通信网理论与技术

通信网理论与技术第一章通信网概述通信网技术是规划、设计、建设和维护网络方面的技术。要想把通信网建设好维护好，必须了解各种类型的通信网的结构、接口、协议和技术指标，了解各类通信网之间的关系和互连，网络技术已经成为一门专门的学科，其内容十分丰富，已成为通信工程领域重要的基础知识。第一章通信网概述1.1通信网的概念1.2通信网组网结构1.3通信网的质量要求1.4通信网的发展趋势1.1通信网的概念1.1.1通信系统的基本组成1.1.2通信网的概念及构成要素1.1.3通信网的分层结构1.1.4通信网的业务及网络分类图1.1点—点单向通信系统构成模型对于双向通信还需要另一个通信系统完成相反方向的信息传送工作。而要实现多用户间的通信，则需要将多个通信系统有机地组成一个整体，使它们能协同工作，即形成通信网。1.1.1通信系统的基本组成1.1通信网的概念1.1.1通信系统的基本组成1.1.2通信网的概念及构成要素1.1.3通信网的分层结构1.1.4通信网的业务及网络分类1.通信网的概念定义：通信网是由一定数量的节点（包括终端节点、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通信体系。功能：就是适应用户呼叫的需要，以用户满意的效果传输网内任意两个或多个用户的信息。1.1.2通信网的概念及构成要素在通信网上，信息的交换可以在两个用户间进行，在两个计算机进程间进行，还可以在一个用户和一个设备间进行。交换的信息包括用户信息(如话音、数据、图像等)、控制信息(如信令信息、路由信息等)和网络管理信息三类。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。1.1.2通信网的概念及构成要素2.通信网的构成要素实际的通信网是由软件和硬件按特定方式构成的一个通信系统，每一次通信都需要软硬件设施的协调配合来完成。从硬件构成来看：通信网由终端设备、交换设备和传输系统构成，他们完成通信网的基本功能：接入、交换和传输。软件设施则包括信令、协议、控制、管理、计费等，它们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。1.1.2通信网的概念及构成要素构成通信网的硬件设备终端设备传输系统交换设备1.1.2通信网的概念及构成要素（1）终端设备1.1.2通信网的概念及构成要素终端设备是用户与通信网之间的接口设备，它包括信源、信宿与变换器、反变换器的一部分。终端设备将待传送的信息和传输链路上传送的信息进行相互转换将信号与传输链路相匹配，由信号处理设备完成信令的产生和识别，即用来产生和识别网内所需的信令，以完成一系列控制作用。终端设备的主要功能（2）传输系统传输系统（传输链路）是信息的传输通道，是连接网络节点的媒介。它一般包括信道与变换器、反变换器的一部分。狭义信道：是单纯的传输媒介（比如光缆等）；广义信道：除了传输媒介以外，还包括相应的变换设备。传输链路指的是广义信道。1.1.2通信网的概念及构成要素通常传输系统的硬件组成应包括：线路接口设备传输媒介交叉连接设备1.1.2通信网的概念及构成要素传输系统一个主要的设计目标提高物理线路的使用效率。通常传输系统都采用了多路复用技术，如频分复用、时分复用、波分复用等。1.1.2通信网的概念及构成要素传输系统必须与交换节点协调一致保持帧同步和位同步遵守相同的传输体制(如PDH、SDH等)以保证交换节点能正确接收和识别传输系统的数据流。（3）交换设备负责集中、转发终端节点产生的用户信息或转发其他交换节点需要转接的信息。实现一个呼叫终端（用户）和它所要求的另一个或多个用户终端之间的路由选择的连接。