2026/1/261單元三、數(shù)字程控交換與現(xiàn)代通信網(wǎng)任務(wù)6現(xiàn)代通信網(wǎng)概論教學(xué)活動(dòng)現(xiàn)代通信網(wǎng)概念、組成、性能及分類。/sundae_meng2026/1/262第6章現(xiàn)代通信網(wǎng)

本章要求內(nèi)容主要有：1、現(xiàn)代通信網(wǎng)的基本概念及構(gòu)成，主要包括：通信網(wǎng)的基本模型，通信網(wǎng)的定義和構(gòu)成，通信網(wǎng)的類型，通信網(wǎng)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)，通信系統(tǒng)與通信網(wǎng)。2、通信網(wǎng)的交換技術(shù)，包括：電路交換、分組交換、幀中繼。3、ATM通信網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，主要包括：OSI參考模型，TCP/IP協(xié)議體系結(jié)構(gòu)。4、通信網(wǎng)的發(fā)展史。5、主要網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介，包括：電話網(wǎng)，數(shù)據(jù)網(wǎng)，接入網(wǎng)，綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）/sundae_meng2026/1/263

6.1現(xiàn)代通信網(wǎng)的基本概念及構(gòu)成

6.1.1通信網(wǎng)的基本模型

1．點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)通信網(wǎng)是通信系統(tǒng)的一種形式。為了更好地理解通信網(wǎng)，我們從點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)開始介紹。實(shí)際應(yīng)用中存在各種類型的通信系統(tǒng)，它們?cè)诰唧w的功能和結(jié)構(gòu)上各不相同，然而都可以抽象成如圖6-1所示的模型，其基本組成包括：信源、發(fā)送器、信道、接收器和信宿五部分。2026/1/264圖6-1簡(jiǎn)單通信系統(tǒng)模型(a)模型圖(b)實(shí)例2026/1/2652．交換式網(wǎng)絡(luò)要實(shí)現(xiàn)一個(gè)通信網(wǎng)，最簡(jiǎn)單直觀的方案就是在任意兩個(gè)用戶之間提供點(diǎn)到點(diǎn)的連接，從而構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，如圖6-2(a)所示。該方法中每一對(duì)用戶之間都需要獨(dú)占一個(gè)永久的通信線路，通信線路使用的物理媒介可以是銅線、光纖或無(wú)線信道。然而該方法并不適用于構(gòu)建大型廣域通信網(wǎng)，其主要原因如下：2026/1/266(1)用戶數(shù)目眾多時(shí)，構(gòu)建網(wǎng)狀網(wǎng)成本太高，任意一個(gè)用戶到其他N-1個(gè)用戶都要有一個(gè)直達(dá)線路，技術(shù)上也不可行。(2)每一對(duì)用戶之間獨(dú)占一個(gè)永久的通信線路，信道資源無(wú)法共享，會(huì)造成巨大的資源浪費(fèi)。(3)這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)難以實(shí)施集中的控制和管理。為解決上述問題，廣域通信網(wǎng)采用了交換技術(shù)，即在網(wǎng)絡(luò)中引入交換節(jié)點(diǎn)，組建交換式網(wǎng)絡(luò)，如圖6-2(b)所示。2026/1/267圖6-2點(diǎn)到點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)與交換式網(wǎng)絡(luò)2026/1/268交換式網(wǎng)絡(luò)主要有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)大量的用戶可以通過(guò)交換節(jié)點(diǎn)連到骨干通信網(wǎng)上，由于大多數(shù)用戶并不是全天候需要通信服務(wù)，因此骨干網(wǎng)上交換節(jié)點(diǎn)間可以用少量的中繼線路以共享的方式為大量用戶服務(wù)，這樣大大降低了骨干網(wǎng)的建設(shè)成本。

(2)交換節(jié)點(diǎn)的引入也增加了網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的方便性，便于網(wǎng)絡(luò)的控制與管理。實(shí)際中的大型交換網(wǎng)絡(luò)都是由多級(jí)復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的，為用戶建立的通信連接往往涉及多段線路、多個(gè)交換節(jié)點(diǎn)。2026/1/2696.1.2通信網(wǎng)的定義和構(gòu)成1．定義

我們?yōu)橥ㄐ啪W(wǎng)下一個(gè)通俗的定義：通信網(wǎng)是由一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)(包括終端節(jié)點(diǎn)、交換節(jié)點(diǎn))和連接這些節(jié)點(diǎn)的傳輸系統(tǒng)有機(jī)地組織在一起的，按約定的信令或協(xié)議完成任意用戶間信息交換的通信體系。用戶使用它可以克服空間、時(shí)間等障礙來(lái)進(jìn)行有效的信息交換。2026/1/26102．通信網(wǎng)的構(gòu)成要素

