第14章通信原理

1、1通信原理2通信原理第第14章章 通信網(wǎng)通信網(wǎng)3第14章 通信網(wǎng)l14.1 概述概述n通信網(wǎng)是在多點(diǎn)之間傳遞信息的通信系統(tǒng)。n通信網(wǎng)的基本組成部分u終端設(shè)備：包括電話機(jī)、傳真機(jī)、電臺(tái)、計(jì)算機(jī)等發(fā)送和接收信號(hào)的設(shè)備。 u通信鏈路：定義在一定的頻域和空域，它占用給定的頻帶和物理空間。鏈路可以被時(shí)分復(fù)用或頻分復(fù)用。 u交換設(shè)備：按照信令將通信鏈路傳來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)接到另一條鏈路的設(shè)備。u有些通信網(wǎng)中還包含轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。 4第14章 通信網(wǎng)n通信網(wǎng)的分類u按照功能區(qū)分p電報(bào)網(wǎng)、電話網(wǎng)、電傳(Telex)網(wǎng)以及電視網(wǎng)等等。p綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN) 窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(N-ISDN)寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(B-IS

2、DN)p移動(dòng)通信網(wǎng)：蜂窩網(wǎng)u按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)區(qū)分p網(wǎng)形：網(wǎng)形網(wǎng)的任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間都有一條鏈路直接相連。所以若網(wǎng)中共有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，則需要N(N-1)/2條鏈路連接。當(dāng)N增大時(shí)，所需鏈路數(shù)目將急劇增加，故經(jīng)濟(jì)性較差。但是，若各節(jié)點(diǎn)有轉(zhuǎn)發(fā)功能，則可靠性大為增加。5第14章 通信網(wǎng)p星形網(wǎng)：在星形網(wǎng)中，若共有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，則共需(N-1)條鏈路；除中心節(jié)點(diǎn)外，其他節(jié)點(diǎn)之間的通信都需要經(jīng)過(guò)中心節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)接。故在中心節(jié)點(diǎn)處需要有交換設(shè)備為其他各個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)接信號(hào)。和網(wǎng)形網(wǎng)相比，星形網(wǎng)需要的鏈路數(shù)目減少了，但是需要增加交換設(shè)備。 p環(huán)形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)所需的鏈路數(shù)目N等于節(jié)點(diǎn)數(shù)目，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要有轉(zhuǎn)發(fā)功能。在這里，任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之

3、間都有一條迂回鏈路，所以可靠性比星形網(wǎng)高。但是，在某些節(jié)點(diǎn)之間可能需要多次轉(zhuǎn)發(fā)，這個(gè)因素又會(huì)使傳輸時(shí)延增大和可靠性下降。 6第14章 通信網(wǎng)p總線形網(wǎng)在總線形網(wǎng)中，利用一條“總線”連接所有節(jié)點(diǎn)。由于所有節(jié)點(diǎn)共用這條總線，即總線同時(shí)只能為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)服務(wù)，所以它主要用于分時(shí)工作的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)中。由于總線形網(wǎng)和環(huán)形網(wǎng)的上述特點(diǎn)，當(dāng)網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)數(shù)目較大時(shí)，可能使信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)延較長(zhǎng)。這兩種網(wǎng)主要適合用于節(jié)點(diǎn)數(shù)目較少的計(jì)算機(jī)網(wǎng)中。p復(fù)合形網(wǎng)復(fù)合形網(wǎng)是上述幾種基本型網(wǎng)的組合。根據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能要求，常將幾種基本型網(wǎng)結(jié)合使用，以求達(dá)到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)化的目的。 7第14章 通信網(wǎng)l14.2 電話網(wǎng)電話網(wǎng)n14.2.1

4、電話網(wǎng)的結(jié)構(gòu)u組成：由終端設(shè)備（電話機(jī)）、傳輸線路和交換設(shè)備組成。u分類：p專用交換電話網(wǎng)p公共交換電話網(wǎng)(PSTN) p下面以公共網(wǎng)為例，介紹其結(jié)構(gòu)和功能。 8第14章 通信網(wǎng)nPSTN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖 國(guó)際電路用戶線中繼線國(guó)際局C1C2C3C4端局匯接局電話機(jī)本地網(wǎng)國(guó)內(nèi)長(zhǎng)途網(wǎng)國(guó)際長(zhǎng)途網(wǎng)9第14章 通信網(wǎng)u本地電話網(wǎng)：p是指在一個(gè)統(tǒng)一號(hào)碼長(zhǎng)度的編號(hào)區(qū)內(nèi)，由電話機(jī)、用戶線、用戶端局（簡(jiǎn)稱端局）、匯接局、局間中繼線和長(zhǎng)話-市話中繼線組成的電話網(wǎng)。p各用戶的電話機(jī)經(jīng)過(guò)用戶線接到端局。在一個(gè)端局內(nèi)的線路一般構(gòu)成星形網(wǎng)。在端局中的用戶交換機(jī)用于按照呼叫用戶的信令連接被呼叫用戶。p匯接局則匯聚各端局的連

5、接，并與其他匯接局連接。各端局和匯接局之間用局間中繼線連接。p長(zhǎng)話-市話中繼線則用于將本地電話網(wǎng)和國(guó)內(nèi)長(zhǎng)途電話網(wǎng)相連接。中繼線一般是大容量電纜，用于傳輸時(shí)分復(fù)用PCM信號(hào)。10第14章 通信網(wǎng)u國(guó)內(nèi)長(zhǎng)途電話網(wǎng)：p是指全國(guó)各市（縣）間用戶進(jìn)行長(zhǎng)途通話的電話網(wǎng)，網(wǎng)中各市（縣）都設(shè)一個(gè)或多個(gè)長(zhǎng)途電話局。各長(zhǎng)途局間由長(zhǎng)途電話線路連接起來(lái)。p國(guó)內(nèi)長(zhǎng)途電話網(wǎng)的結(jié)構(gòu)在我國(guó)采用分級(jí)匯接制，它包含4個(gè)等級(jí)的交換中心，即大區(qū)交換中心（C1），省交換中心(C2)，地區(qū)交換中心(C3)和縣市交換中心（C4）。p分級(jí)匯接制在圖中顯示為樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。但是不排除個(gè)別的跨區(qū)連接，如圖中虛線所示。11第14章 通信網(wǎng)u國(guó)際長(zhǎng)途電話

6、網(wǎng)：p是指將世界各國(guó)的電話網(wǎng)相互連接起來(lái)進(jìn)行國(guó)際通話的電話網(wǎng)。p為此，每個(gè)國(guó)家都需設(shè)有一個(gè)或幾個(gè)國(guó)際電話局。國(guó)際長(zhǎng)途通話實(shí)際上需要經(jīng)過(guò)通話雙方國(guó)內(nèi)電話網(wǎng)和國(guó)際電話局，以及國(guó)際電路等幾部分進(jìn)行的。12第14章 通信網(wǎng)n 14.2.2電話網(wǎng)中的交換u電路轉(zhuǎn)接方法：用于早期的電話網(wǎng)p雙向交換矩陣不適宜用于數(shù)字電路 p單向交換矩陣 和雙向交換矩陣相比，這種單向交換矩陣中的開(kāi)關(guān)數(shù)目要加倍。用戶2用戶4用戶6用戶8用戶1用戶3用戶5用戶7用戶9用戶2用戶4用戶6用戶8用戶1用戶3用戶5用戶7用戶9用戶3用戶1用戶2用戶4用戶5用戶6用戶7用戶8用戶9（入線）（出線）13第14章 通信網(wǎng)u時(shí)分?jǐn)?shù)字交換技術(shù)p

7、由于數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，在交換設(shè)備中目前一般采用時(shí)分?jǐn)?shù)字交換技術(shù)。這時(shí)，被交換的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)。p若由用戶線路輸入的是模擬信號(hào)，則首先應(yīng)將其數(shù)字化，再進(jìn)行交換。交換后，再經(jīng)過(guò)數(shù)/模變換，變成模擬信號(hào)送回用戶。p在數(shù)字交換設(shè)備中，均采用時(shí)分復(fù)用PCM體制。這樣，只需將分配給各用戶的時(shí)隙位置搬移，即可達(dá)到交換的目的。時(shí)隙的搬移，雖然在原理上可以用時(shí)延的方法實(shí)現(xiàn)，但是在實(shí)際中時(shí)隙交換器通常是用隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)完成的 。u上述兩種方法中，前者用開(kāi)關(guān)矩陣實(shí)現(xiàn)交換的方法常稱為空分交換，后者則稱為時(shí)分交換?？辗纸粨Q時(shí)刻保持連接通信兩端用戶的線路處于持續(xù)接通狀態(tài)。時(shí)分交換則不然。14第14章 通信網(wǎng)n 1

