網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)基礎(chǔ)

周鑫56249網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)基礎(chǔ)2007-2-8課程目標(biāo)學(xué)習(xí)完此課程，您應(yīng)能：了解區(qū)別語音及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的流量特征理解共享資源系統(tǒng)的兩個基本原理掌握較靜態(tài)、動態(tài)復(fù)用技術(shù)的特點理解按照業(yè)務(wù)需求選擇通信技術(shù)、架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)Page2內(nèi)容介紹網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)理論基礎(chǔ)鏈路通信技術(shù)子網(wǎng)通信技術(shù)未來網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)及實現(xiàn)技術(shù)Page3通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)需求BTSPSTN接入設(shè)備DSLAMLAN3GNodeBNGN通信網(wǎng)中存在著各類資源，其中最重要的是信道帶寬資源，如何采用合適通信技術(shù)以對入網(wǎng)數(shù)據(jù)在信道中進(jìn)行有效、可靠的傳輸與交換。SDHSDHSDHSDHSDHSDHSDHSDHPage4通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)需求BTSPSTN接入設(shè)備DSLAMLAN3GNodeBNGN通信網(wǎng)中存在著各類資源，其中最重要的是信道帶寬資源，如何采用合適通信技術(shù)以對入網(wǎng)數(shù)據(jù)在信道中進(jìn)行有效、可靠的傳輸與交換。Page5通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)需求BTSPSTN接入設(shè)備DSLAMLAN3GNodeBNGN通信網(wǎng)中存在著各類資源，其中最重要的是信道帶寬資源，如何采用合適通信技術(shù)以對入網(wǎng)數(shù)據(jù)在信道中進(jìn)行有效、可靠的傳輸與交換。傳送網(wǎng)絡(luò)

？Page6通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)需求BTSPSTN接入設(shè)備DSLAMLAN3GNodeBNGN通信網(wǎng)中存在著各類資源，其中最重要的是信道帶寬資源，如何采用合適通信技術(shù)以對入網(wǎng)數(shù)據(jù)在信道中進(jìn)行有效、可靠的傳輸與交換。寬帶綜合傳送網(wǎng)絡(luò)語音業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)綜合業(yè)務(wù)Page7通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)分析通信網(wǎng)內(nèi)被操作的最基本動態(tài)實體，就是“數(shù)據(jù)”，體現(xiàn)為比特流或是報文。通信的對象語音業(yè)務(wù)：以人為受體；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：以機(jī)器為受體。傳送的過程語音業(yè)務(wù)：體現(xiàn)為比特流；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：體現(xiàn)為報文或是分組。思考：我們的生活中，有哪些通信網(wǎng)絡(luò)，并簡單描述它的1~2個特點。Page8業(yè)務(wù)的流量特征計算機(jī)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：在時間上是“間歇”式的，在需求量上是“突發(fā)”式的。業(yè)務(wù)類別平均率峰值率PCM話音業(yè)務(wù)20Kb/s64kb/s數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)→計算機(jī)100Kb/s1000Kb/s遠(yuǎn)程訪問1Kb/s128Kb/s小型城域網(wǎng)50Mb/s300Mb/s若提供大容量資源讓其完全占用，極不經(jīng)濟(jì)；若只提供小容量系統(tǒng)，則在它們有峰值需求的時候卻不能滿足。一種典型的用戶需求表現(xiàn)為稀疏的訪問次數(shù)，但每次訪問卻要求獲得對通信處理能力的高速度要求。由測量表明，從終端到主機(jī)的通信線路平均使用時間不超過5%，用戶業(yè)務(wù)體現(xiàn)為高的突發(fā)峰值率和的平均數(shù)據(jù)率，這樣的話：語音業(yè)務(wù)：流量均衡、帶寬需求小、實時要求高（時延要求小于200ms）。

