宽带通信网原理1

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1、宽带通信网原理,第一章 绪论,宽带通信网技术是传统电信网与计算机网发展融合的产物。本课程主要介绍宽带通信网技术的理论原理、技术标准与协议。,宽带网两种主流技术： 1、电信界推崇的-ATM技术 2、计算机界推崇的-IP技术,网络技术是通信和信息领域最活跃的技术之一。 宽带网技术是网络的核心技术。,1.1 通信网技术的发展历程,近20年来，网络体系结构、信息传递方式、通信控制方式和管理方式都发生了深刻的变化： 1、网络的业务种类越来越多。 2、不同的业务能够综合在同一个网络之中。 3、不同的网络之间能够相互沟通。 4、网络出现了融合的趋势。,20世纪通信网技术的几次重大革命： 60年代-网络的计算

2、机化 70年代-网络的数字化 80年代-网络的业务综合化 90年代-网络的宽带化、智能化和个人化 当今-计算机无所不在，数字技术席卷一切通信领域。,随着光纤技术和微波技术的发展和应用，传输速率日益提高，接入方式日益灵活，主干光纤传输速度达到Tbps级。 微波通信技术和卫星通信技术的发展使任何人，在任何时间，任何地点都能接入网络。 （WWWWhoever,Whenever,Wherever)。 ATM交换机和告诉路由器使网络能够进行宽带综合业务的线速交换。,1.2 当前网络的发展趋势,1、波分复用（WDM）技术的发展使网络传输速率更高。 2、路由和交换技术的发展使交换能力更强，吞吐量更大。 3、

3、微波技术的发展使蜂窝移动技术向第三代过度。 4、无线接入速度从100kbps级向2Mbps甚至更高的速率发展。 5、移动通信从单一的话音业务向宽带数据和多媒体业务过渡。,6、宽带无线接入发展迅速，无线局域网（WLAN,使用IEEE802.11协议）已广泛使用，接入速率从1Mbps提高到几十兆bps。 7、采用IEEE802.16协议的宽带无线接入系统WiMAX接入速率达到几十兆bps，WLAN 和WiMAX都支持终端的移动和漫游。,8、网络的智能化、个性化、综合化程度大幅提升。 9、网络的业务范围进一步扩大，称为巨大的知识和信息库。 10、网络之间从竞争走向合作，融合的趋势更加明显。计算机网、

4、通信网、广播电视网融合，固定网合一动网融合。 11、新兴业务增强或取代传统业务，如：VoIP、MSN、Skype会旁路传统电话业务。,1.3 宽带网的定义和主流技术,宽带网-是相对窄但而言的，没有严格定义。 窄带-一般指传统话音信道的带宽，即64kbps。 窄带业务-指话音业务以及可以在话音信道内传递的业务，如：低速数据、传真、静止或慢扫描图片。,在数字电话网络中，32路或24路话音信号复用成PCM一次群，传送速率为：2.048Mbps或1.544Mbps。目前人们所说的宽带网可定义为用户和网络之间的接口速率大于PCM一次群的网络。,宽带网有两种主流技术：ATM和IP,ATM- (Asynch

5、ronous Transfer Mode),起源于20世纪80年代，是一种面向连接的分组交换技术。 通信时与电话网类似分三个过程： 建立连接、传输数据、拆除连接。,优点： 能很好地控制业务流量、管理网络资源、保证服务质量。 缺点： 结构严格、协议复杂、运营成本高。,IP-(Internet Protocol),起源于20世纪70年代，采用无连接的分组交换方式，通信前不必建立连接，同一通信的分组可经由不同路径到达目的地。,优点： 灵活简洁、易于实现、对物理层、数据链路层和高层协议没有严格限制，能在任何已有的数据链路协议之上运行，提供开放的接口，支持不同的业务和应用，是开放的网络。 缺点： 很难分

6、配资源，不容易控制流量，不能保证服务质量。,1.4 ATM和IP的结合与竞争,ATM接入网和用户驻地网技术不够成熟，接入设备昂贵，不能延伸到用户桌面，限制了ATM大规模应用。 IP虽然得到了广泛应用，但缺乏高速传送平台，影响了高速数据、视频等宽带业务在IP网上的开展。,ATM希望通过IP协议延伸到用户桌面，取得大规模应用； IP看中了ATM理想的宽带综合业务传送平台。 于是产生了一种新技术： IP over ATM,IP over ATM技术经历了两个阶段： 第一个阶段：重叠技术 将IP协议置于ATM协议之上， ATM相当于IP的传送网。 有多种体系结构：局域网仿真（LANE），传统IP ov