8、4.2.3 電話網(wǎng)中的信令u信令的用途：在電話網(wǎng)中，交換設(shè)備是根據(jù)用戶發(fā)來(lái)的信令控制接通哪一條或幾條電路的。 u信令的分類：p用戶信令和局間信令：用戶信令：從用戶發(fā)到端局的信令，它規(guī)定了要求呼叫的終端目的地。局間信令：在各局和各中心之間傳輸?shù)男帕?，它根?jù)用戶信令的要求按照網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成決定著信號(hào)通過(guò)的鏈路。p模擬信令和數(shù)字信令：公共電話網(wǎng)中模擬信令：由電話機(jī)到端局之間的用戶線一般都是模擬線路，所以用戶信令都是模擬信令。數(shù)字信令：局間中繼線都是數(shù)字線路，故局間信令是數(shù)字信令。 15第14章 通信網(wǎng)u用戶信令：p撥號(hào)脈沖：由機(jī)械（撥號(hào)盤(pán)）或電路產(chǎn)生直流脈沖，用脈沖的數(shù)目表示電話號(hào)碼，其工作原理見(jiàn)下圖。

9、當(dāng)掛機(jī)時(shí)，用戶直流線路處于斷開(kāi)狀態(tài)，電壓為0。當(dāng)用戶摘機(jī)后，直流線路接通，電壓為正。若撥號(hào)“4”，則線路上發(fā)出4個(gè)脈沖。每個(gè)脈沖占100 ms時(shí)間，其中0電壓約占66 ms，正電壓約占33 ms。脈沖數(shù)目等于撥號(hào)數(shù)字，但撥號(hào)“0”時(shí)發(fā)出10個(gè)脈沖。故發(fā)送每個(gè)數(shù)字平均需用0.55 s時(shí)間。當(dāng)電話號(hào)碼較長(zhǎng)時(shí)，撥號(hào)費(fèi)時(shí)太長(zhǎng)。另外，它易受脈沖干擾，發(fā)生錯(cuò)誤。 66 ms33 ms摘機(jī)掛機(jī)撥號(hào)“4”撥號(hào)“3”0V16第14章 通信網(wǎng)p雙音多頻(DTMF)信令：DTMF信令是從8個(gè)不同頻率的單音中選取兩個(gè)表示1位數(shù)字，見(jiàn)下表。它共有16組頻率組合可用。由于用DTMF發(fā)送每位數(shù)字僅需約0.08 s的時(shí)間（包

10、括數(shù)字間隔時(shí)間），速度較快。1209 Hz1336 Hz1477 Hz1633 Hz697 Hz123備用770 Hz456備用852 Hz789備用941 Hz*0#備用17第14章 通信網(wǎng)u局間信令：p隨路信令(CAS) ：是指信令和用戶信息（語(yǔ)音）在同一信道中傳輸?shù)男帕睢2信令是一種基于E-1時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的隨路信令。在E-1系統(tǒng)中時(shí)隙TS16被預(yù)留用來(lái)傳遞這種信令。p共路信令(CCS) ：將呼叫控制信息和其他業(yè)務(wù)信息通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的信令網(wǎng)絡(luò)傳輸。SS7信令為一種共路信令 。它比R2信令更高效，更可靠。SS7信令的標(biāo)準(zhǔn)化程度要比R2信令好。 18第14章 通信網(wǎng)u呼叫和通話過(guò)程舉例 應(yīng)答復(fù)

11、原啟動(dòng)拆線復(fù)原用戶信令用戶信令局間信令呼叫復(fù)原撥號(hào)音撥號(hào)音撥號(hào)撥號(hào)準(zhǔn)備好啟動(dòng)送出電話號(hào)碼應(yīng)答振鈴振鈴回鈴音或忙音回鈴音或忙音摘機(jī)監(jiān)聽(tīng)掛機(jī)監(jiān)聽(tīng)通話摘機(jī)掛機(jī)通話通話通話tttt 10 s 3 min端局A端局B19第14章 通信網(wǎng)n14.2.4 電話網(wǎng)的性能指標(biāo)u話務(wù)量：p電話網(wǎng)中負(fù)擔(dān)的業(yè)務(wù)量多少由話務(wù)量衡量，它分為流入話務(wù)量A ：其定義是單位時(shí)間（1 h）內(nèi)平均呼叫次數(shù)和每次呼叫平均持續(xù)（占用線路）時(shí)間h之積，即式中，h 的單位是h/次，的單位是次/h，故A是無(wú)量綱的。而A的單位則稱為愛(ài)爾蘭。流入話務(wù)量表示每小時(shí)中平均線路占用時(shí)間。成功話務(wù)量：成功話務(wù)量A0的定義是單位時(shí)間（1h）內(nèi)呼叫成功次數(shù)

12、0和每次呼叫平均持續(xù)（占用線路）時(shí)間h之積，即)(ErlhA)(ErlhA0020第14章 通信網(wǎng)u呼損率p由于一般的通信網(wǎng)并不能保證所有呼叫都能夠成功地被轉(zhuǎn)接到對(duì)方用戶，所以必然會(huì)有少量的呼叫失敗，即發(fā)生“呼損”。p呼損率則是指損失的話務(wù)量(A A0)與流入話務(wù)量A之比，即p成功話務(wù)量和呼損率之間的關(guān)系為由上式可見(jiàn)，呼損率越小，成功話務(wù)量越大。u一個(gè)電話網(wǎng)的流入話務(wù)量決定于客觀需求，在設(shè)計(jì)電話網(wǎng)時(shí)應(yīng)該將流入話務(wù)量作為給定條件之一。呼損率和電話網(wǎng)的設(shè)計(jì)能力有關(guān)，例如交換機(jī)和中繼線等設(shè)備的容量都直接和呼損率有關(guān)。設(shè)備容量越大，呼損率越小，但是投資和運(yùn)行費(fèi)用也大。 00AAAB)1 (0BAA21

13、第14章 通信網(wǎng)l14.3 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)n14.3.1 概述u數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的分類p按照覆蓋范圍區(qū)分：局域網(wǎng)：局域網(wǎng)的覆蓋范圍較小，一般在一幢建筑物或一個(gè)庭院的范圍。城域網(wǎng)：城域網(wǎng)的覆蓋范圍為一個(gè)城市，一般約在50 km范圍以內(nèi)。廣域網(wǎng)：廣域網(wǎng)的覆蓋范圍則可達(dá)幾千千米。個(gè)（人區(qū)）域網(wǎng)：近年來(lái)新出現(xiàn)的，它的覆蓋范圍一般在一間室內(nèi)；由于采用無(wú)線傳輸方式，所以又稱為無(wú)線個(gè)域網(wǎng)(WPAN) 。22第14章 通信網(wǎng)p按照傳輸方式區(qū)分：無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)：在無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中目前發(fā)展最快的是無(wú)線局域網(wǎng)。 有線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)p按照用途區(qū)分：專用數(shù)據(jù)網(wǎng)公共數(shù)據(jù)網(wǎng)：公共數(shù)據(jù)網(wǎng)在概念上包括增值網(wǎng)和信息交換網(wǎng)。增值網(wǎng)是在

14、數(shù)據(jù)通信的基本業(yè)務(wù)上附加了新的通信功能或業(yè)務(wù)，使其原有價(jià)值增高。例如，增加電子函件、語(yǔ)音信箱、可視圖文、電子數(shù)據(jù)交換(EDI)、在線數(shù)據(jù)庫(kù)檢索、因特網(wǎng)、虛擬專用網(wǎng)、“800”號(hào)受方付費(fèi)業(yè)務(wù)、“200”號(hào)電話呼叫卡業(yè)務(wù)等。 23第14章 通信網(wǎng)l14.3.2 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的組成數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的組成n電路交換和信息交換u電路交換：p它的特點(diǎn)是在用戶之間建立一條連接通路，以直接傳遞信號(hào)。 p電路交換時(shí)，在兩個(gè)用戶通話的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，需要有一條通信電路始終保持在為他們連接的狀態(tài)，不論他們是否正在講話。平均而言，在通話時(shí)間內(nèi)，一個(gè)用戶收聽(tīng)和講話的時(shí)間各占一半，再考慮到找人等待時(shí)間和講話時(shí)的間隙，實(shí)際發(fā)送話音的時(shí)

