通信網(wǎng)理論與應用-第2章

第2章傳送與交換現(xiàn)代通信網(wǎng)的硬件組成從功能角度可分為三部分：終端設備、交換設備和傳輸系統(tǒng)。對應技術：傳輸技術、交換技術及接入網(wǎng)技術。1

本章學習要求掌握現(xiàn)代通信網(wǎng)的傳輸、交換和接入技術等方面的基本概念、原理及技術特點等。了解它們在實際網(wǎng)絡中的具體應用。

2第2章傳送與交換

2.1

傳輸技術

2.2

交換技術

2.3

接入網(wǎng)技術32.1傳輸技術2.1.1概述2.1.2傳輸信道2.1.3傳輸系統(tǒng)2.1.4傳輸方式2.1.5信道訪問方式42.1.1概述傳送、傳輸

傳送（Transport）是從信息傳遞的功能過程角度來講的，是邏輯功能的實現(xiàn)。

傳輸（Transmission）是從信息信號通過具體物理媒質進行信息傳遞的物理過程角度來講的，是具體的物理實現(xiàn)。傳送網(wǎng)、傳輸網(wǎng)

傳送網(wǎng)是指在不同地點的各節(jié)點之間完成信息傳遞功能的網(wǎng)絡，是網(wǎng)絡邏輯功能的集合。

傳輸網(wǎng)是具體實際設備組成的網(wǎng)絡。52.1.1概述

傳輸網(wǎng)的組成由傳輸媒質和傳輸系統(tǒng)組成的。

傳輸媒質和傳輸系統(tǒng)在終端設備與交換節(jié)點之間及交換節(jié)點相互之間鏈接起來而形成網(wǎng)絡，以完成信號傳輸。傳輸系統(tǒng)的組成傳輸系統(tǒng)：傳輸設備（接收設備和發(fā)送設備）傳輸復用設備傳輸系統(tǒng)有：光纖傳輸系統(tǒng)數(shù)字微波系統(tǒng)無線傳輸系統(tǒng)衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)等等62.1.1概述傳輸信道的構成

傳輸媒質傳輸收發(fā)設備信道復用

信道通常采用復用技術，以提高信道效率；傳輸信道一般用帶寬和速率等性質來描述。接入、接入網(wǎng)接入：是指將用戶終端接入到網(wǎng)絡（核心網(wǎng)）接入網(wǎng)：就是用戶終端到核心網(wǎng)之間的通信設施所構成的網(wǎng)絡。72.1.1概述從物理實現(xiàn)的角度來講，接入與傳輸技術包括：傳輸信道（傳輸媒質、信道復用技術）傳輸系統(tǒng)（及傳輸節(jié)點設備）傳輸方式接入設備和接入技術傳輸質量標準82.1.1概述傳輸技術的要求（從通信質量和通信容量兩方面考慮）：要盡量擴大傳輸距離，同時盡可能減小衰減，降低噪聲；采用多路復用技術，以提高傳輸線路的利用率；要擴大傳輸帶寬，提高傳輸容量；高速數(shù)據(jù)率，即在盡可能小的帶寬內(nèi)以盡可能高的數(shù)據(jù)率進行傳輸。92.1.1概述

通信網(wǎng)的三種主要傳輸方式：

光纖通信衛(wèi)星通信移動通信102.1傳輸技術2.1.1概述2.1.2傳輸信道2.1.3傳輸系統(tǒng)2.1.4傳輸方式2.1.5信道訪問方式112.1.2傳輸信道

信道：就是信息的傳輸通道，包含具體的傳輸媒質、發(fā)送設備和接收設備。

傳輸信道的分類

模擬信道和數(shù)字信道（信號形式）專用線路和交換網(wǎng)線路（有無交換）頻分、時分或碼分信道（復用技術）

有線信道和無線信道（傳輸媒質）122.1.2傳輸信道

1．傳輸媒質分類傳輸媒質就是通信線路，可分為有線和無線兩大類。有線傳輸是指電磁信號或光信號在某種有形傳輸媒質（傳輸線）上傳輸。包括電纜和光纖?，F(xiàn)廣泛使用的電纜主要有雙絞線電纜和同軸電纜。有線通信技術的典型代表是光纖通信。132.1.2傳輸信道

無線傳輸是指電磁信號在自由空間（大氣層、對流層、電離層等）內(nèi)傳輸。通信容量與電磁波頻率成正比地增大。無線通信技術的典型代表是：移動通信微波通信衛(wèi)星通信142.1.2傳輸信道

圖2.1傳輸媒質分類通信線路有線通信線路無線通信線路架空明線電纜光纜對稱電纜（雙絞線電纜）同軸電纜中波短波微波衛(wèi)星152.1.2傳輸信道

2．有線傳輸媒質（1）對稱電纜：也稱平衡電纜、雙絞線電纜。對稱電纜是由若干條扭絞成對（雙絞線）或扭絞成組的絕緣芯線構成纜心，外面再包上護層組成的。導電材料通常用銅。雙絞線為兩根線徑各為0.320.8mm的銅線，經(jīng)絕緣等工藝處理后，絞合而成。通常將多對雙絞線形成纜，就構成了對稱電纜。雙絞線分為：非屏蔽雙絞線（UTP：UnshieldedTwistedPair）屏蔽雙絞線（STP：ShieldedTwistedPair）162.1.2傳輸信道

特性：對稱電纜幅頻特性是低通型（0幾百千赫茲）缺點：串音隨頻率升高而增加，因而復用程度不高。用途：用在市話用戶線路和局域網(wǎng)中，傳送話音和數(shù)據(jù)。

172.1.2傳輸信道

（2）同軸電纜同軸電纜是由若干個同軸對和護層組成，同軸對由內(nèi)、外導體及中間絕緣介質組成。導電材料采用銅。特性：同軸對的幅頻特性呈帶通型，在帶內(nèi)隨頻率升高而上升緩慢；同軸對間串音較小，且隨頻率升高而下降，適合于高頻傳輸。優(yōu)點：同軸電纜是不對稱結構，無發(fā)射損耗，亦少受外界干擾影響，有很好的傳輸質量和可靠性。傳輸帶寬較大，傳輸容量也較大。缺點：同軸回路的特性阻抗不均勻，影響傳輸質量。同軸電纜耗銅量大，施工復雜，建設周期長。用途：主要用于有線電視系統(tǒng)和移動通信系統(tǒng)的天面饋線。182.1.2傳輸信道

（3）光纜光纜主要由纜芯、加強構件和護層組成。光纜中傳送信號的是光纖，若干根光纖按照一定的方式組成纜芯。光纖由纖芯和包層組成，纖芯和包層的折射率不同，利用光的全反射使光能在纖芯中傳播。特性：光纖傳播是一種波導式傳播，用特種玻璃纖維構成介質波導，光波沿玻璃絲傳播。由于各層的介電系數(shù)不同，傳播時，光波基本不外漏。光波是一種頻率在1014Hz左右的電磁波，波長范圍在近紅外區(qū)內(nèi)。192.1.2傳輸信道

優(yōu)點：傳輸頻帶寬，傳輸速度高（可高達1014b/s以上），誤碼性能好（誤碼率優(yōu)于10-9），通信容量大；損耗低，尤其是1.55μm附近，衰耗值可低至0.2dB/km，中繼距離可達50km；光纖是非金屬材料，不受電磁干擾，無串音。線徑細、重量輕、資源豐富、成本低。202.1.2傳輸信道

應用：是大容量、長距離數(shù)字信號傳輸?shù)淖罴研诺?。相應的傳輸系統(tǒng)：光纖通信系統(tǒng)。光纜時分數(shù)字傳輸系統(tǒng)普遍采用SDH方式光波分復用（WDM：WavelengthDivisionMultiplexer）方式21表2.1雙絞線、同軸電纜、光纜的性能比較

傳輸媒質種類價格受電磁干擾頻寬ＵＴＰ最便宜干擾程度高低ＳＴＰ一般干擾程度低中等同軸電纜一般干擾程度低高光纜最貴徹底隔絕干擾極高2.1.2傳輸信道222.1.2傳輸信道

（4）均衡器、再生器傳輸信道的衰耗隨頻率的增加而加大。因而，在傳輸過程中，會引起信號的幅頻和相頻失真。為此，常在前端附加校正網(wǎng)絡——均衡器，用以均衡不同頻率的衰耗，并分別稱之為幅度均衡和相位均衡。應用：一般情況下，電話無需均衡。數(shù)字傳輸則必須進行幅度特性和相位特性的校正，否則誤碼將很嚴重。進行圖象傳輸時，相位均衡十分重要。232.1.2傳輸信道

