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1、通信网络 2012级 研究生课程,通信网络参考书：通信网络基础 李建东等编著- 高等教育出版社宽带通信网络原理 龚向阳等编著 - 北京邮电大学出版社,1. 通信网络概述,数据通信与计算机网络的发展历史1960s：以计算机为核心的网络的建立和应用；1970s：计算机互联网的实验与TCP/IP协议的创立；1980s：国际互联网的发展综合服务业务网概念的提出；1990s：ATM（异步转移模式）网络技术的发展高速宽带网络技术的广泛应用；2000s：下一代网络（NGN）和下一代互联网的发展；,1. 通信网络概述,华南理工大学,有关数据通信网络技术发展的发展水平基于波分复用单根光纤的传输速率实验室研究结果
2、已经可达Tbps（1000Gbps1000000Mbps1012bps）的水平。 实际使用的光纤的传输速率已经达到几十Gbps。 高速路由器和交换机的端口速率也已经达到几十Gbps。 采用超宽带技术的无线个域网的速率可达几百兆bps的水平。 无线局域网的速率达到约50Mbps的水平。 无线城域网的速率达到接近100Mbps的水平。,1. 通信网络概述,华南理工大学,宽带通信网络的概念 宽带网络：用户与网络之间的接口速率大于PCM一次群速率的网络。(传输多媒体信息所要求的基本速率)一次群（基群）速率：中国、欧洲等国家和地区：2.048Mbps；北美、日本等国家和地区：1.54Mbps。一般认为：
3、宽带网络的接口速率大于等于：2Mbps满足音频、视频等多媒体信号同时传输的要求：例如 MPEG1：1.5MbpsMPEG2: 46MbpsMPEG4/H.264: 1-2Mbps,1. 通信网络概述,华南理工大学,无线通信网络 移动通信系统的无线接入网蜂窝结构：基站用户间采用点到多点(MPM)无线工作方式；基站与核心网之间采用有线(或无线)的连接方式。 互联网的无线接入网作为有线连接的局域网的无线扩展，通过AP(Access Point)设备使用户通过无线的方式接入网络，构成无线局域网。 无线网状网(无线Mesh网) 节点间通过无线互联的方式构成可实现区域覆盖的网状结构的网络。如Ad Hoc网
4、络、无线回程网等。,1. 通信网络概述,华南理工大学,无线通信网络(续)无线传感器网络由无线传感器通过无线方式互连构成的网络；网络结构：点到多点(MPM)方式、网状网方式；主要关注问题：低功耗、轻量级协议栈。,1. 通信网络概述,华南理工大学,无线通信网络(续) 无线通信网络的规模划分无线广域网：全国范围，如运营商的移动通信网络；无线广域网通常泛指有无线接入网和核心网构成的跨区域大规模网络。无线城域网：方圆几公里到几十公里范围，如802.16网络；无线局域网：若干百米范围，如802.11网络； 无线个域网：若干米范围，如802.15篮牙、超宽带(UWB)。,1. 通信网络概述,华南理工大学,无
5、线通信网络(续) 无线通信网络的主要发展方向宽带化(物理层技术)：3G2Mbps；WLAN54Mbps；LTE、802.16100M-300M；UWB500M-1Gbps。支持移动性(物理层、链路层技术)： 终端移动环境下的高传输速率；终端高速移动下的通信(如高铁)。异构网间的无缝漫游(网络层技术)：终端可接入不同的网络，如在不同制式的蜂窝移动网络、WLAN和UWB网络间无缝漫游切换。无线资源管理与调度(综合及跨层技术)：资源(时域、频域、空域等)的优化调度管理、QoS、动态路由算法、认知无线电和认知网络。,1. 通信网络概述,华南理工大学,下一代网络下一代网络（NGN：Next Genera
