数据通信基础培训教材

目录

第一部分通信基础知识

概述

传输基础知识

交换基础知识

分层通信体系结构

第二部分通信网络

概述

电话网

ISDN综合业务数字网

DDN网

帧中继网

ATM

接口和接入网

信令网

同步网

管理网

第三部分计算机网络

概述

局域网

TCP/IP协议族

网络连接设备及网络软件

交换式网络

INTERNET

第四部分数据固定网网络拓朴图

ATM网网络拓朴图

VOIP网网络拓朴图

193长途网网络拓朴图

广西165网网络拓朴图

第五部分各县组网结构

各县组网结构和当前现状

各县组网结构示意图

专线故障处理流程

数据业务故障处理表

第六部分数据专员工作职责及考核要求

第七部分设备维护常识及常见故障处理

县、镇级基本网络组网方式

设备故障判断方法

第八部分数据网运行维护制度

安全操作规程

机房管理和安全保密规定

障碍处理和障碍报告制度

第一部分通信基础知识

概述

通信的目的是为了信息的传递。携带信息的信号可分为模拟信号（如话音）

和数字信号（计算机输出的信号）。信息的传递由通信系统来完成。

通信系统的组成

通信系统由硬件和软件组成。硬件包括终端、传输和交换三大部分。

终端：包括普通电话、移动电话、计算机、数据终端、可视电话、会议电视

终端等。

传输系统：信息传递的通道，一般叫信道。

交换系统：完成接入交换节点链路的汇集、转接和分配。

通信系统软件：为能更好完成信息的传递和转接交换所必须的一整套协议、

标准，包括网络结构、网内信令、协议和借口以及技术体制、接口标准等。

注释

通信系统的分类

按照系统所传输的信号来分类，则系统可分为模拟通信系统和数字通信系

统。

模拟通信系统：用模拟信号传递消息的系统。

数字通信系统：用数字信号传递消息的系统。

由于光纤通信的普及和集成工艺的发展，数字通信系统具有抗干扰能力强，

数字信号可再生，可综合各种业务，便于和计算机系统连接，易于集成等优点，

所以逐渐取代了模拟通信系统。

标准化组织

标准可以被看作是将不同厂商制造的硬件和软件连接起来以便协调工作的

“粘接剂”。在美国和其他许多国家，全国的标准化组织定义了多种物理特性和

操作特性的规范，以便厂商生产与通信公司的线路设施及其他制造商的产品兼容

的设备。在全球范围内，标准化组织颁布了一系列与通信有关的建议。这些建议

虽不是强制性的，但在全球的通信设备和设施的开发过程中具有很强的影响力，

并已被数百个大型企业和通信公司采纳。下面介绍几个重要的组织。

ITU

ITUInternationalTelecommunicationsUnion国际电信联盟。

ITU的前身是CCITT（国际电报电话咨询委员会），1994年更名，它由联合国

的一个机构主办，属政府间组织。总部设在日内瓦，直接负责制定数据通信标准,

由15个工作组组成。ITU-T是其电信标准局。

ISO

ISOInternationalOrganizationforStandardization国际标准化组织。它是联

合国经济和社会理事会下的咨询性非政府组织。

ANSI

ANSIAmericanNationalStandarsInstitute美国国家标准化组织。

它是美国最主要的标准制定机构，是非营利性非政府组织。

IEEE

IEEEInstituteofElectricalandElectronicEngineers电气和电子工程师协

会。它是美国的工程师社团组织。

传输基础知识

传输基本概念

传输的基本模型如图13></a>21所示。

信道

信道一般分为模拟信道和数字信道。

模拟信道传输模拟信号；数字信道传输数字信号。

模拟信号的传输

在模拟信道上的传输一般为实线传输或频分多路复用。模拟信号数字化为数

字信号便可以在数字信道上传输。

数字信号的传输

数字信号在这两种信道上传输，不同的传输信道采用不同的信号变换设备。

对模拟信道，变换设备为MODEM,把数字信号变为模拟信号再传输。对数字信

道，信号变换器即接口设备，其作用是实现信号码型与电平的转换等。

注释

数据传输模型如图122所示。

数据传输方式

并行传输

数据的每一位在多条并行信道上同时传输，传输速率较高，但并行信道实现

较为困难，不适合远距离传输。

串行传输

数据流以串行方式在一条信道上传输，为了在收方识别发方信息，需要保持

发、收方信号同步。这种方式易于实现，经济适用。所以大部分采用串行通信。

数据同步方式

同步系统是数字通信系统的重要主成部分，同步是将通信系统的发送端和接

收端的收发信息的时间统一在规定的时间节拍内，使收发系统步调一致。

异步传输

以字符为单位实现同步，也称位同步。该种方式需要在每个字符前后加起止

位，故不要求双方时钟严格同步，但开销大，效率低。

同步传输

以固定的时钟节拍发送数据信号。数据发送以帧为单位。同步传输开销小，

传输效率高，但实现复杂，必须有收发定时信号。

数据传输速率与带宽

数据传输速率是衡量传输系统传输能力的主要指标。主要有比特速率和码元

速率。

比特率：在单位时间内传送的比特数，单位是bit/s。

码元速率：在单位时间内传送的码元（波形）数，单位是band（波特）。

通常，我们也用传输速率表示信道的通信能力——带宽。

数据传输差错率

一般用误码率表示。

误码率=接收出现的差错比特（字符、码元）数/总的发送比特（字符、码元）

数X100%

基带与频带传输

基带传输

没有经过调制的信号称为基带信号，这种信号在某些有线信道上可直接传

输，这种传输叫做基带传输。

频带传输

在很多时候，基带信号必须经过调制，将信号频谱搬移到高频率处，才能在

信道中传输。这种称为载波传输或频带传输。频带传输又分为调频FM、调幅AM

和调相PM。

传输介质

传输系统按传输介质的不同可分为有线传输系统和无线传输系统。有线传输

的介质主要有双绞线、同轴电缆和光纤等。无线传输的主要介质有长波、短波、

超短波、地面微波和卫星等。

双绞线

双绞线属于平衡电缆，主要用于基带传输。电话用户线一般用一对；数字电

话（ISDN电话）用1~4对；以太网10BASE-T用2对。

同轴电缆

同轴电缆属于不平衡电缆，它的两种基本形式是基带和宽带。基带用于以太

网的连接，宽带用于CATV系统，正逐渐被光纤所取代。

光纤和卫星传输系统我们将在后面有关章节做详细介绍。

复用技术

复用技术•般有：

频分多路复用FDM

时分多路复用TDM

统计时分复用STDM

频分多路复用