應用舉例：均衡技術的應用在數(shù)字移動通信中，信號的多徑傳播導致衰落和產(chǎn)生信號的時延，引起時間彌散。這種時延擴展將引起數(shù)字信號傳輸過程中的符號間干擾（ISI：IntersymbolInterference），體現(xiàn)在頻域就是頻率選擇性衰落，即信號在不同頻率上受到的衰落是不同的。ISI是指在數(shù)字通信系統(tǒng)中，由于多徑傳播的影響，發(fā)送符號的各條路徑分量產(chǎn)生疊加，對應的接收信號會發(fā)生混疊，前一個信號會落入后面的信號中。這種干擾不能采用濾波技術予以抑制。數(shù)字均衡技術可以補償時分信道中的ISI。242.1.2傳輸信道

在FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess，頻分多址）與TDMA（Time-DivisionMultipleAccess，時分多址）（窄帶）系統(tǒng)中，需要進行信道均衡（在TDMA系統(tǒng)中為時域均衡）；在CDMA（CodeDivisionMultipleAccess，碼分多址）（窄帶）系統(tǒng)中，采用Rake接收機，克服多徑引起的傳播時延色散的影響。252.1.2傳輸信道

再生器當信道僅用以傳輸數(shù)字信號時，在長距離傳輸過程中，對數(shù)字信號進行限幅和再生，也就是對傳輸?shù)牟ㄐ涡盘栂拗品炔⑦M行位定時。實施該功能的設備統(tǒng)稱為再生器。數(shù)字信號經(jīng)再生后繼續(xù)往信道上傳輸，可保持信號幅度和避免噪聲積累。數(shù)字中繼傳輸系統(tǒng)：又稱為再生中繼傳輸系統(tǒng)。組成：傳輸媒質（光纜或電纜）；兩個端局的數(shù)字終端設備；在兩個端局之間的適當距離上加入的若干再生中繼器等；功能:均衡放大、定時提取和識別再生。262.1.2傳輸信道

3．無線傳輸媒質無線傳輸媒質：即自由空間又稱理想介質空間，相當于真空狀態(tài)的理想空間。無線信道傳輸:無線電波在自由空間內(nèi)傳播，其傳播速度等于光速，即3×108

m/s。無線傳輸信道必須通過發(fā)射機系統(tǒng)、發(fā)射天線、接收天線、接收機系統(tǒng)才能傳送信息。無線電波是一個廣義的術語，從含義上，無線電波是全向傳播，但微波段是定向傳播。無線電波可按頻率或波長分段命名，由于各波段的傳播特性不同，無線電波的不同頻段可用于不同的無線通信方式。27

2.1.2傳輸信道表2.2無線電波段的劃分

282.1.2傳輸信道

長波波段（LF：LowFrequency）300kHz以下，波長在1000m以上。帶寬較窄，不宜傳送大容量信息，波長與天線尺寸大小成正比，所使用的天線尺寸龐大，難于架設。應用：一般只用于航海和對潛通信系統(tǒng)。中波波段（MF：MediumFrequency）0.33MHz，波長在1001000m范圍內(nèi)。以地面波為主要傳播方式，繞射能力比較強，傳播損耗比長波稍大，傳輸距離比較遠。應用：適合于廣播和海上通信。292.1.2傳輸信道

短波波段（HF：HighFrequency）330MHz，波長在10100m范圍內(nèi)，為高頻段。應用：短波具有較強的電離層反射能力，適合于環(huán)球通信。如船舶、飛機、車輛、野戰(zhàn)部隊等仍廣泛采用短波通信。超短波波段：303000MHz30300MHz為甚高頻（VHF：VeryHighFrequency）段，用于廣播電視和FM廣播；3003000MHz為特高頻（UHF：UltraHighFrequency）段。302.1.2傳輸信道

應用：這兩段可用于數(shù)據(jù)通信。此頻段的有效通信距離不超過100km，一般用于近距離通信，如GSM系統(tǒng)就是利用此頻段來傳送信息的。有時也把3003000MHz劃入微波波段。超短波和微波以直線傳播為主，可用于視距或超視距中繼通信。312.1.2傳輸信道

微波波段300MHz3000GHz。微波波段的劃分并不十分確定。應用：主要用于遠距離接力系統(tǒng)。地面微波信號在地球表面大氣層的視距路徑上傳輸。通信衛(wèi)星信號在地球站到衛(wèi)星間的視距大氣層間傳輸。322.1.2傳輸信道

從技術角度來看，利用自由空間作為傳輸媒質的無線通信技術有：移動通信微波通信衛(wèi)星通信從功能角度來看，無線通信系統(tǒng)大致上可分為兩類：信息傳輸系統(tǒng)：包括地面微波中繼傳輸系統(tǒng)，衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)。接入系統(tǒng)：包括陸地移動通信系統(tǒng)（PLMN），衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。332.1.2傳輸信道

（1）陸地移動通信通信雙方或至少一方是在運動中通過自由空間的電磁波和相關的陸地通信設施進行通信。工作波段：超短波波段，尤其是3003000MHz的特高頻(UHF)頻段的地面蜂窩小區(qū)移動通信網(wǎng)、無線市話（PAS：PersonalAccessPhoneSystem）和無線本地環(huán)路,已是通信網(wǎng)必不可少的組成部分。主要的傳播方式：空間直射波和地面反射波的合成，傳播路徑為多徑和非視距居多。342.1.2傳輸信道

（2）地面微波中繼通信點到點微波，也稱微波中繼，發(fā)展于20世紀40年代中期，是一種數(shù)字無線接力傳輸系統(tǒng)。工作頻段：300MHz1000GHz頻段，主要使用的頻段為4GHz、6GHz、8GHz和11GHz。傳播方式：在地球表面大氣層的視距路徑上傳播（視距傳播）。微波不能繞射，且需要補充能量，用于遠程通信時，需在高山、鐵塔或高層建筑物頂上安裝微波轉發(fā)設備，因視距限制，每3050km設一個中繼站，將信號放大，變頻發(fā)送，使用定向拋物面天線（蝶形天線），在某些情況下，使用喇叭天線來覆蓋寬的頻帶。352.1.2傳輸信道

優(yōu)點：傳輸電平較高，頻帶較寬，適用于大容量信息傳輸。抗干擾性強，通信靈活性較大，設備體積小，技術成熟，經(jīng)濟可靠。若采用數(shù)字調制方式，則稱為數(shù)字微波通信。數(shù)字微波可傳送四次群（139MHz）以上碼率的數(shù)字信號。應用：微波通信主要用于長途電話通信，如今在干線上已被淘汰，只在本地網(wǎng)（固網(wǎng)及移動網(wǎng)）中有些使用。如移動通信系統(tǒng)基站（BS）與移動業(yè)務交換中心（MSC）之間，由于特殊地形，鋪設銅線（或光纜）不可能時，就采用微波方式。

362.1.2傳輸信道

（3）衛(wèi)星通信地面微波中繼的局限當射頻（RF：RadioFrequency）信號長距離傳輸時，接收機就會由于地球存在曲率而被遮擋，接收不到RF信號。衛(wèi)星通信是在地面微波中繼通信基礎上發(fā)展起來的一個懸空的微波中繼站，靠人造地球衛(wèi)星接力的空中中繼通信系統(tǒng)。工作波段：微波波段（與地面微波中繼通信使用相同頻譜）傳播方式：傳輸媒質由發(fā)送地球站——衛(wèi)星——接收地球站的視距大氣空間組成，使用星上轉發(fā)器進行變頻、放大后將信號發(fā)送出去，進行兩個或多個地球站（也稱地面站）之間的通信。372.1.2傳輸信道

在某些情況下，地球站間的通信，可能要求經(jīng)過多個衛(wèi)星轉發(fā)，轉發(fā)次數(shù)取決于衛(wèi)星軌道和高度。衛(wèi)星通信的優(yōu)點：傳輸距離遠、覆蓋面積大、帶寬寬、通信容量大、用途廣、通信質量好、抗破壞能力強，幾乎可以向地球任何地方發(fā)送大量的信息，而不管其遠近；通信成本與通信距離基本無關。因為一般情況下，衛(wèi)星通信系統(tǒng)僅需一個衛(wèi)星中繼；在通信過程中，不象地面微波中繼那樣，需要許多串接中間站，因而不會造成過多的雜音積累和失真。382.1.2傳輸信道