PSTN網(wǎng)絡(luò)：一路PCM話音業(yè)務(wù)的速率為64Kb/s，實時傳送；GSM網(wǎng)絡(luò)：一路RPE-LTP(或CELP)話音業(yè)務(wù)的速率為13Kb/s，實時傳送；Page9共享資源系統(tǒng)的傳送模型在介紹數(shù)據(jù)流量特征之后，我們以一個共享資源的多業(yè)務(wù)傳送系統(tǒng)為例，我們可以應(yīng)用某些方案去調(diào)度信道資源以完成數(shù)據(jù)的傳送，圖1是其中的兩種方案：圖1-(a)：把總資源分成m個單獨的個體資源，劃歸給m個用戶各自專用，構(gòu)成m個專用資源系統(tǒng)；圖1-(b)：所有個體資源都集中起來，只要有任一個用戶請求資源，就可以分配空閑的資源歸它使用。從資源被分割的程度上：我們稱圖1-(a)為復(fù)雜系統(tǒng)，圖1-(b)為簡單系統(tǒng)。λ1C1數(shù)據(jù)流的平均流量為λ，鏈路的容量為Cλ2C2λmCm圖1共享資源系統(tǒng)的傳送模型（a）……λC（b）λ=∑i=1λimC=∑i=1CimPage10共享資源系系統(tǒng)傳送模模型分析λ1C1數(shù)據(jù)流的平均流量為λ，鏈路的容量為Cλ2C2λmCm圖1共享資源系統(tǒng)的傳送模型（a）……λC（b）λ=∑i=1λimC=∑i=1Cim圖1-(a)復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)點：用戶戶的數(shù)據(jù)在在各自的專專用小系統(tǒng)中傳送，，資源有保保證，可以以達(dá)到滿意的服務(wù)質(zhì)質(zhì)量等級。。缺點：資源源浪費，①即使在某個個用戶空閑期間，，它仍占據(jù)據(jù)著分配給給它的那部分資源；；②若某一用戶戶的瞬間需需求量超過其所所占資源的的容量時，，無法滿足需求；經(jīng)經(jīng)濟(jì)效益較較低。圖1-(b)簡單系統(tǒng)優(yōu)點：大的的資源容量量（雖然總總?cè)萘坎蛔儯┠芨玫臐M足足用戶在某某個短時間內(nèi)的大大業(yè)務(wù)需求求；同時意意味著系統(tǒng)將以更更高的速度度提供服務(wù)務(wù)，縮短用戶請求求的服務(wù)時時間。缺點：用戶戶對資源存存在競爭的的情況，服務(wù)質(zhì)質(zhì)量難以實實現(xiàn)；Page11共享資源的的兩個基本本原理一、大數(shù)定定律lim}∑k=0ξKnn=∞ρ{1n-a<ε=1數(shù)據(jù)通信中中，通信流流量是波動動的，例如如，視頻流流的峰值速速率可以比比它的平均均速率高出出10倍，為防止止數(shù)據(jù)丟失，網(wǎng)絡(luò)絡(luò)節(jié)點要能能給每個流流分配的帶帶寬等于這這個流的峰峰值速率，，但這種分分配資源利利用率極低低，網(wǎng)絡(luò)可可以考慮某某些方法來來減少分配配給每一條條連接的帶帶寬?；谶@樣的的事實：不不同信道的的通信流量量，其流量量波動是獨獨立分布，，當(dāng)一個信信道速率大大于平均值值時另一個個信道的速速率卻可能能小于平均均值，所以以，許多信信道速率的的重疊將更更接近期平平均值。理論上上，根根據(jù)大大數(shù)定定律：：設(shè)ξ1，ξ2，…是一相相互獨獨立同同分布布的數(shù)數(shù)學(xué)期期望為為a的隨機(jī)機(jī)變量量序列列，則則當(dāng)變變量數(shù)數(shù)n->∞∞時，，它它們們的的算算術(shù)術(shù)平平均均值值以以等等于于1的概率落在在客觀真值值a的任意小的的鄰域內(nèi)。。大數(shù)定律應(yīng)用用到資源共享享系統(tǒng)的表述述：如果所有有用戶對資源源的需求是相相互獨立的、、同分布的隨隨機(jī)需求，則則當(dāng)用戶數(shù)n→∞時，它們對資資源的總合平平均需求非常常接近于每個個用戶的平均均需求的算術(shù)術(shù)和。Page12共享資源的兩兩個基本原理理一、大數(shù)定律律（續(xù)）結(jié)論1：在系統(tǒng)資源源總?cè)萘肯嗤那闆r下，，簡單系統(tǒng)優(yōu)優(yōu)于復(fù)雜系統(tǒng)統(tǒng)也就是說：雖雖然每個用戶戶對于資源的的需求在時間間上是間歇式式的，在量上上突發(fā)式的，，但如果我們們將各用戶對對資源的需求求進(jìn)行集中的的調(diào)度，整體體上將平滑對對資源的需求求，提升了網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源利用用率，可以更更小的帶寬滿滿足客戶的需需求。舉例（投擲硬硬幣）：投擲擲1000次硬幣，出現(xiàn)現(xiàn)約500正面，出現(xiàn)600次以上正面的的概率非常小小，約為10-10.同樣的，若某某共享通道存存在1000個數(shù)據(jù)源，每每一個有一半半的時間不發(fā)發(fā)送信息，另另一半的時間間以速率a傳輸，那么總總速率很少超超過600a（概率小于10-10）思考：若某住宅小區(qū)有1000條VBR業(yè)務(wù)，峰值速率為10Mbps，平均速率為2Mbps，若分別用簡單系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)實現(xiàn)，上行帶寬各需占用多少？Page13共享資源的兩兩個基本原理理二、規(guī)模經(jīng)濟(jì)濟(jì)性通信網(wǎng)絡(luò)與經(jīng)經(jīng)濟(jì)規(guī)模有密密切的關(guān)系，，大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)絡(luò)有兩點優(yōu)勢勢例如：若將一一個數(shù)據(jù)通信信子網(wǎng)中所有有鏈路容量加加倍，同時也也使入網(wǎng)的業(yè)業(yè)務(wù)量加倍（（從而保持子子網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)強(qiáng)強(qiáng)度不變），，則由排隊理理論不難證明明，這時對用用戶報文的平平均遲延將縮縮短一倍。結(jié)論2：在業(yè)務(wù)強(qiáng)度度相同的情況況下，較大型型系統(tǒng)優(yōu)于較較小型系統(tǒng)。。資源總?cè)萘亢秃陀脩舻男枨笄罅客瑫r都按按比例增加時時，在一定范范圍內(nèi)，系統(tǒng)統(tǒng)規(guī)模愈大，，系統(tǒng)的性能能愈好。網(wǎng)絡(luò)上用戶的的平均費用隨隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模模增大而減少少（1）光纖通信、、傳輸連接的的費用增長比比自身的容量量和速度的增增長要慢；（2）網(wǎng)絡(luò)運維費費用并不會隨隨網(wǎng)絡(luò)規(guī)格的的變化而有太太大的波動。。Page14共享資源的兩兩個基本原理理二、規(guī)模經(jīng)濟(jì)濟(jì)性（續(xù)）要體現(xiàn)規(guī)模經(jīng)經(jīng)濟(jì)性，必須須吸引更多的的客戶，高性性能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支支持多業(yè)務(wù)應(yīng)應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)要要能夠以高速速率、低延遲遲來傳送用戶戶的數(shù)據(jù)。舉例：性能提提升對于單用戶的的2M速率網(wǎng)絡(luò)，用用戶所允許峰峰值速率為2M，若要傳送1518字節(jié)的報文，，傳送時延為為：6.07ms。對于50個用戶組成的的共享資源100M速率網(wǎng)絡(luò)，用用戶所允許的的峰值速率為為100M，若要傳送1518字節(jié)的報文，，傳送時延為為：0.12ms，考慮到共享享系統(tǒng)的排隊隊時間（典型型值為4個報文），時時延為0.48ms。