现代通信网第一章

现代通信网天津大学仁爱学院信息工程系通信网的基本构成1协议体系及分层的概念2通信网络中的数学问题（选学）3通信网络的基本理论问题4

本章结构

通信网的概念通信网是由一定数量的节点（包括终端设备和交换设备）和连接节点的传输链路相互有机的组合在一起，以实现两个或多个规定点间信息传输的通信体系。

通信网络的基本构成终端设备传输设备网络互联通信规程交换设备路由器ATM交换机

一个基本的通信网络示意图

通信网络的分类

用户活动的类型：移动、固定；

业务的种类：电话、计算机数据、多媒体；传输媒介：有线、无线；技术体制：ATM交换体制、电路交换体制、分组转发体制；应用领域：军用、民用/公用、专用1.1通信网络的基本构成Textinhere数据传输链路

数据传输网络

网络的互连

1.1.1数据传输链路所谓数据传输链路是指在物理传输媒介（双绞线、同轴电缆、光纤、微波传输系统、卫星传输电路等）上利用一定的传输标准（它通常规定了电气接口、调制解调方式、数据编码方式、比特同步、帧格式和复分接的方式等）形成的传输规定速率（和方式）的数据比特通道。

1.1.1数据传输链路接入链路：用户到网络节点（路由器或交换机）之间的链路。例如：modern链路；

xDSL链路；

ISDN链路；无线链路；局域网链路等网络链路：网络节点（路由器或交换机）到网络节点（路由器或交换机）之间的链路例如：帧中继；

SDH(同步数字系统);WDM(光波分复用)

数据传输链路分为两大类接入链路举例

Modem链路(窄带猫)，利用传统的电话线路构成数据传输链路。在链路上，用户侧和网络侧的计算机和服务器分别和各自的Modem相连，Modem之间通过双绞线相连。电话插孔接入链路举例

ISDN链路（一线通），利用传统的电话线路实现数据传输。用户使用的基本接口速度为2B+D(144kb/s),一次群速率接口为23B+D(1544kb/s)或30B+D(2048kb/s)。电话插孔接入链路举例

ADSL链路（宽带猫）电话插孔接入链路举例

局域网链路（以太网）网口

接入链路举例

GPRS链路：高速上网，支持GPRSclass8；支持最高53.6Kbps的下载速度。双频支持：GSM双频（900MHz/1.8GHz）

CDMA上网卡：数据传输速率最高达256Kbps，实际接入速度平均可达每秒233Kbps，网速是GPRS的3-4倍，拨号上网（56KB）的4倍，CDMA网络升级到3G之后，速度更可高达1.9Mbps。

网络链路举例

SDH链路：SDH（同步数字系统）是在美国贝尔实验室提出的SONET（光同步数字网）的基础上制定的技术标准，它具有一套标准化的结构等级STM-N（N=1,4,16,64）,它们的传输速率分别为：

STM-1(155.520Mb/s);

STM-4(622.080Mb/s);STM-16(2488.320Mb/s);STM-64(9953.280Mb/s).

网络链路举例

WDM链路：WDM（光波分复用）技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一种技术，在发端将不同波长的光信号组合（复用）起来。在接收端又将组合的光信号分开（解复用）并送到不同的终端。目前在一根光纤上可提供的速率为：

1.1.2数据传输网络

1.1.2数据传输网络数据传输网络的基本功能是通过网络中的交换机（或路由设备）为运载用户业务的分组，选择合适的传输链路，从而使这些分组迅速可靠地传送到目的用户。基本功能路径：一个分组经过的所有传输链路的集合；消息：在数据传输网络中，要传送的基本内容称为消息；会话：一个消息的序列称为一个会话过程。相关概念分组交换网；ATM网；X.25网等。典型分类1.1摘.2数据传顿输网络会话过程在要进行唤交互操作炊的场合，砍如：A可以发妻消息给B，B可以发虾一个应鞭答给A，双方需责要交互战多次才诞能完成浓消息交景换的过纱程。或善者说，增双方需统要按一掏定的顺序交换毕大量的消券息。这样童的一个消眨息集合称幸为一个会丝式话过程。对会话的烛要求：可沟靠、及时誉、高效分组杏交毕换网分用组交换将消息促分为许轧多比较阶短的、格式化的榆数据块来秆传输；每个分组犯由若干比斩特数据构成；每个分拌组中包拼含一个伪分组头分组头指补明该分组弱的目的节点及其税他网络张控制信磨息。在每个耳网络节睁点中采虫用存储弟转发的坏工作方标式将输圈入的分雄组送到冰选定的昂输出链膏路；按照一疼定的规旬律将输特入分组逼送到选哪定的输帅出链路支上的过意程称为苦交换。分组交换购网虚电求路骡方式数据中报方冒式如何选择拖一条合适的锄传输路径？分组交换灾网虚电路朗方式数据报擦方式ATM网络

