通信網(wǎng)組成要素

1、1（二）（二） 通信網(wǎng)的組成要素通信網(wǎng)的組成要素 (1)終端設(shè)備 (2)信道(傳輸系統(tǒng)) (3)交換(設(shè)備) (4)通信網(wǎng)的約定(規(guī)程) (5)網(wǎng)間互聯(lián)2(1)(1)終端設(shè)備終端設(shè)備終端設(shè)備的功能終端設(shè)備的功能電話端機(jī)電話端機(jī)數(shù)據(jù)端機(jī)數(shù)據(jù)端機(jī)圖像端機(jī)圖像端機(jī)31.1 終端設(shè)備的功能(a)把待傳送的信息和信道上傳送的信號互相轉(zhuǎn)換;發(fā)送傳感器用以感受信號,接收傳感器將信號恢復(fù)成信息。傳感器必須能正確地表達(dá)待傳送的信息的實(shí)質(zhì),并能反變換成所需信息。這是高保真度和高質(zhì)量,同樣它也需與費(fèi)用作權(quán)衡。傳感器是終端機(jī)的終端。4(b)處理信號的設(shè)備以使能與信道匹配:對于網(wǎng)內(nèi)中繼線兩端的設(shè)備(端機(jī)),只是要求有處

2、理信號的功能,而不需要傳感器。線路匹配線路匹配:包括物理特性的匹配(電流電壓值應(yīng)為線路所容許),和阻抗的匹配;頻帶匹配頻帶匹配:基帶信號必須遷移到所分配的頻帶內(nèi),帶外的殘余盡可能地小以免影響別的信道;對半雙工線路還要使收到的信號不混入發(fā)出的信號,至少應(yīng)抑止回音干擾。5(c)能產(chǎn)生和辯別網(wǎng)內(nèi)所需的信令或協(xié)議.例如,選擇被叫用戶的尋址信號,控制電路接通和斷開的控制信號,辨別狀態(tài)和表示狀態(tài)的聯(lián)系信號等.1.2 電話端機(jī)2D2H6V是電壓保護(hù)器,為保安全。R是耳機(jī)(聽,電到聲),T是話筒(說,聲到電).這是傳感器Z和L的電路是混合線圈,用以抑止話筒產(chǎn)生的電信號進(jìn)入耳機(jī)。H1和H2是兩個與話機(jī)聽筒架關(guān)聯(lián)

3、的觸點(diǎn)D1和D2在撥號過程中不斷地改變位置,借助于交換局的直流電源,D1和D2的閉合和斷開使在用戶線上出現(xiàn)時斷時續(xù)的脈沖而形成選址信令。B是電鈴,只要交換局送來一個斷續(xù)的交流信號,鈴就發(fā)聲,可用作“本機(jī)被呼叫”的信令。2H71.3 數(shù)據(jù)端機(jī)數(shù)據(jù)端機(jī)方框圖：傳感器傳感器是數(shù)據(jù)的輸入輸出設(shè)備.常用的輸入設(shè)備是鍵盤,通過操作產(chǎn)生各種雙值電平的信號,例如ASCII碼的形式.當(dāng)信源是儲存在磁帶磁盤或計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中的數(shù)據(jù)時,用接口設(shè)備來提取并轉(zhuǎn)換成電信號.入設(shè)備數(shù)據(jù)輸出設(shè)備數(shù)據(jù)輸器制控出輸入輸路電制控輸傳器調(diào)解制調(diào)線路8調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器(MODEM)是完成與信道匹配功能的部件.當(dāng)信號具 有帶通特性時,

4、數(shù)字基帶信號須通過MODEM轉(zhuǎn)換成某一頻帶的信號,接收端把信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號.當(dāng)信道是工作于半雙工方式時,采用時分方式需有一 控制機(jī)構(gòu)控制機(jī)構(gòu).在線路上轉(zhuǎn)送的往往是串行數(shù)據(jù)信號,要與并行輸出的計(jì)算機(jī)接口時需串并變換設(shè)備并變換設(shè)備. 9輸入輸出控制器輸入輸出控制器的主要作用是在輸入輸出設(shè)備和傳輸控制電路之間互通情報(bào).傳輸控制電路傳輸控制電路是通過調(diào)制解調(diào)器與信道或傳輸線路接口的,即在數(shù)據(jù)前后加些起止符,目的地址,本站地址和其它的控制符,并需有檢錯碼的監(jiān)督位.101.4 圖像端機(jī) 亮度(f)是平面坐標(biāo)(x,y)的函數(shù),用掃描技術(shù)把它化為一維函數(shù):把圖像分解成許多小點(diǎn)(稱為像素),按一定的順序把它們

5、的亮度讀下來.常用的方法是線性掃描, ,則亮度是f(x(t),y(t),k1,k2分別是x軸和y軸上的掃描速度.由于圖像面積有限,x(t),y(t)將是周期性的.當(dāng)k1 k2時,實(shí)際上是把圖像分成許多行.這樣的電信號送到接收端后,要作反變換來恢復(fù)圖像,用發(fā)光器件把電信號轉(zhuǎn)換成光,再顯示在屏幕上或印刷下來. 同步在此是十分重要的.tktytktx21)(,)(11圖像的質(zhì)量在于分辨率和清晰度,通常分為垂直清晰度和水平清晰度.垂直清晰度與掃描圖案的行數(shù)有關(guān),k1/k2愈大,清晰度就愈高.水平清晰度取決于傳輸信道的頻帶和掃描光點(diǎn)的尺寸,頻帶愈寬,光點(diǎn)愈小,水平清晰度就愈大.在用電子偶合器件時,則取決

6、于存儲元件的數(shù)目.傳送活動圖像時,亮度的函數(shù)關(guān)系是f(x(t),y(t),t).12彩色電視需要三個信號,分別代表三個單色的亮度,立體黑白信號需兩個信號,分別代表左眼和右眼所感受的圖像,立體彩色電視需六個信號.怎樣把多個信號合起來傳送則是信道復(fù)用的問題了.13 圖像終端14 2. 信道 信道信道是信息的傳輸通道,在電信網(wǎng)中,稱之傳輸線路.它是電磁波的傳播路徑,當(dāng)電磁波攜帶含有信息的一個信號時,就構(gòu)成一條信道.一條傳輸線路可以形一條傳輸線路可以形成多條信道成多條信道.電磁波的傳播方式可分為無界傳播和引導(dǎo)傳播兩大類,前者通過發(fā)射天線發(fā)射而在自由空間中傳播,在接收天線處接收下來,這是無線信道.后者沿

