通信网第一章概论

通信网第一章概论第一页，共35页。使用教材：《现代通信网技术》（第2版）作者：刘金虎，樊子锐高级计算机网络第二页，共35页。课程教学目的掌握现代通信网的基本概念掌握现代通信网的体系结构了解现代电话通信网的结构及发展熟悉现代通信网的三大支撑网的结构及组成原理掌握IP通信网组网技术、IP地址规划和IP路由技术掌握现代通信网拓扑结构和流量分析基础了解下一代通信网技术现代通信网技术第三页，共35页。第一章现代通信网概论第四页，共35页。§1.1通信网基本组成

1.1.1通信网的基本概念

通信网是为公众提供信息服务的一类网络，是信息化社会的基础设施。早期的通信网仅包括电话网和电报网。随着通信技术的迅速发展，通信网的类型不断增加，结构越来越复杂，网络技术已成为一门专门的的学科，其内容已十分丰富，已成为通信技术方面的重要的基础知识。通信网是一个由多用户通信系统通过交换系统按照一定拓扑模式组合在一起的通信体系。现代通信网是实现长距离的、多用户之间可靠的和经济的信息传输。1.1.2通信网的组成通信网是由硬件通信设备和相应的软件(通信协议)组成的。硬件设备主要由终端设备、传输系统和交换系统组成。现代通信网技术第五页，共35页。终端设备(用户)主要完成感受和恢复信息、信号与传输链路匹配、产生和识别信令等功能。传输系统是信息的传输通道，是连接接点的媒介，可分为用户传输系统和中继传输系统。从传输方式上又可分为有线传输链路和无线信道。交换设备的功能主要是完成接入交换节点链路的汇集、转换、接续及分配，采用的交换方式主要有电路交换、报文交换、分组交换和ATM交换等。1.1.3通信网的基本结构通信网的基本拓扑结构主要有网形、星形、复合形、总线形、环形、树形和线形。现代通信网技术第六页，共35页。

1.网形网网形网如图1.1(a)所示，网内任意两个节点之间均有线路相连。如果有N个节点，则需要有条传输链路。显然当节点点数增加时，传输链路将迅速增大。这种网络结构冗余度较大，稳定性好，但线路利用率低，经济性差。图1.1(b)所示为网孔形网，它是网形网的一种变形，是一种不完全的网状网。其中大部分节点之间有直达链路，一小部分节点可能与其它节点没有直达链路，节点之间设不设链路视具体情况而定，显然网孔形网与网形网相比适当节省了线路投资，提高了线路利用率，经济性有所改善，但稳定性有所降低。图1.1网形网与网孔形网2.星形网现代通信网技术第七页，共35页。图1.2星型网示意图星形网也称为辐射网，它将一个节点作为辐射点，该点与其它节点均有线路相连，如图1.2所示。具有N个节点的星形网至少需要N-1条传输链路。星形网的辐射点就是转接交换中心，其余N-1个节点间相互通信都要经过转接交换中心的交换设备，因而该交换设备的交换能力和可靠性会影响网内的所有用户，显然，星形网的比网形网的传输链路少线路利用率高，但稳定性差，交换中心一旦出现故障就会造成全网瘫痪。3.复合形网（半网状网）

复合形网由网形网和星形网复合而成，如图1.3所示。根据网中业务量的需要，以星形网为基础，在业务量较大的转接交换中心区间图1.3复合形网示意图现代通信网技术第八页，共35页。图1.4总线型网示意图总线形网是所有节点都连接在一个公共传输通道——总线上，如图1.4所示，这种网络结构需要的传输链路少，增减节点比较方便，但稳定性差，网络范围也受到限制，一般在计算机局域网中采用较多。采用网形结构，可以使整个网络比较经济且稳定性较好。复合形网具有网形网和星形网的优点，是通信网中广泛采用的一种网络结构，但网络设计应以交换设备和传输链路总费用最小为原则。.4.总线形网5.环形网

环形网如图1.5所示，它的特点是结构简单，实现容易，而且由于可以采用自愈环对网络进行自动保护，所以其稳定性比较好。图1.5环形网示意图现代通信网技术第九页，共35页。

图1.6树形网示意图

树形网如图1.6所示，它可以看成星形拓扑结构的扩展，在树形网中，节点按层次进行连接，信息交换主要在上、下节点之间进行。树形网结构主要用于用户接入网或用户线路网中，另外，主从同步方式的同步网中的时钟分配网也采用树形结构。6.树形网现代通信网技术第十页，共35页。1.2现代通信网的分类及构成1.2.1现代通信网的分类通信网从不同的角度可以分为不同的种类，主要有以下5种分类方法。

