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

1、第四講第四講 信息通信網(wǎng)絡(luò)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?fù)浣Y(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2022/3/101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(hào)進(jìn)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(fù)原成本來的模擬信號(hào)。60年代后期，計(jì)算機(jī)也成了用戶終端，因

2、此就形成了一個(gè)綜合通信和計(jì)算機(jī)兩大技術(shù)的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)。2022/3/102信息通信網(wǎng)絡(luò)信息通信網(wǎng)概述自從上世紀(jì)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(dòng)通信網(wǎng)，以后移動(dòng)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(shí)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(shí)產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA技術(shù)。CDMA和分組傳送是公認(rèn)的3G核心技術(shù)。2022/3/103信息通信網(wǎng)絡(luò)2022/3/10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(diǎn)到另一點(diǎn)傳送信息（點(diǎn)是從空間的一

3、點(diǎn)到另一點(diǎn)傳送信息（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）對(duì)點(diǎn)） 通信的基本問題通信的基本問題是在一點(diǎn)精確地或近似地恢復(fù)是在一點(diǎn)精確地或近似地恢復(fù)另一點(diǎn)所選擇的消息。另一點(diǎn)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(diǎn)通信）是通信系統(tǒng)的系統(tǒng)。（多點(diǎn)通信）2022/3/10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(hào)號(hào)信信號(hào)號(hào)加噪加噪聲聲消息消息消息消息信息通信網(wǎng)概述2022/3/106信息通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)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(shí)時(shí)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(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)管理體系計(jì)

4、算機(jī)網(wǎng)絡(luò)很好地支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)1.實(shí)時(shí)性、服務(wù)質(zhì)量（QoS）較差2、網(wǎng)絡(luò)管理、安全性和計(jì)費(fèi)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?fù)浣Y(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2022/3/107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(gè)域網(wǎng)，廣域網(wǎng) 按業(yè)務(wù)類型分類-電話網(wǎng)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)，廣播電視網(wǎng)，綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)，蜂窩移動(dòng)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(duì)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

5、波中繼網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)2022/3/10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(shí)現(xiàn)模式可有SDH、ATM、光波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)等，電信傳送網(wǎng)為公共的數(shù)字傳輸平臺(tái)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(yùn)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(yùn)行，提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，增強(qiáng)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。2022/3/109信息通信網(wǎng)絡(luò)2022年3月10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(tái)蜂窩接入微波接入FWA, WLLWLANP

6、DN接入通信網(wǎng)光纖接入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?fù)浣Y(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2022/3/1011信息通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)拓?fù)浣Y(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(shí)刻發(fā)出的信息流或信息塊經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的傳送在t2時(shí)刻能夠無差錯(cuò)的到達(dá)信宿，t2-t0為信息通過網(wǎng)絡(luò)的時(shí)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。2022/3/1012信息通信網(wǎng)

7、絡(luò)通信網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用圖論的方法描述：通信網(wǎng)由鏈路和節(jié)點(diǎn)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(diǎn)：交換中心、集中器、復(fù)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(diǎn)是程控交換機(jī)，數(shù)據(jù)網(wǎng)的分組交換節(jié)點(diǎn)是具有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能的處理機(jī)。2022/3/1013信息通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通信網(wǎng)的拓?fù)浣Y(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(fù)合網(wǎng)(e)總線型網(wǎng)2022/3/1014信息通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)際電信系統(tǒng)中廣泛采用星型網(wǎng)和復(fù)合網(wǎng)形式。環(huán)形網(wǎng)和總線型網(wǎng)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用較廣,要求各節(jié)點(diǎn)或總線終端節(jié)點(diǎn)具有較強(qiáng)的信息識(shí)

8、別和處理能力。2022/3/10信息通信網(wǎng)絡(luò)15通信網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通信網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 一個(gè)交換機(jī)連接多個(gè)用戶全連接網(wǎng)星型接入網(wǎng)2022/3/1016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(jī)或交換節(jié)點(diǎn)組成通信網(wǎng)通信網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)用器連接兩個(gè)接入網(wǎng)2022/3/1017信息通信網(wǎng)絡(luò)等級(jí)式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銩城域網(wǎng)城域網(wǎng)A由接入子網(wǎng)a，b，c，d構(gòu)成abdc2022/3/1018信息通信網(wǎng)絡(luò)等級(jí)式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?23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)2022/3/1019信息通信網(wǎng)絡(luò)2022-3-10信息通信網(wǎng)絡(luò)20通信網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2022-3-1021通信網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2022年3月10日22

9、移動(dòng)通信的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浠就ㄟ^傳輸鏈路和交換機(jī)相連，交換機(jī)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)2022年3月10日23多服務(wù)區(qū)移動(dòng)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?fù)浣Y(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2022/3/1024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(fù)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(fù)用：

10、將多個(gè)連接或多個(gè)信息流接入到共享線路上的方式，實(shí)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(diǎn)之間實(shí)行流量控制。基本用戶業(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)2022/3/1025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(diǎn)基本功能：為信息提供轉(zhuǎn)接。尋址：確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的方式，目的是保證被傳輸?shù)男畔⒛軌蛘_到達(dá)目的地。尋徑：也稱路由選擇。在始節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間選擇一條最佳通路。當(dāng)通信鏈路出現(xiàn)故障或發(fā)生擁塞時(shí)，能提供迂回路由。為各子網(wǎng)提供接口，實(shí)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視和管理的功能。