7、導(dǎo)體傳播,如在同軸電纜中,電磁波是在內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體之間傳播,是沿著電纜被導(dǎo)引著向前傳播的,這是有線信道.15除了簡單的線路,不論無線還是有線信道,都要加些設(shè)備才能構(gòu)成傳輸線路,尤其是在線路被復(fù)用時. 信道信道 無線信道無線信道 有線信道有線信道 信道復(fù)用設(shè)備信道復(fù)用設(shè)備 對信道的要求對信道的要求16衛(wèi)星微波短波中波信線無線光纜同軸軸電電纜電纜架空明 線信線有線通信 線路通平衡路通路172.1 2.1 無線信道無線信道無線信道中的傳輸通道是自由空間,但必須有發(fā)射機(jī)、發(fā)射天線、接收天線和接收機(jī),才能使載荷信息的信號正常傳輸,從而組成一無線線路。有時把發(fā)射機(jī)前和接收機(jī)后的調(diào)制解調(diào)器包含在內(nèi),組成能傳

8、輸基帶信號的傳輸線路。根據(jù)設(shè)備的頻率范圍,可把無線線路分為長波線路、中波線路、短波線路、超短波線路和微波線路。18長波線路所用的頻率是300千赫以下，波長1000米以上,它沿地面尤其沿海面的傳播損耗小,但可用的帶寬較小,不宜傳送大容量信息，而且天線龐大。19中波線路的頻率在300千赫到3兆赫之間,波長100到1000米之間,以地表面波為主要傳輸方式。傳播損失比長波大一些,傳播距離也還較大。500到1500千赫是標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)幅廣播波段,也可用于港口或海域的移動通信,導(dǎo)航和近距離的短波通信。地表波的傳播損耗隨頻率的升高而急劇增加,一般超過2兆赫以上傳播的效果就比較差。地表波的一大優(yōu)點(diǎn)就是性能穩(wěn)定,不易

9、受季節(jié)和氣候的影響。20短波的頻段是3兆赫到30兆赫,波長從10米到100米。這頻段的地面?zhèn)鞑p耗較大,但借助于地球上空的電離層的反射可進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。這種傳播方式稱為天波。世界性的聲音廣播和業(yè)余電臺采用這個波段,在衛(wèi)星通信出現(xiàn)前短波線路是國際通信的主要手段。由于波長短,天線體積就可小。但由于電離層晝夜變化大,有地磁、太陽黑子等的影響，衰落現(xiàn)象嚴(yán)重。一般用于點(diǎn)對點(diǎn)通信。21（中波）地表面波傳播（中波）地表面波傳播22短波電離層反射波短波電離層反射波23超短波的頻段是30兆赫到3000兆赫,其中30兆赫到300兆赫是甚高頻VHF,300兆赫到3000兆赫稱為特高頻UHF,有時也把1000兆赫到3

10、000兆赫劃入微波線路。這頻段的地面?zhèn)鞑p耗較大,電離層已不能反射,因此傳播的主要方式是空間直射波和地面反射波的合成,一般地，這一頻段只能作近距離的通信手段,有效距離不超過100公里。另一方面可用帶寬大,適宜于較寬頻帶的信息傳輸,所以這波段用于調(diào)頻廣播和電視、地面移動通信。24微波線路微波線路:微波線路在近代通信中占有重要地位.在更嚴(yán)格的分類中,波長在1-10分米的稱分米波,此外有厘米波,毫米波,波長不到1毫米的稱亞毫米波.利用這個頻段作為通信網(wǎng)的信道的方式是中繼線路或接力線路.每隔50KM設(shè)一中繼站接收前站信號后經(jīng)放大和變頻后,再發(fā)射到下一站.25在這波段中,波長短,天線方向性好,傳輸效率高

11、;頻率高容許調(diào)制的頻帶寬,適用于大容量的信息傳輸,如常用的模擬微波電路中同時可傳送960路到2700路電話信號.數(shù)字微波線路已可送四次群(140MBit/s)甚至更高碼率;隨著技術(shù)成熟,中繼站可無人值守,在當(dāng)前,微波線路是建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用最低的信道.另一種微波線路是衛(wèi)星線路,利用人造衛(wèi)星做接力,衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器可覆蓋近三分之一地球表面.而且衛(wèi)星通信方式可不用交換設(shè)備就能組成通信網(wǎng).26272.2 2.2 有線信道有線信道通常能構(gòu)成直流通路,適于基帶傳輸,也可送帶通信號.架空明線-易建設(shè),低頻信號衰減小,但高頻部分易于發(fā)射出去,衰耗大,因而容許傳輸?shù)男盘栴l帶受限,通信容量不能很大.可靠性因架在室外易于受

12、損而差,受干擾大.架空明線的改進(jìn)形式是平衡電纜.28平衡電纜-每對傳輸信號的雙線間的距離比明線小,包在絕緣體內(nèi),一般埋在地下.但平衡電纜的衰耗隨頻率的增大而急劇地增大,通常是每公里的衰耗分貝數(shù)與頻率成正比,因而容量不大。平衡電纜常制成多芯,從二對四芯起,直到200對,形成多層結(jié)構(gòu),常用于市話用戶線路.同軸電纜-管外徑為4.4毫米的稱小同軸,管外徑9.5毫米的稱中同軸.電磁波在外管與內(nèi)芯之間傳播,基本上與外界隔開而無發(fā)射損耗。每公里衰耗的分貝數(shù)大致與頻率的開方成正比,帶寬可較大從而使傳輸容量較大.但造價高而且耗銅很可觀. 29波導(dǎo)傳播-對厘米波和毫米波可在波導(dǎo)管中傳播.但波導(dǎo)管造價高,耗銅量大,

