[學習]通信原理第11章通信網(wǎng)

1、第11章 通信網(wǎng)(選),返回主目錄,通 信 原 理,,11.1 通信網(wǎng)的組成及分類11.2 電 話 網(wǎng)11.3 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)11.4 綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(ISDN)11.5 移動通信網(wǎng),11.1 通信網(wǎng)的組成及分類,? 通信網(wǎng)的定義及組成? 通信網(wǎng)的分類,一 通信網(wǎng)的定義及組成通信網(wǎng)是在多點之間傳遞信息的通信系統(tǒng)。通信網(wǎng)的基本組成部分終端設備：包括電話機、傳真機、電臺、計算機等發(fā)送和接收信號的設備。 通信鏈路：定

2、義在一定的頻域和空域，它占用給定的頻帶和物理空間。鏈路可以被時分復用或頻分復用。 交換設備：按照信令將通信鏈路傳來的信號轉(zhuǎn)接到另一條鏈路的設備。有些通信網(wǎng)中還包含轉(zhuǎn)發(fā)設備。,二 通信網(wǎng)的分類1.按照功能區(qū)分電報網(wǎng)、電話網(wǎng)、電傳(Telex)網(wǎng)以及電視網(wǎng)等等。綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(ISDN) 窄帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(N-ISDN)寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(B-ISDN)移動通信網(wǎng)：蜂窩網(wǎng)2.按照拓撲結構區(qū)分 (1) 網(wǎng)形網(wǎng)網(wǎng)形

3、網(wǎng)的任意兩個節(jié)點之間都有一條鏈路直接相連。所以若網(wǎng)中共有N個節(jié)點，則需要N(N-1)/2條鏈路連接。當N 增大時，所需鏈路數(shù)目將急劇增加，故經(jīng)濟性較差。但是，若各節(jié)點有轉(zhuǎn)發(fā)功能，則可靠性大為增加。,(2) 星形網(wǎng)在星形網(wǎng)中，若共有N個節(jié)點，則共需(N-1)條鏈路；除中心節(jié)點外，其他節(jié)點之間的通信都需要經(jīng)過中心節(jié)點轉(zhuǎn)接。故在中心節(jié)點處需要有交換設備為其他各個節(jié)點轉(zhuǎn)接信號。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

4、需要增加交換設備。 (3) 環(huán)形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)所需的鏈路數(shù)目N 等于節(jié)點數(shù)目，并且每個節(jié)點都需要有轉(zhuǎn)發(fā)功能。在這里，任意兩個節(jié)點之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)點之間可能需要多次轉(zhuǎn)發(fā)，這個因素又會使傳輸時延增大和可靠性下降。,(4) 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。由于所有節(jié)點共用這條總線，即總線同時只能為兩個節(jié)點服務，所以它主要用于分時工作的計算機局域網(wǎng)中。由于總線

5、形網(wǎng)和環(huán)形網(wǎng)的上述特點，當網(wǎng)中節(jié)點數(shù)目較大時，可能使信號傳輸?shù)臅r延較長。這兩種網(wǎng)主要適合用于節(jié)點數(shù)目較少的計算機網(wǎng)中。(5) 復合形網(wǎng)復合形網(wǎng)是上述幾種基本型網(wǎng)的組合。根據(jù)對網(wǎng)絡的性能要求，常將幾種基本型網(wǎng)結合使用，以求達到技術和經(jīng)濟指標優(yōu)化的目的。,11.2 電 話 網(wǎng),● 電話網(wǎng)的結構● 電話網(wǎng)中的交換● 電話網(wǎng)中的信令● 電話網(wǎng)的性能指標,一 電話網(wǎng)的結構1.組成：由終端設備（電話機）、傳輸線路和

6、交換設備組成。2.分類：專用交換電話網(wǎng)公共交換電話網(wǎng)(PSTN)3.公共網(wǎng)的結構和功能 PSTN按覆蓋范圍區(qū)分可分為本地電話網(wǎng),國內(nèi)長途電話網(wǎng)和國際長途電話網(wǎng) .,PSTN的拓撲結構示意圖,(1)本地電話網(wǎng)：是指在一個統(tǒng)一號碼長度的編號區(qū)內(nèi)，由電話機、用戶線、用戶端局（簡稱端局）、匯接局、局間中繼線和長話-市話中繼線組成的電話網(wǎng)。各用戶的電話機經(jīng)過用戶線接到端局。在一個端局內(nèi)的線路一般構成星形網(wǎng)。在端局中的用戶交換機用于按

7、照呼叫用戶的信令連接被呼叫用戶。匯接局則匯聚各端局的連接，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。長話-市話中繼線則用于將本地電話網(wǎng)和國內(nèi)長途電話網(wǎng)相連接。中繼線一般是大容量電纜，用于傳輸時分復用PCM信號。,(2) 國內(nèi)長途電話網(wǎng)是指全國各市（縣）間用戶進行長途通話的電話網(wǎng)，網(wǎng)中各市（縣）都設一個或多個長途電話局。各長途局間由長途電話線路連接起來。國內(nèi)長途電話網(wǎng)的結構在我國采用分級匯接制，它包含4個等級的交換中

