计算机通信与网络 第5章

1、计算机通信与网络Computer Telecommunications & Networks第5章公用数据交换网“组网”交换技术基础5.1数据交换原理5.2公用数据交换网5.3移动网5.45.1交换技术基础 交换是一种集中和转接的概念。 如果网络的分布范围广，用户众多，网络拓扑结构复杂。多个用户之间的通信，如果采用点对点直接连接的方式，网络规模大，费用高，线路利用率低。 采用交换方式，利用集中和转接的概念，通过选择和复用技术，可以提高线路资源的利用率，简化网络拓扑结构，降低网络成本。网络拓扑结构网络拓扑结构交换节点交换节点转接中心转接中心用户线用户线中继线中继线全连通全连通交换交换网络网络用户

2、用户接口接口中继中继接口接口控制控制单元单元信号信号单元单元中继线中继线用户线用户线（1 1）建立连接）建立连接（2 2）维持连接）维持连接（3 3）拆除连接）拆除连接电路交换电路交换报文交换报文交换分组交换分组交换快速分组交换快速分组交换多速率电路交换多速率电路交换快速电路交换快速电路交换存储存储 - - 转发转发ATMATM交换交换X.25X.25分组网分组网帧中继、帧中继、 SMDSSMDS信元交换信元交换 一个通信网络由许多交换节点组成，信息在网络中的传输要经过一系列的交换节点，从一条线路转换到另一条线路，最后到达目的地。交换节点转发信息的方式，就称为交换方式。 电路交换 报文交换 分

3、组交换正向证实信号正向证实信号正向拆线信号正向拆线信号主叫挂机主叫挂机反向拆线信号反向拆线信号被叫挂机被叫挂机被叫用户被叫用户主叫用户主叫用户回铃音回铃音取机取机拨号拨号拨号音拨号音占用信号占用信号占用信号占用信号振铃振铃通话通话( (信息传送信息传送) )连接连接释放释放呼叫呼叫建立建立A A局局B B局局C C局局挂机挂机连接释放连接释放数据传送数据传送连接建立连接建立A B C D t报文报文C1C4C3C2C3本地网本地网省中心省中心省间中心省间中心地市中心地市中心县中心县中心长途网长途网AB1. 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 200 ms ) 。 2.

4、在通信前要通过呼叫为主、被叫用户建立一条物理连接。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。衡量电话交换服务质量指标之一：呼叫损失率。3. 电路交换是预分配带宽，话路接通后，即使无信息传送也白白占电路，据统计，传送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。t用户电报机用户电报机B用户电报机用户电报机AA局局B局局C局局M1M1M1M1传播时延传播时延传输时延传输时延存储存储 / 处理时延处理时延报报文文报报文文报报文文A B C Dt(1) 交换节点采用存储转发方式对每份报文完整地加以处理。(2)每份报文中

5、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，可以一对多地传送报文。(3) 报文交换可进行速率、码型的变换，具有差错控制措施。(4)存储转发时延大，随机性也大，过负荷时将会导致报文延迟。P2P1报文报文A主机B主机C链路P5P6P4P3P2P1PSEaPSEbPSEcP1P2P3P4P1P2P3P4P3P4A B C DP2P1（1）可实现多路通信功能。（2）采用统计时分多路复用，提高了线路利用率。（3）能够实现不同类型的数据终端设备（含有不同的传输速率、不同的编码、不同的通信控制规程等）之间的通信。（4）数据传输质量高、可靠性高，可使用优先级。（5）提高了链路利用率，经济性好。

6、由于采用存储转发方式处理分组，所以分组在网内的平均时延可达几百毫秒。 每个分组附加的分组标题，都会需要交换机分析处理，而增加开销，因此分组交换适宜于计算机通信的突发性或断续性业务的需求，而不适合于在实时性要求高、信息量大的环境中应用。 分组交换技术比较复杂，涉及到网络的流量控制、差错控制、编码、速率的变换方法和接口；网络的管理和控制的智能化等 。1 1、广域网概述、广域网概述 广域网的构成 当主机之间的距离较远时，例如，相隔几十或几百公里，甚至几千公里，局域网显然就无法完成主机之间的通信任务。这时就需要另一种结构的网络，即广域网。 广域网的特点 网络范围大，距离远；网络用户数量多，网络拓扑结构

