现代传输与交换技术

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计算机局域网
Internet ATM 网络
基本业务 普通电话业务 移动话音、数据 以普通电话业务为基础的增值 业务和智能业务 低速数据业务(≤64 kb/s) 局域网互连(≥2 Mb/s) 数据专线业务
本地高速数据(≥10 Mb/s)
Web、数据业务 综合业务
交换节点设备
交换技术
数字程控交换机
电路交换
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报文交换
▪ 报文交换方式的主要缺点是不适于实时通信或交 互式通信,网络的延时比较长,波动范围比较大。 所以不能用来传输声音或图像信号,也不适用于 交互式通信。报文交换方式主要用在早期的广域 网中。
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分组交换
▪ 分组交换与报文交换十分相似,但是需要将用户的原始信息 (报文)分成若干个小的数据单元来传送,这些数据单元称 为分组(Packet),也可称之为“包”。每个分组中必须 附加一个分组标题,包含可供处理的控制信息(路由选择、 流量控制和阻塞控制等),交换机采用存储/转发方式传送 每一个分组。
移动交换机
电路/分组交换
业务交换节点、业务 控制节点
电路交换
分组交换机
分组交换
帧中继交换机
帧交换
DXC 和复用设备
电路交换
集线器(Hub)、网桥、 共享介质、随机
交换机
竞争式
路由器、服务器
分组交换
ATM 交换机
信元交换
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传送网
▪ 传送网是随着光传输技术的发展,在传统传输系 统的基础上引入管理和交换智能后形成的。传送 网独立于具体业务网,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, 如电路调度、网络性能监视、故障切换等。
▪ 从原理上看,分组交换与报文交换相比似乎没有明显区别。 而事实上,限制数据单元的最大长度将会明显地改善网络性 能。
▪ 分组交换技术是一种广泛应用于网络中的交换技术。 现有 的公共数据交换网、局域网都采用分组交换技术。
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数据报
▪ 在分组交换网中, 通常采用数据报(DG,Data Gram)和 虚电路(VC,Virtual Circuit)两种方式来处理分组流。 1. 数据报:在数据报方式中, 每个分组将独立地进行传输, 由于网络的中间交换节点对每个分组可能选择不同的路 由, 这些分组到达目的端的顺序可能与发送的顺序不同, 因此目的端必须重新排序分组,组装成一个完整的原始 报文,如下图所示。
支撑网 信令网 管理网 同步网
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业务网
▪ 业务网负责向用户提供各种通信业务,如基本话音、数据、 多媒体等,采用不同交换技术的交换节点设备通过传送网互 连在一起就形成了不同类型的Fra Baidu bibliotek务网。主要业务网的类型如 下表所示:
业务网 公共电话网 移动通信网
智能网 IN
分组交换网(X.25) 帧中继网 数字数据网 DDN
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报文交换
用户 电报机A
A局
B局
C局
用户 电报机B
传播 时延 传输 时延 M1 存储 /处理时 延 M1
M1 t
M1
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报文交换
▪ 报文交换的优点如下: 1. 节点之间的信道可被报文共享,因此线路利用率高; 2. 接收者和发送者无需同时工作, 当接收者处于“忙”时, 中间节点可将报文暂时存储起来; 3. 当流量加大时,报文仍然可以接收,但延时会增加; 4. 可 同 时 向 多 个 目 的 端 发 送 同 一 报 文 , 实 现 多 播 (Multicast)功能; 5. 可以在报头中设置报文优先级,中间节点可根据报文优 先级的高低提供不同质量的转发服务。 6. 能够在网络上实现报文的差错控制和纠错处理; 7. 可以进行传输速率和代码格式的转换, 从而使两个传输 速率、数据格式相异的端点可相互连接。
电脑 计算机
用户线
基站 交 换 系统
终 端 设备
中继线
用户线