通信網(wǎng)是由軟件和硬件按特定方式構(gòu)成的一個(gè)通信系統(tǒng)，每一次通信都需要軟硬件設(shè)施的協(xié)調(diào)配合來(lái)完成。從硬件構(gòu)成來(lái)看：通信網(wǎng)由終端節(jié)點(diǎn)、交換節(jié)點(diǎn)、業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)和傳輸系統(tǒng)構(gòu)成，它們完成通信網(wǎng)的基本功能：接入、交換和傳輸。軟件設(shè)施則包括信令、協(xié)議、控制、管理、計(jì)費(fèi)等，它們主要完成通信網(wǎng)的控制、管理、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)，實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)的智能化。2026/1/2611終端節(jié)點(diǎn)最常見的終端節(jié)點(diǎn)有電話機(jī)、傳真機(jī)、計(jì)算機(jī)、視頻終端和PBX等，它們是通信網(wǎng)上信息的產(chǎn)生者，同時(shí)也是通信網(wǎng)上信息的使用者。其主要功能有：

(1)用戶信息的處理：主要包括用戶信息的發(fā)送和接收，將用戶信息轉(zhuǎn)換成適合傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)男盘?hào)以及相應(yīng)的反變換。

(2)信令信息的處理：主要包括產(chǎn)生和識(shí)別連接建立、業(yè)務(wù)管理等所需的控制信息。2026/1/2612交換節(jié)點(diǎn)交換節(jié)點(diǎn)是通信網(wǎng)的核心設(shè)備，最常見的有電話交換機(jī)、分組交換機(jī)、路由器、轉(zhuǎn)發(fā)器等。交換節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)集中、轉(zhuǎn)發(fā)終端節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的用戶信息，其主要功能有：用戶業(yè)務(wù)的集中和接入功能。(2)交換功能。通常由交換矩陣完成任意入線到出線的數(shù)據(jù)交換。(3)信令功能。負(fù)責(zé)呼叫控制和連接的建立、監(jiān)視、釋放等。(4)其他控制功能。路由信息的更新和維護(hù)、計(jì)費(fèi)、話務(wù)統(tǒng)計(jì)、維護(hù)管理等。2026/1/2613業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)最常見的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)有智能網(wǎng)中的業(yè)務(wù)控制節(jié)點(diǎn)(SCP)、智能外設(shè)、語(yǔ)音信箱系統(tǒng)，以及Internet上的各種信息服務(wù)器等。它們通常由連接到通信網(wǎng)絡(luò)邊緣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成。其主要功能是：

(1)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于交換節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)的執(zhí)行和控制。

(2)實(shí)現(xiàn)對(duì)交換節(jié)點(diǎn)呼叫建立的控制。（3)為用戶提供智能化、個(gè)性化、有差異的服務(wù)。圖6-3描述了一般交換節(jié)點(diǎn)的基本功能結(jié)構(gòu)。2026/1/2614

圖6-3交換節(jié)點(diǎn)的基本功能結(jié)構(gòu)2026/1/2615傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)為信息的傳輸提供傳輸信道，并將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接在一起。通常傳輸系統(tǒng)的硬件組成應(yīng)包括：線路接口設(shè)備、傳輸媒介、交叉連接設(shè)備等。通常傳輸系統(tǒng)都采用了多路復(fù)用技術(shù)，如頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用等。另外，為保證交換節(jié)點(diǎn)能正確接收和識(shí)別傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流，交換節(jié)點(diǎn)必須與傳輸系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致，這包括保持幀同步和位同步、遵守相同的傳輸體制(如PDH、SDH等)等。2026/1/26163．通信網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)在我們?nèi)粘５墓ぷ骱蜕钪?，?jīng)常接觸和使用各種類型的通信網(wǎng)。例如電話網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等。電話網(wǎng)是目前我們最熟悉和最普及的通信網(wǎng)，它主要用來(lái)傳送用戶的話音信息；

Internet是計(jì)算機(jī)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它將全球絕大多數(shù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連在一起，以實(shí)現(xiàn)更為廣泛的信息資源共享，目前Internet已成為電子商務(wù)和娛樂的一個(gè)基礎(chǔ)支撐平臺(tái)。上述網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)原理上都是相似的，它們都實(shí)現(xiàn)了以下四個(gè)主要的網(wǎng)絡(luò)功能：2026/1/2617信息傳送。它是通信網(wǎng)的基本任務(wù)，傳送的信息主要分為三大類：用戶信息、信令信息、管理信息。(2)信息處理。主要目的是增強(qiáng)通信的有效性、可靠性和安全性。(3)信令機(jī)制。它是通信網(wǎng)上任意兩個(gè)通信實(shí)體之間為實(shí)現(xiàn)某一通信任務(wù)，進(jìn)行控制信息交換的機(jī)制，(4)網(wǎng)絡(luò)管理。它負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)管理、維護(hù)管理、資源管理，以保證網(wǎng)絡(luò)在正常和故障情況下的服務(wù)質(zhì)量。它是整個(gè)通信網(wǎng)中最具智能的部分。2026/1/2618

