西安电子科技大学－现代通信网概论(编辑修改稿)

西安电子科技大学－现代通信网概论(编辑修改稿)内容摘要：

目前，还有另外一种广泛使用的业务分类方式，即按照网络提供业务的方式，将业务分为三类：承载业务、用户终端业务和补充业务。 (1) 承载业务：网络提供的单纯的信息传送业务，具体地说，是在用户网络接口处提供的。 网络用电路或分组交换方式将信息从一个用户网络接口透明地传送到另一个用户网络接口，而不对信息做任何处理和解释，它与终端类型无关。 一个承载业务通常用承载方式 (分组还是电路交换 )、承载速率、承载能力(语音、数据、多媒体 )来定义。 第 1章 绪 论 下载 (2) 用户终端业务：所有各种面向用户的业务，它在人与终端的接口上提供。 它既反映了网络的信息传递能力，又包含了终端设备的能力，终端业务包括电话、电报、传真、数据、多媒体等。 一般来讲，用户终端业务都是在承载业务的基础上增加了高层功能而形成的。 (3) 补充业务：又叫附加业务，是由网络提供的，在承载业务和用户终端业务的基础上附加的业务性能。 补充业务不能单独存在，它必须与基本业务一起提供。 常见的补充业务有主叫号码显示、呼叫转移、三方通话、闭合用户群等。 第 1章 绪 论 下载 图 承载业务和用户终端业务 终端用户网络接口网络用户网络接口承载业务终端用户终端业务第 1章 绪 论 下载 未来通信网提供的业务应呈现以下特征： (1) 移动性，包括终端移动性、个人移动性； (2) 带宽按需分配 (3) 多媒体性； (4) 交互性。 第 1章 绪 论 下载 通信网的交换技术 交换技术概述 1．面向连接和无连接 根据网络传递用户信息时是否预先建立源端到目的端的连接，我们将网络使用的交换技术分为两类：面向连接型和无连接型。 使用相应交换技术的网络也依次称为面向连接型网络和无连接型网络。 第 1章 绪 论 下载 在面向连接型的网络中，两个通信节点间典型的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。 三个阶段中最复杂和最重要的阶段是连接建立，该阶段需要确定从源端到目的端的连接应走的路由，并在沿途的交换节点中保存该连接的状态信息，这些连接状态信息说明了属于该连接的信息在交换节点应被如何处理和转发。 连接建立创建的连接可以是物理连接，也可以是一个逻辑连接，但这种区别用户并不关心，它本身也不是影响服务质量的主要因素。 数据传输完毕后，网络负责释放连接。 第 1章 绪 论 下载 在无连接型的网络中，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。 不管是否来自同一数据源，交换节点将分组看成互不依赖的基本单元，独立地处理每一个分组，并为其寻找最佳转发路由，因而来自同一数据源的不同分组可以通过不同的路径到达目的地。 两种方式各有优缺点，面向连接方式适用于大批量、可靠的数据传输业务，但网络控制机制复杂；无连接方式控制机制简单，适用于突发性强、数据量少的数据传输业务。 第 1章 绪 论 下载 2．交换节点的功能结构 交换式网络总是以交换节点为核心来组建的。 一个交换节点要完成任意入线的信息到指定出线的交换功能，基本的前提是网络中的每一个交换节点都必须拥有当前网络的拓扑结构的信息。 为便于叙述，我们将交换节点中存储的到每一个目的地的路由信息的数据结构称为“路由表”，路由表可以简单地理解为一张网络地图，交换节点依靠它来进行寻址选路。 无连接型网络和面向连接型网络中交换节点的交换实现有较大差别，图。 第 1章 绪 论 下载 在面向连接型的网络中，连接建立阶段传递的控制数据中包含目的地址和连接标识，沿途交换节点以目的地址为关键字，查找路由表，就可以确定目的地，相应入端口的信息应该交换到哪一个出端口，交换节点同时将该信息保存到一张转发表中，在用户数据传输阶段，用户数据无需携带目的地址，只需携带一个短的连接标识，交换节点根据连接标识和转发表就可实现快速的数据交换。 