通信网络概论.ppt
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1、通信网络概论,武汉邮电科学研究院烽火科技学院,2,通信的使命,无论繁华的现代都市,还是经济高速发展的沿海地区;无论人潮如织的祖国内地,还是边陲口岸、广袤戈壁;无论春夏秋冬,还是风霜雨雪:“信息通信技术为全人类服务:帮助人们跨越数字鸿沟”!,3,引言,数字通信是现代一切通信技术的“铺路石”程控交换是计算机的硬件及软件技术与交换技术有机 结合的一个“光辉典范”移动通信是现代高新技术的一个“宿影”数据通信揭开了“信息时代”的新篇章光纤通信开辟了一条具有广阔前途的“信息高速公路”数字微波、卫星通信是连接天上人间的“一道彩虹”接入网是联系用户和运营商的一条“纽带”ISDN是个“框”,什么都能里边装 IP
2、是块“西瓜皮”,滑到哪里是哪里多媒体通信、个人通信是人类追求“完美与自由”的一 种最为理想的通信方式,4,内容提要,通信及通信系统通信网的基本概念通信网的分层结构业务网传送网支撑网电信运营商的网络结构及业务介绍通信网的发展趋势,5,通信历史回顾,1837年Samuel Morse 发明电报1876年Alexander Graham Bell 发明电话1895年Guglielmo Marconi 发明无线电1906年电子管的发明使模拟通信得到发展1928年Nyquist取样定理和1948年shannon定理,在理论上为数字通信奠定了基础20世纪50年代、60年代半导体和集成电路的发展使数字通信得
3、到发展1945年第一台电子计算机的问世到80年代计算机的飞速发展使数据通信成为可能1963年第一次实现同步卫星通信20世纪70年代光导纤维的发明实现了光纤通信1974年美国Bell实验室提出蜂窝移动通信概念,6,通信的发展,60年代 计算机化70年代 数字化,分组交换网的出现80年代 业务综合化ISDN90年代 宽带化(光纤传输,Gb/s交换)智能化(IN,TMN)个人化(GSM,CDMA,第三代移动通信)开放性,标准化,7,通信的概念,通信是指信息的传递和交换。即将各种语言、声音、文字、数据、图形、图像、视像等媒体变换成电信号并且能在任何两地间的任何两个人或两个通信终端设备之间,按照预先约定
4、的规则(或称“协议”)进行传输和交换。,8,通信的分类,分类,邮政通信,函、包、汇、发特快专递储蓄等,电信通信,电报通信电话通信传真通信移动通信数据通信图像通信等,(按业务分类),9,电信通信(按传输方式分),有线通信,无线通信,明线(铁线、铝线、铜线)电缆(对称电缆、同轴 电缆(小、中)光缆,微波(模拟、数字)卫星通信,通信的分类(续),电信通信(按传输信号分),模拟通信数字通信,10,通信系统的概念,通信系统:指用电信号(或光信号)传递信息的系统,也叫电信系统。通信系统的基本任务:克服时间、空间的障碍,有效而可靠地传递信息。通信系统的组成:实际应用中存在各种类型的通信系统,它们在具体的功能
5、和结构上各不相同,然而都可以抽象成为一个通用的通信系统模型,其基本组成包括:信源、变换器、信道、反变换器和信宿五部分。,11,通信系统的模型,信源,变换器,信道,反变换器,信宿,噪声源,信息,电信号,电信号,信息,信源:信息的来源,是由人或机器产生的声音、文字、数据 和图象。变换器:把消息变成电信号,传得远、速度快、易处理。信道:传送信息的通道,有线信道(电缆/光纤)和无线信道(自由空间)。反变换器:把电信号还原成人或机器能识别的信息。信宿:信息接收者。噪声源:无用信号对有用信号的干扰,有元器件内部的噪声和外部电磁场的干扰。,12,单工通信与双工通信,单工通信:通信系统的基本模型只能实现两个用
6、户之间的单向通信,我们称为单工通信,如广播、电视通信系统等。双工通信:若要实现双向通信,还需要另一个通信系统完成相反方向的信息传递工作,我们称为双工通信,如电话通信、计算机通信系统等。,13,通信系统与通信网的关系,通信系统只是一个点到点的通信模型,要实现多用户间的通信,则需要一个合理的拓扑结构将多个用户有机地连接在一起,并定义标准的通信协议,以使它们能协同工作,这样就形成了一个通信网。通信网要解决的是任意两个用户间的通信问题,由于用户数目众多、地理位置分散,并且需要将采用不同技术体制的各类网络互连在一起,因此通信网必然涉及到寻址、选路、控制、管理、接口标准、网络成本、可扩充性、服务质量保证等
