通信网络课程

通信网络系统课程报告一、通信网络系统概述：1.通信系统的基本功能、特征与问题：①基本功能：传送消息（将信息从信源传递到信宿）②特征：方向性（从信源流向信宿）③问题：可靠性（传输过程不丢失、不改变信息）2. 通信网络与基本通信系统的区别和扩展：基本通信系统核心是解决单用户对通信（单工方式、半双工方式、对称双工方式、非对称双工方式）；而当点到点通信向多点、多用户间通信的拓展，就产生并发展着通信网络的概念与系统；通信网络核心问题是解决多点、多用户之间的有效通信。

3.通信网络的系统构成和基本问题：①通信网络的系统构成：终端节点交换节点业务节点传输系统②通信网络的基本问题：通信的基本功能多点之间任意通信可靠性效率经济性拓展性4.通信网的基本拓扑结构：①网形：网内任意两个节点之间均有链路相连；链路数：N(N-1)/2；特征：稳定性好，冗余度大，经济性差。

②星形：网内所有节点均通过辐射节点相连；链路数：N-1；特征：链路效率高，经济性好，稳定性差。

③复合形：网形结构与星形结构的结合；特征：结构优化依用户分布而定。

④总线形：所有节点通过一条公共信道连接；特征：传输链路较少，为避免传输冲突，效率较低。

⑤环形：自愈环结构；特征：稳定性较好。

⑥树形：星形结构的拓展；特征：上下、主从、层次5.通信网的功能结构：完整的通信网，通常可划分为若干功能网：一种划分方法为：业务网、传送网和支撑网；另一种划分方法将传送网归纳到业务网中。

6.传输链路：①传输链路的基本要求：正确性- 高信噪比- 低误码率实时性- 低处理延时大容量- 大带宽，高速率- 信道复用②物理形态分为：有线和无线7.多路复用：①信道复用技术，将多个低速用户在同一宽带介质上进行多路耦合传输，以提高传输能力和传输效率：频分复用（波分复用）（F/WDM）时分复用（TDM）空分复用（SDM）②多路复用与多址接入：二者的工作原理相同，在一个正交空间上区分不同的传输链路。

多路复用强调的是传输链路的区分，不关注用户的区分。

多址接入（Multiple Access）强调的是接入用户的区分，主要在无线通信网络研究领域使用。

- 频分多址（FDMA）- 时分多址（TDMA）- 码分多址（CDMA）8.通信网的服务质量服务质量总体要求：可访问性透明性可靠性总结：通信系统就是要解决信源和信宿之间的信息传递问题，而信息网络系统目的在于解决多用户之间的任意用户间通信问题。

对于通信系统，要涉及到传输链路（物理和逻辑），信源和信道编码、译码，服务质量等；而在通信网络中，则还要涉及到网络拓扑、网络传输协议、网络功能划分，同时为了提高链路利用率还要进行信道的多路复用。