13、光纖代替了它.光纖傳輸-也是一種波導(dǎo)式傳播在構(gòu)成有線線路時,除了導(dǎo)引線外還需一些附加設(shè)備,包括終端和沿線的增音器和均衡器.30增音器是一種放大器,信號隨距離而衰減噪聲漸增,要在信噪比尚未很低時插入放大以提高信號電平.均衡器:線路的衰耗是隨頻率的增大而增大的,這會引起頻率-幅度,頻率-相位失真.為了校正,在增音器中附加一些校正網(wǎng)絡(luò)以均衡不同頻率的衰耗.均衡器也要沿線多次插入.31再生器和限幅器:在數(shù)字信道中要均衡幅度,相位也要均衡,否則要引起誤碼.當(dāng)信道只傳數(shù)字信號時就不必用增音器和均衡器(價格貴),只要用限幅器或判決器把信號整形,使被破壞的波形恢復(fù)成差別較大的兩種電平,如信噪比尚較高時就進(jìn)行判

14、別.整形后的信號幾乎與原信號一樣,這等效于取消了噪聲.在幾次限幅后再插入再生器,這一切須在信噪比不低時進(jìn)行.32現(xiàn)再簡單介紹具體的信道材料:雙絞線電話信道雙絞線電話信道：PSTN的接入網(wǎng)主要用它作為傳輸介質(zhì)。雙絞線是一對絞合在一起的相互絕緣的導(dǎo)線,它也可用于計(jì)算機(jī)之間的通信線路(傳輸線）。語音的頻率在20-15000赫之間,而雙絞線的帶寬可達(dá)268千赫,具有24條音頻通道的容量。由于雙絞線存在著分布電抗,衰減與頻率有關(guān),并隨頻率的增大而增大,為了使信道在較寬的頻率范圍內(nèi)有平坦的特性,必須在信道中接入頻率補(bǔ)償電路（均衡器）。對于一般的雙絞線，往往在線路的適當(dāng)位置接入一個負(fù)載線圈以改善其傳輸特性3

15、3一定長度的雙絞線可以分段級聯(lián)的 單位長度雙絞線等效電路 雙絞線的等效雙絞線的等效34雙絞線有各種規(guī)格,如下表,長途線路一般用19號線,本地電話回路用26號以下的線,而且主要用無屏蔽的24號線。 號數(shù) 中規(guī)線徑(mm) 美規(guī)線徑(mm) 19 0.900 0.912 20 0.8 0.812 21 0.710 0.723 22 0.630 0.664 23 0.560 0.573 24 0.500 0.511 25 0.450 0.455 26 0.400 0.405 35雙絞線一般用于點(diǎn)到點(diǎn)的連接。對低頻,雙絞線的抗干擾性不低于同軸電纜,超過1兆赫時,后者遠(yuǎn)比前者優(yōu)越。為了敷設(shè)方便,生產(chǎn)廠家

16、將多對(6-3600)雙絞線封裝在一個護(hù)套內(nèi)形成電話電纜,相鄰對擰成的螺距不同以限制相互之間的串音。36同軸電纜信道:它的頻帶要比雙絞線寬得多,其上限頻率可達(dá)幾百兆赫以上,視線徑而定。它的衰減與頻率的平方根成正比,因此在遠(yuǎn)距離傳輸和寬帶工作時仍需用到均衡器。同軸電纜目前主要用在局域網(wǎng)(LAN),有線電視和海底電纜通信中.同軸電纜由芯線,內(nèi)襯層,屏蔽層和外護(hù)套構(gòu)成。由于它的特殊結(jié)構(gòu),電纜內(nèi)部的信號不會泄漏到外部,同樣外部的干擾也不會進(jìn)入電纜內(nèi)部,因此同軸電纜有很好的保密性和抗干擾性。37同軸電纜的結(jié)構(gòu)同軸電纜的結(jié)構(gòu)芯線芯線38光導(dǎo)纖維信道光導(dǎo)纖維信道：光導(dǎo)纖維是由高純度的石英玻璃制成，其直徑約為

17、125微米。圖示為一種階躍折射率型光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)示意圖。它有兩層：芯層是由較高折射率的材料制成，直徑約為50微米（多模光纖）或10微米(單模光纖);外包層材料的折射率較低，只要光的入射角足夠小，光信號就能沿著芯層傳播，并且在兩層之間產(chǎn)生全反射。光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)39光信號在芯層中傳播時由于入射角的不通而造成時延的不同。光是一種電磁現(xiàn)象，當(dāng)光纖的直徑遠(yuǎn)大于光的波長時，光的衍射就可被忽略。光在這種光纖中傳播時可以有多個入射角和多種模式，這種光纖稱為多模光纖。在不同的模式下光脈沖展寬有不同的速度。402.3 信道復(fù)用設(shè)備常用的有頻分和時分,使一條線路分成多個信道.頻分把各路信息分別調(diào)制到不

18、同的頻段上,把它們合起來在線路上傳輸,在接收端用濾波器分開;時分是使各路信息占據(jù)不同時隙混起來在線路上傳輸,在接收端用門電路把各路信息分開.412.4 對信道的要求首要是經(jīng)濟(jì)性,包括初建費(fèi)和經(jīng)常的維護(hù)費(fèi);其次是容量和質(zhì)量,質(zhì)量是指信擾比和失真應(yīng)達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn).信道的每公里衰耗要小,引入的噪聲要小,帶寬要大,頻率響應(yīng)要好.最后是可靠性.42綜合考慮,微波中繼線路是最經(jīng)濟(jì)的,容量和質(zhì)量均好,只要中繼站選得合理,可靠性也是不錯的.衛(wèi)星通信適合2000KM以上線路,衛(wèi)星網(wǎng)是全聯(lián)的,有許多優(yōu)點(diǎn),但同步衛(wèi)星位置有限,這就限制了它的發(fā)展.以光纜作為國內(nèi)大通路傳輸?shù)氖侄我驯徽J(rèn)為必然.43(3) (3) 交換機(jī)制

