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1、教学安排教学安排节次节次内容内容主讲主讲第一讲第一讲专业方向知识框架介绍专业方向知识框架介绍刘颖刘颖第二讲第二讲专业方向知识框架介绍专业方向知识框架介绍刘颖刘颖第三讲第三讲电信网络与网络融合电信网络与网络融合郭宇春郭宇春第四讲第四讲无线与移动通信无线与移动通信姚冬萍姚冬萍第五讲第五讲光通信光通信孙强孙强第六讲第六讲计算机网络计算机网络周华春周华春第七讲第七讲信息安全信息安全张振江张振江第八讲第八讲研讨研讨郭宇春郭宇春问题问题o通信网络与通信系统的差别？通信网络与通信系统的差别？n什么需求促使通信网络出现？什么需求促使通信网络出现？o通信网络核心要素？通信网络核心要素？o电信网络？电信网络？n提
2、供不同业务的电信网络提供不同业务的电信网络o通信网络设计要求？通信网络设计要求？o如何构建通信网络？如何构建通信网络？n需要解决的主要问题需要解决的主要问题o网络技术发展？网络技术发展？n历程历程/趋势趋势/动力动力通信通信 电信电信o通信通信n传递信息传递信息n光光/电信号电信号n远程远程otelecommunication，电信电信1876 Bell Speaking into TelephoneFirst Transatlantic Radio Service Marconi Operator Leon R.Johnstone is shown transmitting the firs
3、t official messages of the commercial wireless telegraph service from Marconi Towers,near Glace Bay,Nova Scotia,to Clifden,Ireland,on 17 October 1907.Ten thousand words ere exchanged between the stations on the first day of operation.Source:Marconi operator Johnstone o系统组成系统组成o主要问题主要问题n如何发送如何发送/接收信号
4、？接收信号？o信号信号o调制调制/解调解调,编码编码/解码解码,n信道信道/噪声对信号的影响？噪声对信号的影响？n系统分析方法系统分析方法o设计目标：通信质量设计目标：通信质量/性能性能n可靠：尽可能准确可靠：尽可能准确n有效：尽量少的资源有效：尽量少的资源,传尽可能多的信息传尽可能多的信息o基本理论基本理论n信息论信息论通信系统通信系统信宿信宿接收接收设备设备发送发送设备设备信源信源消消息息电电信信号号消消息息电电信信号号通信系统分类通信网络通信网络on方问题方问题n终端数量？终端数量？n传输线数量？传输线数量？两点之间的通信n点中任意两点通信通信网络如何解决n方问题？交换的产生交换的产生o
5、交换（交换（Switching)n交换设备：交换设备：n个物理个物理/逻辑逻辑 输入输入/输出端口输出端口n信息从交换设备的某个输入端口转移到某个输出端口的过程信息从交换设备的某个输入端口转移到某个输出端口的过程n网络核心网络核心交换设备通信网组成通信网组成o三要素三要素n终端系统终端系统o电话机、手机、计算机、电话机、手机、计算机、PDA、n传输系统传输系统oSDH、WDM、无线、卫星、无线、卫星、n交换系统交换系统o程控交换机、程控交换机、FR/ATM交换机、路由器、交换机、路由器、o规程约定规程约定n信令、协议、标准、信令、协议、标准、nlanguage for Interoperati
6、ng,Internetworkingo通信网是由多个终端节点、交换节点和连接这些节点的传输系统通信网是由多个终端节点、交换节点和连接这些节点的传输系统有机地组织在一起的，按约定的信令或协议完成任意用户间信息有机地组织在一起的，按约定的信令或协议完成任意用户间信息交换的系统交换的系统电信网络电信网络8/8基础电信运营商的变革：基础电信运营商的变革：邮电局电信局邮政局时时间间电信局无线局中国联通中国移动中国网通中国吉通数据局中国电信中国联通中国电信中国网通中国电信南南方方北北方方C网网中国卫通铁通公司中国移动中国移动铁道部中国航天科技集团公司 电电邮邮o运营商为公众用户提供通信服务的运营的通信网络
7、运营商为公众用户提供通信服务的运营的通信网络8最早建立的电信网络最早建立的电信网络电话网电话网oPublic Service Telephone Networkn1878年研制出磁石式交换机最早建立的电信网络最早建立的电信网络电话网电话网oPublic Service Telephone Networkn1878年美国：磁石式交换机 人工交换n1900年美国：Stroger步进式交换机n1919年瑞典：纵横式交换机n1965年美国：程控交换机n1970年法国：数字程控交换机 自动交换自动交换123交交换换设设备备ABCDEF4 5 6电路交换电路交换编号编号/编址编址标识节标识节点点网络规模及