7、复杂。 广域网广域网由局域网和广域网组成互联网互联网局域网局域网广域网路由器结点交换机相距较远的局域网通过路由器与广域网相连组成了一个覆盖范围很广的互联网 广域网和互联网广域网和互联网 广域网是单个的网络，它使用结点交换机连接各主机而不是用路由器连接各网络。 结点交换机在单个网络中转发分组，而路由器在多个网络构成的互联网中转发分组。 连接在一个广域网（或一个局域网）上的主机在该网内进行通信时，只需要使用其网络的物理地址即可。 即使是覆盖范围很广的互联网，也不是广域网，因为在互联网中，不同网络的“互连”才是其最主要的特征。数据报和虚电路数据报和虚电路 根据网络接口和网络中继节点对分组的路由选择和

8、转发方式不同，网络层为连接在网络上的主机所提供的分组交换服务可以有两大类： 无连接的网络服务（数据报服务） 面向连接的网络服务（虚电路服务）数据报数据报 数据报是分组交换网向用户提供的一种无连接的网络服务方式。 通信前不需要先在源和目的节点之间建立一个连接，分组在网络中是采用逐段链路进行存储转发处理，每个分组都作为一个独立的报文来处理。 每个分组独立地进行路由选择，一个报文的多个分组可能通过不同的路径传送，分组到达目的结点的顺序可能与发送顺序不同。虚电路虚电路 虚电路是分组交换网向用户提供的一种面向连接(Connection Oriented：CO)的网络服务方式。 通信前需要先在源和目的节点

9、之间建立一个连接，分组在网络中是沿着该连接，逐段链路进行存储转发处理，因此每段的处理由分组型终端或分组交换机基于线路传输能力的按需动态分配原则来确定一个逻辑信道。 一条虚电路实际上是由多段分配的逻辑信道链接而成的。提供数据报服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网H1向H5发送分组H2向H6发送分组路径可能变化网络随时接受主机发送的分组（即数据报）网络为每个分组独立地选择路由。 提供数据报服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网网络尽最大努力地将分组交付给目的主机，但网络对源主机没有任何承诺。提供数据报服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网网络

10、不保证所传送的分组不丢失也不保证按源主机发送分组的先后顺序以及在时限内必须将分组交付给目的主机 提供数据报服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网当网络发生拥塞时网络中的结点可根据情况将一些分组丢弃 提供数据报服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网数据报提供的服务是不可靠的，它不能保证服务质量。实际上“尽最大努力交付”的服务就是没有质量保证的服务。 提供虚电路服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网H1要和H5通信主机H1先向主机H5发出一个特定格式的控制信息分组，要求进行通信，同时寻找一条合适路由。若主机H5同意通信就发回响应，然后双方就建立

11、了虚电路。虚电路H1向H5发送的所有分组都沿此虚电路传送。提供虚电路服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网同理，主机H2和主机H6通信之前，也要建立虚电路。提供虚电路服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网在虚电路建立后，网络向用户提供的服务就好像在两个主机之间建立了一对穿过网络的数字管道。所有发送的分组都按顺序进入管道，然后按照先进先出的原则沿着此管道传送到目的站主机。 提供虚电路服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网到达目的站的分组顺序就与发送时的顺序一致，因此网络提供虚电路服务对通信的服务质量QoS(QualityofService)有

12、较好的保证。两种服务的思路不同两种服务的思路不同 虚电路服务的思路来源于传统的电信网。电信网负责保证可靠通信的一切措施，因此电信网的结点交换机复杂而昂贵。 数据报服务力求使网络生存性好和使得网络的控制功能分散，因而只能要求网络提供尽最大努力的服务。可靠通信由用户终端中的软件（即TCP）来保证。数据报服务与虚电路服务之争数据报服务与虚电路服务之争 网络只提供数据报服务可大大简化网络层的结构和处理开销，提高传输速率。 技术的进步使得网络出错的概率已越来越小，因而让主机负责端到端的可靠性不但不会给主机增加更多的负担，反而能够使更多的应用在这种简单的网络上运行。 因特网发展到今天的规模，充分说明了在网

13、络层提供数据报服务是非常成功的。 数据报和虚电路的优缺点数据报和虚电路的优缺点 数据报服务对军事通信有其特殊的意义。当某个结点发生故障时，后续的分组就可另选路由，因而提高了可靠性。 但在使用虚电路时，结点发生故障就必须重新建立另一条虚电路。 数据报服务还很适合于将一个分组发送到多个地址(即广播或多播)。数据报服务和虚电路服务优缺点的归纳对比的方面 虚电路服务 数据报服务 思路 可靠通信应当 可靠通信应当 由网络来保证 由用户主机来保证连接的建立 必须有 不要目的站地址 仅在连接建立阶段 每个分组都有 使用，每个分组使 目的站的全地址 用短的虚电路号数据报服务和虚电路服务优缺点的归纳对比的方面