8、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）。分級匯接制在圖中顯示為樹狀結構。但是不排除個別的跨區(qū)連接，如圖中虛線所示。,(3) 國際長途電話網(wǎng)國際長途電話網(wǎng)是指將世界各國的電話網(wǎng)相互連接起來進行國際通話的電話網(wǎng)。為此，每個國家都需設有一個或幾個國際電話局。國際長途通話實際上需要經(jīng)過通話雙方國內(nèi)電話網(wǎng)和國際電話局，以及國際電路等幾部分進行的。,二.電話網(wǎng)中的交換1.電路轉(zhuǎn)接方法：用于

9、早期的電話網(wǎng)雙向交換矩陣不適宜用于數(shù)字電路 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關數(shù)目要加倍。,2.時分數(shù)字交換技術由于數(shù)字通信技術的發(fā)展，在交換設備中目前一般采用時分數(shù)字交換技術。這時，被交換的信號是數(shù)字信號。若由用戶線路輸入的是模擬信號，則首先應將其數(shù)字化，再進行交換。交換后，再經(jīng)過數(shù)/模變換，變成模擬信號送回用戶。在數(shù)字交換設備中，均采用時分復

10、用PCM體制。這樣，只需將分配給各用戶的時隙位置搬移，即可達到交換的目的。時隙的搬移，雖然在原理上可以用時延的方法實現(xiàn)，但是在實際中時隙交換器通常是用隨機存儲器(RAM)完成的 。上述兩種方法中，前者用開關矩陣實現(xiàn)交換的方法常稱為空分交換，后者則稱為時分交換?？辗纸粨Q時刻保持連接通信兩端用戶的線路處于持續(xù)接通狀態(tài)。時分交換則不然。,三. 電話網(wǎng)中的信令1.信令的用途：在電話網(wǎng)中，交換設備是根據(jù)用戶發(fā)來的信令控制接通哪一條或幾條電路的

11、。 2.信令的分類：(1)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)絡的構成決定著信號通過的鏈路。(2)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。,3.用戶信令：撥號脈沖：由機械（撥號盤）或電

12、路產(chǎn)生直流脈沖，用脈沖的數(shù)目表示電話號碼，其工作原理見下圖。當掛機時，用戶直流線路處于斷開狀態(tài)，電壓為0。當用戶摘機后，直流線路接通，電壓為正。若撥號“4”，則線路上發(fā)出4個脈沖。每個脈沖占100 ms時間，其中0電壓約占66 ms，正電壓約占33 ms。脈沖數(shù)目等于撥號數(shù)字，但撥號“0”時發(fā)出10個脈沖。故發(fā)送每個數(shù)字平均需用0.55 s時間。當電話號碼較長時，撥號費時太長。另外，它易受脈沖干擾，發(fā)生錯誤。,4.雙音多頻

13、(DTMF)信令：DTMF信令是從8個不同頻率的單音中選取兩個表示1位數(shù)字，見下表。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的時間（包括數(shù)字間隔時間），速度較快。,5.局間信令：(1) 隨路信令(CAS) ：是指信令和用戶信息（語音）在同一信道中傳輸?shù)男帕?。R2信令是一種基于E-1時分復用系統(tǒng)的隨路信令。在E-1系統(tǒng)中時隙TS16被預留用來傳遞這種信令。(2) 共路信令(CCS

14、) ：將呼叫控制信息和其他業(yè)務信息通過一個獨立的信令網(wǎng)絡傳輸。SS7信令為一種共路信令 。它比R2信令更高效，更可靠。SS7信令的標準化程度要比R2信令好。,呼叫和通話過程舉例,四. 電話網(wǎng)的性能指標1.話務量：電話網(wǎng)中負擔的業(yè)務量多少由話務量衡量，它分為流入話務量A ：其定義是單位時間（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）時間h之積，即式中，h 的單位是h/次，?的單位是次/h，故A是無量綱的。而A的

15、單位則稱為愛爾蘭。流入話務量表示每小時中平均線路占用時間。成功話務量：成功話務量A0的定義是單位時間（1h）內(nèi)呼叫成功次數(shù)?0和每次呼叫平均持續(xù)（占用線路）時間h之積，即,,,2.呼損率由于一般的通信網(wǎng)并不能保證所有呼叫都能夠成功地被轉(zhuǎn)接到對方用戶，所以必然會有少量的呼叫失敗，即發(fā)生“呼損”。呼損率則是指損失的話務量(A – A0)與流入話務量A之比，即成功話務量和呼損率之間的關系為由上式可見，呼損率越小，成功話務量

16、越大。一個電話網(wǎng)的流入話務量決定于客觀需求，在設計電話網(wǎng)時應該將流入話務量作為給定條件之一。呼損率和電話網(wǎng)的設計能力有關，例如交換機和中繼線等設備的容量都直接和呼損率有關。設備容量越大，呼損率越小，但是投資和運行費用也大。,,11.3 數(shù)據(jù)通信網(wǎng),※ 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的分類※ 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的組成※ 開放系統(tǒng)互連(OSI)參考模型※ 高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程(HDLC)※ 局域網(wǎng)－以太網(wǎng)※ ALOHA網(wǎng),一.數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的分類1.按

