网络技术与应用-ch2-4-216
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2.5 Gbit/s 10 Gbit/s
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
38
例题（2010年软考网络工程师试题）： 同步数字系列（SDH）是光纤信道复用标准，其中 最常用的STM-1(OC-3)据速率是 （15） ，STM4(OC-12)的数据速率是 （16） 。 （15）A．155.520Mb/s B．622.080Mb/s
计算机网络原理课程
第2章 数据通信基础
教学提示
教学目的
理解信息比特在传输媒体上和结点之间移动的过程，熟悉 数据通信网的技术原理和标准
重要知识点
编码和复用 分组交换 接入网
学习方法
理解概念，关注重点
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
2
第2章：内容提要
2.1数据通信基础知识 2.2传输媒体 2.3编码和复用 2.4交换技术 2.5数字传输技术 2.6接入网 2.7物理层概述 2.8小结
OC-18/STS-18
OC-24/STS-24
OC-36/STS-36
OC-48/STS-48
OC-96/STS-96
OC-192/STS-192
ITU-T符号
STM-1 STM-3 STM-4
STM-6
STM-8
STM-12
STM-16
STM-32
STM-64
线路速率的近似值 155 Mbps 622 Mbps
标准模拟电话信号的频带被限制在 300~3400 Hz 的 范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率仍然 超过 1 MHz。
ADSL 技术就把 0~4 kHz 低端频谱留给传统电话使 用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网 使用。
DSL 就是数字用户线(Digital Subscriber Line)的缩写
三种交换方式及其比较
三个阶段
第2章 数字通信基础
存储转发
计算机网络：原理与实践
划分分组
29
第2章：内容提要
2.1数据通信基础知识 2.2传输媒体 2.3编码和复用 2.4交换技术 2.5数字传输技术 2.6接入网 2.7物理层概述 2.8小结
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
30
PCM及其复用
SDH是支撑全球IP网络海量数据分组远程 传输的关键技术
SONET OC级/STS级与SDH STM级
线路速率(Mbps) 51.840 155.520 466.560 622.080
933.120
1244.160
1866.240
2488.320
4976.640
9953.280
SONET符号 OC-1/STS-1 OC-3/STS-3 OC-9/STS-9 OC-12/STS-12
分组交换的主要特点
在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固 定长度的数据段。
报文
11010001101010101101010111
假定这个报文较长 不便于传输
添加首部构成分组
每一个数据段前面添加上首部构成分组。
报文
分数组 1 据
数据
数据
首部
分组 2
首部
分组 3
首部
请注意：现在左边是“前面”
分组交换的传输单元
当需要有更高的数据率时，可采用复用的方法。
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
33
E1时分复用帧的构成
每时隙8 bit，32路共用256 bit，每秒传送8000个帧， PCM E1一次群的数据率就是2.048 Mbps 可再次复用，支持传输更高的数据率 北美使用的T1系统共有24路，速率1.544 Mbps
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
3
电路交换的主要特点
两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起 来。
更多的电话机互相连通
5 部电话机两两相连，需 10 对电线。
N 部电话机两两相连，需 N(N – 1)/2 对电线。 当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线 对的数量与电话机数的平方成正比。
分组
发 送
首部 发送 在前
数据
首部
数据
首部
数据
首部
接收端
数 据 数 据 数 据 11010011101 • • • • • • • • 00101001110
因特网的核心部分
因特网的核心部分是由许多网络和把它们互连起来 的路由器组成，而主机处在因特网的边缘部分。 在因特网核心部分的路由器之间一般都用高速链路 相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分则通 常以相对较低速率的链路相连接。 主机的用途是为用户进行信息处理的，并且可以和 其他主机通过网络交换信息。路由器的用途则是用 来转发分组的，即进行分组交换的。
在在路H最在2路由后路由器到由器达A器CH暂目4E暂存的暂存主存机 H5 路由器 查查找查找转找转发转发表发表D表
找找到找到转B到转发转发的发的端的端口端口口
主机
H1
E
A
H1 向 H5 发送分组
H6
H5 C
H3
互联网
路由器
在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。 路由器处理分组的过程是：
把收到的分组先放入缓存（暂时存储）； 查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口 转发； 把分组送到适当的端口转发出去。
主机和路由器的作用不同
主机是为用户进行信息处理的，并向网络发送分组 ，从网络接收分组。 路由器对分组进行存储转发，最后把分组交付目的 主机。
