1第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)29.1數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)9.3現(xiàn)代通信網(wǎng)的支撐技術(shù)9.2

通信網(wǎng)9.4

通信網(wǎng)的發(fā)展歷程第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)主要內(nèi)容3數(shù)據(jù)：能夠由計算機或數(shù)字終端設(shè)備進行處理并以某種方式編制成二進制碼的數(shù)字、字母和符號的集合，是信息的表現(xiàn)形式；數(shù)字信號：具有兩個狀態(tài)（高電平、低電平或正電平、負電平）的電脈沖序列；數(shù)據(jù)信號：攜帶數(shù)據(jù)信息，具有兩個狀態(tài)（高電平、低電平或正電平、負電平）的電脈沖序列。數(shù)據(jù)通信：通信雙方（或多方）按照一定協(xié)議（或規(guī)程），以數(shù)字信號（也可以是模擬信號）為載體，完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程或方式；第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)9.1數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)4協(xié)議：通信雙方必須共同遵守的一組規(guī)則；通常把計算機通信也稱為數(shù)據(jù)通信；數(shù)據(jù)信號和模擬信號、數(shù)字信號不是一個范疇；數(shù)據(jù)信號可以以模擬信號的形式表現(xiàn)出來，但大多數(shù)情況下，數(shù)據(jù)信號是以數(shù)字信號的形式出現(xiàn)的。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)5數(shù)據(jù)通信示意圖：6與傳輸數(shù)據(jù)之外其他信息的數(shù)字通信相比，數(shù)據(jù)通信的特點：(1)擁有比其他通信業(yè)務(wù)更為復(fù)雜、嚴格的通信協(xié)議；(2)比音視頻業(yè)務(wù)的實時性要求要低，可采用存-儲轉(zhuǎn)發(fā)方式傳輸信號；(3)比音視頻業(yè)務(wù)的差錯率要求要高，必須采用嚴格的差錯控制措施；(4)數(shù)據(jù)通信是進程間的通信，可在無人參與的情況下自動進行。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)7與傳統(tǒng)的話音通信相比，數(shù)據(jù)通信的特點：(1)以計算機為中心；(2)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息通常由計算機（或數(shù)字終端設(shè)備）產(chǎn)生、加工和處理；(3)為了進行信息傳遞，要有嚴格的通信協(xié)議或規(guī)程，對信息傳輸?shù)臏蚀_性和可靠性要求高；(4)通信速度較高，可以同時處理大量數(shù)據(jù)；(5)數(shù)據(jù)呼叫（一次完整的通信過程）具有突發(fā)性和持續(xù)時間短的特點；(6)可采用存儲-轉(zhuǎn)發(fā)方式工作，且一般多采用這種方式；(7)必須采用差錯控制措施。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)8數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成：1、信源數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE（DataTerminalEquipment）；2、信源數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間的接口；3、信源的數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE（DataCommunicationEquipment）；4、信源與信宿之間的傳輸信道（狹義信道）；5、信宿的數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE；6、信宿數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的接口；7、信宿數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)9第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)10數(shù)據(jù)通信的主要性能指標(biāo)帶寬：一個信道能夠傳送電磁波的有效頻率范圍就叫該信道的帶寬；信號所占據(jù)的頻率范圍就是信號的帶寬。信號傳播速度：信號在信道上每秒鐘傳送的距離，單位是米／秒。數(shù)據(jù)傳輸速率（比特率）：信息傳輸速率，指每秒能夠傳輸多少位數(shù)據(jù)，單位是比特／秒（bps）。最大傳輸速率：信道傳輸數(shù)據(jù)的速率上限叫做信道的最大傳輸速率，也就是信道容量。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)11碼元傳輸速率（波特率）：信號每秒鐘變化的次數(shù)叫做波特率（Baud）。吞吐量：信道在單位時間內(nèi)成功傳輸?shù)男畔⒘浚瑔挝灰话銥楸忍兀?。利用率：利用率是吞吐量和最大?shù)據(jù)傳輸速率之比。延遲：從發(fā)送者發(fā)送第一位數(shù)據(jù)開始，到接收者成功地收到最后一位數(shù)據(jù)為止，所經(jīng)歷的時間。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)12抖動（Jitter）：延遲的實時變化叫做抖動。差錯率（包括比特差錯率、碼元差錯率、分組差錯率）：是衡量通信信道可靠性的重要指標(biāo)；比特差錯率是二進制比特位在傳輸過程中被誤傳的概率；碼元差錯率指碼元被誤傳的概率；分組差錯率是指數(shù)據(jù)分組被誤傳的概率。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)13數(shù)據(jù)通信方式：串行通信（1）異步串行通信（2）同步串行通信并行通信第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)14串行通信：將表示一定信息的數(shù)字信號序列按信號變化的時間順序一位接一位地從信源經(jīng)過信道傳輸?shù)叫潘?。