通信原理与通信技术3版第9章

1第九章数据通信与通信网29.1数据通信与数据通信系统9.3现代通信网的支撑技术9.2

通信网9.4

通信网的发展历程第九章数据通信与通信网主要内容3数据：能够由计算机或数字终端设备进行处理并以某种方式编制成二进制码的数字、字母和符号的集合，是信息的表现形式；数字信号：具有两个状态（高电平、低电平或正电平、负电平）的电脉冲序列；数据信号：携带数据信息，具有两个状态（高电平、低电平或正电平、负电平）的电脉冲序列。数据通信：通信双方（或多方）按照一定协议（或规程），以数字信号（也可以是模拟信号）为载体，完成数据传输的过程或方式；第九章数据通信与通信网9.1数据通信与数据通信系统4协议：通信双方必须共同遵守的一组规则；通常把计算机通信也称为数据通信；数据信号和模拟信号、数字信号不是一个范畴；数据信号可以以模拟信号的形式表现出来，但大多数情况下，数据信号是以数字信号的形式出现的。第九章数据通信与通信网5数据通信示意图：6与传输数据之外其他信息的数字通信相比，数据通信的特点：(1)拥有比其他通信业务更为复杂、严格的通信协议；(2)比音视频业务的实时性要求要低，可采用存-储转发方式传输信号；(3)比音视频业务的差错率要求要高，必须采用严格的差错控制措施；(4)数据通信是进程间的通信，可在无人参与的情况下自动进行。第九章数据通信与通信网7与传统的话音通信相比，数据通信的特点：(1)以计算机为中心；(2)传输的数据信息通常由计算机（或数字终端设备）产生、加工和处理；(3)为了进行信息传递，要有严格的通信协议或规程，对信息传输的准确性和可靠性要求高；(4)通信速度较高，可以同时处理大量数据；(5)数据呼叫（一次完整的通信过程）具有突发性和持续时间短的特点；(6)可采用存储-转发方式工作，且一般多采用这种方式；(7)必须采用差错控制措施。第九章数据通信与通信网8数据通信系统的组成：1、信源数据终端设备DTE（DataTerminalEquipment）；2、信源数据终端设备和数据通信设备之间的接口；3、信源的数据通信设备DCE（DataCommunicationEquipment）；4、信源与信宿之间的传输信道（狭义信道）；5、信宿的数据通信设备DCE；6、信宿数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的接口；7、信宿数据终端设备（DTE）。第九章数据通信与通信网9第九章数据通信与通信网10数据通信的主要性能指标带宽：一个信道能够传送电磁波的有效频率范围就叫该信道的带宽；信号所占据的频率范围就是信号的带宽。信号传播速度：信号在信道上每秒钟传送的距离，单位是米／秒。数据传输速率（比特率）：信息传输速率，指每秒能够传输多少位数据，单位是比特／秒（bps）。最大传输速率：信道传输数据的速率上限叫做信道的最大传输速率，也就是信道容量。第九章数据通信与通信网11码元传输速率（波特率）：信号每秒钟变化的次数叫做波特率（Baud）。吞吐量：信道在单位时间内成功传输的信息量，单位一般为比特／秒。利用率：利用率是吞吐量和最大数据传输速率之比。延迟：从发送者发送第一位数据开始，到接收者成功地收到最后一位数据为止，所经历的时间。第九章数据通信与通信网12抖动（Jitter）：延迟的实时变化叫做抖动。差错率（包括比特差错率、码元差错率、分组差错率）：是衡量通信信道可靠性的重要指标；比特差错率是二进制比特位在传输过程中被误传的概率；码元差错率指码元被误传的概率；分组差错率是指数据分组被误传的概率。第九章数据通信与通信网13数据通信方式：串行通信（1）异步串行通信（2）同步串行通信并行通信第九章数据通信与通信网14串行通信：将表示一定信息的数字信号序列按信号变化的时间顺序一位接一位地从信源经过信道传输到信宿。特点：优点：只需一条信道，通信线路简单、成本低廉，一般用于较长距离的通信。缺点：传输速度较慢，为解决收、发双方的码组或字符同步问题，需要采取同步措施第九章数据通信与通信网15并行通信：将表示一定信息的数字信号序列按码元数分成n路，同时在n路并行信道中传输，信源一次可以将n位数据（一个字节）传送到信宿。特点：缺点：需多条信道、通信线路复杂、成本较高优点：传输速率快、不需要外加同步措施就可实现通信双方的码组或字符同步，多用于短距离通信。第九章数据通信与通信网16第九章数据通信与通信网17(1)串行通信时，信源与信宿之间在通信时必须同步；(2)在实际通信中，数据链路控制可实现两点间的同步，该过程要求通信硬件或软件给数据加上同步信息，使得通信双方的硬件时钟保持一致，从而保证信宿正确地识别信源发过来的信息；(3)根据同步信息添加方法的不同，串行通信可分为异步串行通信和同步串行通信。第九章数据通信与通信网18异步串行通信：同步信息添加在每一个字符的数据帧上；是一种面向字符的传输方式。特点：(1)简单、可靠、经济，常用于计算机与终端之间的数据通信；(2)速率较低。第九章数据通信与通信网19第九章数据通信与通信网20同步串行通信：(1)同步信息添加在每一个数据块上；(2)数据块是一批字符或二进制位串组成的数据；(3)分为面向字符和面向位流两种传输方式：面向字符：每个数据块的头部用一个或多个同步字符SYN来表示数据块的开始；而尾部用另一个字符ETX代表数据块的结束。面向流：每个数据块的头部和尾部都用一个特殊的比特序列（如01111110）来标记数据块的开始与结束。第九章数据通信与通信网21同步串行通信特点：优点：开销少效率高适合于较高速率的数据传输；缺点：整个数据块一旦有一位误传，就必须重传整个数据块。第九章数据通信与通信网22通信网(1)由一定数量的节点和连接节点的传输链路相互有机地组合在一起，以实现两个或多个规定点之间信息传输的通信体系；(2)为位于不同空间位置的用户之间进行信息传输（交换）而构建的硬件和软件环境；(3)传输介质、传输设备和通信终端的集合；数据通信网：具有传输除语音信息之外还能传输其他信息能力的通信网；计算机网络：由资源子网（由各种计算机终端组成）和数据通信子网（由传输介质和各种通信设备组成）共同组成的信息传输与交换网络。9.2通信网第九章数据通信与通信网23第九章数据通信与通信网24通信网纵向结构从下到上通信网依次分为传输网、业务网和应用层3层通信网横向结构用户驻地网、接入网和核心网或局域网、城域网和广域网通信网拓扑结构拓扑结构指通信网络中的各节点设备（包括计算机及有关通信设备等）与通信链路相互连接而构成的不同物理几何结构。网络拓扑结构是决定通信网络性质的关键因素之一。第九章数据通信与通信网通信网拓扑结构25第九章数据通信与通信网26表9-2常用通信网拓扑结构的特性和适用场合第九章数据通信与通信网27通信网服务质量对通信网的服务质量一般用可访问性、透明性和可靠性这三个方面的性能来衡量。1.可访问性是指网络保证合法用户随时能够快速、有保证地接入到网络以获得信息服务，并在规定的时延内传递信息的能力。它反映了网络保证有效通信的能力。影响可访问性的主要因素有：

