数据培训基础教程——第3章 DDN网络技术

第三章 DDN网络技术课程目标●掌握DDN网络的定义和组成●掌握DDN网络的特性●掌握X.50协议的基本原理●掌握数字交叉连接系统的原理●熟悉DDN网络提供的业务及特点3.1 DDN基本原理3.1.1 DDN网络的产生与发展自从计算机广泛使用以来后,随着计算机技术和信息处理技术的发展,人们需要使用分布在不同地点的计算机共同完成一些任务。

这就产生了计算机之间和人与计算机之间远程通信的需求，也就产生了数据通信的需求。

早期的计算机通信主要是主机/终端的模式，许多用户终端经过通信线路或通信网络与一台或若干台主机连通。

用户可共享主机资源，用户之间也互相通信。

以后，这种模式被大量分散但又互连的计算机共同完成某些任务的模式所代替。

这就是客户机/服务器模式。

60年代是数据通信发展的初期，当时的终端没有智能，数据通信是在模拟线路上实现的，传输质量差，噪声干扰大。

70年代出现了低速多分路复用设备和调制解调器。

复用设备提高了线路利用率，调制解调器提高了传输速度。

并实现了用公用电话网实现数据通信。

70年代末期出现了分组交换技术。

分组采用统计复用技术。

大大提高了通信线路的利用率。

在一段时间内，分组交换成了数据通信的主流技术。

但是分组交换有其固有的缺点：技术复杂，处理量大，使得用户传输速率难以进一步提高；存储转发使得网络时延较大，难以开展实时性高的业务。

70年代中期，针对美国已经出现的用户对高速优质专线业务的需要。

A T&T公司采用时分多路复用技术为用户提供点到点的永久性连接的数据电话数字业务电路（Dataphone Digital Service）。

，它是一种为需要传输数据的企业用户而提供的原始数字租用线路业务，它可支持56Kb/s专线业务。

支持该业务的网络被称为数字数据系统（Digital Data System，简称为DDS）。

它就是现在所说的数字数据网（DDN, digital datanetwor k）的前身。

3.1.2 DDN网络的定义和组成1. DDN的定义数字数据网（以下称DDN）是利用数字信道传输数据信号的数据传输网，它的传输媒介除传输设备之外，有光缆、数字微波、卫星信道以及用户端可用的普通电缆和双绞线。

利用数字信道传输数据信号与传统的模拟信道相比，具有传输质量高、速度快、带宽利用率高等一系列优点。

DDN向用户提供高质量的端到端的数字型信道传输业务，产生了很高的社会效益和经济效益。

DDN可以为用户提供永久性和半永久性连接的数据传输信道。

所谓永久性连接的数字数据传输信道是指用户间建立固定连接，传输速率不变的独占带宽电路。

所谓的半永久性连接是指DDN所提供的信道是非交换型的，用户之间的通信通常是固定的，一旦用户提出申请，由网络管理人员，甚至在网络允许的情况下，由用户自己对传输速率、传输目的地与传输路由进行修改，但这种修改并非是经常性的，所以称半永久性交叉连接或半固定交叉连接。

DDN一般不包含交换功能，故信道的转接通过数字交叉连接来实现。

2. DDN网络的组成一个数字数据网主要由四部分组成：（1）本地传输系统，指从终端用户至数字数据网的本地局之间的传输系统，即用户线路，一般采用普通的市话用户线，也可使用电话线上复用的数据设备（DOV）。

（2）交叉连接和复用系统，复用是将低于64 kb/s的多个用户的数据流按时分复用的原理复合成64 kb/s的集合数据信号，通常称之为零次群信号（DS0），然后再将多个DS0信号按数字通信系统的体系结构进一步复用成一次群即2.048 Mb/s或更高次信号。

交叉连接是将符合一定格式的用户数据信号与零次群复用器的输入或者将一个复用器的输出与另一复用器的输入交叉连接起来，实现半永久性的固定连接，如何交叉由网管中心的操作人员实施；（3）局间传输及同步时钟系统，局间传输多数采用已有的数字信道来实现。

在一个DDN网内各节点必须保持时钟同步极为重要。

通常采用数字通信网的全网同步时钟系统，例如采用铯原子钟，其精度可达n×10-12，下接若干个铷钟，其精度应与母钟一致。

也可采用多用多卫星覆盖的全球定位系统（GPS）来实施；（4）网络管理系统，无论是全国骨干网，还是一个地区网应设网络管理中心，对网上的传输通道，用户参数的增删改、监测、维护与调度实行集中管理。

DDN从地域上可以分为一级干线网（又称省间干线网或国家骨干网）、二级干线网（又称为省内干线网）和本地网。

图3.1是一个数字数据传输系统的主要组成框图，它主要包含下列几个部分：本地传输系统复用及交叉连接系统局间传输系统同步定时系统(1)本地传输系统这是指从用户端至本地局之间的数据传输子系统，即通常所称的用户环路传输系统。

由用户端设备、用户环路（包括用户线和用户接入单元）组成。

用户设备通常是数据终端设备（DTE）、计算机以及用户自选的其他用户终端设备。

用户线，以前大都采用双绞电缆线对来提供双工传输，目前随着用户对线路的稳定性及带宽的要求，光纤到户也日渐普遍。

由图3.1中看出，在用户环路的一端是位于用户终图3.1 数字数据传输系统端处的数据电路终结设备，图中记作DSU（数据业务单元）。

它是用户终端与用户线路之间的接口设备，完成数据信息的格式化，线路信号的形成、发送和接收，定时信号的提取与形成，以及各项接口控制功能等；在用户端把原始信号转换成能在一定距离的用户线上传输的信号方式，并且可多路复用。

