通信信息网 教学课件 ppt 作者 陶洋 第2章 网络结构与平台

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1、,第2章 网络结构与平台,2.1 网络与通信概述,2.1.1 网络的组成 从通信系统的角度，来构建网络和理解网络系统。 通信网络建立在通信系统的基础之上 。,网络的基本组成单位是通信系统，而通常将一个用户（信源）的信息送到另一个用户（信宿）的全部软、硬设施称为一个通信系统。,通信系统主要包括把信源信息转换成可以在信道上传送的信号的发送设备，传输信号所需的线路及其附属设备（即信道），以及把信号恢复成用户所需的信息的接收设备。,通信系统可分为双工通信系统和半双工通信系统 。 通信网就是这种双工或半双工通信系统的叠加。 如图2.1.1所示。,图2.1.1 通信系统与网络,通信网的通信方式可以分为点对

2、点通信、广播通信、选择通信方式。,（1）点对点通信 （2）广播通信 （3）选择通信方式,网络的发展始终依赖于人的需求，对信息处理、信息应用的需求，如图2.1.2所示。,图2.1.2 网络的需求与发展,从网络的发展历程，可以了解如下几方面的网络需求与发展。 连通性需求； 信息量需求； 宽带化需求； 综合化需求。,2.1.2 网络的分类 1. 按网络业务划分 电话网、电报和电传网、计算机网、传真网、广播和电视网等。,2. 按电路连接方式划分 面向连接的网络和面向无连接的网络两类。,3. 从服务范围划分 局部（域）网、广域网和国际网。,4. 按组网的信道划分 有线网和无线网。 有线网又可分为双绞线网

3、、电缆网、光缆网；无线网可以分为中波网、短波网、微波网等。,2.2 网络的拓扑结构,2.2.1 基本结构,图2.2.1 三种典型网络拓扑结构,1. 总线拓扑结构 总线拓扑结构有以下优点： 总线结构所需要的电缆数量少。 总线结构简单，又是无源工作，有较高可靠性。 易于扩充，增加或减少用户比较方便。,总线拓扑结构有如下缺点： 系统范围受到限制。 故障诊断和隔离较困难。 结点的硬件和软件费用较高。,2. 星型拓扑结构,图2.2.2 组合总线结构,星型拓扑结构具有如下优点： 组成的网络系统稳定可靠； 良好的扩展性和伸缩性。,星型拓扑结构有以下缺点： 电缆长度和安装工作量可观。 中央结点的可靠性和冗余度

4、方面的要求很高。 各用户结点的分布处理能力较少。,图2.2.3 星型拓扑结构的组合与演变,3. 环型拓扑结构 环型拓扑结构具有以下优点： 电缆长度短。 增加或减少工作站时，仅需简单地连接。,环型拓扑结构有如下的缺点： 结点的故障会引起全网故障； 检测故障困难； 在负载很轻时，其等待时间相对来说就比较长。,图2.2.4 组合环型结构,2.2.2 互连结构 1. 树型拓扑结构 树型拓扑结构有如下优点。 易于扩展。 故障隔离较容易。,2. 混合型拓扑结构 混合型拓扑结构有以下的优点： 故障诊断和隔离较为方便。 易于扩展。 安装方便。,图2.2.5 混合型拓扑结构,混合型拓扑结构有以下缺点： 需要选用

5、带智能的集中器。,3. 正则拓扑结构 4. 网型拓扑结构,图2.2.6 网格拓扑结构,图2.2.7 网型拓扑结构,2.2.3 网络拓扑结构确定原则 主要考虑如下几个方面的结构特性。,1. 结构连通性 2. 结构可靠性 3. 网络结构的复杂程度 4. 建设和管理的代价 5. 可扩展性和适应性,2.3 网络基本元素与组成,2.3.1 定义及概述 将网络基本元素分为传输、转接和接入三类系统。 所有的网络元素均具有三个层次，这与计算机系统组成是完全一致的。,图2.3.1 网络元素的基本结构,图2.3.1所示的结构是一个开放式结构，与计算机系统的开放式结构是完全一致的，并具有相同的功能。 也就是说网络能

