第一章通信網概述參見教材第一章提綱通信網與先修課程的關系通信網的類型通信網的分代及演變網絡體系結構2023/7/232通信網基礎通信系統與通信網通信系統點點，含發端機、信道、收端機全雙工系統n用戶n(n-1)半雙工系統n用戶n(n-1)/2單工系統目標：在有效性和可靠性之間到達最佳平衡。2023/7/233通信網基礎交換與通信網交換系統提高傳輸效率，引入轉接、交換設備從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動態地分配傳輸線路的資源。

…

交換機2023/7/234通信網基礎各種網絡結構網狀網星形網復合型網絡環形網……2023/7/235通信網基礎通信網的組成部件通信系統的部件是網的部件交換系統是網的部件硬件：終端，信道，路由、交換設備軟件：信令，協議，標準2023/7/236通信網基礎通信網要達到的目標轉接的任意性與快速性——網的基本要求可靠性：不可靠，常故障——不可用；絕對可靠——不存在信道的透明性：所有信息均可在網中傳遞，對用戶不提太多的要求質量的一致性：通信質量指標——得有一致性指標網的可發展性（靈活性）：允許新用戶，新業務入網及網間互聯經濟的合理性2023/7/237通信網基礎提綱通信網與先修課程的關系通信網的類型通信網的分代及演變網絡體系結構2023/7/238通信網基礎通信網的類型早期的公用通信網僅包括電話網和電報網，隨著通信技術的發展，通信網的類型以及通信網向公眾提供的通信業務的類型不斷增加，服務質量不斷提高。劃分方法很多，很亂。通信業務劃分：電話網、數據網、有線電視網通信范圍劃分：公用網、局部網、專用網信號形式劃分：模擬網、數字網、綜合網信道劃分：有線網、無線網、移動網2023/7/239通信網基礎通信網的劃分根據網絡功能從水平方向劃分：用戶駐地網CPN、接入網AN和核心網CN。2023/7/2310通信網基礎通信網的劃分根據網絡功能從垂直方向劃分：業務網、傳送網和支撐網（ITU-T網絡分層的概念）2023/7/2311通信網基礎業務網，傳送網和支撐網業務網是指向公眾提供電信業務的網絡，包括固定電話網、移動電話網、互聯網、IP電話網、數據通信網、智能網、窄帶綜合業務數字網（N-ISDN）、寬帶綜合業務數字網（B-ISDN）等。傳送網是指數字信號傳送網，包括骨干傳送網和接入網。支撐網包括信令網、數字同步網和電信管理網。2023/7/2312通信網基礎2023/7/2313通信網基礎三大業務網電信部門：話音、數據廣電部門：同軸入戶（700M），但單向互聯網：發展活躍文字、數據、圖像、話音問題：速度瓶頸，實時性差三網競爭：域名，IP地址2023/7/2314通信網基礎提綱通信網與先修課程的關系通信網的類型通信網的分代及演變網絡體系結構2023/7/2315通信網基礎通信網的分代及演變按通信網的核心技術分代：第一代通信網的核心技術：模擬通信技術。第二代通信網的核心技術：基于TDM電路交換的數字通信技術。第三代通信網的核心技術：基于IP的分組交換的數字通信技術。2023/7/2316通信網基礎第一代通信網以模擬通信技術為核心技術的通信網，通信網中的全部設備都是采用模擬通信技術來設計、制造的。這一代通信網的業務種類簡單(電話、電報)，業務的全程全網是模擬信息的處理。電信業務是采用面向連接的工作方式，為每一對用戶連接提供的資源都是獨占的(一個頻段和一組交換觸點)，從而可保證電信業務的服務質量。推動第一代向第二代發展的動力，來自對提高業務質量的要求，特別是對提高長途電話質量的要求。在技術上，“納奎斯特”定理證明了可以從兩倍于模擬頻率的抽象中完全無失真地恢復原模擬信號，奠定了數字通信的基礎。半導體技術的發展使數字通信技術的應用成為可能，于是第二代通信網蓬勃發展起來。2023/7/2317通信網基礎第二代通信網基于TDM電路交換數字通信技術的通信網，通信網中的全部設備都是采用基于TDM電路交換的數字通信技術來設計、制造的。第二代通信網中，終端設備仍采用模擬終端第二代通信網的業務種類簡單(電話、電報、用戶電報)，業務的全程全網除了用戶環路外，全部采用基于TDM的數字通信技術，業務是面向連接的業務，每一對用戶間的連接資源在通信的全過程中均是獨占的(一個或多個時隙)，以保證電信業務的服務質量。2023/7/2318通信網基礎第二代通信網從第一代到第二代通信網，通信技術由模擬通信技術轉向數字通信技術，發生了革命性的變化，實現了更新換代。由于第二代通信網的業務(電話、電報)類型和業務的工作方式(面向連接，資源獨占)都沒有發生變化，特別是用戶環路與終端設備沒有發生改變(仍為模擬工作方式)，因而過渡進展得很順利，我國僅用數年就完成了全部通信網的數字化工程，建成了第二代通信網。2023/7/2319通信網基礎第三代通信網（NGN）基于IP的分組交換通信網，通信網中的全部設備都是用IP分組的數字通信技術來設計、制造的。第三代通信網中的所有設備均是用于產生、存儲、交換、傳輸數字化電信信息，實現電信信息的通信設備。下一代通信網這個概念并不是現在才有的，而是在上世紀80年代末、90年代初就已經提出來了。電信專家為此作出了不屈不撓的努力，在摸索中不斷前進。經過10余年的研究和實踐，認識到基于IP分組的數字通信技術才是第三代通信網的核心技術。2023/7/2320通信網基礎現階段網絡特點現階段通信網處于二代到三代過渡末期，以基于IP的分組交換的數字通信技術為主，尚有部分基于TDM的電路交換方式業務網絡，目標是統一的多業務承載網。從業務上看，它應支持語音、數據、視頻和多媒體業務。從網絡層面上看，在垂直方向它應包括業務層、傳送層等不同層面，在水平方向它應覆蓋核心網和邊緣網。2023/7/2321通信網基礎ITU-T定義的“NGN”實際是一把幾乎可以覆蓋所有通信網絡領域的大傘。2023/7/2322通信網基礎下一代傳送網傳送網作為傳送層面，為NGN業務提供承載，根據業務對于傳送層面的需求來提出對傳送網的要求。其主要特征有以下幾個方面:

（1）高速率、大容量（2）多業務能力（3）傳送網的智能化2023/7/2323通信網基礎下一代交換網下一代交換網業務提供和呼叫控制分開；呼叫控制和承載連接分開；開放的接口，便于第三方提供業務。

2023/7/2324通信網基礎下一代互聯網下一代互聯網具有比當前的互聯網更大、更快、更安全、更及時和更方便的特征，IPv6技術是實現這些特征的主要技術之一。IPv6將地址空間從IPv4的32位改變為128位，并提高網絡的可管理性、安全性、可移動性、QoS能力等。

擁有足夠的IP地址資源。

具有足夠寬的帶寬，傳輸速度達到2.5Gbit/s到

10Gbit/s。

具有較好的安全性能。

拓寬了業務的應用范圍2023/7/2325通信網基礎下一代移動網UMTS的網絡結構主要由3部分組成，即無線接入網、Iu接口和核心網。2023/7/2326通信網基礎提綱通信網與先修課程的關系通信網的類型通信網的分代及演變網絡體系結構協議OSI參考模型TCP/IP協議模型通信網的分層2023/7/2327通信網基礎網絡協議的概念協議是用來描述進程之間信息交換過程的術語，是通信雙方為了實現通信所進行的約定或對話規則協議由語義、語法和定時三部分組成語義：規定通信雙方彼此“講什么”，即確定協議元素的類型，如規定通信雙方要發出什么控制信號，執行的動作和返回的應答語法：規定通信雙方彼此“如何講”，即確定協議元素的格式，如數據和控制信息的格式定時關系：規定事件執行的順序，即確定通信過程中通信狀態的變化2023/7/2328通信網基礎層次性的協議網絡是非常復雜的！存在許多異質性“部分”：hostsrouterslinksofvariousmediaapplicationsprotocolshardware,software問題：有什么方法能合理的組織網絡的結構？2023/7/2329通信網基礎網絡體系結構中每一層都要依靠下一層提供的服務。為了提供服務，下層把上層的PDU作為本層的數據封裝，然后加入本層的頭部（和尾部）。頭部中含有完成數據傳輸所需的控制信息。數據自上而下遞交的過程實際上就是不斷封裝的過程。到達目的地后自下而上遞交的過程就是不斷拆封的過程。由此可知，在物理線路上傳輸的數據，其外面實際上被包封了多層“信封”。2023/7/2330通信網基礎數據

