现代通信网

一．绪论1.通信网的定义：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。

2.通信网的构成要素：硬件：通信网由终端节点、交换节点、业务节点和传输系统构成，它们完成通信网的基本功能：接入、交换和传输。

软件：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。

3.通信网的基本结构：从功能的角度看，可分为三部分：业务网、传送网、支撑网业务网负责向用户提供各种通信业务；传送网负责按需为交换节点/业务节点之间的互连分配电路，在这些节点之间提供信息的透明传输通道，它还包含相应的管理功能；支撑网分为同步网、信令网、管理网。

4.通信网的交换技术：面向连接型两个通信节点间一次数据交换过程包含三个阶段：连接建立、数据传输和连接释放。

其中连接建立和连接释放阶段传递的是控制信息，用户信息则在数据传输阶段传输。

适用于大批量、可靠的数据传输业务，网络控制机制复杂。

无连接型数据传输前，不需要在源端和目的端之间先建立通信连接，就可以直接通信。

适用于突发性强、数据量少的数据传输业务。

5.网络分层的概念：1>网络分层的原因：可以降低网络设计的复杂度；方便异构网络设备间的互连互通；增强了网络的可升级性；促进了竞争和设备制造商的分工。

2>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：语法:协议的数据格式；语义:包括协调和错误处分组交换 电路交换 数据报 虚电路 帧中继 ATM 连接方式面向连接 无连接 面向连接 面向连接 面向连接 比特率固定 可变 可变 可变 可变 差错控制 不具备 具备 具备 只检错，不纠错 只对控制信息差错控制 信道资源使用方式 静态复用，利用率低 统计复用，利用率高 统计复用，利用率高 统计复用，利用率高 统计复用，利用率高 流量控制 无 较好 好 无 好 实时性 很好 差 较好 好 好 终端间的同步关系要求同步 异步 异步 异步 异步 最佳应用 实时话音业务 小批量，不可靠的数据业务 大批量、可靠的数据业务 局域网互连综合业务理的控制信息；时序:包括同步和顺序控制。

3>对等层：通常将位于不同系统上的对应层实体称为对等层(Peer)，从采用分层结构的网络的观点来看，物理上分离的两个系统之间的通信只能在对等层之间进行。

对等层之间的通信使用相应层协议。

4>接口：接口位于每一对相邻层之间,它定义了层间原语操作和下层为上层提供的服务。

5>网络体系结构：是指其分层结构和相应的协议构成的一个集合。

体系结构的规范说明应包含足够的信息，以指导设计人员用软硬件实现符合协议要求的每一层实体。

6>协议栈：在一个系统上，每一层对应一个协议，这一组协议构成一个协议链，形象地称为协议栈。

6.分层结构中的接口和服务：1>实体实体(Entity)：是指每一层中的主动单元。

第N层实体通常由两部分组成：相邻层间的接口和第N层通信协议。

实体可以是一个软件实体，也可以是一个硬件实体，位于不同系统的同一层中的实体叫做对等层实体。

2>服务只在服务访问点(SAP)处有效，也就是说，第N+1层必须通过第N层的SAP来使用第N层提供的服务。

第N层可以有多个SAP，每个SAP必须有惟一的地址来标识它。

第N层提供的服务则由用户或其他实体可以使用的一个原语集合详细描述。

3>OSI定义了四种原语类型：请求原语(Request)；指示原语(Indication)；响应原语(Response)；证实原语(Confirm)。

4>下层为其上层提供的服务可以分为以下两种类型：面向连接的服务(Connection-oriented)：服务者首先建立连接，然后使用该连接传输服务信息，服务使用完毕，释放连接。

该类服务要用到全部四类原语。

无连接的服务(Connectionless)：使用服务前，无需先建立连接，但每个分组必须携带全局目的地地址，并且每个分组之间完全独立地在网上进行选路发送。

该类服务只使用请求、指示两类原语。

7.OSI和TCP/IP :TCP/IIP：物理层、网络接入层、IP层、运输层、应用层；OSI：物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层。

OSI参考模型分为七层：1至3层称为通信子网，它只负责在网上任意两个节点之间传送信息，而不负责解释信息的具体语义；5至7层称为资源子网，它们负责进行信息的处理，信息的语义解释等；第4层为运输层，它是下三层与上三层之间的隔离层，负责解决高层应用需求与通信子网提供的服务之间的不匹配问题。

8.通信网的服务质量1>服务质量总体要求：可访问性、透明性、可靠性可访问性：网络保证合法用户随时能够快速、有保证地接入到网络以获得信息服务，并在规定的时延内传递信息的能力。

它反映了网络保证有效通信的能力。

透明性：①用户数据通过通信网不会发生变化，不会因为通过通信信息网造成用户信息数据的丢失或篡改，用户信息过网是安全的。

②用户信息数据对网络是透明的，非经批准，用户数据不得采用加密技术，以保证法定的中途截取功能(Lawful Intercept)的实施。

可靠性：是指整个通信网连续、不间断地稳定运行的能力，它通常由组成通信网的各系统、设备、部件等的可靠性来确定。

可靠性指标：失效率、平均故障间隔时间(MTBF)、平均修复时间(MTTR)、系统不可利用度(U)2>电话网的服务质量:接续质量：它反映的是电话网接续用户通话的速度和难易程度，通常用呼损率和接续时延来度量。

