现代通信网概论2(教材)

现代通信网概论第二章现代通信网基础技术1、现代通信终端2、现代传输技术3、数字通信技术4、现代交换技术2.1现代通信终端-固定电话机现代通信终端-手机现代通信终端-手机SIM卡是（SubscriberIdentityModule客户识别模块）的缩写，也称为智能卡、用户身份识别卡，GSM数字移动电话机必须装上此卡方能使用。它在一电脑芯片上存储了数字移动电话客户的信息，加密的密钥以及用户的电话簿等内容，可供GSM网络客户身份进行鉴别，并对客户通话时的语音信息进行加密。手机SIM卡（参看教材19页）现代通信终端-移动电话机没有SIM卡，手机能工作吗？SIM卡上有什么信息？在教材上找答案。SIM卡的原理SIM卡是带有微处理器的芯片内有5个模块，每个模块对应一个功能CPU(8位/16位/32位)、程序存储器ROM、工作存储器RAM、数据存储器EEPROM和串行通信单元，这5个模块集成在一块集成电路中。SIM卡在与手机连接时，最少需要5个连接线这5个模块被胶封在SIM卡铜制接口后与普通IC卡封装方式相同。这5个模块必须集成在一块集成电路中，否则其安全性会受到威胁，因为芯片间的连线可能成为非法存取和盗用SIM卡的重要线索SIM卡的存储容量

一般SIM卡的IC芯片中，有128KB的存储容量，可供储存以下信息1000组电话号码及其对应的姓名文字40组短信息(ShortMessage)5组以上最近拨出的号码4位SIM卡密码(PIN)市面上的SIM卡芯片有16K,32K,64K,128K,512K,1M多种，以及能提供多媒体业务，非接触业务的专业SIM卡，容量可以达到M兆级SIM卡的功能之一存储用户相关数据SIM卡存储的数据可分为四类：第一类是固定存放的数据。这类数据在ME（MobileEquipment）被出售之前由SIM卡中心写入，包括国际移动用户识别号（IMSI）、鉴权密钥（KI）等；第二类是暂时存放的有关网络的数据。如位置区域识别码（LAI）、移动用户暂时识别码（TMSI）、禁止接入的公共电话网代码等；第三类是相关的业务代码，如个人识别码（PIN）、解锁码（PUK）、计费费率等；第四类是电话号码簿，是手机用户随时输入的电话号码SIM卡的功能之二用户PIN的操作和管理SIM卡本身是通过PIN码来保护的，PIN是一个四位到八位的个人密码，只有当用户输入正确的PIN码时，SIM卡才能被启用，移动终端才能对SIM卡进行存取，也只有PIN认证通过后，用户才能上网通话SIM卡的功能之三用户身份鉴确认用户身份是否合法，鉴权过程是在是在网络和SIM卡之间进行的，而鉴权时间一般是在移动终端登记入网和呼叫时。鉴权开始时，网络产生一个128比特的随机数RAND，经无线电控制信道传送到移动台，SIM卡依据卡中的密钥Ki和算法A3,对接收到的RAND计算出应答信号SRES，并将结果发回网络端。而网络端在鉴权中心查明该用户的密钥Ki，用同样的RAND和算法A3算出SRES,并与收到的SRES进行比较，如一致，鉴权通SIM卡的功能之四SIM卡中的保密算法及密匙SIM卡中最敏感的数据是保密算法A3、A8、密钥Ki、PIN、PUK和Kc。A3、A8算法是在生产SIM卡时写入的，无法读出。PIN码可由用户在手机上自己设定，PUK码由运营者持有，Kc是在加密过程中由Ki导出的SIM卡卡号（即ICCID号）的含义SIM卡上有20位数码前面6位为网络代号898600）是中国移动的代号898601）是中国联通的代号898603）是中国电信的代号第7位是业务接入号在133、135、136、137、138、139中分别为1、5、6、7、8、9第8位是SIM卡的功能位，一般为0，预付费SIM卡为3第9、10位是各省的编码01：北京02：天津03：河北04：山西05：内蒙古06：辽宁07：吉林08：黑龙江09：上海10：江苏11：浙江12：安徽13：福建14：江西15：山东16：河南17：湖北18：湖南19：广东20：广西21：海南22：四川23：贵州24：云南25：西藏26：陕西27：甘肃28：青海29：宁夏30：新疆31：重庆第11、12位是年号；第13位是供应商代码第14～19位则是用户识别码第20位是校验位注：现在的运营商对ICCID管理比较混乱，所以以上不绝对可靠SIM卡的密码PIN码是指SIM卡的密码，存在于SIM卡中，其出厂值为1234或0000。激活PIN码后，每次开机要输入PIN码才能登录网络。PUK码是用来解PIN码的万能钥匙，共8位。用户是不知道PUK码的，只有到营业厅由工作人员操作。当PIN码输错3次后，SIM卡会自动上锁，此时只有通过输入PUK才能解锁。PUK码共有10次输入机会。所以此时，用户千万不要自行去碰PUK密码,输错10次后，SIM卡会自动启动自毁程序，使SIM卡失效。此时，只有重新到营业厅换卡。其实，只要小心使用，PIN密码只会保护你的安全SIM卡有两个PIN码：PIN1码和PIN2码。我们通常讲的PIN码就是指PIN1码，它用来保护SIM卡的安全，是属于SIM卡的密码。PIN2码也是SIM卡的密码，但它跟网络的计费（如储值卡的扣费等）和SIM卡内部资料的修改有关。所以PIN2码是保密的，普通用户无法用上PIN2码。不过，即使PIN2码锁住，也不会影响正常通话。也就是说，PIN1码才是属于手机用户的密码SIM卡的密码在设置固定号码拨号和通话费率（需要网络支持）时需要PIN2码。每张SIM卡的初始PIN2码都是不一样的。如果三次错误地输入PIN2码，PIN2码会被锁定。这时同样需要到营业厅去解锁。如果在不知道密码的情况下自己解锁，PIN2码也会永久锁定。PIN2码被永久锁定后，SIM卡可以正常拨号，但与PIN2码有关的功能再也无法使用。以上各种码的默认状态都是不激活SIM卡的密码sim卡验证过程手机向网络发出入网请求网络回复一随机字符串手机接收，并将其交给SIM卡卡片按照片内算法进行计算，得到结果返回手机手机将其运算结果、IMEI、ICCID发回网络,网络读取ICCID，分析是否是本地号码网络返回合法信息，并下发KC码，完成入网过程注：以上描述的是2G网的鉴权过程，3G网鉴权过程与此不同小游戏