6、tion Networks）泛指新一代的网络技术、体系与结构(1)下一代互联网（NGI：Next Generation Internet）新一代的互联网网体系结构，主要特征采用IPv6协议；提供服务质量（QoS）保证；具有良好的安全协议和机制；支持移动（在移动的环境下保证通信的连续性）；可管理和运营。,1. 通信网络概述,华南理工大学,下一代网络(续)(2)下一代网络(国际电联定义的新一代网络)主要特征分组化：基于IP网络实现多种业务融合；开放性：各种应用层的协议接口标准化；多业务：业务与控制分离、控制与承载分离（各种业务均采用统一的“信令机制”，如SIP）；提供服务质量保证；有良好的网络安全
7、机制；普遍接入能力：有线无线，固定移动等。,1. 通信网络概述,华南理工大学,下一代网络 中国下一代互联网（CNGI：ChinaNGI）发展情况：中国是互联网的后发展国家，地址资源严重匮乏，对推广IPv6最为迫切；NGI的发展为中国在互联网领域设备的研制和有关应用协议和相关软件的开发提供了历史机遇；国家发展和改革委员会建立CNGI的发展基金，投入巨大的财力支持CNGI的研究与开发；中国已经构建起全国范围的IPv6实验网，如中国教育科研网2：CERNET2，华南理工大学是CERNET2的主节点之一。,1. 通信网络概述,华南理工大学,1. 通信网络概述,通信网络的基本功能与组成(1)点对点通信系
8、统：实现两点之间的通信功能；硬件：发信端、信道（传输介质）、接收端软件：两点间的通信协议。(2)网络通信网络：实现多点到多点之间的高效率通信；硬件：发收终端、信道、网络设备（交换节点）软件：通信协议接入网络控制传输路由选择信息转发与交换策略资源调配、服务质量控制、业务及流量管理拥塞控制运行管理、故障处理,华南理工大学,典型的通信网络系统(1)程控电话交换网络基本组成：程控交换机用户电话机结构：一级交换中心:网状结构二级交换中心：星形结构三级交换中心：星形结构四级交换中心：星形结构端局 用户电话机(实际系统中可出现跨接方式(虚线),1. 通信网络概述,华南理工大学,典型的通信网络系统(续)(2)
9、 计算机网络基本组成：集线器、路由器、交换机、终端局域网：集线器/交换式集线器，终端(计算机、服务器)网络边缘区域：网关/路由器；网络外围区域：低速交换机网络核心(骨干)区域：高速交换机,1. 通信网络概述,华南理工大学,典型的通信网络系统(续)基于IP协议的计算机网络由多重的局域网和骨干网互连而成,1. 通信网络概述,华南理工大学,典型通信网络系统(续)(3) 移动通信网络基本组成：核心网、接入网、移动通信设备接入网：基站；家庭基站(Femto)核心网：高速交换机/路由器；服务器(网络管理，信息服务),1. 通信网络概述,华南理工大学,互联网(Internet) 由计算机网络互联而成的网络系
10、统集合。基本组成：通信网、资源信息网通信网：由集线器/交换机/路由器构建的通信系统信息资源网：由服务器构建的信息和计算服务的信息资源网,1. 通信网络概述,华南理工大学,互联网(Internet)(续)互联网的基本功能通信功能：网络中包含的集线器、交换机和路由器等组成的通信网络部分可实现各种媒体信息的交互传递；信息服务功能：网络中包含的大量网站和服务器可为用户提供各类的信息。,华南理工大学,1. 通信网络概述,基础物理网络同步数字系列/同步光网络(SDH/SONET)SDH/SONET采用光纤构成双向环状的物理网络，构成区域的连接覆盖。,华南理工大学,1. 通信网络概述,SDH/SONET,无
11、线网状网(无线Mesh网)通过无线方式实现区域覆盖的通信网络广义的无线网状网可包括Ad Hoc网络、无线传感器网络等,华南理工大学,1. 通信网络概述,现代通信网络的基本特点(1) 数字化：包括电信网、移动通信网的变化、互联网(2) 标准化：各类网络的核心网IP网(3) 智能化：网络智能化将网络的交换功能与控制功能分离，为各类业务提供灵活的传输服务终端智能化易于构建各种类别服务(4) 综合化：业务综合一个网络接入端口可提供各种业务的传输服务(5) 宽带化：可提供高速的多媒体传输服务(6) 个性化：提供可定制的服务(7) 可移动性：无论何时、何地、何种环境，均可方便地接入网络,华南理工大学,1.