分组交换的优点
高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段 占用。 灵活 以分组为传送单位和查找路由。 迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分 组。 可靠 保证可靠性的网络协议；分布式的路由 选择协议使网络有很好的生存性。
C．2488.320Mb/s D．10Gb/s （16）A．155.520Mb/s B．622.080Mb/s
C．2488.320Mb/s D．10Gb/s
答案：（15）A，（16）B
第2章：内容提要
2.1数据通信基础知识 2.2传输媒体 2.3编码和复用 2.4交换技术 2.5数字传输技术 2.6接入网 2.7物理层概述 2.8小结
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
34
旧的数字传输系统存在着许多缺点
最主要的是以下两个方面： 速率标准不统一。
如果不对高次群的数字传输速率进行标准化，国际范围 的高速数据传输就很难实现。
不是同步传输。
在过去相当长的时间，为了节约经费，各国的数字网主 要是采用准同步方式。
同步光纤网 SONET
收到分组后剥去首部
接收端收到分组后剥去首部还原成报文。
分组 1
首部 数 据
分组 2
首部 数 据
分组 3
首部 数 据
收到的数据
最后还原成原来的报文
最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的 报文。
报文
11数01据0001数101据010数101据101010111
这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错 ，在转发时也没有被丢弃。
脉码调制PCM 技术
脉码调制 PCM 体制最初是 为了在电话局之间的中继线 上传送多路的电话。
将模拟信号转变为数字 信号，PCM先要对该模 拟信号进行采样
采样定理：
该采样频率不能低于信 号最高频率的2倍
电话信号的例子
最高频率为3.4 kHz，采 样频率 ≥ 6.8 kHz，采样 的标准定为8 kHz，即采 样周期为125 s
同步数字系列 SDH
ITU-T 以美国标准 SONET 为基础，制订出国际标 准同步数字系列 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)。
一般可认为 SDH 与 SONET 是同义词。
SDH 的基本速率为 155.52 Mb/s，称为第 1 级同步 传递模块 (Synchronous Transfer Module)，即 STM-1 ，相当于 SONET 体系中的 OC-3 速率。更高等级是 用N个STM-1复用组成STM-N
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
40
住宅接入：点对点接入
经调制解调器拨号 最高达56Kbps直接接入到路由器(经常较少) 不能同时上网和打电话：不能“总是在线”
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
41
ADSL 技术
ADSL 技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户 线进行改造，使它能够承载宽带业务。
电路交换的特点
电路交换必定是面向连接的。 电路交换的三个阶段：
建立连接 通信 释放连接
电路交换举例
A 和 B 通话经过四个交换机 通话在 A 到 B 的连接上进行
A
交换机 C
用户线
电信网
交换机 D
交换机 E
中继线
交换机 F
B
用户线
分组交换(packet switching)的出现
电话网是为电话通信设计的。电路交换的电话网很 适合于电话通信。 但计算机数据具有很大的突发性。使用电路交换会 导致网络资源严重浪费。 计算机逐渐增多，连网的需求日益迫切，计算机网 络需要使用更加有效的连网技术。 这就导致分组交换的问世。
分组交换网以“分组”作为数据传输单元。 依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左 边）。
分组 1
首部 数 据
分组 2
首部 数 据
分组 3
首部 数 据
分组首部的重要性
每一个分组的首部都含有地址等控制信息。 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的 首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点 交换机。 用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最 终目的地。
。
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
42
ADSL 的特点
上行和下行带宽做成不对称的。 上行指从用户到 ISP，而下行指从 ISP 到用户。 ADSL 在用户线（铜线）的两端各安装一个 ADSL 调 制解调器。 我国目前采用的方案是离散多音调 DMT (Discrete Multi-Tone)调制技术。这里的“多音调”就是“多载波 ”或“多子信道”的意思。
DMT 技术
DMT 调制技术采用频分复用的方法，把 40 kHz 以上一 直到 1.1 MHz 的高端频谱划分为许多的子信道，其中 25 个子信道用于上行信道，而 249 个子信道用于下行 信道。 每个子信道占据 4 kHz 带宽（严格讲是 4.3125 kHz）， 并使用不同的载波（即不同的音调）进行数字调制。 这种做法相当于在一对用户线上使用许多小的调制解 调器并行地传送数据。
分组交换
在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块 每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包） 依次把各分组发送到接收端 接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文