8、服务范围网络规模及服务范围o每个交换机能够服务的用户有限每个交换机能够服务的用户有限n增加交换机增加交换机o用户之间距离增加用户之间距离增加n本地网本地网 n长途网长途网 早期早期5级电话网结构级电话网结构现在的电话网结构现在的电话网结构o终端移动终端移动o与固定电话网互连与固定电话网互连移动电话网移动电话网数据通信网数据通信网o最早的数据通信最早的数据通信电报通信网电报通信网n电信的发展是先有电报后有电话电信的发展是先有电报后有电话o电报网基于数字技术，电话网是从模拟起步的电报网基于数字技术，电话网是从模拟起步的n电报网被电话网取代电报网被电话网取代o利用载波电报的方法在话路内可同时传送利用
9、载波电报的方法在话路内可同时传送24路电报，独立的公路电报，独立的公用电报网就失去了存在的必要性用电报网就失去了存在的必要性o电话网上实现数据通信：传真电话网上实现数据通信：传真(图像图像)o就就20世纪世纪70年代可利用的业务而言，电话网称得上是多业年代可利用的业务而言，电话网称得上是多业务的综合网务的综合网计算机发展推动数据通信计算机发展推动数据通信o数据通信与话音通信的不同数据通信与话音通信的不同n信源更复杂信源更复杂o信源速率不同信源速率不同o速率可变速率可变n对错误敏感对错误敏感n延时要求低一些延时要求低一些o数据网络实例数据网络实例nX.25分组交换分组交换网网n局域网局域网LAN
10、n帧中继网帧中继网nInternet(互联网互联网)n典型的数据通信网分组交换分组交换oData transmitted in small packets.oLonger messages are split into series of packets.oEach packet contains a portion of user data plus some control info(headers and trailers)for routing or other purposes.oPackets are received,stored briefly(buffered)and pas
11、t on to the next node-store and forward.广播电视网广播电视网o无线无线o卫星卫星o有线有线cable（CATV-CAble TeleVision)n1979年有线电视在伦敦开通;1980年左右公用天线系统;微波干线/电缆分配;n1990年后光纤干线/电缆分配,光纤/同轴电缆混合系统HFCn2000年-以HFC为基础向双向基于IP的宽带多业务IPTV，有线高清晰度数字电视HDTV发展对通信网的要求对通信网的要求o转接的任意性转接的任意性n网络内任意两用户可以互相通信网络内任意两用户可以互相通信o信息的透明性信息的透明性n允许任意形式的信息在网络内传递允许任
12、意形式的信息在网络内传递o可靠性可靠性n概率意义上的可靠概率意义上的可靠o质量的一致性质量的一致性n子系统满足的质量指标：局部性；一致的全程指标：全局性子系统满足的质量指标：局部性；一致的全程指标：全局性o网络的灵活性网络的灵活性n允许新用户或新业务进网；与其他网络互联互通；具有一定的过载能力允许新用户或新业务进网；与其他网络互联互通；具有一定的过载能力o经济上的合理性经济上的合理性n技术技术/社会条件社会条件/人为因素人为因素o信息安全性信息安全性n信息窃取信息窃取/攻击攻击通信网中的问题通信网中的问题o网络元素间如何连接？网络元素间如何连接？n拓扑结构拓扑结构o如何找到一条连接通信双方的好
13、路？如何找到一条连接通信双方的好路？n路由路由o网络节点如何在输入网络节点如何在输入/输出端间实现信息传递？输出端间实现信息传递？n交换交换o如何保证终端之间高效可靠传递信息？如何保证终端之间高效可靠传递信息？n传输传输o如何组织网络元素？如何组织网络元素？n体系结构与协议规程体系结构与协议规程拓朴结构拓朴结构o网络元素间如何连接？网络元素间如何连接？o常见拓扑结构常见拓扑结构o拓扑结构影响什么？拓扑结构影响什么？n与性能的关系？与性能的关系？n大规模通信网用什么拓扑结构？大规模通信网用什么拓扑结构？路由路由o如何找到一条连接通信双方的好路？如何找到一条连接通信双方的好路？n经过多个交换设备（
14、网络节点）连通经过多个交换设备（网络节点）连通n多条路径中选择哪条路更好？多条路径中选择哪条路更好？o路由方式路由方式n预先找到好路：静态路由预先找到好路：静态路由n当前的好路：动态路由当前的好路：动态路由o什么是好路？什么是好路？n短短/快快/便宜便宜n可靠性可靠性交换交换o基本交换方式基本交换方式n电路交换电路交换n分组交换分组交换n电路电路+分组交换分组交换oATM交换交换oMPLS交换交换oo目标目标n用户满意用户满意o质量质量/性能性能/服务价格服务价格n运营商盈利运营商盈利o成本成本传输传输o目标目标n多多/快快n准准/稳稳o可靠传输技术可靠传输技术n差错控制差错控制o传输出错：噪