请小组推选出一位代表上台z展示手机里面的SIM卡，并简要陈述SIM卡的功能。上台的代表可+2分。

1、现代通信终端2、现代传输技术3、数字通信技术4、现代交换技术传输介质

传输介质是指传输信号的物理通信线路。传输介质分为有线介质和无线介质。有线介质中电磁波信号沿着有形的固体介质传输。无线介质中，电磁波信号通过地球外部的大气或外层空间进行传输。有线介质

架空明线中，信道由架在一系列竖立电杆上的绝缘子上的导线而成。这种信道易建设，但高频衰减较大，传输信号频带受限，通信容量小。同时，干扰大且可靠性差，易被窃听，易损坏。在现代通信网中基本不再使用。架空明线有线介质

又称双绞线，由多对线路包扎成一条线缆组成。受外界干扰较小，性能比较稳定，但其损耗随工作频率的增大而急剧增大，因而容量受限。广泛使用在用户环路，即从用户终端到复接设备或交换机之间。平衡电缆有线介质

分小同轴（管外径4.4mm）和中同轴（管外径9.5mm），由于电磁波在外管和内芯间传播，所以无发射损耗，衰减较小，带宽较大，传输容量较大。缺点是造价高，施工复杂。一般作为通信网固定的干线信道。同轴电缆有线介质

是以光为载波，以光导纤维为传输介质的一种通信信道。优点：其频带宽，容量大，中继距离长，抗干扰性好，保密性强，体积小，重量轻，成本低，传输质量高。光纤有线介质

多模光纤（MMF）：允许多个光传导模式同时通过光纤，光信号进入光纤时沿多个角度反射。由于容易产生模式色散，主要用于短距离低速传输，一般传输距离小于2KM。单模光纤（SMF）：纤芯直径非常小，通常为4-10um，只允许光信号以一种模式通过纤芯。传输特性好，能为信号传输提供更大的带宽、更远的距离。目前长途传输主要采用单模光纤。