段頭數據

段頭數據網絡頭幀頭

段頭數據網絡頭幀尾數據段數據包幀比特電脈沖011101000011000010100101111010110數據多層封裝封裝拆封2023/7/2331通信網基礎提綱通信網的組成通信網的類型通信網的分代及演變網絡體系結構協議OSI參考模型TCP/IP協議模型通信網的分層2023/7/2332通信網基礎ISO/OSI參考模型應用層表示層會話層傳輸層網絡層鏈路層物理層應用層表示層會話層傳輸層網絡層鏈路層物理層接收信息的進程發送信息的進程數據流的物理傳輸層間的邏輯通信每一層執行功能并將信息送往下一層每一層執行功能并將信息送往上一層2023/7/2333通信網基礎物理層完成相鄰節點之間原始比特流的傳輸通過執行建立物理連接和數據傳輸等功能向數據鏈路層提供服務物理層的設計主要涉及物理層接口的機械、電氣、功能和過程特性，以及物理層接口連接的傳輸介質等問題物理層由兩個主要部分組成：傳輸媒體和連接策略。典型的傳輸媒體有雙絞線、同軸電纜、光纖、衛星、微波塔和無線電波。連接策略共有三種形式：電路交換、報文交換和分組交換2023/7/2334通信網基礎數據鏈路層鏈路和數據鏈路鏈路：是一條無源的點到點的物理線路數據鏈路：物理線路和控制傳輸的協議，也成為邏輯鏈路當采用復用技術時，一條鏈路上可以有多條數據鏈路數據鏈路層最重要的作用就是通過數據鏈路層協議，在不太可靠的物理鏈路上實現可靠的數據傳輸2023/7/2335通信網基礎鏈路與數據鏈路鏈路控制節點交換機鏈路控制節點交換機數據鏈路ModemModem鏈路數據傳輸2023/7/2336通信網基礎數據鏈路層的功能鏈路管理：數據鏈路的建立、維持和釋放幀同步：收方能從收到的比特流中區分一幀的開始和結束流量控制：發送數據的速率必須使收方來得及接收差錯控制：以幀為單位檢錯重發將數據和控制信息分開：使收方區分同一幀中的數據和控制信息透明傳輸：傳輸與數據的內容無關尋址：在多點連接的情況下，保證每一幀都能送到正確的地址；收方也應知道發方是哪個站2023/7/2337通信網基礎網絡層網絡層為傳輸層提供建立端對端通信的功能。它讓傳輸層可以專注于自己的工作，而不必關心兩站點間來回傳送信息的具體細節網絡層包含在兩點間尋找最佳路徑的算法網絡層協議規定了網絡節點和虛擬線路的一種標準接口，完成虛擬線路的建立、拆除和通信管理網絡層一般給傳輸層提供兩種類型的接口：虛電路和數據報2023/7/2338通信網基礎虛電路和數據報虛電路服務：虛電路是網絡內一對站點之間的邏輯連接；虛電路可分為呼叫虛電路和永久虛電路虛電路類似于電話撥號呼叫和半永久連接數據報服務：報文采取存儲-轉發傳輸方式采用數據報服務時，通信子網不負責錯誤處理，主機傳輸層必須具有差錯檢測和恢復功能虛電路是面向連接的服務，數據報是面向無連接的服務2023/7/2339通信網基礎傳輸層傳輸層處于網絡高層和低層之間，依靠下面的三個層次控制實際的網絡操作。通過檢測網絡層發生的差錯并加以補償，為會話層提供可靠的傳輸服務傳輸層提供可靠有效的網絡連接，從而允許上面的三個層次不受實際網絡結構約束地執行各自的任務傳輸層向會話層提供尋址和多路復用以及流量控制服務傳輸層的提供的服務也分為面向連接和面向無連接的傳輸服務2023/7/2340通信網基礎傳輸層的多路復用向下多路復用：把單個連接分割連接到多個網絡層連接實現多路復用，改善了網絡的吞吐量向上多路復用：把多個連接復合到一個網絡層實現多路復用。當用戶需要一個持續的網絡連接，但又無法承擔費用時，這一方法非常有用網絡傳輸層網絡傳輸層網絡節點傳輸用戶數據傳輸2023/7/2341通信網基礎會話層會話層包括在兩個端用戶間建立和保持一個連接或會話所必需的協議一個傳輸連接一次只為一個會話服務。第二次會話必須等待第一次會話結束后才能使用運輸連接如果傳輸連接由于一個網絡故障而中斷，會話層將請求另一個傳輸連接，從而使會話不至于被中斷傳輸層與會話層之間的差別如圖所示2023/7/2342通信網基礎表示層數據變換把應用層送入的字符變換為相應的代碼數據格式化把輸入的數據按照一定的格式加以組織和改變語法選擇對數據和圖像語法的變換格式的選擇和修改數據壓縮及數據加密2023/7/2343通信網基礎應用層負責兩個應用程序之間的通信，為網絡用戶之間的通信提供專用的服務應用層分為幾種不同的子層和應用元素。包括公共應用服務元素(CASE)和特定應用服務元素(SASE)CASE為各應用程序提供共同的服務，其本身由聯系控制服務元素、可靠傳輸服務元素、遠程操作服務元素和委托、并發與恢復元素組成SAVE完成某一方面的特定應用，如文件傳輸、訪問和管理、虛擬終端協議、作業傳送與操作、報文處理系統和目錄服務等2023/7/2344通信網基礎總結2023/7/2345通信網基礎關于OSI/RM只要遵循OSI標準，一個系統就可以和位于世界上任何地方的、也遵循這同一標準的其他任何系統進行通信。在市場化方面OSI卻失敗了。OSI的專家們在完成OSI標準時沒有商業驅動力；OSI的協議實現起來過分復雜，且運行效率很低；OSI標準的制定周期太長，因而使得按OSI標準生產的設備無法及時進入市場；OSI的層次劃分并也不太合理，有些功能在多個層次中重復出現。2023/7/2346通信網基礎提綱通信網與先修課程的關系通信網的類型通信網的分代及演變網絡體系結構協議OSI參考模型TCP/IP協議模型2023/7/2347通信網基礎TCP/IP參考模型TCP/IP協議族是在ARPARNET上研究開發成功的。TCP/IP協議族的通信任務組織成四個相對獨立的層次：應用層、運輸層、互連網層、網絡接入層。TCP/IP協議族重點強調應用層、運輸層和互連網層，而對網絡接入層只要求能夠使用某種協議來傳送互連網層的分組。2023/7/2348通信網基礎TCP/IP

