北郵王曉湘教授-信息工程導論課件——信息通信網(wǎng)絡(luò)2015講述

1、第四講講 信息通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)4.1.1 信息通信網(wǎng)概述4.1.2 信息通信網(wǎng)分類4.1.3 通信網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)4.1.4 通信網(wǎng)基本功能4.1.5 通信網(wǎng)協(xié)議4.1.6 通信網(wǎng)發(fā)展方向2021/7/301信息通信網(wǎng)絡(luò)信息通信網(wǎng)概述 60年代初，采用數(shù)字傳輸和交換的電話網(wǎng)投入使用，主要有兩種數(shù)字載波系統(tǒng)：24路64kb/s語音信道，總速率為1.544Mb/s的T1傳輸系統(tǒng)；30路64kb/s語音信道，總速率為2.048Mb/s的E1傳輸系統(tǒng)。 PCM編碼將模擬信號進行8000Hz的抽樣，每抽樣值量化編碼成8b經(jīng)數(shù)字傳輸后，接收端再復原成本來的模擬信號。60年代后期，計算機也成了用戶終端，因此就形成了一

2、個綜合通信和計算機兩大技術(shù)的計算機通信網(wǎng)。2021/7/302信息通信網(wǎng)絡(luò)信息通信網(wǎng)概述自從上世紀80年開始建設(shè)第一代基于頻分多址（FDMA）技術(shù)的模擬蜂窩移動通信網(wǎng)，以后移動通信的發(fā)展異常迅速，成為現(xiàn)代通信最為活躍的通信方式。2G無線傳輸主流技術(shù)是基于時分多址（TDMA）技術(shù)的GSM和基于碼分多址（CDMA）技術(shù)的IS95。3G無線傳輸主流技術(shù)是WCDMA、CDMA2000和具有中國知識產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA技術(shù)。CDMA和分組傳送是公認的3G核心技術(shù)。2021/7/303信息通信網(wǎng)絡(luò)2021/7/30信息通信網(wǎng)絡(luò)4 通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)是從空間的一點到另一點傳送信息（點是從空間的一點到另一點傳

3、送信息（點對點）對點） 通信的基本問題通信的基本問題是在一點精確地或近似地恢復是在一點精確地或近似地恢復另一點所選擇的消息。另一點所選擇的消息。 通信網(wǎng)通信網(wǎng)是通信系統(tǒng)的系統(tǒng)。（多點通信）是通信系統(tǒng)的系統(tǒng)。（多點通信）2021/7/30信息通信網(wǎng)絡(luò)5 信道信源譯碼譯碼器器編碼編碼器器信宿 噪聲 通信系通信系統(tǒng)統(tǒng)模型模型 信信號號信信號號加噪加噪聲聲消息消息消息消息信息通信網(wǎng)概述2021/7/306信息通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)優(yōu)點缺點電話網(wǎng)有質(zhì)量地支持話音業(yè)務(wù)1.帶寬有限2.不能很好地支持高速數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)有線電視網(wǎng)實時性和寬帶能力較好1.不支持雙向通信2.無統(tǒng)一的技術(shù)標準和網(wǎng)絡(luò)管理體系計算機網(wǎng)絡(luò)很好地支持

4、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)1.實時性、服務(wù)質(zhì)量（QoS）較差2、網(wǎng)絡(luò)管理、安全性和計費等不夠 4.1.1 信息通信網(wǎng)概述 4.1.2 信息通信網(wǎng)分類 4.1.3 通信網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu) 4.1.4 通信網(wǎng)基本功能 4.1.5 通信網(wǎng)協(xié)議 4.1.6 通信網(wǎng)發(fā)展方向2021/7/307信息通信網(wǎng)絡(luò) 按使用范圍分類-城域網(wǎng)，局域網(wǎng)和個域網(wǎng)，廣域網(wǎng) 按業(yè)務(wù)類型分類-電話網(wǎng)，計算機網(wǎng)，廣播電視網(wǎng)，綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)，蜂窩移動電話網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)（Internet） 按服務(wù)特性分類-專用網(wǎng)，公用網(wǎng) 按使用環(huán)境分類-陸地通信，海上通信，空中通信 按使用對象分類-民用系統(tǒng)，軍用系統(tǒng) 按傳輸手段分類-電纜網(wǎng)、光纖網(wǎng)、短波通信網(wǎng)、微波中繼網(wǎng)、衛(wèi)星通信