15、間只占不到40%。所以多一半時(shí)間是空閑的。這是很大的資源浪費(fèi)。24第14章 通信網(wǎng)u信息交換：p一個(gè)通路可以被多個(gè)用戶發(fā)送的信息分時(shí)利用。所以通路的時(shí)間利用率可以大為增加。p由于交換設(shè)備需要將收到的數(shù)據(jù)格式變成適合傳輸?shù)母袷?，在?shù)據(jù)到達(dá)接收端前再將其格式變成適合接收端的格式，所以收發(fā)兩端設(shè)備所用的數(shù)據(jù)格式可以不同。p由于信息交換是按照“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”方式工作的，交換設(shè)備將收到的數(shù)據(jù)先存儲(chǔ)起來(lái)，等到有通路可以利用時(shí)才轉(zhuǎn)發(fā)，所以有一定的時(shí)間延遲。p信息交換又分為報(bào)文交換：將整個(gè)報(bào)文一次轉(zhuǎn)發(fā)，由于其長(zhǎng)度可能很長(zhǎng)，所以，其存儲(chǔ)時(shí)間也可能很長(zhǎng)，從而造成時(shí)延可能很大。分組交換：首先將消息在交換設(shè)備中分成長(zhǎng)度

16、相等的短的分組（或稱“包” ），例如1000 b為一個(gè)分組，然后再傳輸。故延遲時(shí)間很小，目前應(yīng)用廣泛。25第14章 通信網(wǎng)n面向連接和無(wú)連接u面向連接的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)：通信雙方的終端之間必須有線路連接，才能通信。此連接可以是通過(guò)呼叫建立的；也可以是永久性或半永久性的專線連接。u無(wú)連接的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)：通信雙方終端之間不需要有線路連接。這時(shí)是采用信息交換方式，將數(shù)據(jù)分組發(fā)出。由于一個(gè)消息被分成若干分組后，每個(gè)分組在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸路由可能不同，所以各組不一定按原順序到達(dá)接收端。因此，在發(fā)送端交換設(shè)備中除了要在消息上加上發(fā)送目的地的地址外，還需要將每組消息按照先后次序編號(hào)，在接收端交換設(shè)備中需要按照編號(hào)排列各

17、組的次序，再將完整的接收消息送給終端用戶。所以分組交換的實(shí)現(xiàn)過(guò)程比較復(fù)雜的。若所有分組都經(jīng)過(guò)同一路由傳輸并用同一方式處理，則可以設(shè)想在收發(fā)終端之間好像存在一個(gè)虛擬信道，稱為虛信道，又稱為邏輯信道，并將這種通過(guò)虛信道的連接稱為虛連接。 26第14章 通信網(wǎng)n通信協(xié)議u數(shù)據(jù)通信需要將數(shù)據(jù)分組、編號(hào)、加上糾錯(cuò)編碼和目的地址等。終端和交換設(shè)備完成這些步驟時(shí)必須遵守一些規(guī)定。這些規(guī)定稱為通信協(xié)議。u通信協(xié)議，也稱通信規(guī)程。這兩個(gè)名詞是通用的。u為了制定一個(gè)通用的通信協(xié)議，需要將復(fù)雜的通信過(guò)程分成一些層次，每個(gè)層次承擔(dān)一定的任務(wù)，并為每個(gè)層次制定相應(yīng)的協(xié)議。我們將這些層次和相應(yīng)的協(xié)議的總和稱為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的

18、體系結(jié)構(gòu)。u1983年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)就為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)制定出了一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)，它稱為開(kāi)放系統(tǒng)互連(OSI)參考模型。它雖然在理論上比較完善，但是卻不太實(shí)用。下面先介紹這個(gè)模型，然后也對(duì)于因特網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)作介紹。27第14章 通信網(wǎng)n14.3.3 開(kāi)放系統(tǒng)互連(OSI)參考模型應(yīng)用進(jìn)程AP2表示層應(yīng)用層會(huì)話層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層開(kāi)放系統(tǒng)1開(kāi)放系統(tǒng)2表示層應(yīng)用層會(huì)話層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用進(jìn)程AP1數(shù)據(jù)76543217654321物理傳輸媒體HAHPHSHT數(shù)據(jù)HNHAHPHSHT數(shù)據(jù)HAHPHS數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)HA數(shù)據(jù)HAHP數(shù)據(jù)HDHNHAHPHSHTHD數(shù)據(jù)HDHN

19、HAHPHSHTHD28第14章 通信網(wǎng)u第第7層層 應(yīng)用層應(yīng)用層：應(yīng)用層是OSI中的最高層，它確定進(jìn)程之間通信的性質(zhì)以滿足用戶的需要。其功能決定于用戶的需求和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)目的。應(yīng)用層還要提供應(yīng)用進(jìn)程所需要的信息交換、遠(yuǎn)程操作、系統(tǒng)管理和應(yīng)用管理。應(yīng)用層直接和用戶的應(yīng)用程序通信。u第第6層層 表示層表示層：表示層將上一層提供的數(shù)據(jù)作必要的編碼或語(yǔ)法變換，以通信通用的格式送給網(wǎng)絡(luò)，使不同類型的設(shè)備能夠互相通信。其功能包括數(shù)據(jù)文件的格式化、編碼（ASCII碼、EBCDIC碼，等等）、加密和解密、對(duì)話過(guò)程、數(shù)據(jù)壓縮、同步、中斷和終結(jié)。表示層還完成編碼和字符集的轉(zhuǎn)換和決定報(bào)文顯示方式。29第14章 通信網(wǎng)

20、u第第5層層 會(huì)話層會(huì)話層：會(huì)話層在兩個(gè)實(shí)體之間建立起進(jìn)行一次“對(duì)話”的邏輯連接關(guān)系，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)登錄和注銷、身份鑒別和運(yùn)作方式（單工、雙工或半雙工）等，并對(duì)“對(duì)話”進(jìn)行管理和控制，但是不包括呼叫建立、設(shè)置和斷開(kāi)連接等功能。u第第4層層 運(yùn)輸層運(yùn)輸層：運(yùn)輸層傳送數(shù)據(jù)的單位是報(bào)文。它負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的兩個(gè)實(shí)體之間建立一條端到端的信道，并為通信兩端提供可靠和透明的傳輸。它還進(jìn)行端到端間的差錯(cuò)控制、順序控制和流量控制等。運(yùn)輸層是通信的最高層。更高的3層已經(jīng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無(wú)關(guān)，而是涉及到網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用方面。因此，運(yùn)輸層是網(wǎng)絡(luò)層和會(huì)話層之間的接口，它將上下兩層隔開(kāi)，使上一層看不見(jiàn)下層中數(shù)據(jù)傳輸?shù)募?xì)節(jié)。30第14章 通信

21、網(wǎng)u第第3層層 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)是選擇適當(dāng)?shù)穆酚珊徒粨Q節(jié)點(diǎn)，使數(shù)據(jù)透明地傳輸?shù)侥康牡亍＞W(wǎng)絡(luò)層中的傳輸數(shù)據(jù)單位是分組分組，或稱包。因此，該層要負(fù)責(zé)將上一層送來(lái)的數(shù)據(jù)分組和對(duì)方發(fā)來(lái)的分組進(jìn)行拆卸，并解決分組的丟失、重復(fù)傳送和順序顛倒等問(wèn)題。u第第2層層 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層：數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)在兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)間的鏈路上，以幀為單位無(wú)差錯(cuò)地傳輸數(shù)據(jù)。它需要將上一層送來(lái)的數(shù)據(jù)加上所需的控制信息組成幀，然后按順序發(fā)送給物理層，并處理對(duì)方送回來(lái)的“確認(rèn)”幀。它還需要負(fù)責(zé)鏈路的連通、維持和釋放，并且識(shí)別幀的邊界和在檢測(cè)到接收數(shù)據(jù)中有差錯(cuò)時(shí)通知對(duì)方重發(fā)這一幀，直至正確接收為止。在此層中加入的控制信息包括幀

22、同步信息、地址信息、差錯(cuò)控制和流量控制信息等。高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制(HDLC)規(guī)程是此層的主要通信協(xié)議之一。31第14章 通信網(wǎng)u第第1層層 物理層物理層：物理層的任務(wù)是為上一層送來(lái)的數(shù)據(jù)提供一個(gè)透明傳輸比特流的物理連接。所以物理層傳輸數(shù)據(jù)的單位是比特，而不管這些比特代表什么意義。物理層還負(fù)責(zé)物理媒體的連通（或激活）、維持和釋放（或去激活）等。所以物理層要解決的問(wèn)題包括：確定傳輸電壓和電路阻抗值、傳輸速率、傳輸方向、連接器的物理參數(shù)（插孔數(shù)目、形狀和尺寸等）。物理層的協(xié)議主要有EIA-232和RS-449接口標(biāo)準(zhǔn)。EIA-232標(biāo)準(zhǔn)適用于通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電話線路傳輸數(shù)據(jù)時(shí)的物理層接口，而R