特點：優(yōu)點：只需一條信道，通信線路簡單、成本低廉，一般用于較長距離的通信。缺點：傳輸速度較慢，為解決收、發(fā)雙方的碼組或字符同步問題，需要采取同步措施第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)15并行通信：將表示一定信息的數(shù)字信號序列按碼元數(shù)分成n路，同時在n路并行信道中傳輸，信源一次可以將n位數(shù)據(jù)（一個字節(jié)）傳送到信宿。特點：缺點：需多條信道、通信線路復(fù)雜、成本較高優(yōu)點：傳輸速率快、不需要外加同步措施就可實現(xiàn)通信雙方的碼組或字符同步，多用于短距離通信。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)16第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)17(1)串行通信時，信源與信宿之間在通信時必須同步；(2)在實際通信中，數(shù)據(jù)鏈路控制可實現(xiàn)兩點間的同步，該過程要求通信硬件或軟件給數(shù)據(jù)加上同步信息，使得通信雙方的硬件時鐘保持一致，從而保證信宿正確地識別信源發(fā)過來的信息；(3)根據(jù)同步信息添加方法的不同，串行通信可分為異步串行通信和同步串行通信。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)18異步串行通信：同步信息添加在每一個字符的數(shù)據(jù)幀上；是一種面向字符的傳輸方式。特點：(1)簡單、可靠、經(jīng)濟，常用于計算機與終端之間的數(shù)據(jù)通信；(2)速率較低。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)19第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)20同步串行通信：(1)同步信息添加在每一個數(shù)據(jù)塊上；(2)數(shù)據(jù)塊是一批字符或二進制位串組成的數(shù)據(jù)；(3)分為面向字符和面向位流兩種傳輸方式：面向字符：每個數(shù)據(jù)塊的頭部用一個或多個同步字符SYN來表示數(shù)據(jù)塊的開始；而尾部用另一個字符ETX代表數(shù)據(jù)塊的結(jié)束。面向流：每個數(shù)據(jù)塊的頭部和尾部都用一個特殊的比特序列（如01111110）來標(biāo)記數(shù)據(jù)塊的開始與結(jié)束。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)21同步串行通信特點：優(yōu)點：開銷少效率高適合于較高速率的數(shù)據(jù)傳輸；缺點：整個數(shù)據(jù)塊一旦有一位誤傳，就必須重傳整個數(shù)據(jù)塊。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)22通信網(wǎng)(1)由一定數(shù)量的節(jié)點和連接節(jié)點的傳輸鏈路相互有機地組合在一起，以實現(xiàn)兩個或多個規(guī)定點之間信息傳輸?shù)耐ㄐ朋w系；(2)為位于不同空間位置的用戶之間進行信息傳輸（交換）而構(gòu)建的硬件和軟件環(huán)境；(3)傳輸介質(zhì)、傳輸設(shè)備和通信終端的集合；數(shù)據(jù)通信網(wǎng)：具有傳輸除語音信息之外還能傳輸其他信息能力的通信網(wǎng)；計算機網(wǎng)絡(luò)：由資源子網(wǎng)（由各種計算機終端組成）和數(shù)據(jù)通信子網(wǎng)（由傳輸介質(zhì)和各種通信設(shè)備組成）共同組成的信息傳輸與交換網(wǎng)絡(luò)。9.2通信網(wǎng)第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)23第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)24通信網(wǎng)縱向結(jié)構(gòu)從下到上通信網(wǎng)依次分為傳輸網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)和應(yīng)用層3層通信網(wǎng)橫向結(jié)構(gòu)用戶駐地網(wǎng)、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)或局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)通信網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)指通信網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點設(shè)備（包括計算機及有關(guān)通信設(shè)備等）與通信鏈路相互連接而構(gòu)成的不同物理幾何結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)是決定通信網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)的關(guān)鍵因素之一。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)通信網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)25第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)26表9-2常用通信網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的特性和適用場合第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)27通信網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量對通信網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量一般用可訪問性、透明性和可靠性這三個方面的性能來衡量。1.可訪問性是指網(wǎng)絡(luò)保證合法用戶隨時能夠快速、有保證地接入到網(wǎng)絡(luò)以獲得信息服務(wù)，并在規(guī)定的時延內(nèi)傳遞信息的能力。它反映了網(wǎng)絡(luò)保證有效通信的能力。影響可訪問性的主要因素有：