17、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庭院的范圍。城域網(wǎng)：城域網(wǎng)的覆蓋范圍為一個城市，一般約在50 km范圍以內(nèi)。廣域網(wǎng)：廣域網(wǎng)的覆蓋范圍則可達幾千千米。個（人區(qū)）域網(wǎng)：近年來新出現(xiàn)的，它的覆蓋范圍一般在一間室內(nèi)；由于采用無線傳輸方式，所以又稱為無線個域網(wǎng)(WPAN) 。,按照傳輸方式區(qū)分：無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)：在無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中目前發(fā)展最快的是無線局域網(wǎng)。 有線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)按照用途區(qū)分：專用數(shù)據(jù)網(wǎng)

18、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)是在數(shù)據(jù)通信的基本業(yè)務上附加了新的通信功能或業(yè)務，使其原有價值增高。例如，增加電子函件、語音信箱、可視圖文、電子數(shù)據(jù)交換(EDI)、在線數(shù)據(jù)庫檢索、因特網(wǎng)、虛擬專用網(wǎng)、“800”號受方付費業(yè)務、“200”號電話呼叫卡業(yè)務等。,二. 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的組成電路交換和信息交換1.電路交換：它的特點是在用戶之間建立一條連接通路，以直接傳遞信號。 電路交換時，在兩個用戶通話的持

19、續(xù)時間內(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，在通話時間內(nèi)，一個用戶收聽和講話的時間各占一半，再考慮到找人等待時間和講話時的間隙，實際發(fā)送話音的時間只占不到40%。所以多一半時間是空閑的。這是很大的資源浪費。,2.信息交換：一個通路可以被多個用戶發(fā)送的信息分時利用。所以通路的時間利用率可以大為增加。由于交換設備需要將收到的數(shù)據(jù)格式變成適合傳輸?shù)母袷?，在?shù)據(jù)到達接收端前再將其格式變成適合接收端

20、的格式，所以收發(fā)兩端設備所用的數(shù)據(jù)格式可以不同。由于信息交換是按照“存儲-轉(zhuǎn)發(fā)”方式工作的，交換設備將收到的數(shù)據(jù)先存儲起來，等到有通路可以利用時才轉(zhuǎn)發(fā)，所以有一定的時間延遲。信息交換又分為報文交換：將整個報文一次轉(zhuǎn)發(fā)，由于其長度可能很長，所以，其存儲時間也可能很長，從而造成時延可能很大。分組交換：首先將消息在交換設備中分成長度相等的短的分組（或稱“包” ），例如1000 b為一個分組，然后再傳輸。故延遲時間很小，目前應用廣泛。,

21、3.面向連接和無連接面向連接的數(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。此連接可以是通過呼叫建立的；也可以是永久性或半永久性的專線連接。無連接的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)：通信雙方終端之間不需要有線路連接。這時是采用信息交換方式，將數(shù)據(jù)分組發(fā)出。由于一個消息被分成若干分組后，每個分組在網(wǎng)絡中的傳輸路由可能不同，所以各組不一定按原順序到達接收端。因此，在發(fā)送端交換設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

22、號，在接收端交換設備中需要按照編號排列各組的次序，再將完整的接收消息送給終端用戶。所以分組交換的實現(xiàn)過程比較復雜的。若所有分組都經(jīng)過同一路由傳輸并用同一方式處理，則可以設想在收發(fā)終端之間好像存在一個虛擬信道，稱為虛信道，又稱為邏輯信道，并將這種通過虛信道的連接稱為虛連接。,4.通信協(xié)議數(shù)據(jù)通信需要將數(shù)據(jù)分組、編號、加上糾錯編碼和目的地址等。終端和交換設備完成這些步驟時必須遵守一些規(guī)定。這些規(guī)定稱為通信協(xié)議。通信協(xié)議，也稱通信規(guī)程

23、。這兩個名詞是通用的。為了制定一個通用的通信協(xié)議，需要將復雜的通信過程分成一些層次，每個層次承擔一定的任務，并為每個層次制定相應的協(xié)議。我們將這些層次和相應的協(xié)議的總和稱為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的體系結構。1983年國際標準化組織(ISO)就為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的體系結構制定出了一個通用的標準，它稱為開放系統(tǒng)互連(OSI)參考模型。它雖然在理論上比較完善，但是卻不太實用。下面先介紹這個模型，然后也對于因特網(wǎng)的體系結構作介紹。,三. 開放系統(tǒng)互連(OSI

24、)參考模型,第7層 － 應用層：應用層是OSI中的最高層，它確定進程之間通信的性質(zhì)以滿足用戶的需要。其功能決定于用戶的需求和網(wǎng)絡服務目的。應用層還要提供應用進程所需要的信息交換、遠程操作、系統(tǒng)管理和應用管理。應用層直接和用戶的應用程序通信。第6層 － 表示層：表示層將上一層提供的數(shù)據(jù)作必要的編碼或語法變換，以通信通用的格式送給網(wǎng)絡，使不同類型的設備能夠互相通信。其功能包括數(shù)據(jù)文件的格式化、編碼（ASCII碼、EBCDIC碼，等等）、加