因此，從功能的角度看，一個(gè)完整的現(xiàn)代通信網(wǎng)可分為相互依存的三部分：業(yè)務(wù)網(wǎng)、傳送網(wǎng)、支撐網(wǎng)，如圖6-4所示。圖6-4現(xiàn)代通信網(wǎng)的功能結(jié)構(gòu)2026/1/2619業(yè)務(wù)網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)負(fù)責(zé)向用戶提供各種通信業(yè)務(wù)，如基本話音、數(shù)據(jù)、多媒體、租用線、VPN等，采用不同交換技術(shù)的交換節(jié)點(diǎn)設(shè)備通過(guò)傳送網(wǎng)互連在一起就形成了不同類型的業(yè)務(wù)網(wǎng)。目前主要的業(yè)務(wù)網(wǎng)的類型見表6-1傳送網(wǎng)傳送網(wǎng)是隨著光傳輸技術(shù)的發(fā)展，在傳統(tǒng)傳輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入管理和交換智能后形成的。構(gòu)成傳送網(wǎng)的主要技術(shù)要素有：傳輸介質(zhì)、復(fù)用體制、傳送網(wǎng)節(jié)點(diǎn)技術(shù)等。2026/1/2620表6.1主要業(yè)務(wù)網(wǎng)的類型業(yè)務(wù)網(wǎng)基本業(yè)務(wù)交換節(jié)點(diǎn)設(shè)備交換技術(shù)公共電話網(wǎng)普通電話業(yè)務(wù)數(shù)字程控交換機(jī)電路交換移動(dòng)通信網(wǎng)移動(dòng)話音、數(shù)據(jù)移動(dòng)交換機(jī)電路/分組交換智能網(wǎng)IN以普通電話業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)的增值業(yè)務(wù)和智能業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)交換節(jié)點(diǎn)、業(yè)務(wù)控制節(jié)點(diǎn)電路交換分組交換網(wǎng)(X.25)低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(≤64kb/s)分組交換機(jī)分組交換幀中繼網(wǎng)局域網(wǎng)互連(≥2Mb/s)幀中繼交換機(jī)幀交換數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)DDN數(shù)據(jù)專線業(yè)務(wù)DXC和復(fù)用設(shè)備電路交換計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)本地高速數(shù)據(jù)(≥10Mb/s)集線器(Hub)、網(wǎng)橋、交換機(jī)共享介質(zhì)、隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)式InternetWeb、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)路由器、服務(wù)器分組交換ATM網(wǎng)絡(luò)綜合業(yè)務(wù)ATM交換機(jī)信元交換2026/1/2621支撐網(wǎng)支撐網(wǎng)負(fù)責(zé)提供業(yè)務(wù)網(wǎng)正常運(yùn)行所必需的信令、同步、網(wǎng)絡(luò)管理、業(yè)務(wù)管理、運(yùn)營(yíng)管理等功能，以提供用戶滿意的服務(wù)質(zhì)量。支撐網(wǎng)包含三部分：同步網(wǎng)、信令網(wǎng)、管理網(wǎng)。

通信網(wǎng)還可以分成用戶駐地網(wǎng)CPN、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)三部分，其中用戶駐地網(wǎng)是業(yè)務(wù)網(wǎng)在用戶端的自然延伸，接入網(wǎng)也可以看成傳送網(wǎng)在核心網(wǎng)之外的延伸，而核心網(wǎng)則包含業(yè)務(wù)、傳送、支撐等網(wǎng)絡(luò)功能要素。2026/1/26226.1.3通信網(wǎng)的類型根據(jù)通信網(wǎng)提供的業(yè)務(wù)類型，采用的交換技術(shù)、傳輸技術(shù)、服務(wù)范圍、運(yùn)營(yíng)方式、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等方面的不同來(lái)對(duì)其進(jìn)行各種分類。

1．按業(yè)務(wù)類型分可以將通信網(wǎng)分為電話通信網(wǎng)(如PSTN、移動(dòng)通信網(wǎng)等)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)(如X.25、Internet、幀中繼網(wǎng)等)、廣播電視網(wǎng)等。

2．按空間距離分可以將通信網(wǎng)分為廣域網(wǎng)(WAN：WideAreaNetwork)、城域網(wǎng)(MAN：MetropolitanAreaNetwork)和局域網(wǎng)(LAN：LocalAreaNetwork)。