网络的物理拓扑结构，网络的可用资源数目以及网络设备的可靠性等。实际中常用接通率、接续时延等指标来评定。第九章数据通信与通信网28透明性

是指网络保证用户业务信息准确、无差错传送的能力。它反映了网络保证用户信息具有可靠传输质量的能力，不能保证信息透明传输的通信网是没有实际意义的。实际中常用用户满意度和信号的传输质量来评定。可靠性是指整个通信网连续、不间断地稳定运行的能力，它通常由组成通信网的各系统、设备、部件等的可靠性来确定。一个可靠性差的网络会经常出现故障，导致正常通信中断，但实现一个绝对可靠的网络实际上也不可能，网络可靠性设计不是追求绝对可靠，而是在经济性、合理性的前提下，满足业务服务质量要求即可。第九章数据通信与通信网29可靠性指标主要有以下几种：

(1)失效率：系统在单位时间内发生故障的概率，一般用表示。

(2)平均故障间隔时间(MTBF)：相邻两个故障发生的间隔时间的平均值，MTBF＝1/

(3)平均修复时间(MTTR)：修复一个故障的平均处理时间，表示修复率，MTTR=1/。

(4)系统不可利用度(U)：在规定的时间和条件内，系统丧失规定功能的概率，通常我们假设系统在稳定运行时，和都接近于常数，则第九章数据通信与通信网30电话通信网可以从以下三个方面定义了服务质量要求：接续质量：它反映的是电话网接续用户通话的速度和难易程度，通常用接续损失(呼叫损失率，简称呼损)和接续时延来度量。传输质量：它反映的是电话网传输话音信号的准确程度，通常用响度、清晰度、逼真度这三个指标来衡量。实际中对上述三个指标一般由用户主观来评定。稳定性质量：它反映电话网的可靠性，主要指标与上述一般通信网的可靠性指标相同，如平均故障间隔时间、平均修复时间、系统不可利用度等。第九章数据通信与通信网31网络的服务性能保障机制在网络运行中时常要面对以下问题：(1)数据传输中的差错和丢失；(2)网络拥塞；(3)交换节点和物理线路故障。要保证稳定的服务性能，网络必须提供相应的机制来解决上述问题，这对网络的可靠运行至关重要。第九章数据通信与通信网32目前网络采用的服务性能保障机制主要有四类：