23、S-449標(biāo)準(zhǔn)則適用于寬帶線路。32第14章 通信網(wǎng)u為了實(shí)現(xiàn)各層的功能，各層需要在上一層送來(lái)的數(shù)據(jù)分組前加上控制信息，稱為報(bào)頭(HA、HP、HS)，如上圖所示。但是，第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）的報(bào)頭(HD)分成兩部分，分別加在數(shù)據(jù)的前后；第1層（物理層）則由于功能是傳送比特流，所以不需加上控制信息。但是，從應(yīng)用進(jìn)程來(lái)看，開(kāi)放系統(tǒng)2的應(yīng)用進(jìn)程AP2接收到的只是AP1發(fā)出的數(shù)據(jù)本身，沒(méi)有報(bào)頭，如圖中虛線表示的那樣，直接從AP1將數(shù)據(jù)發(fā)送到AP2。在兩個(gè)應(yīng)用層之間的通信，則只有數(shù)據(jù)和報(bào)頭HA，其他的報(bào)頭都被下面各層剝離掉了。類似地，下面各層也如此。u從功能上看，最高3層主要是有關(guān)網(wǎng)絡(luò)控制、管理和應(yīng)用方面

24、等的功能，基本上和信息傳輸沒(méi)有直接關(guān)系；下面4層才直接是信息傳輸方面的功能。33第14章 通信網(wǎng)uTCP/IP體系結(jié)構(gòu) p上面介紹的OSI體系結(jié)構(gòu)雖然在理論上比較完整，但是由于它的全部標(biāo)準(zhǔn)制定拖延時(shí)間較長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)過(guò)分復(fù)雜，和缺乏投入市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)力量等原因，至今未能得到廣泛應(yīng)用。而在它的全部標(biāo)準(zhǔn)制定出來(lái)之前，因特網(wǎng)已經(jīng)在全球得到了極大發(fā)展。因特網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)是從實(shí)踐中產(chǎn)生的，它稱為T(mén)CP/IP。TCP/IP體系結(jié)構(gòu)只分4層。它和OSI體系結(jié)構(gòu)的比較示于下圖中。34第14章 通信網(wǎng)pTCP/IP體系結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用層相當(dāng)于OSI體系結(jié)構(gòu)中的最高3層，它直接為用戶的應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)。這層的協(xié)議有多種，例如

25、支持萬(wàn)維網(wǎng)萬(wàn)維網(wǎng)(WWW)的HTTP協(xié)議，支持電子函件的SMTP協(xié)議和支持文件傳送的FTP協(xié)議等。pTCP/IP中的運(yùn)輸層和OSI中的運(yùn)輸層對(duì)應(yīng)，它負(fù)責(zé)兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程之間的通信。運(yùn)輸層有兩種協(xié)議，即面向連接的TCP協(xié)議和無(wú)連接的UDP協(xié)議。應(yīng)用層表示層會(huì)話層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層OSI體系結(jié)構(gòu)TCP/IP體系結(jié)構(gòu)35第14章 通信網(wǎng)pTCP/IP中的網(wǎng)際層相當(dāng)于OSI中的網(wǎng)絡(luò)層，它用IP協(xié)議支持無(wú)連接的分組傳送服務(wù)。由于因特網(wǎng)是一個(gè)很大的互聯(lián)網(wǎng)，它將大量的各種不同類型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)互連起來(lái)，故將其網(wǎng)絡(luò)層稱為網(wǎng)際層。pTCP/IP中的網(wǎng)絡(luò)接口層對(duì)應(yīng)OSI中的最低兩層。

26、但是，嚴(yán)格講此層并不是一層，僅僅是一個(gè)接口而已。u無(wú)論是OSI還是TCP/IP體系結(jié)構(gòu)，其中各層分別都有自己的協(xié)議，而且每層的協(xié)議不止有一種。特別是高層協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)和用途關(guān)系很大，協(xié)議的種類也很多。下面僅就數(shù)據(jù)鏈路層的一種主要協(xié)議(HDLC)為例作詳細(xì)介紹。36第14章 通信網(wǎng)n14.3.4 高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程(HDLC)u在HDLC中將一個(gè)分組稱為一幀。HDLC規(guī)定的幀結(jié)構(gòu)示于下圖中。u由圖可見(jiàn)，HDLC的一幀分為6個(gè)字段，下面分別給出其功能：標(biāo)志F地址A控制C信息I標(biāo)志F幀校驗(yàn)序列FCS01111110011111108 b8 b16 b長(zhǎng)度任意校驗(yàn)范圍需插入”0”的范圍37第14章

27、 通信網(wǎng)p標(biāo)志字段F：標(biāo)志字段F標(biāo)明一幀的邊界，它由“01111110”組成，共8比特。為了使一幀的頭尾兩個(gè)標(biāo)志F之間不會(huì)出現(xiàn)6個(gè)連“1”，避免和標(biāo)志F混淆，HDLC規(guī)程規(guī)定發(fā)送端分組時(shí)若在兩個(gè)F之間發(fā)現(xiàn)有5個(gè)連“1”，則立即插入一個(gè)“0”。接收端則在發(fā)現(xiàn)5個(gè)連“1”后，即將其后繼的“0”刪除。當(dāng)有兩幀連續(xù)傳輸時(shí)，前一幀的結(jié)束標(biāo)志字段F就可以兼作后一幀的起始標(biāo)志字段。38第14章 通信網(wǎng)p地址字段A：地址字段表示此幀發(fā)送的目的地址，它規(guī)定共有8 b (1字節(jié))。全“1”地址是廣播地址，全“0”地址是無(wú)效地址。故有效地址共有254個(gè)。對(duì)于一般情況，此地址數(shù)目是足夠的。在有效地址仍嫌不夠的情況下，

28、容許將地址字段的長(zhǎng)度擴(kuò)展。擴(kuò)展的方法是事先規(guī)定用第1比特表示“擴(kuò)展”，其余7比特為地址位。當(dāng)?shù)刂纷侄沃心硞€(gè)字節(jié)的第1比特為“0”時(shí)，表示下一字節(jié)的后7比特仍為地址位；當(dāng)?shù)?比特為“1”時(shí)，表示此字節(jié)已是地址字段的最后一個(gè)字節(jié)了。39第14章 通信網(wǎng)p控制字段C：控制字段用于信令、應(yīng)答和管理等。它的長(zhǎng)度也規(guī)定為8 b，其具體功能示于下圖中。由圖可見(jiàn)，它規(guī)定了本幀的性質(zhì)并給出控制信息。按照其第1比特或第1和2比特的取值不同，它將HDLC幀分為3類：信息幀I、監(jiān)督幀S和無(wú)編號(hào)幀U。 當(dāng)C的第1比特是“0”時(shí)，表示本幀是信息幀I，攜帶有用戶信息。當(dāng)?shù)?比特是“1”時(shí)，本幀的功能由第2比特決定。此時(shí)，若

29、第2比特為“0”，則本幀是監(jiān)督幀S；若第2比特為“1”，則本幀是無(wú)編號(hào)幀U。 比特12345678信息幀I0N(S)P/FN(R)監(jiān)督幀S10SP/FN(R)無(wú)編號(hào)幀U11MP/FN (R)40第14章 通信網(wǎng)控制字段第5比特為查詢/終止(P/F)比特。在主站發(fā)出的命令幀中若將其置為“1”，則表示要求對(duì)方立即發(fā)送應(yīng)答。在對(duì)方的應(yīng)答幀中若將其置為“1”，則表示數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完畢?？刂谱侄蔚钠渌忍氐墓δ軐⒃诤竺媪硇薪榻B。在信息幀I中，控制字段的第2至4位表示當(dāng)前發(fā)送的信息幀的序號(hào)N(S)，第6至8位表示期望收到的幀在對(duì)方發(fā)送序列中的序號(hào)N(R)。N(S)和N(R)都是按模8運(yùn)算的數(shù)字，即只能取值0

30、至7。N(R)還含有確認(rèn)信息，表示序號(hào)為N(R) 1(mod 8)的幀和更前的幀都已經(jīng)正確接收到了。這里模8運(yùn)算的意思就是使序號(hào)的取值達(dá)到7后又回到0，這樣繼續(xù)循環(huán)計(jì)數(shù)。41第14章 通信網(wǎng)在監(jiān)督幀S中，控制字段的第3和4位的功能示于下表中，它給出接收狀態(tài)。無(wú)編號(hào)幀本身不帶編號(hào)，即不帶N(R)。它用控制字段的第3、4、6、7、8比特表示對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制的各種信令。這5比特的排列可以得出32種控制信令。S名稱功能00RR 準(zhǔn)備好接收表示準(zhǔn)備好接收下一幀N(R)，并確認(rèn)已收妥序號(hào)為N(R) 1和其前的各幀。10RNR 未準(zhǔn)備好接收表示未準(zhǔn)備好接收下一幀，并確認(rèn)已收妥序號(hào)為N(R) - 1和其前的各幀。0