14、虚电路服务 数据报服务分组的转发 属于同一条虚电路 每个分组独立选择 的分组均按照同一 路由进行转发 路由进行转发当结点出 所有通过出故障的 故障结点可能丢失 故障时 结点的虚电路 分组，一些路由 均不能工作 可能会发生变化数据报服务和虚电路服务优缺点的归纳对比的方面 虚电路服务 数据报服务分组的顺序 总是按发送顺序 到达目的站时不一定 到达目的站 按发送顺序 端到端的 可以由分组交换网 由用户主机负责差错处理和 负责也可以由用户 流量控制 主机负责广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制 在广域网中，任意两个网络节点之间可能存在多个连接（直接或间接的），因此在两个节点之间传送的数据包就需

15、要选择一条最佳的传输路径。 网络中间转接节点在收到一个数据包时，也必须选择一个最佳的转发方向，实现分组的转发。广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制 “转发” (forwarding) 和“路由选择” (routing)这两个名词的使用在过去有些混乱。现在的文献倾向于将它们区分开来。 转发是当交换结点收到分组后，根据其目的地址查找转发表(forwarding table)，并找出应从结点的哪一个接口将该分组发送出去。 路由选择是构造路由表(routing table)的过程。 路由表是根据一定的路由选择算法得到的，而转发表又是根据路由表构造出的。 “转发转发”和和“路由选择路由选择” 路

16、由选择协议负责搜索分组从某个结点到目的结点的最佳传输路由，以便构造路由表。 从路由表再构造出转发分组的转发表。分组是通过转发表进行转发的。 为了使讨论更简单些，可以不严格区分“转发”和“路由选择”，也不一定使用“转发表”这一名词。 在转发分组时可以不是说“查找转发表”而是说“查找路由表”。 路由选择方法路由选择方法 路由选择是网络层的主要功能，路由选择在网络的源节点和中转节点上进行。 路由选择需要对网内的每个节点进行计算，必定会引起网络延迟。 理想的路由选择算法特征： 算法正确、简单，而且是最佳； 算法具有公平性、健壮性和稳定性。 实际的路由选择算法只能是相对最佳的。非适应型路由选择算法非适应

17、型路由选择算法 扩散式（泛洪式）：传输可靠性高，健壮性好，但无效传输量大，网络开销大。 随机式：算法简单，但网络效率较低。 查表法：每个网络节点中有一张时延表和路由选择表。分组根据时延表和路由选择表确定输出路径。在业务量比较固定、节点和链路可靠性有一定保证的情况下，比较简单有效。自适应型路由选择算法自适应型路由选择算法 孤立式：根据本节点的输出队列长度确定时延和路由选择表。 分布式：各相邻节点之间周期性或不定期地交换各自的路由信息，并以此为基础产生新的时延表和路由表。 集中式：设置一个网络控制中心，收集各节点的状态信息，计算各节点的时延表和路由表。 混合式：集中式和孤立式的结合。广域网中的分组

18、转发机制广域网中的分组转发机制 结点交换机中查找转发表 在路由表中使用默认路由 局域网中一般采用平面地址结构 ( flat addressing )。 广域网中一般都采用层次地址结构 ( hierarchical addressing )。最简单的层次结构地址举例最简单的层次结构地址举例 用二进制数表示的主机地址划分为前后两部分。 前一部分的二进制数表示该主机所连接的分组交换机的编号。 后一部分的二进制数表示所连接的分组交换机的端口号，或主机的编号。 所连接的交换机的编号所连接的交换机端口的编号计算机在广域网中的地址按照目的站连接的交换机号按照目的站连接的交换机号确定下一跳确定下一跳 只要转发

19、表中目的站一栏中的交换机号相同，那么查出的“下一跳”就是相同的。 在转发分组时，可只根据分组的主机地址中的交换机号来查找转发表。 只有当分组到达与目的主机相连的结点交换机时，交换机才检查第二部分地址（主机号），并通过合适的端口将分组交给目的主机。网络中图的应用网络中图的应用 可用图论中的“图(graph)”来表示整个广域网。 用“结点”表示广域网上的结点交换机，用连接结点与结点的“边”表示广域网中的链路。 连接在结点交换机上的主机与分组转发无关，因此在图中可以不画出。用图表示广域网的例子用图表示广域网的例子12341结点边243每一个结点的转发表每一个结点的转发表1243目的站下一跳1直接23