5、網(wǎng)和移動通信網(wǎng)2021/7/30信息通信網(wǎng)絡(luò)8信息通信網(wǎng)分類信息通信網(wǎng)分類按網(wǎng)絡(luò)功能分類電信骨干傳送網(wǎng)：實現(xiàn)模式可有SDH、ATM、光波分復用網(wǎng)絡(luò)等，電信傳送網(wǎng)為公共的數(shù)字傳輸平臺或信息高速公路。業(yè)務(wù)網(wǎng)：為用戶提供各種業(yè)務(wù)，支撐網(wǎng)保證業(yè)務(wù)網(wǎng)正常運行并為其提供支撐服務(wù)。電信支撐網(wǎng)：主要是保障網(wǎng)絡(luò)正常運行，提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，增強網(wǎng)絡(luò)功能。接入網(wǎng)：接入網(wǎng)（AN）是連接骨干傳送網(wǎng)與用戶或用戶本地網(wǎng)的橋梁，分為有線接入和無線接入。2021/7/309信息通信網(wǎng)絡(luò)2021年7月30日10信息通信網(wǎng)分類接入網(wǎng)核心網(wǎng)有線接入無線接入衛(wèi)星接入高空平臺蜂窩接入微波接入FWA, WLLWLANPDN接入通信網(wǎng)光纖

6、接入PON，APONFTTB/C/H/R混合光纖同軸網(wǎng)Cable ModemDSL (ADSL,HDSL)信息通信網(wǎng)絡(luò) 4.1.1 信息通信網(wǎng)概述 4.1.2 信息通信網(wǎng)分類 4.1.3 通信網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu) 4.1.4 通信網(wǎng)基本功能 4.1.5 通信網(wǎng)協(xié)議 4.1.6 通信網(wǎng)發(fā)展方向2021/7/3011信息通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)在信源與信宿之間傳送信息塊或信息流。信源在t0時刻發(fā)出的信息流或信息塊經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的傳送在t2時刻能夠無差錯的到達信宿，t2-t0為信息通過網(wǎng)絡(luò)的時延。網(wǎng)絡(luò)必須能提供用戶間的連接，這一基本功能由傳輸系統(tǒng)和交換系統(tǒng)提供。2021/7/3012信息通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)采

7、用圖論的方法描述：通信網(wǎng)由鏈路和節(jié)點組成。傳輸線路統(tǒng)稱為鏈路：雙絞線、電纜、無線電或光纖等各種傳輸媒介傳輸信息。通信設(shè)備統(tǒng)稱為節(jié)點：交換中心、集中器、復用器、終端等通信設(shè)備。傳統(tǒng)電話網(wǎng)的電路交換節(jié)點是程控交換機，數(shù)據(jù)網(wǎng)的分組交換節(jié)點是具有存儲轉(zhuǎn)發(fā)功能的處理機。2021/7/3013信息通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)通信網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)有全連接網(wǎng)和轉(zhuǎn)接互連網(wǎng)兩大類共五種情況(a)全連接網(wǎng)(b)星型網(wǎng)(d)環(huán)型網(wǎng)(c)復合網(wǎng)(e)總線型網(wǎng)2021/7/3014信息通信網(wǎng)絡(luò)實際電信系統(tǒng)中廣泛采用星型網(wǎng)和復合網(wǎng)形式。環(huán)形網(wǎng)和總線型網(wǎng)在計算機網(wǎng)絡(luò)中應用較廣,要求各節(jié)點或總線終端節(jié)點具有較強的信息識別和處理能力。20

8、21/7/30信息通信網(wǎng)絡(luò)15通信網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)通信網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu) 一個交換機連接多個用戶全連接網(wǎng)星型接入網(wǎng)2021/7/3016信息通信網(wǎng)絡(luò)由傳輸鏈路相互連接起來的網(wǎng)絡(luò)交換機或交換節(jié)點組成通信網(wǎng)通信網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)復用器連接兩個接入網(wǎng)2021/7/3017信息通信網(wǎng)絡(luò)等級式網(wǎng)絡(luò)拓撲A城域網(wǎng)城域網(wǎng)A由接入子網(wǎng)a，b，c，d構(gòu)成abdc2021/7/3018信息通信網(wǎng)絡(luò)等級式網(wǎng)絡(luò)拓撲123國家網(wǎng)由地區(qū)子網(wǎng)1，2，3構(gòu)成城域網(wǎng)A是地區(qū)子網(wǎng)1的一部分國家網(wǎng)2021/7/3019信息通信網(wǎng)絡(luò)2021-7-30信息通信網(wǎng)絡(luò)20通信網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)2021-7-3021通信網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)2021年7月30日22移動通信的網(wǎng)絡(luò)拓撲