接下来就几个重点问题按照课程顺序进行简要总结。

二、链路交换：1.电路交换网络与分组交换网络①电路交换：按照需求建立连接并允许专用这些连接直至它们被释放这样一个过程。

电路交换网络包含一条物理路径，并支持网络连接过程中两个终点间的单连接方式。

i.基本原理：专用通路：为通话双方建立专用的连接通路，可以是单独的物理链路，也可以是多路复用中个的频点或/和时隙。

面向连接：通信过程中，双方始终占有这条通路，直到通话结束释放通路。

透明传输：交换系统对通信内容不作任何解析处理与差错控制。

与链路的复用方式、信号形式无关，模拟通信与数字通信均可。

典型应用：电话ii.重要的组成部分就是交换单元iii.基本功能：连接：模拟系统通过开关阵列实现连接；数字系统通过时隙交换实现连接。

信令：监视：呼出、应答与接收；号码：脉冲、音频接收；信号音：拨号音、振铃与回铃音、忙音。

终端接口与控制：接口：用户侧：模拟接口Z，数字接口V；中继侧：PCM一次群接口A，PCM二次群接口B，模拟接口C；OAM接口：操作、管理和维护。

控制：提供连接与信令控制。

iv.电路交换的特点：信息传输的时延较小且相对稳定交换系统的处理少，系统开销小传输质量（QoS）可控链路接续时间较长且固定，当传输时间较短时，交换效率较低。

连接建立后，无论是否传输信息，都占用链路资源，链路效率可能较低如果申请不到资源，则发生呼损v.电话网：电话网由于其实时性要求较高，所以成为电路交换的一个典型应用；由交换机、中继线、电话线、用户线构成；电话网一般按照3级或5级进行分级，也存在无级网络；电话网的繁忙程度我们用话务量来计算衡量；信息传输则涉及到信息的路由传递；此外，电话网还涉及到编号规则，即电话号码（本地、长途、国际）；还有同步、管理以及智能网（将网络的交换功能与控制功能分开）等。

vi.移动通信网：在无线链路下，支持可移动的，可与固定网络连接与协调的通信网络；为了实现双向同时通话要求双工技术（上行下行/时分频分）；为了区分多用户要求多址接入技术（时分、频分、码分）；为无线终端提供基本的无线链路和网络连接并为固定网络提供无线接入链路要求网络技术。

一个最重要的例子就是蜂窝移动通信系统，相关知识在已修的移动通信原理课程已详细讲解过。

②分组交换：i.基本原理：数字通信：信息载体完全数字化，为数字信号数据分割：传输数据被分割，以包（packet）为单位组合传输存储转发：交换机对所有到达的数据包进行存储，依据一定规则对数据包重新组合、转发。

ii.构成：PS-分组交换机PAD-分组拆装设备PCE-分组集中器NMC—网络管理中心iii.分组交换的特点:基于数据包存储转发的处理思想。

链路效率一般较高，取决于传输内容和相应的传输协议。

面向无连接的服务，网络通信所需资源是按需分配。

网络服务通常是尽力而为（Best-Effort），分组丢失很难避免，服务优先级的实现需要在路由器上运行较为复杂的调度算法。

相对于同一数据流，不同分组在网络中的转发路径可能不同，接收端会出现错序现象，接收端必须具备重排序功能。

路由器对分组进行逐个处理，采取“存储”+“转发”的模式。

分组在网络中的延时由传输延时和缓存延时构成，通常缓存延时为主。

网络通信资源被统计复用（Statistical TDM），分组之间存在竞争，端到端的延时无法保证。

分组交换实现成本低，但QoS服务质量无保证。

iv.两种重要模式：数据报传输模式：交换节点对每一个数据包独立处理，类似于报文交换；每一个数据包都含有完整的终点地址信息，交换节点为每一个数据包独立地寻找路由，同一用户的不同数据包可能沿着不同的路径到达终点，而终点需要对收到的数据包重新排队，组合还原成发送端的数据信息。

虚电路传输模式：在终端用户间建立一条端到端的、逻辑上的虚连接；属于同一呼叫的数据均沿着这一虚电路传送，本次呼叫结束后，清除该虚电路。

用户的通信需要经历建链、传输拆链三个阶段，面向连接的传输方式，虚电路与实电路的区别即不预留、不保证链路资源。

一条物理线路上可以同时建立多个虚电路，按照统计时分方式竞争复用。

v.路由器：是实现分组交换的核心设备，对分组进行逐个处理：1）路由器对进入其的分组进行缓存；2）路由器抽取分组中的控制信息，并通过查询自身路由表的方式决定分组去下一跳的输出端口；3）路由器将分组转移至相应输出端口进行缓存4）当输出端口可用时分组被转发到下一跳。