網(wǎng)絡(luò)的物理拓撲結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)的可用資源數(shù)目以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可靠性等。實際中常用接通率、接續(xù)時延等指標(biāo)來評定。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)28透明性

是指網(wǎng)絡(luò)保證用戶業(yè)務(wù)信息準確、無差錯傳送的能力。它反映了網(wǎng)絡(luò)保證用戶信息具有可靠傳輸質(zhì)量的能力，不能保證信息透明傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)是沒有實際意義的。實際中常用用戶滿意度和信號的傳輸質(zhì)量來評定?？煽啃允侵刚麄€通信網(wǎng)連續(xù)、不間斷地穩(wěn)定運行的能力，它通常由組成通信網(wǎng)的各系統(tǒng)、設(shè)備、部件等的可靠性來確定。一個可靠性差的網(wǎng)絡(luò)會經(jīng)常出現(xiàn)故障，導(dǎo)致正常通信中斷，但實現(xiàn)一個絕對可靠的網(wǎng)絡(luò)實際上也不可能，網(wǎng)絡(luò)可靠性設(shè)計不是追求絕對可靠，而是在經(jīng)濟性、合理性的前提下，滿足業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量要求即可。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)29可靠性指標(biāo)主要有以下幾種：

(1)失效率：系統(tǒng)在單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率，一般用表示。

(2)平均故障間隔時間(MTBF)：相鄰兩個故障發(fā)生的間隔時間的平均值，MTBF＝1/

(3)平均修復(fù)時間(MTTR)：修復(fù)一個故障的平均處理時間，表示修復(fù)率，MTTR=1/。

(4)系統(tǒng)不可利用度(U)：在規(guī)定的時間和條件內(nèi)，系統(tǒng)喪失規(guī)定功能的概率，通常我們假設(shè)系統(tǒng)在穩(wěn)定運行時，和都接近于常數(shù)，則第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)30電話通信網(wǎng)可以從以下三個方面定義了服務(wù)質(zhì)量要求：接續(xù)質(zhì)量：它反映的是電話網(wǎng)接續(xù)用戶通話的速度和難易程度，通常用接續(xù)損失(呼叫損失率，簡稱呼損)和接續(xù)時延來度量。傳輸質(zhì)量：它反映的是電話網(wǎng)傳輸話音信號的準確程度，通常用響度、清晰度、逼真度這三個指標(biāo)來衡量。實際中對上述三個指標(biāo)一般由用戶主觀來評定。穩(wěn)定性質(zhì)量：它反映電話網(wǎng)的可靠性，主要指標(biāo)與上述一般通信網(wǎng)的可靠性指標(biāo)相同，如平均故障間隔時間、平均修復(fù)時間、系統(tǒng)不可利用度等。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)31網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)性能保障機制在網(wǎng)絡(luò)運行中時常要面對以下問題：(1)數(shù)據(jù)傳輸中的差錯和丟失；(2)網(wǎng)絡(luò)擁塞；(3)交換節(jié)點和物理線路故障。要保證穩(wěn)定的服務(wù)性能，網(wǎng)絡(luò)必須提供相應(yīng)的機制來解決上述問題，這對網(wǎng)絡(luò)的可靠運行至關(guān)重要。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)32目前網(wǎng)絡(luò)采用的服務(wù)性能保障機制主要有四類：

（1）差錯控制：差錯控制機制負責(zé)將信源端和信宿端之間傳送的數(shù)據(jù)所發(fā)生的丟失和損壞恢復(fù)過來。通?？刂茩C制包括差錯檢測和差錯校正兩部分。（2）擁塞控制：通常擁塞發(fā)生在通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量開始接近網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理能力時。擁塞控制的目標(biāo)是將網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)量控制在一定的水平之下，超過這個水平，網(wǎng)絡(luò)的性能就會急劇惡化。（3）路由選擇：靈活的路由選擇技術(shù)可以幫助網(wǎng)絡(luò)繞開發(fā)生故障或擁塞的節(jié)點，以提供更可靠的服務(wù)質(zhì)量。（4）流量控制：流量控制是一種使目的端通信實體可以調(diào)節(jié)信源端通信實體發(fā)出的數(shù)據(jù)流量的協(xié)議機制，可以調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送的數(shù)量和速率。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)33應(yīng)用層技術(shù)應(yīng)用層業(yè)務(wù)終端技術(shù)音頻通信圖形圖像通信視頻通信數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)網(wǎng)技術(shù)電話網(wǎng)與電路交換技術(shù)數(shù)據(jù)網(wǎng)與分組交換技術(shù)智能網(wǎng)技術(shù)移動通信網(wǎng)技術(shù)傳送網(wǎng)技術(shù)傳輸系統(tǒng)傳輸節(jié)點設(shè)備支撐網(wǎng)技術(shù)信令網(wǎng)技術(shù)同步網(wǎng)技術(shù)電信管理網(wǎng)技術(shù)第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)9.3現(xiàn)代通信網(wǎng)的支撐技術(shù)34通信網(wǎng)大致經(jīng)歷了三個發(fā)展階段第一階段

