现代通信网概述

通信的基本概念
• 通信系统的分类 – 按通信的业务分：单媒体通信系统；多 媒体通信系统；实时通信系统；非实时 通信系统；单向传输系统；交互传输系 统 – 按传输媒介分：有线；无线 – 按调制方式分：基带传输；调制传输 – 按信道中传输的信号分：模拟通信系统； 数字通信系统
应用层
通信网络
业务网 支撑网
课程简介
• 主要讲述内容
– 现代通信网概述 – 数字通信的基本原理（点对点通信原理） – 局域网与广域网 – 网络互联及互联网协议 – 电力系统应用实例 – 总结
课程结构概述
信号及编码 复用技术 点对点通信基础 数字调制技术 差错控制 通信传输介质 流量控制和差错 控制 多路访问 局域网 以太网 网络与通信技术 局域网与广域网 广域网 SONET/SDH数 字传输网 广域网的交换技 术 IP编址系统 网络层 IP协议 分组的转发 传输层 电力系统通信组 网实例 广域ATM网
层 5 主机1
M
主机2 第5层协议
M
4
H4
M
第4层协议
H4
M
3
H3 H4 M1
H3 M2
第3层协议
H3 H4 M1
H3 M2
第2层协议 2 1
H2 H3 H4 M1 T2 H2 H3 M2 T2 H2 H3 H4 M1 T2 H2 H3 M2 T2
网络模型
• OSI各层的功能介绍
– 物理层 是处理比特流在传输媒体上的传输，它 涉及电和机械方面的许多特性。 – 链路层 把网络层传下来的数据封装为帧，从一 个结点传到下一结点。成帧、物理寻址、流量控 制、错误控制、访问控制。 – 网络层 是将数据分组（或称数据包）从源主机 传送到目的主机。逻辑地址（三层头部) 、路由。 – 传输层 是在两个主机上的两个进程（process to process）之间传送报文（message）。端口 地址(四层的头部）、分段/重组、流量控制、差 错控制、连接控制
各层功能
• 表示层协议
– 数据格式转换，不同的计算机使用的数据格式 往往是依赖于计算机的，表示层以抽象数据结 构表示数据，定义了一种标准的编码方法，便 于网络传输； – 数据加密与解密； – 数据压缩与解压缩。
各层功能
• 应用层功能
– 网络虚拟终端，它允许一个用户登录到远方主 机上，在因特网上就是TELNET服务； – 文件传输； – 邮件服务； – 目录服务； – 因特网的WWW服务；
• 协议栈:网络中各层协议的总和。“栈”形 象的反映了一个网络中数据传输的过程--： 由上层协议到底层协议，再由底层协议到 上层协议。
• 服务：某一层能够给其上一层提供的操作。例如 ，就物理层、数据链路层和网络层之间的关系而 言，网络层为主机提供把分组传到另一台主机的 服务，它要利用数据链路层提供的把分组封装成 数据帧在链路上传送的服务，而要在一段链路上 传送一帧数据，又要利用物理层把数据帧变成一 组二进制的比特流通过物理媒体进行传送的服务 。
环网结构
通信网
• 通信网络结构（拓扑）--网状
– 特点任意两个节点之间都存在直接相连的链路，消除 了共享链路可能发生的通信量问题；拓扑结构健壮； 机密性和安全性好；链路数目为n(n-1)/2；如果节点之 间间距很远，则费用很高
通信网络
• 通信网络结构（拓扑）--星型
• N个节点的星形网需要（N-1）条传输线路，经济效益较好； • 缺点是一旦中心节点故障，就会造成全网瘫痪，故安全性较差。
各层功能
• 数据链路层功能：
– 成帧，把网络层交来的数据加协议头和协议尾 就构成了帧； – 物理地址，帧中应包含物理地址，以表明该帧 收／发者的地址； – 流量控制，解决发送快和接收慢的溢出问题； – 错误控制，解决帧在传输中的错误问题； – 访问控制，在多个设备连接到同一线路（共享 ），解决每个设备如何获得共享线路的访问权 。
OSI模型各层功能
• 物理层功能：
– 设备与媒体的接口和物理特性； – 数据比特的表示，即比特变为信号（电或光）的编码 方式； – 数据速率，即每秒发送的比特数； – 数据比特的同步，即收发双方比特流的同步； – 线路连接方式，两设备点一点的连接和多个设备共享 传输媒体； – 物理拓扑结构：网状、星形、总线型和环形连接； – 传输方式：半工、半双工和全双工。
会话层 传输层 网络层 链路层 主机-网络层 物理层 传输层 互联网层
应用层 传输层 网络层 链路层 物理层
网络模型
• 网络体系结构
– 邮政活动功能划分
网络模型
• 网络体系结构
– 层次结构 任务的分解、解耦自然要求--纵向 – 服务 底层为上层提供服务或上层使用底层提供 的服务 – 层间接口 相邻层之间通过明确的接口互动。当 某一层的具体实现方法更新时，只要保持上、下 层的接口不变，便不会产生影响。 – 对等过程 发、收两端特定层次的通信。对等层 有相同的约定（协议）--横向 – 封装 每一层都有规定的格式对上层信息进行封 装。对等过程只查看同层封装即可完成服务。
各层功能
• 会话层功能