一般多适用于模拟通信，它把信道频带划分成若干逻辑信道，每个用户独占

某些频段。

时分多路复用

在时分复用系统中，各路信号共用一个信道，轮流在不同的时刻进行传输。

其特点是各路信号在时间上互不重叠，但将占据全部带宽。

统计时分多路复用

动态地分配集合信道的时隙，只给那些确实要传输信息的终端分配线路，大

大提高了线路利用率。

时分复用多用于数字通信中。

脉冲编码调制PCM

PCM是实现模拟信号数字化的最常用的一种方法。将时间连续、取值连续

的模拟信号转换成为时间离散、取值离散的数字信号，并按一定规律组合编码，

形成PCM信号序列。它的基本过程是抽样、量化和编码。

抽样：以一定频率的取样信号将信号在时间上进行离散。取样频率应大于2

倍的信号带宽。

量化：将信号在幅度上离散。

编码：把量化后的取值用一定位数的二进制码来表示。

常用传输码型：在基带传输中，主要的码型有

CMI码——传号反转码

AMI码——传号极性交替码

HDB3码——三阶高密度双极性码

以语音信号为例，声音信号从300Hz—3.3kHz,带宽为3kHz,取样频率为

8kHz,每个抽样的编码为8bit。因此每秒8000个抽样将产生64kbit的数据流，

即抽样后的话路速率为64kbit/So

时分复用系统

帧(Frame)：一个取样周期定为一帧，用F表示。对同一信号相邻两次抽样

的时间间隔为帧长。每个样值编码所占的时间宽度叫时隙TS,各路时隙之和为

一帧。

注释

帧结构

根据时分多路复用的原理和各种传输媒介的特点，在数字通信系统中，常将

多路信源信号组合成具有不同数码率的群路信号，以适应各种传输条件和不同介

质的传输。ITU-T为了便于国际通信电路的发展，推荐了两类群路数码率系列和

数字复接等级。并建议

24路基础群(T1)为美国和日本采用。

3032路基础群(E1)为欧洲和中国等地区采用，其码率为2048kbit/s,简称

基群或一次群。

帧结构如表1.2,1所示。

表1.2.1基本帧结构

0

2

3

4

5

6

7

8

9

31

一共32个时隙，从TS0-TS31o每时隙8bit,传送--路信号为64Kbit/s的PCM

信号。每帧8bitX32=256bit,抽样频率为8kHz,所以速率为256bitX

8kHz=2048kbit/so

基本帧

TSO——传送帧同步码，用于帧定位和控制。如表122所示

表1.2.2基本帧TSO比特分配

比特号

1

2

3

4

5

6

7

8

偶帧

Si

帧定位信号

0

0

1

1

0

1

1

奇帧

Si

1

A

Sa4

Sa5

Sa6

Sa7

Sa8

说明：

Si规定为国际保留比特。不用时置为1。

Sa为附加备用比特，一般作为国内保留的备用比特，如果本帧用于国际链

路则该5个比特必须置1；如果在国内没有使用也必须置lo

A为帧失步对端告警比特，A=1失步；A=0同步。

TS16——数据传输中传送数据；在交换语音话路时，传送电话信令。

复帧

一个复帧由16个连续的基本帧组成。

循环冗余校验复帧CRC(CyclicRedundancycheck),防止假同步的附加

保护措施。

随路信令复帧CAS(ChannelAssociatedSignalling),传送随路电话信令。

随路信令方式的信令分配如表L2.3所示。

表1.2.3随路信令方式的信令分配

0帧TS16

1帧TS16

2帧TS16

15帧TS16

同步码

和对告

信道1

信道16

信道2

信道17

信道15

信道30

abed

abed

Abed

abed

abed

abed

说明：

0帧TS16格式为00001A211,前四比特为同步码,A2为信令复帧对告,A2=0,

同步，A2=l,失步。

abed为电话信令比特，不使用时置1。每个时隙传送两路话音的信令。

注：在公共信道信令(CCS)方式中，TS16用于传送高达64kbit/s的共路信

令。

同时，不同帧结构不能互通，如CAS和CCS不能互通。

数字复接

在通信系统中，为扩大传输容量和提高传输效率，通常需要将若干个低速数

字信号合并成一个高速数字信号流，以便在高速信道中传输，数字复接就是解决

PCM信号由低次群到高次群的合成技术。

按时分复用方式将两个或两个以上的分支数字信号汇接成为单一复合数字

信号的过程称为数字复接。

表1.2.4所示为不同制式的复接群速率。

表124复接速率

速率

北美、日本

欧洲、中国

基群

1.5Mbit/s

2.048Mbit/s

二次群

6.312Mbit/s

8.448Mbit/s

三次群

32.064Mbit/s

34.368Mbit/s

光纤通信系统

光纤通信的特点

用高频率的高频作为载频传输信号；

用光导纤维构成的光缆作为传输线路。

优点

传输频带宽，通信容量大；

损耗低，通信距离远。

光纤的种类

光纤按传输的总模数来分可分为

单模光纤

多模光纤

所谓模式，实际上是电磁场的一种分配形式，模式不同，分布也不同。

单模光纤传输一种模式。单模光纤传输频带较宽，传输容量大。适用于大容

量、长距离的光纤通信，但是，费用较高。

多模光纤是多个模式在光纤中传输。多模光纤带宽较窄，容量也较少，上限

在1G以下。

光纤通信系统

光纤通信系统一般由电端机、光端机和光纤传输等组成。

主要技术是数字编码强度调制——直接检波通信系统。

电端机指PCM多路复用设备。

光端机主要完成光电转换。

目前，很多是将光端机和电端机合为一体。

PDH/SDH/SONET数字体系

数字复接方式一般有三种：同步复接方式、异步复接方式和准同步复接方式。

同步复接——如果复接器输入支路信号与本机定时信号是同步的，那么调整

单元只需调整相位，有时连相位也无需调整。

异步复接——如果输入各支路信号与本机定时信号是非严格同步关系，那么

调整单元要对各支路信号实施频率和相位调整，使之成为同步数字信号。

准同步复接——如果输入各支路信号与复接器复接的各支路数字信号的时

钟由不同的时钟源提供，但码速率在一定容差范围内为标称相等情况。这时两个

信号为准同步信号。

数字复接系统包括数字复接器和数字分接。数字复接数字复接器由定时、码

速调整和复接单元组成。

准同步数字系列PDH

PDH是靠从外界添加帧同步码组的方法实现从低阶到高阶的同步复用，这种

同步是不完整的、不精确的，所以叫做准同步。

在2.5节中所介绍的时分复用系统即为PDHo

PDH的特点:

属异步复用;