31、1REJ 拒絕表示從N(R)起的所有幀的接收有差錯(cuò)，但確認(rèn)已收妥序號(hào)為N(R) 1和其前的各幀。11SREJ 選擇性拒絕只序號(hào)為N(R)的幀接收有差錯(cuò)。42第14章 通信網(wǎng)p信息字段I：信息字段I的長(zhǎng)度可以任意規(guī)定，但是其中定義的每個(gè)字符的比特?cái)?shù)必須是固定的。p幀校驗(yàn)序列FCS： 它用于監(jiān)督本幀中的誤碼，但是標(biāo)志F不在監(jiān)督范圍內(nèi)。FCS規(guī)定采用循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)法。所用的循環(huán)碼生成多項(xiàng)式規(guī)定為x16 + x12 + x5 + 1 。p43第14章 通信網(wǎng)n14.3.5 局域網(wǎng)以太網(wǎng)u以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)p目前廣泛應(yīng)用的以太網(wǎng)多采用帶集線器的星形網(wǎng)結(jié)構(gòu)，見(jiàn)下圖。p圖中畫(huà)出4個(gè)計(jì)算機(jī)通過(guò)線路和集線器相

32、連。集線器有多個(gè)端口，每個(gè)端口接一個(gè)計(jì)算機(jī)。集線器的功能是將每個(gè)計(jì)算機(jī)發(fā)出的信號(hào)通過(guò)線路轉(zhuǎn)送給其他各計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)集線器44第14章 通信網(wǎng)p集線器和計(jì)算機(jī)間的線路是兩對(duì)雙絞線（見(jiàn)下圖），分別用于發(fā)送和接收信號(hào)，其長(zhǎng)度不超過(guò)100 m。p由以太網(wǎng)的線路連接關(guān)系可見(jiàn)，一個(gè)計(jì)算機(jī)發(fā)出的信號(hào)可以送到其他各個(gè)計(jì)算機(jī)。但是，一般情況都是只希望將信號(hào)發(fā)送給一個(gè)指定的計(jì)算機(jī)。因此，在發(fā)送信號(hào)中需要帶有地址信息，只有此地址的計(jì)算機(jī)才能接收到此信號(hào)。 計(jì)算機(jī)集線器雙絞線45第14章 通信網(wǎng)p此外，這種網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)只允許有一個(gè)發(fā)送信號(hào)在線路中存在。若同時(shí)有多個(gè)發(fā)送信號(hào)，勢(shì)必造成互相干擾。為了解決上述這些問(wèn)題，需要制

33、定一個(gè)通信協(xié)議，為各計(jì)算機(jī)遵守。在以太網(wǎng)中采用的協(xié)議稱為載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè)(CSMA/CD)協(xié)議。下面就將介紹這個(gè)協(xié)議。46第14章 通信網(wǎng)uCSMA/CD協(xié)議的數(shù)據(jù)格式 p假定：一個(gè)計(jì)算機(jī)在發(fā)送信號(hào)之前處于監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。只有當(dāng)監(jiān)聽(tīng)到線路上沒(méi)有“載波”時(shí)，才能向線路上發(fā)送信號(hào)。這里的“載波”一詞是指線路中其他計(jì)算機(jī)發(fā)出的任何電信號(hào)，不必須是正弦載波。p在以太網(wǎng)中數(shù)據(jù)是分組傳輸?shù)模鋽?shù)據(jù)格式如下圖所示。p上圖中顯示每組數(shù)據(jù)共分6個(gè)字段，其中5個(gè)字段共26個(gè)字節(jié)是用于網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷，只有一個(gè)字段是用戶數(shù)據(jù)。下面給出這種數(shù)據(jù)格式的詳細(xì)規(guī)定：每個(gè)分組的最大長(zhǎng)度為1526字節(jié)，最小長(zhǎng)度為72字節(jié)。每

34、個(gè)字節(jié)含8比特。 報(bào) 頭前同步碼8 B目的地址6 B源地址6 B類型2 B數(shù)據(jù)46 1500 B幀校驗(yàn)4 B47第14章 通信網(wǎng)每個(gè)分組分為6個(gè)字段：前同步碼8字節(jié)，報(bào)頭14字節(jié)，數(shù)據(jù)46至1500字節(jié)，校驗(yàn)位4字節(jié)。分組間最小間隔為9.6 s。前同步碼包含8字節(jié)的“1/0”交替碼，但是最后以兩個(gè)比特“11”結(jié)束，即前同步碼為(101010101011)。具體說(shuō)，前同步碼的前7個(gè)字節(jié)是“1/0”交替碼，它用于建立比特同步，因?yàn)樵谝粋€(gè)計(jì)算機(jī)開(kāi)始接收分組數(shù)據(jù)時(shí)比特同步尚未建立；最后1個(gè)字節(jié)是“10101011”，它表示在這個(gè)字節(jié)后面就是報(bào)頭的開(kāi)始。報(bào)頭包括：48比特目的地址碼，48比特源地址碼，1

35、6比特類型碼。接收站需檢查報(bào)頭中的目的地址，看該組是否應(yīng)當(dāng)接收。其中第1個(gè)比特指示地址類型（0表示單地址，1表示群地址）；地址碼若為全“1”表示是向所有站廣播。48第14章 通信網(wǎng)源地址碼是發(fā)送站的地址碼。類型碼決定數(shù)據(jù)域中的數(shù)據(jù)如何解釋。例如，用于表示數(shù)據(jù)的編碼方法、密碼、消息優(yōu)先級(jí)等。數(shù)據(jù)字段中字節(jié)數(shù)目必須為整數(shù)。當(dāng)用戶數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不足46字節(jié)時(shí)，需要用整數(shù)字節(jié)的字段填充。幀校驗(yàn)字段中校驗(yàn)碼的生成多項(xiàng)式如下：X32 + X26 + X23 + X22 + X16 + X12 + X11 + X10 + X8 + X7 + X5 + X4 + X2 + X + 1 幀校驗(yàn)序列的校驗(yàn)范圍不包括前同

36、步碼。p最后指出，上述數(shù)據(jù)格式中的報(bào)頭、數(shù)據(jù)和幀校驗(yàn)序列屬于OSI參考模型中數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議，而前同步碼則屬于物理層的協(xié)議。49第14章 通信網(wǎng)uCSMA/CD協(xié)議的工作當(dāng)一個(gè)計(jì)算機(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它的可能狀態(tài)如下：p延緩：當(dāng)線路中存在載波時(shí)，或在最小分組間隔時(shí)間(9.6 s)內(nèi)，不能發(fā)送。p發(fā)送：若不在延緩期，用戶可以發(fā)送直到分組結(jié)束或直到檢測(cè)有碰撞。p中斷：若檢測(cè)到碰撞，用戶必須終止傳輸，并發(fā)送一個(gè)短的人為干擾信號(hào)，以確保所有碰撞方注意到此碰撞。p重新發(fā)送：用戶必須等待一個(gè)隨機(jī)延遲時(shí)間，再試圖重新發(fā)送。這樣做的目的是使碰撞各方的延遲時(shí)間不同，以避免再次同時(shí)發(fā)送而引起碰撞。p退避：延遲重新發(fā)送

37、稱為退避。第n次重發(fā)之前的延遲時(shí)間等于一個(gè)隨機(jī)數(shù)乘以基本延遲時(shí)間。此隨機(jī)數(shù)在0 (2n -1)間均勻分布(0 10，此區(qū)間仍為0 1023。重發(fā)的基本延遲時(shí)間是51.2 s，它對(duì)于10Mb/s速率的以太網(wǎng)相當(dāng)于512 b（64 B）的持續(xù)時(shí)間。50第14章 通信網(wǎng)u例：下圖為以太網(wǎng)采用雙相碼以10 Mb/s速率傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式。p這時(shí)，每個(gè)碼元中都包含一次跳變。碼元“1”中的跳變是從低電平到高電平；而碼元“0”的跳變是從高電平到低電平。所以，存在跳變就是向所有監(jiān)聽(tīng)者表明網(wǎng)上有載波存在。若從最后一次跳變開(kāi)始在0.75 1.25個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)看不到跳變，就表明載波沒(méi)有了，即表示一組的終結(jié)。100 ns

