现代通信网概论-第二章ppt(通信网的体系结构及标准化组织+传送网)

通信网的体系结构及标准化组织一.网络分层的概念1.网络分层的原因(1)可以降低网络设计的复杂度(2)方便异构网络设备间的互连互通(3)增强了网络的可升级性(4)促进了竞争和设备制造商的分工2．协议在分层体系结构中，协议是指位于一个系统上的第N层与另一个系统上的第N层通信时所使用的规则和约定的集合。一个通信协议主要包含以下内容：(1)语法：协议的数据格式；(2)语义：包括协调和错误处理的控制信息；(3)时序：包括同步和顺序控制。第五层主机A第五层协议第四层四、五层接口第三层三、四层接口第二层二、三层接口第一层一、二层接口第五层主机B第四层第三层第二层第一层第四层协议第三层协议第二层协议第一层协议物理介质二.OSI和TCP/IP目前，在通信领域影响最大的分层体系结构有两个，即TCP/IP协议族和OSI参考模型。它们已成为设计可互操作的通信标准的基础。OSI(OpenSystemInterconnection开放系统互连)参考模型是ISO在1977年提出的开发网络互连协议的标准框架。这里“开放“的含义是指任何两个遵守OSI标准的系统均可进行互连。OSI参考模型共分为七层.TCP/IP是美国国防部高级研究计划署(DARPA)资助的ARPANet实验项目的研究成果之一，开始于20世纪60年代的ARPANet项目主要目的就是要研究不同计算机之间的互连性，但项目开始进展得并不顺利。直到1974年，V.Cerf与R.Kahn联手重写了TCP/IP协议，并最终成为了Internet的基础。物理层TCP/IP网络接入层IP层运输层应用层物理层OSI数据链路层网络层运输层应用层表示层会话层硬件软件OS应用软件图1.13OSI与TCP/IP协议分层结构三.主要标准化组织目前与通信领域相关的主要的标准化机构有ITU、ISO、IAB等。1．ITUITU(InternationalTelecommunicationUnion国际电信联盟)成立于1932年，1947年成为联合国的一个专门机构，是由各国政府的电信管理机构组成的，目前会员国约有170多个，总部设在日内瓦。原则上，ITU只负责为国际间的通信制定标准、提出建议。但实际上相关的国际标准通常都适用于国内网。目前常设机构有：(1)ITU-T：电信标准化部门，负责研究通信技术准则、业务、资费、网络体系结构等，并发表相应的建议书。(2)ITU-R：无线电通信部门，研究无线通信的技术标准、业务等，同时也负责登记、公布、调整会员国使用的无线频率，并发表相应的建议书。(3)ITU-D：电信发展部门，负责组织和协调技术合作及援助活动，以促进电信技术在全球的发展。ITU-T主要负责电信标准的研究和制定，是最为活跃的部门。其具体的标准化工作由ITU-T相应的研究组SG(studygroup)来完成。目前，ITU-T的标准化过程已大大加快，从以前的平均4～10年形成一个标准，缩短到9～12个月。ITU-T制定并被广泛使用的著名标准有：局间公共信道信令标准SS7，综合业务数字网标准ISDN，电信管理网标准TMN，光传输体制标准SDH、多媒体通信标准H.323系列等。2．ISOISO(InternationalOrganizationforStandardization国际标准化组织)，是一个专门的国际标准化组织，正式成立于1947年。它的总部设在瑞士日内瓦，是联合国的甲级咨询组织，并和100多个国家标准化组织及国际组织就标准化问题进行合作。ISO的宗旨是“促进国际间的相互合作和工业标准的统一”。ISO制定的信息通信领域最著名的标准/建议有开放系统互连参考模型OSI/RM、高级数据链路层控制协议HDLC等。3．IABIAB(InternetArchitectureBoard)即Internet结构委员会，主要任务是负责设计、规划和管理Internet，其工作重点是TCP/IP协议族及其扩充。