上下电路需要一级级地对整个码流拆开并重组；

各厂家PDH设备的光接口标准不同，所以光信号无法直通。

SONET/SDH

随着光纤通信的发展，为了提供统一的光传输接口，全世界的标准化组织致

力于形成一套规范，使所有厂商的传输系统互连。于是同步光网络SONET和同

步数字系列SDH标准应运而生。

SONET是为美国和加拿大规定的，SDH是对欧洲和其他国家规定的，二者很

接近，但不完全一样，新的SDH正被世界范围内所接受。

基本概念

SONET

SONET标准以51.84Mbit/s作为新的复用系列的基本信号，称为第一级同步

传送信号STS；。其在光纤线路传输的映射信号称为第1级光载波OC-l。SONET

复用系列及其线速如表125所示。

表1.2.5SONET复用系列及线速

光级号

电级号

速率

0C1

STS-1

51.84Mbit/s

0C3

STS-3

155.52Mbit/s

0C12

STS-12

622.08Mbit/s

OC24

STS-24

1.244Gbit/s

OC48

STS-48

2.488Gbit/s

OC192

STS-192

9.6Gbit/s

SDH

SDH基本模块信号是STM-1,速率为155.520Mbit/so高阶STM-N由N个STM-1

信号经同步复用而成。目前，N只能取4、16、64o详见表1.2.6

SONET和SDH的速率在155.52Mbit/s上得到统一。它们的优点也是相似的。

SDH标准

ITU-T对SDH的接口、速率和帧结构等做了一系列的建议，表1.2.7列出了

部分关于SDH的建议。

优点

统一了速率和接口

把E1和T1两种数字传输体制融合在统一的标准之中，即在STM-1等级

(155.52Mbit/s)上得到统一。同时兼容PDH系统；并统一了光接口。

表1.2.6SDH等级速率

SDH等级

速率

STM-1

155.52Mbit/s

STM-4

622.08Mbit/s

STM-16

2488.32Mbit/s

STM-64

9953.28Mbit/s

表1.2.7ITU关于SDH的建议

建议号

名称

G502

数字系列比特率

G503

数字系列接口的物理/电气特性

G505

同步数字系列的比特率

G508

用于同步数字系列的网络节点接口NNI

G509

同步复用结构

G955

同步数字系列的用户设备和系统的光接口

采用同步复用方式

由于采用同步复用方式，使得复用/解复用一次到位，各支路信号能直接复

用到更高速率的SDH信号中，而不经过中间级别的复用，分插信号方便。图123

为PDH系统上下电路图；图1.2.4为SDH上下电路图。

统一的网络接口标准

具有全世界统•的网络节点接口NNIo

网管能力强

SDH帧结构中规定了丰富的网管字节，专门安排了5%的带宽分配用来支持

网络管理和维护。

具有强大的组网能力和网络自愈能力

采用先进的分插复用器（ADM）和数字交叉连接（DXC）等设备使组网能力

和自愈能力大大增强，同时也降低了网络的维护管理费用。

SDH网络设备

SDH网络是由一些网络单元（复用器、数字交叉连接设备等）组成，在光纤

（或微波）网进行同步信息传输、复用和交叉连接的网络。

分插复用设备ADM

ADM的主要任务是将各种PDH支路信号或STM-1信号分插到STM-N的光信

号中。同时具有内部交叉连接功能。

数字交叉设备DXC

DXC是一种用软件控制的数字配线系统，它可以对各种端口速率进行可控制

的连接和再连接。主要功能是进行业务分流并提供路由。

终端复用设备TM

将各种接口与速率的信号复用到STM-N上o

网络管理系统

进行网络配置、性能、安全、故障等管理。

SDH的自愈混合环形网

自愈网就是无须人为的干预，网络就能从失效的故障中实时地自动恢复所

携带的业务。常见的自愈网是环形，即由首尾相接的DXC和ADM组成，如图125

所示。正常工作时，信息是同时沿顺时针和逆时针两个方向在环上传送。在接收

节点，两个方向收到的信号都是有效的，只需选择其一作为主信号，另一个作为

备用信号即可。一旦光缆切断，上述环形网就变成了线形网。既主备信号在光缆

切断处两侧的节点中

SDH网同步

SDH网同步结构采用主从同步方式，要求所有的网络单元时钟都能最终跟踪

到全网的基准时钟。

波分复用系统WDM

单模光纤通信系统的带宽利用率约为1%左右。传统增加容量的方法是采用

高速时分复用系统TDMo理论上，基于TDM的高速系统还有望进一步提高到

40Gbps,但是40Gbps的TDM系统从性能价格比上看，需大规模的替换整个系

统，不易升级以及在技术上存在一些问题。在实用中是否能成功还是个未知数。

基本原理

WDM是在一根光纤中能同时传输多波长信号的一种技术。在发送端将不同

波长的光信号组合（复用），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。单通道速率可lOGbps,在乘上通道数，可达到更高。目前已有