6、够在一个标准化的网络平台上通过软件系统可以配置出或开发出不同的网络应用功能，,图2.3.2 功能软件层次结构,2.3.2 线路、信道与传输系统 1. 信道方式与分类 信道就是信息的传输通道。 信道分为无线信道和有线信道。,2. 无线信道 无线信道中的传输通道主要是自由空间，但必须有发射机、发射天线、接收天线和接收机，才能组成一条无线线路，使信息的信号得以正常传输。,根据设备的频率范围，可以把无线线路分类为长波线路、中波线路、短波线路、超短波线路和微波线路，对应信道也可以称为长波信道、中波信道、短波信道、超短波信道和微波信道。,（1） 长波信道 长波信道所用的频率是在300kHz以下，波长在1

7、000m以上。,（2） 中波信道 中波信道是指频率在03MHz3MHz或波长在100m1 000 m范围内的系统。,（3） 短波信道 短波信道的频段是从3MHz30MHz，波长从10m100m，也称为高频(HF)信道。,（4） 超短波信道 频率范围在30MHz3 000MHz的为超短波信道。,（5） 微波信道 3 000MHz以上的频段通常称为微波。,（6） 卫星信道 （7） 散射信道,3. 有线信道 有架空明线、平衡电缆、同轴电缆、光纤等信道方式。,（1） 平衡电缆 每对传输信号的双线间的距离可以非常小，而且是置于绝缘体或屏蔽材料之中，外界对其干扰较小，性能也较稳定，且可靠性较好，通信容量较

8、大一些。,（2） 同轴电缆 容量更大的有线信道就是同轴电缆了。常用的有两种，一种管外径为44mm的称为小同轴，另一种外径为95mm的称为中同轴。,（3） 光纤 光纤信道传输也是一种波导式传波，所用的导引体已不是金属导体，而是特种玻璃纤维丝。,4. 网络中信道的效率与信道复用 利用信道复用技术使一条线路可以分成多个信道来传送多路信息即多路复用。 多路复用原理如图2.3.3所示。,图2.3.3 多路复用原理图,多路复用分为两大类：频分多路复用(FDM)和时分多路复用(TDM)。,（1）频分多路复用（Frequency Division Multiplexing，FDM） 频分多路复用（FDM）是按

9、照频率区分信号的方法，把线路的通信频带资源分成多个子频带，分别分配给用户形成数据传输子通路，每个用户终端的数据通过专门分配给它的子通路传输，当该用户没有数据传输时，别的用户不能使用，此通路保持空闲状态。,频分多路复用原理如图2.3.4所示。,图2.3.4 频分多路复用（FDM）原理图,（2）时分多路复用 时分多路复用是把线路传输的时间轮流分配给每个用户，每个用户只有在分配的时间里向线路发送信息和接收信息。当在分配的时间内用户没有信息要传输时，这段时间不能由其他用户使用，而保持为空闲状态。,图2.3.5 时分多路复用（TDM）原理图,图2.3.6 时分多路复用方式,时分多路复用分为同步时分多路复

10、用和异步时分多路复用。 同步时分多路复用（STDM）是指分配给每个终端数据源的时间片是固定的，不管该终端是否有数据发送，属于该终端的时间片都不能被其他终端占用。,异步时分多路复用(ATDM)允许动态地分配时间片，如果某个终端不发送信息，则其他的终端可以占用该时间片。,（3）统计时分复用 根据用户实际需要分配线路资源的方法也称为统计时分复用（STDM）。 统计时分复用原理如图2.3.7所示。,图2.3.7 统计时分复用原理图,统计时分复用和FDM，TDM方式相比在各个终端与线路接口处要增加两个功能： 缓冲存储； 信息流控制。,（4） 波分复用（WDM） 在一根光纤上，不单独传送一个光载波，而同时

11、传送波长不同的多个光载波时，这种通信方式称为光的波分复用。 工作原理如图2.3.8所示。,图2.3.8 波分复用（WDM）原理图,5. 网络对信道的要求 （1） 经济性 （2） 容量和质量 （3） 可靠性 （4） 适应性 （5） 可管理性,6. 传输系统 传输系统是由处理传输信号和管理信道的端设备加上传输线路所构成。 传输系统分为同步传输系统和异步传输系统。,7. 主要的传输系统及技术 （1） 光同步数字传输系统 光同步数字传输系统的产生, 光同步数字传输系统的基本概念 光同步数字传输系统是由一些SDH单元组成的，在光纤上进行同步信息传输、复用和交叉连接的系统。 光同步数字传输系统早期应用时最

