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2010级通信工程专业 级通信工程专业
通信工程专业导论
第三讲 电信网络与网络融合 主讲 郭宇春 ychguo@bjtu.edu
1
教学安排
节次 第一讲 第二讲 第三讲 第四讲 第五讲 第六讲 第七讲 第八讲 内容 专业方向知识框架介绍 专业方向知识框架介绍 电信网络与网络融合 无线与移动通信 光通信 计算机网络 信息安全 研讨 主讲 刘颖 刘颖 郭宇春 姚冬萍 孙强 周华春 张振江 郭宇春
2
问题
通信网络与通信系统的差别？ 通信网络与通信系统的差别？
什么需求促使通信网络出现？ 什么需求促使通信网络出现？
通信网络核心要素？ 通信网络核心要素？ 电信网络？ 电信网络？
提供不同业务的电信网络
通信网络设计要求？ 通信网络设计要求？ 如何构建通信网络？ 如何构建通信网络？
需要解决的主要问题
网络技术发展？ 网络技术发展？
历程/趋势 动力 历程 趋势/动力 趋势
3
通信 电信
通信 传递信息 光/电信号 电信号 远程
1876 Bell Speaking into Telephone
telecommunication ，电信
First Transatlantic Radio Service Marconi Operator Leon R. Johnstone is shown transmitting the first 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
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通信系统
系统组成
电 信 主要问题 号 如何发送/接收信号 接收信号？ 如何发送 接收信号？ 消 息
信号
调制/解调 编码/解码 解码,… 调制 解调, 编码 解码 解调
电 信 号
通信系统分类
消 息
信道/噪声对信号的影响？ 信道 噪声对信号的影响？ 噪声对信号的影响 系统分析方法
设计目标：通信质量 性能 设计目标：通信质量/性能
可靠： 可靠：尽可能准确 有效：尽量少的资源 有效：尽量少的资源, 传尽可能多的信息
基本理论
信息论
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通信网络
两点之间的通信
通信网络
n点中任意两点通信
n方问题 方问题
终端数量？ 终端数量？ 传输线数量？ 传输线数量？
如何解决n方问题？
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交换的产生
交换（ 交换（Switching)
交换设备： 个物理 个物理/逻辑 输入/输出端口 交换设备：n个物理 逻辑 输入 输出端口 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 网络核心
交换 设备
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通信网组成
三要素 终端系统 电话机、手机、
计算机、 电话机、手机、计算机、PDA、…… 、 传输系统 SDH、WDM、无线、卫星、 …… 、 、无线、卫星、 交换系统 程控交换机、 交换机、 程控交换机、FR/ATM交换机、路由器、 … 交换机 路由器、
规程约定
信令、协议、标准、 信令、协议、标准、 …… language for Interoperating, Internetworking
通信网是由多个终端节点、 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， 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
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电信网络
运营商为公众用户提供通信服务的运营的通信网络
基础电信运营商的变革： 基础电信运营商的变革： 中国航天科 技集团公司 电 信 局 邮 政 局 中国 卫通 中国 联通 中国网通 中国吉通 中国 电信 中国 网通 南 中国 方 电信 中国 移动 中国 移动
时
中国 联通
电信局 数据局 无线局
中国 电信
邮 电 局
中国 移动 铁通 公司
铁道部
9/60 9/9 9
间
最早建立的电信网络——电话网 最早建立的电信网络——电话网 ——
Public Service Telephone Network
1878年研制出磁石式交换机
10
最早建立的电信网络——电话网 最早建立的电信网络——电话网 ——
Public Service Telephone Network
1878年美国：磁石式交换机 1900年美国：Stroger步进式交换机 1919年瑞典：纵横式交换机 1965年美国：程控交换机 1970年法国：数字程控交换机
1
人工交换 自动交换
编号/ 编号/编址 标识节 点 交 换 设 备
4 5 6
A
B
2 3
F
C E
电路交换
D
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网络规模及服务范围
每个交换机能够服务的用户有限
增加交换机
用户之间距离增加
本地网 长途网
现在的电话网结构 早期5级电话网结构 早期 级电话网结构
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移动电话网
终端移动 与固定电话网互连
13
数据通信网
最早的数据通信——电报通信网 最早的数据通信——电报通信网 ——
电信的发展是先有电报后有电话 电报网基于数字技术， 电报网基于数字技术，电话网是从模拟起步的 电报网被电话网取代 利用载波电报的方法在话路内可同时传送24路电报， 利用载波电报的方法在话路内可同时传送 路电报，独立的公 路电报 用电报网就失去了存在的必要性
电话网上实现数据通信：传真 图像 图像) 电话网上实现数据通信：传真(图像 世纪70年代可利用的业务而言 就20世纪 年代可利用的业务而言，电话网称得上是多业 世纪 年代可利用的业务而言， 务的综合网
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计算机发展推动数据通信
数据通信与话音通信的不同
信源更复杂 信源速率不同 速率可变 对错误敏感 延时要求低一些
典型的数据通信网
数据网络实例
X.25分组交换网 分组交换网 分组交换 局域网LAN 局域网 帧中继网 Internet(互联网 互联网) 互联网 …
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分组交换
Data transmitted in small packets. Longer messages are split into series of packets. Each packet contains a portion of user data plus some control info (headers and trailers) – for routing or other purposes. Packets are received, stored briefly (buffered) and past on to the next node - store and forw
ard.