衛(wèi)星通信的缺點：由于衛(wèi)星與地球相當遙遠，衛(wèi)星傳輸與地面系統(tǒng)傳輸相比，產(chǎn)生了較大的衰耗和較長的時延。應用：適用于洲際、遠距離、大容量傳輸，在國際國內(nèi)通信、廣播電視轉播及定位系統(tǒng)（GPS定位系統(tǒng)）等領域得到了廣泛的應用。可傳送音頻、數(shù)據(jù)、圖像或電視信號，成為全球通信網(wǎng)的重要組成部分。392.1.2傳輸信道

4．信道復用技術信道復用的原因：為了提高頻帶利用率，將一條線路分成多個子信道來傳送多路信息。實現(xiàn)方法：通常是用通信線路收發(fā)兩端的多路復用設備進行多路信號的組合或分離，是信道的組成部分?？捎糜冢航尤耄ǘ嘀方尤耄陀脗鬏敚▊鬏斁€路）復用多址接入復用與傳輸復用的區(qū)別：在多址接入復用中，各路信息各自經(jīng)調制后隨機送入信道，接入是一種隨機過程，無需將各路信息集中起來后進行復用；傳輸復用的各路信息需集中后再復用。

402.1.2傳輸信道

信道復用主要有三種方法：頻分復用（FDM：FrequencyDivisionMultiplex）時分復用（TDM：Time-DivisionMultiplex）碼分復用（CDM：CodeDivisionMultiplex）復用的原理如果多個用戶信號彼此正交（信道正交），則這些信號可以共享同一個傳輸信道。信號可以表現(xiàn)為時間、頻率和碼型的函數(shù)。只要在不同域內(nèi)正交：頻域時域 碼域同時通信的多路信號就會被區(qū)分開。412.1.2傳輸信道

FDM、TDM和CDM用做信道接入時，對應的多址接入復用方式有：FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess，頻分多址）TDMA（Time-DivisionMultipleAccess，時分多址）CDMA（CodeDivisionMultipleAccess，碼分多址）422.1.2傳輸信道

（1）FDM和FDMAFDM工作原理：FDM是在頻域上的信道復用，即將多路信號調制在不同的載頻上進行復用。在接收端和發(fā)送端都要有頻分多路復用器。FDM把一條公共信道上可用的傳輸頻段分割成多個較窄的子頻段，每一個子窄帶頻段作為一個獨立的信道傳輸一路信號。把各路信號分別調制到不同的頻率上，各自占有不同的子頻帶，然后，把它們組合起來送入線路傳輸。在線路的輸出端用濾波器分路，再進行解調，恢復各路信號。432.1.2傳輸信道

FDM技術要求：每個頻段互不重疊，即各路信號的頻譜互不重疊，接收端就可以用濾波器將它們分開。為了防止各路信號之間的相互干擾，相鄰兩個子頻帶之間需要留有一定的保護頻帶，同時接收時所采用的分離濾波器在相鄰子頻帶的保護頻帶的中點應有3035dB的衰落。傳輸信號可以為模擬信號或數(shù)字信號。FDM特點：不同路的信號占用相同的時間采用的相同碼型占用不同的頻帶，信道在頻率上正交442.1.2傳輸信道

FDM技術應用：對應的技術稱為頻分復用（FDM）技術，如有線電視、無線電廣播、光纖的波分復用（WDM）等都是采用此技術。WDM在一根光纖上使用不同的波長傳輸多路光信號，可實現(xiàn)大容量的傳輸。載波系統(tǒng)：采用FDM技術的設備常稱為載波系統(tǒng)。例如，數(shù)字載波傳輸就是讓數(shù)字基帶信號以某種方式調制一個載波，用載波的某個參量變化來“運載”數(shù)字基帶信號的傳輸方式，又稱為數(shù)字信號的調制傳輸。452.1.2傳輸信道

FDM的主要優(yōu)點：實現(xiàn)容易、技術成熟、能較充分地應用信道帶寬。缺點：由于保護頻帶占用了一定的信道帶寬，因而大大降低了效率；信道的非線性失真改變了信道的實際頻率特性，易造成串音和互調噪聲干擾；所需設備隨信號路數(shù)的增加而增多，不宜小型化；FDM不提供差錯控制技術，不便于性能檢測。FDM適合傳送模擬信號。462.1.2傳輸信道

FDMAFDMA以傳輸信號的載頻頻率的不同來區(qū)分信道，建立多址接入。不同移動用戶的發(fā)射信號之間的正交性是通過頻域中的帶通濾波器獲得的，是窄帶的，不適用于具有各種傳輸速率的多媒體通信。FDMA的上行鏈路與下行鏈路信道運行于完全不同的頻帶。472.1.2傳輸信道

（2）TDM和TDMATDM的工作原理：TDM是在時域上的信道復用，在接收端和發(fā)送端都要有時分多路復用器。復用信道的通信時間被劃分成一定長度的一個個幀，每一幀的時間又被劃分成更小的n個時隙。以某種方式把各路信號分別安排在不同的時隙上，按時隙區(qū)分信號，然后將多路信號組合起來進行傳輸，但每一路信號的頻帶是相同的。在接收端，可用時分多路復用器把各路信號分開，但要求接收端的時分多路復用器與發(fā)送端的時分多路復用器保持同步，以便正確區(qū)分并接收各路信號。482.1.2傳輸信道

TDM的特點：

TDM多路信號占用相同的頻帶采用相同的碼型占用不同的時隙進行復用，信道在時域上正交。應用：TDM適合于傳送數(shù)字信號。TDM把一條高速數(shù)字信道分成若干條低速數(shù)字信道，構成同時傳輸多個低速信號的信道。492.1.2傳輸信道

TDM的優(yōu)點：不存在保護頻帶，信道傳輸效率高；信道占用頻帶窄，容量大。缺點：通信雙方必須保持時隙時鐘同步，以確保接收端能夠正確地接收各路信息。技術應用：對應的技術有PCM技術，同步數(shù)字體系（SDH：SynchronousDigitalHierarchy，）技術。采用的設備有PDH（PlesynchronousDigitalHierarchy，準同步數(shù)字體系）和SDH（同步數(shù)字體系）兩種傳輸體系。502.1.2傳輸信道

實際應用：PSTN（PublicSwitchedTelephoneNetwork，公共交換電話網(wǎng)）中的數(shù)字傳輸干線采用TDM技術；數(shù)字微波系統(tǒng)就是采用TDM技術的基于SDH的數(shù)字傳輸系統(tǒng)；在衛(wèi)星通信中，采用FDM或TDM復用方式。時分復用方式分為兩種方式：同步時分復用（STDM：SynchronousTime-DivisionMultiplexing）異步時分復用（ATDM：AsynchronousTime-DivisionMultiplexing），也稱為統(tǒng)計時分復用（StatisticalTime-DivisionMultiplexing）。512.1.2傳輸信道

信息傳送模式信息在網(wǎng)絡中的傳送方式稱為傳送模式，包括信息的復用、傳輸和交換。根據(jù)復用方式的不同，傳送模式可分為：同步傳送模式（STM：SynchronousTransferMode）異步傳送模式（ATM：AsynchronousTransferMode）。522.1.2傳輸信道

同步時分復用（SDTM）方式和同步傳送模式（STM）同步時分復用（SDTM）以固定分配時隙的方式對來自多個輸入設備的各路信號進行組合。一幀的時長是確定的（通常為125us）。

SDTM特點：采用固定幀長結構，各幀中的時隙按位置順序編號，不同幀中編號相同的時隙為同一個子信道，即每個子信道占用一個周期性重復出現(xiàn)的時隙。每個子信道的速率是恒定的，一個子信道傳輸一路信號，而且需要同步信號進行時隙定位。根據(jù)時隙在幀內(nèi)的相對位置來識別信道。這種信道稱為位置化信道。53

2.1.2傳輸信道

圖2.2兩種時分復用方式

542.1.2傳輸信道

同步傳送模式（STM）采用同步時分復用（STDM）傳輸技術和同步時分交換（SynchronousTime-DivisionSwitching）技術的傳送模式。對STDM的信號的交換就是對信息所在位置的交換，即時隙的內(nèi)容在時間軸上的位置移動，稱為同步時分交換。特點：速率和帶寬是確定的，必須按照信道的最大速率分配信道資源。應用：STM方式適合于恒定速率業(yè)務的傳送。對于可變速率的業(yè)務，信道利用率會受到影響。目前電話網(wǎng)中的數(shù)字交換機都采用同步時分復用技術。552.1.2傳輸信道