25、密和解密、對話過程、數(shù)據(jù)壓縮、同步、中斷和終結。表示層還完成編碼和字符集的轉(zhuǎn)換和決定報文顯示方式。,第5層 － 會話層：會話層在兩個實體之間建立起進行一次“對話”的邏輯連接關系，負責網(wǎng)絡登錄和注銷、身份鑒別和運作方式（單工、雙工或半雙工）等，并對“對話”進行管理和控制，但是不包括呼叫建立、設置和斷開連接等功能。第4層 － 運輸層：運輸層傳送數(shù)據(jù)的單位是報文。它負責在網(wǎng)絡內(nèi)的兩個實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

26、傳輸。它還進行端到端間的差錯控制、順序控制和流量控制等。運輸層是通信的最高層。更高的3層已經(jīng)和網(wǎng)絡技術無關，而是涉及到網(wǎng)絡的應用方面。因此，運輸層是網(wǎng)絡層和會話層之間的接口，它將上下兩層隔開，使上一層看不見下層中數(shù)據(jù)傳輸?shù)募毠?jié)。,第3層 － 網(wǎng)絡層：網(wǎng)絡層的任務是選擇適當?shù)穆酚珊徒粨Q節(jié)點，使數(shù)據(jù)透明地傳輸?shù)侥康牡?。網(wǎng)絡層中的傳輸數(shù)據(jù)單位是分組，或稱包。因此，該層要負責將上一層送來的數(shù)據(jù)分組和對方發(fā)來的分組進行拆卸，并解決分組的丟失、重復

27、傳送和順序顛倒等問題。第2層 － 數(shù)據(jù)鏈路層：數(shù)據(jù)鏈路層負責在兩個相鄰節(jié)點間的鏈路上，以幀為單位無差錯地傳輸數(shù)據(jù)。它需要將上一層送來的數(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，并處理對方送回來的“確認”幀。它還需要負責鏈路的連通、維持和釋放，并且識別幀的邊界和在檢測到接收數(shù)據(jù)中有差錯時通知對方重發(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同步信息、地址信息、差錯控制和流量控制信息等。高級數(shù)據(jù)鏈路控制(HDLC)

28、規(guī)程是此層的主要通信協(xié)議之一。,第1層 － 物理層：物理層的任務是為上一層送來的數(shù)據(jù)提供一個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。物理層還負責物理媒體的連通（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接口標準。EIA-232標準適用于

29、通過標準電話線路傳輸數(shù)據(jù)時的物理層接口，而RS-449標準則適用于寬帶線路。,為了實現(xiàn)各層的功能，各層需要在上一層送來的數(shù)據(jù)分組前加上控制信息，稱為報頭(HA、HP、HS…)，如上圖所示。但是，第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）的報頭(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，從應用進程來看，開放系統(tǒng)2的應用進程AP2接收到的只是AP1發(fā)出的數(shù)據(jù)本身，沒有報頭，如圖中虛線表示的那樣，直接

30、從AP1將數(shù)據(jù)發(fā)送到AP2。在兩個應用層之間的通信，則只有數(shù)據(jù)和報頭HA，其他的報頭都被下面各層剝離掉了。類似地，下面各層也如此。從功能上看，最高3層主要是有關網(wǎng)絡控制、管理和應用方面等的功能，基本上和信息傳輸沒有直接關系；下面4層才直接是信息傳輸方面的功能。,TCP/IP體系結構 上面介紹的OSI體系結構雖然在理論上比較完整，但是由于它的全部標準制定拖延時間較長，實現(xiàn)起來過分復雜，和缺乏投入市場的驅(qū)動力量等原因，至今未能得到廣泛應

31、用。而在它的全部標準制定出來之前，因特網(wǎng)已經(jīng)在全球得到了極大發(fā)展。因特網(wǎng)的體系結構是從實踐中產(chǎn)生的，它稱為TCP/IP。TCP/IP體系結構只分4層。它和OSI體系結構的比較示于下圖中。,TCP/IP體系結構中的應用層相當于OSI體系結構中的最高3層，它直接為用戶的應用進程提供服務。這層的協(xié)議有多種，例如支持萬維網(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。TCP/IP中的運輸層和OSI中的運輸層

32、對應，它負責兩個應用進程之間的通信。運輸層有兩種協(xié)議，即面向連接的TCP協(xié)議和無連接的UDP協(xié)議。,,TCP/IP中的網(wǎng)際層相當于OSI中的網(wǎng)絡層，它用IP協(xié)議支持無連接的分組傳送服務。由于因特網(wǎng)是一個很大的互聯(lián)網(wǎng)，它將大量的各種不同類型的計算機網(wǎng)互連起來，故將其網(wǎng)絡層稱為網(wǎng)際層。TCP/IP中的網(wǎng)絡接口層對應OSI中的最低兩層。但是，嚴格講此層并不是一層，僅僅是一個接口而已。無論是OSI還是TCP/IP體系結構，其中各層分別都有自

33、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)絡的性質(zhì)和用途關系很大，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)為例作詳細介紹。,四. 高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程(HDLC)在HDLC中將一個分組稱為一幀。HDLC規(guī)定的幀結構示于下圖中。由圖可見，HDLC的一幀分為6個字段，下面分別給出其功能：,標志字段F：標志字段F標明一幀的邊界，它由“01111110”組成，共8比特。為了使一幀的頭尾兩個標志F