2026/1/26233．按信號(hào)傳輸方式分按信號(hào)傳輸方式，可以將通信網(wǎng)分為模擬通信網(wǎng)和數(shù)字通信網(wǎng)。4．按運(yùn)營(yíng)方式分按運(yùn)營(yíng)方式，可以將通信網(wǎng)分為公用通信網(wǎng)和專用通信網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)之間本質(zhì)的區(qū)別在于所采用的實(shí)現(xiàn)技術(shù)的不同，其主要包括三方面：交換技術(shù)、控制技術(shù)以及業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)方式。而決定采用何種技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的主要因素則有：用戶的業(yè)務(wù)流量特征、用戶要求的服務(wù)性能、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的物理范圍、網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模、當(dāng)前可用的軟硬件技術(shù)的信息處理能力等。2026/1/26246.1.4通信網(wǎng)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從點(diǎn)線組成網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu),即從硬件設(shè)施去分析當(dāng)前組成通信網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu),主要有5種基本網(wǎng)結(jié)構(gòu),由它可復(fù)合組成若干種網(wǎng)。

1.星型網(wǎng)星型網(wǎng)如同星狀,以一中心點(diǎn)向四周輻射,也可稱為輻射網(wǎng)。圖星型網(wǎng)

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2.網(wǎng)型網(wǎng)

任意節(jié)點(diǎn)間都有線相連接,如圖所示。以上連接屬于全連通方式,在實(shí)際的組網(wǎng)中根據(jù)實(shí)際情況從經(jīng)濟(jì)效益考慮,可組成不全連通方式而形成網(wǎng)孔型網(wǎng),這種網(wǎng)在實(shí)際通信組網(wǎng)中的大區(qū)一級(jí)干線網(wǎng)以及市話網(wǎng)中大量采用。

3.環(huán)型網(wǎng)

這是一種首尾相接的閉合網(wǎng)絡(luò),如圖所示。這種網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,而且有自愈功能,現(xiàn)在的SDH光傳輸系統(tǒng)組網(wǎng)中經(jīng)常采用,組成自愈保護(hù)環(huán)網(wǎng),其穩(wěn)定性較高。

圖網(wǎng)型網(wǎng)圖環(huán)型網(wǎng)2026/1/2628

4.總線型網(wǎng)

總線型網(wǎng)是節(jié)點(diǎn)都連接到一條共有的傳輸線上,這條傳輸線常稱為總線,因此稱之為總線型網(wǎng)。這是一種并聯(lián)的網(wǎng)絡(luò),如電燈網(wǎng)絡(luò),在信息傳輸中計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也較常用,此種網(wǎng)絡(luò)增減節(jié)點(diǎn)很方便,設(shè)置的傳輸鏈路少,其結(jié)構(gòu)如圖所示。

5.復(fù)合型網(wǎng)

現(xiàn)在的實(shí)際組網(wǎng),是以上網(wǎng)組合而成,稱為復(fù)合型網(wǎng),如網(wǎng)型網(wǎng)與星型網(wǎng)的組合構(gòu)成當(dāng)前的市話網(wǎng),如圖所示。又如星型網(wǎng)擴(kuò)展組成樹型網(wǎng),如圖所示。圖總線型網(wǎng)圖復(fù)合型網(wǎng)圖樹型網(wǎng)

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它實(shí)現(xiàn)了用戶終端全數(shù)字化的綜合業(yè)務(wù)的接入，為用戶提供端口速率，以標(biāo)準(zhǔn)B、D、H信道速率為基礎(chǔ)。

其接口速率為:B信道:64kb/sD信道:16kb/sH信道:384kb/s（6×64kb/s）H11信道:1536kb/s（23B＋D）H12信道:1920kb/s（30B＋D）基本接口速率：144kb/s(2B+D)基群接口速率：2048kb/s、1544kb/s2026/1/2633

B-ISDN網(wǎng)

此種網(wǎng)絡(luò)為寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng),它的用戶傳輸速率一般大于2Mb/s，所謂寬帶綜合業(yè)務(wù)是指高比特率的、寬頻帶的視頻信號(hào)業(yè)務(wù)，如可視電話、會(huì)議電視、監(jiān)控圖像、有線電視、高清晰度電視業(yè)務(wù)以及高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等。

B-ISDN是基于寬帶ATM交換為基礎(chǔ)構(gòu)建的現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)在大、中城市都已建立了ATM網(wǎng)，它實(shí)現(xiàn)端到端多媒體數(shù)字業(yè)務(wù)的傳輸與交換。其特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：網(wǎng)絡(luò)本身與業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)，它可為不同業(yè)務(wù)分配不同的帶寬，并可實(shí)現(xiàn)與其他網(wǎng)絡(luò)互連互通。2026/1/26346.1.5通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)