異步時分復用（ADTM）方式和異步傳送模式（ATM）異步時分復用（ADTM）根據(jù)用戶需求動態(tài)按需分配時隙，故也稱為統(tǒng)計時分復用方式。特點：每幀中沒有空閑時隙。每幀中的時隙數(shù)可小于所接的低速輸入線數(shù)n，其幀長是不定的。復用信道上的一幀的數(shù)據(jù)速率可低于信道的最大速率，提高了信道利用率。在每個時隙中必須帶有地址信息，這些地址信息是靠標志碼標示的，同一用戶信息的不同分組的標志碼相同，通過時隙中的“標示”信息來識別信道，并通過標示進行交換。故此類信道也稱為標志化信道。此種方式不是根據(jù)時隙位置來識別信道，不需要同步信號進行時隙定位。在每個時隙中，既包含數(shù)據(jù)又包含地址信息，所以每個時隙存在額外的開銷。理論和實踐表明，ATDM的效率要比STDM的效率高1.54倍。562.1.2傳輸信道

異步傳送模式（ATM）是采用異步時分復用（ATDM）傳輸技術和異步時分交換（AsynchronousTime-DivisionSwitching）技術的傳送模式。對異步時分復用信號的交換就是按照每個分組的地址信息標志碼，將其分發(fā)到輸出線上，這種交換方式叫異步時分交換（也叫存儲轉發(fā)交換）。特點：動態(tài)地分配信道，提高了信道效率，適用于可變速率的業(yè)務。572.1.2傳輸信道

TDMA以傳輸信號存在的時間不同來區(qū)分信道，建立多址接入。時隙的分配可以是固定的，也可以是動態(tài)的。時隙是固定的，稱為同步TDMA（STDMA：SynchronousTDMA），STDMA可以是寬帶的，也可以是窄帶的；時隙是動態(tài)的，稱為異步TDMA（ATDMA：AsynchronousTDMA）。

582.1.2傳輸信道

（3）CDM和CDMACDM在碼域上多路信號調制在不同的碼型上進行復用。每個信道分配不同的基本地址碼序列，使得不同信道分得的碼序列彼此正交，接收機只要對其欲接收的信號的地址碼進行相關檢測，即可獲得信號。特點：占用相同的頻帶占用相同的時間不同的、正交的地址碼，信道在碼域上正交。592.1.2傳輸信道

CDMACDMA以傳輸信號的碼型不同來區(qū)分信道，建立多址接入。CDMA是一種擴頻技術，本質上，擴頻為每個用戶信號標記了唯一的目的地址。實際產(chǎn)生的寬帶擴頻函數(shù)并沒有真正正交，因此，存在各用戶間的相互干擾——多址干擾。在多路復用傳輸系統(tǒng)中，通常還加有幅度壓擴器、回聲抑制器、時間分配話音插空及數(shù)模復用轉換設備等。

602.1傳輸技術2.1.1概述2.1.2傳輸信道2.1.3傳輸系統(tǒng)2.1.4傳輸方式2.1.5信道訪問方式612.1.3傳輸系統(tǒng)

1．傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)是完成信息傳輸?shù)膶嶋H設備，包括：傳輸設備傳輸復用設備信號傳輸之前，需進行：基帶信號通過傳輸設備轉換為適合于在傳輸媒質上進行傳輸?shù)男盘?。為了提高線路利用率，多路信息通過傳輸復用設備進行多路復用和解復用。傳輸設備：主要指收發(fā)信機，它也屬于信道的一部分，如微波收發(fā)信機，衛(wèi)星地面站收發(fā)信機及光端機等。622.1.3傳輸系統(tǒng)2．傳輸節(jié)點設備

作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路的轉接設備，完成節(jié)點兩側鏈路之間的交叉連接，包括：配線架電分插復用器（ADM）數(shù)字交叉連接器（DXC）光分插復用器（OADM）光交叉連接器（OXC）等。

DXC是由微機控制的復用器和配線架，它是不受信令控制的靜態(tài)交換機，由程序控制形成半永久性連接。

632.1傳輸技術2.1.1概述2.1.2傳輸信道2.1.3傳輸系統(tǒng)2.1.4傳輸方式2.1.5信道訪問方式642.1.4傳輸方式1．有線傳輸鏈路的分類

按照有無復用及復用的方式，有線傳輸鏈路可分為三類：實線傳輸鏈路（無復用）頻分載波傳輸鏈路時分數(shù)字傳輸鏈路現(xiàn)在頻分載波有線傳輸鏈路的應用已不多，在有線電視網(wǎng)中還有使用。652.1.4傳輸方式（1）實線傳輸鏈路

是指短距離內(nèi)傳輸模擬基帶信號的鏈路。傳輸媒質：只有對稱電纜可以直接傳輸基帶信號頻帶：3003400Hz應用：只有在用戶終端至交換局的用戶線路上采用缺點：是最簡單的一種傳輸鏈路，但線路利用率不高線路投資比較大，不經(jīng)濟。662.1.4傳輸方式（2）時分數(shù)字傳輸鏈路是指將模擬信號經(jīng)過脈沖編碼調制（PCM：Pulse-CodeModulation）之后變?yōu)閿?shù)字信號，然后進行時分多路復用的傳輸鏈路。PCM的基群信號可傳24路或30/32路話音信號。利用數(shù)字復用技術可將基群信號復用為更高速率的信號，以提高信道傳輸能力。它有兩種數(shù)字傳輸體系：PDH和SDH。672.1.4傳輸方式PDH（準同步數(shù)字體系）SDH（同步數(shù)字體系）采用同步復用方式和靈活的復用映射結構，使低階信號到高階信號的復用/解復用一次到位。具有統(tǒng)一的數(shù)字速率標準（STM-N，N=1，4，16，64）和統(tǒng)一的光網(wǎng)絡節(jié)點接口及強大的網(wǎng)絡管理功能。主要以光纖為主要傳輸媒質，在光纜長途干線上SDH的傳輸速率達2.5Gb/s（STM-16），甚至在某些線路上達到10Gb/s（STM-64）；在市內(nèi)局間中繼上，SDH的傳輸速率一般為155Mb/s（STM-1）和622Mb/s（STM-4）。在一些地形復雜的地區(qū)局部可采用微波或衛(wèi)星傳輸SDH的155Mb/s（STM-1）甚至更低速率（如STM-N中的VC）的信號。682.1.4傳輸方式2．傳輸方式根據(jù)信號的傳輸方向，將工作方式分為：單工方式半雙工方式全雙工方式。（1）單工方式信號的傳輸永遠只能向一個方向進行，例如：廣播網(wǎng)尋呼網(wǎng)692.1.4傳輸方式（2）半雙工方式在雙方通信過程中，信號可以沿任一方向傳輸。但在任何給定的時間內(nèi)，傳輸僅能沿某一方向進行。例如：無線對講機采用CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection）協(xié)議機制的以太網(wǎng)（Ethernet）702.1.4傳輸方式（3）全雙工方式信號可以同時沿相互通信的兩個方向傳輸?？梢允褂脙蓚€不同的時隙或兩個不同的載頻來進行雙向信息的傳輸。實例：全雙工方式工作的以太網(wǎng)GSM網(wǎng)采用雙頻全雙工鏈路

有線長途電話網(wǎng)采用全雙工傳輸方式——去回通路使用分開的通道、分開的頻帶、分開的時間間隔，到終端的二線轉換則由終端裝置完成。712.1.4傳輸方式

對于信道建立后的通信階段的無線多址接入方案，雙工方式有兩種：頻分雙工（FDD：FrequencyDivisionDuplexing）方式時分雙工（TDD：Time-DivisionDuplexing）方式

722.1.4傳輸方式頻分雙工（FDD）方式收發(fā)雙方采用不同的頻帶，兩個頻帶之間保留一定的頻帶間隔，至少要間隔標稱頻率的5%。

該方式可與FDMA、TDMA和CDMA多址方式結合使用，實現(xiàn)FDMA/FDD、TDMA/FDD、CDMA/FDD方式，如GSM系統(tǒng)采用的就是FDD方式。時分雙工（TDD）方式

收發(fā)雙方采用相同的載波頻段，但在時間上分開，保留一定的時間間隔。此方式可與FDMA、TDMA和CDMA多址方式結合使用，實現(xiàn)FDMA/TDD、TDMA/TDD、CDMA/TDD方式，如我國提出的3G標準TD-SCDMA采用的就是TDD方式。732.1.4傳輸方式