20、3343结点1的转发表对结点1的转发表的第一个项目的解释：若到达结点1的分组的目的地址是结点1上的主机，则下一跳就是直接交付而不必再转发其他结点。每一个结点的转发表1243目的站下一跳132直接3344结点2的转发表对结点2的转发表的第一个项目的解释：若到达结点2的分组的目的地址是结点1上的主机，则下一跳就应转发到结点3。在路由表中使用默认路由1243目的站下一跳1直接233343结点1的转发表这三个项目的“下一跳”都是转发到“3”（结点3）。可以合并以结点1和结点2中的转发表为例来讨论在路由表中使用默认路由1243目的站下一跳1直接默认3结点1的转发表默认路由在路由表中使用默认路由1243目

21、的站下一跳132直接3344结点2的转发表这两个项目的“下一跳”都是转发到“3”（结点3）。可以合并在路由表中使用默认路由1243目的站下一跳2直接44默认3结点2的转发表默认路由使用默认路由使转发表更加简洁，可减少查找转发表的时间。 广域网的3种技术、解决方案： X.25 帧中继 ATM5.3公用数据交换网公用数据交换网5.3.1 X.25分组交换网分组交换网 1976年，ITU-T（原CCITT）X.25建议 X.25建议定义：分组式终端以专线方式接入公用分组交换数据网的DTEDCE接口。 X.25 所讨论的都是以面向连接的虚电路服务为基础。 三个功能层次： 分组级（Packet Leve

22、l） 帧级 （Frame Level） LAPB 物理级（Physical Level) X.21X.25 规定了 DTE-DCE 的接口X.25接口X.25接口X.25公用分组交换网VC2VC1DTEDTEDCEDCEDCEDTEX.25接口X.25 的层次关系LAPB帧X.25分组分组层（网络层）数据链路层用户数据用户数据X.25首部LAPB首部LAPB尾部高层X.25 物理层物理层 X.25的物理层定义了DTEDCE之间的接口特性，为帧级提供一个物理连接，实现比特流的透明传输。 X.25的物理层主要包括： ITUT V系列建议，关于电话网上数据传输的接口标准； ITUT X系列建议，关于

23、公用数据网上数据通信的建议和接口标准； ITUT I 系列建议，关于ISDN上数据、电话、图像通信的接口标准。X.25的数据链路层（帧级）的数据链路层（帧级） X.25帧级采用了ISO开发的高级数据链路控制规程（HDLC）的帧结构，是HDLC一个子集平衡型链路接入规程(LAPB)。 LAPB使用异步平衡模式，允许两个复合站中的任何一个建立平衡连接，即双向链路。 X.25帧级包括单链路规程和多链路规程。 X.25帧级采用连续ARQ方法。X.25的数据链路层（帧级） OSI 数据链路层 (Data Link Layer) 控制相邻的两个设备间通信。 对每一链路需要独立的链路控制，且跨越网络。1La

24、yers3-7DTE(DCE)LAPB节点节点1222X.25 的分组层 用户数据在 X.25 的分组层（相当于网络层）的数据字段，加上 X.25 的首部控制信息后，就组装成为 X.25 分组。 在分组层 DTE 与 DCE 之间可建立多条逻辑信道(04095 号) ，使一个 DTE 同时和网上其他多个 DTE 建立虚电路并进行通信。 X.25 还规定了在经常需要进行通信的两个 DTE 之间可以建立永久虚电路。X.25 网与网与 IP 网网 基于 IP 协议的因特网是无连接的，只提供 “尽力而为”的数据报服务，不确保服务质量。 X.25 网是面向连接的，能够提供可靠交付的虚电路服务，能保证服务

25、质量。 X.25 网通过复杂的流量控制和差错控制，能在较差的网络条件下保证服务质量，提高利用率，在二十多年前它曾经是颇受欢迎的一种计算机网络。X.25 网不再是网络主流网不再是网络主流 到了 20 世纪 90 年代，情况发生了很大的变化。通信主干线路已大量使用光纤技术，数据传输质量大大提高，使得误码率降低好几个数量级，而 X.25 十分复杂的数据链路层协议和分组层协议已成为多余的。 PC 机的价格急剧下降使得无硬盘的哑终端退出了通信市场。这正好符合因特网当初的设计思想：网络应尽量简单而智能应尽可能放在网络以外的用户端。 帧中继是在OSI参考模型第二层（数据链路层）上，采用简化协议，且以帧为单元