传 输 系统
基站 交 换 系统
终 端 设备
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3 现代通信网的结构
▪ 从功能的角度看,一个完整的现代通信网可分为相互依 存的三部分:业务网、传送网、支撑网,如下图所示。
电话网
Internet 移 动 网
业 务 网 ATM 网
FR 网
传送网 SDH/SONET 光传送网
3. 电路交换预分配带宽,话路接通后,即使无信息传送也 虚占电路。据统计,传送数字话音时电路利用率仅为 36%。
4. 在传送信息时,没有任何差错控制措施,不利于传输可 靠性要求高的突发性数据业务。
5. 采用电路交换方式的交换节点在建立的连接通路上通常 只提供一种基本的传送速率(如64kb/s)。
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2. 数据传输:当虚电路建立起来后,源端和目的端之间便可
2. 信令网。对于采用公共信道信令体制的通信网,存在一 个逻辑上独立于业务网的信令网,它负责在网络节点之 间传送与业务相关或无关的控制信息流。
3. 管理网。管理网的主要目标是通过监视业务网的运行情 况,采取各种控制和管理手段,以便在各种情况下充分 利用网络资源,保证通信的服务质量。
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第一章 概 述
带 宽 要 求
文本
声音 图形
视频
彩色 图像
设屏幕的分辨率为 768 ×512:
一屏文本需要的存储空间约为 96 kbit;
一幅由500条直线组成的矢量图 形需要的存储空间约18.4kbit;
存储一秒语音信息需要的空间 为 64 kbit;
存储一秒数字化高质量音频需 要的空间约为1.4 Mbit;
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数据报交换过程
1
1C
3
4
A
B
65 2
4 3
D
32
1
E
3241
G H
1
F
2
3
31
虚电路
▪ 虚电路是分组交换网向用户提供的另一种网络服务方式,数 据传输过程与电路交换方式类似,也经历三个阶段:建立连 接、数据传输和拆除连接。
1. 建立连接:源端在发送数据分组之前,先请求分组建立一
条逻辑连接,网络中间节点根据该请求在源端和目的端之 间预先选择一条传输路径。(由于该路径上的各段线路是 共享的,并非独占的,因此这种逻辑连接称为虚电路。)
提供网络硬件/软件的“无缝”
连接,以及网络之间的“无缝”
连接
7
▪ 国内主要电信设备制造商:华为、中兴、大唐、 烽火,……
▪ 国外主要电信设备制造商:西门子、富士通、朗 讯、思科、NEC、北电网络、……
▪ 必须有统一的标准使各个制造商的设备及网络能 够兼容,并且运行良好。
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不断增长的对更大通信容量的需求
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电路交换
▪ 在网络中,两个端点之间通常需要通过中间节点 实现通信, 这些中间节点并不关心数据内容,而是 提供一个交换设备, 把数据从一个节点转发到另一 个节点,直至达到目的端。因此交换技术主要是 指网络中间节点所提供的交换功能。通常,在网 络系统中主要使用三种交换技术: 电路交换、 报 文交换和分组交换。
报文交换
2. 报文交换(Message Switch) 与电路交换的工作原理不同,在报文交换中, 每份报文含有报头,包含收、发双方的地址, 以便交换节点进行路由选择。传送报文时,没 有连接建立和释放这两个阶段,而是由交换节 点接收每份报文,予以存储,再按照报头内容 向目的节点进行转发(即存储/转发的方式)。 报文交换过程如下图所示。
用户通过交换 机连接
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5 交换技术
▪ 在上图中,当任意两个用户之间要交换信息时, 交换机将这两个用户的通信线路连通。用户通信 完毕,两个用户间的连线就断开。有了交换设备, N 个用户只需要 N 对线就可以满足要求,线路 的投资费用大大降低,用户线的维护也变得简单 容易。尽管这样增加了交换设备的费用,但它的 利用率很高,相比之下,总的投资费用将下降。
3
数字通信的优势
抗干扰能 力强
远距传输 能保证质量
适应各种 通信业务
信息包含在脉冲的有无之中,只要噪声绝对值不超过 某一门限值,接收端便可判别脉冲的有无.