19、交換機(jī)制 電路交換方式 數(shù)據(jù)交換方式 儲存轉(zhuǎn)發(fā)方式 報(bào)文交換 分組交換 443.1 3.1 電路交換電路交換電話網(wǎng)是電路交換,轉(zhuǎn)接由局或站完成.有三種轉(zhuǎn)接: -局內(nèi)用戶間的轉(zhuǎn)接; 局間用戶的轉(zhuǎn)接; 兩局間無中繼線,它們的用戶間要 通話需通過第三局轉(zhuǎn)接.此外一般局內(nèi)尚有一些附屬設(shè)備需與用戶接通的任務(wù),如服務(wù)性電話(查號,天氣預(yù)報(bào),報(bào)時等).每個局尚需完成信令應(yīng)答,監(jiān)視,計(jì)費(fèi)等管理性任務(wù).45電路交換式通信網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是易于組成大型網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)終端數(shù)目很多且地理位置分散時,可用交換機(jī)組成通信網(wǎng),網(wǎng)中直接連接電話機(jī)或終端的交換機(jī)稱為本地交換機(jī)或市話交換機(jī),相應(yīng)的交換局稱為端局或市話局,僅與各交換機(jī)連接的交換

20、機(jī)稱為匯接交換機(jī),當(dāng)距離很遠(yuǎn)時,匯接交換機(jī)也稱長途交換機(jī)。交換機(jī)之間的線路稱為中繼線。長途交換設(shè)備僅交換機(jī)之間的線路稱為中繼線。長途交換設(shè)備僅涉及交換機(jī)之間的通信涉及交換機(jī)之間的通信, ,而市話交換設(shè)備既涉及到而市話交換設(shè)備既涉及到交換設(shè)備之間又涉及到與終端的通信交換設(shè)備之間又涉及到與終端的通信, ,市內(nèi)的匯接市內(nèi)的匯接交換設(shè)備根據(jù)需要也設(shè)有與終端通信的功能交換設(shè)備根據(jù)需要也設(shè)有與終端通信的功能。46用戶交換機(jī)(PBX)用于一個集團(tuán)的內(nèi)部,PBX與市話交換機(jī)之間的中繼線數(shù)目遠(yuǎn)比PBX所連的用戶線數(shù)目少,因此,當(dāng)集團(tuán)中的電話主要用于內(nèi)部通信時,采用PBX更經(jīng)濟(jì)?，F(xiàn)在PBX已由集團(tuán)電話代替,但要設(shè)

21、一個接線員。電路交換需要在兩點(diǎn)之間有傳輸通道相連。在雙方通信前,主叫通過撥號通知網(wǎng)絡(luò)被叫方的地址(即電話號碼),網(wǎng)絡(luò)在主/被叫之間建立一條電路,這個過程稱為呼叫建立。47然后,主被叫就進(jìn)行通信,在通信期間這條通道不為其他用戶所用。完成通信后,主被叫之一掛機(jī),通知網(wǎng)絡(luò)可以釋放通信信道,這個過程稱呼叫釋放。世界上第一代電話交換機(jī)采用空分電路交換方式,利用接點(diǎn)等開關(guān)元件構(gòu)成電路交換網(wǎng)絡(luò).以后,采用PCM方式的數(shù)字交換網(wǎng)得到廣泛的應(yīng)用。48電路交換的電路交換的優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：(a)傳輸時延小,對一次接續(xù)而言,傳輸時延固定不變;(b)信息以數(shù)字信號形式在數(shù)據(jù)通路中透明傳輸,交換機(jī)對用戶的數(shù)據(jù)信息不存儲,分析

22、和處理,交換機(jī)在處理方面的開銷比較小,對用戶的數(shù)據(jù)信息也不需要附加許多用于控制的信息,信息的傳輸效率比較高；(c)信息的編碼方法和信息格式由通信雙方協(xié)調(diào),不受網(wǎng)絡(luò)的限制；49缺點(diǎn)缺點(diǎn)(a)電路的接續(xù)時間較長,當(dāng)傳輸短信息時網(wǎng)絡(luò)利用率不高；(b)電路資源被通信雙方獨(dú)占,電路利用率不高；(c)通信雙方在信息傳輸,編碼格式,同步方式,通信協(xié)議等方面要完全兼容,限制了各種不同速率,不同代碼格式,不同通信協(xié)議的用戶的終端直接互通信息;(4)有呼損。503.2 3.2 數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)交換與話音通信的不同：(a)通信對象：數(shù)據(jù)通信是在計(jì)算機(jī)之間及人和計(jì)算機(jī)之間的通信。需要嚴(yán)格的通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)。(b)傳

23、輸可靠性要求不同,如差錯率,數(shù)據(jù)通信通信的比特率差錯要求在 以下，而話音通信通信的比特率差錯 可達(dá) 。(c)通信的平均持續(xù)時間和通信建立請求響應(yīng)不同。 81031051據(jù)美國國防部對27000個數(shù)據(jù)用戶調(diào)查,有調(diào)查數(shù)據(jù)如下：(d)信息業(yè)務(wù)特性不同52統(tǒng)計(jì)資料表明,電話通信雙方講話時間平均各占一半,即對PCM話音信號平均速率大約在32Kb/s一般不會出現(xiàn)長時間信道中沒有信息傳輸。計(jì)算機(jī)通信雙方處于不同的工作狀態(tài)傳輸速率是非常不同的。系統(tǒng)進(jìn)行遙測和遙控,傳輸速率一般只在30b/s以下,而計(jì)算機(jī)對終端響應(yīng)的速率則在600-10000bps,如果用戶希望獲取大量文件,一般傳輸速率在100Kbps-1M