34、之間不會出現(xiàn)6個連“1”，避免和標志F混淆，HDLC規(guī)程規(guī)定發(fā)送端分組時若在兩個F之間發(fā)現(xiàn)有5個連“1”，則立即插入一個“0”。接收端則在發(fā)現(xiàn)5個連“1”后，即將其后繼的“0”刪除。當有兩幀連續(xù)傳輸時，前一幀的結束標志字段F就可以兼作后一幀的起始標志字段。,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”地址是無效地址。故有效地址共有254個。對于一般情況，此地址數(shù)目是足

35、夠的。在有效地址仍嫌不夠的情況下，容許將地址字段的長度擴展。擴展的方法是事先規(guī)定用第1比特表示“擴展”，其余7比特為地址位。當?shù)刂纷侄沃心硞€字節(jié)的第1比特為“0”時，表示下一字節(jié)的后7比特仍為地址位；當?shù)?比特為“1”時，表示此字節(jié)已是地址字段的最后一個字節(jié)了。,控制字段C：控制字段用于信令、應答和管理等。它的長度也規(guī)定為8 b，其具體功能示于下圖中。由圖可見，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

36、的取值不同，它將HDLC幀分為3類：信息幀I、監(jiān)督幀S和無編號幀U。 當C的第1比特是“0”時，表示本幀是信息幀I，攜帶有用戶信息。當?shù)?比特是“1”時，本幀的功能由第2比特決定。此時，若第2比特為“0”，則本幀是監(jiān)督幀S；若第2比特為“1”，則本幀是無編號幀U。,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”，則表示要求對方立即發(fā)送應答。在對方的應答幀中若將其置為“1”，則表示數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完畢?？刂?/p>

37、字段的其他比特的功能將在后面另行介紹。在信息幀I中，控制字段的第2至4位表示當前發(fā)送的信息幀的序號N(S)，第6至8位表示期望收到的幀在對方發(fā)送序列中的序號N(R)。N(S)和N(R)都是按模8運算的數(shù)字，即只能取值0至7。N(R)還含有確認信息，表示序號為[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運算的意思就是使序號的取值達到7后又回到0，這樣繼續(xù)循環(huán)計數(shù)。,在監(jiān)督幀S中，控制字段的第3和4位的功能

38、示于下表中，它給出接收狀態(tài)。無編號幀本身不帶編號，即不帶N(R)。它用控制字段的第3、4、6、7、8比特表示對網(wǎng)絡控制的各種信令。這5比特的排列可以得出32種控制信令。,信息字段I：信息字段I的長度可以任意規(guī)定，但是其中定義的每個字符的比特數(shù)必須是固定的。幀校驗序列FCS： 它用于監(jiān)督本幀中的誤碼，但是標志F不在監(jiān)督范圍內(nèi)。FCS規(guī)定采用循環(huán)冗余校驗(CRC)法。所用的循環(huán)碼生成多項式規(guī)定為x16 + x12 + x

39、5 + 1 。,五. 局域網(wǎng)－以太網(wǎng)以太網(wǎng)的結構目前廣泛應用的以太網(wǎng)多采用帶集線器的星形網(wǎng)結構，見下圖。圖中畫出4個計算機通過線路和集線器相連。集線器有多個端口，每個端口接一個計算機。集線器的功能是將每個計算機發(fā)出的信號通過線路轉(zhuǎn)送給其他各計算機。,集線器和計算機間的線路是兩對雙絞線（見下圖），分別用于發(fā)送和接收信號，其長度不超過100 m。由以太網(wǎng)的線路連接關系可見，一個計算機發(fā)出的信號可以送到其

40、他各個計算機。但是，一般情況都是只希望將信號發(fā)送給一個指定的計算機。因此，在發(fā)送信號中需要帶有地址信息，只有此地址的計算機才能接收到此信號。,此外，這種網(wǎng)絡中同時只允許有一個發(fā)送信號在線路中存在。若同時有多個發(fā)送信號，勢必造成互相干擾。為了解決上述這些問題，需要制定一個通信協(xié)議，為各計算機遵守。在以太網(wǎng)中采用的協(xié)議稱為載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測(CSMA/CD)協(xié)議。 下面就將介紹這個協(xié)議。,CSMA/CD協(xié)議的數(shù)據(jù)格式 假定：一

41、個計算機在發(fā)送信號之前處于監(jiān)聽網(wǎng)絡的狀態(tài)。只有當監(jiān)聽到線路上沒有“載波”時，才能向線路上發(fā)送信號。這里的“載波”一詞是指線路中其他計算機發(fā)出的任何電信號，不必須是正弦載波。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。上圖中顯示每組數(shù)據(jù)共分6個字段，其中5個字段共26個字節(jié)是用于網(wǎng)絡開銷，只有一個字段是用戶數(shù)據(jù)。下面給出這種數(shù)據(jù)格式的詳細規(guī)定：每個分組的最大長度為1526字節(jié)，最小長度為72字節(jié)。每個字節(jié)含8比特。,每個