借鑒傳統(tǒng)ITU-T建議的方式，根據(jù)信息類型的不同將業(yè)務(wù)分為四類：話音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、圖像業(yè)務(wù)、視頻和多媒體業(yè)務(wù)。

1．電話業(yè)務(wù)

2．?dāng)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)

3．圖像業(yè)務(wù)

4．視頻和多媒體業(yè)務(wù)

5．承載業(yè)務(wù)與終端業(yè)務(wù)

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圖6-12通信業(yè)務(wù)的帶寬需求2026/1/26366.1.6通信系統(tǒng)與通信網(wǎng)

1.通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)是利用信道連接收、發(fā)兩端設(shè)備而完成信息傳遞和交流的全過(guò)程,是由兩端節(jié)點(diǎn)與信道構(gòu)成的通信系統(tǒng)。

通信系統(tǒng)是構(gòu)成各種通信網(wǎng)的基礎(chǔ)。通信網(wǎng)構(gòu)成示意圖如圖6-14所示。

2.通信系統(tǒng)與通信網(wǎng)用通信系統(tǒng)來(lái)構(gòu)架,通信網(wǎng)即為通信系統(tǒng)的集,或者說(shuō)是各種通信系統(tǒng)的綜合,通信網(wǎng)是各種通信系統(tǒng)綜合應(yīng)用的產(chǎn)物。

圖通信網(wǎng)構(gòu)成示意圖

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通信網(wǎng)源于通信系統(tǒng),又高于通信系統(tǒng)。但是不論網(wǎng)的種類、功能、技術(shù)如何復(fù)雜,從物理上的硬件設(shè)施分析,通信系統(tǒng)是各種網(wǎng)不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ),因此,通信網(wǎng)是通信系統(tǒng)發(fā)展的必然結(jié)果。通信系統(tǒng)可以獨(dú)立地存在,然而一個(gè)通信網(wǎng)是通信系統(tǒng)的擴(kuò)充,是多節(jié)點(diǎn)各通信系統(tǒng)的綜合,通信網(wǎng)不能離開系統(tǒng)而單獨(dú)存在。

2、現(xiàn)代通信網(wǎng)

通信系統(tǒng)與通信網(wǎng)的基本概念是從物理結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)施方面去理解和定義的,然而現(xiàn)在的通信網(wǎng)、通信系統(tǒng)已經(jīng)融入了計(jì)算機(jī)技術(shù)。2026/1/2639

現(xiàn)代通信就是數(shù)字通信與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合?，F(xiàn)代通信網(wǎng)定義:在數(shù)字通信系統(tǒng)中融合了計(jì)算機(jī)硬、軟件技術(shù),這樣的系統(tǒng)即為現(xiàn)代通信系統(tǒng)。現(xiàn)在的通信網(wǎng)已實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化,并引入了大量的計(jì)算機(jī)硬、軟件技術(shù),使通信網(wǎng)越來(lái)越綜合化、智能化,把通信網(wǎng)推向一個(gè)新時(shí)代,即現(xiàn)代通信網(wǎng)。我們現(xiàn)在經(jīng)常談到的通信網(wǎng)、電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等都屬于現(xiàn)代通信網(wǎng),也可簡(jiǎn)稱通信網(wǎng)。2026/1/26406.2通信網(wǎng)的交換技術(shù)6.2.1交換技術(shù)概述1．面向連接和無(wú)連接根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳遞用戶信息時(shí)是否預(yù)先建立源端到目的端的連接，將網(wǎng)絡(luò)使用的交換技術(shù)分為兩類：面向連接型和無(wú)連接型。使用相應(yīng)交換技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)也依次稱為面向連接型網(wǎng)絡(luò)和無(wú)連接型網(wǎng)絡(luò)。兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，面向連接方式適用于大批量、可靠的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，但網(wǎng)絡(luò)控制機(jī)制復(fù)雜；無(wú)連接方式控制機(jī)制簡(jiǎn)單，適用于突發(fā)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)量少的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。2026/1/26412．交換節(jié)點(diǎn)的功能結(jié)構(gòu)交換式網(wǎng)絡(luò)總是以交換節(jié)點(diǎn)為核心來(lái)組建的。一個(gè)交換節(jié)點(diǎn)要完成任意入線的信息到指定出線的交換功能，基本的前提是網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)交換節(jié)點(diǎn)都必須擁有當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的信息。為便于敘述，我們將交換節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)的到每一個(gè)目的地的路由信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為“路由表”，路由表可以簡(jiǎn)單地理解為一張網(wǎng)絡(luò)地圖，交換節(jié)點(diǎn)依靠它來(lái)進(jìn)行尋址選路。

