第三章第三章 通信网络基本知识通信网络基本知识现代通信技术概论现代通信技术概论1.1.6 标准化组织（1/2）v标准化组织的工作目的：制定相同的体系结构和统一的接口标准，以使不同国家、不同厂家的产品能够互通。v几个重要的标准化组织国际标准化组织ISO (International Standard Organization)：世界上最大的国际标准化专门机构。1.1.6 标准化组织（2/2）几个重要的标准化组织几个重要的标准化组织国际电信联盟国际电信联盟ITU国际电信联盟国际电信联盟电信标准部电信标准部ITU-T（前身是前身是CCITT）电气与电子工程师协会电气与电子工程师协会IEEE欧洲计算机制造商协会欧洲计算机制造商协会ECMA美国国家标准学会美国国家标准学会ANSl电子工业协会电子工业协会EIA1.2 通信网v通信网概念的引入在许多场合下，有若干设备需要相互通信在许多场合下，有若干设备需要相互通信1.2 通信网v通信网概念的引入 将若干需要通信的设备引至同一将若干需要通信的设备引至同一地点，在该点设立交换设备地点，在该点设立交换设备1.2 通信网v通信网概念的引入 将各交换设备用线路相连以形成将各交换设备用线路相连以形成网络，可以实现更大范围的通信网络，可以实现更大范围的通信1.2 通信网v通信网概念的引入定义：定义：通信网就是在一定范围内以通信网就是在一定范围内以终端设备终端设备和和交换设备交换设备为为点点，以，以传输传输设备设备为为线线，按一定顺序，按一定顺序点线相连点线相连形形成的有机组合的系统，它可以完成成的有机组合的系统，它可以完成多个对多个用户间的通信。多个对多个用户间的通信。1.2.1 通信网的组成1.2.2 通信网的分类1.2.3 通信网的拓扑结构1.2.4 通信网络的发展历史及动向1.2 通信网的组成v构成通信网的基本要素： 终端设备、传输链路、交换设备。线点通信网1.2.1 通信网的组成（5/5）对通信网的基本质量要求对通信网的基本质量要求传输质量好：在接收端要有适当的信号强度、较传输质量好：在接收端要有适当的信号强度、较好的清晰度和较高的逼真度；好的清晰度和较高的逼真度；接续质量好：较小的呼损率（通信电路易于接通）接续质量好：较小的呼损率（通信电路易于接通）和较小的时延等；和较小的时延等；稳定性能好：系统有较大的平均无故障时间稳定性能好：系统有较大的平均无故障时间。1.2.2 通信网的分类（4/ 19 ）v业务网介绍电话网：v客户楼群设备：电话公司提供的终端设备，安装在客户场地，包括电话终端(电话机)、调制解调器、应答器、用户交换机 (PBX)；1.2.2 通信网的分类（5/ 19 ）v业务网介绍电话网：交换系统：互连电路和通过网络进行传送，分为本地系统与中继系统。本地交换系统：本地电话交换机，把用户回路直接相连或把用户回路与干线相连；中继交换系统：连接干线与干线， 或连接一个本地系统与另一个本 地系统（长途交换就是为长途网 服务的中继交换）。1.2.2 通信网的分类（6/ 19 ）业务网介绍电话网：传输设备：分为本地回路与干线。本地回路：连接电话局和客户楼群设备，多采用双绞线，新设备多采用光缆；干线：传送由很多用户产生的话务量，可采用双绞线、同轴电缆、微波、卫星、光纤等。1.2.2 通信网的分类（7/ 19 ）v业务网介绍用户电报网：传输数字信息，属于非话业务特点：采用500波特速率传输字符编码，传输效率较高，具有硬拷贝功能，且无需人员值守。组网方式：国际网和国内网分别建设，两网重叠，互不相通，仅设国际出口局完成两网用户的相通，如美国和日本等；国际国内合网建设，如德、法、英等；我国的用户电报网：采用国际用户电报、国内用户电报、低速数据网的三合一网体制。1.2.2 通信网的分类（8/ 19 ）业务网介绍传真网（利用电话通信网完成传真的发送与接收）构成形式：租用电话线路，建立专用传真通信网；将电话专线加接交换设备以构成专用传真网；由某一部门或邮电部门组建传真网络。