1．按业务种类分若按业务种类分，通信网可分为：电话网—传输电话业务的网络，交换方式一般采用电路交换方式；电报网—传输电报业务的网络；传真网—传输传真业务的网络；广播电视网—传输广播电视业务的网络；数据通信网—传输数据业务的网络，交换方式一般采用存储一转发交换方式。

2．按所传输的信号形式分若按所传输的信号形式分，通信网可分为两类：数字网—网中传输和交换的是数字信号；模拟网—网中传输和交换的是模拟信号。现代通信网技术第十一页，共35页。

3．按服务范围分

若按服务范围分，通信网可分为本地网、长途网和国际网。4．按运营方式分

按运营方式分，通信网可分为公用通信网和专用通信网。5.按所采用的传输媒介分按所采用的传输媒介分，通信网可分为有线通信网和无线通信网。1.2.2现代通信网的构成现代通信网是由业务网、交换网、传送网和支撑网几类网络构成。

业务网是指向公众提供电信业务的网络，主要包括固定电话网、移动电话网、IP电话网、数据通信网、智能网、窄带综合业务数字网(N-ISDN)和宽带综合业务数字网(B-ISDN)等。交换网是指完成用户之间的接续和控制的网络。

传送网是指完成信号的传输的网络，包括骨干传送网和接入网。现代通信网技术第十二页，共35页。

支撑网是指对网络更好的运行起支撑作用的辅助网络，包括No.7公共信道信令网、数字同步网和电信管理网。业务网、传送网和支撑网之间的关系如图1.7所示。1、业务网

（1）

电话网

电话网是目前覆盖面最广，业务量最大的网络，按其装机容量，我国电话网目前是世界规模第二位的网络。电话网包括采用电路交换方式的固定电话网、采用分组交换方式的IP。电话网和采用无线接入方式移动电话网（详见第3章）。图1.7业务网、传送网和支撑网之间的关系示意图现代通信网技术第十三页，共35页。（2）

数据通信网数据通信网包括分组交换网、数字数据网、帧中继网、计算机互联网等，这些网络的共同特点都是为计算机联网及其应用服务的。计算机互联网是一类分组交换网，采用无连接的传送方式，网络中的分组在各个节点被独立处理，根据分组上的地址传送到它的目的地。互联网主要由路由器、服务器、网络接入设备、传输链路等组成。互联网采用TCP/IP协议。IP协议把信息分解形成IP协议规定的数据报，同时对地址进行分配，按照分配的IP地址对分组进行路由选择，实现对分组的处理和传送。现代通信网技术第十四页，共35页。（3）智能网在传统的电信网中，当需要提供新的电信业务时需要建设新的网络或者改造网络的已有设备，而智能网(IN)是对这种固有的业务提供模式的一种改进。IN把业务逻辑和业务功能从网络中分离出来，当提供新的业务时，不需要改变整个网络的结构和主体设备，只需改变智能节点的软件，可以在很少的投资下来生成各种新业务。（详见第6章）（4）N-ISDN综合业务数字网(ISDN)是以数字电话网络为基础逐步演变而成的电信网络，ISDN提供端到端的全数字连接，用户通过标准化的用户——网络接口接入网络，ISDN中的综合指对各种不同业务的综合，因而它涉及到多方面的技术，如交换技术、数字传输技术、公共信道信令技术、同步技术、网络管理技术和集中控制技术等。现代通信网技术第十五页，共35页。ISDN的综合，一方面是对业务的综合，另一方面是交换技术的综合，既有电路交换又有分组交换功能，ISDN的基本功能结构如图1.8所示。现代通信网技术第十六页，共35页。图1.8ISDN的基本功能结构框图现代通信网技术第十七页，共35页。2、传送网传送网是指数字传送网络，在数字通信网中各类通信网络中的各种不同的信号，都将以数字信号形式通过传送网络的传输，因此传输线路、传输设备是电信网的一项重要的基础设施，二者组成的传送网络亦称为基础网。（1）传输技术体制在通信网中，为了提高信道利用率，在线路上传输的信号一般都是经过时分复用以后形成的数字信号的群路信号，传输的技术体制主要是指规定的经过复接以后各群路信号的速率等级。目前有两类速率等级信号：准同步数字系列(PDH)和同步数字系列(SDH)。现代通信网技术第十八页，共35页。

①准同步数字系列(PDH)在准同步系列中，复接成群路信号的各支路信号的时钟频率有一定的偏差，在复接的过程中，在各支路信号中插入一定数量的脉冲来实现各支路信号的同步。在同步数字系统中，在同步网的控制下，各系统时钟处于同步状态，易于进行复接和分接。PDH系统就复接的数字系列而言，分为一、二、三、四次群，其速率标准如表1.1所示。