Hale Waihona Puke Baidu报文
11010011101 • • • • • • • • 00101001110
发送端
数据
首部
分组
发 送
数 据 首部
分组
发 送
数据
网络核心部分 H2 路由器 网络
主机
H1
H4 H6
H5
H3
网络核心部分
路由器 H2 B D
H4 H6
主机 A H1
发送的 分组 H3
E
C
H5
分组交换网的示意图
H2 路由器
B 主机
H1 A
H3
H4 D
注意分组路径的变化！
H6
E
H2 向 H6 发送分组
C
H5
H1 向 H5 发送分组
互联网
注意分组的存储转发过程
使用交换机
当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完 成全网的交换任务。
交换机
交换机提高电话网性价比
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
7
“交换”的含义
在这里，“交换”(switching)的含义就是转接 ——把一条电话线转接到另一条电话线，使它 们连通起来。 从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按 照某种方式动态地分配传输线路的资源。
美国推出同步光纤网 SONET (Synchronous Optical Network) 的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟 第 1 级同步传送信号 STS-1 (Synchronous Transport Signal)的传输速率是 51.84 Mb/s。 光信号则称为第 1 级光载波 OC-1，OC 表示Optical Carrier。
分组交换带来的问题
分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造 成一定的时延。 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制 信息）也造成了一定的开销。
存储转发原理 并非完全新的概念
在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用了基于存 储转发原理的报文交换(message switching)。 报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等 。现在报文交换已经很少有人使用了。
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
31
PCM基本原理：举例
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
32
由于历史上的原因，PCM 有两个互不兼容的国际标 准，即北美的 24 路 PCM（简称为 T1）和欧洲的 30 路 PCM（简称为 E1）。我国采用的是欧洲的 E1 标 准。
E1 的速率是 2.048 Mb/s，而 T1 的速率是 1.544 Mb/s
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
38
例题（2010年软考网络工程师试题）： 同步数字系列（SDH）是光纤信道复用标准，其中 最常用的STM-1(OC-3)据速率是 （15） ，STM4(OC-12)的数据速率是 （16） 。 （15）A．155.520Mb/s B．622.080Mb/s
计算机网络原理课程
第2章 数据通信基础
教学提示
教学目的
理解信息比特在传输媒体上和结点之间移动的过程，熟悉 数据通信网的技术原理和标准
重要知识点
编码和复用 分组交换 接入网
学习方法
理解概念，关注重点
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
2
第2章：内容提要
2.1数据通信基础知识 2.2传输媒体 2.3编码和复用 2.4交换技术 2.5数字传输技术 2.6接入网 2.7物理层概述 2.8小结
OC-18/STS-18
OC-24/STS-24
OC-36/STS-36
OC-48/STS-48
OC-96/STS-96
OC-192/STS-192
ITU-T符号
STM-1 STM-3 STM-4
STM-6
STM-8
STM-12
STM-16
STM-32
STM-64
线路速率的近似值 155 Mbps 622 Mbps
标准模拟电话信号的频带被限制在 300~3400 Hz 的 范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率仍然 超过 1 MHz。
ADSL 技术就把 0~4 kHz 低端频谱留给传统电话使 用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网 使用。
DSL 就是数字用户线(Digital Subscriber Line)的缩写
三种交换方式及其比较
三个阶段
第2章 数字通信基础
存储转发
计算机网络：原理与实践
划分分组
29
第2章：内容提要
2.1数据通信基础知识 2.2传输媒体 2.3编码和复用 2.4交换技术 2.5数字传输技术 2.6接入网 2.7物理层概述 2.8小结
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
30
PCM及其复用
SDH是支撑全球IP网络海量数据分组远程 传输的关键技术
SONET OC级/STS级与SDH STM级
线路速率(Mbps) 51.840 155.520 466.560 622.080
933.120
1244.160
1866.240
2488.320
4976.640
9953.280
SONET符号 OC-1/STS-1 OC-3/STS-3 OC-9/STS-9 OC-12/STS-12
分组交换的主要特点