當(dāng)若干個獨立立的網(wǎng)絡(luò)互連連，對用戶而而言，網(wǎng)絡(luò)的的重要性增加加了，因為人人數(shù)多了就意意味著可以和和更多的人交交流，另一方方面網(wǎng)絡(luò)合并并的規(guī)模經(jīng)濟(jì)濟(jì)效應(yīng)，這兩兩點形成了正正饋，促時了了網(wǎng)絡(luò)的指數(shù)數(shù)增長，最典典型的例子是是Internet。Page15問題Q1:簡單系統(tǒng)統(tǒng)和復(fù)雜雜系統(tǒng)分分別有何何優(yōu)缺點點？Q2:請簡單單描述述一下下大數(shù)數(shù)定律律和規(guī)規(guī)模經(jīng)經(jīng)濟(jì)性性的基基本概概念？？Page16本節(jié)我我們主主要學(xué)學(xué)習(xí)了了：通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的的基本本業(yè)務(wù)務(wù)需求求通信網(wǎng)網(wǎng)的業(yè)業(yè)務(wù)分分析和和業(yè)務(wù)的的流量量特征征共享資資源系系統(tǒng)的的傳送送模型型共享資資源系系統(tǒng)的的兩個個基本本原理理小結(jié)Page17內(nèi)容介介紹網(wǎng)絡(luò)通通信技技術(shù)理理論基基礎(chǔ)鏈路通通信技技術(shù)子網(wǎng)通通信技技術(shù)未來網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的的架構(gòu)構(gòu)及實實現(xiàn)技技術(shù)Page18常見網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通通信技技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)絡(luò)通信信中，，廣泛泛采用用多個個通信信實體體共用用一條條公共共信道道的方方法實實現(xiàn)同同時多多對實實體間間的通通信，，主要要的公公共信信道多多址通通信技技術(shù)有有：公共信信道復(fù)復(fù)用技技術(shù)：：將傳輸輸信道道在頻頻率域域時間間域上上進(jìn)行行分割割，形形成若若干個個相互互獨立立的子子信道道，每每一子子信道道單獨獨傳輸輸一路路數(shù)據(jù)據(jù)信號號。隨機(jī)多多址接接入技技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)絡(luò)結(jié)點點在一一定的的限度度內(nèi)獨獨立隨隨機(jī)地地以信信道總總帶寬寬所允允許的的最高高速率率發(fā)送送和接接收報報文。。思考：：SDH、波分分、ATM、以太太網(wǎng)分分別是是屬于于哪種種復(fù)用用技術(shù)術(shù)？公共信道多址通信同步時分復(fù)用：每條子信道被固定地分配時隙（靜態(tài)）統(tǒng)計時分復(fù)用：根據(jù)數(shù)據(jù)源對信道帶寬的實際需求，動態(tài)地分配時隙的數(shù)目。（動態(tài)）隨機(jī)多址接入：ALOHA、CSMA/CD（動態(tài)）頻分復(fù)用：在頻率域上對信道總帶寬進(jìn)行固定劃分（靜態(tài)）多路復(fù)用Page19同步時時分復(fù)復(fù)用（（一））在發(fā)送端，，將多路數(shù)數(shù)據(jù)分段在在一系列等等寬的時隙隙內(nèi)，通過過復(fù)合電路路將數(shù)據(jù)按按序交錯在在一起發(fā)送送到線路傳傳輸；在目的端，，通過同步步定時掃描描電路，將將時隙序列列中的各路路數(shù)據(jù)分離離開來。ABCD第1幀第2幀T1T2T3復(fù)用線路TDMPage20同步時分復(fù)復(fù)用（二））ABCD第1幀第2幀T1T2T3復(fù)用線路收發(fā)兩端需需要同步工工作，要求求有良好的的同步系統(tǒng)統(tǒng)；設(shè)備內(nèi)部各各復(fù)用電路路部件基本本通用，易易實現(xiàn)高速速傳送；適宜用于流流量穩(wěn)定的的實時網(wǎng)絡(luò)絡(luò)；由于通信的的間歇性，，勢必存在在一些空閑閑時隙，帶帶寬利用率率不高；TDM思考：若上上圖反映的的是PCM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)，請簡述述其工作框框圖。Page21同步時分復(fù)復(fù)用（三））技術(shù)應(yīng)用：：SDH問題：SDH的接口速率率（155M/622M/2.5G/10G）遠(yuǎn)高于大大多數(shù)寬帶帶數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)（DDN2M/10M/100M），為為什么么卻定定位在在窄帶帶網(wǎng)絡(luò)絡(luò)傳送送中。。SDH：是一一整套套可進(jìn)進(jìn)行同同步數(shù)數(shù)字傳傳輸、、復(fù)用用和交交叉連連接的的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化數(shù)數(shù)字信信號的的等級級結(jié)構(gòu)構(gòu)。STMABCDEFFFGGHHINPG.703G.703140Mb/s2Mb/s34Mb/s注：以2Mb/s為例SPIRSTTTFMSPMSTMSAHPCPPIPPILPALPAHPTHPTLPTLPCHPAOHAOHA接口SEMFMCFQ接口F接口D4—D12D1—D3外同步HOAHOILOIwLJKMSETSSETPI字節(jié)間間插方方式復(fù)復(fù)用，，低速速信號號在高高速信信號的的幀中中的位位置是是固定定的、、可預(yù)預(yù)見的的，，這樣樣易實實現(xiàn)高高速大大容量量的光光纖通通信系系統(tǒng)?；緜鱾鬏斈ＤK（（STM-1）可以以容納納PDH的三個個數(shù)字字信號號系列列和其其它體體制的的數(shù)字字信號號系列列－－－ATM、FDDI、DQDB等接入業(yè)業(yè)務(wù)以以2M的實時時傳送送為主主；Page22統(tǒng)計時時分復(fù)復(fù)用（（一））ABCD第1幀第2幀T1T2T3復(fù)用線線路統(tǒng)計時時分復(fù)復(fù)用：：又稱稱異步步時分分復(fù)用用，根根據(jù)數(shù)數(shù)據(jù)源源對信信道帶帶寬的的實際際需求求，動動態(tài)地地分配配時隙隙的數(shù)數(shù)目。。Page23統(tǒng)計時時分復(fù)復(fù)用（（二））ABCD第1幀第2幀T1T2T3復(fù)用線線路節(jié)省信信道資資源，，允許許接入入更多多的數(shù)數(shù)據(jù)源源復(fù)用幀幀的時時隙與與數(shù)據(jù)據(jù)源的的對應(yīng)應(yīng)關(guān)系系不會會固定定不變變，為為了使使復(fù)用用數(shù)據(jù)據(jù)源能能在接接收端端正確確地被被分離離出來來，每每個時時隙必必須附附加地地址域域Page24統(tǒng)計時時分復(fù)復(fù)用（（三））技術(shù)應(yīng)應(yīng)用：：ATMATM（異步步轉(zhuǎn)移移模式式）：：是一一種定定長信信元的的統(tǒng)計計復(fù)用用技術(shù)術(shù)，地地址域域采用用VPI和VCI進(jìn)行標(biāo)標(biāo)識。。面向連連接的的多速速率的的快速速分組組交換換，支支持多多業(yè)務(wù)務(wù)應(yīng)用用；在保證業(yè)業(yè)務(wù)質(zhì)量量要求的的前提下下,業(yè)務(wù)間動動態(tài)地分分配帶寬寬，以達(dá)達(dá)到最佳佳的資源源利用率率；對實時業(yè)務(wù)提提供完全的QoS保證虛通路（VC）ATM物理連接虛通路連接（VCC）STM-1