分组交换网电路交换1、采用全网统一的固定长度的分组（信元）进行传输与交换；2、采用面向连接（虚电路）方式，以提高信息传送的实时性。ATM网络ATM用户（终棕端）到ATM交换机（时网络）之宾间的接口崇称为UNI(搂Use泻r-Ne事twor锅kIn浅terf勺ace,用户网络抽接口)交换机（满网络节点劳）之间的祸接口称为NNI（Net臭wor锐k–N剃ode镜,网络节点侨接口）ATM信元结株构1GFC流量控制比特2VPI/酬VCI虚通道/信道标识3PT负荷类型4CLP信元丢押失优先营级5HEC信元头质差错控芳制ATM信元传追输与交队换过程1.1穴.3网络的春互连1.在一个坟子网内吧部，所川有的链贿路具有相同乖的特性，紧采用某种涂数据传输链路架协议和寻趟址方式，眯可以仅通过胳交换设辰备来实孔现子网羊内的路由选择脾和信息交碑换；2.当多个（沟不同传输愁和交换方沫式）的子网要小互联成一离个大的网文络时，需要采用叠路由器；WAN1.1研.3网络的没互连

为了实现网络的互连，路由器一般配有多个LAN和

WAN端口根据路由梅表，将报文发送到惜正确的目梨的地址功能1维持和更莫新决定报文传迎输路径的路由表功能2路由盐器路由器的菠基本功能路由器的库工作方式路由器的工作方式是：从接收报文中提取目的地址，并确定该地址的网络号，查找路由表以获得与该目标网络相匹配的表项。该表项包括报文应到达的下一网络及到达下一网络的必要信息（如对应的路由器输出端口）。报文被封装在选定的输出端口的数据帧中（采用输出子网的数据格式），并由输出端口输出。实现全网杰互连的两芳个基本条缘瑞件路由算法全网统一编址全网互连通信网吴络举例1.2协议体系奏及分层的版概念Text请in狮here1.2登.31.2.沿21.2.对1分层的诉概念OSI协议的并体系结鹿构TCP睁/IP协议的体负系结构1.2墓.4混合的撞分层协遇议体系通信协议给定传输链路，能否进行有效通信？步骤一步骤六步骤五步骤四步骤二步骤三双方要有合适的结束通话的方式双方要有交流的规则互相要确认对方的身份双方有交换信息的设备并且愿意通信线路要接通（拨号、专线/热线）双方要有互懂的语言给定传输积链路，能涨否进行有愿效通信？通信协场议（comm彼unic垄atio详nsp守roto双col）是指双酒方实体完绘成通信或服务所嘉必须遵韵循的规梨则和约寺定。协唤议定义杏了数据铁单元使团用的格姑式，信息单挨元应该弊包含的茧信息与跑含义，锦连接方锐式，信沉息发送剑和接收集的时序，从食而确保页网络中捞数据顺秃利地传还送到确垦定的地备方。通信协馅议的概菜念语法：“掀如何讲”庆，数据的气格式、编踢码和信号中等级；语义：漆“讲什翁么”，瞧数据内污容、含图义以及姓控制信银息；定时：片速率匹配虚和排序。协议三芹要素通信协谨议通信协议虫的重要性占据两结个山顶仁的红军宾与驻扎挥在这山京谷的蓝恢军作战绒。力量难对比是做：一个错山顶上畏的红军梢打不过泄蓝军，裹但两个懒山顶的沉红军协喂同作战膊就可战颤胜蓝军逐。一个订山顶上提的红军掌拟于次匹日正午义向蓝军院发起攻遇击。于车是发送尘电文给籍另一山担顶上的犬友军。啄但通信僚线路很愤不好，满电文出皮错的可悲能性很吸大。因舱此要求乌收到电熊文的友燃军必须恼发送确方认电文待。但确予认电文垫也可能身出错。忙试问能布否设计企出一种本协议，协使得红另军能实屠现协同永作战且被一定(即100武%)取得胜利赔？明日正午进攻，如何？同意收到“同意”收到：收到“同意”………………这样的协旬议无法实矮现！通信协英议的重江要性通信协拒议的重轨要性没有一失种通信耍协议能况保证红馋军100%获胜完善的通挥信协议应缝当保证通仆信的终端葬能高效地磨向用户提告供所需服迈务计算机1向计算王机2通过网堡络发送支文件可以将厘要做的目工作进鲁行如下驻的划分望：与文件本泄身有关一鸟些工作。确信对方区已做好接仍收和存储笼文件的准朱备。双方协赶调好一哨致的文榴件格式你。两个计算顶机将文件传仗送模块作为最高垄层。－－－堪－－－康－－－裙－－－青－－－屠－－－枯－－－韵－－－付－－－核－与文件按传送有倡关一些监工作。传送方亿面的工特作由下地面的模党块负责研。1.2.每1分层的概外念1.2.吃1分层的概般念文件传送模块计算机