的产品可达80Gbps或160bpSo

优势及发展

由于每个通道都可以传送不同格式、不同码率、不同业务的信息流，而互不

相关。所以扩容方便。并且可以在WDM基础上提供一个多业务平台，以很高的

速率支持不论是话音、数据，还是未来可能的新业务。这个平台的出现相当于在

传统的SDH/SONET传送网底层增加了一个光核心传送层。在这一层，可以通过

波长来作为路由选择标记。例如，无论是ATM交换机，还是IP路由器，都可以

在核心网的基础上传送各自的业务。其演变如图126所示。

WDM技术是以点对点通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想。

如果在光路上也能实现类似SDH在电路上的分插复用功能和交叉连接功能，IP

就能在光网络上跑。根据这一基本思想，光分插复用器（OADM）和光交叉连接

设备（OXC）均已在实验室研制成功，其中。ADM已进入商业化阶段。

卫星通信

概述

卫星是利用地球卫星作为中继站转发微波信号，在两个或多个地球站之间进

行通信。地球同步轨道卫星是与地球相对静止的。

覆盖区

在通信由卫星发往地球的过程中使用了17度的波束，则卫星至地球两切线

夹角之间为电磁波覆盖区。如在卫星的圆形轨道上，以120度的相等间隔配3

颗卫星，则除了南北极之外，其余部分可全部覆盖。如图127所示。

特点

覆盖区域大，通信距离远；

便于实现多址连接；

工作频带宽，通信容量大，适合于多种业务传输。

通信质量好，可靠性高。

系统组成

地球站

其由天线、发射系统、接收系统、通信控制系统、终端系统和电源系统组成。

通信卫星

其由天线、通信（转发器）、遥测与指令、控制和电源五个分系统。

技术体制

频段分配

印IG频段:上行(5.925—6.425)GHz；下行(3.7—4.2)GHz。

14/11频段：上行(14—14.5)GHz；下行(10.7—8.2)GHz。

每个频段的总宽为500MHz,转发器标称带宽36MHz,转发器中心频率之间

间隔为40MHZo

卫星使用的频段正在向更高的频段发展，3O/2OGHZ频段已开始使用。

调制和多址方式

调制

模拟卫星调制主要采用FM制，数字卫星主要采用相移键控方式(PSK)o

多址方式

FDMA——网内各地球站共用一个转发器，将带宽分割成若干互不重叠的的

部分，分配给各地球站使用。

TDMA——每个地球站分配一个特定的时隙，各地球站只在指定的时隙内发

射信号。

CDMA——将要传送的信号用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码去调

制它。使原数据信号被扩频，再经载波调制后发射出去。

CDMA方式是靠不同的地址码来区分地球站。

VSAT系统

VSAT为甚小天线地球站，其天线口径小，用软件控制。所以有很大的灵活

性和适应性，适合于覆盖范围广，通信业务量不大的稀疏路由网络使用。

VSAT网由中心站、小型站、和微型站组成。中心站配置全网的控制和管理

中心。

应用

目前卫星已广泛应用于广播电视信号传输、数据传输等业务领域。

交换基础知识

概述

在通信系统中，由传输系统提供了若干条通路，那么同时必须实现从源节点

到目的节点间找到一条快捷、高效的通道，这种技术称为交换技术。从本质上讲,

交换的目的是为了提高网络性能，减少网络阻塞。同时，交换技术能够加快数据

的移动速度。

交换系统的主要设备是交换机。

交换技术起源于电话网络的电路交换，先后出现了报文交换、分组交换、帧

中继、ATM、多层交换等交换技术。

注释

电路交换

基本原理

在用户终端之间建立一条临时的专用物理通道（时间或空间）。主要特点是

接续采用物理连接，在通道接通后数据透明传输。

优点

信息传输延时小。

信息透明传输，实时性好。

缺点

双方独占电路资源，电路利用低。

透明传输要求双方具有完全兼容的速率、格式，因此限制了不同速率及格式

的用户之间的互通。

目前的电话交换网都是使用电路交换原理。

报文交换

基本原理

基本思想是存储一转发。当双方通信时，不必在双方之间建立通道，只需发

送方与交换机接通，由交换机接收并保存，并根据接收方的地址，等待线路空闲

时，再将报文发送出去。

优点

由于交换机可存储信息，可实现不同速率、格式的相互通信，并可实现一点

对多点通信。

可提高线路利用率。

缺点

延时较大，不利于实时通信

需要交换机有高速的处理能力和较大的存储容量，否则会出现阻塞现象。

分组交换

基本原理

也属“存储一转发”方式，但其不以报文为单位，而是将报文分成被规格化

了的包(Packet)进行交换和传输。

主要特点是更短的具有统一规格的分组包，而且每个分组都带有控制信息和

地址信息，因此，分组更利于交换机存储和处理，还可在网内独立的传输，以分

组进行流量控制、路由选择和差错控制等处理。

优点

由于采用差错控制等措施，所以传输质量高。