1992年，一个完全中立的专业机构ISOC(InternetSociety，Internet协会)成立,其主要目标是推动Internet在全球的发展，为Internet标准工作提供财政支持、管理协调，举办研讨会以推广Internet的新应用和促进各种Internet团体、企业和用户之间的合作。ISOC成立后，IAB的工作转入到ISOC的管理下进行。IAB由IETF和IRTF两个机构组成。(1)IETF(InternetEngineeringTaskForce)：负责制定Internet相关的标准。现在IETF有12个工作组，每个组都有自己的管理人。(2)IRTF(InternetResearchTaskForce):负责Internet相关的长期研究任务。IRTF是一个规模较小的、不太活跃的工作组，其研究领域没有进一步划分。IETF制定的标准有用于Internet的网际通信协议TCP/IP协议族，以及目前正在制定的下一代IP骨干网通信协议MPLS。目前，由于IP已成为未来网络事实上的标准，世界上的其他标准化机构如ITU-T也在向IP靠拢，参与制定一些IP标准，促使IP成为下一代通信网的统一标准。但主要的工作仍由IETF主导。第二章传送网2.1传输介质2.2多路复用2.3SDH传送网2.4光传送网2.1传输介质一.基本概念所谓传输介质，是指传输信号的物理通信线路。1865年，英国物理学家麦克斯韦(JamesClerkMaxwell)首次预言电子在运动时会以电磁波的形式沿导体或自由空间传播。1887年，德国物理学家赫兹通过实验证明了麦克斯韦电磁场理论的正确性，该理论奠定了现代通信的理论基础。二.传输介质的分类:传输介质分为有线介质和无线介质两大类。在有线介质中，电磁波信号会沿着有形的固体介质传输，有线介质目前常用的有双绞线、同轴电缆和光纤；在无线介质中，电磁波信号通过地球外部的大气或外层空间进行传输，大气或外层空间并不对信号本身进行制导，因此可认为是在自由空间传输。无线传输常用的电磁波段主要有无线电、微波、红外线等。1．双绞线双绞线是指由一对绝缘的铜导线扭绞在一起组成的一条物理通信链路。通常人们将多条双绞线放在一个护套中组成一条电缆。采用双线扭绞的形式主要是为减少线间的低频干扰，扭绞得越紧密抗干扰能力越好。扭距与其他有线介质相比，双绞线是最便宜和易于安装使用的，其主要的缺点是串音会随频率的升高而增加，抗干扰能力差，因此复用度不高，其带宽一般在1MHz范围之内，传输距离约为2～4km，通常用作电话用户线和局域网传输介质，在局域网范围内传输速率可达100Mb/s，但其很难用于宽带通信和长途传输线路。2．同轴电缆同轴电缆是贝尔实验室于1934年发明的，最初用于电视信号的传输，它由内、外导体和中间的绝缘层组成，内导体是比双绞线更粗的铜导线，外导体外部还有一层护套，它们组成一种同轴结构，因而称为同轴电缆。由于具有特殊的同轴结构和外屏蔽层，同轴电缆抗干扰能力强于双绞线，适合于高频宽带传输，其主要的缺点是成本高，不易安装埋设。目前主要应用于CATV和光纤同轴混合接入网。外部保护套外导体内导体绝缘层图2.2同轴电缆物理结构3．光纤光纤是一种很细的可传送光信号的有线介质，它可以用玻璃、塑料或高纯度的合成硅制成。目前使用的光纤多为石英光纤，它以纯净的二氧化硅材料为主。光纤也是一种同轴性结构，由纤芯、包层和外套三个同轴部分组成，其中纤芯、包层由两种折射率不同的玻璃材料制成，利用光的全反射可以使光信号在纤芯中传输,包层的折射率略小于纤芯，以形成光波导效应，防止光信号外溢。外套包层纤芯小于临界角的光线将被外套吸收入射角反射角图2.3光纤的物理结构与传统铜导线介质相比,光纤主要有以下优点：(1)大容量(2)体积小、重量轻(3)低衰减、抗干扰能力强。4．无线介质1)无线电无线电又称广播频率,其工作频率范围在几十兆赫兹到200兆赫兹左右。其优点是无线电波易于产生，能够长距离传输，能轻易地穿越建筑物，并且其传播是全向的，非常适合于广播通信。