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广播电视网
无线 卫星 有线cable（CATV-CAble TeleVision) 有线
1979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 ; 1990年后—光纤干线/电缆分配, 光纤/同轴电缆混合系统—HFC 2000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
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对通信网的要求
转接的任意性
网络内任意两用户可以互相通信
信息的透明性
允许任意形式的信息在网络内传递
可靠性
概率意义上的可靠
质量的一致性
子系统满足的质量指标：局部性；一致的全程指标： 子系统满足的质量指标：局部性；一致的全程指标：全局性
网络的灵活性
允许新用户或新业务进网；与其他网络互联互通； 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
经济上的合理性
技术/社会条件 人为因素 技术 社会条件/人为因素 社会条件
信息安全性
信息窃取/攻击 信息窃取 攻击
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通信网中的问题
网络元素间如何连接？ 网络元素间如何连接？
拓扑结构
如何到一条连接通信双方的好路？ 如何到一条连接通信双方的好路？
路由
网络节点如何在输入/输出端间实现信息传递？ 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
交换
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？
传输
如何组织网络元素？ 如何组织网络元素？
体系结构与协议规程
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拓朴结构
网络元素间如何连接？ 网络元素间如何连接？ 常见拓扑结构
拓扑结构影响什么？ 拓扑结构影响什么？
与性能的关系？ 与性能的关系？ 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？
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路由
如何到一条连接通信双方的好路？ 如何到一条连接通信双方的好路？
经过多个交换设备（网络节点） 经过多个交换设备（网络节点）连通 多条路径中选择哪条路更好？
多条路径中选择哪条路更好？
路由方式
预先到好路： 预先到好路：静态路由 当前的好路：动态路由 当前的好路：
什么是好路？ 什么是好路？
便宜… 短/快/便宜 快 便宜 可靠性
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交换
基本交换方式
电路交换 分组交换 电路+分组交换 电路 分组交换 ATM交换 交换 MPLS交换 交换 …
目标
用户满意
质量/性能 服务价格 质量 性能/服务价格 性能
运营商盈利
成本
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传输
目标
多/快 快 准/稳 稳
可靠传输技术
差错控制
传输出错：噪声、 传输出错：噪声、干扰
宽带传输——修更宽的路 修更宽的路 宽带传输
SDH/WDM
拥塞/流量控制 拥塞 流量控制
网络拥塞： 网络拥塞： 数据流量接近或大 于网络传输和处理容量
复用技术——路上跑更多的车 路上跑更多的车 复用技术
频分复用FDM 频分复用 波分复用WDM 波分复用 时分复用TDM 时分复用 统计时分复用STDM 统计时分复用
健壮/容错能力 健壮 容错能力
链路和节点故障
……
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网络体系结构
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、存取控制和拓扑提供标准。 国际标准组织
ITUUnion， ITU-T（International Telecommunication Union，Telecommunication (ITUStandardization Sector (ITU-T)
传统电信网络标准的主要制订机构， 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)，负责研究通信技术准则、业务、资费、网络体系结构等， (CCITT)，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
ISO(International Standards for Business, Government and Society)
international-standardan international-standard-setting body composed of representatives from various national standards organizations. organizations.