時間

用戶1用戶2用戶3用戶4

幅度幅度時間上行

下行

t4

t3

t2

t1

下行

上行

f1f2f3f4f*1f*2f*3f*4

頻率

f1f2f3f4

頻率

（a）FDMA/FDD（b）FDMA/TDD

圖2.3無線接入雙工方式742.1.4傳輸方式

幅度

幅度

時間上行

下行時間下行上行

t4

t4

t3t3t2t1t1t2

用戶1

用戶2

用戶3

用戶4

f1f2f*1f*2

頻率

f1f2

頻率

（c）FDMA/TDMA/FDD（d）FDMA/TDMA/TDD圖2.3無線接入雙工方式752.1.4傳輸方式

碼

CDMA/FDDCDMA/TDD下行

上行

用戶1

用戶2

用戶3

用戶4

頻率

時間

上行

下行

（e）CDMA/FDD和CDMA/TDD圖2.3無線接入雙工方式762.1.4傳輸方式頻分雙工（FDD）與頻分復用(FDM)的區(qū)別：FDD是針對收發(fā)兩個傳輸方向定義的。

FDM是針對一個傳輸方向定義的。舉例：

我國的GSM900M系統(tǒng)的FDMA/TDMA/FDD方式基站移動終端：正向信道或下行鏈路移動終端基站：反向信道或上行鏈路系統(tǒng)的正向和反向信道采用不同的載波頻帶（FDD方式）：

上行頻帶：905915MHz

下行頻帶：950960MHz772.1.4傳輸方式在為每一個方向分配的10MHz頻帶里一共可以有49個載波頻率（FDMA），每一路載波帶寬為200kHz。整個分配帶寬的各個邊緣設置的保護頻帶為100kHz。每一個載波采用TDMA方式可同時支持多達8個用戶，每一個用戶編碼的數(shù)字話音速率為13Kb/s。

782.1.4傳輸方式3．傳輸控制方式傳輸控制：規(guī)定通信鏈路、保持同步和進行差錯控制，用來保證通信體系結構的數(shù)據(jù)鏈路層中網(wǎng)絡相鄰節(jié)點間按順序正確地傳送數(shù)據(jù)幀。根據(jù)具體實施傳輸控制的比特傳送方式的不同，可分：串行并行依據(jù)傳輸線路收發(fā)兩端是否要比特時間一致，又可分：同步異步792.1.4傳輸方式串行傳輸：采用單信道，依次傳送比特并行傳輸：需采用與分組比特數(shù)相同的多信道同時傳送比特異步傳輸：無需在收發(fā)兩端實行比特專門同步，但要在發(fā)送分組的首尾加起止信號，一同傳送。缺點：附加開銷大當噪聲干擾起止信號時，可能會失去有用信息；同步傳輸：要求收發(fā)兩端比特、幀同步。特點：附加開銷較異步方式少許多。誤碼造成同步信號丟失后，將可能失去整個用戶數(shù)據(jù)。802.1.4傳輸方式

常用的鏈路傳輸控制方式之一，是異步串行傳輸方式。如RS-232接口。

圖2.45單位碼電報格式

812.1傳輸技術2.1.1概述2.1.2傳輸信道2.1.3傳輸系統(tǒng)2.1.4傳輸方式2.1.5信道訪問方式822.1.5信道訪問方式1．多址接入方式用戶接入網(wǎng)絡有以下兩種方式：通過“專用線路”接入網(wǎng)絡：如用戶線。多址接入方式：網(wǎng)內(nèi)不同地址的用戶通過獨立地訪問一公共媒質或公共信道接入到網(wǎng)絡，并通過某種方式區(qū)分不同的用戶，以實現(xiàn)用戶間的通信。這種訪問公共信道的方式被稱為多址接入方式或信道訪問方式。應用：此方式通常是在廣播信道中進行的，如無線通信、衛(wèi)星通信、局域網(wǎng)、CATV等。832.1.5信道訪問方式該方式又分為兩類：固定分配信道接入方式（方案）按需分配信道接入方式（方案）固定分配接入：是指信道的分配在一次通信過程中保持不變，適合于支持用確定參數(shù)描述的業(yè)務。按需（動態(tài)）分配接入：是指信道的分配在一次通信過程中可能發(fā)生變化，適合于支持用統(tǒng)計特性描述的業(yè)務。

842.1.5信道訪問方式（1）固定分配信道接入方式（方案）

在頻域、時域或碼域將公共信道劃分成多個子信道，將這些子信道固定分配給用戶。如采用固定的FDMA、TDMA、CDMA或WDMA（WaveDivisionMultipleAccess，波分多址）技術。特點：不需采用復用器或集中器；每個用戶占用兩個子信道；無線傳輸?shù)木W(wǎng)結構為全連接網(wǎng)；該方式有幾種接入技術：固定FDMA、TDMA、CDMA，WDMA，SDMA。852.1.5信道訪問方式（2）按需分配信道接入方式（方案）

也稱為動態(tài)分配接入方式。特點：

不需采用復用器或集中器；任何情況下，信道只允許一個用戶使用；各用戶之間通信必須遵循一個網(wǎng)絡協(xié)議，稱為多址接入?yún)f(xié)議；接入技術為動態(tài)FDMA、TDMA、CDMA方式，其分配調度算法有兩類：控制接入和隨機接入方式。862.1.5信道訪問方式2．動態(tài)分配接入方式（1）控制接入是一種非競爭信道訪問機制，可中央集中控制，也可分散控制：集中式的中央控制方式。由一中央控制器完成。設置一節(jié)點，控制線路工作，此控制節(jié)點稱為主節(jié)點或主站，被控制節(jié)點稱為子節(jié)點或子站。在任何時刻，信息只能在主站與其一子站間進行傳輸，主站向子站發(fā)出詢問信令，子站收到后應答，方才可以利用信道通信。分散控制方式。采用輪詢（Polling）辦法，將訪問權從一個用戶傳遞給另一個用戶，即輪詢訪問方式。局域網(wǎng)中采用的輪詢訪問方式，又叫做令牌（Token）傳遞。如令牌總線和令牌環(huán)網(wǎng)。特點：由于用戶訪問信道具有確定性，控制訪問方式是無沖突的。872.1.5信道訪問方式（2）隨機接入（或隨機訪問）

是一種競爭信道訪問機制。就是各個用戶可隨機地向公共媒質或公共信道發(fā)送信息，競爭訪問（占用）信道。第一次由夏威夷大學應用在無線連接的計算機網(wǎng)上，采用的隨機接入技術，稱為ALOHA(阿羅華)接入方式。應用：廣泛應用于蜂窩網(wǎng)絡、衛(wèi)星分組通信和局域網(wǎng)中。特點：用戶訪問信道具有隨機性，可能發(fā)生多個用戶同時競爭訪問信道，造成“沖突”或“碰撞”（Collision），是有沖突的。882.1.5信道訪問方式隨機接入方式大體上可分為：基本的隨機接入方式（基于ALOHA的接入方式）基于監(jiān)聽的隨機接入方式（基于CSMA的接入方式）基于預約機制的隨機接入方式892.1.5信道訪問方式多址接入方式可概括為以下幾種：FDMA方式TDMA方式CDMA方式混合方式：前面三種的混合WDMA方式SDMA（SpatialDivisionMultipleAccess，空分多址）方式控制接入和隨機接入方式其中，SDMA采用智能天線技術，構成空間上用戶的分割。一般空分多址需要與其他多址方式結合。

902.1.5信道訪問方式根據(jù)有無沖突，多址接入方式又可以分為兩類：無沖突的多址接入采用多址接入復用技術（FDMA、TDMA、CDMA、WDMA和SDMA

）控制接入方式有沖突的多址接入隨機接入方式不同的接入方式會對網(wǎng)絡的容量和QoS產(chǎn)生很大的影響。912.1.5信道訪問方式3．應用實例（1）無沖突的多址接入技術的應用在蜂窩系統(tǒng)中的上行鏈路的傳輸就是多址接入傳輸情況。目前，所有的面向話音的無線接入（話音通信階段）都采用固定分配信道方式，即FDMA，TDMA，CDMA方式，為各小區(qū)分配一組預先確定的話音信道。1G：采用FDMA技術，是一種模擬傳輸技術，它是窄帶的，不適合于具有各種傳輸速率的多媒體通信；2G：采用TDMA/FDD和CDMA技術，是數(shù)字傳輸技術，TDMA可以是窄帶的又可以是寬帶的。