15、声、干扰传输出错：噪声、干扰n拥塞拥塞/流量控制流量控制o网络拥塞：网络拥塞：数据流量接近或大数据流量接近或大于网络传输和处理容量于网络传输和处理容量n健壮健壮/容错能力容错能力o链路和节点故障链路和节点故障o宽带传输宽带传输修更宽的路修更宽的路nSDH/WDMo复用技术复用技术路上跑更多的车路上跑更多的车n频分复用频分复用FDMo波分复用波分复用WDM n时分复用时分复用TDM n统计时分复用统计时分复用STDM o网络体系结构网络体系结构o网络体系结构是指通信系统的整体设计，它为网络硬件、软件、网络体系结构是指通信系统的整体设计，它为网络硬件、软件、协议、存取控制和拓扑提供标准。协议、存取
16、控制和拓扑提供标准。o国际标准组织国际标准组织nITU-TITU-T（International Telecommunication UnionInternational Telecommunication Union，Telecommunication Telecommunication Standardization Sector(ITU-T)Standardization Sector(ITU-T)o传统电信网络标准的主要制订机构，前身为国际电报电话咨询委员会传统电信网络标准的主要制订机构，前身为国际电报电话咨询委员会(CCITT)(CCITT)，负责研究通信技术准则、业务、资费、网络体
17、系结构等，负责研究通信技术准则、业务、资费、网络体系结构等，并发表相应的建议书并发表相应的建议书nISO(International Standards for Business,Government and Society)ISO(International Standards for Business,Government and Society)oan an international-standardinternational-standard-setting body composed of-setting body composed of representatives from
18、various national representatives from various national standards standards organizationsorganizations.nIETF(Internet Engineering Task Force)IETF(Internet Engineering Task Force)oIAB(Internet Architecture Board)IAB(Internet Architecture Board)下属的标准制定机构下属的标准制定机构oInternetInternet协议标准的制订机构协议标准的制订机构,开放式标
19、准制订过程开放式标准制订过程o标准建议以标准建议以RFC(Request for Comments)RFC(Request for Comments)形式在网上公开发布形式在网上公开发布协议规程分层协议规程分层o独立独立o简化简化o标准标准o接口与服务接口与服务邮政系统的分层协议模型OSI七层模型七层模型oISO(International Standard Organizaiton)提出提出OSI(Open System Interconnection)n普适性开放标准普适性开放标准n仅为参考模型，不涉及具体设计仅为参考模型，不涉及具体设计 应用应用 表示表示 会话会话 运输运输 网络网络数
20、据链路数据链路 物理物理 应用应用 表示表示 会话会话 运输运输 网络网络数据链路数据链路 物理物理 网络网络数据链路数据链路 物理物理 物理媒质物理媒质主机主机节点节点主机主机TCP/IP协议分层协议分层 email WWW phone.copper fiber radio.SMTP HTTP RTP.TCP UDPIPethernet PPPCSMA async SDH.网络体系结构：垂直分解网络体系结构：垂直分解o业务网业务网n电话、数据、图像、视频和多媒体等业务网电话、数据、图像、视频和多媒体等业务网o传送网传送网n业务承载网，主要由各种传输线路和传输设备业务承载网，主要由各种传输线路
21、和传输设备nPDH/SDH/WDMPDH/SDH/WDMo支撑网支撑网n同步网同步网n信令网信令网n管理网管理网 业务应用业务应用业务网业务网传送网传送网支支撑撑网网TMNTMN的层次、功能和业务域的层次、功能和业务域 网络体系结构：水平分解网络体系结构：水平分解o核心网：传输、路由、交换核心网：传输、路由、交换n节点能力节点能力/传输能力？传输能力？o接入网：将用户接入到核心网接入网：将用户接入到核心网nADSL，WLAN，WiMaX，PONo用户驻地网：用户负责用户驻地网：用户负责Core Core AccessHomeAccessHomeADSL接入系统 网络技术发展网络技术发展o宽带传