实际上，转发表记录的是一个交换节点当前维持的所有的连接状态信息，这些信息指明了一个连接上的用户信息在交换节点上应该如何转发，根据交换实现技术的不同，该表的内容和物理形式也不相同。 第 1章 绪 论 下载 图 交换节点中交换功能的实现 (a) 面向连接型； (b) 无连接型 维护管理管理信息路由表路由信息交换路由协议U N I信令N N I信令信令信息转发控制 转发表呼叫处理交换模块用户信息( a )维护管理路由表路由信息交换转发控制交换模块( b )用户信息信令信息管理信息路由协议用户信息用户信息第 1章 绪 论 下载 在无连接型的网络中，由于无需建立连接，交换节点也就不需要呼叫处理功能和记录连接状态信息的转发表。 但要求每一个分组都携带目的地址，交换节点只需要根据路由表就可以完成从入端口到出端口的交换。 相比较而言，面向连接型的交换节点设备要比无连接型的复杂。 第 1章 绪 论 下载 主要的交换技术 目前在广域通信网上使用的交换技术主要有电路交换、分组交换、帧中继、 ATM技术。 其中电路交换和分组交换是通信网中最基本的交换技术，后来发展起来的帧中继、 ATM以及近来的各种 IP交换技术和 MPLS技术都是基于这两种技术综合或改进的，本节将不介绍 MPLS技术，相关的内容在后续章节有详细介绍。 图。 第 1章 绪 论 下载 图 通信网的主要交换技术 电 路 交 换广 域 网多 速 率 电 路 交 换(N I S D N )分 组 交 换 ( 虚 电 路 )( X . 2 5 分 组 交 换 的 使 用 )帧 中 继分 组 交 换 ( 数 据 报 )( 路 由 器 的 使 用 )各种 I P o v e r A T MA T M 交换M P L S 交换第 二 层 交 换( 网 桥 的 使 用 )第 二 层 交 换( 局 域 网 交 换 机 的 使 用 )第 三 层 或 多 层 交 换( 路 由 器 的 使 用 )。 局 域 网第 1章 绪 论 下载 需要说明的是，图 ，它在 1970年以前曾广泛用于数据通信，然而很快就被性能更好、更灵活的分组交换技术所取代。 而分组交换又形成了两个分支：在传统电信领域以 ，采用面向连接的虚电路技术；在计算机领域则以 TCP/IP协议和路由器组网，使用无连接的数据报技术，并最终形成了目前的 Inter。 我们也可以看到传统电信网和计算机网最终将基于分组交换技术汇聚在一起。 总的来说，交换技术的发展趋势是：信道利用率越来越高，支持可变速率和多媒体业务，并且有复杂的协议体系来保证服务质量。 第 1章 绪 论 下载 1．电路交换 电路交换方式主要用于目前的电话通信网，它是一种面向连接的技术，一次通信过程分为连接建立、数据传输和连接释放三个阶段。 在连接建立阶段，网络要完成两项工作：第一，确定本次通信从源端到目的地端，用户业务信息应走的路由；第二，在该路由途经的交换节点进行全程的资源预留，预留的资源包括交换节点中从入端口到出端口的内部通道和交换节点间中继线路上的带宽资源，以这种方式建立一条端到端的专用通信连接，这个连接通常占用固定的带宽或时隙，有固定的传输速率。 在整个通信期间，不管实际有无数据传输，沿途的交换节点负责保持、监视该连接，直到用户明确地发出通信结束的信号，网络才释放被占用的资源，撤销该连接。 电路交换在连接建立时，预先分配固定带宽资源的方式被称为静态复用方式。 第 1章 绪 论 下载 电路交换的主要特点是：在连接建立阶段，为用户静态地分配通信所需的全部网络资源；并且在通信期间，资源将始终保持为该连接专用；在数据传输阶段，交换节点只是简单将用户信息在预先建立的连接上进行转发，节点处理时延可忽略不计，效率极高。 电路交换很适合实时性要求高的通信业务，传统电话通信网就采用这种方式，它很好地解决了实时话音通信问题。 