现代通信理论第四章zjs

1、现代通信理论现代通信理论第三篇第三篇 业务网技术业务网技术第四章第四章 业务网技术基础业务网技术基础4.1 4.1 业务网概述业务网概述 4.2 4.2 节点交换技术节点交换技术4.3 4.3 节点交换系统的基本功能节点交换系统的基本功能第五章第五章 电话网与电路交换技术电话网与电路交换技术5.1 5.1 电话网概述电话网概述 5.2 5.2 电话网技术电话网技术5.3 5.3 数字电话交换技术数字电话交换技术第六章第六章 数据网与分组交换技术数据网与分组交换技术6.1 6.1 数据概述数据概述 6.2 6.2 分组交换及相关技术分组交换及相关技术6.3 6.3 节点交换系统的基本功能节点交换

2、系统的基本功能第七章第七章 智能网技术智能网技术7.1 7.1 智能网概述智能网概述 7.2 7.2 智能网的结构与功能智能网的结构与功能7.3 7.3 智能网的概念模型智能网的概念模型7.4 7.4 智能网的应用智能网的应用第四章第四章 业务网技术基础业务网技术基础第一节第一节 业务网概述业务网概述 一一 业务网概念业务网概念 业务网是用于提供基本的话音、图像、数据等多媒体业务，由采用不同交换技术的节点交换设备形成不同类型的网络二二 业务网的技术要素业务网的技术要素网络的结构网络的结构 网络的结构是指网络中终端与节点、节点与节点之间的连接方式。我国多数业务网为分级网，且大部分为三级网，同级中

3、也使用网状网网状网网状网效率高、管理复杂、成本高分级网分级网管理简单、成本低、效率低2. 2. 编号计划编号计划 业务网中所有终端与节点都必须有编号来识别身份，不同的业务网中使用的编号方式不同3.3.计费方式计费方式 各种业务网中使用自己的计费方式（计时、计字节、包月定制等） 其它技术要素包括：路由选择、流量控制等三三 业务网分类业务网分类 节点设备决定了业务网的类型 原有通信网与综合业务数字网的演变业务网业务网主要提供业务主要提供业务节点交换设备节点交换设备节点交换技术节点交换技术PSTN公共电话交换网POST普通电话业务数字电话程控交换机电路交换CHINAPAC分组交换网X.25低速数据业

4、务64Kbit/s分组X.25交换机分组交换CHINAFRM帧中继网租用虚电路（局域网互联）帧中继交换机快速分组交换CHINADDN数字数据网数据专线业务N64Kbit/s2Mbit/s数字交叉连接和复用设备电路交换N-ISDN综合业务数字网窄带综合业务ISDN交换机电路交换+分组交换CHINANET计算机IP网数据路由器分组交换B-ISDN宽带综合业务数字网宽带综合业务ATM交换机ATM交换IN智能网智能业务业务控制点SCP业务交换点SSP电路交换移动通信网移动话音、移动数据移动交换机电路交换分组交换四四 交换在业务网中的地位交换在业务网中的地位 交换设备时通信网的重要组成部分，随着技术的发

5、展，交换系统也从单一的链路接续变味集信息交换信息处理和信息数据库于一体的大型复杂设备。通信交换的含义就是在通信网上建立起四通八达的连接以达到快速、经济并满足服务质量的信息转移的目的交换的引入交换的引入点对点的通信系统点对点的通信系统多点的通信多点的通信 全互联方式存在N2问题N个终端需要N(N-1)/2条连线，每个终端需要N-1条连线和N-1个接口ab信道cadb 交换的引入交换的引入 在用户分布密集的中心安装交换设备，把每个用户终端设备都用各自专用的线路连接在交换设备上，交换设备能完成任意两个用户之间信息的交换，也叫交换系统通信网通信网 交换设备和连接在其上的用户终端以及它们之间的连线九构成

6、了简单的通信网，并可由多个交换设备构成实用的大型通信网cadbCADBDAD汇接交换机用户交换机市话交换机电话机用户线中继线端局、市话局本地交换机长途局长途交换机 终端的接口称为用户网络接口UNI，交换机的接口称为网络接口NNI。用户交换机(PBX)用于一个集团内部，具有自动交换能力的PBX称为PABX2. 交换的基本功能交换的基本功能 在交换设备上的任意的入线和出线之间建立连接的基本功能外，还应具备以下功能：能正确接收和分析来自能正确接收和分析来自UNI和和NNI的呼叫信令的呼叫信令能正确接收和分析来自能正确接收和分析来自UNI和和NNI的地址信令的地址信令能按照目的地址正确地进行路由选择并