922.1.5信道訪問方式1G和2G系統(tǒng)主要提供話音業(yè)務；經(jīng)過呼叫建立，系統(tǒng)為每個用戶分配一個固定的頻帶（FDMA）或一個時隙（可以是同步TDMA——STDMA，或異步TDMA——ATDMA）3G：采用CDMA多址接入技術，是寬帶傳輸技術，能夠支持多媒體業(yè)務。衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)：采用的技術有FDMA、TDMA、CDMA和隨機接入（ALOHA）等多種方式。932.1.5信道訪問方式（2）有沖突的多址接入技術的應用

隨機接入方式通常用于鏈路的建立階段，即用戶初次接入無沖突的多址接入系統(tǒng)的時候。在GSM和IS-95系統(tǒng)中，上行鏈路的控制信道中的隨機接入信道（RACH：RandomAccessChannel）的接入大多采用時隙ALOHA（S-ALOHA）協(xié)議。RACH用于移動用戶（MS）發(fā)起一次呼叫或在上行鏈路對尋呼信號做出響應?；就ㄟ^RACH對移動用戶發(fā)出的呼叫請求做出響應，在呼叫建立期間為用戶分配一個無沖突的信道，即一個TDMA子信道作為通話期間的固定話路。工作于半雙工方式下的以太網(wǎng)（Ethernet）采用CSMA/CD（CSMA/CollisionDetection）協(xié)議機制。無線局域網(wǎng)（WLAN）采用CSMA/CA（CSMA/CollisionAvoidance）協(xié)議機制。94第2章傳送與交換

2.1

傳輸技術

2.2

交換技術

2.3

接入網(wǎng)技術952.2交換技術2.2.1電路交換2.2.2分組交換2.2.3快速分組交換2.2.4光交換2.2.5軟交換962.2.1電路交換根據(jù)網(wǎng)絡中是否有交換節(jié)點，可把網(wǎng)絡分為兩類：交換網(wǎng)：網(wǎng)中有交換節(jié)點廣播網(wǎng)：網(wǎng)中無交換節(jié)點電路交換網(wǎng)分組交換網(wǎng)幀中繼網(wǎng)等交換網(wǎng)有交換節(jié)點采用數(shù)字交叉連接設備（DXC）的數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）——無交換節(jié)點廣播網(wǎng)共享同一傳輸媒質，通過不同的媒質訪問控制方式（信道訪問方式,多址接入）進行通信。如廣播式的局域網(wǎng)，CATV等?！獰o交換節(jié)點972.2.1電路交換交換節(jié)點：即交換設備是構成通信網(wǎng)的核心要素，它的基本功能是完成對接入交換節(jié)點的信息傳輸鏈路的匯集、轉接接續(xù)和分配，實現(xiàn)一個用戶終端和它所要求的另一個或多個用戶終端之間的路由選擇的連接。簡單地說，交換機的功能就是建立入端和出端之間的連接，將入端的信息輸出到出端上去，類似于開關作用。話音、數(shù)據(jù)等不同的通信業(yè)務具有不同的特點，采用不同的交換方式。982.2.1電路交換

交換方式的分類：按交換的信號類型分：電子交換：電路交換、報文交換、分組交換、幀中繼和ATM交換。光交換按交換的信號帶寬分：窄帶交換：電路交換、報文交換、分組交換寬帶交換：ATM交換、IP交換、光交換寬帶交換應和信道速率及業(yè)務種類無關。按局內(nèi)處理信號的方式分：電路交換報文交換分組交換ATM交換、幀中繼和IP交換采用的都是基于分組交換的方式。992.2.1電路交換按采用的時分復用方式的不同，信息傳送模式或電子交換方式大體上可分為兩類：同步傳送模式異步傳送模式圖2.5電子交換方式的分類1002.2.1電路交換1．電路交換原理電路交換的發(fā)展電路交換（CS：CircuitSwitching）技術是最早出現(xiàn)的一種交換方式，起源于電話交換系統(tǒng)，現(xiàn)已有一百多年的歷史，目前主要應用于電話網(wǎng)中，也可用于數(shù)據(jù)通信。電話通信的特點是交互式實時通信，對時延和時延抖動敏感，而對誤碼差錯不敏感。在通信過程中，交換機不需要對信息進行差錯檢驗和糾正，但要求交換機處理時延小。有時，將傳輸信道統(tǒng)稱為電路。電路交換：在兩個用戶之間建立一條臨時的但專用的電路（路徑）作為這兩個用戶之間的通信線路。即暫時連接、獨占一條路徑并保持到連接釋放為止。電路交換是一種以電路連接為目的、實時的交換方式。1012.2.1電路交換通信過程：電路建立消息傳送電路釋放電路建立：在通信之前，在兩個用戶之間建立一條專用的物理通信路徑，該通路一直維持到通話結束。故電路交換是一種面向連接的交換方式。消息傳送：當通路建立后，兩個用戶就可進行實時的、透明的消息傳送（即在交換節(jié)點處不存儲和處理信息，連續(xù)傳送）。電路釋放：當通話完畢，一方或雙方要求拆除此連接，該通路即被釋放。1022.2.1電路交換電路交換有兩種方式：空分交換和時分交換空分交換是入線在空間位置上選擇出線并建立連接的交換。n條入線通過nm接點矩陣選擇到m條出線或某一指定出線，但接點同一時間只能為一次呼叫利用，直到通信結束才釋放。時分交換基于同步時分復用技術，通過時隙交換網(wǎng)絡完成信息的時隙交換，從而做到入線和出線間信息的交換。目前，電話網(wǎng)中的數(shù)字交換機采用時分交換或時分交換與空分交換結合的方式。1032.2.1電路交換2．電路交換的特點

電路交換采用同步時分復用和同步時分交換技術。（1）主要優(yōu)點信息傳輸時延小，為實時通信。對數(shù)據(jù)信息的格式和編碼類型沒有限制，只要通信雙方類型一致即可。交換機對用戶信息不進行存儲和處理，信息在電路中“透明”傳輸，用戶信息中不必附加控制信息，故交換機處理開銷小，傳輸效率較高。硬件實現(xiàn)較容易。電路交換完成的功能相當于OSI模型的第一層功能，即只完成電路連接，在物理層交換，對信息不處理，不需要使用網(wǎng)絡協(xié)議，從而降低了軟件的復雜性。1042.2.1電路交換（2）主要缺點信道利用率低。計費是根據(jù)通話時間進行的，收費高，因此對連續(xù)占用信道比較經(jīng)濟，而不適合于突發(fā)性的數(shù)據(jù)業(yè)務的傳送。電路的接續(xù)時間較長。建立及拆除電路連接時要占用一定的時間。存在呼損。不同類型的用戶終端之間不能相互通信。常見的速率為64Kb/s，故傳送效率低不能滿足高速率的要求。通信雙方必須同時處于激活可用狀態(tài)，方可完成通信。1052.2.1電路交換應用：適合于通信量大，用戶確定、連續(xù)占用信道的情況，如話音傳送、中低速文件傳送、傳真業(yè)務等。固定電話網(wǎng)中的交換機GSM網(wǎng)中的移動交換中心窄帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（N-ISDN）智能網(wǎng)（IN）中的業(yè)務交換點（SSP：ServiceSwitchingPoint）不適合于具有突發(fā)性、斷續(xù)占用信道、對差錯敏感的數(shù)據(jù)業(yè)務。1062.2交換技術2.2.1電路交換2.2.2分組交換2.2.2快速分組交換2.2.4光交換2.2.5軟交換1072.2.2分組交換電路交換的缺點信道利用率低接續(xù)時間長有呼損不同類型用戶終端之間不能通信等數(shù)據(jù)通信的特點具有突發(fā)性，信息斷續(xù)占用信道不要求實時通信要求誤碼率低，等等1082.2.2分組交換數(shù)據(jù)包括文字圖像等信息以傳輸數(shù)據(jù)為主的網(wǎng)絡稱為數(shù)據(jù)網(wǎng)，包括分組交換網(wǎng)幀中繼網(wǎng)數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）以太網(wǎng)ATM網(wǎng)數(shù)據(jù)交換普遍采用基于存儲－轉發(fā)方式的各種交換技術，從報文交換、分組交換到快速分組交換等。1092.2.2分組交換1．存儲－轉發(fā)方式是指當某一交換節(jié)點收到某一信息（報文或分組），并要求轉換到另一交換節(jié)點去，但輸出線路或其他設施都已被占用，就先把該信息在此交換節(jié)點處存儲起來排隊等待，等輸出線路空閑時再轉發(fā)至下一個節(jié)點。在下一節(jié)點再存儲-轉發(fā)，直至到達目的地。優(yōu)點：線路利用率高缺點：時延大，適合于突發(fā)性的數(shù)據(jù)傳送。1102.2.2分組交換