2026/1/26426.2.2主要的交換技術(shù)目前在廣域通信網(wǎng)上使用的交換技術(shù)主要有電路交換、分組交換、幀中繼、ATM技術(shù)。其中電路交換和分組交換是通信網(wǎng)中最基本的交換技術(shù)，后來(lái)發(fā)展起來(lái)的幀中繼、ATM以及近來(lái)的各種IP交換技術(shù)和MPLS技術(shù)都是基于這兩種技術(shù)綜合或改進(jìn)的，本節(jié)將不介紹MPLS技術(shù)，相關(guān)的內(nèi)容在后續(xù)章節(jié)有詳細(xì)介紹。圖6-16描述了目前的各種交換技術(shù)。2026/1/2643

圖6-16通信網(wǎng)的主要交換技術(shù)2026/1/2644

電路交換方式主要用于目前的電話通信網(wǎng)，它是一種面向連接的技術(shù)，一次通信過(guò)程分為連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放三個(gè)階段。

電路交換的主要特點(diǎn)是：在連接建立階段，為用戶靜態(tài)地分配通信所需的全部網(wǎng)絡(luò)資源；并且在通信期間，資源將始終保持為該連接專用；在數(shù)據(jù)傳輸階段，交換節(jié)點(diǎn)只是簡(jiǎn)單將用戶信息在預(yù)先建立的連接上進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，節(jié)點(diǎn)處理時(shí)延可忽略不計(jì)，效率極高。電路交換很適合實(shí)時(shí)性要求高的通信業(yè)務(wù)，它很好地解決了實(shí)時(shí)話音通信問題。它的主要缺點(diǎn)是信道資源的利用率低。2026/1/26452．分組交換主要用于計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，采用分組交換基于以下原因。

(1)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)有很強(qiáng)的突發(fā)性，采用電路交換方式，信道利用率太低。

(2)電路交換只支持固定速率的數(shù)據(jù)傳輸，要求收發(fā)嚴(yán)格同步，不適應(yīng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中終端間異步、可變速率的通信要求。

(3)話音傳輸對(duì)時(shí)延敏感、對(duì)差錯(cuò)不敏感。

(4)分組交換是針對(duì)數(shù)據(jù)通信而設(shè)計(jì)的，為解決電路交換方式信道資源利用率低的缺點(diǎn)，分組交換引入了統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用技術(shù)。

2026/1/26463．幀中繼幀中繼技術(shù)主要用于局域網(wǎng)高速互連業(yè)務(wù)。以X.25為代表的分組交換技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)長(zhǎng)途數(shù)據(jù)傳輸還有很高的差錯(cuò)率，為保證可靠的服務(wù)質(zhì)量，分組協(xié)議采用了逐段的差錯(cuò)控制和流量控制，這使得分組交換網(wǎng)交換時(shí)延大，無(wú)法為用戶提供更高的速率。4．ATMATM即異步傳送模式，其主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上用分組交換技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)話音、數(shù)據(jù)、圖像等業(yè)務(wù)的綜合傳送交換。2026/1/2647

廣域通信網(wǎng)上使用的交換技術(shù)都有自己的特點(diǎn)，主要廣域網(wǎng)交換技術(shù)的特點(diǎn)比較如表6-2所示。表6-2主要廣域網(wǎng)交換技術(shù)的特點(diǎn)比較電路交換分組交換幀中繼ATM數(shù)據(jù)報(bào)虛電路連接方式面向連接無(wú)連接面向連接面向連接面向連接比特率固定可變可變可變可變差錯(cuò)控制不具備具備具備只檢錯(cuò)，不糾錯(cuò)只對(duì)控制信息差錯(cuò)控制信道資源使用方式靜態(tài)復(fù)用，利用率低統(tǒng)計(jì)復(fù)用，利用率高統(tǒng)計(jì)復(fù)用，利用率高統(tǒng)計(jì)復(fù)用，利用率高統(tǒng)計(jì)復(fù)用，利用率高流量控制無(wú)較好好無(wú)好實(shí)時(shí)性很好差較好好好終端間的同步關(guān)系要求同步異步異步異步異步最佳應(yīng)用實(shí)時(shí)話音業(yè)務(wù)小批量，不可靠的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)大批量、可靠的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)局域網(wǎng)互連綜合業(yè)務(wù)2026/1/26486.3通信網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu) 在通信領(lǐng)域影響最大的分層體系結(jié)構(gòu)有兩個(gè)，即TCP/IP協(xié)議族和OSI參考模型。它們已成為設(shè)計(jì)可互操作的通信標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。

TCP/IP體系結(jié)構(gòu)以網(wǎng)絡(luò)互連為基礎(chǔ)，提供了一個(gè)建立不同計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)間通信的標(biāo)準(zhǔn)框架。