欧洲

美国

日本一次群2.048Mbit/s1.544Mbit/s1.544Mbit/s二次群8.448Mbit/s6.312Mbit/s6.312Mbit/s三次群34.368Mbit/s44.736Mbit/s32.064Mbit/s四次群139.264Mbit/s274.176Mbit/s97.728Mbit/s五次群564.922Mbit/s397.200Mbit/s表1.1PDH时分复用系列表1.1PDH时分复用系列现代通信网技术第十九页，共35页。

SDH是在PDH基础上发展起来的一种数字传输体制，它的主要特点是：(1)在高速率的传输系统中，采用统一的传输标准速率，对两种不同的PDH的速率标准能够予以兼容，给网络的互通带来了方便。(2)在SDH的帧结构中具有丰富的用于监控和管理的开消比特，以此为基础，增加了网络监控和管理功能。(3)提供了高速率的传输通道，为建立宽带电信网络提供了重要的基础设施。②SDH传送网SDH的速率标准如表1.2所示。表中的OC-1为光同步网络(SONET标准)是美国采用的传输标准。SDH等级SONET等级

标准速率OC-1/STS-1(480CH)51.40Mbit/s155MSTM-1(1920CH)OC-3/STS-3(1440CH)155.520Mbit/sOC-9/STS-9466.560Mbit/s622MSTM-4(7648CH)OC-12/STS-12(8046CH)622.080Mbit/sOC-18/STS-18933.120Mbit/sOC-24/STS-241244.160Mbit/sOC-36/STS-361866.240Mbit/s2.5GSTM-16(30720CH)OC-48/STS-48(32356CH)2488.320Mbit/s10GSTM-64(122880CH)OC-192/STS-1929953.280Mbit/s表1.2SDH的速率等级现代通信网技术第二十页，共35页。

SDH传送网已经成为我国传送网为主体，就网络结构而言，SDH传送网分为4个层次；一级干线网，二级干线网，中继传送网和用户接入网，其结构如图1.9所示。

图1.9SDH传送网的分层结构示意图现代通信网技术第二十一页，共35页。

第一层为长途一级干线网，主要是由省会城市及业务量较大的汇接节点和高速光纤链路组成，形成了一个大容量高可靠性的网孔形国家骨干网结构，并辅以少量的线形网。第二层为二级干线网，主要由汇接节点和光纤链路组成，形成省内网状或环形骨干网结构，并辅以少量线形网结构。第三层为中继网(即长途端局与市局之间以及市话局之间的部分)，可以按区域划分为若干个。这些环具有很高的生存性，又具有业务量疏导功能。第四层为用户接入网，是传输网中庞大和复杂的部分，其投资占整个通信网的50%以上，也是目前实现电信网宽带化的关键部分。现代通信网技术第二十二页，共35页。

3、支撑网通信网的支撑网是对通信网的正常运营起到支持作用的一类网络，包括三种不同类型的网络：信令网、同步网和电信管理网，这三种网络从三个不同的方面对通信网进行支持，信令网通过公共信道传送信令信号；同步网提供全网同步的时钟；管理网则通过计算机系统对全网进行管理（详见第4章）。现代通信网技术第二十三页，共35页。§1.3通信网研究的基本问题

通信网研究的基本问题主要是：通信网的体系统结构；网络的最佳拓扑结构；网内业务流量分析；网络的可靠性分析。

1.3.1网络的体系结构网络的体系结构是从分层的观点出发来讨论网络的模型结构和通信协议。随着通信网技术的迅速发展，网络结构日趋复杂，相应的协议也十分繁杂，涉及的面越来越广。因此，协议的制定往往采用分层次的方法，即把整个协议分成若干个层次，再来制定层次内部及各个层次之间的功能。这种层次结构和协议的集合就称为网络的体系结构，不同的分层方法就构成不同的网络体系结构。研究这些分层方法及各层次的功能显然是通信网设计中带有全局性和根本性的问题，是通信网研究的第一层次的问题。

现代通信网技术第二十四页，共35页。

1.3.2网络的最佳拓扑结构网络中的所有终端设备要经过转换设备和传输链路的相互连接。采用什么方式进行连接就是网络的拓扑结构问题。不同的拓扑结构可以使通信网的费用相差甚远。组成一个网络，可采取的连接方式各种多样，应用图论和优化理论可以寻找网络的最佳拓扑结构。最佳拓扑结构可以使通信网节省投资、技术合理、各项性能指标达到最佳状态。网络最佳拓扑结构的研究主要涉及确定最佳局所数目、局所容量和局所位置，汇接区的数量、位置和汇接范围，路由设置的种类、设置的原则和电路数量等问题。