2．報文交換（1）報文交換的基本原理技術的提出：

報文交換（MessageSwitching）是根據(jù)電報的特點提出來的。電報傳送的特點：基本上只要求單向連接一般允許有一定的延遲如果傳輸中有差錯，則必須糾正。1112.2.2分組交換報文交換：采用統(tǒng)計時分復用和存儲—轉發(fā)方式，交換的邏輯單位是報文。報文由三部分組成：報頭（或標題）、正文和報尾。報文：指用戶擬發(fā)送的完整數(shù)據(jù)。在報文交換中，報文始終以一個整體的結構形式在交換節(jié)點處存儲，然后根據(jù)目的地轉發(fā)。報頭：包含發(fā)送源地址、目的地地址及其他輔助信息。正文：要傳送的報文數(shù)據(jù)。報尾：包括報文的結束標志和誤碼檢測。1122.2.2分組交換報文交換：采用統(tǒng)計時分復用和存儲—轉發(fā)方式，交換的邏輯單位是報文。報文由三部分組成：報頭（或標題）、正文和報尾。報文：指用戶擬發(fā)送的完整數(shù)據(jù)。在報文交換中，報文始終以一個整體的結構形式在交換節(jié)點處存儲，然后根據(jù)目的地轉發(fā)。報頭：包含發(fā)送源地址、目的地地址及其他輔助信息。正文：要傳送的報文數(shù)據(jù)。報尾：包括報文的結束標志和誤碼檢測。圖2.6報文的組成1132.2.2分組交換報文交換的過程如下：將信息分成報文，報文的長短由消息本身確定，不受其他限制。如計算機文件、電報、電子郵件等。報文的存儲—轉發(fā)：包括路由選擇、報頭和報尾的識別。節(jié)點處存儲確定路由，排隊轉發(fā)進行差錯控制和完成網(wǎng)絡擁塞處理、報文的優(yōu)先處理等功能。報文交換節(jié)點可以是一個專用計算機，它有足夠的內(nèi)存，或是報文交換機。1142.2.2分組交換（2）報文交換的特點主要優(yōu)點：線路利用率高。不同用戶的報文可以在同一條線路上進行分時多路復用。無需事先呼通對方就可通信，沒有呼損。節(jié)點處可進行速率和碼型的轉換，實現(xiàn)不同類型終端間的通信。不需要收、發(fā)兩端同時處于激活狀態(tài)。

可實現(xiàn)一點多址傳輸。同一報文可由交換機轉發(fā)到多個收信站，即實現(xiàn)所謂的同報文通信?？山笪膬?yōu)先級別。在報文交換中，以其重要性確定優(yōu)先級別。1152.2.2分組交換

主要缺點：非實時性。時延大且變化也大，不利于實時通信，也不利于較高速率的數(shù)據(jù)通信。設備要求高。要求交換機有高速處理能力和大存儲容量，故設備費用高。應用：報文交換適合于電報類數(shù)據(jù)信息的傳輸，用于公眾電報和電子信箱等業(yè)務。1162.2.2分組交換

3．分組交換

分組交換綜合了電路交換和報文交換的優(yōu)點，保持了一定的信道利用率和較小時延。（1）分組交換（PS：PacketSwitching）原理分組：將一份較長的報文信息分成若干個較短的、按一定格式組成的等長度的數(shù)據(jù)段，再加上包含有目的地地址、分組編號、控制比特等的分組頭，形成一個統(tǒng)一格式的交換單位，稱為“報文分組”，簡稱“分組”（Packet）、數(shù)據(jù)包、信息包。電路交換中的同步時分復用在物理層上的復用，分組交換中的統(tǒng)計時分復用是在網(wǎng)絡層上的復用。1172.2.2分組交換

3．分組交換

分組交換綜合了電路交換和報文交換的優(yōu)點，通過信息的存儲轉發(fā)，保持了一定的信道利用率和較小時延。最大程度地共享通信資源，實現(xiàn)快速通信。（1）分組交換（PS：PacketSwitching）原理分組：將一份較長的報文信息分成若干個較短的、按一定格式組成的等長度的數(shù)據(jù)段，再加上包含有目的地地址、分組編號、控制比特等的分組頭，形成一個統(tǒng)一格式的交換單位，稱為“報文分組”，簡稱“分組”（Packet）、數(shù)據(jù)包、信息包。電路交換中的同步時分復用在物理層上的復用，分組交換中的統(tǒng)計時分復用是在網(wǎng)絡層上的復用。1182.2.2分組交換分組交換：就是用分組裝拆設備（PAD）將用戶數(shù)據(jù)分成等長數(shù)據(jù)塊（稱分組或包），按照統(tǒng)計時分復用（動態(tài)分配）的方法，按需分配信道，采用數(shù)據(jù)報或虛電路方式，進行數(shù)據(jù)傳輸。

圖2.7分組的概念1192.2.2分組交換分組交換的過程：分包：即數(shù)據(jù)進行分組的過程。報文信息以分組的形式發(fā)送。分組的存儲—轉發(fā)：即傳送過程。中間節(jié)點存儲排隊等待轉發(fā)到下一站同一報文的不同分組的傳送彼此獨立，可經(jīng)過同一路由（虛電路方式），按順序到達目的地；也可經(jīng)過不同的路由、不同的次序傳送到目的地（數(shù)據(jù)報方式）。重發(fā)：即檢錯、糾錯過程。根據(jù)差錯檢測及重發(fā)策略，若某節(jié)點發(fā)現(xiàn)接收的分組有錯，即可要求上一節(jié)點重發(fā)該分組。打包：即數(shù)據(jù)重組的過程。接收節(jié)點（最終目的節(jié)點）將收到的一個個分組按其原來的分組順序重新排隊組合，恢復成原來的完整的報文信息形式，送給用戶終端。1202.2.2分組交換PAD（PacketAssembler/Disassembler，分組裝/拆設備）：完成數(shù)據(jù)包與原始數(shù)據(jù)間的轉換（分包、打包功能）。數(shù)據(jù)終端分為：分組型終端：以分組的形式發(fā)送和接收信息非分組型終端：發(fā)送和接收報文，由PAD完成報文和分組之間的轉換。分組交換的特點與報文交換基本相同，主要區(qū)別在于分組的傳輸時間較短，從而能滿足大多數(shù)用戶快速交互的數(shù)據(jù)傳輸要求。

1212.2.2分組交換分組交換的主要優(yōu)點：具有不同速率、不同格式、不同碼型、不同的同步方式和不同的通信控制規(guī)程的不同類型數(shù)據(jù)終端之間可以進行通信。信道利用率高。信息的傳輸時延小，且變化范圍不大，能夠較好地滿足交互式實時通信的要求?？煽啃愿?。每個分組在網(wǎng)中傳輸時，可以分段獨立實施差錯控制和流量控制，使之傳輸中的比特誤碼率大大降低，可達１0-10

以下；網(wǎng)中傳輸信息的路由可變動，能自動避開故障通路，所以不會因局部故障而中斷通信。按數(shù)據(jù)流量多少計費，比較合理。1222.2.2分組交換分組交換的主要缺點：為了保證分組能夠正確傳輸，需加地址和控制信息——分組頭，故增大了開銷，從而降低了傳輸效率。分組交換技術復雜，且要求交換機有較高的處理能力。交換節(jié)點處理較復雜，轉發(fā)速率最低，很難滿足寬帶高速通信的要求。一般分組通過網(wǎng)的時間，可以做到小于0.2s。傳統(tǒng)的分組交換采用X.25協(xié)議，完成OSI模型的低三層，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡（分組）層功能。X.25數(shù)據(jù)鏈路層采用完全的差錯控制（包括幀定位、差錯檢驗和糾正）；交換在第三層實現(xiàn)。1232.2.2分組交換分組交換是數(shù)據(jù)通信與計算機相結合的產(chǎn)物，分組交換網(wǎng)節(jié)點就是一部專用計算機。傳統(tǒng)的分組交換：是在早期的低速、高出錯率的電纜傳輸線基礎上發(fā)展起來的，傳輸質量差。交換節(jié)點要運行復雜的協(xié)議，進行節(jié)點之間逐段的差錯控制和流量控制，從而使得時延加大。這種傳統(tǒng)的分組交換主要用于數(shù)據(jù)通信，很難用于實時多媒體通信。1242.2.2分組交換（2）虛電路和數(shù)據(jù)報實連接：在電路交換中，雙方在通信過程中一直占用一條專用的物理鏈路，這種連接稱為實連接。虛連接：在分組交換中，采用統(tǒng)計時分復用方式，雙方在通信過程中斷續(xù)地占用一段又一段鏈路，即通過非專用的許多鏈接的邏輯子信道，感覺上好象是一直占用了一條端到端的物理鏈路，這種連接稱為虛連接。分組交換的兩種模式虛電路：是面向連接的分組網(wǎng)絡數(shù)據(jù)報：數(shù)據(jù)報是無連接的分組網(wǎng)絡1252.2.2分組交換