– 会话控制，会话层使两个不同机器上的系统进入会话 状态。所谓会话是提供与通信有关的服务，比如两个 进程间是用半双工通信还是用全双工通信。 – 同步，在数据传输时，在数据中加若干个检查点（又 称为同步点），若在传输过程中，系统崩溃，系统恢 复后发送端就要重新传送，有了检查点，则只需重传 崩溃前的检查点后面的数据。比如一个3K字节的数据 ，检查点设在2K字节处，如果系统在传输了2.3K字节 数据时崩溃，则系统只需重传剩下的1K字节数据。
通信网络
• 计算机网络 局域网（ＬＡＮ）、广域网 、城
域网 – 局域网（ＬＡＮ）覆盖范围几公里（一间办公室
内，一幢建筑物或校园中），使用一种传输介质，常 见的拓扑结构是总线型、环状型和星型 。
通信网络
• 计算机网络
– 广域网 覆盖范围可以是世界范围。 • 点到点广域网 • 交换广域网
租用专线连接家用计算机和小型局域网到因 特网服务提供商（ISP）
• 组成 （图） – 传统的组成：终端设备、交换设备及传输链路 – 现代通信网的构成： 业务网、传输网和支撑网
传送网
• 业务网： 就是用户信息网 如公用电话交换网（PSTN） 数字数据网（DDN）和计算机互联网（Intranet） • 传输网： 主要用来完成用户信号的传输功能。如同步 数字系列传送网（SDH） • 支撑网：是使业务网正常运行、增强网络功能、提供全 网服务质量以满足用户要求的网络。支撑网主要包括7 号公共信道信令网、数字同步网、电信管理网。
通信网络
• 通信网络结构（拓扑）--总线结构
– 网络结构需要的传输链路少，增减节点比较方便，但 稳定性较差，网络范围也受到限制。
通信网络ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 通信网络结构（拓扑）--环状结构
– 采用自愈环对网络进行自动保护，所以稳定性比较高 – 但当节点较多时，转接延时难以控制，不便扩容。
通信网络
• 通信网络结构（拓扑）--混合型
• 通信的含义 ：传送信息。即信源 产生的信息，如语言、文字、数据 以及图像等，快速、准确地传到收 信者。 • 通信系统的基本组成 ：报文，发 送方，接收方，传输介质，协议 共五部分。
通信的基本概念
– 报文 是进行通信的信息（数据），它可以是 文本、数字、图片、声音、视频等信息形式 。 – 协议 是管理数据通信的一组规则，它表示通 信设备之间的一组约定。用 语法、语义、时序 描述。 如TCP/IP协议。日常通信的格式
各层功能
• 网络层功能：
– 逻辑寻址 – 路径选择
广域网 主机 传输线路 服务器
星型局域网 路由器 总线局域网
各层功能
• 传输层功能
– 端口地址(port address)，用来标识一个进程。 – 分段和重组，因为报文有时很大，超过了网络允许的 最大值，所以传输层总是把报文分成段（segment）， 每个段的大小有一个最大值限制。为了保持各个段在 整个报文中的正确位置，对每个段进行编号。到了接 收端的传输层，要把这些段再组装成报文。 – 连接控制，传输层的服务分无连接服务和面向连接的 服务，连接控制是指在传输层建立连接的方法。 – 流量控制，与数据链路层的功能相似，它是在进程之 间的流量控制，而不是在一段链路上的流量控制。 – 错误控制，与数据链路层的功能相似，它是在进程之 间的错误控制而不是在一段链路上的错误控制。
– 语法（Syntax）。涉及数据及控制信息的格式 、编码及信号电平等，代表了被传输的数据结 构和含义。 – 语义（Semantics）。涉及用于协调与差错处 理的控制信息，用于表示每一字段的含义及网 络设备应该采取的动作。 – 定时（Timing）。用来说明通信中相关操作的 时间或次序的先后关系。
主机A 主机B 应用层 应用层协议 应用层 表示层协议
表示层
表示层
会话层
会话层协议
会话层
传输层 通信子网 网络层 网络层
传输层协议
传输层
网络层协议
网络层
网络层
链路层
链路层
链路层协议
链路层
链路层
物理层
物理层
物理层协议
物理层
物理层
主机间通信的数据流
• 某一层的协议数据单元（PDU）：在其PDU前加该层英文名称的首字母，如 应用层是APDU，其中的“A”为“Application”的首字母，其余各层的协议数 据单元均采用这个规则。但网络层的协议数据单元叫包或分组（packet）， 数据链路层叫帧（frame），物理层就是由一串“0”，“1”组成的比特（bit） 数据块。 • 在相邻层之间，下一层的协议数据单元是由上一层的数据加上本层的协议头 （在2层还包括协议尾）组成的。“数据”，对上一层而言是一个PDU，但是 对于下层的协议来说则是“数据”，有时又称为“净负荷”。比如第3层的协 议数据单元是分组，它自身是由传输层来的数据和网络层的协议头组成。当 它封装在第2层的数据帧中时，这个分组在帧中是作为数据，或净负荷来对待 ，加上第2层的协议头和协议尾，才构成了第2层的协议数据单元——帧。