1.2.2 通信网的分类（9/ 19 ）业务网介绍数据网（计算机网）：实现计算机与计算机或数据终端与计算机之间的通信。分类（按计算机网络的覆盖范围）广域网（WAN)局域网（LAN）城域网（MAN)1.2.2 通信网的分类（10/ 19 ）业务网介绍数据网广域网（WAN ：Wide Area Network)覆盖范围：几公里覆盖范围：几公里几千公里几千公里组成：组成：终端终端设备：计算机或各类终端；设备：计算机或各类终端；节点交换节点交换设备：节点交换机，功能包括组设备：节点交换机，功能包括组/拆信息传送拆信息传送单元、路由选择、流量控制、网络的维护和管理单元、路由选择、流量控制、网络的维护和管理传送传送设备：集中器、复用器、调制解调器、线路。设备：集中器、复用器、调制解调器、线路。拓扑结构：骨干网络采用拓扑结构：骨干网络采用分布分布或或网状网状结构；基层网与本地网结构；基层网与本地网采用采用树型树型或或星型星型连接。连接。分类（按传输协议）：分类（按传输协议）：分组网分组网（X.25网）网）与与非分组网非分组网。1.2.2 通信网的分类（11/ 19 ）业务网介绍数据网局域网（LAN：Local Area Network）覆盖范围：覆盖范围：20公里公里组成：组成：服务器服务器：局域网的核心，用于文件存储、网间通信连接，接受：局域网的核心，用于文件存储、网间通信连接，接受来自客户机的服务请求；来自客户机的服务请求；客户机客户机（工作站）：用户与网络的接口设备，使用户能共享网（工作站）：用户与网络的接口设备，使用户能共享网络资源。络资源。网络设备网络设备：网络接口卡、收发器、中继器、网桥、路由器：网络接口卡、收发器、中继器、网桥、路由器通信介质通信介质：双绞线、同轴电缆、光纤：双绞线、同轴电缆、光纤1.2.2 通信网的分类（12/ 19 ）业务网介绍数据网城域网（MAN：Metropolitan Area Network)覆盖范围：几公里几百公里覆盖范围：几公里几百公里数据传输率：几数据传输率：几kbit/sGbit/s功能：向各分散的功能：向各分散的LAN提供服务，使用户能有效地利用提供服务，使用户能有效地利用网上资源。网上资源。传输媒介：光纤传输媒介：光纤1.2.2 通信网的分类（13/ 19 ）业务网介绍无线电网络：功能：可跨越障碍实现通信。分类分类单中继网：网中各站间都仅用一条线路连接，当一个站单中继网：网中各站间都仅用一条线路连接，当一个站发送时，所有各站均接收信号；发送时，所有各站均接收信号；多中继网络：由于距离限制了直接连接，一个被传送的多中继网络：由于距离限制了直接连接，一个被传送的信号只能由下一级站接收。信号只能由下一级站接收。1.2.2 通信网的分类（14/ 19 ）业务网介绍卫星网络：只有一个中继的微波无线电系统地面站地面站卫星卫星上行线路上行线路下行线路下行线路优点：通信距离远、通信容量大、传输质量高；优点：通信距离远、通信容量大、传输质量高；缺点：时延大。缺点：时延大。1.2.2 通信网的分类（15/ 19 ）业务网介绍移动式通信网系统组成：移动台：置于移动体中，可通过基站互相进行通信联络；基站：利用有线或无线信道与公众交换台、公众通信网相连。1.2.2 通信网的分类（16/ 19 ）业务网介绍移动式通信网基本结构大区制：以一个大功率、高天线的基站覆盖整个服务区；小区制（即蜂窝系统）： 将整个服务区划分为若干小区，小 区的形状为正六边形，形似蜂窝， 并在每一小区内设置一个小功率的 仅能有效覆盖本小区的基站。1.2.2 通信网的分类（17/ 19 ）v业务网介绍有线电视（CATV：Cable Television）网络功能：用电缆、光纤作为主要传输媒介，向用户传送本地、远地及自办节目的通信系统。特点：采用光纤与电缆传输，可在几十公里的范围内传送100个电视频道，带宽可达30MHz1GHz范围；可提供多种交互式宽带和窄带业务，高速传输各种媒体的信息。1.2.2 通信网的分类（18/ 19 ） 业务网介绍综合业务数字网络（ISDN）功能：能够提供端端数字连接，支持包括话音和非话在内的多种电信业务。