26、来传送数据的一种技术。 帧中继起初由美国电话电报公司AT&T作为NISDN窄带综合业务数字网的帧方式的承载业务提出来。其产生的技术背景是： 传输网络的数字化和传输介质光纤化，传输误码率比以往模拟网的要小很多； 用户终端设备的处理能力大为提高。5.3.2帧中继帧中继帧中继技术的特点帧中继技术的特点（1）帧中继协议简化了X.25分组级功能，只有两个层次：物理层、数据链路层。网内节点的处理大为简化，实验结果表明，采用帧中继时一个帧的处理时间可以比X.25的处理时间减少一个数量级，因而提高了帧中继网的处理效率。（2）传送的基本单元为帧，帧的长度可变，最大长度允许1600字节，比X.25网的缺省分组长度

27、128字节长，特别适合于封装局域网的数据单元，减少了分段与重组的处理开销。 帧中继技术的特点帧中继技术的特点（3）在数据链路层完成动态(统计)复用、帧透明传输和差错检测，但与X.25网不同的是帧中继网内节点若检测到差错，将出错的帧丢弃，不采用重传机制，减少了帧编号、流量控制、应答等开销，由此减少了交换机的处理时间，提高了网络吞吐量，降低了网络迟延。（4）帧中继技术提供了有效的带宽管理和阻塞控制机制，使用户能合理传送超出约定带宽的突发性数据，充分利用网络资源。帧中继技术的特点帧中继技术的特点（5）帧中继现可提供用户的接入速率在 64Kbit/s 2.048 Mbit/s ,也可达到 45Mbit

28、/s。 （6）与X.25分组交换一样，帧中继采用了面向连接的工作模式，可以提供PVC（永久虚电路）业务、SVC（交换虚电路）业务。由于帧中继的SVC业务对用户的资费并不能带来明显的好处，实际上主要用作局域网的互连，仅采用PVC业务。 PVC 和 SVC的差别 ATM交换机中的连接分为永久虚拟电路（PVC）和交换虚拟电路（SVC）两种。 PVC是在源地址与目的地址之间的永久性硬件电路连接。SVC是根据实时交换要求建立的临时交换电路连接。 两者的最大区别是：PVC不论是否有数据传输，它都保持连接；而SVC在数据传输完成后就自动断开。 两者的应用区别是：在通常的ATM交换中，有一些PVC用于保持信号

29、和管理信息通讯，保持永久连接；而SVC主要用于大量的具体数据的传输。帧中继网帧中继交换机路由器局域网局域网虚电路路由器帧中继提供虚电路服务帧中继网路由器局域网局域网虚电路路由器虚电路像一条专用电路用户看不见帧中继网络内的帧中继交换机帧中继的应用帧中继的应用 专用网接口：所有的数据设备安装带有FRN接口的E1（或T1）多路选择器；其它应用（语音传输、电话会议等）仅安装非帧中继接口； 公用网接口 应用：块数据交换、文件传送、字符交互、互联LAN、支持多个低速复用。 人们曾经设想过“未来最理想”的一种网络是宽带综合业务数字网 B-ISDN。 B-ISDN 采用新的 ATM 交换技术。这种技术结合了电

30、路交换和分组交换的优点。 虽然在 B-ISDN 并没有成功，但 ATM 技术还是获得了相当广泛的应用，并在因特网的发展中起到了重要的作用。5.3.3 异步传输模式异步传输模式ATMATM技术背景技术背景 ISDN是由电话综合数字网演变而成的一个网络，它提供端到端的数字连接，以支持包括话音和非话业务在内的多种电信服务，并为用户接入提供一组有限的多用途用户网络间的标准接口。 N_ISDN是以数字式电话网为基础，采用电路交换方式，基于64Kbit/s的ISDN ,数据速率限为2Mbit/s； B_ISDN则是真正意义上的综合，采用快速分组交换方式，即ATM技术。B-ISDN对传输模式的要求对传输模式

31、的要求 对信息损伤小（信息传送的时延和时延抖动要小，信息丢失和差错率要小）； 能灵活支持各种业务； 具有高速传送信息的能力； 简单易行（简化信息的处理过程，简化对网络设备、网络结构、网络管理的要求）。异步传输模式异步传输模式ATM ATM 是建立在电路交换和分组交换的基础上的一种面向连接的快速分组交换技术。 ATM 采用定长分组作为传输和交换的单元。这种定长分组叫做信元(cell)。 ATM 的数据速率为155.520 Mbit/s，622.080Mbit/s。 SDH(同步数字系列) 传送的同步比特流被划分为一个个固定时间长度的帧（请注意，这是时分复用的时间帧，而不是数据链路层的帧）。当用户