7、通过能按照目的地址正确地进行路由选择并通过NNI转发信号转发信号能控制连接的建立和拆除能控制连接的建立和拆除一一 交换节点中传送的信号交换节点中传送的信号 光信号信号 电信号 模拟信号 数字信号 时分多路复用信号 同步时分复用信号 频分 统计时分复用信号 码分 （异步时分复用信号） 同步时分复用信号同步时分复用信号 时分复用就是采用时间分割的方法把一条高速数字信道分成若干低速数字信道，构成同时传输多个低速信号的子信道 同步时分复用是指将时间划分为基本时间单位帧，一帧占用时长为125us，每帧分成若干个时隙，并按照顺序编号，所有帧中编号第二节第二节 节点交换技术节点交换技术相同的时隙构成一个子信

8、道，一个子信道传送一个话路的信息，这种信道也称为位置化信道2. 统计时分复用信号统计时分复用信号 把要传送的信号分成许多小段，称为分组。每个分组前附加标志码，标志要去哪个输出端，即路由表记。各个分组在输入时使用不同时隙，但是标志码相同的分组属于一次接续，所以，把它们所占的信道看作一个子信道，这个子信道是任何时隙。这样把一个信道划分成了若干个子信道，称为标志化信道。这时，一个信道中的信息与它在时间轴上的位置（即时隙）没有必然联系，将这样的子信道合成为一个信道用的复合器，称为统计复合器。这种复用方式称为统计复合。所以统计时分复用信号是按照每个分组信息前的路由标记进行交换的信息信息1信息信息2信息信

9、息1信息信息2标志码标志码二二 窄带交换技术窄带交换技术 窄带交换通常是指传输比特速率低于2Mbit/s的交换，常用的有电路交换和低速分组交换电路交换电路交换CS 电路交换的基本过程：呼叫建立、信息传送、连接释放。主要特点：通信前建立连接，通信后拆除连接，通信期间不管是否有信息传送，连接始终保持，且对通信信息不做处理，也无差错控制措施基于同步时分复用方式，连接为物理连接实时交换，基于呼叫损失制，只要建立连接就可以保证通信质量，过负载时呼损增加固定分配带宽，资源利用率低，灵活性差一般用于电话交换，用于数据交换时一般速率低于9.6Kbit/s节点使用电路交换可构成电话网PSTN、数字数据网DDN、

10、移动通信网主叫主叫交换机交换机被叫被叫连接释放连接释放消息传递消息传递呼叫建立呼叫建立2. 分组交换分组交换PS 数据通信实现的时计算机与计算机之间或人与计算机之间的通信。通信过程有严格的通信协议和标准，比特差错率控制在108以下，通信时间短，信道建立时间短，采用基于存储转发的报文交换MS-Message Swiching方式和采用分组交换PS-Packet Swiching方式。其主要特点：将需要传送的信息分成若干个分组，每个分组加控制信息后发送出去，采用存储转发方式，有差错控制措施基于统计时分复用方式，可以建立也可以不建立连接，连接为逻辑连接虚连接资源利用率高，共享信道有时延、实时性差，不

11、能保证通信质量一般用于数据交换，也有用于分组话音业务节点使用分组交换可构成分组交换网，PS使用X.25协议三三 宽带交换技术宽带交换技术 宽带交换是指传输比特率高于2Mbit/s的交换，常用的有快速电路交换、快速分组交换、ATM交换、光交换快速电路交换快速电路交换FSC 在有信息传送时快速建立通道，如果没有信息传送则释放传输通道。具体过程就是：在呼叫建立时，用户请求一个带宽为基本速率的某个整数倍的连接，此时，网络根据用户的申请寻找一条合适用户通信的通道，但是，并不建立连接和分配资源，而是将通信所需的带宽、所选的路由编号填入相关的交换机中，当用于传输信息时，网络迅速按照用户的申请分配通道，完成信