42、分組分為6個字段：前同步碼8字節(jié)，報頭14字節(jié)，數(shù)據(jù)46至1500字節(jié)，校驗位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，但是最后以兩個比特“11”結束，即前同步碼為(101010…101011)。具體說，前同步碼的前7個字節(jié)是“1/0”交替碼，它用于建立比特同步，因為在一個計算機開始接收分組數(shù)據(jù)時比特同步尚未建立；最后1個字節(jié)是“10101011”，它表示在這個字節(jié)后面就是報頭的開始。報頭包括：4

43、8比特目的地址碼，48比特源地址碼，16比特類型碼。接收站需檢查報頭中的目的地址，看該組是否應當接收。其中第1個比特指示地址類型（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。,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)先級等。數(shù)據(jù)字段中字節(jié)數(shù)目必須為整數(shù)。當用戶數(shù)據(jù)長度不足46字節(jié)時，需要用整數(shù)字節(jié)的字段填充。幀校驗字段中校驗碼的生成多項式如下：

44、X32 + X26 + X23 + X22 + X16 + X12 + X11 + X10 + X8 + X7 + X5 + X4 + X2 + X + 1 幀校驗序列的校驗范圍不包括前同步碼。最后指出，上述數(shù)據(jù)格式中的報頭、數(shù)據(jù)和幀校驗序列屬于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。,CSMA/CD協(xié)議的工作當一個計算機要發(fā)送數(shù)據(jù)時，它的可能狀態(tài)如下：延緩：當線路中存在載波時，或在最小分組間隔

45、時間(9.6 ?s)內(nèi)，不能發(fā)送。發(fā)送：若不在延緩期，用戶可以發(fā)送直到分組結束或直到檢測有碰撞。中斷：若檢測到碰撞，用戶必須終止傳輸，并發(fā)送一個短的人為干擾信號，以確保所有碰撞方注意到此碰撞。重新發(fā)送：用戶必須等待一個隨機延遲時間，再試圖重新發(fā)送。這樣做的目的是使碰撞各方的延遲時間不同，以避免再次同時發(fā)送而引起碰撞。退避：延遲重新發(fā)送稱為退避。第n次重發(fā)之前的延遲時間等于一個隨機數(shù)乘以基本延遲時間。此隨機數(shù)在0 ~ (2n -1

46、)間均勻分布(0 10，此區(qū)間仍為0 ~ 1023。重發(fā)的基本延遲時間是51.2 ?s，它對于10Mb/s速率的以太網(wǎng)相當于512 b（64 B）的持續(xù)時間。,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。這時，每個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)聽者表明網(wǎng)上有載波存在。若從最后一次跳變開始在0.75 ~ 1.25個

47、碼元時間內(nèi)看不到跳變，就表明載波沒有了，即表示一組的終結。,高速以太網(wǎng)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?，“T”表示雙絞線。這種以太網(wǎng)至今仍在使用。不過，從1994年開始出現(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?，F(xiàn)在將速率達到和超過100Mb/

48、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速率的吉比特以太網(wǎng)。在2002年IEEE又完成了10吉比特以太網(wǎng)標準的制定。,六 ALOHA網(wǎng)什么是ALOHA網(wǎng)？它通過衛(wèi)星的一個公共信道，采用隨機接入?yún)f(xié)議，把幾個地方的計算機連接起來。ALOHA系統(tǒng)采用分組傳輸方式，分組的長度是一定的。早期ALOHA系統(tǒng)的工作協(xié)議很簡單，工作效率不高。因此，ALOHA系統(tǒng)的工作協(xié)議不斷改進，出現(xiàn)了時隙A

49、LOHA系統(tǒng)和預約ALOHA系統(tǒng)，并將早期的ALOHA系統(tǒng)稱為純ALOHA系統(tǒng)。,純ALOHA系統(tǒng)：工作模式： 發(fā)送模式：用戶在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時可以隨時發(fā)送。發(fā)送的分組具有糾錯能力。收聽模式：在發(fā)送后，該用戶收聽來自接收端的“確認(ACK)”消息。當有幾個用戶同時發(fā)送信號時，由于信號間的重疊會造成接收數(shù)據(jù)中出現(xiàn)誤碼。我們稱這種現(xiàn)象為碰撞。這時發(fā)送端將收到接收端送回的“否認(NAK)”消息。重發(fā)模式：當發(fā)送端收到“NAK”后，將重發(fā)

50、原來的數(shù)據(jù)分組。當然，若碰撞對方也立即重發(fā)，將再次發(fā)生碰撞。所以，要經(jīng)過一段隨機延遲時間后再重發(fā)。超時模式：若發(fā)送后在規(guī)定時間內(nèi)既沒有收到ACK，也沒有收到NAK，則重發(fā)此數(shù)據(jù)分組。,系統(tǒng)性能分析歸一化通過量和歸一化總業(yè)務量設每個數(shù)據(jù)分組的長度為b比特，由用戶送入系統(tǒng)的總業(yè)務到達率為每秒?t個分組，其中成功接收率為每秒?個分組，拒收（發(fā)生碰撞）率為每秒?r個分組，則有?t ＝ ? ＋ ?r（分組/秒）于是可以將