12、 通信网络概述,通信网络的有关特性及参数业务特征(1) 用户信息速率 现代通信网中的用户的信息速率通常是一个变化的量，受使用人的行为、传输内容、信号处理方法和/或可用传输速率等方面的影响：速率通常由以下的参数描述峰值速率平均速率(2) 用户信息速率的突发性 用户业务流的突发性可由突发度来描述：突发度峰值速率/平均速率,华南理工大学,1. 通信网络概述,通信网络的有关特性及参数(续)(3) 用户的业务特征参数用户业务的特征通常可由两个参数来描述平均速率：瞬间允许的最大突发量：网络对用户传输业务量业务通常用至 t 时刻传输的总业务量来限定：,华南理工大学,1. 通信网络概述,对通信网络的基本性能要
13、求(1) 信息的透明性 无论用户发送什么信息，保证信息正确地传送到目的地。不同的场合、不同的业务类型，对传输的要求有所不同。衡量信息透明性的主要指标：误码率，分组差错率传输出错的原因：传输信道信道不理想噪声和干扰交换/复用过程出错用户需求和网络可用资源不适配,华南理工大学,1. 通信网络概述,对通信网络的基本性能要求(续)典型的误码特性分布,华南理工大学,1. 通信网络概述,对通信网络的基本性能要求(续)(2) 时间透明性无论用户发送什么信息，按照用户对时延的要求将信息传送到目的地。有关时延的主要参数：最大时延；最小时延；平均时延；时延抖动：最大时延与最小时延之差。,华南理工大学,1. 通信网
14、络概述,对通信网络的基本性能要求(续)典型的时延分布特性通过缓冲器可实现时延分布特性的调整调整前 调整后,华南理工大学,1. 通信网络概述,华南理工大学,1. 通信网络概述,通信网络的发展与演变电报通信：一种最早的有线/无线数字通信方式。电话网：人工交换机械自动交换程控交换基于电路交换方式工作 电路交换形式：频分复用时分复用/交换空分复用/交换采用专门的控制信令 终端信令：用户/网络间信令网络信令：共路信令随路信令分组(IP报文)交换软交换,华南理工大学,1. 通信网络概述,通信网络的发展与演变(续)数据通信网/计算机网络早期的公共数据通信网：X.25（协议）网早期应用的计算机网络：企业自定协
15、议，互不兼容1969年美国国防部开展资助分组交换网络的研究，该研究的成果最后演变成现在的国际互联网1984年国际标准化组织（ISO）发布开放系统互连（OSI）7层参考模型TCP/IP最终成为网络层及网络以上层协议的事实标准IEEE802.XX最终成为链路层、物理层协议的事实标准数据通信网与计算机网络的概念已经融为一体。,通信网络的发展与演变早期的数据通信网络(1)X.25分组交换网采用国际电联（原CCITT）X.25协议X.25协议定义了物理、链路、分组（网络）级有关规范采用面向连接的虚电路工作方式在链路层、网络层逐段均采用流量与差错控制可靠性高、效率较低曾经作为数据通信的主要标准应用，使用成
16、本很高,华南理工大学,1. 通信网络概述,通信网络的发展与演变(续)(2)帧中继网络帧中继仅定义了物理、链路层有关规范采用面向连接的虚电路工作方式流量与差错控制依赖用户高层协议实现简单、效率较高使用价格相对低廉，曾经试图作为X.25网的替代技术,华南理工大学,1. 通信网络概述,通信网络的发展与演变（3）数字数据网（DDN）DDN仅定义了物理层的有关规范为用户提供N64kbps的透明数据传输帧格式、流量与差错控制等均依赖用户高层协议实现简单、效率较高可为用户提供专用的数据传输信道,华南理工大学,1. 通信网络概述,通信网络的发展与演变(3)窄带综合数字业务网（N-ISDN） 基于电话通信的程控交换系统提供数据传输服务可为用户提供N64kbps的电路交换信道用户可通过一个端口同时接入数字电话、传真等多达8种不同的数字终端设备，实现综合业务服务上述的数据通信技术，随着ATM/宽带综合数字业务网(B-ISDN)技术，特别是基于TCP/IP的互联网技术的发展，基本上均已淘汰。,华南理工大学,1. 通信网络概述,