24、bps才令人滿意。53儲存儲存- -轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā): :儲存-轉(zhuǎn)發(fā)是指當(dāng)A用戶要向B用戶發(fā)送信息時,不需要先在A和B之間建立電路,而只需與交換機(jī)接通,由交換機(jī)暫時把A要發(fā)送的報(bào)文接收和儲存起來,交換機(jī)根據(jù)報(bào)文中提供的B用戶的地址確定交換網(wǎng)內(nèi)的路由,并將報(bào)文在輸出隊(duì)列上排隊(duì),等待輸出線空閑時立即把該報(bào)文送到下一交換機(jī),最后送到終點(diǎn)用戶B。54 3.33.3.1 .1 報(bào)文交換報(bào)文交換報(bào)文交換的基本原理是儲存-轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)A用戶要向B用戶發(fā)送信息時,不需要先在A和B之間建立電路,而只需與交換機(jī)接通,由交換機(jī)暫時把A要發(fā)送的報(bào)文接收和儲存起來,交換機(jī)根據(jù)報(bào)文中提供的B用戶的地址確定交換網(wǎng)內(nèi)的路由,并將報(bào)文在輸

25、出隊(duì)列上排隊(duì),等待輸出線空閑時立即把該報(bào)文送到下一交換機(jī),最后送到終點(diǎn)用戶B。信息的格式以報(bào)文為單位,它包含報(bào)頭（由發(fā)端地址,收端地址及其他輔助信息組成）,正文和報(bào)尾（報(bào)文的結(jié)束標(biāo)志）組成。55優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)(a)報(bào)文以儲存轉(zhuǎn)發(fā)方式通過交換機(jī),輸入/出的速率,電碼格式等可以不同,易于實(shí)現(xiàn)各種不同類型終端之間的通信；(b)在交換過程中沒有電路接續(xù)過程,來自不同用戶的報(bào)文可以在一條線路上以報(bào)文為單位進(jìn)行多路復(fù)用。線路可以以它的最高傳輸能力工作,大大地提高了線路的利用率；(c)用戶不需叫通對方就可發(fā)送報(bào)文,無呼損,可節(jié)省通信終端操作員的時間,如需要,同一報(bào)文可發(fā)送到許多不同的地點(diǎn)。56缺點(diǎn)缺點(diǎn)(a)時延大

26、，且時延變化也大，不適合實(shí)時通信;(b)交換機(jī)要有高速的處理能力和大的儲電容量；(c)不適合用于即時交互式數(shù)據(jù)通信。573.3.2.2 2.2 分組交換分組交換分組交換采用儲存轉(zhuǎn)發(fā)方式,當(dāng)某交換點(diǎn)收到信息后，把一份信息分解成等長的信包,每個包中有目的地址,編號,控制比特等組成包頭,在轉(zhuǎn)接時按包為單位.同一信息的各包可在同一路由上傳送,也可在不同的路由上傳送,在接收端按編號組裝起來.每包等長使儲存,處理和控制更為方便.若在傳輸中有錯可按包檢查,用確認(rèn)或否認(rèn)的方式要求重發(fā).用編號還可檢查信包有無丟失或重復(fù).各包不一定按序到達(dá)。58根據(jù)交換機(jī)的不同處理方式,分組交換可以分為兩種工作模式:數(shù)據(jù)報(bào)和虛電

27、路。數(shù)據(jù)報(bào)方式類似于報(bào)文傳輸方式,把每個分組看成一份報(bào)文；一個個數(shù)據(jù)報(bào)在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間移動,不建立初始接續(xù).數(shù)據(jù)報(bào)是以單個處理方式通過網(wǎng)絡(luò)向前傳送的,中間節(jié)點(diǎn)通常以數(shù)據(jù)報(bào)的目的地址為依據(jù)選擇路由,每個數(shù)據(jù)報(bào)必需載有這一地址,數(shù)據(jù)報(bào)不必保證一定要按照其發(fā)送順序到達(dá)目的節(jié)點(diǎn).這種方式也叫不接續(xù)(Connectionless)。59虛電路:在端-端間建立一條穿過網(wǎng)絡(luò)的通路,然后分組沿著這一選定的通路通過網(wǎng)絡(luò),并按其發(fā)送順序依次到達(dá)目的地,這些分組沿這通路共享鏈路和交換設(shè)備,它們被存儲在每一中間節(jié)點(diǎn)的緩存器中,直到準(zhǔn)備好讀出或沿適當(dāng)?shù)某鼍宙溌废蚯皞魉?這種方式叫面向接續(xù)(Connection-o

28、riented)。通信完成后通信完成后, ,發(fā)出拆鏈請求并拆鏈。發(fā)出拆鏈請求并拆鏈。60分組交換是信息交換的一種。信息交換的交換設(shè)備與電路交換有很大差異,基本上消除了開關(guān)群等設(shè)備.信息交換的環(huán)節(jié)有三:控制器控制器是輸入輸出接口.當(dāng)控制器處在容許狀態(tài)時,先通知前一交換站,當(dāng)外來信息以包的形式到來時,先應(yīng)檢驗(yàn)有無出錯,發(fā)回確認(rèn)或否認(rèn)信號,確認(rèn)后就把該包送到中央處理機(jī)處理并存儲,否認(rèn)時就等待前站重發(fā).在輸出信息時,也應(yīng)加入檢錯碼,如對方發(fā)回確認(rèn)信號,就可在存儲器中消除該包,如發(fā)回否認(rèn)信號,或經(jīng)一段預(yù)定的時間還收不到確認(rèn)信號,就需重發(fā)該包.61中央處理機(jī)中央處理機(jī)根據(jù)信包中的地址和其它控制信號,進(jìn)行路

29、由選擇,再轉(zhuǎn)到相應(yīng)的緩沖器中待發(fā).存儲器存儲器能存儲較多的信息,當(dāng)無法送出時可較長時間地放在這里,同時還存有許多處理信息所需的程序和數(shù)據(jù),如網(wǎng)內(nèi)可用的路由表,包頭的內(nèi)容增減以及協(xié)議所規(guī)定的程序等. 62分組交換的優(yōu)點(diǎn)分組交換的優(yōu)點(diǎn)(a)向用戶提供了不同速率,不同代碼,不同同步方式,不同通信控制協(xié)議的數(shù)據(jù)終端之間能相互通信的靈活的通信環(huán)境；(b)在網(wǎng)絡(luò)輕負(fù)載的情況下,信息傳輸時延較小，且變化范圍不大，能較好滿足計(jì)算機(jī)交互業(yè)務(wù)的要求；(c)實(shí)現(xiàn)線路動態(tài)復(fù)用,線路的利用率高,在一條物理線路上可提供多條信息通路；63(d)可靠性高； (e)經(jīng)濟(jì)性好。缺點(diǎn)缺點(diǎn)(a)由網(wǎng)絡(luò)附加的傳輸信息較多；(b)技術(shù)實(shí)