1.1.2通信网的概念及构成要素交换设备是构成通信网的核心要素，它的基本功能是：最常见的交换设备有电话交换机分组交换机路由器转发器图1.2交换节点的基本功能结构1.1.2通信网的概念及构成要素电话交换机的基本功能结构如图1.2所示，其主要功能有：交换功能控制功能信令功能中继接口中继线用户接口用户线1.1通信网的概念1.1.1通信系统的基本组成1.1.2通信网的概念及构成要素1.1.3通信网的分层结构1.1.4通信网的业务及网络分类背景通信技术发展、用户需求日益多样化现代通信网正处于变革与发展之中网络类型及所提供的业务种类不断增加和更新形成了复杂的通信网络体系1.1.3通信网的分层结构更清晰地描述现代通信网络结构网络的分层使网络规范与具体实施方法无关简化了网络的规划和设计使各层的功能相对独立引入网络的分层结构网络的分层结构网络结构的垂直描述网络结构的水平描述1.1.3通信网的分层结构1.网络结构的垂直描述根据不同的功能将网络分解成多个功能层上下层之间的关系为客户/服务者关系1.1.3通信网的分层结构图1.3垂直观点的网络结构把OSI七层模型进行简化，从垂直结构上，从功能上将通信网分为应用层、业务网和传送网，如图1.3所示会议电视文件传送远程教育应用层移动网数据网电话网业务网传送网链路层物理层支撑网1.1.3通信网的分层结构图1.3垂直观点的网络结构把OSI七层模型进行简化，从垂直结构上，从功能上将通信网分为应用层、业务网和传送网，如图1.3所示会议电视文件传送远程教育应用层移动网数据网电话网业务网传送网链路层物理层支撑网应用层面：表示各种信息应用与服务种类1.1.3通信网的分层结构图1.3垂直观点的网络结构把OSI七层模型进行简化，从垂直结构上，从功能上将通信网分为应用层、业务网和传送网，如图1.3所示会议电视文件传送远程教育应用层移动网数据网电话网业务网传送网链路层物理层支撑网业务网层面：表示支持各种信息服务的业务提供手段与装备，它是现代通信网的主体，是向用户提供诸如电话、电报、传真、数据、图像等各种通信业务的网络。1.1.3通信网的分层结构图1.3垂直观点的网络结构把OSI七层模型进行简化，从垂直结构上，从功能上将通信网分为应用层、业务网和传送网，如图1.3所示会议电视文件传送远程教育应用层移动网数据网电话网业务网传送网链路层物理层支撑网传送网层面：表示支持业务网的传送手段和基础设施，包括骨干传送网和接入网。1.1.3通信网的分层结构图1.3垂直观点的网络结构把OSI七层模型进行简化，从垂直结构上，从功能上将通信网分为应用层、业务网和传送网，如图1.3所示会议电视文件传送远程教育应用层移动网数据网电话网业务网传送网链路层物理层支撑网支撑网用以支持全部三个层面的工作，提供保证通信网有效正常运行的各种控制和管理能力，传统的通信支撑网包括信令网、同步网和电信管理网。1.1.3通信网的分层结构2.网络结构的水平描述水平描述是基于用户接入网络实际的物理连接来划分的，可分为用户驻地网（CPN：CustomerpremisesNetwork）接入网（AN：AccessNetwork）核心网（CN：CoreNetwork）CPNMANANMANCNANCPNUNISNISNIUNI图1.4水平观点的网络结构UNI：用户网络接口SNI：业务节点接口1.1.3通信网的分层结构网络结构的水平描述CPN：指用户终端到用户网络接口（UNI）之间所包含的机线设备，是属于用户自己的网络。CN：包含了交换网和传输网的功能，或者说包含了长途网和中继网的功能，在实际网络中一般分为省际干线（即一级干线）、省内干线（即二级干线）和局间中继网（即本地网或城域网）。AN：位于CN和CPN之间，包含了连接两者的所有设施设备与线路。AN已经从功能和概念上替代了传统的用户环路结构，成为通信网的重要组成部分，被称为通信网的“最后一公里”。CPNMANANMANCNANCPNUNISNISNIUNI1.1.3通信网的分层结构局域网（LAN：LocalAreaNetwork）城域网（MAN：MetropolitanAreaNetwork）广域网（WAN：WideAreaNetwork）网络结构的水平描述1.1.3通信网的分层结构1.1通信网的概念1.1.1通信系统的基本组成1.1.2通信网的概念及构成要素1.1.3通信网的分层结构1.1.4通信网的业务及网络分类业务的分类并无统一的方式好的业务分类有助于运营商进行网络规划和运营管理1.1.4通信网的业务及网络分类1.