22、输宽带传输o无线接入无线接入oIPIP承载与数据分组化承载与数据分组化o网络融合网络融合北京北京天津天津石家庄石家庄太原太原成都成都重庆重庆贵阳贵阳 昆明昆明广州广州长沙长沙哈尔滨哈尔滨呼和浩特呼和浩特济南济南西宁西宁南宁南宁柳州柳州南昌南昌上海上海蚌埠蚌埠南京南京福州福州杭州杭州沈阳沈阳长春长春乌鲁木齐乌鲁木齐郑州郑州武汉武汉西安西安洛阳洛阳兰州兰州银川银川乌鲁木齐乌鲁木齐宽带传输宽带传输o宽带需求宽带需求n大量低延时数据业务的增长大量低延时数据业务的增长o WebWeb浏览，浏览，LANLANn本身带宽窄，但通信量极大本身带宽窄，但通信量极大oEmailEmail及附件，移动电话及附件，移
23、动电话n高带宽应用高带宽应用o流媒体，图像传输，电视转播流媒体，图像传输，电视转播n网路自愈网路自愈o需要多消耗需要多消耗30%-60%30%-60%o光传输能力提高光传输能力提高n干线网干线网城域网城域网接入网接入网局域网局域网用户网用户网FTTR（光纤到地区）（光纤到地区）FTTZ（小区）（小区）FTTC（路边）（路边）FTTB（大楼）（大楼）FTTH（到户）（到户）FTTD（桌面）（桌面）通信业务带宽需求通信业务带宽需求无线接入无线接入oMobilen核心网：有线核心网：有线n接入网：无线接入网：无线 光纤接入网光纤接入网干线网络干线网络固定台固定台基站基站BTS主干宽带主干宽带交换机交
24、换机基地台基地台（BS）宽带宽带接入设备接入设备ONUOLTIONUONU主干交换机主干交换机主干交换机主干交换机移动交换中心移动交换中心(MSC）IP承载与数据分组化承载与数据分组化o计算机的大量应用与普及计算机的大量应用与普及 =网络业务数据化网络业务数据化o电路交换对突发数据而言，传输交换成本高，效率低电路交换对突发数据而言，传输交换成本高，效率低o以分组传输、交换效率高，成本低以分组传输、交换效率高，成本低美国长途业务量分布图美国长途业务量分布图 麦肯锡等公司统计麦肯锡等公司统计网络融合网络融合oo业务繁多业务繁多业务繁多业务繁多oo垂直综合业务网络垂直综合业务网络垂直综合业务网络垂直
25、综合业务网络n n低效低效低效低效Full Service SpectrumBroadcast TVHigh-definition TVEnhanced pay-per-viewVideo-on-demandInteractive TVInteractive video gamesVideo catalog shoppingDistance learningDesktop multimediaImage networkingTransaction servicesInternet accessTelecommutingVideoconferencesVideo telephonyWireles
26、s AccessCellular/PCS systemsPOTS-Plain old telephone serviceEntertainmentEntertainmentInformationInformationTransactionsTransactionsCommunicationsCommunications网络融合网络融合电信网公用数据网无线网有线电视网计算机局域网因特网1835年电报网1876年模拟电话网3.4KHz1960年程控电话网64Kb/s1988年ISDN192Kb/s-2Mb/s1992年B-ISDN155Mb/s-622Mb/s1976年分组交换网9.6Kb/s-6
27、4Kb/s1990年帧中继网245Mb/s80年代模拟移动90年代GSM2000年后3G70年代CATV1994年HFC70年代10BASE-510Mb/s80年代FDDI100Mb/s90年代初 100BASE-T100Mb/s90年代中ATM-LANIPOA,MPOA97年GBE1000Mb/s1969年ARPA1982年TCP/IP1992年IPv6，RTPRSVP2019年第3,4层交换2019年IP OVER SDHIP OVER WDM融融合合？2000年光交换网Gb/s-Tb/s450MHz60ch.模拟TV750MHz1GHz200ch。数字TVVoIP40年代提出t现有网络的
28、融合：现有网络的融合：3网合一网合一oCommunication network 电信网电信网oCable TV network 有线电视网有线电视网oComputer network 计算机网计算机网下一代网络下一代网络 NGNoITU-TnISDNnBISDNoATMoSDHn下一代网络下一代网络 next generation networko软交换软交换oIP承载网承载网基于分组传送基于分组传送控制功能与承载能力、呼叫控制功能与承载能力、呼叫/会晤、应用会晤、应用/服务分离服务分离业务提供与网络分离，并提供开放接口业务提供与网络分离，并提供开放接口支持广泛的业务，包括实时支持广泛的业务