线路利用率高，采用动态统计时分复用技术。

可靠性高。

互通性好。

缺点

传输开销大，所以效率低。

技术实现复杂。

最典型的应用是X.25分组交换网。

帧中继

基本原理

帧中继(FR)是在分组交换技术基础上，随着光纤传输广泛应用以及用户终

端处理能力的增强而发展的。

帧中继也称快速分组交换技术，保留了分组交换的统计复用的优点。去掉了

差错控制、流量控制，把其留给用户终端处理，提高了传输速率，同时取消了分

组层，增加了路由功能，即在第二层以帧为单位进行路由选择。

优点

对帧中继包统计复用，简化协议，所以效率高。

组网灵活，由于帧中继协议简单，在现有数据网上稍加改造，便可实现。

可动态分配带宽，解决突发数据。

帧中继技术目前已经被广泛应用。

ATM

基本原理

ATM的基本原理是分割与封装。处理大量信息的最好办法是把信息分割成尽

可能小的单元以便易于处理。

ATM采用固定长度的分组——信元进行交换。信元的长度是固定的，为53

个字节，其中48个字节携带信息负荷，5个字节为信头。信头带有足够的信息

为信兀在ATM网中指小路径。

ATM交换对信元的发送采用统计时分复用，允许收发时钟异步工作。所以

ATM为异步传输模式。

优点

与分组交换相比，缩短了包头，简化了控制格式，可以更快地完成路由选择,

增加、去除、复用ATM信元，易于处理。

可支持多种业务，不关心信息的内容和形式。

与传统同步时分复用的固定带宽相比，ATM分配带宽是动态的。资源利用率

高。

基于ATM的网络与服务将在后面介绍。

小结

儿种不同的交换方式体现在对信息的处理方法上：

电路交换——在物理层数据透明传输。

分组交换——在分组层（第三层）数据以分组形式被存储一转发。

帧中继——在链路层数据以帧的形式传输。

ATM交换——在链路层数据以信元的形式传输。

对应于不同的信息格式，其寻址方式也不同。

分层通信体系结构

随着通信的发展，为了将使用不同传输介质、传输技术、交换技术、用户终

端，传送不同业务的通信网互连，允许系统之间透明的通信和数据转换，IS。建

立了一个通信系统标准化框架——开放系统互连模型OSI(OpenSystem

Interconnection)o

OSI是一个七层结构。通信过程被分割成七个不同的层次，如图1.4.1所示,

每一层均包含了一组功能，以便提供一组确定的服务。同层之间用相同的协议通

信；层间通过接口来传递信息。这种分层结构使得当给定的某层做了改动以后，

只要该层提供的服务不变，系统中的其它部分就不受影响。

OSI与现存的许多通信网并不完全兼容，因为许多技术是先于OSI的。尽管

如此，许多通信厂商以不同的方式实现OSI兼容性。

各层功能描述

物理层

规范设备间电气和物理连接的一组规则，包括物理设备间的电气、机械和规

程方面的协议和接口。如V.24接口，其控制DCE和DTE之间的连接。

数据链路层

负责访问物理层规定的介质，包括相邻节点间帧的构成，差错控制、流量控

制及链路控制等。

这里的帧是指通过通信线路被传输信息的基本单位。与PCM时分复用系统

中的帧不同。

数据链路是两个相邻节点间经双方确认后可开始传输数据的逻辑连接，它是

建立在物理连接基础之上的。链路控制包括数据链路的建立、数据传送和拆除链

路等。

典型的数据链路层协议是高级数据链路控制HDLCo

网络层

负责从源节点到目的节点间路由选择（包括寻址、选路和交换），对数据进

行分割和组合，并进行流控和差错控制。

在网络层已经有多种协议，如X.25分组交换协议，X.75网关协议和IP协议

等。

传输层

提供端到端的数据管理，包括差错和流量控制，保证端到端的可靠传输。

下三层主要负责传送数据，属通信子网。上三层负责数据处理，主要在用户

端到端之间进行。

会话层

负责不同用户和系统间连接的建立和维护。

表示层

对数据进行转换，包括格式和代码转换，数据表示、压缩和加密等。

应用层

和应用的直接接口，应用程序获得服务的窗口，包括文件传输、数据共享和

数据库访问等。

在这七层中，最低的四层是严格定义好的，但最高的三层是值得考虑的，他

们取决于用何种网络协议。在很多通信网中，只有底下的儿层，并不是严格的七

层。

第二部分通信网络

概述

在第一部分我们主要介绍了通信系统中传输、交换等基本技术。在这一部分

我们将重点介绍目前应用较广泛的儿种网络。这些网络按业务可分为电话网、数

据通信网、移动通信网和多媒体业务网等。但是，随着技术的发展，目前的网络

和业务正不断的交叉、融合。

基础传送网

电话网、ISDN、DDN等业务网均依赖于基础传送网。我国传送网传输媒介以

光纤为主，采用SDH技术，目前也正在发展WDM技术。其次是卫星和数字微波。

支撑网

支撑网是为保证电信基础网和业务网正常运行，增强网路功能，提高服务质

旦

里.O

包括：

信令网——为7号公共信道信令系统的一个或多个使用者传送信令的专用