采用再生中继方式,能够消除噪音,再生的数字信号 和原来的数字信号一样,可继续传输下去
如电话、电报、图像、数据等,便于实现统一的综合 业务数字网
端需要 N-1个线路接口; 4) 增加第 N+1个终端时,必须增设 N 对线路。当 N 较
大时,无法实用化; 5) 由于每个用户处的出线过多,因此维护工作量较大。
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5 交换技术
▪ 如果在用户分布密集的中心安装一个设备——交换机 (switch,也叫交换节点),每个用户的终端设备经各自的专 用线路(叫用户线)连接到交换机上,如下图所示,就可以 克服全互连式连接存在的问题。
1. 电路交换(Circuit Switching)
电路交换的基本处理过程包括呼叫建立、通话 (信息传送)、连接释放三个阶段,最典型的例 子是电话交换系统,如下图所示。
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电路交换
主叫 用户
A局
B局
C局
被叫 用户
呼叫 建立
拨号 音 拨号
回铃 音
占用 信号
占用 信号
振铃
取机
通话 (信息 传送)
连接 释放
现代传输与交换技术
第1章 导论
1 通信系统的分类 2 现代通信系统的目标 3 现代通信网的结构 4 交换技术 5 传输技术
2
1 通信系统的分类
▪ 通信系统按照不同方式可分成如下几类:
1. 按传输信号的形式——模拟通信和数字通信 • 在用户线上传输模拟信号的通信方式称为“模拟通 信”,模拟信号无论在时间上或是在幅度上都是连 续的。大多数电话通信就是模拟通信。 • 数字信号是一种离散的、脉冲有无的组合形式,是 负载数字信息的信号。电报信号就属于数字信号。
▪ 目前主要的传送网有SDH/SONET和光传送网 (OTN)两种类型。
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支撑网
▪ 支撑网负责提供业务网正常运行所必需的信令、同步、网络 管理、业务管理、运营管理等功能,以提供用户满意的服务 质量。支撑网包含三部分:
1. 同步网。负责实现网络节点设备之间和节点设备与传输 设备之间信号的时钟同步、帧同步以及全网的网同步, 保证地理位置分散的物理设备之间数字信号的正确接收 和发送。
消息
终端
传输媒介
终端
消息
▪ 终端将含有信息的消息,如话音、图像、计算机数据等转 换成可被传输媒介接受的信号形式,同时将来自传输媒介 的信号还原成原始消息;传输媒介则把信号从一个地点传 送至另一个地点。这样一种仅涉及两个终端的单向或交互
通信方式称为点对点通信。
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5 交换技术
▪ 当存在多个终端,且希望它们中的任何两个都可以进行 点对点通信时,最直接的方法是把所有终端两两相连,
便于采用 大规模集成 电路
便于实现 计算机管理
便于实现 加密处理
……
4
1 通信系统的分类
2. 按信道具体形式——有线通信和无线通信
3. 按通信工作频段——长波通信、 中波通信、 短波通 信、 微波通信、 光通信等。
有线通信
电通信
双绞线 架空明线 同轴电缆
光纤通信
通信
短波通信
微波通信
无线通信 卫星通信
主叫 挂机
正向 拆线信号 正向 证实信号
反向 拆线信号 挂机
被叫 挂机
挂机
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电路交换
▪ 电路交换的主要特点:
1. 电路交换是一种实时交换,适用于实时要求高的话音通 信(全程的传输时间≤200ms)。
2. 在通信前要通过呼叫为主、被叫用户建立一条局间逻辑 的端-端连接。如果呼叫请求数超过交换网的连接能力 (过负荷),用户会听到忙音。
一幅静止彩色图像需要的存储 空间约为 9.4 Mbit;
存储一秒PAL制式的视频图像 需要的空间约为 240 Mbit。
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第一章 概 述
1 通信系统的分类 2 现代通信系统的目标 3 现代通信网的结构
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3 现代通信网的结构
▪ 电信网的基本组成如下图所示
电视
CATV
卫星
CATV
电话
移动 电话
如下图所示,这样的一种连接方式称为全互连式。
多用户全互 连式连接
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5 交换技术
▪ 全互连式连接存在下列一些缺点:
1) 当存在 N 个终端时,线对数量以终端数的平方增加; 2) 当这些终端分别位于相距很远的两地时,两地间需要
大量的长线路; 3) 每个终端都有 N-l 对线与其它终端相接,因而每个终
散射通信
……
5
第一章 概 述
1 通信系统的分类 2 现代通信系统的目标
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2 我们需要什么样的通信系统
现代通信
新技术的 目标
在各个供应商的设备和网络上都 能够运行良好的标准
更大的吞吐量、 更高的传输速 率、更低的延迟
支持任意类型的应用,如语音、 视频、传真等(即多媒体网络)
提供更多更好的网络管理工具
1 通信系统的分类 2 现代通信系统的目标 3 现代通信网的结构 4 交换技术
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5 交换技术
▪ 通信网由通信终端、传输设备和交换设备组成,其中交换 设备是整个网络的核心。
▪ 通信的目的是实现信息的传递。在通信系统中,信息是以 电信号或光信号的形式传输的。一个通信系统至少应由终 端和传输媒介组成,如下图所示。
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