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1、网络系统工程概述沈玲玲Email：Mobile:13518191996课 程 简 介v网络系统工程网络系统工程是通信、电子、计算机和信息类高职院校和其他大专院校的综合性专业课程。v课程涉及的内容课程涉及的内容有：传送网（SDH、WDM、微波、卫星）；电话网（PSTN、ISDN）；数据通信网（X.25、DDN、FR/ATM、B-ISDN）；移动通信网（GSM、CDMA、3G）；计算机网；宽带IP网（宽带IP城域网、IP电话网、移动IP）；智能网（固定智能网、移动智能网）；接入网（V5接口、ADSL、FTTX+LAN、小灵通接入）；电信支撑网（No.7信令网、同步网、TMN）；下一代通信网络和通信
2、网互连。v前导基础课程：通信原理、网络基础、软件技术基础v前导专业课程：现代交换原理、传送网络、TCP/IP、计算机网络、数据通信等各类通信网络原理课程v本门课程侧重在哪里网络是一项系统工程！在基础理论之上，怎么结合实际规划、设计、组网以及维护v目前的问题是？v各类前导课程与本课程同步进行，造成前导理论不足v我的思路：尽量以案例方式进行，涉及前导课程未讲部分以为案例讲解服务穿插简单理论知识讲解v授课方式：简单理论+案例+实践操作v基本要求：选修课程，不强制选课，选课者务必坚持，平时及期末考察方式贴近实践（比如实验操作、组网方案提交等形式会占大量比例）v本课程没有指定教材，内容较广较散，个别内容
3、注意记笔记！终端终端传输媒介传输媒介终端终端电信号电信号电信号电信号信息信息信息信息点对点通信点对点通信在电信系统中，只有两个终端的通信称为点对点通信。在电信系统中，只有两个终端的通信称为点对点通信。什么是网络，从传输和交换的概什么是网络，从传输和交换的概念开始念开始点对点通信举例点对点通信举例两种业两种业务话音和数据务话音和数据话音话音数据数据无交换的多个终端要实现相互间通信，必须以全互无交换的多个终端要实现相互间通信，必须以全互 连的方式两两相连。连的方式两两相连。若终端数为若终端数为n，则线对数为则线对数为C2n=n(n-1)/2（当终端当终端n=100时，线对数时，线对数=100X(1
4、00-1)/2=4950）无交换的多个终端的通信无交换的多个终端的通信(终端终端=5、线对数、线对数=10)用户间通过交换设备连接用户间通过交换设备连接用户环线用户环线交换设备交换设备引入交换的终端间的通信引入交换的终端间的通信多个交换节点组成的通信网多个交换节点组成的通信网引入交换的终端间的通信引入交换的终端间的通信中继线中继线所谓电信交换，就是在通信网上，负责在所谓电信交换，就是在通信网上，负责在通信的源和目的终端之间建立通信信道传送通通信的源和目的终端之间建立通信信道传送通信信息的机制，也就是根据目的地，在源和目信信息的机制，也就是根据目的地，在源和目的终端之间传送通信信息。的终端之间传
5、送通信信息。电信交换的概念电信交换的概念交换设备交换设备终端设备终端设备传输设备传输设备什么是网络什么是网络通信网的组成通信网的组成v通信网是由一定数量的节点（包括终端节点、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交换的通信体系。v在通信网上，信息的交换可以在两个用户间进行，在两个计算机进程间进行，还可以在一个用户和一个设备间进行。交换的信息包括用户信息（如话音、数据、图像等）、控制信息（如信令信息、路由信息等）和网络管理信息三类。通信网的分层结构通信网的分层结构骨干传送网骨干传送网接入网接入网传送网传送网应用层应用层SN1业务网业务网1SNn