7、er ATM（CIPOA),多协议over ATM（MPOA）。 问题： 层次较多，控制开销大，网络性能低，面向连接和无连接技术运行于一个网络中，增加了网络复杂性。,第二阶段：集成技术 将ATM的第三层功能和IP层集成在同一节点，对外隐藏ATM协议，节点内部采用ATM交换方式。这样的节点叫交换路由器或路由交换机。 继承方式也有多种技术：IP交换，标记交换，多协议标记交换。 最成功的是多协议标记交换（MPLS)。,多协议标记交换（MPLS)已在互联网中广泛推广，它不仅能提供快速的分组传送，还对实时业务流量工程、管理网络资源、保证服务质量起到了重要作用。,1.5 IP网面临的挑战,IP网已不再是单

8、纯的数据网，而是提供话音、数据、图像和多媒体业务的综合网络，业务范围已深入电信领域。既要提供丰富的信息供人们检索和办理各种事务，又要提供快捷、可靠、安全的通信服务，还要提供组播和广播业务。为了实现这个目标，需要解决以下问题：,1、地址枯竭 IPv4地址几乎耗尽，IPv6和IPv4不兼容，从IPv4过渡到IPv6还需要很长时间。 2、服务质量难以保证 IP网原是一种尽力而为的网络，不能保证服务质量，这对电信业务来说是不能容忍的。,3、网络和信息安全问题 IP网原是一种开放的网络，这使它容易遭到攻击，地址会被假冒，信息会被窃听，虽然制定了多种安全协议和策略，但安全问题并没有根本解决。 4、支持移动

9、问题 移动终端的功能越来越强，移动信息业务成为网络业务新的增长点，传统IP不支持移动。,5、管理和运营问题 传统的IP管理松散，运营模式单一，如：收费与使用的资源无关，带宽浪费，垃圾滋生，不能对不同业务区别管理。,1.6 下一代互联网和下一代网,1、下一代互联网 目前还没有严格的定义 主要特征： 1）采用IPv6协议 2) 能提供服务质量保证 3）有较好的安全协议和安全机制 4）支持移动 5）可管理，运营良好。,2、下一代网 目前还没有严格的定义 主要特征： 1）分组化基于统一IP分组 2) 开放性体系开放，协议接口标准化 3）多业务业务与控制分离控制与承载分离，业务独立于网络。 4）保证服务

10、质量和安全性 5）普遍接入能力提供不受限的接入能力，支持移动。,宽 带 网“宽带”这个词当前被广泛地应用在各种不同的场合，成为描述超过200kbit/s的速率的最常用词。 然而，这是很狭隘的一种描述，因为宽带实际上代表了通向新的可能性的一个入口。它意味着我们通过宽带可以获得新的保持实时通信的方法，宽带是让我们可以自由地获取信息以及通向新的商业和娱乐形态的永远畅通的媒介。,什么是宽带 所谓宽带，是指某种传输媒介的宽频带特性及其同时传输多种信号和业务的能力。这样的媒介可以是同轴线、光纤、双绞线或是无线的。有了宽带，在传送信息时就有很大的频率范围可以应用。这就使得可能是不同业务类型的多个信号通过不同

11、的频率或信道同时传送，而同时发送的信息量也随之加大。,在速度方面，FCC(Federal Communications committee，联邦通信委员会)定义宽带应当在最后一英里支持超过200kbit/s的上行(用户到服务供应商)和下行(供应商到用户)速率。这个定义是基于如下观点，即200kbit/s或更高的速率足以满足用户在网上冲浪时象阅读普通书籍那样翻页或者用来传送含有丰富运动画面的视频。,宽带和基带 计算机和通信产业在一开始是各有特色而相互独立的。20世纪70年代末，当计算机开始利用本地网络作为媒介进行通信时，两者开始融合。这样的融合引发了关于哪一种是更有效的布线技术的争论，因为可供选