STM-4虛通道（VP）虛通道（VP）虛通路連接(VCC)虛通道連接(VPC)VP

交換VC

交換VC

交換NNINNIVPI=2

VCI=44VPI=1

VCI=1VPI=26

VCI=44VPI=20

VCI=30UNIUNIPage25隨機(jī)多址接入入（一）ABCD信道MA2重發(fā)重發(fā)MA1MA1MA2MC1MC1MC1MD1MD1MB1MB1ttttt碰撞數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具有有很明顯的突突發(fā)性和間歇歇性，在業(yè)務(wù)務(wù)量和發(fā)送速速率上都有很很高峰值/平均比率，即即每個網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)點絕大部分分時間不產(chǎn)生生報文，一旦旦出現(xiàn)報文要要求傳送，立立即以信道的的總帶寬所允允許的最高速速率突發(fā)發(fā)送送出去。Page26隨機(jī)多址接入入（二）思考：CSMA/CD在減少發(fā)送沖沖突方面所采采取的控制策策略。碰撞ABCD信道MA1MA2MA2重發(fā)重發(fā)MA1MD1MC1MC1MC1MD1ttttt各獨立節(jié)點隨隨機(jī)地使用信信道是會出現(xiàn)現(xiàn)報文沖突，，只要不同節(jié)節(jié)點發(fā)送的報報文在時間上上有一個比特特以上的重疊疊，就會使被被重疊整個報報文出錯。改進(jìn)方案：信信道監(jiān)測、隨隨機(jī)退避延時時、碰撞檢測測、報文分組組Page27隨機(jī)多址接入入（三）以太網(wǎng)廣泛應(yīng)應(yīng)用于局域網(wǎng)網(wǎng)，尤其是在在數(shù)據(jù)流量不不均勻的計算算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中；；存儲/轉(zhuǎn)發(fā)、分組交交換；通過MAC址址實現(xiàn)二層層交換；半雙工時采用用CSMA/CD訪問機(jī)制；PCAPCBHUBLANswitch技術(shù)應(yīng)用：以太網(wǎng)HostYHostZResponseExample1:DestinationlocalBroadcastHostZMAC?HostZHostYMACHostZMACPage28問題Q1:請簡述同步時時分復(fù)用和統(tǒng)統(tǒng)計時分復(fù)用用的區(qū)別？Q2:CSMA/CD在減少發(fā)送沖沖突方面所采采取的控制策策略？Page29本節(jié)我們主要要學(xué)習(xí)了：主要的公共信信道多址通信信技術(shù)分類同步時時分復(fù)復(fù)用技技術(shù)的的基本本概念念統(tǒng)計時時分復(fù)復(fù)用技技術(shù)的的基本本概念念隨機(jī)多多址接接入技技術(shù)的的基本本概念念小結(jié)Page30內(nèi)容介介紹網(wǎng)絡(luò)通通信技技術(shù)理理論基基礎(chǔ)鏈路通通信技技術(shù)子網(wǎng)通通信技技術(shù)未來網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的的架構(gòu)構(gòu)及實實現(xiàn)技技術(shù)Page31子網(wǎng)通通信通信子子網(wǎng)是是由若若干網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)點和和鏈路路按某某種拓拓?fù)湫涡问交セミB起起來的的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，能能為所所有的的進(jìn)網(wǎng)網(wǎng)數(shù)據(jù)據(jù)流提提供從從源結(jié)結(jié)點到到宿結(jié)結(jié)點的的通路路，而而實現(xiàn)現(xiàn)這種種數(shù)據(jù)據(jù)通路路的技技術(shù)就就稱為為“數(shù)數(shù)據(jù)交交換技技術(shù)””，通通信子子網(wǎng)以以交換換和傳傳輸數(shù)數(shù)據(jù)為為目的的。數(shù)據(jù)交換技術(shù)存儲/轉(zhuǎn)發(fā)式交換：網(wǎng)絡(luò)結(jié)點先將途經(jīng)的數(shù)據(jù)流按傳輸單元接收并存儲下來，然后選擇一條合適的鏈路將它轉(zhuǎn)發(fā)出去。線路交換：網(wǎng)絡(luò)結(jié)點內(nèi)部完成對通信線路的連通，為數(shù)據(jù)流提供專用的傳輸通路存儲/轉(zhuǎn)發(fā)式式交換換根據(jù)據(jù)交換換的數(shù)數(shù)據(jù)單單元不不同，，又分分為報文交換（messageswitching）和分組交換換（packetswitching）數(shù)據(jù)交換換方式按按網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)點對途途經(jīng)的數(shù)數(shù)據(jù)流所所實施的的轉(zhuǎn)接方方法不同同來分類類：Page32線路交換換線路交換換在入網(wǎng)網(wǎng)數(shù)據(jù)流流的源端端與宿端端之間建建立起一一條直通通線路,通信過程程包括三三個階段段：（1）線路建建立階段段（2）數(shù)據(jù)傳傳輸階段段（3）線路折折除階段段A站與B站在數(shù)據(jù)據(jù)傳輸期期間，通通信子網(wǎng)網(wǎng)各結(jié)點點始終保保持線路路連結(jié)，，不對數(shù)數(shù)據(jù)流的的速率和和形式作作任何解解釋、變變換和存存儲等處處理，完完全直通通的透明明傳輸。。