数据网。

同步网——为电信网中所有电信设备的时钟提供同步控制信号，使它们同步

工作在共同速率上的一个同步基准参考信号的分配网络。

管理网——电信管理网(TMN)是建立在基础电信网络基础上的管理网络。

支撑电信网和电信业务的规划、配置、安装、操作及组织。

电话网

概述

为公众用户提供电话业务而建立和经营的电信网称为公众电话网，即PSTN。

它是最基本的应用最广泛的电信业务网。

交换方式

电话网采用电路交换方式。由时分或空分交换机完成。

电话网组成

电话网由用户终端设备(如电话机)、用户小交换机、局间电话交换机、用

户线和中继线及信令网等组成。

用户线——用户电话机到端局之间的通信线路。一般为模拟线路。用户小交

换机与端局之间也有数字线路，如E1线路。

中继线——交换局之间的通信线路。长途交换局之间有时会通过传送网组

成。

交换机——完成任意两个电话用户的连接。

信令网——7号公共信道信令系统。信令网是独立于电话网的支撑网络。

我国电话网等级结构

我国的电话网采用五级汇接的等级结构，结构图如图221所示。

分级划分原则是：根据业务流量和行政区划。

一级交换中心C1——大区

共有8个，分别是北京、沈阳、上海、南京、广州、武汉、西安、

成都。

有3个国际出口，分别是北京、上海、广州。

二级交换中心C2——省

三级交换中心C3——地区

四级交换中心C4——县

五级端局C5

汇接局Tm

电话交换机

发展

电话交换机经历了从人工到自动，空分到时分，模拟到数字等儿个阶段的发

展。目前所使用的大部分为数字程控交换机。

功能

程控交换机是把各种控制功能、步骤、方法编成程序，防入存储器，用存储

器所存储的程序来控制整个交换机的工作。

数字程控交换机的结构组成

话路系统

数字交换网络——完成交换功能。

中继器——中继线与交换网络的接口电路。

模拟——模拟中继线的接口电路。

数字——数字中继线的接口电路。

用户电路——用户线与交换机接口电路。

用户集线器

控制系统——采用多处理机分散控制。

数字交换

时分交换采用时分（T）接线器，通过话音存储器和控制存储器完成时隙交

换。

空分交换采用空分（S）接线器，通过交叉矩阵和控制存储器完成PCM线之

间的交叉连接。

时间接线器的容量不大，还必须进行空间交换，以扩大其容量。

在实际应用中，多采用T6结合方式。

软件结构

程控交换机软件由运行软件和支援软件组成。

运行软件——程控交换机在运行中直接使用的软件，包括运行程序和数据。

支援软件一一用于开发和生成交换局的软件和数据。

接口

交换机可以可以提供多种信令方式的用户和中继接口。

模拟接口

Z接口——两线模拟用户接口。

C接口——两线或四线模拟中继接口

数字接口

V接口——用户线侧的数字接口。

A接口——速率2Mbit/s数字中继接口。

B接口——速率8Mbit/s数字中继接口。

信令系统

信令是通信网中各个交换局在完成各种呼叫接续时所采用的一种通信语言。

信令种类

按功能分

线路信令——监视设备和线路状态。

路由信令——对于主叫所拨的电话号码进行路由选择。

管理信令——用于电话网的管理和维护。

按工作区域分

用户线信令——用户和交换机之间的信令，在用户线上传送。

局间信令——交换机和交换机之间的信令，在局间中继线上传送。

按信令的信道分

随路信令——信令和话音在同一条话路中传送信令的方式。

公共信道信令——以时分复用方式在一条高速链路上传送一群话路的信令

的信令方式，一般用于局间。

随路信令（CAS）

随路信令目前在我国电话网上广泛使用，称为中国一号信令。

由于信令和话音在同一条话路上传送，所以其具有如下特点。

特点

信令传送速度慢；

信令容量有限;

传送与呼叫无关的信令信息能力有限，更不能传送非话业务和管理信息;

有些系统在通话期间不能传送信令。

线路信号

前向信号——发端局发向收端局的信号

后向信号——收端局发向发端局的信号

记发器信号

采用多频互控方式MFC

公共信道信令（CCS）

在我国，公共信道信令称为中国7号信令。它是在ITU-T7号信令的基础上,

结合我国通信网情况制定的。

特点

信令的传送和交换与语音分开，改变、增加信令灵活；

信令传送速度快，缩短了呼叫建立时间；

信令容量大，便于增加各种管理功能，能在国际、国内电话网、数据网和ISDN

同时并存时使用;

统一了信令系统，不再像随路信令系统是针对某一网络的专用信号，可以设

计成一个通用的信令系统；

信令网与语音网分离，不存在互相干扰问题，便于维护和管理；

信道利用率高。在随路信令中，30个TS16时隙只为30个话路服务，而在

NO.7中一个64kbit/s信令链路最多能传送1万多个中继话路信令。

功能级结构

如图2.2.2所示。

消息传递部分MTP(MessageTransferPart)包括L1到L3

用户部分UP(UserPart)