12、择的布线应用有基带和宽带两种。,基带是基于以太网的发展，使用的是20MHz、50的电缆。以太网设计成半双工方式工作，允许用户以最高可达10Mbit/s(10000000比特每秒)的速率进行传输。这比使用双绞线、上限是1Mbit/s的电话线要好得多。需要这种新媒介的另外一个原因是所有要传送的信号都是数字调制的而非模拟的。这些数据以数值方式通过直流信号加到传输线上。,宽带是另外一种选择，通过在75电缆上应用频分多路复用(Frequency Division Multiplexing,FDM)技术，它的带宽可达350MHz。作为有线电视信号的传送方式，这一技术早已广为人知。此外，宽带已经投入使用多年

13、，因而使用其传输具有商业价值。它的容量在技术上也有很大的争论。,基带局域网 在电信术语中，基带描述的是信息可以以数字形式在单一信道中传输的通信系统，而这样的信道占有传输媒介的整个带宽。换句话说，这是一种单信道频带。以太网、令牌环网都是基带网络的例子。在这几个例子中，数据信息被直接放置到传输线上，而传输媒介的全部带宽都得到了利用。,正因为如此，在每个给定的线路中，每次只有一个站点对媒介拥有接入权，图1-1对此作了示例。基带网络典型操作是半双工模式，也就是说，在任意特定的时刻，数据流向是单一的。通过给每个站点分配到交换机的专用媒介以消除对进程的争夺，原始以太网的很多改进型现在可以允许全双工操作。,

14、宽带局域网 尽管在数目上远远少于基带局域网，宽带网还是在多种服务(例如数据和闭路电视信号)需要同时通过同一基础设施传输的场合找到了它的市场。工厂和校园就是拥有这种设备的例子。宽带网络的运作方式可以用公路系统来打比方。公路有着有限的宽度和容量，但是它可以分为多条车道以容纳不同类型的车辆，快车使用外面的车道，慢车用里面的。宽带网络的运作方式与此类似。线路的宽度以赫兹（hertz）来计量，这是表征每秒的周期数（频率）的单位。高频端与低频端的差距越大，线路的带宽和容量就越大。,频分多路复用（FDM）技术在电缆上使用不同的频率创建不同的信道，跟公路上的多车道是类似的。将各种服务分配到独立的信道可以使不同

15、类型的信号在一条电缆中共存且向相反方向传播，而不必担心它们互相干扰。,作为一项模拟技术，FDM需要一个调制解调器将数字信号转换成模拟信号，并在另一端进行模拟到数字的转换。与基带线路直接承载数字信号不同，宽带网络先将数字信号转换为模拟信号，并将模拟信号置于特定的信道或设置一组频率，这就使得不同的业务类型通过同一条电缆传输而不产生相互干扰。应用一组频率，一部分作为接收，另一部分作为发射，这种能力也是宽带区别于基带的显著特征。这样的能力使其可以采用全双工工作方式。同时进行接收和发送数据。基带线路占用了全部带宽，因此一次只能有一台设备进行数据传输。,传统通信技术简介1、多路复用技术 2、交换技术,多路

16、复用技术所谓多路复用技术就是用一条公共信道来建立多条独立传输信道的通信方式。在通信网中主要采用以下四种复用技术：,（1）频分复用频分复用是把不同用户的不同信息调制在不同的载波频率上，在同一条线路中传输，每一个载波代表一个信道，传输一路信息。普通有线电视分配系统就采用这种频分复用方式。它最大的优点是设备简单但它对设备和传输链路的线性要求高，容易受外界的干扰，致使其传输质量不很好。,(2)空分复用 空分复用让不同的信息沿不同的物理线路传输，每一条线路就是一个信道。例如有线电视光纤传输中分别用两根光纤来传输正向和反向信号，就是一种空分复用方式。这种方式的技术简单，但需要线路太多，成本较高。,(3)时分复用时分复用主要用于数字传输系统。其中不同的信息在同一根线路中的不同时隙内传输，不同的时隙代表不同的信道。例如在电话通信中，每话路的采样信号占用不同时隙，利用电子开关依次输入线路：接收端的电子开关与发送端完全同步，即可取出原来的信号。时分复用对传输线路的线性要求低，但需要高精度的同步系统。,