大約在1880～1970年之間，是典型的模擬通信網(wǎng)時代，網(wǎng)絡(luò)的主要特征是模擬化、單業(yè)務(wù)、單技術(shù)。這一時期電話通信網(wǎng)占統(tǒng)治地位，電話業(yè)務(wù)也是網(wǎng)絡(luò)運營商主要的業(yè)務(wù)和收入來源，因此整個通信網(wǎng)都是面向話音業(yè)務(wù)來優(yōu)化設(shè)計的。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)9.4通信網(wǎng)的發(fā)展歷程35第一階段的技術(shù)特點（1）交換技術(shù)：由于話音業(yè)務(wù)量相當(dāng)穩(wěn)定，且所需帶寬不高，因此網(wǎng)絡(luò)采用控制技術(shù)相對簡單的電路交換技術(shù)，為用戶業(yè)務(wù)靜態(tài)分配固定的帶寬資源，雖然有帶寬資源利用率不高的缺點，但相對于當(dāng)時的業(yè)務(wù)需求其負面影響并不大。

（2）信令技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)采用模擬的隨路信令系統(tǒng)。它的優(yōu)點是信令設(shè)備簡單，缺點是功能太弱，只支持簡單的業(yè)務(wù)類型。

（3）傳輸技術(shù)：終端設(shè)備、交換設(shè)備和傳輸設(shè)備基本是模擬設(shè)備，傳輸系統(tǒng)采用FDM技術(shù)、銅線介質(zhì)，網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)氖悄M信號。

（4）業(yè)務(wù)實現(xiàn)方式：網(wǎng)絡(luò)通常只提供單一電話業(yè)務(wù)，并且業(yè)務(wù)邏輯和控制系統(tǒng)是在交換節(jié)點中用硬件邏輯電路實現(xiàn)的，網(wǎng)絡(luò)幾乎不提供任何新業(yè)務(wù)。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)36第一階段主要問題：

成本高、可靠性差、遠距離通信的服務(wù)質(zhì)量差。另外在這一時期，數(shù)據(jù)通信技術(shù)還未成熟，基本處于試驗階段。第二階段大約在1970～1994年，是骨干通信網(wǎng)由模擬網(wǎng)向數(shù)字網(wǎng)轉(zhuǎn)變的時期。該階段數(shù)字技術(shù)和計算機技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中被廣泛使用，除傳統(tǒng)PSTN外，還出現(xiàn)了多種不同的業(yè)務(wù)網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)的主要特征是數(shù)模混合、多業(yè)務(wù)多技術(shù)并存，這一階段業(yè)界主要是利用計算機技術(shù)來解決話音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量問題。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)37第二階段的技術(shù)特點（1）數(shù)字傳輸技術(shù)：基于PCM技術(shù)的數(shù)字傳輸設(shè)備逐步取代了模擬傳輸設(shè)備，徹底解決了長途信號傳輸質(zhì)量差的問題，降低了傳輸成本。（2）數(shù)字交換技術(shù)：數(shù)字交換設(shè)備取代了模擬交換設(shè)備，極大地提高了交換的速度和可靠性。

（3）公共信道信令技術(shù)：公共信道信令系統(tǒng)取代了原來的隨路信令系統(tǒng)，實現(xiàn)了話路系統(tǒng)與信令系統(tǒng)之間的分離，提高了整個網(wǎng)絡(luò)控制的靈活性。

（4）業(yè)務(wù)實現(xiàn)方式：在數(shù)字交換設(shè)備中，業(yè)務(wù)邏輯采用軟件方式來實現(xiàn)，使得在不改變交換設(shè)備硬件的前提下，提供新業(yè)務(wù)成為可能。第九章數(shù)據(jù)通信與通信網(wǎng)38第三階段從1995年一直到現(xiàn)在是第三階段，是信息通信技術(shù)發(fā)展的黃金時期，是新技術(shù)、新業(yè)務(wù)產(chǎn)生最多的時期。在這一階段，骨干通信網(wǎng)實現(xiàn)了全數(shù)字化，骨干傳輸網(wǎng)實現(xiàn)了光纖化，同時數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)增長迅速，獨立于業(yè)務(wù)網(wǎng)的傳送網(wǎng)也己形成。由于電信政策的改變，電信市場由壟斷轉(zhuǎn)向全面的開放和競爭。第三階段技術(shù)方面的影響（1）計算機技術(shù)：硬件方面，計算成本下降，計算能力大大提高；軟件方面，OO（Object-Oriented）技術(shù)、分布處理技術(shù)、數(shù)據(jù)庫