12、息的传输 要求网络有高速的计算能力，能迅速测知信息源是否发送数据，同时在短时间内建立连接；控制复杂，灵活性差，没有得到广泛应用2. 快速分组交换快速分组交换 FPS 就是尽量简化协议，只具有核心网络的功能，以提供高速、高吞吐量、低时延的服务。包括帧中继FR、信元中继CR 帧中继简化了X.25协议，只保留了一些核心功能，如帧的界定、同步、透明性以及帧传输差错检测等，而将差错重传校正、流量控制等功能取消。帧中继采用ITU-TQ.922建议，使用可变长度帧，提供面向连接业务，刻适应突发信息的传送，适用于局域网的互联。当节点为帧中继交换机时可以构成帧中继网 信元中继为ATM所采用3. 异步转移模式异步

13、转移模式ATM ATM是ITU-T确定用于宽带综合业务数字网B-ISDN的复用、传输和交换的模式ATM的特点：的特点：基于统计时分复用信号基于统计时分复用信号面向连接面向连接即在用户信息传送之前，先要有连接建立过程，在信息传送结束后，要拆除连接，但这不是物理连接，而是一种虚连接（逻辑连接）固定长度信元固定长度信元ATM信元Cell实际上就是很短的分组，只有53个字节，其中开头5个字节称为信头，其余48个字节为信息域，称为净荷。采用很短的信元可以减少交换节点的缓冲器容量以及排队延时抖动时间，信元长度固定则有利于简化交换控制和缓冲器管理信头简化信头简化信头中包含控制信息的多少反映了交换节点的处理开

14、销。ATM的信头功能有限，主要是虚连接的标识、优先级标志、信头的差错检验只针对信头本身当节点使用当节点使用ATM交换技术时，可以构成交换技术时，可以构成ATM传送网和传送网和B-ISDN4.光交换技术光交换技术 光交换时一种宽带交换技术，目前交换设备都是采用电交换机。光交换技术是未来发展的方向四四 开放系统互连参考模型与节点交换技术开放系统互连参考模型与节点交换技术1.开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型 国际标准化组织ISO为了使各种计算机在全世界范围内互连成网而提出的一套标准框架即：开放系统互连参考模型OSI。 在OSI中通信实体按功能分为7层，通常将13层称为低层功能，即通信传送功能

15、；47层功能为高层功能，即通信处理功能，通常由终端提供。它上以应用进程为界，下以通信媒体为界 通信媒体不属于OSI参考模型，但一般把它称为0层7 应用层物理传输媒体6 表示层5 会话层4 传输层3 网络层2 数据链路层1 物理层1 物理层2 数据链路层3 网络层4 传输层5 会话层6 表示层7 应用层同层协议OSI环境局部系统环境局部系统环境系统A系统BAPxAPy（1）物理层）物理层 物理层是OSI参考模型的最低层。它虽然处于最底层，却是整个开放系统的基础 提供设备之间的物理接口以及数字比特传送规则，即机械、电气、功能和过程特性机械和电气特性：机械和电气特性：规定了比特流在链路上的传输特性，

16、如几对线、线路传送码型、电压幅值、比特宽度等功能和过程特性：功能和过程特性：规定物理链路的激活/去激活（解除激活）和保持的方法 对上层提供一个物理的连接服务 在该层实现数字比特流的传送（2）数据链路层）数据链路层 数据链路层是OSI参考模型的第2层。数据链路层的任务是将网络层的信息（即分组以帧为单位）无差错传输到网络中物理链路上。负责数据块（帧由比特流组成）的传送，同时包括同步控制、差错控制、流量控制等 数据链路层提供的服务数据链路层提供的服务 通过链路传送帧、荷载分组的帧 数据链路层协议数据链路层协议 几个常见的数据链路层协议有如下几个： 高级数据链路控制（HDLC）：它是ISO的标准和子集

17、 局域网（LAN）协议、 广域网（WAN）协议 （3）网络层）网络层 网络层负责将信息从源地址通过网络传送到目的地址。实现寻址、选择路由、连接的建立、保持和释放等功能 网络层提供的服务网络层提供的服务 网络层接收传输层的信息并通过添加一个头部来封装数据 网络层分组网络层分组 网络层分组的头部包含原地址和目标地址，这些地址叫做网络地址，用来识别网络中的连接在源地址和目标地址上的终端对上层提供的服务对上层提供的服务 端系统之间透明的数据传送，上层无需了解网络中的数据传输和交换技术（4）传输层）传输层 传输层提供的服务传输层提供的服务 传输层的任务是把信息（报文）从网络的一端传输到另一端，如图所示对