电话用户部分TUP

数据拥护部分DUP

ISDN用户部分ISUP

移动应用部分MAP

信令网等级结构

我国采用三级信令网结构。将在第十一章信令网部分进行具体介绍。

ISDN综合业务数字网

基本概念

ISDN是由数字传输和数字交换综合而成的数字电话网，它提供端到端的数

字连接，用来支持包括话音和非话音在内的多种电信业务。用户能够通过有限的

一组标准的多用途用户一网络接口接入网内。

ISDN的特点

提供端到端的数字连接，包括用户线部分。传统上用户线为模拟，需要用调

制解调器，速率受限制。

提供标准的用户一网络接口，将各类不同的终端纳入ISDN网络中，使一对

普通电话线连接8个终端。

接入灵活。可提供永久连接、半永久连接，也能够提供可交换的数据。

是一个开放式的网络结构，采用OSI的分层结构。

ISDN用户一网络接口

通路类型和接口结构

通路类型

B通道——64Kbit/s信道，供用户传递信息。

D通道——16kbit/s或64Kbit/s信道，传输信令或分组信息。

H通道——传送高速用户信息，如图像等。

H0速率为384kbit/s

H11速率为1536kbit/s

H12速率为1920kbit/s

接口结构

基本速率接口——2B+D,最高传输速率为64X2+16=144bit/So

基群速率接口—30B+D,最高传输速率为2.048Mbit/so

ISDN用户一网络接口参考配置

ISDN用户一网络接口参考配置如图2.3.1所示。

每个功能组可以分别作为一种设备实现，或者将某些或全部功能组组合在一

个设备中实现。

S、T、R是参考点。

TE1——ISDN标准终端，是具有ISDN功能的数字电话机或传真机等；

TE2——ISDN非标准终端，如模拟话机；

TA——适配器，将ISDN非标准终端适配为ISDN标准终端；

NT1类网络终端，用户传输线路终端装置，向用户提供2B+D的二线

双向传输能力，完成线路传输码型的转换，即将S接口的AMI码变换为2B1Q线

路码，并实现回波抵消数字传输技术。

NT2——二类网络终端指如用户交换机或具有ISDN接口的局域网。

ISDN交换机

ISDN交换机在原有数字程控交换机基础上改造而成的，完成传递和交换用

户信息、信令功能，定时、同步和互通维护管理功能。信令采用7号信令。

ISDN交换机在结构上与数字程控交换机相似，可以提供模拟用户线接口。

但ISDN交换机可以提供数字用户接口。数字用户接口包括线路终端和交换机终

端两个功能块，如图2.3.2所示。

LT负责用户线的传输，完成线路编码、定时、同步和供电等功能。同时完成

用户线数字传输功能。ET负责数字用户接口的接入控制。一方面将B通道中的

信息通过PCM接口复用到PCM总线上，接入交换网络；另一方面将D通道中的

控制信令进行处理，将用户的请求和响应经过翻译后送到交换机的控制部分，并

将控制部分的命令转换成D通道信令送往用户。

用户接入

用户接入线

用户接入示意图如图2.3.3所示。

用户线又称用户环路，把用户终端连接到距离最近的交换局的线路设备。

数字段完成B通道和D通道的传输功能。

用户线的数字传输技术

用户线的数字传输技术主要有两种：乒乓传输法和回波抵消法。

乒乓传输法——将连续比特流分割成等长的数据块，压缩成高速脉冲串后，

在一对平衡线上分时交替传输。

回波抵消法——使用回波消除器来抵消本端发送信号对接收远端信号的干

扰。

用户接入交换机接口

图2.3.3中V为用户接入交换机的接口，共有5种类型，如表2.3.1。

表2.3.1V接口分类

接口

接入种类

应用

VI

基本接入数字段

ISDN基本接入2B+D

V2

一般数字段

PCM一次群

V3

一般的用户接入数字段

30B+D接入

V4

数字接入链路

多个ISDN基本接入

V5

接入网络

多个2.048Mbit/s接入

ISDN提供的业务

承载业务——网络向用户提供的只是一种低层的信息传递能力。说明了通信

网的通信能力。而与终端无关。因此各类终端可以使用相同的承载业务。

电路交换方式

分组交换方式

帧中继方式

用户终端业务

包括网络提供的通信能力和终端本身所具有的通信能力。终端业务包含了承

载业务。

补充业务

补充业务不能独立向用户提供，随基本通信业务i起提供。

第四章DDN

基本概念

DDN是一种利用数字通道提供半永久性连接电路，以传输数据信号为主的

数字传输网络，它为用户提供数字数据业务。

注释

半永久连接指DDN所提供的信道是非交换型的，用户之间的通信是固定的。

特点

传输质量高

与老式的模拟相比，数字信道传输质量高。

传输速率高

传输速率可达64kbit/s到2Mbit/so

透明性好

无软件协议要求，由硬件实现。

用户接入方便

接口范围广泛。

关键技术

复用

数字交叉连接

同步

复用

DDN在PCM数字通道上工作，采用TDM。这些复用都用硬件实现，无需软

件协议，透明传输。硬件实现使得处理速度快，时延很小。

2.048Mbit/s的复用

复用速率为NX64kbit/s（N=l~31）,即完整的El或部分El（N小于31用

子速率复用

低于64kbit/s的用户速率为子速率。各种子速率一般先复用到64kbit/s数字

通道上，才可以交叉连接到其它时隙或直接进入E1通道连接到远端节点，然后

通过解复用还原到原先的子速率。

X.50建议——2.4、4.8、9.6kbit/s的子速率的复用应符合X.50建议的要求。

X.58建议——19.2kbit/s的子速率的复用应符合X.58建议的要求。

交叉连接

DCS（DigitalCross_connectSystem）是指具有一个或多个G,702（准同步）或

G.707（同步）标准的数字端口设备，可对任一端口信号（或其子速率信号）与

其它端口信号（或

其子速率信号）进行可控的连接或再连接。数字交叉连接实际上相当于时隙

交换机。

大容量的数据交叉连接设备常采用时分一空分-时分的方案。