在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固 定长度的数据段。
报文
11010001101010101101010111
假定这个报文较长 不便于传输
添加首部构成分组
每一个数据段前面添加上首部构成分组。
报文
分数组 1 据
数据
数据
首部
分组 2
首部
分组 3
首部
请注意：现在左边是“前面”
分组交换的传输单元
当需要有更高的数据率时，可采用复用的方法。
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
33
E1时分复用帧的构成
每时隙8 bit，32路共用256 bit，每秒传送8000个帧， PCM E1一次群的数据率就是2.048 Mbps 可再次复用，支持传输更高的数据率 北美使用的T1系统共有24路，速率1.544 Mbps
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
3
电路交换的主要特点
两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起 来。
更多的电话机互相连通
5 部电话机两两相连，需 10 对电线。
N 部电话机两两相连，需 N(N – 1)/2 对电线。 当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线 对的数量与电话机数的平方成正比。
分组
发 送
首部 发送 在前
数据
首部
数据
首部
数据
首部
接收端
数 据 数 据 数 据 11010011101 • • • • • • • • 00101001110
因特网的核心部分
因特网的核心部分是由许多网络和把它们互连起来 的路由器组成，而主机处在因特网的边缘部分。 在因特网核心部分的路由器之间一般都用高速链路 相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分则通 常以相对较低速率的链路相连接。 主机的用途是为用户进行信息处理的，并且可以和 其他主机通过网络交换信息。路由器的用途则是用 来转发分组的，即进行分组交换的。
在在路H最在2路由后路由器到由器达A器CH暂目4E暂存的暂存主存机 H5 路由器 查查找查找转找转发转发表发表D表
找找到找到转B到转发转发的发的端的端口端口口
主机
H1
E
A
H1 向 H5 发送分组
H6
H5 C
H3
互联网
路由器
在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。 路由器处理分组的过程是：
把收到的分组先放入缓存（暂时存储）； 查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口 转发； 把分组送到适当的端口转发出去。
主机和路由器的作用不同
主机是为用户进行信息处理的，并向网络发送分组 ，从网络接收分组。 路由器对分组进行存储转发，最后把分组交付目的 主机。
分组交换的优点
高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段 占用。 灵活 以分组为传送单位和查找路由。 迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分 组。 可靠 保证可靠性的网络协议；分布式的路由 选择协议使网络有很好的生存性。
C．2488.320Mb/s D．10Gb/s （16）A．155.520Mb/s B．622.080Mb/s
C．2488.320Mb/s D．10Gb/s
答案：（15）A，（16）B
第2章：内容提要
2.1数据通信基础知识 2.2传输媒体 2.3编码和复用 2.4交换技术 2.5数字传输技术 2.6接入网 2.7物理层概述 2.8小结
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
34
旧的数字传输系统存在着许多缺点
最主要的是以下两个方面： 速率标准不统一。
如果不对高次群的数字传输速率进行标准化，国际范围 的高速数据传输就很难实现。
不是同步传输。
在过去相当长的时间，为了节约经费，各国的数字网主 要是采用准同步方式。
同步光纤网 SONET
收到分组后剥去首部
接收端收到分组后剥去首部还原成报文。
分组 1
首部 数 据
分组 2
首部 数 据
分组 3
首部 数 据
收到的数据
最后还原成原来的报文
最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的 报文。
报文
11数01据0001数101据010数101据101010111
这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错 ，在转发时也没有被丢弃。
脉码调制PCM 技术
脉码调制 PCM 体制最初是 为了在电话局之间的中继线 上传送多路的电话。
将模拟信号转变为数字 信号，PCM先要对该模 拟信号进行采样
采样定理：
该采样频率不能低于信 号最高频率的2倍
电话信号的例子
最高频率为3.4 kHz，采 样频率 ≥ 6.8 kHz，采样 的标准定为8 kHz，即采 样周期为125 s
同步数字系列 SDH
ITU-T 以美国标准 SONET 为基础，制订出国际标 准同步数字系列 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)。
一般可认为 SDH 与 SONET 是同义词。
SDH 的基本速率为 155.52 Mb/s，称为第 1 级同步 传递模块 (Synchronous Transfer Module)，即 STM-1 ，相当于 SONET 体系中的 OC-3 速率。更高等级是 用N个STM-1复用组成STM-N
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
40
住宅接入：点对点接入
经调制解调器拨号 最高达56Kbps直接接入到路由器(经常较少) 不能同时上网和打电话：不能“总是在线”