線路交換換方式下下的信道道利用率率是很低低的，因因為通路路上所有有鏈路在在通信建建立期間間都被占占用，在在性能方方面，除除線路的的傳輸時時延外，，沒有其其它附加加時延，，因此適適于連結(jié)結(jié)時間長長、批量量大的實實時數(shù)據(jù)據(jù)傳輸。。對于需需要長期期連結(jié)的的站之間間可使固固定連結(jié)結(jié)，這時時不存在在呼叫建建立和拆拆除線路路這兩個個階段。。25AB1463Page33報文交換換報文交換換不要求求在源端端與宿之之間建立立一條專專用數(shù)據(jù)據(jù)通路，，每個結(jié)結(jié)點是先先將報文文完整地地接收并并存儲下下來，然然后選擇擇合適的的鏈路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到下下一結(jié)點點，報文文是按接接力方式式傳送的的，通信信的雙方方事先并并不確知知報文所所要經(jīng)過過的傳輸輸通路。。一個結(jié)點點對于一一份報文文所造成成的時延延包括轉(zhuǎn)發(fā)報文文傳送時時間存儲處理理時間排隊時間間報文交換換的特點點：不要求每每條鏈路路的數(shù)據(jù)據(jù)速率相相同；傳輸?shù)牟畈铄e控制制各條鏈鏈路上進(jìn)進(jìn)行，不不必由終終端設(shè)備備介入；；任何時刻一份份報文只占用用一條鏈路的的資源；25AB1463Page34分組交換分組交換（亦亦稱“包交換換”）與報文文交換同屬于于存儲/轉(zhuǎn)發(fā)式交換，，其差別在于于參與交換的的數(shù)據(jù)單元的的長度不同，，分組交換會會首先將報文文按規(guī)定長度度劃分成若干干分組，每個個分組都上附附上地址及其其它信息。分組交換的通通信方式可以以采用與報文文交換相同的的轉(zhuǎn)發(fā)方式，，也可以采用用類似前述的的線路交換方方式，即虛線線路分組交換換：通過類似似于呼叫的過過程建立一條條通往目的站站的邏輯通路路，并對分組組數(shù)據(jù)分配一一個“邏輯信信道”標(biāo)識號號，以保證所所有分組能沿沿著同一條通通路傳輸?shù)侥磕康牡?。分組交換的優(yōu)優(yōu)點減少存儲/轉(zhuǎn)發(fā)時延；節(jié)省存儲空間間；減少傳送的出出錯概率；25AB1463虛線路分組交交換與線路交交換的區(qū)分：：網(wǎng)絡(luò)結(jié)點仍仍是存儲/轉(zhuǎn)發(fā)過程，虛虛線路標(biāo)識號號只是邏輯信信道，不是專專用的物理線線路，信道資資源是共享的的。Page35分組交換與電電路交換的不不同特征每當(dāng)建立新的的連接或是拆拆除舊的連接接時，電路交交換機(jī)的配置置就要改變。。每當(dāng)新的分分組到達(dá)時，，分組交換機(jī)機(jī)必須做出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的決定。。由于電路交交換呼叫的持持續(xù)時間為幾幾分鐘，而新新分組到達(dá)只只是幾微秒，，這個差別很很大程度上影影響了交換機(jī)機(jī)的設(shè)計和性性能。電路交換：當(dāng)當(dāng)處于連接建建立階段時，，網(wǎng)絡(luò)為所允允許的呼叫分分配一條貫穿穿網(wǎng)絡(luò)的路由由，并為沿該該路由的每條條鏈路分配一一條空閑電路路，由于是端端到端的有固固定帶寬的連連接，交換機(jī)機(jī)內(nèi)部不需要要緩沖區(qū)。分組交換：首首先，從同一一個輸入鏈路路連續(xù)到達(dá)的的兩個分組的的目標(biāo)可能是是不同的輸出出鏈路，在分分組交換機(jī)中中的轉(zhuǎn)發(fā)決定定會隨著每個個分組的到達(dá)達(dá)而改變；其其次，控制器器必須檢查流流入的每個分分組，以獲得得目的地址標(biāo)標(biāo)識符或是虛虛電路標(biāo)識符符；第三，控控制器必須決決定該分組的的輸出鏈路和和分組可能的的新頭部，第第四，一個流流入的分組可可能會被復(fù)制制發(fā)往多個輸輸出端口(如組播應(yīng)用程程序)。最后，分組組交換在一個個很短的時間間可能會有超超過鏈路帶寬寬的分組通過過相同的輸出出鏈路，必須須有緩沖區(qū)來來保存分組；；Page36分組交換網(wǎng)的的流控技術(shù)流量控制簡稱稱“流控”，，是協(xié)調(diào)鏈路路兩端的發(fā)送送/接收端口之間間的數(shù)據(jù)流量量，以保證雙雙方的數(shù)據(jù)吞吞吐量達(dá)到平平衡的一種技技術(shù)。在不同的層次次上，各種流流控協(xié)議獨立立地按照各自自的機(jī)理發(fā)生生控制作用，，下圖示出流流控協(xié)議的層層次關(guān)系：接下來我們討討論幾種流控控技術(shù)ASIJDA傳送層源點－宿點流控鏈路層流控接入層Page37流控技術(shù)停等式流控：：Stop-and-Wait應(yīng)用于短距離離的鏈路上1、XON/XOFF開關(guān)式流控2、協(xié)議式流控控接收端發(fā)送端