30、施復(fù)雜。64分組交換分組交換的初期研究起于60年代中期,60年代后期至70年代中期全力加強(qiáng)開發(fā),大力發(fā)展則在70年代中期之后。促使開發(fā)的有三項(xiàng)三項(xiàng)并行的主要研究主要研究:(a)為使終端用戶能以較低的代價使用公司的主機(jī),60年代建立了分時共享服務(wù)公司,開發(fā)了一種聯(lián)網(wǎng)能力以使任一地方的用戶能與適當(dāng)主機(jī)通信.如美國的通用電氣公司(GE)的TymshareInc。65(b)計(jì)算機(jī)制造商開發(fā)了“通信處理器”(一種專用的計(jì)算機(jī))以免除大型計(jì)算機(jī)(主機(jī))的通控任務(wù),他們開發(fā)了大型軟件包以賦予主機(jī)指定的通信訪問功能,他們率先提出并發(fā)展了分層通信的概念,這使得任意數(shù)量的設(shè)備-包終端,通信處理器,計(jì)算機(jī),以及這些

31、計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用程序-能夠互通。特別是IBM公司在60年代后期在其系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(SNA)方面的探索性工作,1974年宣布了SNA及其產(chǎn)品的應(yīng)用。其他網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有數(shù)字設(shè)備公司(DEC)的DNA,寶來公司(Burrough)的BNA。66各種通信體系結(jié)構(gòu)增加了各不同制造商間互通的障礙,這就導(dǎo)致國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)去統(tǒng)一,這種努力始于1978年,到1980年開放系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)參考模型出臺,1983年OSI被批準(zhǔn)為國際標(biāo)準(zhǔn)。對OSI每層的研究在于最終確定該層的詳細(xì)規(guī)范,研究工作是平行地進(jìn)行的。制訂國際標(biāo)準(zhǔn)的初衷是為發(fā)展分組交換技術(shù),但體系結(jié)構(gòu)不只限于分組交換,在某些情況下實(shí)體網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)可用于電路交

32、換作為通信的基礎(chǔ)。67(c)美國國防遠(yuǎn)景研究規(guī)劃局開創(chuàng)和資助的ARPAnet數(shù)據(jù)網(wǎng)的開拓性工作。60年代后期和整個70年代,這項(xiàng)研究得到成功。這項(xiàng)研究的基本概念是“計(jì)算機(jī)公用事業(yè)(Computer Utility)”,即把各具特定功能的大型主機(jī)相連,開發(fā)一個基于通信網(wǎng)以連接這些主機(jī)，這就導(dǎo)致世界范圍開展了對分組交換的大量研究。 683.2.3 多址接入多址接入在以上的討論中可知在以上的討論中可知, ,所有需要交換的信息都所有需要交換的信息都要送到一個交換點(diǎn)或轉(zhuǎn)接站要送到一個交換點(diǎn)或轉(zhuǎn)接站, ,由后者來控制由后者來控制, ,包括調(diào)配路由和其他處理步驟包括調(diào)配路由和其他處理步驟. .自從上世紀(jì)自從

33、上世紀(jì)6060年代美國引入年代美國引入ALOHAALOHA系統(tǒng)之后系統(tǒng)之后, ,各個用戶也可各個用戶也可直接送到線路上去直接送到線路上去, ,各個用戶都有一個地址各個用戶都有一個地址, ,這就是多址接入方式這就是多址接入方式, ,這樣構(gòu)成的系統(tǒng)這樣構(gòu)成的系統(tǒng), ,也能也能使各個用戶之間相互交換信息使各個用戶之間相互交換信息, ,因而也是一個因而也是一個通信網(wǎng)通信網(wǎng). .衛(wèi)星通信就是如此衛(wèi)星通信就是如此. .69(4)(4)通信網(wǎng)的約定通信網(wǎng)的約定 電話信令 計(jì)算機(jī)通信協(xié)議 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 傳輸標(biāo)準(zhǔn)704.1 電話信令從呼叫到拆線的過程:當(dāng)主叫端摘機(jī)后構(gòu)成直流通路,表示有通話意圖,交換局以撥號音或盲音

34、應(yīng)答.撥號后如交換局無空閑線路,則發(fā)回盲音.若有空,交換局根據(jù)前幾位數(shù)字選中繼線,并用起動信號通知對方局,等對方回答準(zhǔn)備好的信號后再把地址送過去,這是局間信令.被叫局按地址接到用戶線,并送振鈴信號予兩端用戶.若被叫忙,發(fā)回忙音,若被叫摘機(jī)(這本身是應(yīng)答),就完成建立電路的過程.71 啟呼啟呼( (端機(jī)端機(jī)) )撥號音撥號音( (或忙音或忙音) ) 撥號信令撥號信令 占用信令占用信令 選擇信令選擇信令( (路由信令路由信令) )回鈴音回鈴音( (或忙音或忙音) ) 振鈴信令振鈴信令 應(yīng)答應(yīng)答( (摘機(jī)摘機(jī)) ) 應(yīng)答信令應(yīng)答信令 ( (通話通話) ) 復(fù)原復(fù)原( (掛機(jī)掛機(jī)) ) 后向掛機(jī)信令后

35、向掛機(jī)信令復(fù)原復(fù)原( (掛機(jī)掛機(jī)) ) 前向拆線信令前向拆線信令 拆線證實(shí)信令拆線證實(shí)信令用戶線信令用戶線信令 局間信令局間信令 用戶線信令用戶線信令72電話信令分三部分電話信令分三部分:1)地址;2)控制或申請信號:如主叫端的摘機(jī)和主叫局的拆線信號;3)狀態(tài)信號:如主叫局的撥號音,被叫局的”準(zhǔn)備好“.此外還有些管理用的規(guī)定,如從被叫摘機(jī)到主叫掛機(jī)之間的時間記錄作為計(jì)費(fèi)之用,在長途電話中還有一系列路由選擇和狀態(tài)互相通報(bào)等控制信號,以調(diào)節(jié)網(wǎng)管的狀態(tài),管理網(wǎng)的運(yùn)行.734.2 4.2 計(jì)算機(jī)通信協(xié)議計(jì)算機(jī)通信協(xié)議應(yīng)用層應(yīng)用層 用戶自己規(guī)定,只要形成的消息與 表示層接口,包 括各機(jī)互訪協(xié)議,分 布式