通信网的业务现代通信网建设与运行的真正目的是要为用户提供他们所需的各类通信业务，满足他们对不同业务服务质量的需求。因此通信业务是最直接面向用户的。语音业务固定电话业务、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。该类业务不需要复杂的终端设备，所需带宽64kb/s，采用电路或分组方式承载。数据业务电子邮件、数据检索、web浏览、文件传输、局域网互连、面向事务的数据处理业务等，所需带宽差别较大，一般需要大于64kb/s的带宽，采用电路和分组方式承载。图像业务传真、CAD/CAM图像传送等。该类业务所需带宽差别较大，G4类传真需要2.4-64kb/s带宽，而CAD/CAM则需要64kb/s-34Mb/s的带宽。视频和多媒体业务可视电话、视频会议、视频点播、普通电视、高清晰度电视等。该类业务所需的带宽差别很大，例如，会议电视需要64k-2Mb/s，而高清晰度电视需要140Mb/s左右。1.1.4通信网的业务及网络分类根据信息类型的不同业务分为：按照网络提供业务的方式业务分为承载业务：网络在UNI处提供的单纯的信息传送业务。网络用电路或分组交换方式将信息从一个UNI透明地传送到另一个UNI，而不对信息做任何处理和解释，它与终端类型无关。一个承载业务通常用承载方式（分组还是电路交换）、承载速率、承载能力（语音、数据、多媒体）来定义。用户终端业务：所有面向用户的业务，它在与终端的接口上提供。它既反映了网络的信息传递能力，又包含了终端设备的能力，终端业务包括电话、传真、数据、多媒体等。一般来讲，用户终端业务都是在承载业务的基础上增加了高层功能而形成的。补充业务：又叫附加业务，是由网络提供的，在承载业务和用户终端业务的基础上附加的业务性能。补充业务不能单独存在，它必须与基本业务一起提供。常见的补充业务有主叫号码显示、呼叫转移、三方通话、虚拟专网等。图1.5承载业务和用户终端业务1.1.4通信网的业务及网络分类承载业务和用户终端业务的实现位置网络承载业务用户终端业务用户网络接口用户网络接口目前通信网业务存在的主要问题是：大多数业务都是基于旧的技术和现存的网络结构来实现除了基本的语音和低速数据业务外，大多数业务的服务性能都与用户实际的要求存在不小的差距1.1.4通信网的业务及网络分类未来通信网提供的业务应呈现以下特征：移动性，包括终端移动性、个人移动性带宽按需分配多媒体性交互性按通信的业务类型进行分类，即业务网有：固定电话通信网、移动电话通信网、传真通信网、数据通信网、计算机通信网、广播电视网、多媒体通信网和综合业务数字网等。按通信的传输媒介进行分类：电缆通信网、光缆通信网、微波通信网、卫星通信网等。按通信传输处理信号的形式进行分类：模拟通信网和数字通信网等。按通信服务的范围进行分类：本地通信网、长途通信网和国际通信网或局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）等。按通信服务的对象进行分类：公用通信网、专用通信网等。按通信的活动方式分：固定通信网和移动通信网等。1.1.4通信网的业务及网络分类2.通信网的分类第一章通信网概述1.1通信网的概念1.2通信网组网结构1.3通信网的质量要求1.4通信网的发展趋势1.2通信网组网结构在通信网的规划、设计、建设及优化过程中，需要对网内的各节点（或网元）进行合理的配置和连接，以实现可靠、迅速、高质及经济的现代通信网，也就是要对网络进行合理的组网。组网结构一般用网络拓扑结构描述，所谓拓扑结构是指构成通信网的节点之间的互连方式。基本组网结构非基本组网结构通信网组网结构1.2.1基本组网结构形式1.网状网（点点相连制）ABCDE)1(21