DATA(0)

DATA(0)

ACK(0)

ACK(0)

DATA(1)

DATA(1)

ACK(1)…時間空間tptfts發(fā)送端將欲傳傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分分組裝配并給給予編號，發(fā)發(fā)送一個數(shù)據(jù)據(jù)幀后便主動動停頓，等待待接收端回送送的表示認(rèn)可可的響應(yīng)幀（（ACK），一旦收到到認(rèn)可幀，就就可發(fā)下一個個幀。XON：“請繼續(xù)發(fā)發(fā)送”XOFF：“請停止發(fā)發(fā)送”XON/XOFF控制字符的發(fā)發(fā)送權(quán)利在接接收端，它對對發(fā)送施行開開關(guān)式控制接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)上限下限PTR指針Page38流控技術(shù)滑窗式流控技技術(shù)：SlidingWindow停等式流控的的不足：發(fā)送送站一次只允允許發(fā)送一個個數(shù)據(jù)幀，然然后就得等待待對方的認(rèn)可可，鏈路利用用率低改進(jìn)目標(biāo)：允許發(fā)送站一一次能連續(xù)發(fā)發(fā)送多個數(shù)據(jù)據(jù)幀，使一次次連續(xù)發(fā)送數(shù)數(shù)據(jù)的時間大大于等待認(rèn)可可的時間。滑窗式流控原原理：發(fā)送端端存有一個允允許連續(xù)發(fā)送送的幀序號集集和即將發(fā)送送幀號變量NS；在接收端存存有一個允許許連續(xù)接收的的數(shù)據(jù)幀序號號集和當(dāng)前期期望接收的幀幀序號NR。上述兩個序序號集分別稱稱為發(fā)送窗口口和接收窗口口，窗口的大大小以上限值值和下限值為為界。接收窗口123上限下限NR發(fā)送窗口123上限下限45NSPage39流控技術(shù)滑窗式流控技技術(shù)（SlidingWindow）：以TCP為例接收端7發(fā)送端123WS=3NS=1WR=3NR=1231234NR=4456456

ACK(3)認(rèn)可1,2，3，三幀6NR=6

ACK(5)認(rèn)可4,5，兩幀788NS=4NS=7WS=0NS=4WS=0NS=71接收端已收到4、5、6幀，假設(shè)處理速度下降人，企圖限制輸入數(shù)據(jù)量，做法是發(fā)送一個NR＝6的認(rèn)可幀，只認(rèn)可4、5兩幀此時發(fā)送端只允許發(fā)送2幀