32、的 ATM 信元需要传送时，就可插入到 SDH 的一个帧中。 ATM 名词中的“异步”是指将 ATM 信元“异步插入”到同步的 SDH 比特流中。每个用户发送的 ATM 信元在每一时分复用帧中的相对位置并不是固定不变的。 “异步异步”的含义的含义 ATM网络结构网络结构 ATM技术是B-ISDN的核心技术； ATM网采用多级的交换网络结构； ATM网络是由ATM终端和ATM交换机构成； 接口： 用户-网络接口（UNI） 网络-网络接口（NNI） ATM网： 专用ATM网 公用ATM网 接入ATM网ATM层次模型High levelHigh levelATM AAL I . 362/363ATM

33、 Layer I . 361Physical LayerU_PlaneC_PlaneManagement PlanePlane ManagementLayerManagementATM是面向连接的是面向连接的 网络资源是由各连接统计复用的：在连接时，网络仅对连接进行资源的预分配，只有在传输信元时才真正占用传输资源； ATM支持VPC（虚通道连接）、VCC（虚通路连接），一条虚连接由VPI（虚通道标识符）和VCI（虚通路标识符）两部分标识； 虚通道的网络资源由网管系统以半永久方式分配；虚通道内的虚通路通过信令动态地占用虚通道的资源；ATM物理层物理层 PMD（物理介质相关子层）155.520 M

34、bit/s （电 / 光接口）622.080 Mbit/s （光接口） TC （传输会聚子层）信元流比特流21OSI-RMTCATM物理层物理层PMD物理层中的物理层中的 PMD 子层子层 PMD 子层在物理层中处于底层。 PMD 子层负责在物理媒体上正确传输和接收比特流。它完成只和媒体相关的功能，如线路编码和解码、比特定时以及光电转换等。物理层中的物理层中的 TC 子层子层 TC 子层实现信元流和比特流的转换，包括速率适配（空闲信元的插入）、信元定界与同步、传输帧的产生与恢复等。 发送时，TC 子层将 ATM 层交下来的信元流转换成比特流，再交给下面的 PMD 子层。 接收时，TC 子层将

35、PMD 子层交上来的比特流转换成信元流，标记出每一个信元的开始和结束，并交给 ATM 层。 TC 子层的存在使得 ATM 层实现了与下面的传输媒体完全无关。典型的 TC 子层就是 SONET/SDH。 计算HECATMTCPMD（信元头的前（信元头的前4 4字节）字节）000000000000000000X X8 8+X+X2 2+X+1+X+1= = 商商 余数余数将余数将余数 01010101 01010101 得得 HECHECn适配同步传输、信元速率去耦 如信元装在如信元装在SDHSDH中传输，当无数据发送时中传输，当无数据发送时应插入空信元；应插入空信元； 操作维护信元（操作维护信元

36、（OAMOAM）用于传送操作控制）用于传送操作控制信息、以及信元速率去耦信息、以及信元速率去耦. .物理层中的物理层中的 TC 子层子层ATMTCPMD 定位信元的边界检查存在有效信元头？检查存在有效信元头？移位寄存器（移位寄存器（4040位）位）PMDPMDTCTC 如果是有效信元头，将移位寄存器中左如果是有效信元头，将移位寄存器中左8 8位对位对右右3232位进行计算位进行计算HECHEC； 如果不是有效信元头，将右如果不是有效信元头，将右1 1位，继续计算。位，继续计算。物理层中的物理层中的 TC 子层子层传输汇聚子层 信元头保护机制 HEC 8 bits G(X) = X8 + X2

37、+ X + 1 纠正单个位差错和检测多个位差错检错模式检错模式纠错模式纠错模式纠正单个位差错纠正单个位差错检测多个位差错，丢弃信元检测多个位差错，丢弃信元未检到错未检到错检到错检到错丢弃信元丢弃信元未检到错未检到错ATM层层 功能：信元复用 / 解复用信元传输（信元头的生成 / 去除、信元 VPI/ VCI 转换）流量控制（一般流量控制 GFC）和阻塞控制ATM层层 ATM层不提供任何应答机制，不进行差错控制（光纤传输）； 在实时业务（按顺序投送）环境下，重发一个偶然出错的信元比丢弃该信元更糟；路由表路由表11/1225/1231/1543/10端口号、端口号、VPI/VCIATM层层 ATM