无线介质无线电磁信道的频谱范围图

频率在300kHz以上，波长1000m以上，沿海平面的传播损耗较小，但可用带宽小，适用于航海导航和对潜通信系统。长波信道中波信道频率在3~30MHz，波长10~100m内，称为高频。传播损耗较大，地面传播距离也较短。但借助空中（称为天波），可进行远距离通信。频率在0.3~3MHz，波长100~1000m内，传播损耗较比长波稍大，但传播距离比较远（地面波）。短波信道无线介质

频率在30～3000MHz内，其中30～300MHz称为甚高频，300～3000MHz称为特高频，地面的传播损耗大，只适合近距离通信，如移动通信网。超短波信道微波信道频率在几1012-14HZ，主要用于短距离、小范围的通信，但无法穿越障碍物。频率在3000MHz～30GHZ，波长短，天线的方向性相当强，其传输是由电磁波的直播视距传输。红外线无线传输信道

多路复用技术多路复用在一个公共信道上建立两条或多条传输信道，目的是充分利用信道的容量，提高信道传输效率。时分多路复用频分多路复用波分多路复用多路复用技术频分多路复用技术

频分多路复用（FDM）把信道的可用频带分割成较窄的子频带，每条子频带作为一个独立传输信道传输。效率不高，易产生串音和互调噪声干扰。FDM原理框图

时分复用（TDM）是多路信号按一定规律分时占用1条信号线。复用器给每个用户分配一个固定的时间段（称为时隙）。TDM一般采用固定帧长结构，它根据时隙在帧内的相对位置来识别用户信道，因此需要有同步信号来进行时隙定位。不存在保护频带，信息传输效率高，信道占用频带窄、容量大。缺点是通信双方必须严格保持同步。时分多路复用（TDM）时分多路复用技术TDM原理框图时分多路复用技术t四路信号复用ABCDABCD第一帧第二帧ABCDABCD同步时钟波分复用（WDM）本质上是光域上的频分复用（FDM）技术。将光纤的低损耗区划分为若干个信道，每个信道占用不同的光波频率，在发送端采用波分复用器将不同波长的光载波信号合并到一根光纤上传输，接收端再用分波器分离出各路信号。

数字通信技术PCM数字通信过程示意图

数字通信技术

数字通信技术数字通信过程示意图数字复接系统在时分制的PCM通信系统中，为了扩大传输容量，提高传输效率，必须提高传输速率。也就是说想办法把较低传输速率的数据码流变换成高速码流。数字复接终端就是这种把低速率码流变换成高速率码流的设备。数字复接系统由数字复接器和数字分接器两部分构成。把两个或两个以上的支路数字信号按时分复用方式合并成单一的合路数字信号的过程称为数字复接，把完成数字复接功能的设备称为数字复接器。在接收端把一路复合数字信号分离成各支路信号的过程称为数字分接，把完成这种数字分接功能的设备称为数字分接器。数字复接器和数字分接器和传输信道共同构成了数字复接系统87654321用户话机87654321电话交换机图1.1用户个个相连图1.2交换节点的引入N的增加现代交换技术面向连接和无连接面向连接（connection-oriented），在发送任何数据之前，要求建立会话连接（与拨打电话类似），然后才能开始传送数据，传送完成后需要释放连接。建立连接是需要分配相应的资源如缓冲区，以保证通信能正常进行。这种方法通常称为“可靠”的网络业务。它可以保证数据以相同的顺序到达。面向连接的服务在端系统之间建立通过网络的虚链路无面向连接（connectiongless），不要求发送方和接收方之间的会话连接。发送方只是简单地开始向目的地发送数据分组（称为数据报）。这与现在风行的手机短信非常相似：你在发短信的时候，只需要输入对方手机号就OK了。此业务不如面向连接的方法可靠，但对于周期性的突发传输很有用。系统不必为它们发送传输到其中和从其中接收传输的系统保留状态信息。无连接网络提供最小的服务，仅仅是连接。无连接服务的优点是通信比较迅速,使用灵活方便,连接开销小;但可靠性低,不能防止报文的丢失,重复或失序.适合于传送少量零星的报文。面向连接和无连接