18、上层提供的服务：对上层提供的服务： 两个或多个通信终端系统之间无差错、无重复或丢帧、无错序的数据传送 两类传输层协议两类传输层协议 顺序分组交换（SPX）SPX是从施乐（Xero）网络系统（XNS）协议族演化而来的用于Novell NetWare的传输层协议 TCPTCP是Internet的协议（5）会话层）会话层 负责控制两个系统的表示层实体之间的对话 基本功能是向表示层实体提供建立和使用会话连接的方法；提供不同的对话类型（双向同时、双向交替或单向）；管理两个表示层之间的数据交换（流控、加速）遇到故障时的对话恢复 对上层提供的服务：建立和使用会话连接的方法（6）表示层）表示层 表示层提供了下

19、列关于数据表示方式的服务表示层提供了下列关于数据表示方式的服务 负责定义信息的表示方法，使终端系统之间可用共同的语言进行通信；向应用程序和终端处理程序提供一系列的数据转换服务对上层提供的服务对上层提供的服务 数据变换(加密/解密、压缩/解压缩)、数据编/解码、语法选择等数据安全：数据安全：表示层通过对数据进行加密与解密，使任何人即使窃取了通信信道的人也无法得到机密信息、更改传输的信息或者在信息流中插入假消息数据压缩：数据压缩：表示层也能够以压缩的形式传输数据，以最优化的方式利用信道（7）应用层）应用层应用层中提到的应用层中提到的“应用应用” 可以理解为在通信系统上用来完成某项任务： E-mai

20、l、文件传输和访问、Web浏览器和服务器等 直接向用户（即应用进程AP）提供服务，为用户进入OSI环境提供一个窗口对上层提供的服务：对上层提供的服务： 管理功能 公共应用程序（文件传送、作业传送及控制、事物处理、网管等OSI模型中的数据名称模型中的数据名称 为了使信息从源主机传送到目的主机，源主机OSI模型的每一层要与目标主机的每一层进行通信 第4层（传输层）的协议数据单元称为段（segment） 第3层（网络层）的协议数据单元称为分组或数据报 第2层（数据链路层）的协议数据单元称为帧2. 信息传递过程信息传递过程应用层物理传输媒体应用进程APy应用进程APx表示层会话层传输层网络层数据链路层

21、物理层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层系统A系统B比特数据 帧ACFFCSF数据 分组 数据报NHTH数据 段SH数据PH数据AH数据AP数据逐层加上控制信息逐层去掉控制信息3. OSI与节点交换技术与节点交换技术 OSI模型与各种节点交换技术及由它们形成的各种业务网之间的关系为：电话交换与电话网、数字数据网DDN以及移动通信网相当于OSI模型的第一层，即物理层交换，无需使用协议使用X.25协议的低速分组交换数据网相当于OSI模型的低3层帧中继及帧中继网相当于OSI模型的低2层，并对数据链路进行了简化ATM协议相当于OSI的低2层，但比帧中继还简化以太网协议也使用OSI模型的低2

22、层，但它的数据链路层比较复杂IP网使用OSI模型的低4层协议第三节第三节 节点交换的基本功能节点交换的基本功能 节点交换系统的基本功能：用户线 中继线终端接口终端接口连接控制信令一一 连接功能连接功能交换网络交换网络 连接功能是交换的基本功能，实现这一功能的部件是交换网络（互联网络）也称交换机构2.2.连接连接 连接就是交换网络内部的通道 建立连接建立内部通道 拆除连接拆除内部通道3. 3. 连接函数描述连接特性连接函数描述连接特性 每一个交换网络可用一组连接函数来表示，一个连接函数对应一种连接。连接函数表示互相连接的入线编号和出现编号之间的一一对应关系，在连接函数f的作用下，入线x与出线f(

23、x)相连接。连接函数也称为置换函数或排列函数MN的的交换网络交换网络02M-102N-1M=N时称为对称交换网络例：例： 用x表示入线编号，用f(x)表示连接函数，也就是出线编号 通常x用若干为二进制形式表示，写成xn-1xn-2x1x0如: x=6可表示为：x2x1x0110 则连接函数对应的表示为：f(xn-1xn-2x1x0)如：某一连接函数表示为：(x2x1x0)= x1x0 x2 则有：(000)= 000、 (001)= 010、 (010)= 100、 (011) = 110 、 、 (111)= 1110123456701234567二二 连接功能的基本技术连接功能的基本技术拓