38、流量控制：控制入网的业务量，尽量避免阻塞； ATM阻塞控制：当出现阻塞，采取措施，如在信元头中CLP=1的信元，将其丢弃。 检查检查 CLP=1？Y ATM适配（适配（AAL）层）层高层高层AALCSSSCSCPCSSSCFSSCOPSARATM48 字节字节可变长可变长业务特定协调功能业务特定协调功能业务特定面向连接协议业务特定面向连接协议53= 5+48 字节字节广域网中X.25 、帧中继和ATM不同 X.25 又叫公共分组交换网（PDN），各节点由交换机组成，交换机间用存储转发的方式交换分组, X.25 协议规定了统一的接口，能够接入不同类型的用户设备,在分组层为用户提供可靠的面向连接的

39、虚电路服务，可靠性高 多路复用与点对点传送; 帧中继网与 X.25 有很多相同之处，它们都是点对点式的交换网络，不过在设计思想上有明显差别：X.25 强调数据传输的高可靠性；而帧中继则着重于数据的快速传输，最大程度地提高网络吞吐量，帧中继省略了 X.25 中地分组层，以链路层地帧为基础实现多条逻辑链路的统计复用和 转换，体现了“帧中继” 因为简化了传输处理过程，所以帧中继的平均传输速率能达到 X.25 的 10 倍左右， 明显，这种简化是很有效果的； ATM，即异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode），是 B-ISDN 的底层传输技术，其设计思想比其 X.25 和帧

40、中继有根本性的不同，ATM 把数据分割成固定长度的信元（ Cell），不同于可变长度的帧 由此带来了很多好处，固定的信元长度使得 ATM 网络可以用硬件来实现信元的快速转发，传输速度上的又一提高！ 速率比较：X.25 = 64kbps，帧中继 = 2.048Mbps，ATM 155Mbps ATM 所实现的高速率使得它可以提供多种类型的服务（视频等），这是其最大长处之一；同时，ATM 还继承了帧中继网中面向连接和统计复用的优点；945.4 移动网移动网ContentsContents95移动通信的发展 第一代：模拟系统。第一代：模拟系统。 例如：例如：AMPS、TACS 第二代：数字系统。第二

41、代：数字系统。 例如：例如：GSM、CDMA（ANSI-95）、）、TDMA(ANSI-136) 第三代第三代: WCDMA 、CDMA2000、TD-SCDMA规定：规定：3G必须支持移动必须支持移动IP业务。业务。96一、 GSM发展历史 GSM是Global System for Mobile Communications的缩写; 意为全球移动通信系统; 是世界上主要的蜂窝系统之一.97 GSM数字移动通信系统史源于欧洲。 1982成立了一个 “移动特别小组Group Special Mobile）简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。 1991年在欧洲开通了第一个系统，同时MoU组

42、织为该系统设计和注册了市场商标，将GSM更名为“全球移动通信系统”（Globa1 system for Mobile communications）。一、 GSM发展历史98 1992年大多数欧洲GSM运营者开始商用业务。 1993年欧洲第一个DCSI800系统投入运营。 中国：1987年第一个模拟蜂窝移动电话系统在广东建成并商用。1995年，GSM数字电话网开通。一、 GSM发展历史99目 录ContentsContents100二、GSM系统结构 GSM系统的主要设备 无线覆盖 交换网络 智能网业务101GSM系统网络结构AUC:鉴权中心HLR:归属寄存器MSC/VLR:移动交换中心/拜访

43、位置寄存器EIR:设备识别寄存器OMC:操作维护中心SMS:短信中心BSC：基站控制器BTS：基站MSC/VLRBSCBSC.SMSBTSEIR.OMC其它MSC或GWMSCMSCHLR/AUC102GSM系统网络结构-网络功能部件 基站（BS）由基站收发信台（BTS）和基站控制器（BSC）组成。 BTS BASE TRANSCEIVER STATION 基站收发信台（负责无线信号的收发） BSC BASE STATION CONTROLLER 基站控制设备（ 处理所有与无线信号有关的工作：小区切换、小区配置、控制和管理所连接的BTS 、无线信道分配和管理）103GSM基站简介 基站控制器（B

44、SC）是基站子系统（BSS）的控制部分，起着BSS的变换设备的作用，即各种接口的管理，承担无线资源和无线参数的管理。104GSM基站简介 基站收发信台（BTS）属于基站子系统的无线部分，由基站控制器（BSC）控制，服务于某个小区的无线收发信设备，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与移动台（MS）之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。105GSM基站简介106机架中的电路板和模块GSM系统网络结构-网络交换子系统构成111MSC 交换机房目前中国地区未使用此设备117GSM的无线覆盖 GSM无线覆盖由许多六边形小区组成 根据需要，有定向和全向两种小区118GSM小区 移动小区的理想