7、一系列在点到点模型系统中原本不是问题的问题,这些因素增加了设计一个实际可用的网络的复杂度。,14,交换式网络,点到点的网络:每一对用户之间都需要独占一个永久的通信线路,通信线路使用的物理媒介可以是铜线、光纤或无线信道。然而该方法并不适用于构建大型广域通信网。交换式网络:在交换式网络中,用户终端都通过用户线与交换节点相连,交换节点之间通过中继线相连,任何两个用户之间的通信都要通过交换节点进行转接交换。在网络中,交换节点负责用户的接入、业务量的集中、用户通信连接的创建、信道资源的分配、用户信息的转发,以及必要的网络管理与控制功能的实现。,15,“交换”概念的思想,让网络根据用户实际的需求为其分配通
8、信所需的网络资源,即用户有通信需求时,网络为其分配资源,通信结束后,网络再回收分配给用户的资源,让其他用户使用,从而达到网络资源共享,降低通信成本的目的。其中,网络负责管理和分配的最重要资源就是通信线路上的带宽资源,而网络为此付出的代价是,需要一套复杂的控制机制来实现这种“按需分配”。因此从资源分配的角度来看,不同的网络技术之间的差异,主要体现在分配、管理网络资源策略上的差异,它们直接决定了网络中交换、传输、控制等具体技术的实现方式。一般来讲,简单的控制策略,通常资源利用率不高,若要提高资源利用率,则需要以提高网络控制复杂度为代价。现有的各类交换技术,都根据实际业务的需求,在资源利用率和控制复
9、杂度之间做了某种程度的折衷。,16,内容提要,通信及通信系统通信网的基本概念通信网的分层结构业务网传送网支撑网电信运营商的网络结构及业务介绍通信网的发展趋势,17,当前通信网的概貌,机构组织,校园,移动固定无线,SOHO,企业,住宅小区,用户驻地网,xDSL,HFC,无线接入,光纤,普通双绞线,接入网,IPMPLS,ATM,TDM(固定/移动话音、数据),SDH/SONET,DWDM,OXC,OADM,OADM,电信核心网,18,通信网的概念,通信网是由一定数量的节点(包括终端节点、交换节点)和连接这些节点的传输系统有机地组织在一起的,按约定的信令或协议完成任意用户间信息交换的通信体系。用户使
10、用它可以克服空间、时间等障碍来进行有效的信息交换。通信网是为公众提供电信服务的一类网络,是信息社会化的基础设施。由于信息在网上通常以电或光信号的形式进行传输,因而现代通信网又称电信网。通信网技术是规划、设计、建设和维护网络方面的技术。要想把通信网建设好维护好,必须了解各种类型的通信网的结构、接口、协议和技术指标,了解各类通信网之间的关系和互连技术。,19,对通信网概念的理解,对通信网这样一个复杂的大系统,站在不同的角度,应该有不同的观点:从用户的角度来看,通信网是一个信息服务设施,甚至是一个娱乐服务设施,用户可以使用它获取信息、发送信息、娱乐等;而从工程师的角度来看,通信网则是由各种软硬件设施
11、按照一定的规则互连在一起,完成信息传递任务的系统。工程师希望这个系统应该可测、可控,便于管理和扩充。在通信网上,信息的交换可以在两个用户间进行,在两个计算机进程间进行,还可以在一个用户和一个设备间进行。通信网交换的信息包括用户信息(如话音、数据、图像等)、控制信息(如信令信息、路由信息等)和网络管理信息三类。应该强调的一点是,网络不是目的,只是手段。网络只是实现大规模、远距离通信系统的一种手段。与简单的点到点的通信系统相比,它的基本任务并未改变,通信的有效性和可靠性仍然是网络设计时要解决的两个基本问题,只是由于用户规模、业务量、服务区域的扩大,因此使解决这两个基本问题的手段变得复杂了。例如,网
12、络的体系结构、管理、监控、信令、路由、计费、服务质量保证等都是由此而派生出来的。,20,通信网的构成要素,实际的通信网是由软件和硬件按特定方式构成的一个通信系统,每一次通信都需要软硬件设施的协调配合来完成。从硬件构成来看:通信网由终端节点、交换节点、业务节点和传输系统构成,它们完成通信网的基本功能:接入、交换和传输。软件设施则包括信令、协议、控制、管理、计费等,它们主要完成通信网的控制、管理、运营和维护,实现通信网的智能化。,21,终端节点,最常见的终端节点有电话机、传真机、计算机、视频终端和PBX等。终端节点是通信网上信息的产生者,同时也是通信网上信息的使用者。终端节点的主要功能有:(1)用