宽带宽带ISDN（B-ISDN）：）： 以以光纤光纤作为传输媒介，以作为传输媒介，以信元信元作为传输交换的基本作为传输交换的基本单位，利用单位，利用虚通路虚通路与与虚通虚通道道实现资源共享。实现资源共享。1.2.2 通信网的分类（19/19）v通信网类别对照1.2 通信网络的发展历史及动向v通信网的发展历史始于始于1919世纪末世纪末始于始于2020世世纪纪6060年代年代始于始于2020世世纪纪7070年代年代始于始于2020世世纪纪8080年代年代1.4.1 通信媒体1.4.2 电路类型1.4.1 通信媒体（1/10）v含义：通信媒体又称传输媒介，是通信传输系统中发方与收方之间的物理路径。v常用通信媒体明线双绞线同轴电缆波导光纤微波无线电卫星通信1.4.1 通信媒体（2/10）v明线形式：由电杆支持、架设在地面上的一种明线。v应用场合：早期的长途线路和市内公用电话电报网。应用场合：早期的长途线路和市内公用电话电报网。v优点：对话音信号衰耗小、施工技术简单；优点：对话音信号衰耗小、施工技术简单；v缺点：易受气候和外界磁场的影响，传输频带窄、话缺点：易受气候和外界磁场的影响，传输频带窄、话路少。路少。1.4.1 通信媒体（3/10）v双绞线形式：将一对绝缘线扭绞在一起，任意拧成螺旋形，以减少对外部干扰和串音的敏感。v应用场合：用户与本地中心站间及中心站与中心站间的应用场合：用户与本地中心站间及中心站与中心站间的连线。连线。v优点：价格便宜，使用方便，安装容易。优点：价格便宜，使用方便，安装容易。v多芯对称电缆：将多对单独的绝缘双绞线包装在外部保多芯对称电缆：将多对单独的绝缘双绞线包装在外部保护层中，可容纳护层中，可容纳63600对线。相邻对线螺距不同，以对线。相邻对线螺距不同，以限制相互之间的串音或电磁干扰限制相互之间的串音或电磁干扰。v带屏蔽的双绞线（有金属屏蔽）：对外部噪声、串音有带屏蔽的双绞线（有金属屏蔽）：对外部噪声、串音有较好的低抗力，常被称为较好的低抗力，常被称为数据保护介质数据保护介质。1.4.1 通信媒体（4/10）v同轴电缆结构：由对地不对称的同轴管构成。内层导体内层导体外层导体外层导体绝绝 缘缘 体体包包 层层v优点：寿命长、通信容量大、质量稳定、外界干扰小、优点：寿命长、通信容量大、质量稳定、外界干扰小、可靠性高和维护便利等。可靠性高和维护便利等。v分类：分类：50同轴电缆：适于传输基带数字信号，常用于计算同轴电缆：适于传输基带数字信号，常用于计算 机局域网或电话系统的远程传输；机局域网或电话系统的远程传输；75同轴电缆：又称宽带同轴电缆主要用于模拟传输同轴电缆：又称宽带同轴电缆主要用于模拟传输 系统，是系统，是CATV的标准传输电缆。的标准传输电缆。1.4.1 通信媒体（5/10）v波导形式：由一个中空的金属管构成，其横截面可以是矩形、椭圆形或圆形。优点：在微波频率上衰减很小。应用场合：常用作微波发送机和微波天线之间的有效连接。1.4.1 通信媒体（6/10）v光纤形式：很细的、可弯曲的、能传导光束的介质。传输原理：利用光导纤维传递光脉冲完成通信。结构：外壳外壳纤芯纤芯包层包层塑料制成，可吸收光线、防塑料制成，可吸收光线、防止串音、保护外层表面。止串音、保护外层表面。透明玻璃制成，纤芯的折透明玻璃制成，纤芯的折射率射率高于高于包层，可形成光包层，可形成光波导效应，使大部分光被波导效应，使大部分光被束缚在纤芯中传输。束缚在纤芯中传输。1.4.1 通信媒体（7/10）v光纤分类：单模光纤单模光纤多模光纤多模光纤单模与多模光纤比较单模与多模光纤比较单模光纤多模光纤v光纤中只传输一种模式v细芯，要有激光源v端接难v色散小、效率高v价格昂贵v适于长距与高速场合v光纤中存在多种传输模式v粗芯v端接容易v色散大、效率低v价格较便宜v用于短距与低速场合折射率折射率剖面剖面输入输入脉冲脉冲输出输出脉冲脉冲阶跃型多模光纤阶跃型多模光纤渐变型多模光纤渐变型多模光纤单模光纤单模光纤光纤类型光纤类型包层纤包层纤芯芯包层包层纤芯纤芯包层纤包层纤芯芯1.4.1 通信媒体（8/10）v光纤优点：v传输频带宽，通信容量大；v传输损耗低，中继距离长；v抗雷电和电磁的干扰性好；v体积小、重量轻。