9、基站通過傳輸鏈路和交換機相連，交換機再通過傳輸鏈路與固定的電話網(wǎng)絡(luò)相連。信息通信網(wǎng)絡(luò)2021年7月30日23多服務(wù)區(qū)移動通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)概論 4.2.1 通信網(wǎng)的發(fā)展概況 4.2.2 通信網(wǎng)的分類 4.2.3 通信網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu) 4.2.4 通信網(wǎng)網(wǎng)基本功能 4.2.5 通信網(wǎng)協(xié)議 4.2.6 通信網(wǎng)發(fā)展方向2021/7/3024信息通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)基本功能通信網(wǎng)的基本功能：傳輸、信息表示、交換（包括尋址與轉(zhuǎn)發(fā)）、復用、流量控制、擁塞控制和網(wǎng)絡(luò)管理。傳輸：通過物理介質(zhì)傳送信息的手段。信息表示：網(wǎng)絡(luò)處理的信息格式。交換：在通信鏈路間轉(zhuǎn)移信息流的方法，為通信雙方提供信息交換通路。復用：將多個連接或多個信

10、息流接入到共享線路上的方式，實現(xiàn)終端用戶和傳送網(wǎng)絡(luò)間的信息速率匹配。流量控制。為避免信息擁塞有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源，節(jié)點之間實行流量控制?；居脩魳I(yè)務(wù)和承載業(yè)務(wù)：網(wǎng)絡(luò)為用戶提供的基本服務(wù)2021/7/3025信息通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)基本功能網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點基本功能：為信息提供轉(zhuǎn)接。尋址：確認網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的方式，目的是保證被傳輸?shù)男畔⒛軌蛘_到達目的地。尋徑：也稱路由選擇。在始節(jié)點和目的節(jié)點之間選擇一條最佳通路。當通信鏈路出現(xiàn)故障或發(fā)生擁塞時，能提供迂回路由。為各子網(wǎng)提供接口，實行信息收發(fā)，并保證必須的傳輸狀態(tài)。協(xié)議轉(zhuǎn)換：使具有不同協(xié)議和控制方法的終端用戶能夠相互通信。實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視和管理的功能。2021/7/30

11、26信息通信網(wǎng)絡(luò)功能電話網(wǎng)電話網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)基本用戶業(yè)務(wù)戶業(yè)務(wù)雙向?qū)崟r的話音信號計算機間的數(shù)據(jù)和信息流業(yè)務(wù)交換換方式電路交換無連接分組交換終終端電話、Modem計算機 信息表示模擬話音或PCM數(shù)字話音任何二進制信息傳輸傳輸系統(tǒng)統(tǒng)各種介質(zhì)上的模擬與數(shù)字傳輸各種介質(zhì)上的數(shù)字傳輸尋尋址方式等級式編號制度層次地址空間尋徑尋徑（路由選擇選擇）呼叫建立期間選擇路由每個分組獨立尋址復復用方式同步時分復用統(tǒng)計時分復用、共享介質(zhì)訪問網(wǎng)絡(luò)2021/7/3027信息通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)基本功能通信網(wǎng)基本功能通信網(wǎng)組成：硬件部分：終端設(shè)備、交換中心（路由器）、復用器、連接器、傳輸線路。軟軟件部分：有控制和管理網(wǎng)絡(luò)運行的軟件（

12、如標準、信令、協(xié)議）。協(xié)議：協(xié)議現(xiàn)代通信網(wǎng)中必不可少的支撐條件，它直接決定了網(wǎng)絡(luò)的性能。保證網(wǎng)絡(luò)正確合理運行，使用戶間能夠快速接續(xù)并有效的相互交換信息，達到一定的通信質(zhì)量，運行可靠性和信息透明性等的要求。2021/7/3028信息通信網(wǎng)絡(luò)2021年7月30日29GSM數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基站BTS移動交換機MSC基站控制器BSC數(shù)據(jù)庫VLR/HLR網(wǎng)絡(luò)管理公共電話網(wǎng)PSTN基站控制器BSC基站BTS基站BTS基站BTS手持機HSMS移動臺MS移動臺2021年7月30日30GSM網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基本功能 MSC （Mobile Switching Center） 路由選擇管理 具體包括：連接的建立、

13、管理和拆除（MS-PSTN， PSTN-MS，MS-MS）；基站協(xié)調(diào)，例如信道分配、切換等 計費和費率管理 業(yè)務(wù)量管理 向HLR發(fā)業(yè)務(wù)量和計費信息信息通信網(wǎng)絡(luò)2021年7月30日31 MS （Mobile Station）通過接入PLMN（公眾陸地移動通信網(wǎng)）得到通信服務(wù)的用戶設(shè)備。組成：收發(fā)設(shè)備、天線、控制電路類型：車載臺，便攜臺和手持臺。 BS （Base Station）在蜂窩區(qū)內(nèi)建立無線電覆蓋的設(shè)備，負責管理無線資源和與移動用戶建立無線鏈路，傳送網(wǎng)絡(luò)的各種信令以及用戶信息等。組成 ：基站發(fā)收信機（BTS） 和基站控制器（BSC）GSM網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基本功能信息通信網(wǎng)絡(luò)2021年7月30日32