45、形状是正六边形，许多小区成蜂窝状排列，所以也叫蜂窝小区或宏小区。其有效覆盖范围决定于基站和移动台的发射功率、天线高度、传播损耗、接收灵敏度、受干扰情况等因素，一般为几百米几公 里。119GSM的无线覆盖 全向基站 信号发射、接收均为360度范围 容量小，一般不多于4个载频 设备简单，主要用于话务量较低的地区 定向基站 一般分三个扇区，发射、接收均有方向性 可作大容量基站 特殊情况下可配置四扇区基站120小区分裂 若小区内业务量激增时，宏小区可以缩小，分成多个小区，这在蜂窝网中称为小区分裂 小区分裂增加了单位面积内的信道数，解决了高话务量地区的通信阻塞问题 小区分裂不能无限制地进行下去，最终受系

46、统抗干扰能力限制121室内分布天线系统 为了更好地解决大型商场、宾馆、写字楼内的覆盖问题，可以采用室内分布天线系统122室内分布天线系统 在室内每隔一定距离装上一个小型天线，使室内具有良好的信号覆盖(适中的信号强度） 信号源可以是周围基站，也可以是微蜂窝123GSM使用频段 GSM900 上行（移动台发，基站收）：890915MHz 下行（基站发，移动台收）：935960MHz GSM1800 上行：17101785MHz 下行：18051880MHz 我国规定17101755，18051850MHz为GSM1800频段第三代移动通信系统将采用2000MHz(UMTS)公用移动网大多采用800

47、MHz和900MHz欧洲推出的DCS数字系统采用该频段124三、GSM呼叫流程 条件 正常运营的网络 正常工作的终端设备 有效的用户识别卡125目 录ContentsContents126移动台待机状态 位置区（Location Area）：由若干个小区组成。系统按位置区寻呼移动台。LA1LA3LA5LA6MSCVLR127移动台待机状态 开机后，移动台扫描所有的射频信道，计算平均强度，守候在最强的广播（BCCH）信道上 在广播（BCCH）信道上，系统通知移动台应当监视哪些BCCH载波 移动台不断更新6个最强BCCH载波的测试表128移动台待机状态 如果位置区发生变化，移动台在RACH（随机接

48、入信道）上发接入请求 系统通过AGCH（允许接入信道）为移动台分配一个SDCCH（独立专用控制信道） 移动台在SDCCH上完成登记。在SACCH（慢随路信道）上发控制指令，移动台返回空闲状态129移动台主叫流程 移动台在RACH（随机接入信道）上发接入请求 系统通过AGCH（允许接入信道）为移动台分配一个 SDCCH（独立专用控制信道） 通过SDCCH交换进一步的建立信息（鉴权加密、移动台识别、被叫号码等），在SACCH（慢随路信道）上交换控制信息（测试报告、功率控制） 在TCH（业务信道）上通话130移动台被叫流程 系统通过PCH(寻呼信道)寻呼移动台 移动台通过RACH（随机接入信道）发寻

49、呼响应作应答 系统通过AGCH（允许接入信道）为移动台分配一个SDCCH（独立专用控制信道） 系统与移动台交换必要的信息（鉴权、加密模式、移动台识别、被叫号码等）。在SACCH（慢随路信道）上发送测试报告和功率控制 分配TCH（业务信道），开始通话1315.4.2 GPRS GPRS（通用分组无线业务）是GSM标准化组织制定的一套标准,以实现移动分组数据业务 GPRS的实现是在GSM网络上增加分组数据服务设备，并对GSM无线网络设备进行升级，从而利用现有的GSM无线覆盖提供分组数据业务132GPRS网络与GSM网络PSDNIP / X.25GSM 900/1800GPRSPSTN分组交换数据网

50、公用电话交换网133新增GPRS网络节点 在GSM网络中，GPRS引入了SGSN、GGSN两个新的网络节点，从而使得用户能够在端到端分组模式下发送和接收数据 SGSN(服务GPRS支持节点) 负责GPRS移动性管理,数据压缩,加密和计费 ，类似于GSM中的MSC。 GGSN(网关GPRS支持节点) 提供分组数据网的路由,协议转换，类似于GSM中的GMSC。134GPRS网络结构图DataMSC/VLRGSM+GPRSBSS withPCUISDNGPRSBackboneSGSNInternetGGSNVoiceBSSHLRGPRS主干网135GSM与GPRS数据业务ISP163VLRBSCBTSMSCGMSCHLRAUCPSTNSGSNGGSN163APNData Ne