38、跳變搜索窗1.25 T0.75 TT為碼元持續(xù)時(shí)間碼元“1”碼元“1”碼元“0”51第14章 通信網(wǎng)u高速以太網(wǎng)高速以太網(wǎng)p上面介紹的以太網(wǎng)一般稱為10BASE-T，其中的“10”表示工作在10Mb/s速率，“BASE”表示傳輸?shù)氖腔鶐盘?hào)，“T”表示雙絞線。這種以太網(wǎng)至今仍在使用。不過(guò)，從1994年開(kāi)始出現(xiàn)了100 Mb/s速率的以太網(wǎng)，稱為100BASE-T。它仍使用CSMA/CD協(xié)議，但是集線器等硬件的工作速度提高了，并使用不同規(guī)格的雙絞線或光纖。p現(xiàn)在將速率達(dá)到和超過(guò)100Mb/s以太網(wǎng)稱為高速以太網(wǎng)。除了100BASE-T以太網(wǎng)外，到1996年又出現(xiàn)了能工作在1Gb/s速率的吉比特以

39、太網(wǎng)。在2002年IEEE又完成了10吉比特以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定。52第14章 通信網(wǎng)n 14.3.6 ALOHA網(wǎng)u什么是ALOHA網(wǎng)？p它通過(guò)衛(wèi)星的一個(gè)公共信道，采用隨機(jī)接入?yún)f(xié)議，把幾個(gè)地方的計(jì)算機(jī)連接起來(lái)。ALOHA系統(tǒng)采用分組傳輸方式，分組的長(zhǎng)度是一定的。早期ALOHA系統(tǒng)的工作協(xié)議很簡(jiǎn)單，工作效率不高。因此，ALOHA系統(tǒng)的工作協(xié)議不斷改進(jìn)，出現(xiàn)了時(shí)隙ALOHA系統(tǒng)和預(yù)約ALOHA系統(tǒng)，并將早期的ALOHA系統(tǒng)稱為純ALOHA系統(tǒng)。 53第14章 通信網(wǎng)u純ALOHA系統(tǒng)：p工作模式： 發(fā)送模式：用戶在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)可以隨時(shí)發(fā)送。發(fā)送的分組具有糾錯(cuò)能力。收聽(tīng)模式：在發(fā)送后，該用戶收聽(tīng)來(lái)自

40、接收端的“確認(rèn)(ACK)”消息。當(dāng)有幾個(gè)用戶同時(shí)發(fā)送信號(hào)時(shí)，由于信號(hào)間的重疊會(huì)造成接收數(shù)據(jù)中出現(xiàn)誤碼。我們稱這種現(xiàn)象為碰撞。這時(shí)發(fā)送端將收到接收端送回的“否認(rèn)(NAK)”消息。重發(fā)模式：當(dāng)發(fā)送端收到“NAK”后，將重發(fā)原來(lái)的數(shù)據(jù)分組。當(dāng)然，若碰撞對(duì)方也立即重發(fā)，將再次發(fā)生碰撞。所以，要經(jīng)過(guò)一段隨機(jī)延遲時(shí)間后再重發(fā)。超時(shí)模式：若發(fā)送后在規(guī)定時(shí)間內(nèi)既沒(méi)有收到ACK，也沒(méi)有收到NAK，則重發(fā)此數(shù)據(jù)分組。54第14章 通信網(wǎng)p系統(tǒng)性能分析歸一化通過(guò)量和歸一化總業(yè)務(wù)量設(shè)每個(gè)數(shù)據(jù)分組的長(zhǎng)度為b比特，由用戶送入系統(tǒng)的總業(yè)務(wù)到達(dá)率為每秒t個(gè)分組，其中成功接收率為每秒個(gè)分組，拒收（發(fā)生碰撞）率為每秒r個(gè)分組，則

41、有t r（分組/秒）于是可以將系統(tǒng)的平均成功傳輸量（或稱通過(guò)量、吞吐量）定義為將系統(tǒng)的總業(yè)務(wù)量定義為若系統(tǒng)容量（最大傳輸速率）為R (b/s)，則定義歸一化通過(guò)量為定義歸一化總業(yè)務(wù)量為)/(sbbp)/(sbbPtRbp/RbPt/55第14章 通信網(wǎng)由于平均通過(guò)量p 不可能大于系統(tǒng)的容量R，所以歸一化通過(guò)量p不可能大于1?？倶I(yè)務(wù)量P 決定于用戶的需求，它可能很大，所以歸一化總業(yè)務(wù)量P可以大于1。一般說(shuō)來(lái)，可以寫(xiě)成0 P 。這樣，一個(gè)分組的（最?。﹤鬏敃r(shí)間應(yīng)該等于將上式代入式中，得到前兩式中，得到及)s/pkt(/RbptP 56第14章 通信網(wǎng)避免碰撞的最小間隔時(shí)間由上圖可以看出，為了避免碰

42、撞，一個(gè)分組至少需要2 的空閑時(shí)間。因?yàn)槿粼诒痉纸M發(fā)送前 秒內(nèi)有另一個(gè)用戶在發(fā)送，則會(huì)和前一分組的后部碰撞；若在本分組開(kāi)始發(fā)送的 秒內(nèi)有另一分組發(fā)送，則會(huì)和后一分組的前部碰撞。換句話說(shuō)，成功發(fā)送一個(gè)分組的條件是在相鄰兩個(gè) 的時(shí)間間隔內(nèi)沒(méi)有其他的消息到達(dá)。2前一分組后一分組t本分組57第14章 通信網(wǎng)歸一化通過(guò)量p和歸一化總業(yè)務(wù)量P之間的關(guān)系若有大量不相關(guān)的用戶向一個(gè)通信系統(tǒng)發(fā)送消息，則此通信系統(tǒng)中消息到達(dá)的統(tǒng)計(jì)特性通常用泊松分布表示。這就是說(shuō)，在 秒時(shí)間間隔內(nèi)有K個(gè)新消息到達(dá)的概率可以表示為泊松分布：式中，為消息的平均到達(dá)率將上式中的用總業(yè)務(wù)到達(dá)率t代替，K用0代替，就表示在一個(gè) 的時(shí)間間隔內(nèi)

43、沒(méi)有消息到達(dá)的概率：0!e)()(KKKPKtteePt! 0)()0(058第14章 通信網(wǎng)因此，在ALOHA系統(tǒng)中一個(gè)消息成功傳輸?shù)母怕蔖s應(yīng)該是相鄰兩個(gè) 內(nèi)都沒(méi)有消息到達(dá)。故有：由于總業(yè)務(wù)到達(dá)率t等于平均成功接收率和平均拒收率r之和。所以根據(jù)概率的定義可知，和t之比就是成功傳輸?shù)母怕剩从缮蟽墒娇梢郧蟪鰧⑸鲜酱氩⑶铱紤]到得到歸一化通過(guò)量上式就是要求的歸一化通過(guò)量p和歸一化總業(yè)務(wù)量P的關(guān)系tePPPs2)0()0(tsP/tet2pPPep2tP 59第14章 通信網(wǎng)性能曲線：在上圖中標(biāo)記為“純ALOHA”的曲線就是按上式畫(huà)出的。由圖可見(jiàn)，隨著P增大，p也逐漸增大，直至某一點(diǎn)后由于碰撞大

44、量增加而開(kāi)始下降。p的最大值等于1/2e = 0.18，它發(fā)生在P等于0.5時(shí)。即“純ALOHA系統(tǒng)”的信道容量利用率只有18。 純純時(shí)隙時(shí)隙歸一化總業(yè)務(wù)量 P歸一化通過(guò)量p60第14章 通信網(wǎng)u時(shí)隙ALOHA系統(tǒng)（S-ALOHA系統(tǒng)）p改進(jìn)之處：衛(wèi)星向所有站發(fā)送一同步脈沖序列，將時(shí)間劃分為等于分組長(zhǎng)度的時(shí)隙 。在這種系統(tǒng)中，分組的長(zhǎng)度 仍然是固定的，但是規(guī)定分組開(kāi)始發(fā)送的時(shí)間必須在時(shí)隙 的起點(diǎn)。這樣的一種簡(jiǎn)單規(guī)定就能使碰撞率減少一半，因?yàn)橹挥性谕粫r(shí)隙中發(fā)送的消息才可能發(fā)生碰撞。 61第14章 通信網(wǎng)p工作原理圖中僅顯示出兩個(gè)站。站1的分組a和站2的分組c的到達(dá)時(shí)刻不在同一時(shí)隙中，所以它們都