13、户信息的处理:主要包括用户信息的发送和接收,将用户信息转换成适合传输系统传输的信号以及相应的反变换。(2)信令信息的处理:主要包括产生和识别连接建立、业务管理等所需的控制信息。,22,交换节点,交换节点是通信网的核心设备,最常见的有电话交换机、分组交换机、路由器、转发器等。交换节点负责集中、转发终端节点产生的用户信息,但它自己并不产生和使用这些信息。交换节点的主要功能有:(1)用户业务的集中和接入功能。通常由各类用户接口和中继接口组成。(2)交换功能。通常由交换矩阵完成任意入线到出线的数据交换。(3)信令功能。负责呼叫控制和连接的建立、监视、释放等。(4)其他控制功能。路由信息的更新和维护、计
14、费、话务统计、维护管理等。,23,交换节点的基本功能结构,24,业务节点,最常见的业务节点有智能网中的业务控制节点(SCP)、智能外设、语音信箱系统,以及Internet上的各种信息服务器等。业务节点通常由连接到通信网络边缘的计算机系统、数据库系统组成。业务节点的主要功能是:(1)实现独立于交换节点的业务的执行和控制。(2)实现对交换节点呼叫建立的控制。(3)为用户提供智能化、个性化、有差异的服务。目前,基本电信业务的呼叫建立、执行控制等由于历史的原因仍然在交换节点中实现,但很多新的电信业务则将其转移到业务节点中了。,25,传输系统,传输系统为信息的传输提供传输信道,并将网络节点连接在一起。通
15、常传输系统的硬件组成应包括:线路接口设备、传输媒介、交叉连接设备等。传输系统一个主要的设计目标就是如何提高物理线路的使用效率,因此通常传输系统都采用了多路复用技术,如频分复用、时分复用、波分复用等。为保证交换节点能正确接收和识别传输系统的数据流,交换节点必须与传输系统协调一致,这包括保持帧同步和位同步、遵守相同的传输体制(如PDH、SDH等)等。,26,通信网的组成,用户A,交换机,交换机,传输链路(用户线),用户C,传输链路(中继线),用户B,用户D,(传输网),传输链路(用户线),传输链路(用户线),通信网是由传输、交换、终端设备和信令过程、协 议以及相应的运行支撑系统组成的综合系统,从概
16、念上可分为物理网、业务网 和支撑管理网。,业务网:为疏通各种不同类型电信业务所形成的网络,物理网,支 撑 管 理 网,27,物理网,物理网:由用户终端、交换系统、传输系统 等电信设备组成的实体结构,是电信网的物质基础。-用户终端:电信网最外围的设备 它将用户所发送的各种形式的信息转变为电磁信号送入电信网路传送,或将从电信网路中接收到的电磁信号、符号等转变为用户可识别的信息。-交换系统:处于电信网路枢纽位置,是各种信息的集散中心,是实现信息交换的关键环节。它包括各种电话交换机、电报交换机、数据交换机、移动电话交换机、分组交换机、宽带异步转移模式(ATM)交换机等。-传输系统:信息传递的通道。它将
17、用户终端与交换系统之间或交换系统之间连接起来,形成网路。,28,光端机,光端机,OF,电端机,电端机,微波收发信机,微波收发信机,程控交换机,程控交换机,移动交换机,移动交换机,分组交换机,分组交换机,传输链路,交换节点,交换节点,终端设备,终端设备,通信网组成举例,29,通信网的拓扑结构,30,通信网的功能,信息传送:它是通信网的基本任务,传送的信息主要分为三大类:用户信息、信令信息、管理信息。信息传输主要由交换节点和传输系统完成。信息处理:网络对信息的处理方式对最终用户是不可见的,主要目的是增强通信的有效性、可靠性和安全性,信息最终的语义解释一般由终端应用来完成。信令机制:它是通信网上任意
18、两个通信实体之间为实现某一通信任务,进行控制信息交换的机制,例如电话网上的No.7信令、Internet上的各种路由信息协议、TCP连接建立协议等均属此范畴。网络管理:它负责网络的运营管理、维护管理、资源管理,以保证网络在正常和故障情况下的服务质量。它是整个通信网中最具智能的部分。已形成的网络管理标准有:电信管理网标准TMN系列,计算机网络管理标准SNMP等。,31,通信网的功能结构,电话网,Internet,移动网,ATM网,智能网,SDH,光传送网,DWDM,信令网,管理网,同步网,业务网,传送网,支撑网,32,通信网的类型,从通信网功能的角度看,一个完整的现代通信网可分为相互依存的三部分
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