现代通信网技术第二十五页，共35页。1.3.3网内业务流量的分析通信网内的业务流量呈现随机性，这种随机性受多种因素的影响，通信网的各项性能必须适应这种随机性变化才能满足人们的需求。通信网业务流通的方式有不同的类型，应用排队论的基本理论，研究各种通信网内业务流量的分析方法和网络各种性能指标的计算方法，进而寻找网内业务流量的控制方法，以便改善网的性能，更有效地利用网络资源。

网络性能指标的计算主要是呼损和时延的计算，网内业务流量的控制主要是研究降低呼损和时延、提高信道和设备的利用率的方法。这两方面的问题都和网络拓扑结构互相联系、互相制约的。要研究它们之间的关系以进行合理的分配。高级计算机网络第二十六页，共35页。

1.3.4网络的可靠性分析通信网的可靠性研究应从图论和概率论出发，将一般可靠性理论应用于通信网中，解决通信网的可靠性理论、可靠性分析计算和可靠性设计等问题。通信网可靠性的研究具体涉及到可靠性的定义方法，可靠性的理论分析与指标计算，可靠性与网络其他性能指标的关系，可靠性与经济性的关系，如何使通信网更加稳定地工作等。值得指出的是：通信网的研究历史并不很长，90年代初步形成通信网的理论体系，80年代逐渐明确了通信网理论基础的构成，近年来研究的重点是通信网理论在实际中的应用。由于通信网技术发展迅速，通信网的理论体系还不完整，很多分析计算方法还不成就，很多新的领域还有待进一步研究。现代通信网技术第二十七页，共35页。1.4通信网的质量要求1.4.1对通信网的一般要求

为了使通信网能快速且有效可靠地传递信息，充分发挥其作用，对通信网从交换、传输和经济性与可靠性方面一般提出以下3个基本要求。1、接通的任意性与快速性

这是对通信网的最基本要求。所谓接通的任意性与快速性是指网内的一个用户应能快速地接通网内任一其他用户。如果有些用户不能与其他一些用户通信，则这些用户必定不在同一个网内。如果不能快速地接通，有时会使要传送的信息失去价值，这种接通将是无效的。影响接通的任意性与快速性的主要因素是.：(1)通信网的拓扑结构——如果网络的拓扑结构不合理会增加转接次数，使阻塞率上升，时延增大；(2)通信网的网络资源——网络资源不足的后果是增加阻塞概率；(3)通信网的可靠性——可靠性低会造成传输链路或交换设备出现故障，甚至丧失其应有的功能.现代通信网技术第二十八页，共35页。2、信号传输的透明性与传输质量的一致性

透明性是指.在规定业务范围内的信息都可以在网内传输，对用户不加任何限制。传输质量的一致性是指网内任何两个用户通信时，应具有相同或相仿的传输质量，而与用户之间的距离无关。通信网的传输质垦直接影响通信的效果，不符合传输质量要求的通信网有时是没有意义的。因此要制定传输质量标准并进行合理分配，使网中的各部分均满足传输质量指标的要求。3、网络的可靠性与经济合理性

可靠性对通信网是至关重要的，一个可靠性不高的通信网会经常出现故障乃至中断通信，这样的通信网是不能用的。但绝对可靠的通信网是不存在的。所谓可靠是指在概率的意义上，使平均故障间隔时间(两个相邻故障间时间的平均值)达到要求。可靠性必须与经济合理性结合起来，提高可靠性往往要增加投资，但造价大高又不易实现，因此应根据实际需要在可靠性与经济合理性之间取得折中和平衡。。现代通信网技术第二十九页，共35页。1.4.2对电话通信网质量的要求

以上是对通信网的基本要求，除此之外，人们还会对通信网提出一些其他要求。而且对于不同业务的通信网，上述各项要求的具体内容和含义将有所差别。例如，对电话通信网是从以下

3个方面提出的要求。1、接续质量

电话通信网的接续质垦是指用户通话被接续的速度和难易程度，通常用接续损失(呼损)和接续时延来度量。2、传输质量

传输质量是招用户接收到的语音信号的清楚逼真程度，可以用响度、清晰度和逼真度来衡量。3、稳定质量

稳定质量指通信网的可靠性，其指标主要有：失效率(设备或系统工作

t时间后，单位时间发生故障的概率)、平均故障间隔时间、平均修复时间(发生故障时进行修复的平均时长)等。

现代通信网技术第三十页，共35页。§1.4通信网的发展

随着通信技术的迅速发展，通信网不但要在容量和规模上逐步扩大，而且要不断扩充其功能，发展新业务，用来满足人类对信息服务越来越高的需求。从通信网在设备方面的要素来看，终端设备正在向数字化化、智能化、多功能化发展；传输链路正在向数字化、宽带化发展；交换设备则已经采用全程控交换机，并已推出适合宽带ISDN的ATM交换机及标记交换技术，总之未来的通信网正在向着数字化、综合化、智能化、个人化的方向发展。1、数字化