6、业务网业务网n业务网业务网CPE/CPN支支撑撑网网电信网电信网通信业务通信业务主要特点主要特点电话通信网（PSTN）模拟电话、中低速率（56kbit/s）应用广泛分组交换网（X.25）中低速数据（64kbit/s）应用广泛可靠性高综合业务数字网（N-ISDN）电话、传真、数据等综合业务（642048kbit/s）灵活方便节省开支帧中继网（FRN）中高速数据（642048kbit/s）传输速率高灵活、价格低数字数据网（DDN）中高速数据（642048kbit/s）应用广泛传输速度高价格高业务网的种类（业务网的种类（1）业务网的种类（业务网的种类（2）电信网电信网通信业务通信业务主要特点主要特点
7、数字移动通信网（GSM、CDMA）（GPRS）（3G）电话、低速数据（816kbit/s）电话、中速数据100kbit/s多媒体 2Mbit/s应用广泛移动通信VSAT卫星网电话、中低速数据（128kbit/s）建网快成本高宽带综合业务数字网（B-ISDN）多媒体 155.52Mbit/s宽带综合业务下一代网络（NGN）多媒体、高速数据（Gbit/s）发展方向、高效灵活、综合、开放、多业务电信网的支撑网电信网的支撑网 No.7信令网 数字同步网 电信管理网（TMN）v通信网正迅速朝着数字化、宽带化、综合化和智能化的方向发展。目前通信网的数字化进程已经基本完成，骨干网中基本上采用数字交换设备和数
8、字传输设备，通信网数字化进一步向接入网延伸。当前，通信网的宽带化已成为通信发展的热点，各种类型的宽带网络正在规划和建设之中。1.1 通信网络的类型v通信网是一个非常庞杂的系统。随着科学技术的不断进步，各种通信功能部件层出不穷，由此构成了各种不同类型的通信网。v现代通信网通常可分为电话通信网、数据通信网和计算机通信网。习惯上人们又把电信网（语音业务）、计算机网（数字业务）和广播电视网（广播及图像业务）统称为信息网。1.1 通信网络的类型v1.电信网电信网v我国电信网基本上按照国际电信联盟（ITU-T）的标准进行分类，共有三大类14个网：v（1）业务网v业务网也就是用户信息网，它是现代通信网的主体
9、，是向用户提供各种电信业务的网络。主要有以下几个部分：v公用电话交换网（PSTN）、公用分组交换数据网（PSPDN）、公用陆地移动通信网（PLMN）、窄带综合业务数字网（N-ISDN）、宽带综合业务数字网（B-ISDN）、智能网（IN）、多媒体通信网、计算机互联网（Extranet and Intranet）、数字数据网（DDN）。1.1 通信网络的类型v（2）传送网v传送网主要用来完成用户信号的传输功能。主要有接入网（AN）、同步数字系列传送网（SDH）。v（3）支撑网v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。在各个支撑网中传送相应的控制、监测信号。支撑
10、网主要包括七号公共信道信令网（NoCCS）、数字同步网、电信管理网（TMN）。1.1 通信网络的类型v业务网、传送网和支撑网之间的关系如图1-1所示。1.1 通信网络的类型v2.计算机网计算机网v计算机网包括局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）、因特网（Internet）等。v（1）局域网v局域网是在有限距离内联网的通信网。这种网支持所有通信设备的互连，以同轴电缆或双绞线构成通信信道，并能提供宽频带通信及信息资源的共享能力。这种网使用分组交换技术，既可传送数据，也可以传输语音和视频图像信号，特别适合于自动化办公，是目前应用最为广泛的一种。1.1 通信网络的类型v（2）城域网v城