主要的交换技术目前在广域网中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造而成的。现代交换技术

电路交换

电路交换主要应用在目前的电话通信网，它是一种面向连接的技术，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，为用户静态地分配通信所需的全部网络资源；在通信期间，资源始终保持为该连接专用；数据传输阶段，交换节点负责在预先建立的连接上转发数据；通信结束，则释放连接。

电路交换

连接释放阶段建立阶段信息传送（通话）电路交换的基本过程：交换节点A交换节点B交换节点C建立传送释放电路交换的基本过程电路交换PSTNPSTN电话交换的基本原理PSTN在各条用户线之间、用户线和中继线之间或中继线与中继线之间建立起语音信号临时通道，直到通信双方要求拆除电路为止。这一工作由交换网络最后完成。用户甲用户乙任何一次通信两端之间必须独占一条路由。占用此路由直到通话结束，在此过程中其它通信无法再用。电路接通之后，交换机的控制电路不再干预数据

传输，为用户提供了一条透明通路。电路交换的特征

优点传输效率高，传输时延小，很适合实时性要求高的通信业务；交换机处理开销少，不需附加控制信息。电路交换

缺点：信道资源的利用率低；电路的持续时间长；兼容性要求高，不利于不同类型的用户终端之间互通。

分组交换

分组交换主要应用于计算机间的数据通信业务。原因有：

1、电路交换不适应数据业务有很强突发性的场合；

2、电路交换不适应数据通信终端间异步、可变速率的通信要求；

3、数据业务对差错很敏感，允许一定的传输延迟。

分组交换网的示意图H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3结点交换机主机在每个中间结点交换机暂存分组，查找转发表，找到转发端口，排队，转发交换节点A交换节点B交换节点C传输时延分组交换的时延存储时延处理与排队时延分组2分组3分组4分组5分组1分组2分组3分组4分组5分组1分组交换

优点链路利用率高；通信环境灵活，可方便地支持终端终端间异步、可变速率的通信要求；可靠性高，便于实现差错控制，降低传输误码率（可达10-10以下）；经济性好（可节省交换机的存储容量）。

缺点附加信息较多；实现技术复杂。分组交换

数据报数据报属于无连接的方式，协议简单，无需建立连接，无需为每次通信预留带宽资源，每个分组独立选择路由，适合突发性强、数据量小的通信。缺点是传输时延大，不适用于大数据量、实时性要求高的业务。主要用于信令、控制信息管理和短消息的传递，Internet的IP技术也采用数据报的方式。

分组交换

虚电路虚电路是一种面向连接的分组交换方式，将数据报和电路交换结合起来达到最佳的数据传输效果。分为3个阶段：虚电路建立、数据传输和虚电路释放。与电路交换的区别是：虚电路建立后，并不进行静态的带宽资源预留（统计时分复用）。在ATM和帧中继中采用这种方式。分组交换中继器中继器是网络物理层的一种介质连接设备，即中继器工作在OSI的物理层。中继器具有放大信号的作用，它实际上是一种信号再生放大器。因而中继器用来扩展局域网段的长度，驱动长距离通信。电磁信号在网络传输介质上传递时，由于衰减和噪音使有效数据信号变得越来越弱。为保证数据的完整性，它只能在一定的有限距离内传递。中继器将接收到的弱信号中的数据提出，新的信号与原来的完全相同，但是它的信号强度大大提高了。

帧中继技术是在开放系统互连（OSI）网络模型的第二层(链路层)上以帧的形式用简化的方法传送和交换数据单元的一种数字交换技术。帧中继主要用于局域网高速互连业务。为适应网络高速度、低差错和终端计算成本低的特点而设计：1、网络只进行差错的检测，纠错和流量控制由终端来完成；2、采用统计时分复用和面向连接，虚电路的复用和交换在第二层；3、呼叫控制和用户控制在各自独立的虚电路传递。主要用于LAN间的高速互连、VPN的组建、远程高品质视频和图像信息的传递。帧中继概念：

ATM:（AsynchronousTransferMode）异步传送模式，用于宽带综合业务数字网的复用、传输和交换；ATM交换ATM是以信元（Cell）为信息传输、复接和交换的基本单位的传送方式。ATM信元定长53个字节，5字节的信息头加上48字节的信息段。信息头5Byte信息段48ByteByte与bit1bit就是1位二进制数.

1Byte就是1个字节.1个字节是由8个二进制位组成