两个关键功能：1）路由：构建路由表，控制层面功能；必须实现的两大功能：网络拓扑发现与拓扑抽象和基于拓扑实现寻路算法。

2）转发：依据路由表和分组控制信息将其传送到下一跳；必须实现的两大功能：路由表查询和拥塞控制。

vi.分组交换与电路交换的对比：网络服务的特点：分组交换：面向无连接的服务，不对网络资源进行提前预留。

电路交换：面向连接的服务，对网络资源进行提前预留。

网络服务的模式：分组交换：没有建立连接的过程，终端可以立即发出需要传送的分组，每个分组携带必要的控制信息。

电路交换：有建立连接的过程，终端需要等待连接建立之后才能传送数据，一旦连接建立，终端只传送数据信息不传送控制信息。

网络节点对数据的处理：分组交换：中间节点会对分组进行缓存，然后通过“存储”+“转发”的方式将其传送到下一跳。

电路交换：中间节点不会对分组进行缓存，一旦连接建立，数据直接通过中间节点向目的终端传输。

网络的拥塞控制：分组交换：网络拥塞时，分组会被中间节点丢弃，源节点可以被告知并重传。

电路交换：网络拥塞时，连接无法被建立，源节点会持续收到“忙信号”直到网络空闲。

2.传送网①传送网的基本功能：将大量信息数据进行远程传送。

②传输介质：i.光纤（玻璃、二氧化硅）由于极低的传输损耗和极宽的带宽成为能够支持传送网的唯一传输介质。

ii.光纤传输窗口：1550 nm附近（因为该波段上有性能良好的光纤放大器，(EDFA)；同时该频率损耗也低）iii.光纤的工作原理：全反射iv.光纤的模间色散：不同的光纤模式在光纤中传播所经历的路径长度不同∆T=Ln1^2∆/cn2v.单模光纤: 在单模光纤中模间色散得到有效抑制，大大增长了信号传输的距离和可承载信号的速率；单模光纤中光波长与波导几何尺寸相当，几何光学方法不再适用，用波理论和Maxwell方程分析③波分复用：在同一根光纤上用多个波长传输多个信号（频分复用）。

波长标准：由International Telecommunications Union (ITU)制定（为了不同厂商生产的WDM系统可以互联互通）: 规定193.10 THz (1552.52 nm)为中心频率/波长，以该中心频率向频谱两边划定出25, 50, or 100 GHz的波长信道。

④主干传送网:i.特点：主干传送网坐落在电信网络的中央，为周边的接入网络提供传输服务；主干传送网通常具有mesh拓扑，以为各接入网提供高效、灵活和可靠的互联互通ii.主要功能：Traffic aggregation and data switching⑤光传送网的体系结构:IP层；SONET/SDH层;(聚合低速率的数据流，并将它们整合在一起在波长信道中传输)WDM层;(网络体系的物理层，负责运用波长路由的方式建立高速数据通道)⑥网同步与同步复用:i.异步复用：需要在数据流中填充比特以应付时钟差别；针对任意一个低速数据流的解复用都必须将整个高速流解复用。

ii.同步复用：网络中所有时钟都完全同步（网同步）；数据的复用和解复用更加轻松灵活。

⑦光传送网设计：光传送网是波长路由i.重要设备：OADM、ROADM、OXCii.光传送网设计的限制条件：波长连续性、容量、流量、单一路径iii.光传送网设计的基本任务：Lightpath routing or virtual topology design、Wavelength assignment、Routing and wavelength assignmentiv.路由与波长分配：ILP模型、路由算法（Solve ILP problem）、波长分配（Graph Coloring problem）v.网络生存性：一个通用要求：光路在99.999%的时间内是正常的保护: 提供冗余能力（1:1/1:N）；重建: 服务在故障中恢复典型问题：链路失效；光纤断裂；节点失效；停电；自然灾害；部件失效；例行检修总结：针对链路交换，按照电路交换与分组交换以及传送网两大部分；前者为两种主要的信息交换方式，主要分析了两者的基本原理、构成、特点以及二者的比较，相关内容在计算机网络课程中进行了系统的学习；后者则主要讲述在传送网中，应用光网络进行通信的问题，包括光网络的基本介质光纤、复用方式、体系结构、同步问题以及设计方面要考虑的内容，相关知识已在朱老师的光网络通信基础一课详细学习。