45、能成功地發(fā)送。站1的分組b和站2的分組d的到達(dá)時(shí)刻在同一時(shí)隙內(nèi)，所以會(huì)發(fā)生碰撞。這樣就將對(duì)分組到達(dá)時(shí)間間隔的要求從純ALOHA系統(tǒng)的2 減小為 ，使碰撞率減少一半。這時(shí)的歸一化通過(guò)量p和歸一化總業(yè)務(wù)量P的關(guān)系式變?yōu)榉纸Mc到達(dá)時(shí)刻t分組d到達(dá)時(shí)刻站2分組c發(fā)送時(shí)刻分組d發(fā)送時(shí)刻發(fā)送成功分組發(fā)送碰撞分組t分組b到達(dá)時(shí)刻分組a到達(dá)時(shí)刻站1分組a發(fā)送時(shí)刻分組b發(fā)送時(shí)刻發(fā)送成功分組發(fā)送碰撞分組PPep62第14章 通信網(wǎng)p按上式畫(huà)出的曲線示于下圖中。此曲線的最大值等于1/e = 0.37，它是純ALOHA系統(tǒng)的兩倍。p在重發(fā)模式下，S-ALOHA系統(tǒng)的重發(fā)必須延遲時(shí)隙的整數(shù)倍時(shí)間。這一點(diǎn)稍有別于純ALO

46、HA系統(tǒng)。這個(gè)整數(shù)倍時(shí)隙的延遲時(shí)間決定于各站的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器。當(dāng)然，兩個(gè)隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)可能相同，但是這種情況發(fā)生的概率極??；一旦發(fā)生，會(huì)發(fā)生再次碰撞。若出現(xiàn)這種情況，則使用另一個(gè)隨機(jī)數(shù)再次重發(fā)。純純時(shí)隙時(shí)隙歸一化總業(yè)務(wù)量 P歸一化通過(guò)量p63第14章 通信網(wǎng)u預(yù)約ALOHA系統(tǒng)（R-ALOHA系統(tǒng)）p基本模式：未預(yù)約模式和預(yù)約模式p未預(yù)約模式（靜止?fàn)顟B(tài)）下： 將時(shí)間分為若干小的子時(shí)隙。 用戶使用這些子時(shí)隙來(lái)預(yù)約消息時(shí)隙。 在發(fā)出預(yù)約請(qǐng)求后，用戶等待收聽(tīng)確認(rèn)和時(shí)隙分配的信息。p預(yù)約模式下： 一旦有了一個(gè)預(yù)約，時(shí)間將被分成幀，每幀又分成M+1個(gè)時(shí)隙。 前M個(gè)時(shí)隙用于消息傳輸。 最后一個(gè)時(shí)隙

47、再分成N個(gè)子時(shí)隙，用于請(qǐng)求和分配預(yù)約。 用戶只能在M個(gè)時(shí)隙中分配給他的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送消息分組。64第14章 通信網(wǎng)p例：有不同的實(shí)現(xiàn)方案。在下圖中畫(huà)出一個(gè)例子 ：在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)（圖中最右端），沒(méi)有預(yù)約，故時(shí)間被分成短的子時(shí)隙，用于進(jìn)行預(yù)約。一旦有了預(yù)約，系統(tǒng)將時(shí)間分成幀。每幀有6個(gè)時(shí)隙(M=5)，其中最后一個(gè)時(shí)隙又分為6個(gè)子時(shí)隙(N=6)。在第3時(shí)隙有一個(gè)站發(fā)出請(qǐng)求，要求預(yù)約3個(gè)消息時(shí)隙。請(qǐng)求靜止?fàn)顟B(tài)t預(yù)約模式：6個(gè)時(shí)隙N個(gè)子時(shí)隙預(yù)約分組的第一個(gè)可用時(shí)隙的發(fā)送0510152025ACK第一時(shí)隙的發(fā)送t往返傳輸1次的時(shí)間65第14章 通信網(wǎng)在第9個(gè)時(shí)隙該站收到確認(rèn)和分配給它的發(fā)送第1個(gè)分組的位置。該站

48、在發(fā)送第1個(gè)分組之后，繼續(xù)在下一個(gè)時(shí)隙發(fā)送第2個(gè)分組。但是，該站知道再后一個(gè)時(shí)隙是用于預(yù)約的，它被分成6個(gè)子時(shí)隙。所以，在這個(gè)預(yù)約時(shí)隙之后才發(fā)送第3個(gè)分組。因?yàn)檫@種體制是分散控制的，所有各站都能收到衛(wèi)星發(fā)送的下行信號(hào)中包含的預(yù)約時(shí)隙格式和分配，故只需指定分配的第1個(gè)分組的位置就夠了。在傳輸完預(yù)約分組后，若再?zèng)]有發(fā)送請(qǐng)求，則系統(tǒng)返回靜止?fàn)顟B(tài)的子時(shí)隙格式，并通過(guò)下行信道向各站發(fā)送同步脈沖。66第14章 通信網(wǎng)uS-ALOHA系統(tǒng)和R-ALOHA系統(tǒng)的性能比較（2個(gè)時(shí)隙，6個(gè)子時(shí)隙）pp歸一化通過(guò)量p平均延遲 (時(shí)隙)67第14章 通信網(wǎng)l14.4 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)n14.4

49、.1 窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(N-ISDN)uN-ISDN的信道類型的信道類型p B信道：傳輸速率64 kb/s?？梢杂糜趥鬏敂?shù)字語(yǔ)音或數(shù)據(jù)等用戶數(shù)字信息。p D信道：傳輸速率為16或64 kb/s，用于傳輸電路交換的信令，還可以傳輸遙控信息和分組數(shù)據(jù)等。p H信道：它有3種不同的傳輸速率，即H0信道 傳輸速率為384 kb/s，H1信道：又分兩種速率H11信道 傳輸速率為1536 kb/s，（主要用于北美、日本和韓國(guó)等）H12信道 傳輸速率為1920 kb/s，（主要用于歐洲和中國(guó)大陸）H信道用于傳輸用戶信息。 68第14章 通信網(wǎng)uN-ISDN的接口p基本結(jié)構(gòu)圖 家庭或小單位接口舉例用戶的各種

50、ISDN終端設(shè)備(第1類終端設(shè)備TE1) 多至8個(gè)，可以同時(shí)接到第1種網(wǎng)絡(luò)終端(NT1)的連接器上。 網(wǎng)絡(luò)終端NT1和終端設(shè)備的接口位于圖中參考點(diǎn)T，而NT1和ISDN的接口參考點(diǎn)是U。NT1具有OSI第1層的功能。NT1LTISDN電話機(jī)ISDN終端ISDN傳真電信公司設(shè)備用戶設(shè)備T電信局本地環(huán)路ISDN交換機(jī)UTE1TE1TE169第14章 通信網(wǎng)大單位的終端接口舉例用戶的各種ISDN終端設(shè)備接到第2種網(wǎng)絡(luò)終端NT2的連接器上。此接口位于圖中參考點(diǎn)S。NT2是有智能的， 并且可能有集中和交換功能，即相當(dāng)于具有OSI第3層的功能。它可以有多個(gè)連接參考點(diǎn)S。ISDN用戶交換機(jī)電信公司設(shè)備用戶設(shè)

51、備電信局本地環(huán)路NT2NT1LTUTSISDN電話機(jī)ISDN終端非ISDN終端TARSSTE2TE1TE170第14章 通信網(wǎng)圖中還示出非ISDN終端設(shè)備(第2類終端設(shè)備TE2)，它可以通過(guò)終端適配器TA接到參考點(diǎn)S。非ISDN終端和TA的接口參考點(diǎn)是R。 適配器TA能將用戶數(shù)據(jù)變換成ISDN的數(shù)據(jù)格式，并在需要時(shí)加入附加的信令。它還可以將輸入的模擬語(yǔ)音和傳真信號(hào)數(shù)字化，變成ISDN格式，再送入網(wǎng)絡(luò)。 71第14章 通信網(wǎng)p網(wǎng)絡(luò)-用戶物理接口的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu) 基本速率接口BRI：由兩個(gè)B信道和一個(gè)D信道(2B+D)組成。在這種接口中，D信道的速率是16 kb/s；兩個(gè)B信道可以獨(dú)立地使用，即可以分別

52、連接不同終端；其中一個(gè)B信道用于數(shù)字電話，另一個(gè)B信道可以用于傳輸數(shù)據(jù)、可視圖文或PCM電話等。在BRI接口上，除了傳輸(2B+D)信號(hào)外，還有傳輸同步信息等其他開(kāi)銷，所以總傳輸速率是192 kb/s?；核俾式涌赑RI ：它由若干B信道和一個(gè)D信道組成，D信道的比特率為64 kb/s。這種接口適合用于需要更大傳輸容量的用戶。在歐洲和中國(guó)大陸，PRI使用30個(gè)64 kb/s的B信道和1個(gè)64 kb/s的D信道，合成的比特率是2048 kb/s 72第14章 通信網(wǎng)在北美、日本和韓國(guó)，PRI使用23個(gè)64 kb/s的D信道和一個(gè)64 kb/s的D信道(23B+D)，合成的比特率是1,544 kb