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
41
ADSL 技术
ADSL 技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户 线进行改造，使它能够承载宽带业务。
电路交换的特点
电路交换必定是面向连接的。 电路交换的三个阶段：
建立连接 通信 释放连接
电路交换举例
A 和 B 通话经过四个交换机 通话在 A 到 B 的连接上进行
A
交换机 C
用户线
电信网
交换机 D
交换机 E
中继线
交换机 F
B
用户线
分组交换(packet switching)的出现
电话网是为电话通信设计的。电路交换的电话网很 适合于电话通信。 但计算机数据具有很大的突发性。使用电路交换会 导致网络资源严重浪费。 计算机逐渐增多，连网的需求日益迫切，计算机网 络需要使用更加有效的连网技术。 这就导致分组交换的问世。
分组交换网以“分组”作为数据传输单元。 依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左 边）。
分组 1
首部 数 据
分组 2
首部 数 据
分组 3
首部 数 据
分组首部的重要性
每一个分组的首部都含有地址等控制信息。 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的 首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点 交换机。 用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最 终目的地。
。
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
42
ADSL 的特点
上行和下行带宽做成不对称的。 上行指从用户到 ISP，而下行指从 ISP 到用户。 ADSL 在用户线（铜线）的两端各安装一个 ADSL 调 制解调器。 我国目前采用的方案是离散多音调 DMT (Discrete Multi-Tone)调制技术。这里的“多音调”就是“多载波 ”或“多子信道”的意思。
DMT 技术
DMT 调制技术采用频分复用的方法，把 40 kHz 以上一 直到 1.1 MHz 的高端频谱划分为许多的子信道，其中 25 个子信道用于上行信道，而 249 个子信道用于下行 信道。 每个子信道占据 4 kHz 带宽（严格讲是 4.3125 kHz）， 并使用不同的载波（即不同的音调）进行数字调制。 这种做法相当于在一对用户线上使用许多小的调制解 调器并行地传送数据。
分组交换
在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块 每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包） 依次把各分组发送到接收端 接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文
Hale Waihona Puke Baidu报文
11010011101 • • • • • • • • 00101001110
发送端
数据
首部
分组
发 送
数 据 首部
分组
发 送
数据
网络核心部分 H2 路由器 网络
主机
H1
H4 H6
H5
H3
网络核心部分
路由器 H2 B D
H4 H6
主机 A H1
发送的 分组 H3
E
C
H5
分组交换网的示意图
H2 路由器
B 主机
H1 A
H3
H4 D
注意分组路径的变化！
H6
E
H2 向 H6 发送分组
C
H5
H1 向 H5 发送分组
互联网
注意分组的存储转发过程
使用交换机
当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完 成全网的交换任务。
交换机
交换机提高电话网性价比
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
7
“交换”的含义
在这里，“交换”(switching)的含义就是转接 ——把一条电话线转接到另一条电话线，使它 们连通起来。 从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按 照某种方式动态地分配传输线路的资源。
美国推出同步光纤网 SONET (Synchronous Optical Network) 的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟 第 1 级同步传送信号 STS-1 (Synchronous Transport Signal)的传输速率是 51.84 Mb/s。 光信号则称为第 1 级光载波 OC-1，OC 表示Optical Carrier。
分组交换带来的问题
分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造 成一定的时延。 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制 信息）也造成了一定的开销。
存储转发原理 并非完全新的概念
在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用了基于存 储转发原理的报文交换(message switching)。 报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等 。现在报文交换已经很少有人使用了。
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
31
PCM基本原理：举例
第2章 数字通信基础
计算机网络：原理与实践
32
由于历史上的原因，PCM 有两个互不兼容的国际标 准，即北美的 24 路 PCM（简称为 T1）和欧洲的 30 路 PCM（简称为 E1）。我国采用的是欧洲的 E1 标 准。
E1 的速率是 2.048 Mb/s，而 T1 的速率是 1.544 Mb/s