11、域网是在一个城市范围内建立起来的计算机通信网，简称MAN。它实际上是一个能覆盖一个城市的很大的局域网，以光纤能提供的速率进行数据传输。v城域网的拓扑结构采用与局域网类似的总线型或环型，传输媒介以光纤为主，数据传输速率一般在100Mbit/s以上，所有联网的设备均通过专门的连接装置与媒体相连。一个城域网可作为一个骨干网，将位于同一城市不同地点的主机、数据库及多个局域网互联起来。城域网不仅能传输数据，还可以提供宽带服务，如传输语音、图像等信息。其主要应用是：局域网的互连，专用小交换机（PBX）的互连，主机到主机的互连，电视图像传输以及与广域网互连。1.1 通信网络的类型v（3）广域网v广域网是在一
12、个广泛的地理范围内所建立的计算机通信网，简称WAN。其作用范围通常为几十至几千公里，可以超越城市和国家乃至遍及全球。WAN由通信子网与资源子网两部分构成并按照一定的网络体系结构和相应的协议实现的。v在实际应用中，为实现相隔很远的局域网间的通信，利用广域网进行互连，这样每个能独立工作的LAN相当于WAN上一个单个的终端。LAN与WAN连有网络接入、网络服务和协议功能三种方法。1.1 通信网络的类型v（4）因特网v因特网即计算机互联网，是世界上最大的计算机通信网间网，是成千上万信息资源的总称。这些资源在线地分布在世界各地的数百万台计算机上，用户成员之间可以方便地交换信息，共享资源。1.1 通信网络
13、的类型v3.广播电视网广播电视网v包括无线电视网、无线广播网、有线广播电视网（CATV）。v在实际应用中，人们还可以从应用的角度出发，根据通信网提供的业务类型，采用的交换技术、传输技术、服务范围、运营方式等方面的不同对其进行各种分类。常见的分类方法有以下几种。v（1）按传输的媒介分：有线网（电线、电缆、光缆等）、无线网（长波、中波、短波、超短波、微波、卫星等）。v（2）按通信服务的范围分：本地通信网、市话通信网、长话通信网和国际通信网或局域网、城域网、广域网、因特网等。1.1 通信网络的类型v（3）按通信的业务类型分：电话通信网（如PSTN、移动通信等）、广播电视网、数据网、传真网、综合业务网
14、、多媒体网、智能网、信令网、同步网、管理网、计算机通信网。v（4）按通信服务对象分：公用通信网、专用通信网。v（5）按通信传输处理信号的形式分：模拟网、数字网、混合网。v（6）按通信的活动方式分：固定网、移动网。v（7）按通信的性质分：业务网、传输网、支撑网。1.2 通信网的基本模型v实际的通信网是由软件和硬件按特定方式构成的一个通信系统，每一次通信都需要软硬件设施的协调配合方能完成。v传递和交换信息的一切技术设备的总和构成了通信网，它主要由终端设备、传输系统和交换节点三大部分组成。v为了便于分析，可以抽象成下图1-2所示的模型，其基本组成包括：信源、发送器、信道、噪声源、接收器和信宿等部分。
15、1.2 通信网的基本模型v图1-2 通信网的基本模型 交换节点交换节点信 源变 换 器信 道反 变 换 器信 宿终端设备传输系统终端设备1.2 通信网的基本模型v1.2.1 终端设备终端设备v终端设备是通信网的源头和终点，除信源和信宿之外，还包括了一部分变换器和反变换器。v主要功能有二：一是发送端将发送的信息转变成适合信道上传输的信号，接收端则从信道上接收信号，并将其恢复成能被利用的信息；二是能产生和识别网内所需的信令信号或规则，以便相互联系和应答。通信的基本形式是在信源与信宿之间建立一个传输或转移的信息通道，实现信息的传输。v1.信源和信宿v 信源是指产生各种信息（如语音、文字、图像及数据等