OSI則是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化了的體系結(jié)構(gòu)，常被用來(lái)描述通信功能，但實(shí)際中很少實(shí)施。6.3.1OSI參考模型

OSI參考模型是ISO在1977年提出的開發(fā)網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)框架。OSI參考模型分為七層，如圖6-17所示。2026/1/2649

圖6-17OSI與TCP/IP協(xié)議分層結(jié)構(gòu)2026/1/2650下面是各層的具體功能。

(1)應(yīng)用層：為用戶提供到OSI環(huán)境的接入和分布式信息服務(wù)。

(2)表示層：將應(yīng)用進(jìn)程與不同的數(shù)據(jù)表示方法獨(dú)立開來(lái)。

(3)會(huì)話層：為應(yīng)用間的通信提供控制結(jié)構(gòu)，包括建立、管理、終止應(yīng)用之間的會(huì)話。

(4)運(yùn)輸層：為兩個(gè)端點(diǎn)之間提供可靠的、透明的數(shù)據(jù)傳輸，以及端到端的差錯(cuò)恢復(fù)和流量控制能力。

(5)網(wǎng)絡(luò)層：使高層與連接建立所使用的數(shù)據(jù)傳輸和交換技術(shù)獨(dú)立開來(lái)，并負(fù)責(zé)建立、保持、終止一個(gè)連接。

(6)數(shù)據(jù)鏈路層：發(fā)送帶有必需的同步、差錯(cuò)控制和流量控制信息的數(shù)據(jù)塊(幀)，保證物理鏈路上數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

(7)物理層：負(fù)責(zé)物理介質(zhì)上無(wú)結(jié)構(gòu)的比特流傳輸，定義接入物理介質(zhì)的機(jī)械的、電氣的、功能的特性。2026/1/26516.3.2TCP/IP協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

TCP/IP是美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署(DARPA)資助的ARPANet實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的研究成果之一，開始于20世紀(jì)60年代的ARPANet項(xiàng)目主要目的就是要研究不同計(jì)算機(jī)之間的互連性，974年，V.Cerf與R.Kahn聯(lián)手重寫了TCP/IP協(xié)議，并最終成為了Internet的基礎(chǔ)。下面是各層的具體功能。2026/1/2652(1)應(yīng)用層：包含支持不同的用戶應(yīng)用的應(yīng)用邏輯。每一種不同的應(yīng)用層需要一個(gè)與之相對(duì)應(yīng)的獨(dú)立模塊來(lái)支持。

(2)運(yùn)輸層：為應(yīng)用層提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。對(duì)每一個(gè)應(yīng)用，運(yùn)輸層保證所有的數(shù)據(jù)都能到達(dá)目的地應(yīng)用，并且保證數(shù)據(jù)按照其發(fā)送時(shí)的順序到達(dá)。

(3)IP：該層執(zhí)行在不同網(wǎng)絡(luò)之間IP分組的轉(zhuǎn)發(fā)和路由的選擇。其中使用IP協(xié)議執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)，使用RIP、OSPF、BGP等協(xié)議來(lái)發(fā)現(xiàn)和維護(hù)路由，人們習(xí)慣上將該層簡(jiǎn)稱為IP層。

(4)網(wǎng)絡(luò)接入層：它負(fù)責(zé)一個(gè)端系統(tǒng)和它所在的網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換。

(5)物理層：定義數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備與物理介質(zhì)或它所連接的網(wǎng)絡(luò)之間的物理接口。2026/1/26536.4通信網(wǎng)的發(fā)展史以1878年第一臺(tái)交換機(jī)投入使用作為現(xiàn)代通信網(wǎng)的開端，那么它已經(jīng)過(guò)了120多年的發(fā)展。這期間由于交換技術(shù)、信令技術(shù)、傳輸技術(shù)、業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)方式的發(fā)展，通信網(wǎng)大致經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。

1．第一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(shí)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(shí)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(yùn)營(yíng)商主要的業(yè)務(wù)和收入來(lái)源。2026/1/26542．第二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)變的階段。這一時(shí)期數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)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)界主要是通過(guò)數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)的引入來(lái)解決話音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。