51、系統(tǒng)的平均成功傳輸量（或稱通過量、吞吐量）定義為將系統(tǒng)的總業(yè)務量定義為若系統(tǒng)容量（最大傳輸速率）為R (b/s)，則定義歸一化通過量為定義歸一化總業(yè)務量為,,,,,由于平均通過量p? 不可能大于系統(tǒng)的容量R，所以歸一化通過量p不可能大于1?？倶I(yè)務量P? 決定于用戶的需求，它可能很大，所以歸一化總業(yè)務量P可以大于1。一般說來，可以寫成0 ? P ? ?。這樣，一個分組的（最小）傳輸時間應該等于將上式代入式中

52、，得到前兩式中，得到及,,避免碰撞的最小間隔時間由上圖可以看出，為了避免碰撞，一個分組至少需要2? 的空閑時間。因為若在本分組發(fā)送前? 秒內(nèi)有另一個用戶在發(fā)送，則會和前一分組的后部碰撞；若在本分組開始發(fā)送的? 秒內(nèi)有另一分組發(fā)送，則會和后一分組的前部碰撞。換句話說，成功發(fā)送一個分組的條件是在相鄰兩個? 的時間間隔內(nèi)沒有其他的消息到達。,歸一化通過量p和歸一化總業(yè)務量P之間的關系若有大量不相關的用戶向一個通信系統(tǒng)

53、發(fā)送消息，則此通信系統(tǒng)中消息到達的統(tǒng)計特性通常用泊松分布表示。這就是說，在? 秒時間間隔內(nèi)有K個新消息到達的概率可以表示為泊松分布：式中，?為消息的平均到達率將上式中的?用總業(yè)務到達率?t代替，K用0代替，就表示在一個? 的時間間隔內(nèi)沒有消息到達的概率：,,,因此，在ALOHA系統(tǒng)中一個消息成功傳輸?shù)母怕蔖s應該是相鄰兩個? 內(nèi)都沒有消息到達。故有：由于總業(yè)務到達率?t等于平均成功接收率?和平均拒收率?r之和。所以根據(jù)

54、概率的定義可知，?和?t之比就是成功傳輸?shù)母怕?，即由上兩式可以求出將上式代入并且考慮到得到歸一化通過量上式就是要求的歸一化通過量p和歸一化總業(yè)務量P的關系,,,,,,,性能曲線：在上圖中標記為“純ALOHA”的曲線就是按上式畫出的。由圖可見，隨著P增大，p也逐漸增大，直至某一點后由于碰撞大量增加而開始下降。p的最大值等于1/2e = 0.18，它發(fā)生在P等于0.5時。即“純ALOHA系統(tǒng)”的

55、信道容量利用率只有18％。,時隙ALOHA系統(tǒng)（S-ALOHA系統(tǒng)）改進之處：衛(wèi)星向所有站發(fā)送一同步脈沖序列，將時間劃分為等于分組長度的時隙? 。在這種系統(tǒng)中，分組的長度? 仍然是固定的，但是規(guī)定分組開始發(fā)送的時間必須在時隙? 的起點。這樣的一種簡單規(guī)定就能使碰撞率減少一半，因為只有在同一時隙中發(fā)送的消息才可能發(fā)生碰撞。,工作原理圖中僅顯示出兩個站。站1的分組a和站2的分組c的到達時刻不在同一時隙中，所以它們都能成功地

56、發(fā)送。站1的分組b和站2的分組d的到達時刻在同一時隙內(nèi)，所以會發(fā)生碰撞。這樣就將對分組到達時間間隔的要求從純ALOHA系統(tǒng)的2? 減小為? ，使碰撞率減少一半。這時的歸一化通過量p和歸一化總業(yè)務量P的關系式變?yōu)?,按上式畫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。在重發(fā)模式下，S-ALOHA系統(tǒng)的重發(fā)必須延遲時隙的整數(shù)倍時間。這一點稍有別于純ALOHA系統(tǒng)。這個整數(shù)倍時隙

57、的延遲時間決定于各站的隨機數(shù)產(chǎn)生器。當然，兩個隨機數(shù)產(chǎn)生器產(chǎn)生的隨機數(shù)可能相同，但是這種情況發(fā)生的概率極?。灰坏┌l(fā)生，會發(fā)生再次碰撞。若出現(xiàn)這種情況，則使用另一個隨機數(shù)再次重發(fā)。,預約ALOHA系統(tǒng)（R-ALOHA系統(tǒng)）基本模式：未預約模式和預約模式未預約模式（靜止狀態(tài)）下： 將時間分為若干小的子時隙。 用戶使用這些子時隙來預約消息時隙。 在發(fā)出預約請求后，用戶等待收聽確認和時隙分配的信息。預約模式下： 一旦有了一個預約，

58、時間將被分成幀，每幀又分成M+1個時隙。 前M個時隙用于消息傳輸。 最后一個時隙再分成N個子時隙，用于請求和分配預約。 用戶只能在M個時隙中分配給他的時隙內(nèi)發(fā)送消息分組。,例：有不同的實現(xiàn)方案。在下圖中畫出一個例子 ：在靜止狀態(tài)時（圖中最右端），沒有預約，故時間被分成短的子時隙，用于進行預約。一旦有了預約，系統(tǒng)將時間分成幀。每幀有6個時隙(M=5)，其中最后一個時隙又分為6個子時隙(N=6)。在第3時隙有一個