16、）的信息源，它可以是发出信息的人或机器（如电话机、计算机等）。不同的信息源构成不同形式的通信系统。v信宿是信息传输的终点，也就是信息的接收者。v信源和信宿指的是直接发出和接收信息的人和终端设备。1.2 通信网的基本模型v1.2.1 终端设备终端设备v2.变换器v变换器的作用是将信息源发出的信息按一定的要求进行变换，成为适合在信道中传输的信号。对应不同的信源和不同的通信系统，变换器有不同的组成和变换功能。例如在数字电话通信系统中，变换器包括送话器和模数变换器等，模数变换器的作用是将送话器输出的模拟话音信号经过模数变换、编码及时分复用处理后，变换成适合在数字信道中传输的信号。v变换器可以通过终端设
17、备（如调制解调器）或边缘交换节点来实现。v反变换器的工作过程是变换器的逆工作过程。主要功能包括信号的解码、解调、放大、均衡和解密等。1.2 通信网的基本模型v1.2.2 传输系统传输系统v传输系统为信息的传输提供传输信道，并将网络节点连接在一起。从网络结构上看可分为干线和用户环路两部分；从提供信息的通路来看又分为信道、电路和链路等部分；从传输方式上看又分为面向连接和无连接。现代通信网中常见的传输系统有：光纤传输系统、数字微波系统、无线电传输系统和卫星传输系统等。v 干线：也称主干线，是主干网上的某个连接。v用户环路：用户环路又称本地环线或用户线，是一个节点和用户设备或用户分系统之间简单的固定连
18、接。用户环路通过UNI（用户-网络接口）连接。1.2 通信网的基本模型v1.2.2 传输系统传输系统v 传输信道：传输信道简称信道，是通信者两点间单向或双向传输信号的通道，包括传输媒介、线路接口设备和交叉连接设备等。v 电路：是通信者两点间实现信号双向传输的两条传输信道的组合，以提供一个完整的通信过程。一条电路包括两个伸延到用户设备的双向传输信道。v 链路：是指两个相邻节点间或终端设备和节点之间具有特定特性的信道（或电路）段，如无线链路、同轴链路或2048kbit/s链路等。通常是指两个配线架之间的连接段。v 面向连接：两个通信节点在数据交换之前必须先建立连接，然后进行数据传输，交换结束后连接
19、释放。v 无连接：两个实体之间的通信不需要先建立一个连接，每个报文（信件）带有完整的目的地址，且独立于其他报文，经系统选定的路线传递。1.2 通信网的基本模型v1.2.3 交换节点交换节点v交换式网络是以交换节点为核心来建网的。交换接点是进行交换的点，是用户环路和链路或链路之间的分配点，根据寻址信息和网络控制指令进行链路连接或信号导向，以使通信网中的多个用户建立信号通路。v交换节点是通信网的核心设备，常见的有电话交换机、分组交换机、路由器、转发器等。其范围可以从二线/四线转换设备，到包括电路或信息交换、接线、信号处理、业务管理和技术控制等非常复杂的设备。以节点的形式与邻接的传输链路一起构成各种
20、拓扑结构的通信网，是现代通信网的核心。1.2 通信网的基本模型v1.2.4 信道信道v信道是信息传输介质和中间设备的总称。v通常的情况下，信道的划分标准有两种方式：按传输介质的不同可分为无线信道和有线信道；按传输信号形式的不同可分为模拟信道和数字信道。v 信道主要通过传输系统来实现，在有的网络中交换节点设备中包含线路接口及信道的调配功能。如果中间要经过若干个交换节点转接，可以都把它看成是传输信息的信道。1.3 通信网的组网结构v人们把构成网络节点之间的互连方式称为拓扑结构。通信网的网络拓扑结构主要有星型、网状型、环型、树型、总线型、复合型等几种。v 1.星型网v星型网是一种以中央节点为中心，把
21、若干外围节点（或终端）连接起来的的辐射式互联结构，如图1-3（a）所示，所以也被称为辐射网。v星型网所用传输链路较少，线路的利用率也就高，所以当交换设备的费用低于相关传输链路的费用时，星型网的经济效益较好；但因为中心节点是全网可靠性的瓶颈，中心节点一旦出现故障会造成全网瘫痪，故安全性较差。(e)(f)(d)(c)(a)(b)图1-3 组网结构示意图 1.3 通信网的组网结构v 2.网状网v 网状网由多个节点或用户之间互连而成，其结构如图1-3（b）所示。它是一种完全互联的网，其结构特点是网内任何两个节点之间均有直达线路相连。v网络结构冗余度较大，稳定性较好，但线路利用率不高，经济性较差，适用于