若是模拟用户线，DSU通常是调制解调器，若是数字用户线（光纤），DSU通常是数字集中器。

在用户环路的另一端是位于本地接入局局内用户线路终接设备，由图3.1中记作OCU（局内信道单元），以及它的公共控制部分（OCU COM）。

OCU完成与用户电路的接口，发送与接收线路信号，OCU COM 完成用户线路信号与局内信号的相互转换。

为了便于转换，不论用户线路的数据传输率为2400bit/s、4800bit/s、9600bit/s、48Kbit/s还是56Kbit/s，在局内通过OCU COM 后统计转换成为 64Kbit/S的通用信号，一般我们称这样形成的64Kbit/s 信号为通用DS O信号，然后经过交叉连接设备单元X-CONN连接到复用器DS0-MUX的入口，或者相互间进行交叉连接，或者通过多点连接单元MJU进行一点对多点的分支连接。

(2)时分复用及交叉连接系统复用技术及复用技术分类。

不同介质的传输能力是不同的。

在数据通信中，经常出现下列情况：传输介质的传输能力超过了使用这个介质进行通信的计算机的需要，如计算机要求10Mbps的数据传送速率，但传输介质提供了100Mbps的传输能力。

另一方面，传输介质的价格和安装费用是比较昂贵和复杂的，特别是在长途传输时。

因此我们要采取某种方式使多个通信设备共享一个通信介质。

多路复用技术就是一种允许多个设备共享一条传输介质的技术。

它通过一条传输介质同时传输多路信号，从而提高传输介质的使用效率。

多路复用技术通常分为两类：频分多路复用FDM（frequency division multiplexing）、时分多路复用TDM（Time division multiplexing）。

其中TDM又分为两种：STM和ATM。

随着光纤通信技术的发展，目前又出现了主要应用于光纤的多路复用技术：WDM和DWDM。

实现多路复用的设备称为多路复用器（MUX），在发送端称为MUX，在接收端称为DEMUX，如图3.2所示图3.2 多路复用器（MUX）f1,频率上限；图3.3 频分多路复用频分多路复用FDM频分复用使用不同的频率实现在1条介质上同时传输多路信号。

如我们的CATV系统，在一根同轴电缆上，可同时传播多路电视信号。

只要通信的设备使用不同的频率，而且这些频率不重叠，每个频率都可以被看作是一个独立的通信信道。

如图3.3所示时分多路复用TDM时分多路复用是将传输介质的传输能力或传输速率按时间划分成时间片（简称时隙），把每个时间片固定地分给需要通信的设备，这样利用时间上的交叉，就可以在一条传输介质上传输多路信号了。

图3.4表示了它的工作原理。

图3.4 时分多路复用TDM 又可以分为同步时分复用（STM ，Synchronous Time Division multiplexing ）和异步时分复用ATM （Asynchronous Time Division multiplexing ）。

STM 中采用固定时隙分配模式，即每个信道占用固定位址的时隙。

ATM 中采用动态分配时隙的模式，每个信道需要使用通信介质通信时，竞争使用线路上的时隙。

因为用户通信时，通常不是连续进行信息交换（如打电话，从计算机通信角度看，话音通信时有50％以上的时间是空闲的），固定分配时隙将出现资源浪费，ATM 动态分配时隙（实际上就是网络的资源），可以有效利用线路的资源。

异步时分复用又称为统计时分多路复用，图3.5是统计时分复用的原理示意图。

图3.5 统计时分多路复用（异步时分复用A TM ）在数字数据传输系统中，采用的时分复用技术。

数据信道的时分复用器是分级实现的。

第1级为了便于转换将来自多条用户不同速率的用户信号，经OCU 及OCU COM 统一转换形成64Kbit/s的通用DS0信号，复合成64Kbit/s的0次群集合数据流DS0，称为子速率复用。

第2级是将D0-MUX输出的64Kbit/s的集合数据流DS0信号进一步按24路或32路PCM系统的格式进行时分复用。

图3.1由D1-MUX复用器实现。

D1-MUX指从0次群至1次群的多路时分复用。

1次群TDM信号DS1的速率为 1.544Mbit/s或者2.045Mbit/s；在第2级复用中可以全部为64Kbit/s的DS0数据信号的复用，也可以是部分数据与部分PCM语音信号的复用。

局间传输可以再往高次群复用。

在第一级复用后的DS0信号经交叉连接单元X-CONN连接到第二级复用器入口，或通过多点连接单元MJU进行一点对多点的分支连接。

数字交叉连接系统（DCS）（Digital Cross Connect System）有0次群，1次群和高次群的数字交叉连接设备。

所谓交叉连接设备对0次群来讲指对任一端口的子速率信号与其他端口子速率信号进行可控的连接与再连接的设备，也就是对相同速率的支路经交叉连接矩阵接通的功能。

对1次群来讲是指在2048Kbit/s数字信号复用帧中，以64Kbit/s为单元进行交叉连接。

这种连接是半永久性。

这种数字交叉连接系统使传输系统具有一定的交换功能，可对各个子信道进行全面调度管理。

图3.6表示DDN节点的复用和交叉连接功能。

图3.6 DDN节点的复用和交叉连接功能示意图(3)局间传输系统局间传输包括从本地局至市中心局之间的市内传输，以及不同城市的中心局与中心局之间的长途传输。