14、 HLR對已登記的所有用戶的參數(shù)進行管理、修改等對每個用戶計費管理VLR的更新 VLR 是一個動態(tài)數(shù)據(jù)庫，對訪問的移動臺管理 移動臺漫游號的管理（臨時移動臺標識管理） HLR的更新 管理MSC區(qū)，位置區(qū)和基臺區(qū) 管理無線電信道(如信道分配標，動態(tài)信道分配管理，信道阻塞狀態(tài))GSM網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基本功能信息通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)概論 4.2.1 通信網(wǎng)的發(fā)展概況 4.2.2 通信網(wǎng)的分類 4.2.3 通信網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu) 4.2.4 通信網(wǎng)基本功能 4.2.5 通信網(wǎng)協(xié)議 4.2.6 通信網(wǎng)發(fā)展方向2021/7/3033信息通信網(wǎng)絡(luò)34 OSI參考模型應應用用層層表示表示層層會話層會話層運輸層運輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)數(shù)

15、據(jù)據(jù)鏈鏈路路層層物理物理層層主機主機A A網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)鏈鏈路路層層物理物理層層路由器路由器1 1網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)鏈鏈路路層層物理物理層層路由器路由器n n應應用用層層表示表示層層會話層會話層運輸層運輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)鏈鏈路路層層物理物理層層主機主機B B應應用用層協(xié)議層協(xié)議表示表示層協(xié)議層協(xié)議會話層協(xié)議會話層協(xié)議運輸層協(xié)議運輸層協(xié)議P P3 3P P2 2P P1 1P P3 3P P2 2P P1 1內(nèi)內(nèi)部子部子網(wǎng)網(wǎng)協(xié)議協(xié)議2021/7/30信息通信網(wǎng)絡(luò)OSI各層的功能2021/7/3035信息通信網(wǎng)絡(luò)應應用層層與與用戶應戶應用進進程的接口 “做什么么”表示層數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換

16、 “對方看起來像什么”會話層會話管理與數(shù)據(jù)傳輸同步 “該誰講話”，“從哪兒講起”傳輸層端到端可靠的數(shù)據(jù)傳輸 “對方到哪兒”網(wǎng)絡(luò)層分組傳送，路由選擇，流量控制 “走哪條路可以到達對方”數(shù)據(jù)鏈路層相鄰節(jié)點間無差錯傳輸幀 “每一步該怎么走”物理層在物理媒體上透明傳輸 “怎樣利用物理媒體”2021-7-30信息通信網(wǎng)絡(luò)36OSI參考模型2021-7-3037OSI參考模型信息通信網(wǎng)絡(luò)UmE接口協(xié)議MSC與公共電話網(wǎng)（PSTN）TUP、MTPMSC與分組交換公共數(shù)據(jù)網(wǎng)ISUP、MTPMSC與VLR、HLR、EIRMAP、TCAP、SCCPMSC與BSCBSSAP、SCCP和MTPMSC與MSCDTAPB

17、SC與BTSLAPD2021-7-30信息通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)概論 4.2.1 信息通信網(wǎng)概述 4.2.2 信息通信網(wǎng)分類 4.2.3 通信網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu) 4.2.4 通信網(wǎng)基本功能 4.2.5 通信網(wǎng)協(xié)議 4.2.6 通信網(wǎng)基本指標2021/7/3039信息通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)發(fā)展方向轉(zhuǎn)接的任意性傳輸?shù)目煽啃孕畔⒌耐该餍再|(zhì)量的一致性網(wǎng)絡(luò)的靈活性經(jīng)濟的合理性2021/7/3040信息通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)的發(fā)展方向 數(shù)字化 綜合化 寬帶化 智能化 個性化 全球化2021/7/3041信息通信網(wǎng)絡(luò)個人化個人化:也叫個人通信,是指用戶能在任何時間、任何地點與任何地點的另一個人進行通信。個人通信是21世紀通信發(fā)展的重要方向。個人通信的主要特點:每一個用戶有一個屬于個人的唯一通信號碼，取代了以設(shè)備為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)通信的號碼。電信網(wǎng)隨時跟蹤用戶，并提供所需的服務(wù)。實現(xiàn)個人通信的“無縫網(wǎng)”，必須要把各種技術(shù)的通信網(wǎng)組合到一起，才能綜合成一個容量極大、無處不通的個人通信網(wǎng)。2021/7/3042信息通信網(wǎng)絡(luò)綜合化綜合化包括業(yè)務(wù)的綜合、傳輸與交換的綜合、業(yè)務(wù)網(wǎng)與支撐網(wǎng)的綜合、硬件與軟件的綜合以及通信與計算機的綜合。未來的網(wǎng)絡(luò)將是一種能夠綜合各種信息媒體功能的寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng): 可以連接各種傳輸方式的網(wǎng)絡(luò)。 可以容納已知的各種信息服務(wù)。 可以