11、2022/3/1026信息通信網(wǎng)絡(luò)功能功能電話網(wǎng)電話網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)基本用戶業(yè)務(wù)基本用戶業(yè)務(wù)雙向?qū)崟r(shí)的話音信號(hào)計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)和信息流業(yè)務(wù)交換方式交換方式電路交換無連接分組交換終端終端電話、Modem計(jì)算機(jī) 信息表示信息表示模擬話音或PCM數(shù)字話音任何二進(jìn)制信息傳輸系統(tǒng)傳輸系統(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)字傳輸尋址方式尋址方式等級(jí)式編號(hào)制度層次地址空間尋徑（路由選擇）尋徑（路由選擇）呼叫建立期間選擇路由每個(gè)分組獨(dú)立尋址復(fù)用方式復(fù)用方式同步時(shí)分復(fù)用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用、共享介質(zhì)訪問網(wǎng)絡(luò)2022/3/1027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）

12、、復(fù)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(yùn)行的軟件（如標(biāo)準(zhǔn)、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(yùn)行，使用戶間能夠快速接續(xù)并有效的相互交換信息，達(dá)到一定的通信質(zhì)量，運(yùn)行可靠性和信息透明性等的要求。2022/3/1028信息通信網(wǎng)絡(luò)2022年3月10日29GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基站BTS移動(dòng)交換機(jī)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(jī)HSMS移動(dòng)臺(tái)MS移動(dòng)臺(tái)2022年3月10日30GSM網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基本功能 MSC （Mobile Sw

13、itching Center） 路由選擇管理 具體包括：連接的建立、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(jì)費(fèi)和費(fèi)率管理 業(yè)務(wù)量管理 向HLR發(fā)業(yè)務(wù)量和計(jì)費(fèi)信息信息通信網(wǎng)絡(luò)2022年3月10日31 MS （Mobile Station）通過接入PLMN（公眾陸地移動(dòng)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(tái)，便攜臺(tái)和手持臺(tái)。 BS （Base Station）在蜂窩區(qū)內(nèi)建立無線電覆蓋的設(shè)備，負(fù)責(zé)管理無線資源和與移動(dòng)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(jī)（BTS） 和基站控制器

14、（BSC）GSM網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基本功能信息通信網(wǎng)絡(luò)2022年3月10日32 HLR對(duì)已登記的所有用戶的參數(shù)進(jìn)行管理、修改等對(duì)每個(gè)用戶計(jì)費(fèi)管理VLR的更新 VLR是一個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫，對(duì)訪問的移動(dòng)臺(tái)管理移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)的管理（臨時(shí)移動(dòng)臺(tái)標(biāo)識(shí)管理）HLR的更新管理MSC區(qū)，位置區(qū)和基臺(tái)區(qū)管理無線電信道(如信道分配標(biāo)，動(dòng)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?fù)浣Y(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2022/3/1033信息通信網(wǎng)絡(luò)34 OSI參考模型應(yīng)應(yīng)用

15、用層層表示表示層層會(huì)話層會(huì)話層運(yùn)輸層運(yùn)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(jī)主機(jī)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(yīng)應(yīng)用用層層表示表示層層會(huì)話層會(huì)話層運(yùn)輸層運(yùn)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(jī)主機(jī)B B應(yīng)應(yīng)用用層協(xié)議層協(xié)議表示表示層協(xié)議層協(xié)議會(huì)話層協(xié)議會(huì)話層協(xié)議運(yùn)輸層協(xié)議運(yùn)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2022/3/10信息通信網(wǎng)絡(luò)OSI各層的功能2022/3/1035信息通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層應(yīng)用層與

16、用戶應(yīng)用進(jìn)程的接口與用戶應(yīng)用進(jìn)程的接口 “做什么做什么”表示層數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換 “對(duì)方看起來像什么”會(huì)話層會(huì)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(duì)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(dá)對(duì)方”數(shù)據(jù)鏈路層相鄰節(jié)點(diǎn)間無差錯(cuò)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”2022-3-10信息通信網(wǎng)絡(luò)36OSI參考模型2022-3-1037OSI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

17、、SCCPMSC與BSCBSSAP、SCCP和MTPMSC與MSCDTAPBSC與BTSLAPD2022-3-10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?fù)浣Y(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(biāo)2022/3/1039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(jì)的合理性2022/3/1040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(gè)性化 全球化2022/3/1041信息通信網(wǎng)絡(luò)個(gè)人化個(gè)人化:也叫個(gè)人通信,是指用戶能在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)與任何地點(diǎn)的另一個(gè)人進(jìn)行通信。個(gè)人通信是21世紀(jì)通信發(fā)展的重要方向。個(gè)人通信的主要特點(diǎn):每一個(gè)用戶有一個(gè)屬于個(gè)人的唯一通信號(hào)碼，取代了以設(shè)備為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)通信的號(hào)碼。電信網(wǎng)隨時(shí)跟蹤用戶，并提供所需的服務(wù)。實(shí)現(xiàn)個(gè)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(gè)容量極大、無處不通的個(gè)人通信網(wǎng)。2022/3/1042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(jì)算機(jī)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