IETF(Internet Engineering Task Force)
Board)下属的标准制定机构 IAB(Internet Architecture Board)下属的标准制定机构 Internet协议标准的制订机构 协议标准的制订机构, Internet协议标准的制订机构, 开放式标准制订过程 标准建议以RFC(Reque
st for Comments)形式在网上公开发布 标准建议以RFC(Request Comments)形式在网上公开发布
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协议规程分层
独立 简化 标准 接口与服务
邮政系统的分层协议模型
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OSI七层模型 七层模型
ISO (International Standard Organizaiton) 提出 提出OSI (Open System Interconnection)
普适性开放标准 仅为参考模型， 仅为参考模型，不涉及具体设计
主机 应用
表示 会话 运输 网络 数据链路 物理 节点 主机 应用 表示 会话 运输 网络 数据链路 物理 26
网络 数据链路 物理 物理媒质
TCP/IP协议分层 协议分层
email WWW phone…… SMTP HTTP RTP…… TCP UDP… IP ethernet PPP… CSMA async SDH…… copper fiber radio……
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网络体系结构： 网络体系结构：垂直分解
业务网
电话、数据、图像、 电话、数据、图像、视频和多媒体等业务网
业务应用 业务网 支 撑 传送网 网
传送网
业务承载网， 业务承载网，主要由各种传输线路和传输设备 PDH/SDH/WDM
支撑网
同步网 信令网 管理网
TMN的层次、 TMN的层次、功能和业务域 的层次 28
网络体系结构： 网络体系结构：水平分解
核心网：传输、路由、 核心网：传输、路由、交换
节点能力/传输能力？ 节点能力 传输能力？ 传输能力
Home Access
Core
Access
Home
接入网： 接入网：将用户接入到核心网
ADSL，WLAN，WiMaX，PON… ， ， ，
用户驻地网：用户负责 用户驻地网：
ADSL接入系统
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网络技术发展
宽带传输 无线接入 IP承载与数据分组化 IP承载与数据分组化 网络融合
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宽带传输
宽带需求
大量低延时数据业务的增长
Web浏览， Web浏览，LAN 浏览
10 kb/s 100 kb/s 1 Mb/s 音音音音 视音音音 高高高高 电电 语音音音， CD 音音 音视音音音/VOD 电视 高高高高高 数数音音 可视高大 远远 CAD 局局局局局 大大大大大高大
通信业务带宽需求
10 Mb/s 100 Mb/s
本身带宽窄， 本身带宽窄，但通信量极大
Email及附件， Email及附件，移动电话 及附件
高带宽应用
流媒体，图像传输，电视转播 流媒体，图像传输，
网路自愈
需要多消耗30%需要多消耗30%-60% 30%
哈尔滨 长春 乌鲁木齐 呼和浩特 北京 天津 石家庄 太原 济南 西安 成都 重庆 贵阳 昆明 长沙 柳州 南宁 广州 郑州 洛阳 武汉 南昌 福州 上海 蚌埠 南京 杭州 沈阳
光传输能力提高
干线网 城域网 局域网 用户网 接入网
乌鲁木齐
西宁
银川 兰州
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）
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无线接入
Mobile
核心网： 核心网：有线 接入网： 接入网：无线
主干交换机
BTS固定台
干线网络
宽带 接入设备
基地台（ 基地台（BS）
移动交换中心(MSC）
主干宽带 交换机
主干交换机
OLT ONU ONU
光纤接入网
D W D M
I
D W D M
ONU
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IP承载与
数据分组化 承载与数据分组化
=>网络业务数据化 计算机的大量应用与普及 =>网络业务数据化 电路交换对突发数据而言，传输交换成本高， 电路交换对突发数据而言，传输交换成本高，效率低 以分组传输、交换效率高，成本低 以分组传输、交换效率高，
美国长途业务量分布图
麦肯锡等公司统计
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网络融合
业务繁多… 业务繁多… 垂直综合业务网络
低效
Full Service Spectrum
Broadcast TV Entertainment ?High-definition TV ?Enhanced pay-per-view ?Video-on-demand ?Interactive TV ?Interactive video games Information Transactions ?Video catalog shopping ?Distance learning ?Desktop multimedia ?Image networking ?Transaction services ?Internet access ?Telecommuting Communications ?Videoconferences ?Video telephony ?Wireless Access ?Cellular/PCS systems ?POTS-Plain old telephone service
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网络融合
电信网
1835年 电报网 1876年模 拟电话网
3.4KHz
1960年程 控电话网
64Kb/s
1988年 ISDN
192Kb/s2Mb/s
1992年BISDN
155Mb/s622Mb/s
2000年 光交换网
Gb/s-Tb/s
公用数据网
1976年分组 交换网
9.6Kb/s64Kb/s
1990年帧 中继网
2~45Mb/s
融
2000年后 3G
无线网 有线电视网 计算机局域网 因特网
70年代CATV 70年代 10BASE-5
10Mb/s
40年代 提出
450MHz 60ch.模拟TV
80年代模 拟移动
90年代 GSM
750MHz~1GHz 200ch。数字TV
合 ？
1994年HFC 90年代初 100BASE-T
100Mb/s
VoIP 97年 GBE
1000Mb/s
80年代 FDDI
100Mb/s
90年代中 ATM-LAN IPOA,MPOA 1996年 第3,4层交换
1969年 ARPA
1982年 TCP/IP
1992年 IPv6，RTP RSVP
1998年 IP OVER SDH IP OVER WDM
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t
现有网络的融合： 网合一 现有网络的融合：3网合一
Communication network 电信网 Cable TV network 有线电视网 Computer network 计算机网
36
下一代网络 NGN
ITU-T
ISDN BISDN
ATM SDH
下一代网络 next generation network
软交换 IP承载网 承载网
tcp ip协议在设计时
基于分组传送 基于分组传送 ?控制功能与承载能力、呼叫/会晤、应用/服务分离 控制功能与承载能力、 控制功能与承载能力 呼叫/会晤、应用/ ?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， 业务提供与网络分离 ?支持广泛的业务，包括实时/流/非实时和多媒体业务 支持广泛的业务， 支持广泛的业务 包括实时/ ?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
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理想的通信？ 理想的通信？

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