1计算机

2文件传送模块只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块文件传送寇模块直接梁使用命令决或函数调凯用发送蹲和接收冠文件。两个计算即机交换文征件1.2罪.1分层的概导念再设计一趁个通信服震务模块文件传送模块计算机

1计算机

2文件传送模块只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块通信服务模块通信服务模块通信服玩务模块命完成一积般的通劈燕信服务躺功能。1.2.拾1分层的概放念再设计一谜个网络接厨入模块文件传送模块计算机

1计算机

2文件传送模块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块网络接口网络接口网络接极入模块待负责做设与网络茧接口细范节有关掌的工作例如，崖规定传计输的帧来格式，孩帧的最织大长度蠢等。通信网伍络易于实现和逐维护各层之间彼此独篇立能促进标准化仗工作灵活性及好结构上可分割他开分层的枕好处三个概贫念25%对等模块研：由于信犁息的交福换必须样在双方柔进行，漫通信的执双方必纲须有相叉同（或咱相应）犁的功能样块才能舞完成给碧定的功鲜能，因窝此在每慨一层双闸方两个挣功能相裙应的模辆块就称还为对等绕模块协议：控制两个系统中的对等实体通信的规则的集合。

协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间

通信的规则。

服务：服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。1.2断.2搬OSI协议的截体系结密构应用层传输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321OSI参考模波型的低层，面向数据通陪信。OSI参考模奋型的高层，面向信息处理。1.2耍.2令OSI协议的体若系结构参考模型的最底层，利用传输介质为通信的网络节点之间建立、管理和释放物理连接，实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务。其数据传输单元是bit。参考模型第二层，在物理层基础上，在通信实体间建立数据链路连接，传输以帧为单位的数据包，采用差错控制和流量控制，使有差错的物理信道变成无差错数据链路。参考模型第三层，通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径，以及实现拥塞控制、网络互联等功能。网络层的数据传输单元是分组。物理层数据链路层网络层1231.2.早2OS品I协议的着体系结布构参考模义型第四殃层。向瞒用户提侦供提供国可靠的娃端到端忆服务。乡丰传输层恋向高层懂屏蔽了千下层数蚂据通信凉的细节映，是计进算机通敲信体系毒结构中狗关键一当层。参考模赖型第五楚层。负杯责维护偶两个节垮点之间上会话连蜜接的建轿立、管圣理和终碑止，以蜻及数据始的交换壶。参考模腿型第六贸层。用管于处理先在两个押通信系累统交换听信息的闻表示方躬式，主导要包括狱数据格细式变换屯、数据纪加/解密、袄数据压便缩与恢撑复等功授能。传输层会话层表示层456参考模盯型第三活层。为苗应用程符序提供绘网络服荷务。识横别并保谦证通信全双方的骨可用性组，建立波传输错凤误纠正岂与保证拴数据完休整性控历制机制笔。应用层71.2.乱3TC尼P/IP协议的体狗系结构应用层运输层网络层表示层会话层数据链汁路层物理层7654321OSI的体系结数构应用层网络接入腔层互联网层IP(各种应秆用层协犹议如TEL画NET矮,F四TP,SMTP等)运输层(TCP或UDP以)TCP/监IP的体系结计构HTT巨PSMTPDNSRTPTCPUDPIP互联网层网络接狼入层运输层应用层………网络接口1网络接口2网络接朋口31.2悠.3圈TCP银/IP协议的体雷系结构1.2成.3混合的分撕层协议体树系数据链路粗层应用层传输层网络层数据链路汁层物理层应用层运输层网络层表示层会话层数据链净路层物理层7654321OSI的体系结艰构应用层网络接惑入层互联网层IP(各种应用姿层协议如TELN移ET,出FTP,SMTP等)运输层(TCP或UDP舞)TCP肌/IP的体系结申构混合分层活协议计算机1向计算机2发送数峡据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层PDU应用程序数据应用层首部H5应用程序数据举例协议数邮据单元PDU（Pro育toc吃ol弟Dat垦aU假nit）是指矩对等层美次之间经传递的吊数据单索位。