22、局间业务量较大或分局量较少的地区。v 3.环型网v环型网的结构如图1-3（c）所示，网中所有节点首尾相连，组成一个环。v特点是结构简单，实现容易，由于可以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时延难以控制，不便扩容。v环型网结构目前主要用于计算机局域网、光纤接入网、城域网、光传输网等网络中。1.3 通信网的组网结构v4.树型网v树型网可以看成星型拓扑结构的扩展，如图1-3（d）所示。v树型网结构主要用于用户接入网或用户线路网中，另外，主从网同步方式中的时钟分配网也采用树型结构。v 5.总线型网v总线型网结构如图1-3（e）所示。它属于共享传输介质型网络，网中所有的节
23、点都连接在一个公共传输总线上，任何时候只允许一个用户占用总线发送或接收数据。这种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。v总线型网主要用于计算机局域网、电信接入网等网络中。1.3 通信网的组网结构v6.复合型网v 复合型网的结构如图1-3（f）所示。从网络结构上看，复合型网是由网状型网和星型网复合而成的。组网时根据业务量的需要，以星型网为基础，在业务量较大的转接交换中心区间采用网状型结构，所以整个网络比较经济且稳定性较好。复合型网具有网状型网和星型网的优点，是通信网中常采用的一种网络结构，但网络设计应以交换设备和传输链路的总费用最小为原则。1.4 通信网的
24、发展趋势v现代通信网的发展过程大体上分为四个阶段。v第一阶段起自19世纪中叶，主要技术特征是信息开始以电磁信号的形式实现远距离传输，形成以有线电话、电报和无线电电台为主，简易信号和运动通信为辅的通信网。v第二阶段是在20世纪5070年代，主要技术特征是自动交换、数字传输体系、卫星通信等共同作用，通信网从独立、按业务分类的单一通信网开始过渡到以电缆（地缆、海缆）、无线接力、散射和卫星综合传输体系为基础的综合（相对于各自独立通信网）通信网。v第三阶段大致在20世纪的7080年代，主要技术特征是数据网络、分组交换系统和大容量光纤传输系统、数字微波系统开始形成，数据通信网开始成为通信网的重要组成部分。
25、v第四阶段始于20世纪80年代中期，主要技术特征是综合业务数字网（ISDN）和互联网（INTERNET）的形成，骨干通信网实现了全数字化，骨干传输网实现了光纤化，数据通信业务增长迅速，通信网逐步形成信息传输和应用一体化的趋势。1.4 通信网的发展趋势v未来社会将进入高度信息化的社会，高度发达的信息社会则要求得到高质量的信息服务，要求通信网能够提供多种多样的业务，而整个通信网传输、交换、处理的信息量也将不断增大。现代化通信网根据这种趋势，加速了采用现代通信技术、计算机技术、控制技术和数字信号处理技术等多种技术的结合，使通信向着数字化、宽带化、综合化、融合化、智能化、个人化的方向发展。v 现代通信
26、网技术的发展将呈现如下趋势。1.4 通信网的发展趋势v1.网络业务数字化网络业务数字化v网络业务数字化是指通信网的交换、传输以及终端都采用数字技术。数字系统与模拟系统相比拥有诸多优点，数字交换除能免除多次调制、解调外，还具有便于数字计算机控制、速度快、易于扩充、容量大、交换能力强、传输质量高、可靠性好、便于纠错、易于加密、适于集成、更加通用灵活等许多优点，因而数字化成为通信信息化的第一步，是实现其他“五化”的基础。v从计算机网络的业务来看，现代信息网络应用系统将向更深和更宽的数据业务方向发展，如远程会议、远程教学、远程医疗、远程购物及网络多媒体技术的应用等。v今后，数字化业务主要分以下5类：视