24、扑结构拓扑结构 交换的方式不同，交换网络的拓扑结构也不同，但追求的目标是：在满足交换方式服务质量和基本参数的要求下，获得高性能、低成本、便于扩充而控制又不太复杂的拓扑结构 交换网络的拓扑结构可分为时分结构和空分结构，可适用于同步时分复用信号，也可适用于统计时分复用信号时分结构时分结构 包括共享媒体（总线或环）和共享存储器。分组交换和ATM交换都可以采用时分结构空分结构空分结构 由交换单元构成的单级或多级拓扑结构。空分的含义是指在拓扑结构内部存在多条并行的通道，每条通道仍然可以采用时分复用方式。电话交换、快速分组交换、ATM都可以采用2. 控制方式控制方式 交换网络的控制方式只要是指选路策略。选

25、路策略主要是针对多级拓扑结构，即如何在给定入线和出线后，在交换网络内部建立一条通过多个交换单元的可用通道，常用策略有：条件选择条件选择 不论网络有几级而要作出全盘观察，在指定的入线和出线之间所有的通道中选用一条可用的通道，这就称为条件选择或通盘选择逐级选择逐级选择 不做通盘考察，而是从入线的第一级开始，先选择第一级交换单元的出线，再选择第二单元的出线，依此类推，直到最后一级的出线为止自由选择自由选择 某一级出线可以任意选择，不论从哪一条出线都可以到达所需的交换网络出线指定选择指定选择 只能选择某一级出线中指定的一条后一小群，才能到达所需的交换网络出线 同样的拓扑结构，选路策略不同，交换网络的阻

26、塞率不同3. 阻塞特性阻塞特性（1）阻塞特性的概念）阻塞特性的概念 交换网络的出入线都空闲，但由于交换网络内部阻塞，造成无法建立呼叫或传送用户信息，这种现象称为阻塞特性（2）有阻塞网络和无阻塞网络）有阻塞网络和无阻塞网络交交换换网网络络有阻塞网络无阻塞网络严格无阻塞网络可重排无阻塞网络广义无阻塞网络 不论网络处于何种状态，任意时刻都可以在交换网络中建立连接。只要这个连接的起点和终点是空闲 不论网络处于何种状态，任意时刻都可以在交换网络中直接或对已有的连接重选路由来建立连接。只要这个连接的起点和终点是空闲 采用精巧的选路方法，使得所有的阻塞均可以避免，而不必重新安排网络中已经建立的连接（3）不同

27、交换技术的阻塞特性）不同交换技术的阻塞特性电路交换电路交换 损失制系统的阻塞特性阻塞率，电路交换采用有阻塞网络，阻塞率：104108分组交换分组交换 排队系统（延迟制系统）无阻塞问题，但它采用存储转发方式，节点流量较大时，将导致排队时延的增加，等待时间超过门限的呼叫视为倍阻塞的呼叫 阻塞率阻塞率交换网络内部阻塞而不能建立连接的呼叫数进入交换网络的总呼叫数ATM交换交换 在虚连接建立阶段遇到的阻塞于电路交换类似，但电路交换时物理连接，而ATM是基于统计时分复用的虚连接，要看通路上是否存在足够的带宽。其次，在信元传送阶段遇到的阻塞是由于采用统计时分复用，属于各个连接的信元随机到来而在某个时刻发生了冲突。竞争失败的信元在缓冲器中排队等待或予丢失 这种阻塞特性由信元丢失率CLR表示 信元丢失率CLR：1091012信元丢失率信元丢失率CLR由于各种原因在交换网络中丢失的信元数总信元数4. 故障防卫故障防卫 交换网络是交换系统的核心部件，一旦发生故障会影响众多的呼叫连接，甚至导致系统终断，因此必须具备有效的故障防卫功能 提高硬件的可靠性提高硬件的可靠性 双套冗余结构双套冗余结构 多平面结构多平面结构三三 接口功能接口功能 不同交换系统具有不同的接口功能 数字程控电话交换要有：模