裤协议数谊据单元(Pro姻toco橡lDa御taU题nit猪)物理层的PDU是数据位（bit），数据链寇路层的PDU是数据帧（fram最e），网络层的PDU是数据包级（pack颗et），传输层的PDU是数据段（segm箭ent），其他趁更高层次券的PDU是数据（dat徐a）。计算机25432154321计算机1AP2AP1应用层PDU再传送到传输层加上传输层首部，成为传输层报文H5应用程序数据H4传输层首部应用层PDU应用层PDU计算机1向计算机2发送数据举例5432154321计算机1AP2AP1计算机2传输层垃报文再词传送到倍网络层加上网络京层首部，滚成为IP数据报（坛或分组）传输层徐报文传输层跪报文H3网络层首部举例计算机1向计算妥机2发送数服据5432154321计算机1AP2AP1计算机2IP数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧T2链路层尾部IP数据报H2链路层首部IP数据报举例计算机1向计算机2发送数膛据5432154321计算机1AP2AP1计算机2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体10100110100101比特流110101110101数据链路层帧举例计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用锡程序富数据应用层首部H5101也001哲101报001秀01比贱特断流110桨101脂110就101注意观察加入或言剥去首纷部（尾非部）的焰层次和每层的PDU及其构成应用到程序肌数据H5应用程序数据H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据H4传输层首部H3网络层首捞部H2链路层首部T2链路层尾部举例计算机1向计算机2发送数据5432154321物理传输架媒体计算机1AP2AP1电信号怪（或光拆信号）箱在物理截媒体中消传播从发送鞭端物理孕层传送甘到接收春端物理俭层计算机2举例计算机1向计算争机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2101态001昼101发001虎01比特幻玉流1101裤0111歇0101计算机2的物理层咱收到比特兆流后交给数决据链路敞层H2T2H3H4H5应用程序数据举例计算机1向计算机2发送数据H3H4H5应用程序数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2数据链路材层剥去帧背首部和帧锈尾部后把帧的白数据部佛分交给概网络层H2T2H3H4H5应用程序数据举例计算机1向计算贡机2发送数饮据H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2网络层明剥去分派组首部翻后把分组疏的数据戒部分交灵给传输叨层举例计算机1向计算机2发送数洲据H5应用程序数据H4H5应用程序数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2传输层剥俊去报文首住部后把报文的垫数据部分贼交给应用兼层举例计算机1向计算厌机2发送数据应用程序数据H5应用程序数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用层剥去应用层PDU首部后把应用程序数据交给应用进程举例计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2收到了AP1发来的应用程遗序数据眼！举例计算机1向计算机2发送数据1.4通信网络挑的基本理鼠论问题每个用该户主要三关心的泥是如何酒将消息嗽快速而谨准确地叮传到对街方；我们不仅子关心两个税相邻节点陶之间链路旦的传输可辨靠性和有蛙效性，而且还要思关心同一脏物理媒介末网络中任桂意两个节息点之间的悟链路的传输可猜靠性和开有效性炸。此外豆，还要般关心穿炮越不同逼物理媒购介网络的任意蛋两个节林点之间斤的传输尸可靠性郊和有效庆性。从用户胁角度看切：多址问题从网络设计观点1234网络拓扑和覆盖问题