（1）差错控制：差错控制机制负责将信源端和信宿端之间传送的数据所发生的丢失和损坏恢复过来。通常控制机制包括差错检测和差错校正两部分。（2）拥塞控制：通常拥塞发生在通过网络传输的数据量开始接近网络的数据处理能力时。拥塞控制的目标是将网络中的数据量控制在一定的水平之下，超过这个水平，网络的性能就会急剧恶化。（3）路由选择：灵活的路由选择技术可以帮助网络绕开发生故障或拥塞的节点，以提供更可靠的服务质量。（4）流量控制：流量控制是一种使目的端通信实体可以调节信源端通信实体发出的数据流量的协议机制，可以调节数据发送的数量和速率。第九章数据通信与通信网33应用层技术应用层业务终端技术音频通信图形图像通信视频通信数据通信业务网技术电话网与电路交换技术数据网与分组交换技术智能网技术移动通信网技术传送网技术传输系统传输节点设备支撑网技术信令网技术同步网技术电信管理网技术第九章数据通信与通信网9.3现代通信网的支撑技术34通信网大致经历了三个发展阶段第一阶段

大约在1880～1970年之间，是典型的模拟通信网时代，网络的主要特征是模拟化、单业务、单技术。这一时期电话通信网占统治地位，电话业务也是网络运营商主要的业务和收入来源，因此整个通信网都是面向话音业务来优化设计的。第九章数据通信与通信网9.4通信网的发展历程35第一阶段的技术特点（1）交换技术：由于话音业务量相当稳定，且所需带宽不高，因此网络采用控制技术相对简单的电路交换技术，为用户业务静态分配固定的带宽资源，虽然有带宽资源利用率不高的缺点，但相对于当时的业务需求其负面影响并不大。

（2）信令技术：网络采用模拟的随路信令系统。它的优点是信令设备简单，缺点是功能太弱，只支持简单的业务类型。

（3）传输技术：终端设备、交换设备和传输设备基本是模拟设备，传输系统采用FDM技术、铜线介质，网络上传输的是模拟信号。

（4）业务实现方式：网络通常只提供单一电话业务，并且业务逻辑和控制系统是在交换节点中用硬件逻辑电路实现的，网络几乎不提供任何新业务。第九章数据通信与通信网36第一阶段主要问题：

成本高、可靠性差、远距离通信的服务质量差。另外在这一时期，数据通信技术还未成熟，基本处于试验阶段。第二阶段大约在1970～1994年，是骨干通信网由模拟网向数字网转变的时期。该阶段数字技术和计算机技术在网络中被广泛使用，除传统PSTN外，还出现了多种不同的业务网。网络的主要特征是数模混合、多业务多技术并存，这一阶段业界主要是利用计算机技术来解决话音、数据业务的服务质量问题。第九章数据通信与通信网37第二阶段的技术特点（1）数字传输技术：基于PCM技术的数字传输设备逐步取代了模拟传输设备，彻底解决了长途信号传输质量差的问题，降低了传输成本。（2）数字交换技术：数字交换设备取代了模拟交换设备，极大地提高了交换的速度和可靠性。

（3）公共信道信令技术：公共信道信令系统取代了原来的随路信令系统，实现了话路系统与信令系统之间的分离，提高了整个网络控制的灵活性。

（4）业务实现方式：在数字交换设备中，业务逻辑采用软件方式来实现，使得在不改变交换设备硬件的前提下，提供新业务成为可能。第九章数据通信与通信网38第三阶段从1995年一直到现在是第三阶段，是信息通信技术发展的黄金时期，是新技术、新业务产生最多的时期。在这一阶段，骨干通信网实现了全数字化，骨干传输网实现了光纤化，同时数据通信业务增长迅速，独立于业务网的传送网也己形成。由于电信政策的改变，电信市场由垄断转向全面的开放和竞争。第三阶段技术方面的影响（1）计算机技术：硬件方面，计算成本下降，计算能力大大提高；软件方面，OO（Object-Oriented）技术、分布处理技术、数据库