59、站發(fā)出請求，要求預約3個消息時隙。,在第9個時隙該站收到確認和分配給它的發(fā)送第1個分組的位置。該站在發(fā)送第1個分組之后，繼續(xù)在下一個時隙發(fā)送第2個分組。但是，該站知道再后一個時隙是用于預約的，它被分成6個子時隙。所以，在這個預約時隙之后才發(fā)送第3個分組。因為這種體制是分散控制的，所有各站都能收到衛(wèi)星發(fā)送的下行信號中包含的預約時隙格式和分配，故只需指定分配的第1個分組的位置就夠了。在傳輸完預約分組后，若再沒有發(fā)送請求，則系統(tǒng)返回靜止

60、狀態(tài)的子時隙格式，并通過下行信道向各站發(fā)送同步脈沖。,S-ALOHA系統(tǒng)和R-ALOHA系統(tǒng)的性能比較,11.4 綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(ISDN)一. 窄帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(N-ISDN)N-ISDN的信道類型 B信道：傳輸速率64 kb/s?？梢杂糜趥鬏敂?shù)字語音或數(shù)據(jù)等用戶數(shù)字信息。 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。 H信道：它有3種不同的傳輸速率，即H0信道 －

61、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、日本和韓國等）H12信道 － 傳輸速率為1920 kb/s，（主要用于歐洲和中國大陸）H信道用于傳輸用戶信息。,N-ISDN的接口基本結構圖 家庭或小單位接口舉例用戶的各種ISDN終端設備(第1類終端設備TE1) 多至8個，可以同時接到第1種網(wǎng)絡終端(NT1)的連接器上。 網(wǎng)絡終端NT

62、1和終端設備的接口位于圖中參考點T，而NT1和ISDN的接口參考點是U。NT1具有OSI第1層的功能。,大單位的終端接口舉例用戶的各種ISDN終端設備接到第2種網(wǎng)絡終端NT2的連接器上。此接口位于圖中參考點S。NT2是有智能的， 并且可能有集中和交換功能，即相當于具有OSI第3層的功能。它可以有多個連接參考點S。,圖中還示出非ISDN終端設備(第2類終端設備TE2)，它可以通過終端適配器TA接到參考點S

63、。非ISDN終端和TA的接口參考點是R。 適配器TA能將用戶數(shù)據(jù)變換成ISDN的數(shù)據(jù)格式，并在需要時加入附加的信令。它還可以將輸入的模擬語音和傳真信號數(shù)字化，變成ISDN格式，再送入網(wǎng)絡。,網(wǎng)絡-用戶物理接口的標準結構 基本速率接口BRI：由兩個B信道和一個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B信道可以獨立地使用，即可以分別連接不同終端；其中一個B信道用于數(shù)字電話，另一個B信道可以用于傳輸數(shù)

64、據(jù)、可視圖文或PCM電話等。在BRI接口上，除了傳輸(2B+D)信號外，還有傳輸同步信息等其他開銷，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。在歐洲和中國大陸，PRI使用30個64 kb/s的B信道和1個64 kb/s的D信道，合成的比特率是2048 kb/s,在北美、日本和韓國，PRI使用23個64 kb

65、/s的D信道和一個64 kb/s的D信道(23B+D)，合成的比特率是1,544 kb/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。,二. 寬帶綜合業(yè)務數(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)務數(shù)字網(wǎng)。 ITU-T建議在B-ISDN中采用異

66、步傳遞方式(ATM)作為B-ISDN中的信息傳遞方式。 B-ISDN的協(xié)議參考模型物理層和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)絡類型。ATM層負責連接和復用。 ATM適配層(AAL)在ATM層之上，其功能是提供各種業(yè)務、進行信元的裝配和拆卸、解決傳輸抖動、進行流量控制和差錯控制等。更高層是用戶層，其功能還有待研究。,ATM網(wǎng)絡的結構ATM網(wǎng)絡的組成：包括ATM用戶網(wǎng)絡和ATM傳輸網(wǎng)絡。AT

67、M用戶網(wǎng)絡：由用戶終端設備TE、網(wǎng)絡終端NT 和傳輸鏈路組成。ATM傳輸網(wǎng)絡：由ATM交換節(jié)點SN和傳輸鏈路組成。ATM網(wǎng)絡示意圖：,ATM網(wǎng)絡示意圖： 用戶-網(wǎng)絡接口: UNI 網(wǎng)絡節(jié)點接口：NNI,ATM層ATM層的連接功能：ATM連接由一些ATM層鏈路串聯(lián)組成，為接入點之間提供端-端傳遞能力。在給定接口處和給定方

68、向上，同一物理層連接在ATM層被若干虛路徑VP 所復用；這些虛路徑用虛路徑標識符VPI 來區(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識符VCI 來區(qū)別。,VPI和VCI的關系在一個給定的接口上，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在一個接口上需要由VPI和VCI兩個值才能被完全識別。若一段虛信道連接VCC是在交換線路上，則VCI的一個特定值沒有端-端意義，因為當V