和一些可视业务。而B-ISDN能够承载的业务要宽广得多，除了一般的话音、数据和可视业务外，更重要的是实时的可视的交换业务（如电视会议、点播电视等）、高清晰度电视、高保真音响和多媒体业务等。6.3.2宽带ISDN与ATM网络2．B-ISDN图6-22是发展初期的B－ISDN的网结构，在发展的初期阶段在于进一步实现话音、数据和图像等业务的综合。6.3.2宽带ISDN与ATM网络电路交换网（64Kbps）异步传递模式（ATM）分组交换网标准接口标准接口数据终端数据终端数据终端数据终端数据终端数据终端数据终端数据终端数据终端数据终端局域网局域网电视电视电话电话电话电话图6-22发展初期的B-ISDN的网络结构图6-23是发展后期阶段的B-ISDN结构，后期B-ISDN中引入了智能管理网，由智能网路控制中心管理的是三个基本网。6.3.2宽带ISDN与ATM网络图6-23发展后期阶段的B-ISDN网络结构3．ATM网络（1）ATM的网络结构ATM的网络结构如图6-24所示，它包括公用ATM网络和专用ATM网络两部分。6.3.2宽带ISDN与ATM网络公用ATM交换机ATM端点ATM端点专用ATM交换机专用ATM交换机公用ATM网络公用ATM交换机公用UNI专用UNI专用UNINNI图6-24ATM网络结构（2）ATM的信元格式ATM信元及其标头的结构如图6-25所示，信元标头由5个字节的内容组成，主要用来标明在异步时分复用上属于同一虚拟通路的信元，并完成适当的选路功能。6.3.2宽带ISDN与ATM网络876