12、重要的两个网络单元是终端复用器（TMUX）和分插复用器（ADM）。 如图2.3.9（a），(b)所示。,图2.3.9 终端复用器和线路分插复用器结构,如图2.3.10为SDH环型结构。,图2.3.10 SDH环型结构, 同步数字传输系统的组网特点,（2） 数字微波传输系统 数字微波传输线路总是由下列给出的几种站型组成。 终端站 分路站 枢纽站 中继站,（3） 卫星传输系统 卫星传输通信不同于其他地面无线电通信方式，而属于宇宙通信的范畴。 宇宙（空间）无线电通信有三种形式： 宇宙站与地球站之间的通信； 宇宙站之间的通信； 地球站相互间通过宇宙站的转发或反射而进行的通信。,卫星传输通信有其独到之处

13、。 传输距离远，建站成本与传输距离无关 以广播方式工作，便于实现多址连接 通信容量大，能传送的业务类型多 可以自发自收进行监测,卫星传输系统的组成。 一个卫星传输系统是由空间分系统，地球站，跟踪遥测及指令分系统和监控管理系统等四大部分组成。,2.3.3 信息的转接与交换 1. 信息转移模式 在网络中传递的信息流形式分为两个大类，一类是数字流，另一类是数据流，图2.3.11表明了将一条信息分为若干分组的过程。,图2.3.11 分组的装拆过程,信息转移模式 （1） IP模式 IP模式分组格式是指IPv4和IPv6两种，IPv6相比IPv4主要有以下一些变化。,图2.3.12 IP模式的分组结构,

14、扩展的寻址能力 简化的报头格式 对扩展报头和选项支持的改进 标识流的能力 认证和加密能力,（2） ATM信息模式 在ATM中，信息是以信元为单位来传送的。 信元由信头和信息场组成，信头中装有控制信息。 信头中种植不志符的功能。,图2.3.13 信元头结构, 通用流量控制 虚路径标识 虚通道标识 净荷类型 信元丢失优先权 信头差错控制,（3） SDH格式 同步时分复用系统中数据传输是以帧为单位的，即把时间划分成一个个基本时间单位的片断，每个片断称为一个帧，帧的时间长度叫帧周期（或叫帧长）。,图2.3.14 SDH的帧结构,SDH帧结构主要功能区域。 段开销 信息净负荷 管理单元指针,2. 分组格

15、式之间的互换 3. 信息转移的时间要求 从占用信道的时间模式上我们可以将信息的转移分为同步转移模式和分组转移模式两大类。 （1） 同步转移模式 （2） 分组转移模式,从另一个方面，还可以将信息转移的方式分为四种：点到点直连；电路交换与虚电路交换；基于存储转发的交换；多址接入。,（1） 点到点直连 （2） 电路交换与虚电路交换 电路交换 电路交换是一种采用公共控制方式，在信息的源端和目的端间实时地建立起电路连接，构成一条信息通道，专供两端用户通信。,电路交换的优点是信息传递可靠、迅速，并能保证被传递信息传递的顺序。缺点是电路建立和撤除的时间较长，且在这期间，电路不能被共享，资源被浪费；电路交换适用于系统间要求高质量的大量数据的传输。, 虚电路交换 虚电路，就是两个用户终端设备在开始互相发送和接收数据之前，需要通过网路建立逻辑上的连接，一旦这种连接建立之后，就在网路中保持已建立的数据通路，用户发送的数据（以分组为单位）将按顺序通过网路到达终点。 当用户不需要发送和接收数据时，可以清除这种连接。,虚电路的概念可以用图2.3.15说明。,图2.3.15 逻辑信道与虚电路的概念,（3） 基于存储转发的交换 基于存储转发的交换方式可以称为广义的分组交换方式，存储转发是基于处理和存储资源而言的，也就是网络结点所需的输出传输