同步

我国DDN采用全同步网方式，由数字同步网给出同步信号。在数字同步网

中设置一个基准时钟作为主时钟，其余各节点的时钟都与主时钟保持同步，即主

从同步方式。DDN国际间互联的数字通道采用的准同步方式。

网络结构

DDN结构如图2.4.1所示。

DDN由节点、节点间数字中继通道、本地传输通道和网络管理四大部分。

我国的DDN为三级网络结构，即一级干线网、二级干线网和本地网。

DDN节点

DDN节点的主要功能是通过用户接入系统把用户的业务（数据）复用到中

继数字通道（同时完成交叉连接），传输到目标节点后，通过解复用，把业务传

送到目标用户。即复用、解复用，交叉连接，提供各种数字通道接口和用户接口，

接入各种业务，保持网络同步。

本地传输系统部分将在第八章介绍。

DDN业务

TDM专用电路——DDN的基本业务，点对点或点对多点的数字专用电路。

帧中继——通过安装帧中继服务模块（FRM）提供永久性虚电路（PVC）方

式的帧中继业务。

话音业务/G3传真——通过添加话音模块来实现。

虚拟专用网VPN——相对独立的逻辑子网。

用户接入和接口

话音接口和接入

模拟话首接口

二/四线，E/M信令接口

通过该接口可与PBX的模拟用户接口连接或模拟话机连接。

LGS接口

LGS(loop/groundstartsubscriber)是二线环路用户接口，其等效的DDN功

能设备是FXS(foreignexchangesubscriber)越区交换用户话机，为模拟用户话机提

供二线接入。

LGE接口

LGE(loop/groundstartexchange)是二线环路交换机接口，其等效的DDN

功能设备是FXO(foreignexchangeoffice)越区交换局，可与PBX的模拟用户线连接,

它仿真话机用户。

数字话音接口

DDN数字话音的接口标准是G.732,使用E1接口，通过E1接口与PBX相连。

数据接口和接入

有关数据接口和接入在第八章介绍。

帧中继网

在前面的章节介绍了帧中继交换的基本概念和特点，本章重点介绍以这种交

换方式为主的帧中继服务网络的结构和应用。

5.1帧中继协议

帧中继是在OSI的第二层上用简化的方式传送和交换数据单元——帧。

注释

帧中继在链路层采用LAPD协议。

帧格式如图2.6.1所示。

帧中继采用面向连接的虚电路方式，一般为PVC。

5.2帧中继网络的构建

在DDN网上开通帧中继业务

在DDN节点上增加FRM（帧中继模块）和FAD（帧中继拆装模块），构成逻

辑上的帧中继子网。

注释

这种方式已经得到广泛应用。

基于X.25分组交换网开通帧中继业务

在X.25分组交换机上直接增加帧中继控制软件即可以。

但存在两个问题：

分组交换机仍有分组层，所以效率仍低；

对于分组交换网上中继线路为64Kbit/s时，则在其上开展帧中继业务的意义

不大。

专门组建帧中继网

利用专门的帧中继交换设备、利用高速的中继线组建专门的帧中继网络。

5.3用户接入和帧中继设备

用户接入电路

其接入方式与DDN的接入方式相似，可直接接入或通过MODEM、ISDN线

路方式或PCM数字线路接入。

用户接入设备

帧中继终端——具有帧中继用户一网络接口规程的用户终端，可直接与帧中

继交换机连接。

帧中继拆装设备FRAD——将非帧中继终端进行转换，接入帧中继交换机。

路由器和网桥——完成LAN通过帧中继网络互联，其应具有帧中继用户一

网络接口规程。

帧中继交换机

提供用户接入接口，完成中继、路由管理，具有信令处理能力和网络互通能

力。

5.4帧中继的应用

帧中继的主要特点是帧长度比分组长，传输速率为64kbit/s至2Mbit/s,适

合封装大数据，并且能够按需分配带宽，解决突发数据，所以适合于LAN与LAN

互连，LAN与WAN互连，大吞吐量的实时数据。

第六章ATM

在前面我们介绍了ATM作为交换方式的基本概念和特点。

注释

6.1ATM信元格式

ATM信元为53个字节，前5个字节为信头，用于寻址。其余48个字节为

要传送的信息。

信头的格式如图271所示。

GFC般流量控制

VPI——虚通路标识码

VCI虚通道标识码

PT——负荷类型

CLP——信元丢失优先级

HEC——信头差错控制

6.2ATM功能结构及协议参考模型

协议参考模型如图2.7.2所示。

物理层

主要任务是传输信息。

物理媒体子层

将ATM信元流转换成能在物理媒体上传输的比特流。

传输会聚子层

在适当的物理媒体上正确的发送和接收数据。

ATM层

信元的复用与交换，独立于物理媒体。

-一般流量控制

信头的产生与提取

信元VPI、VCI翻译

信元复用与解复用

AAL层

它介于ATM层和高层之间，使ATM层能适应不同类型的业务的需要而设置,

称为ATM适配层。

会聚子层（CS）——在业务接入点AAL服务。

拆装子层（SAR）——将进入高层的PDU分割为ATM信元信息字段大小，

其逆过程将ATM信元信息字段重组为CS层的PDUo

AAL层根据不同种类的业务，分为5种规程，即AAL1~AAL5。

高层

高层协议负责对信息进行编码。具有独立的服务功能特性。

6.3ATM信元复用与交换

ATM信元复用与交换是ATM的关键技术。

基本概念

VC——VirtualChannel用VCI来标识，指具有相同的VCI的一组ATM信元

的逻辑组合。

VP——VirtualPath用VPI来标识，是传大量同时存在的VC的高速通路。

物理链路、VP、VC的关系

每个ATM物理链路可支持多个VP连接，而一个VP中又同时存在多个VC,

对每个VC而言，它有其自己的标志VCI和它所在的VP的VPI。

交换的实现

VP交换

称为ATM交叉连接。VP交换时，通过在ATM交换节点对VPI的翻译完成,

即通过改变信元的VPI值来实现。

VC交换——称为ATM交换，相当于TDM。通过对VCI和VPI的翻译完成。

信