29、，包括实时/流流/非实时和多媒体业务非实时和多媒体业务具有端到端透明传递的宽带能力具有端到端透明传递的宽带能力与现有传统网络互通与现有传统网络互通具有通用移动性具有通用移动性提供用户自由选择业务提供商的功能等提供用户自由选择业务提供商的功能等理想的通信？理想的通信？oUbiquitous Network 泛在泛在通信通信TelegraphTelephoneRadio broadcastTVMobile,InternetSatllite,fiber-opticWSN(WSAN,RFID)3D virtual visionCommunication:Human-HumanReal-timevirt
30、ual face-to-facecommunication and interactionCommunication:Human NatureHuman MachineMachine-MachineMDNMC=MultiDimensional Networked Multimedia Communication Reading HearingSeeingMDNMCSensing BeingEvolution of Telecommunication任何人任何人(Whoever)任何地点任何地点(wherever)任何时间任何时间(whenever)任何对象任何对象(whichever)任何方式
31、任何方式(Whatever)发展的动力发展的动力 你的角色你的角色o你期望大学教育给你带来什么？你期望大学教育给你带来什么？n有能力创建更美好的生活有能力创建更美好的生活o什么样的更好的生活？什么样的更好的生活？nImagine itnCreate it o理想的网络？理想的网络？nNetwork of phonesnNetwork of computersnNetwork of thingsnNetwork of informationnNetwork of?o你未来的用武之地你未来的用武之地n新应用新应用n新技术新技术n新网络新网络促进促进 产生产生满足满足创创新新需需 求求新新技技术术技
32、术与需求之间的距离技术与需求之间的距离 新问题，驱动力新问题，驱动力小结小结o通信网络目标通信网络目标o通信网络构成通信网络构成n终端、传输设备、交换设备；协议规程终端、传输设备、交换设备；协议规程o支持不同业务的通信网络支持不同业务的通信网络n电话网、数据网、广电网电话网、数据网、广电网o通信网络设计中的主要问题通信网络设计中的主要问题n拓扑结构，路由，交换，传输，体系结构拓扑结构，路由，交换，传输，体系结构o通信网络发展演进通信网络发展演进n趋势，动力趋势，动力习题习题1.通信网络主要有哪些设计问题？尝试在课程体系中找通信网络主要有哪些设计问题？尝试在课程体系中找到相关的课程。到相关的课程
33、。2.进一步查阅资料，对通信网络发展过程和发展趋势进进一步查阅资料，对通信网络发展过程和发展趋势进行总结。行总结。3.描述你觉得最酷的网络应用，说说你最喜欢它的特色描述你觉得最酷的网络应用，说说你最喜欢它的特色功能，还有你觉得可以改进的地方。功能，还有你觉得可以改进的地方。4.Due date:Nov,11你正在使用的网络应用你正在使用的网络应用 oSome hot applicationsnP2PP2P：BT,emule,BT,emule,nVoIPVoIP：Skype,GtalkSkype,GtalknWeb2.0Web2.0：豆瓣，：豆瓣，huluhulu，YouTube,YouTube
34、,土豆，土豆，Twitter/Twitter/新浪微博新浪微博n搜索引擎搜索引擎:google,:google,nIPTV:PPLive,PPStream,UUSee IPTV:PPLive,PPStream,UUSee nSocial network:FacebookSocial network:Facebook，人人，开心，人人，开心Have u ever enjoyed any of these?What is the pros/cons of it作业与考核作业与考核o课程报告课程报告n对专业方向的认识对专业方向的认识n对专业学习的规划对专业学习的规划n学习方法的思考学习方法的思考n本课程的收获和感想本课程的收获和感想o交流研讨：交流研讨：16周周n内容自选范围：各讲作业和大作业相关内容内容自选范围：各讲作业和大作业相关内容nGroup Presentation(510分钟）分钟）:幻灯片幻灯片(ppt)n分组分组:课代表统计（课代表统计（14周）周）o16周提交电子版课程报告周提交电子版课程报告o考核考核n各模块作业各模块作业+大作业大作业+研讨报告研讨报告谢谢！谢谢！End of Lec.3谢谢你的阅读v知识就是财富v丰富你的人生