這一時(shí)期是現(xiàn)代通信網(wǎng)最重要的一個(gè)發(fā)展階段，它幾乎奠定了未來(lái)通信網(wǎng)發(fā)展的所有技術(shù)基礎(chǔ)，比如數(shù)字技術(shù)、分組交換技術(shù)。2026/1/26553．當(dāng)前階段從1995年一直到目前，這一時(shí)期可以說(shuō)是信息通信技術(shù)發(fā)展的黃金時(shí)期，是新技術(shù)、新業(yè)務(wù)產(chǎn)生最多的時(shí)期。在這一階段，骨干通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化，骨干傳輸網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了光纖化，同時(shí)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)增長(zhǎng)迅速，獨(dú)立于業(yè)務(wù)網(wǎng)的傳送網(wǎng)也已形成。在技術(shù)方面，對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響的主要有以下三方面：計(jì)算機(jī)技術(shù)、光傳輸技術(shù)、Internet網(wǎng)。圖6-18描述了目前電信網(wǎng)的概貌。2026/1/2656圖6-18當(dāng)前電信網(wǎng)的概貌2026/1/26576.5主要網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介現(xiàn)代通信網(wǎng)的分類很多,按其功能、作用、性質(zhì)及其服務(wù)范圍等,可分為各種不同的網(wǎng)絡(luò)。按功能作用分為：電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)(計(jì)算機(jī)網(wǎng))、圖像網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)。按服務(wù)范圍分為：長(zhǎng)途網(wǎng)、本地網(wǎng)、接入網(wǎng)。專用網(wǎng)的分類就更多了,如各個(gè)部門行業(yè),按其自身信息技術(shù)的需求而建設(shè)的網(wǎng),如氣象網(wǎng)、郵政綜合計(jì)算機(jī)網(wǎng),各銀行組建的金融網(wǎng),大型工礦企業(yè)控制網(wǎng)、監(jiān)控網(wǎng)等等。如圖6-19所示。

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圖6-19兩種智能交通網(wǎng)

(a)通信系統(tǒng)與交通信息網(wǎng);(b)深圳高速公路東環(huán)信息網(wǎng)2026/1/26596.5.1電話網(wǎng)

電話網(wǎng)是傳統(tǒng)的網(wǎng),是人們都比較熟悉的網(wǎng)絡(luò),其主要是為話音業(yè)務(wù)的傳送、轉(zhuǎn)接而設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)。電話網(wǎng)在世界上一般主要采用SDH系統(tǒng)干線傳輸和中繼傳輸為主,以數(shù)字程控交換機(jī)為話音信號(hào)的轉(zhuǎn)接點(diǎn)而設(shè)置等級(jí)結(jié)構(gòu)。我國(guó)的電話網(wǎng)可分為長(zhǎng)途電話網(wǎng)、本地網(wǎng)、市話網(wǎng)和接入網(wǎng)。

1、長(zhǎng)途電話網(wǎng)長(zhǎng)途網(wǎng)為復(fù)合型結(jié)構(gòu),它以長(zhǎng)途交換中心劃分為一級(jí)交換中心、二級(jí)交換中心和三級(jí)交換中心組成的三級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。2026/1/2660

一級(jí)交換中心為國(guó)家的大型交換中心,又稱為省間交換中心,現(xiàn)主要設(shè)置在我國(guó)的八大城市（北京,沈陽(yáng),西安,成都,武漢,南京,上海,廣州）；二級(jí)交換中心是以省、市為交換中心,一般設(shè)在省會(huì)城市；三級(jí)交換中心設(shè)在地區(qū)交換中心。各交換中心之間都設(shè)置有傳輸鏈路,這些傳輸鏈路直接與長(zhǎng)途匯接局相連,由傳輸鏈路組成為國(guó)家的一級(jí)干線、二級(jí)干線及長(zhǎng)市中繼線。三級(jí)長(zhǎng)途網(wǎng)絡(luò)如圖所示。

圖長(zhǎng)途電話三級(jí)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

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2、本地電話網(wǎng)本地電話網(wǎng)又稱本地網(wǎng),指在同一編號(hào)區(qū)內(nèi)由若干端局、匯接局及局間中繼、用戶線和話機(jī)終端組成的電話網(wǎng)。本地電話網(wǎng)又分為分區(qū)單匯接結(jié)構(gòu),分區(qū)雙匯接局結(jié)構(gòu)（來(lái)話匯接）以及全覆蓋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

本地網(wǎng)的全覆蓋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是在本地網(wǎng)內(nèi)設(shè)置若干匯接局,這些匯接局均處于平等地位,均勻分擔(dān)負(fù)荷,匯接局間以網(wǎng)狀網(wǎng)相連,各端局與匯接局相連,如圖所示。一般說(shuō)來(lái),在特大或大城市的本地網(wǎng),其中心城市采用全覆蓋結(jié)構(gòu)或分區(qū)雙匯接結(jié)構(gòu)。圖本地網(wǎng)的全覆蓋網(wǎng)路結(jié)構(gòu)

2026/1/26646.5.2數(shù)據(jù)網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)的定義,可解釋為用于傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的通信網(wǎng),它是以數(shù)據(jù)交換機(jī)（分組交換、幀中繼交換、ATM交換、高級(jí)路由器、IP交換機(jī)等