它的主要缺点是信道资源的利用率低。 第 1章 绪 论 下载 2．分组交换 分组交换方式主要用于计算机间的数据通信业务，它的出现晚于电路交换。 采用分组交换而不是电路交换来实现数据通信，主要基于以下原因。 (1) 数据业务有很强的突发性，采用电路交换方式，信道利用率太低。 (2) 电路交换只支持固定速率的数据传输，要求收发严格同步，不适应数据通信网中终端间异步、可变速率的通信要求。 (3) 话音传输对时延敏感、对差错不敏感，而数据传输则恰好相反，用户对一定的时延可以忍受，但关键数据细微的错误都可能造成灾难性后果。 第 1章 绪 论 下载 (4) 分组交换是针对数据通信而设计的，主要特点是：数据以分组为单位进行传输，分组长度一般在 1000～ 20xx字节左右；每个分组由用户信息部分和控制部分组成，控制部分包含差错控制信息，可以用于对差错的检测和校正；交换节点以“存储－转发”方式工作，可以方便地支持终端间异步、可变速率的通信要求；为解决电路交换方式信道资源利用率低的缺点，分组交换引入了统计时分复用技术。 第 1章 绪 论 下载 根据网络处理分组方式的不同，分组交换分为两种类型，即数据报和虚电路。 1) 数据报 数据报属于无连接方式，主要的优点是：协议简单，无需建立连接，无需为每次通信预留带宽资源，电路交换中带宽利用率低的问题自然也就解决了。 同时由于每一分组在网上都独立寻路，因而抵抗网络故障的能力很强，特别适合于突发性强，数据量小的通信业务。 实际上，数据报方式最先是在冷战时期美国军方的计算机通信网 ARPANet上实现的，是现代 Inter的前身。 第 1章 绪 论 下载 数据报的主要缺点是：由于没有为通信建立相应的连接，并预留所需的带宽资源，因此分组在网络上传输时，需要携带全局有效的网络地址，在每一个交换节点，都要经历一次存储、选路、排队等待线路空闲，再被转发的过程，因而传输时延大，并存在时延抖动问题。 可见数据报不适用于大数据量、实时性要求高的业务。 目前，通信网上该方式主要用于信令、控制管理信息和短消息等 (例如 SS SNMP、 SMS等 )的传递， Inter的 IP技术也属于此类。 第 1章 绪 论 下载 2) 虚电路 虚电路是一种面向连接的分组交换方式，其设计目标是将数据报和电路交换这两种技术的优点结合起来，以达到最佳的数据传输效果。 采用虚电路技术，用户之间在通信之前，需要在源端和目的地端先建立一条连接，分组交换中把它叫做虚电路，我们随后解释原因。 虚电路一旦建立，所有的用户分组都将在这一虚电路上传送。 建立连接是它与电路交换的相同之处，也是它与数据报的不同之处。 第 1章 绪 论 下载 虚电路的一次通信过程也分为三个阶段：虚电路建立、数据传输和虚电路释放。 与电路交换不同之处在于：虚电路建立阶段，网络完成的工作只是确定两个终端之间用户分组传输应走的路由，并不进行静态的带宽资源预留，沿途的交换节点只是将属于该连接的分组应如何进行转发的信息填写到转发表中。 换句话说，虚电路建立成功后，假如源端没有分组传输，虚电路不占用网络带宽资源，因为开始就没有为虚电路预留带宽；当源端有分组要发送时，交换节点一般先对收到的分组进行必要的协议处理，然后根据虚电路建立阶段填好的转发表将分组转发至输出端口排队等待，一旦信道空闲，就将其发送出去，因而这样一个连接被加上“虚拟”两字。 分组交换中，这种对物理线路带宽资源的分配使用方式，称为统计时分复用。 相应地，电路交换中对物理线路带宽资源的分配使用方式叫静态时分复用。 第 1章 绪 论 下载 3．帧中继 帧中继技术主要用于局域网高速互连业务。 以 分组交换技术出现在 20世纪 70年代，当时长途数据传输还有很高的差错率，为保证可靠的服务质量，分组协议采用了逐段的差错控制和流量控制，这使得分组交换网交换时延大，无法为用户提供更高的速率。 例如 64 kb/s。 20世纪 80年代。