36、數(shù)據(jù) 庫協(xié)議等. 應(yīng)用層給交換 的信息提供恰當(dāng)?shù)恼Z義或含義.表示層表示層 在滿足用戶要求的基礎(chǔ)上,盡可能 節(jié)省傳輸費(fèi)用而設(shè)的,如文本壓縮, 常用詞轉(zhuǎn)換,加密,變更文本格式等, 使在形式上可形成標(biāo)準(zhǔn)格式以利傳 送.表示層管理和變換在末端用戶 間交換的數(shù)據(jù)單元的句法.74對話層對話層 為用戶間對話而設(shè),包括建立和拆 除對話確定對話對象.如遇非授權(quán) 者就不送信息,也管理對話以保證 有秩序的數(shù)據(jù)交換.傳輸層傳輸層 也稱源-宿層或端-端層.它負(fù)責(zé)把 上層來的信息傳輸給網(wǎng)路層,后者 能保證把各信包送達(dá)目的地.本層 把信息處理得適于網(wǎng)內(nèi)傳送,將分 組正確排序,再送給上層.該層也進(jìn) 行流量控制以保證有秩序地接

37、收數(shù) 據(jù)單元(因?yàn)椴煌哪┒讼到y(tǒng)可能 有不同的速率.)75網(wǎng)路層網(wǎng)路層 網(wǎng)絡(luò)層有路由選擇,流量控制或擁 塞控制的功能,以防網(wǎng)絡(luò)資源(節(jié)點(diǎn) 緩存器和傳輸鏈路)被用完而導(dǎo)致 死鎖.在實(shí)現(xiàn)這些功能時,網(wǎng)絡(luò)層利 用下面的數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù)以保證 從鏈路的一端注入的數(shù)據(jù)塊沿路由 經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)到達(dá)另一端時不出差錯.鏈路層鏈路層 是規(guī)定建立鏈路的過程,在信包傳 送中須有一定的幀結(jié)構(gòu),包括收發(fā) 數(shù)據(jù)的相互應(yīng)答,規(guī)定標(biāo)志信號作 幀的起止符,加檢錯比特.76物理層物理層 規(guī)定一些機(jī)電功能,如代表的0,1電壓 值,匹配阻抗,每比特的時長,插腳的 多少和功能工作方式(單工,雙工,半 雙工)建立通信的起動和終止等. 物理層的

38、功能是保證從鏈路一端進(jìn) 入物理媒體的一個個比特通過鏈路 到另一端;OSIOSI參考模型的下三層是提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)參考模型的下三層是提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù), ,每個每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都必須具有這些層的協(xié)議網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都必須具有這些層的協(xié)議. .高四層是高四層是專為末端用戶服務(wù)的專為末端用戶服務(wù)的, ,與網(wǎng)絡(luò)無關(guān)與網(wǎng)絡(luò)無關(guān). .77層別No層名傳送單位主要功能低 網(wǎng)1物理層比特在物理線路上傳輸比特流 絡(luò) 功2數(shù)據(jù)鏈路幀把比特流組成幀,在鏈路上無差錯地傳輸 能3網(wǎng)絡(luò)層分組將報(bào)文分組按選好的路由從源點(diǎn)傳到宿點(diǎn)層 用4運(yùn)輸層報(bào)文在兩主機(jī)間以報(bào)文為單位點(diǎn)對點(diǎn)地傳送高 戶5會話層報(bào)文通過數(shù)據(jù)流的同步組織與協(xié)調(diào)通信雙方的對話 功6表

39、示層報(bào)文對數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換,在采用不同的辯碼格式的異構(gòu)機(jī)間透明通信層 能7應(yīng)用層報(bào)文向用戶提供直接服務(wù)78一個供方(例如提供圖像業(yè)務(wù))和顧客雙方必須首先約定經(jīng)過一個或一系列網(wǎng)絡(luò)建立會晤.這樣就需(a)對數(shù)據(jù)格式進(jìn)行商定;(b)終端必須能調(diào)整數(shù)據(jù)發(fā)送的速率,否則控制信源數(shù)據(jù)庫的信源計(jì)算機(jī)(主機(jī))會把終端壓垮;(c)如果采用不接續(xù)的傳輸方式,分組可能不按順序到達(dá),接收端必須有將這些分組重新排序的能力.79所有這些任務(wù)以及與它們相似的任務(wù),網(wǎng)絡(luò)本身的操作是無能為力的,即使網(wǎng)絡(luò)能將操作準(zhǔn)確無誤地送到正確的地方,整個系統(tǒng)也未必能正常工作.通信問題是當(dāng)用戶通過一個或一系列網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對話時要保證數(shù)據(jù)傳送的及時

40、性正確性和可識別性.及時性與正確性是網(wǎng)絡(luò)的任務(wù),用協(xié)議來保證.可識別性由高層協(xié)議解決.中間節(jié)點(diǎn)可能也有用戶連接著,它們之間也會有相應(yīng)的高層協(xié)議,但與其他網(wǎng)絡(luò)用戶相聯(lián)系的中間節(jié)點(diǎn)的作用僅僅是提供適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)服務(wù).80在分組交換中,從網(wǎng)絡(luò)的一端到達(dá)另一端的數(shù)據(jù)單元是分組,被傳送的數(shù)據(jù)塊是分組+分組離開節(jié)點(diǎn)前以頭標(biāo)和尾標(biāo)形式附加在其上的控制信息.控制信息用以使鏈路另一端的接收節(jié)點(diǎn)能進(jìn)行必要的同步和檢錯,它在每個接收站被除去,在該節(jié)點(diǎn)向前方節(jié)點(diǎn)發(fā)送時再重新加上.81在OSI中每層都可能附加信息.在數(shù)據(jù)鏈路層上還可能加一個幀尾.每一層從上層收到一個數(shù)據(jù)塊后,將控制信息加到數(shù)據(jù)塊上再傳給下一層.只有同一層次