53、/s。除了上述兩種B信道接口外，還有H信道接口，例如，由(5H0 + D)組成2048 kb/s的基群接口，由4H0或(3H0 + D)組成1544 kb/s的基群接口，以及由B信道和H信道組成的混合接口等。 73第14章 通信網(wǎng)n14.4.2 寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(B-ISDN)信道速率高于2 Mb/s的ISDN，稱為寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。 ITU-T建議在B-ISDN中采用異步傳遞方式(ATM)作為B-ISDN中的信息傳遞方式。 uB-ISDN的協(xié)議參考模型p物理層和OSI參考模型中的第1層功能基本相同。ATM屬于面向連接的網(wǎng)絡(luò)類型。pATM層負(fù)責(zé)連接和復(fù)用。p ATM適配層(AAL)在ATM

54、層之上，其功能是提供各種業(yè)務(wù)、進(jìn)行信元的裝配和拆卸、解決傳輸抖動(dòng)、進(jìn)行流量控制和差錯(cuò)控制等。p更高層是用戶層，其功能還有待研究。4 更高層3 ATM適配層2 ATM層1 物理層74第14章 通信網(wǎng)uATM網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)pATM網(wǎng)絡(luò)的組成：包括ATM用戶網(wǎng)絡(luò)和ATM傳輸網(wǎng)絡(luò)。ATM用戶網(wǎng)絡(luò)：由用戶終端設(shè)備TE、網(wǎng)絡(luò)終端NT 和傳輸鏈路組成。ATM傳輸網(wǎng)絡(luò)：由ATM交換節(jié)點(diǎn)SN和傳輸鏈路組成。pATM網(wǎng)絡(luò)示意圖：75第14章 通信網(wǎng)pATM網(wǎng)絡(luò)示意圖： 用戶-網(wǎng)絡(luò)接口: UNI 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口：NNI NTTETENTTETESNSNSNSNNNINNINNINNINNINNINNIUNIUNI用戶網(wǎng)絡(luò)

55、用戶網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)絡(luò)UNI76第14章 通信網(wǎng)uATM層pATM層的連接功能：ATM連接由一些ATM層鏈路串聯(lián)組成，為接入點(diǎn)之間提供端-端傳遞能力。在給定接口處和給定方向上，同一物理層連接在ATM層被若干虛路徑VP 所復(fù)用；這些虛路徑用虛路徑標(biāo)識(shí)符VPI 來(lái)區(qū)別。在一段虛路徑連接VPC 中又有若干虛信道VC ；這些虛信道用虛信道標(biāo)識(shí)符VCI 來(lái)區(qū)別。 VCIaVCIbVCIbVCIa鏈路（物理層連接）虛信道虛路徑VPIxVPIy77第14章 通信網(wǎng)VPI和VCI的關(guān)系在一個(gè)給定的接口上，分別屬于兩段不同VP的兩段VC可以具有相同的VCI值。所以，一段VC在一個(gè)接口上需要由VPI和VCI兩個(gè)值才能被

56、完全識(shí)別。若一段虛信道連接VCC是在交換線路上，則VCI的一個(gè)特定值沒(méi)有端-端意義，因?yàn)楫?dāng)VP終結(jié)（例如，經(jīng)過(guò)交換機(jī)或交叉連接）時(shí)，VPI可能改變。VCI僅在VC鏈路終結(jié)處才能改變。所以，VCI值只在一段虛路徑連接VPC內(nèi)保持不變。下圖示出，不同VPI值的兩段虛路徑內(nèi)，可以有相同VCI值的虛信道虛信道虛信道78第14章 通信網(wǎng)ATM層的連接功能中還包含交換和交叉連接。交換設(shè)備和一般數(shù)字交換機(jī)的基本原理相同。交叉連接設(shè)備在ATM網(wǎng)中完成VP交換，不需要進(jìn)行信令處理，從而能實(shí)現(xiàn)極高速率的交換。pATM層的復(fù)用功能：ATM使用異步時(shí)分復(fù)用技術(shù)和面向分組的傳遞方式。復(fù)用的信息流由給定長(zhǎng)度的分組構(gòu)成，這

57、種分組稱為信元。這些信元可以來(lái)自不同的用戶。信元由一個(gè)信息域和一個(gè)信元頭組成。信元頭的長(zhǎng)度規(guī)定為5 B，信息域的長(zhǎng)度規(guī)定為48 B： 信元頭信 息 域48 B5 B79第14章 通信網(wǎng)信元頭的功能：識(shí)別屬于同一虛信道(VC)的信元。信元頭中包含的信息：虛信道標(biāo)識(shí)符(VCI)虛路徑標(biāo)識(shí)符(VPI) 一般流量控制(GFC)信元丟失優(yōu)先等級(jí)(CLP)有用負(fù)荷類型(PT)信元頭差錯(cuò)控制(HEC) 在不同的接口UNI和NNI上，信元頭的格式略有不同，如下圖所示： 80信元頭信 息 域48 B5 B4 b34 b4 b 4 b4 b8 b8 b11 B1 B1 B1 B1 BVCIGFCVPIVPIVCI

58、VCIPTHECCLPVPIVCIVPIVCIVCIPTHEC4 b34 b4 b 4 b4 b8 b8 b11 B1 B1 B1 B1 BCLPUNI處信元頭NNI處信元頭第14章 通信網(wǎng)p由于在NNI處不需要規(guī)定一般流量控制GFC，所以可以用于標(biāo)識(shí)符VPI和VCI的比特?cái)?shù)達(dá)28 b，比UNI處多4 b。81第14章 通信網(wǎng)p每個(gè)用戶的傳遞容量根據(jù)用戶的要求和系統(tǒng)能提供的容量用協(xié)商的辦法分配。由于ATM是一種面向連接的技術(shù)，當(dāng)需要時(shí)將連接標(biāo)識(shí)符分配給連接的每一鏈路，當(dāng)不再需要時(shí)即釋放。通常，信令和用戶信息是分開(kāi)在不同的ATM連接上傳輸?shù)摹?2第14章 通信網(wǎng)uATM適配層（AAL）pAAL的

59、功能：它在B-ISDN參考模型中位于ATM層和更高層之間，將更高層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU映射到ATM信元中的信息域，或反之，從而將更高層和ATM層的特性隔開(kāi)。具體講，無(wú)論更高層送來(lái)的數(shù)據(jù)是語(yǔ)音、圖像，還是報(bào)文，在AAL中都將其劃分成一些48 B的分組，裝入信元的信息域中。AAL支持多種應(yīng)用業(yè)務(wù)，包括固定和可變比特率，面向連接和無(wú)連接，以及有定時(shí)關(guān)系和無(wú)定時(shí)關(guān)系等類型的業(yè)務(wù)。此外，AAL的功能決定于更高層的要求，主要有處理傳輸差錯(cuò)、處理信元丟失和信元錯(cuò)位，以及流量控制和定時(shí)控制等。83第14章 通信網(wǎng)l14.5 移動(dòng)通信網(wǎng)移動(dòng)通信網(wǎng)n14.5.1 概述u移動(dòng)通信分類p按照移動(dòng)通信類型區(qū)分：移動(dòng)電話

60、、移動(dòng)數(shù)據(jù)（包括電報(bào)）、移動(dòng)多媒體通信、無(wú)線尋呼(paging)等。p按照移動(dòng)通信工作方式區(qū)分：?jiǎn)喂?、半雙工、雙工通信等。p按照組網(wǎng)方式區(qū)分：專線（對(duì)講）、廣播網(wǎng)、集群網(wǎng)、自組織（無(wú)中心）網(wǎng)、蜂窩網(wǎng)(Cellular Network)等。在本節(jié)中我們將以目前廣泛應(yīng)用的蜂窩電話網(wǎng)為例，作重點(diǎn)介紹。84第14章 通信網(wǎng)u蜂窩網(wǎng)的發(fā)展p第一代蜂窩網(wǎng)：模擬調(diào)制、電話通信p第二代蜂窩網(wǎng)：數(shù)字調(diào)制、電話通信為主（第2.5代蜂窩網(wǎng)：增加數(shù)據(jù)通信功能）p第三代蜂窩網(wǎng) ：數(shù)字調(diào)制、多媒體通信85第14章 通信網(wǎng)n14.5.2 蜂窩網(wǎng)的小區(qū)劃分和頻率規(guī)劃u劃分小區(qū)的目的：p解決無(wú)線頻率資源不足，在不同地區(qū)重復(fù)使用