ACK(2)

ACK(1)

ACK(4)Page40流控技術(shù)停等式與滑窗窗比較（a）停等式（b）滑窗式Page41流控技術(shù)基于速率的流流量控制當(dāng)光纖容量被被少量的源利利用時，滑窗窗控制并不適適用，因為：：在目的地能給給源發(fā)出某種種擁塞正在發(fā)發(fā)生的信號，，當(dāng)這種目的的地發(fā)出的分分組應(yīng)答到達(dá)達(dá)了源節(jié)點時時，很多分組組已被傳送，，這時對于源源對降低它的的傳輸速率可可能太遲了；；滑窗使得建立立雙路連接來來傳遞應(yīng)答成成為必要，這這也使得網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的操作復(fù)雜雜化；為了避免這些些問題，我們們可以使用基基于速率的擁擁塞控制。這這種基于速率率的擁塞控制制并不限制網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中每個源源發(fā)出的分組組的數(shù)量，而而是限制了源源傳輸分組的的平均速率。。應(yīng)用一：對對于Internet，基于速率率的流量控控制能在UDP中實現(xiàn)，接接收器給源源發(fā)送消息息，指定期期望的分組組發(fā)送速率率，這個源源通過計算算和控制分分組間隔時時間來實現(xiàn)現(xiàn)這個速率率。分組到到達(dá)的比較較晚，接收收器發(fā)送一一個經(jīng)修正正的較小速速率，如果果分組正常常到達(dá)，接接收器就要要求正常速速率或是線線性增加。。應(yīng)用二：漏漏桶控制器器，它也是是基于速率率的擁塞控控制，推薦薦用于ATM網(wǎng)絡(luò)中。Page42問題Q1:請簡述虛線線路分組交交換與線路路交換的區(qū)區(qū)別？Q2:請簡述分組交換與與電路交換換的不同特特征？Q3:請簡述各種種流控技術(shù)術(shù)的基本原原理？Page43本節(jié)我們主主要學(xué)習(xí)了了：數(shù)據(jù)交換技技術(shù)流控技術(shù)的的基本原理理小結(jié)Page44內(nèi)容介紹網(wǎng)絡(luò)通信技技術(shù)理論基基礎(chǔ)鏈路通信技技術(shù)子網(wǎng)通信技技術(shù)未來網(wǎng)絡(luò)的的架構(gòu)及實實現(xiàn)技術(shù)Page45高性能網(wǎng)絡(luò)：：能夠支持多多種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用用并具有可擴(kuò)擴(kuò)展性的通信信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)的5個性質(zhì)：異構(gòu)性－－處處理各種各樣樣的傳送和終終端技術(shù)以及及應(yīng)用的能力力；(PSTN、Internet、CATV、Wi-Fi、LAN)服務(wù)務(wù)質(zhì)質(zhì)量量－－－－在在網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)和和終終端端設(shè)設(shè)備備內(nèi)內(nèi)預(yù)預(yù)留留資資源源的的能能力力，，確確保保滿滿足足某某些些可可以以預(yù)預(yù)期期和和預(yù)預(yù)料料得得到到的的性性能能指指標(biāo)標(biāo)；；移動動性性－－－－提提供供網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)移移動動訪訪問問點點的的能能力力；；可擴(kuò)擴(kuò)展展性性－－－－適適應(yīng)應(yīng)將將來來各各種種新新應(yīng)應(yīng)用用和和用用戶戶的的需需要要，，體體系系結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)必必須須能能適適應(yīng)應(yīng)新新技技術(shù)術(shù)和和應(yīng)應(yīng)用用；；安全全性性和和可可靠靠性性－－－－包包括括保保證證用用戶戶通通信信不不被被截截取取以以及及確確保保網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)服服務(wù)務(wù)的的高高效效性性的的能能力力；；討論：您心中中的未來通信信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)是怎怎樣的？衡量量的參數(shù)，采采用的技術(shù)？？未來網(wǎng)絡(luò)的架架構(gòu)及實現(xiàn)技技術(shù)Page46高性能網(wǎng)絡(luò)：：能夠支持多多種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用用并具有可擴(kuò)擴(kuò)展性的通信信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)指標(biāo)：1、帶寬；2、時延及時延延抖動；3、分組出錯率率；Qos：1、服務(wù)優(yōu)先級級；2、隊列；3、擁塞控制；；4、資源預(yù)留協(xié)協(xié)議(RSVP)帶寬：簡單看看來，如果可可能建造一個個非常快的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，性能問問題就不存在在了。路由轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議議：可以根據(jù)據(jù)應(yīng)用需求的的不同來對各各分組進(jìn)行標(biāo)標(biāo)號或者根據(jù)據(jù)有可能進(jìn)行行的預(yù)先計算算出的路由來來對各個分組組標(biāo)號，而不不單是根據(jù)目目的地址來處處理分組；未來來網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的的架架構(gòu)構(gòu)及及實實現(xiàn)現(xiàn)技技術(shù)術(shù)Page4721C網(wǎng)絡(luò)絡(luò)架架構(gòu)構(gòu)企業(yè)業(yè)總總部部分支支機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)CGCGPublicWLANNTE駐地地用用戶戶ADSL移動動通通訊訊無線線局局域域(WLAN)移動動(MOLO)數(shù)據(jù)據(jù)中中心心CGWiFi/EthernetGE/G.703CuFibreFibreADSLSDSLFibreGE/FCPISCSI/ESCONLANLANLANLANBluetooth/WiFi/EthernetCu&FibreWiFi/EthernetGE/G.703CGNTEFibreFibreFibreNTENTE包交交換換核核心心(Optical/OEODWDM&MPLSVPN)其它它電電信信業(yè)業(yè)者者互連連網(wǎng)網(wǎng)GSM/GPRS/3GNetwork固定電電話網(wǎng)網(wǎng)SDH/GFPRPRGEPEINDWDM多媒體體內(nèi)容容主站站Page4821C網(wǎng)絡(luò)架架構(gòu)企業(yè)總總部分支機(jī)機(jī)構(gòu)CGCGPublicWLANNTE駐地用用戶ADSL移動通通訊無線局局域(WLAN)移動(MOLO)數(shù)據(jù)中中心CGWiFi/EthernetGE/G.703CuFibreFibreADSLSDSLFibreGE/FCPISCSI/ESCONLANLANLANLANBluetooth/WiFi/EthernetCu&FibreWiFi/EthernetGE/G.703CGNTEFibreFibreFibreNTENTE包交換換核心心(Optical/OEODWDM&MPLSVPN)其它電電信業(yè)業(yè)者互連網(wǎng)網(wǎng)GSM/GPRS/3GNetwork固定電電話網(wǎng)網(wǎng)SDH/GFPRPRGEPEINDWDM~100-150locationsMetro(城域網(wǎng)絡(luò))~10locationsCore(核心網(wǎng)絡(luò))MSAN(多業(yè)務(wù)接入點)~1500-5500locationsCustomerEnvironment(用戶環(huán)境)~millionsoflocations多媒體體內(nèi)容容主站站Page49MSAN設(shè)備功功能交換結(jié)構(gòu)背板ATM/MPLSH.248SDH64KCES交換機(jī)端口SDHringAPON/G.PON網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備（支持TDM,ATM,Ethernet業(yè)務(wù)）ADSL/G.SHSDLcardswithlowpassvoiceviaH.248SDH,STM1-64linerate.Ethernet-GigEATM/MPLS交換矩陣VoIP媒體網(wǎng)關(guān)