传输质量：它反映的是电话网传输话音信号的准确程度，通常用响度、清晰度、逼真度这三个指标来衡量。

稳定性质量：它反映电话网的可靠性，主要指标与上述一般通信网的可靠性指标相同。

3>数据网的服务质量：服务可用性(Service Availability)：服务可用性指用户与网络之间服务连接的可靠性。

传输时延(Delay or Latency)：在两个参考点之间，发送和收到一个分组的时间间隔。

时延变化(Delay Variation)：又称抖动(Jitter)，指沿相同路径传输的同一个业务流中的所有分组传输时延的变化。

吞吐量：指在不丢包的情况下单位时间内通过的数据包数量。

结果以比特/秒或字节/秒表示。

分组丢失率：分组在通过网络传输时允许的最大丢失率，通常分组丢失由于网络拥塞造成。

分组差错率：单位时间内的差错分组与传输的总分组数目的比率。

4>网络的服务性能保障机制：差错控制、拥塞控制、路由选择、流量控制差错控制机制负责将源端和目的地端之间传送的数据所发生的丢失和损坏恢复过来。

通常控制机制包括差错检测和差错校正两部分。

对于电话网，不提供差错控制机制。

对于数据网，提供相应的差错控制机制。

在目前的分组数据网上，主要采用基于帧校验序列FCS的差错检测和发端重发纠错机制实现差错控制。

拥塞控制:拥塞控制的目标是将网络中的数据量控制在一定的水平之下，超过这个水平，网络的性能就会急剧恶化。

在电话网中，拥塞控制只在网络入口处执行。

在分组数据网中均提供了相应的拥塞控制机制。

路由选择:电话通信网，通常采用静态路由技术。

但到任意目的地，除正常路由外，都会配置两、三条迂回路由，以提高可靠性。

采用虚电路方式的分组数据网，情况与电话网类似。

采用数据报方式的分组数据网，一般都支持自适应的路由选择技术。

流量控制:一种使目的端通信实体可以调节源端通信实体发出的数据流量的协议机制，可以调节数据发送的数量和速率。

对于电话通信网，无需提供流量控制机制。

对于分组数据网，必须进行流量控制。

5>在分组数据网中进行流控原因：收发双方工作在异步方式下，源端可能试图以比目的端处理速度更快的速度发送分组。

目的端可能将收到的分组先缓存起来，然后进行转发，此时它可能需要限制进入的流量以便与转发端口的流量相匹配。

常见的流量控制方法：分组交换网中使用的滑动窗口法；在Internet的TCP层实现的可变信用量方法；在ATM中使用的漏桶算法。

二．传送网1. 传输介质1>基本概念：传输介质－－传输信号的物理通信线路。

频谱－－信号包含的频率成分的范围；带宽－－频谱的绝对宽度。

有效带宽－－指包含信号主要能量的那一部分带宽。

例如，话音信号的有效带宽为3100 Hz。

2.多路复用1>基带传输系统：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。

（只有双绞线可以直接传输基带信号）线路设备简单；但传输媒介的带宽利用率不高，不适于在长途线路上使用。

使用范围：在传统电话用户线上或在局域网中使用。

2>频分复用传输系统：指在传输介质上采用FDM技术的系统。

FDM－－将多路信号经过高频载波信号调制在同一介质上传输的复用技术。

3>时分复用传输系统：TDM－－将模拟信号经过PCM(Pulse Code Modulation)调制后变为数字信号，然后进行时分多路复用的技术。

差错率低，安全性好，数字电路的高集成度，更高的带宽利用率。

目前传输体系：准同步数字体系PDH和同步数字体系SDH。

4>波分复用传输系统：指在光纤上采用WDM(Wavelength Division Multiplexing)技术的系统。

WDM－－本质上是光域上的频分复用(FDM)技术。

可以充分利用光纤的巨大带宽资源，对数据格式是透明的，即与信号速率及电调制方式无关，有利于网络的扩充和发展。

3.SDH传送网：1>SDH(Synchronous Digital Hierarchy)是ITU-T制定的，独立于设备制造商的NNI间的数字传输体制接口标准(光、电接口)。

主要用于光纤传输系统，通过字节间插的复用方式。

2>STM的帧结构组成：SDH帧结构与PDH一样，以125 μs为帧同步周期，并采用了字节间插、指针、虚容器等关键技术。

SDH系统中的基本传输速率是STM-1(Synchronous Transport Module-1，155.520 Mb/s)，其他高阶信号速率均由STM-1的整数倍构造而成。

例如：STM-4 (4×STM-1=622.080 Mb/s)STM-16 (4×STM-4=2488.320 Mb/s)STM-1由9行、270列字节组成，是以字节为单位的块状结构。

高阶信号均以STM-1为基础，采用字节间插的方式形成,STM-N则由9行、270×N列字节组成。

STM-N帧的传送方式以行为单位，自左向右，自上而下依次发送。

TM帧组成结构：段开销SOH (Section Overhead) ：用于SDH传输网的运行、维护、管理和指配。