41、的接收層才利用這個報(bào)頭(控制信息),某一層不去看從上層收到的數(shù)據(jù)單元.各層是自成系統(tǒng)地與其他層隔離的.某層可以去掉,也可以用新的代替.實(shí)現(xiàn)(體現(xiàn)在分層結(jié)構(gòu)的軟件上)是可以改變的.若在各層間傳遞的接口信號保持不變,其結(jié)果對上層是透明的(末端用戶可能體驗(yàn)到性能的變化,因網(wǎng)絡(luò)的吞吐量,時延,阻塞可能取決于結(jié)構(gòu)的特定實(shí)現(xiàn)方式.)82數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的目的是保證數(shù)據(jù)塊在鏈路上可能地(無差錯)傳送;數(shù)據(jù)塊稱為幀,這個過程一般都需要對數(shù)據(jù)塊中第一個比特進(jìn)行同步,要識別數(shù)據(jù)塊的結(jié)尾,要在發(fā)生差錯時檢測出來并以某種方式糾錯.鏈路可能是一個點(diǎn)對點(diǎn)的接續(xù),也可代表一LAN任一端上的兩個節(jié)點(diǎn)間的接續(xù),如虛電路.關(guān)于幀的格

42、式,我們舉數(shù)據(jù)鏈路層中的同步數(shù)據(jù)鏈路控制為例.83SDLC的幀接構(gòu)如下圖 (a) 幀格式F是標(biāo)志信號,用01111110八個比特,標(biāo)志幀的開始與結(jié)束.為了不與報(bào)文混淆,規(guī)定凡在報(bào)文中連續(xù)出現(xiàn)5個1時,后面需加一個0.A代表目的地址,也是8個比特.全0表示不工作,全1表示需要廣播,即對所有地址,其余254個號碼分給網(wǎng)內(nèi)各站(這是SDLC的最大能有的站數(shù)).FACIFCSF84C是控制用的8個比特,作為信令和應(yīng)答用.C的格式有以下圖示的三種.第一個比特是0時,表示本幀是送消息的;為1時有分兩類,后一位是0表示本幀是作為監(jiān)控用的,如能否接收信號,有無消息待發(fā)等.后一位是1表示本幀是管理用的.I是信息

43、比特,FCS是幀檢錯碼的監(jiān)督位,用來檢查本幀在傳送中有無出錯.Ns和Nr都是3個比特,分別代表發(fā)送和接收的消息的編號.85 (b)控制比特結(jié)構(gòu)P/F是供詢問應(yīng)答用.在有主站的系統(tǒng)中,主站所發(fā)的幀中P/F=1代表詢問地址A的子站有無消息要發(fā),P/F=0代表主站正在發(fā)消息.對于子站,P/F=1代表本幀是消息的最后一幀,非最后幀都使P/F=0.01011SNFP/FP/FP/rNrN864.3 4.3 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可分兩個方面:接續(xù)質(zhì)量和信息質(zhì)量.接續(xù)質(zhì)量接續(xù)質(zhì)量主要靠增加網(wǎng)路資源來提高,而管理和維護(hù)也起重要作用.對于電話網(wǎng),目前國際上采用的標(biāo)準(zhǔn)大致如下:起呼的呼損率 ;撥號的呼

44、損率:市話 ,長話 ;用戶設(shè)備的故障率 ;交換設(shè)備和線路的故障率: ;61051. 151062%5 . 0%10%4387接通時延尚無確切規(guī)定,一般認(rèn)為國內(nèi)在一分鐘以下.數(shù)據(jù)通信的接續(xù)標(biāo)準(zhǔn)主要是平均丟失和差錯重發(fā)率以及平均時延,尚無統(tǒng)一規(guī)定.信息質(zhì)量信息質(zhì)量按所傳送信息的不同而異,當(dāng)信息的接受者是人時應(yīng)以人的主觀感覺為依據(jù).88電話質(zhì)量通常以清晰度,響度和自然度為主要指標(biāo).國際上有一參考系統(tǒng)稱為NOSFER:接上輸出設(shè)備加一固定衰耗器(X1分貝)由人去聽,再把待測系統(tǒng)換上加一可變衰耗器,改變其衰耗量直至聽者感到與標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)有相同的響度,讀出可變衰耗器的分貝數(shù)X2,則X1-X2稱為待測系統(tǒng)的當(dāng)量

45、RE,這個值應(yīng)低于某值.用清晰度測試時,稱為AEN.在數(shù)字電話中,從傳輸?shù)挠^點(diǎn)質(zhì)量應(yīng)取決于信道的比特誤碼率.例如規(guī)定PCM信道應(yīng)達(dá)到 .但比特差錯的模式有多種,往往隨調(diào)制方式和信道干擾而異.51089對于圖象通信,規(guī)定圖象的容許幾何失真;對于照片規(guī)定能分辨的灰度等級,噪聲水平等;電視信號還有制式問題各國有各自的規(guī)定.904.4 4.4 傳輸標(biāo)準(zhǔn)傳輸標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了信道接口的一系列參數(shù),包括電平,阻抗,噪聲分配,互通條件,同步,導(dǎo)頻以及多路復(fù)用的系列等.以下是體制標(biāo)準(zhǔn)： 載波電話系統(tǒng)(以4千赫為一頻道)名稱 頻帶 話路數(shù)前群 12-24千赫 3路基群 60-108千赫 12路超群 312-552千赫 60路主群 812-2044千赫 300路超主群 8516-12388千赫 900路巨群 42612-59684千赫 3600路91在同軸電纜中,超主群以上可有1800路的群,巨群以上可有4370路和10800路的群.在微波中繼系統(tǒng)中,有600路,960路和2700路的群.在頻分系統(tǒng)中尚有導(dǎo)頻的穩(wěn)定度.我國電話通信