（a）（b）圖2.8（a）虛電路服務；（b）數(shù)據(jù)報服務1262.2.2分組交換

虛電路經(jīng)呼叫后，需在兩個數(shù)據(jù)終端之間為整個消息的傳送建立一條邏輯連接電路，稱之為虛電路VC（VirtualCircuit）,每個分組中包含這個邏輯電路的標識符。邏輯（子）信道將傳輸信道劃分成一個個的子信道，這些子信道稱為邏輯（子）信道。每個邏輯信道可用相應的號碼表示，稱為邏輯信道號。虛電路與邏輯信道的關系：虛電路是由多個不同鏈路的邏輯信道連接起來的，是連接兩個DTE的通路。一條虛電路至少要使用兩條邏輯信道，即主叫和被叫用戶側各一條。邏輯信道是DTE與DCE之間的一個局部實體，它始終存在，可以分配給一條或多條虛電路，或者空閑。永久虛電路是兩個DTE之間永久地獨占一條虛電路，適用于業(yè)務繁忙的兩個用戶。1272.2.2分組交換

DTE：Data-TerminalEquipment，數(shù)據(jù)終端設備DCE：Data-Circuit-terminatingEquipment，數(shù)據(jù)電路終接設備圖2.9多個邏輯信道通過交換機構成虛電路1282.2.2分組交換虛電路的特點：虛呼叫的建立過程通信開始時，在數(shù)據(jù)傳輸之前，經(jīng)呼叫后，源與目的地之間需建立一條邏輯連接即虛電路。以后，整個消息的所有分組都將沿著這條虛電路傳輸。網(wǎng)絡的有關節(jié)點都登記了這個通信所使用的路由表（物理鏈路和邏輯鏈路），即路由選擇是在虛電路建立時進行的，一旦建立，不再改變。在相關的每個節(jié)點上，無需進行路由選擇，故同一報文的分組將以原來的順序到達目的地。一旦交換結束，立即拆除此連接。1292.2.2分組交換每個分組不需攜帶完整的目的地地址，僅需有一個虛電路號碼的標志，故分組額外開銷小。每個節(jié)點需要一定的存儲空間存放路由表。分組按照這個路由表采用存儲—轉發(fā)方式傳送。在一條實際的鏈路上可以存在多條虛電路（分時復用）。在虛電路上，網(wǎng)絡可以進行端到端的差錯控制和端到端的流量控制，保證按順序交付，以及無差錯、無丟失、不重復的數(shù)據(jù)傳送。若某個節(jié)點出現(xiàn)故障，則通過該節(jié)點的虛電路均會失效。應用：該模式適用于多分組的消息傳送。1302.2.2分組交換數(shù)據(jù)報：

自帶尋址信息的獨立處理的分組稱為數(shù)據(jù)報（Datagram）。這里獨立處理是指同一消息的各個分組走不同的路徑。數(shù)據(jù)報的特點：無呼叫建立過程。不需要為整個報文的傳送建立一個邏輯連接。每個分組被單獨處理。每個分組獨立地選擇路由，傳輸效率高，時延小，保密性好。每個分組必須攜帶完整的地址信息（源、目的地）。每個節(jié)點有路由表。每個分組獨立發(fā)送。1312.2.2分組交換在目的地，根據(jù)分組的序號重新排序，組成原來的報文。

數(shù)據(jù)報不保證順序交付，不保證無差錯、不丟失和不重復。在此模式中，由主機承擔端到端的差錯控制及端到端的流量控制，即放在運輸層協(xié)議中完成?？煽啃愿?。若某個分組傳送錯誤，重發(fā)該分組即可。若某個節(jié)點發(fā)生故障，后續(xù)分組可另選路由。應用：適用于交換一些短時的、獨立的消息或需保密或具有某些靈活性的報文。如應用于軍事通信、廣播通信，具有迅速、經(jīng)濟等特點。IP網(wǎng)就是采用數(shù)據(jù)報方式。1322.2.2分組交換表2.3虛電路與數(shù)據(jù)報的對比1332.2.2分組交換4.以上三種交換方式的比較在數(shù)據(jù)傳送過程中，時延主要包括三部分：傳輸時延發(fā)送時延處理時延傳輸時延：信號經(jīng)過鏈路傳輸所需要的時間，比較短暫，常?？梢院雎?。發(fā)送時延：交換節(jié)點發(fā)送一組數(shù)據(jù)所需的時間，與數(shù)據(jù)分組的長度和傳輸速率有關。處理時延：在節(jié)點中等待和進行必要的處理所需的時間。1342.2.2分組交換電路交換時延：呼叫建立時延發(fā)送時延傳播時延報文交換時延：主要是在節(jié)點處，接收全部報文后再發(fā)送的時延，整個時延比電路交換長。分組交換時延數(shù)據(jù)報方式時延：類似于報文交換，但其分組短于報文，故時延比報文短；虛電路方式時延：類似于電路交換，但在每個節(jié)點上有時延，負載大則時延大。1352.2交換技術2.2.1電路交換2.2.2分組交換2.2.3快速分組交換2.2.4光交換2.2.5軟交換1362.2.3快速分組交換1.幀中繼幀中繼（FR：FrameRelay）：是在傳統(tǒng)分組交換技術和光纖傳輸?shù)幕A上發(fā)展起來的高速分組交換技術。功能：采用光纖傳輸，簡化了X.25協(xié)議，取消了網(wǎng)內(nèi)逐段的差錯控制和流量控制，將其移到端系統(tǒng)中進行，采用端對端的檢錯、重發(fā)控制機制，縮短了交換節(jié)點處的處理時間。其轉發(fā)速率高于X.25網(wǎng)。1372.2.3快速分組交換幀中繼完成OSI模型的低二層，即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能。在數(shù)據(jù)鏈路層只完成幀定位和差錯檢驗，交換在第二層實現(xiàn)。由于在數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)單元一般稱為幀，故稱之為幀中繼或幀交換。1382.2.3快速分組交換幀中繼的特點：靈活性高，傳輸效率高；動態(tài)分配帶寬，速率在64Kb/s45Mb/s范圍內(nèi)，吞吐量高；時延低。簡化的分組交換，取消了鏈路級上的流量控制和差錯控制。應用：幀中繼適用于突發(fā)性和可變長度幀信息的傳送，特別適合于計算機網(wǎng)絡互連。1392.2.3快速分組交換2.ATM交換是異步傳送模式（ATM：AsynchronousTransferMode）、一種改進的快速分組（FPS：FastPS）交換方式、一種與通信業(yè)務無關的高速寬帶交換技術，支持語音、數(shù)據(jù)、視頻等不同業(yè)務。特點：信元（ATM的分組單元）長度固定（53字節(jié)）。幀長可變，信息插入位置是隨機的，無周期性。傳輸速率可變，根據(jù)時隙中的標記來識別信號、進行交換，不需要同步信號進行時隙定位。繼承了電路交換中速率固定的獨立性；又具有分組交換對任意速率的適應性。1402.2.3快速分組交換功能：采用光纖傳輸線，傳輸質量高，不需要逐段的差錯控制和流量控制。交換節(jié)點信息處理復雜度最低，轉發(fā)率最高。ATM交換完成OSI模型的低二層功能，網(wǎng)內(nèi)交換節(jié)點對信息不做任何差錯控制，交換在第二層完成。1412.2.3快速分組交換ATM的優(yōu)點：靈活性高，適應性強，支持多媒體業(yè)務；話音、非話音業(yè)務采用統(tǒng)一格式的交換技術；簡化的分組交換，時延小，實時性好，分組長度固定，取消了鏈路級上的流量控制和差錯控制；是面向連接的，采用虛電路技術和自選路由的交換網(wǎng)絡。1422.2.3快速分組交換3.IP交換