四層協議應用層運輸層網際層網絡接口層主機A主機B路由器網絡

2網絡

1應用層運輸層網際層網絡接口層網際層網絡接口層43212023/7/2349通信網基礎沙漏計時器形狀的

TCP/IP協議族HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP網際層網絡接口層運輸層應用層………網絡接口

1網絡接口

2網絡接口

3EverythingoverIPIP

可為各式各樣的應用程序提供服務IPoverEverythingIP

可應用到各式各樣的網絡上2023/7/2350通信網基礎網絡接入層的主要功能是解決與硬件相關的功能，向互連網層提供標準接口。從網絡的角度來講，它是解決在一個網絡中兩個端系統之間傳送數據的問題，以及一個端系統（計算機）和它連接的網絡之間的數據交換。2023/7/2351通信網基礎如果兩臺設備連在兩個不同的網絡上，要使數據穿過多個互連的網絡正確地傳輸，這是互連網層（網際層）要完成的功能。該層采用的協議稱為互連網協議（IP），它提供跨越多個網絡的選路功能和中繼功能。IP解決了網絡互連問題，但它是一個不可靠的傳輸協議。在傳輸過程中可能會出現IP報文的錯誤、丟失和亂序等問題。2023/7/2352通信網基礎TCP為應用程序之間的數據傳輸提供可靠連接，它是面向連接的傳輸控制協議。UDP為應用層提供無連接的盡力（Besteffort）服務，它并不保證一定傳到，也不保證按順序傳輸以及不重復傳送。2023/7/2353通信網基礎