缺点是其传输特性与频率相关：低频信号穿越障碍能力强，但传输衰耗大；高频信号趋向于沿直线传输，但容易在障碍物处形成反射，并且天气对高频信号的影响大于低频信号。所有的无线电波易受外界电磁场的干扰。该频段主要用于公众无线广播、电视发射、无线专用网等领域。2)微波微波指频段范围在300MHz～30GHz的电磁波，因为其波长在毫米范围内，所以产生了微波这一术语。微波信号的主要特征是在空间沿直线传播，因而它只能在视距范围内实现点对点通信，通常微波中继距离应在80km范围内，具体由地理条件、气候等外部环境决定。微波的主要缺点是信号易受环境的影响(如降雨、薄雾、烟雾、灰尘等)，频率越高影响越大，另外高频信号也很容易衰减。微波通信适合于地形复杂和特殊应用需求的环境，目前主要的应用有专用网络、应急通信系统、无线接入网、陆地蜂窝移动通信系统，卫星通信也可归入为微波通信的一种特殊形式。3)红外线红外线指1012～1014Hz范围的电磁波信号。与微波相比，红外线最大的缺点是不能穿越固体物质，因而它主要用于短距离、小范围内的设备之间的通信。由于红外线无法穿越障碍物，也不会产生微波通信中的干扰和安全性等问题，因此使用红外传输，无需向专门机构进行频率分配申请。红外线通信目前主要用于家电产品的远程遥控，便携式计算机通信接口等。2.2多路复用2.2.1基带传输系统基带传输系统是指在短距离内直接在传输介质上传输模拟基带信号的系统。前面介绍的各种媒介中，只有双绞线可以直接传输基带信号。电信网中，只在传统电话用户线上采用该方式。这里的基带特指话音信号占用的频带(300～3400Hz)。另外由于设备的简单性，在局域网中基带方式也被广泛使用。基带传输的优点是线路设备简单；缺点是传输媒介的带宽利用率不高，不适于在长途线路上使用。2.2.2频分复用传输系统频分复用传输系统是指在传输介质上采用FDM技术的系统，FDM是利用传输介质的带宽高于单路信号的带宽这一特点，将多路信号经过高频载波信号调制后在同一介质上传输的复用技术。为防止各路信号之间相互干扰，要求每路信号要调制到不同的载波频段上，而且各频段之间要保持一定的间隔,这样各路信号通过占用同一介质不同的频带实现了复用。ITU-T标准的话音信号频分多路复用的策略如下：为每路话音信号提供4kHz的信道带宽，其中3kHz用于话音，两个500Hz用于防卫频带，12路基带话音信号经调制后每路占用60～108kHz带宽中的一个4kHz的子信道。这样12路信号构成的一个单元称为一个群。在电话通信的FDM体制中，五个群又可以构成一个超群Supergroup，还可以构成复用度更高的主群Mastergroup。带通滤波器f1s1解调器f1m1带通滤波器f2s2解调器f2m2…带通滤波器fnsn解调器fnmns1m1s2m2snmn调制器f1调制器f2调制器fn………∑信道1信道2…信道n时间频率f1f2…fnfFDM信号(b)(a)图2.5FDM原理示意图(a)FDM信道划分；(b)FDM系统示意图FDM传输系统主要的缺点是：传输的是模拟信号，需要模拟的调制解调设备，成本高且体积大，由于难以集成，因此工作的稳定度也不高。另外由于计算机难以直接处理模拟信号，导致在传输链路和节点之间过多的模数转换，从而影响传输质量。目前FDM技术主要用于微波链路和铜线介质上，在光纤介质上该方式更习惯被称为波分复用。2.2.3时分复用传输系统时分复用传输系统是指在传输介质上采用TDM技术的系统，TDM将模拟信号经过PCM(PulseCodeModulation)调制后变为数字信号，然后进行时分多路复用的技术。它是一种数字复用技术，TDM中多路信号以时分的方式共享一条传输介质，每路信号在属于自己的时间片中占用传输介质的全部带宽。国际上主要的TDM标准有北美地区使用的T载波方式，一次群信号T1每帧24时隙，速率为1.544Mb/s；国际电联标准E载波方式，一次群信号