缺点：接续困难，光接口比较昂贵。 光纤是通信领域中重要的传输媒质，为数据通信、远距离光纤是通信领域中重要的传输媒质，为数据通信、远距离通信、宽带高速通信和海底传输系统提供了良好的传输环境。通信、宽带高速通信和海底传输系统提供了良好的传输环境。1.4.1 通信媒体（9/10）v微波无线电形式：将地球上的大气作为电磁波的长距离传送介质。应用场合：作为陆上无线电系统的传送介质。优点：跨越自然障碍和阻隔的能力强，最适合于移动通信；成本低、中继距离远、传输质量比较稳定。缺点：雨雪天气易产生吸收损耗，不利地形或环境易造成衰落现象，引起较高的误码率；v保密性差。1.4.1 通信媒体（10/10）v卫星通信原理：利用原理：利用同步卫星同步卫星上的通信转发器接收地面站发射上的通信转发器接收地面站发射的信号，对信号放大变频后再转发给其他地面站。的信号，对信号放大变频后再转发给其他地面站。优点：频带宽、通信容量大、误码率低、通信质量高、优点：频带宽、通信容量大、误码率低、通信质量高、覆盖面广；覆盖面广；应用场合：远距离传送电话、电传、电视业务及高利应用场合：远距离传送电话、电传、电视业务及高利用率国际干线。用率国际干线。1.4.2 电路类型（2/3）v交换电路：应用场合：公用电话网、公用用户电报网或公用数据网。特点：每次呼叫均需通过拨号，自动转接到目的端的用户上，且每次呼叫均可能选择不同路由，通信结束后线路被释放以备下一呼叫使用。1.4.2 电路类型（3/3）v专线电路含义：通信网中专供某个部门、某个单位或某个人专门使用的永久性电路，是在两端之间构建的直通线或租用电信部门的线路。优点：通信时可以节省建立呼叫和拆除链路的时间。1.5.1 通信方式（1/3）v单工通信含义：在两个通信设备间，信息只能沿着一个方向被传输，即在通信设备的双方中，一方只能设置发送设备，而另一方只能为接收设备。发送站发送站接收站接收站信息流向信息流向例如：广播电视传例如：广播电视传送系统、信息采集送系统、信息采集系统、寻呼系统。系统、寻呼系统。1.5.1 通信方式（2/3）v半双工通信含义：在两通信设备间的信息交换可以双向进行，但不能同时，即在同一时间内仅能使信息在一个方向上传输。发送发送接收接收例如：对讲机、例如：对讲机、计算机与终端计算机与终端间的通信。间的通信。接收接收发送发送信息流向信息流向信息流向信息流向1.5.1 通信方式（3/3）v全双工通信含义：同时可在两通信设备间进行两个方向上的信息传输。例如：电话例如：电话信息流向信息流向发送发送接收接收接收接收发送发送v分类：分类：二线全双工：利用频分复用、时分复用或回波抵消二线全双工：利用频分复用、时分复用或回波抵消技术实现同时双向通信；技术实现同时双向通信；四线全双工：发、收向信息分别使用一对导线。四线全双工：发、收向信息分别使用一对导线。1.5.2 传输方式（1/2）v并行传输含义：数字信号以成组的方式在多个并行信道上传输。v优点：传送速率高，发收双方不存在字符同步问题。优点：传送速率高，发收双方不存在字符同步问题。v缺点：需要多个并行信道，增加了设备成本；并行线缺点：需要多个并行信道，增加了设备成本；并行线路间的电平相互干扰会影响传输质量。路间的电平相互干扰会影响传输质量。v适用场合：短距离通信，如计算机内部或在同一系统适用场合：短距离通信，如计算机内部或在同一系统内设备间的通信。内设备间的通信。1.5.2 传输方式（2/2）v串行传输含义：将比特流逐位在一条信道上传送。v优点：只有一条信道，设备成本低，且易于实现。优点：只有一条信道，设备成本低，且易于实现。v缺点：必须解决收发双方如何保持码组或字符同步缺点：必须解决收发双方如何保持码组或字符同步的问题；比并行传输效率低。的问题；比并行传输效率低。v适用场合：计算机通信。适用场合：计算机通信。