27、频类业务（包括流媒体组播、点播电视、视频电话等）、高速上网业务、VoIP业务、互动游戏等媒体游戏类应用、信息服务类应用。1.4 通信网的发展趋势v2.网络传输宽带化v随着数据业务量特别是IP业务量的飞速增长，数据网由分组网到帧中继、ATM网络，核心网和接入网的宽带化已成必然之势。v传输系统的光纤化是信息网发展的方向，也便于今后传统的传输网向业务网的方向演进。v随着信息技术的发展，用户对宽带新业务需求的迅速增加，光纤传输、计算机和高速数字信号处理器件等关键技术，特别是软交换技术的进展，信息网络的宽带化会得到快速的发展，从而使宽带综合业务数字网（B-ISDN）的实现成为可能。v B-ISDN以灵活
28、的速率为用户提供几乎所有所希望的业务，如高分辨率电视、音乐、可视电话、电视会议、视频图像、语音、电子函件、信息检索、远程教育和商务、高速数据传输、局域网互联等。1.4 通信网的发展趋势v3.网络服务综合化 v随着社会发展，人们对通信业务种类的需求不断增加，目前的传真、电子邮件、短信、交互式图文等增殖业务在迅速发展，如果每出现一个业务都建立一个专用通信网，必然会加大投资降低收益，而且各个网络也不能资源共享，统一管理。为了克服上述弊端，通信发展的趋势是把各种通信业务统一合并到一个网络中进行传输、交换和处理控制，这就是网络服务的综合化。v 目前，我国信息网络的组成按专业可分为传输网、广播电视网、局域
29、网、固定电话交换网、移动电话交换网、数字数据网、分组交换数据网、数字同步网、No7信令网及电信管理网等，这些不同的专业网络也都有各自的网络管理系统，并对其各自专业网的网络运行和业务服务都起着一定的管理和监控作用。v综合化就是要实现网络的互连互通，通过家庭网关实现家庭联网是综合宽带接入用户的关键。家庭联网是使各类互不相干的网络，如固定电话网、因特网接入、移动网、无线接入网、有线电视网等实现互通，并能实现统一接口和管理；家庭网关是一种智能的、有线或无线的、窄带和宽带一体化的综合家庭网络接口单元，为用户联网业务提供到相应外部公用网络的接入和控制功能。1.4 通信网的发展趋势v4.网络互通融合化v通信
30、网、计算机网、广播电视网的三网融合是人们所期待的，但涉及到这个问题的除技术之外还有运营机制等环境因素。vNGN作为一个高度融合的网络，其融合的特征主要体现在以下几个方面。v技术融合 v网络融合 v业务融合 v产业融合 1.4 通信网的发展趋势v5.网络终端智能化v 智能化网络是指一个能够快速、方便、经济、有效地生成和实现各种电信新业务的体系。目前智能网提供的增值业务具体有：被叫集中付费、虚拟专用网、电话计账卡、大众呼叫、电话投票、通用个人号码、广域集中用户交换机等几十种。v智能网上开放的新业务还有：混合放号、移机不改号、实时预付费、彩铃、预付费+彩铃+同振、跨网业务（用户可以跨网享受PSTN、PLMN、小灵通等提供的业务）等。1.4 通信网的发展趋势v6.网络通信个人化v所谓个人通信是指以个人为对象，通信到人而不是通信到终端设备。可解释为“在任何时间（Whenever）、任何地点（Wherever）、任何人（Whoever）可以同任何人（Whomever）进行任何业务（whatever）的通信”。常被称为5W通信。个人通信有终端移动和个人移动两种。终端移动指用户终端设备移动时也能通信；个人移动指用户能在网中任何地理位置，根据其通信要求，选择任一移动终端或固定终端进行通信。