控制協(xié)議SDH4/3/1crossconnectnx64kPage50Metro設(shè)備功功能MPLSL3PEVPNedgerouterInternetrouterDASS2,DPNSS,SS7handlerBandwidthManagerLayer2frameswitchGFP/Martini/PWE3FADVoIPmedia&Sigg/wEthernetConcentrator&SwitchCWDMOpticalcrossconnectSDHADMG703framerATMMux?PolicyenforcementSEFI/fSCFI/fBRASCEQOSModem/TAbankIPSec/PPPtermFirewallHomeGatewayAddressTranslate

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GGSNBorderControllerStorage&Processing物理/鏈路層層網(wǎng)絡(luò)絡(luò)接口口支持~50MSAN節(jié)點CWDM波分接接口SDHVC4交叉連連接數(shù)據(jù)包業(yè)務(wù)務(wù)G703,ATM,EthernetModemIPSec,L2TP,PPPQoSFirewallInternet&MPLSroutingIPv4,IPv6,10.x.x.xNATNetworkControlPlane語音包包業(yè)務(wù)務(wù)TDM媒體網(wǎng)網(wǎng)關(guān)OLO,International,ISDN30VoIP連接控控制Page51Core設(shè)備功功能OTNswitchSDHswitchPacketSwitchOpticalPatchPanelExternalfibresSwitcheswavelengthsSwitchesSDHVCsVC4SwitchesMPLSToMetroPoPsToCorePoPsPacketswitchi/fSDHswitchi/fwhereBTbuyswavelengthsSDH/OTNswitchesusethesameG.8080controlplane.MPLScontrolplaneseparatefromSDH/OTNforcommercial&technicalreasons.SDH/Optical控制平平臺業(yè)務(wù)恢恢復(fù):快速保保護(hù)方方案usingITU-TG.841,智能控控制平平面definedinITU-TG.771xseries.業(yè)務(wù)區(qū)區(qū)分服服務(wù)1到n的軟硬硬件冗冗余,高性包包交換換目標(biāo):時延最最大425us,抖動最最大62us支持ATMCBRSLAs,2.5Gbpsto10Gbps接口支持MPLSPage5221C網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分分析對光網(wǎng)絡(luò)的的設(shè)備的需需求主要集集中在以下下幾個方面面：1、接入層具具有FTTH綜合接入能能力的OMCPE設(shè)備：可以以接入VoIP、ADSL、VDSL、Ethernet、數(shù)字電視視、VOD視頻等接口口。2、匯聚層：：需要帶有有智能特性性的小容量量OCS（160G）和具有智智能特性的的CWDM設(shè)備，上述述設(shè)備必須須能夠和業(yè)業(yè)務(wù)層面的的MPLS交換機(jī)能夠夠進(jìn)行管理理層面和控控制層面的的互通。3、核心層：：需要帶有有智能特性性和具有波波長交換功功能的大容容量的OCS(640G)和智能特性性的DWDM設(shè)備，上述述設(shè)備同樣樣需要和核核心層的Core-Router（大容量MPLS）交換機(jī)進(jìn)進(jìn)行管理層層面和控制制層面的互互通。說明：1、因為TDM業(yè)務(wù)也將要要IP化，現(xiàn)有有的Metro設(shè)備在BT的21CN網(wǎng)絡(luò)上不適適用。2、光網(wǎng)絡(luò)設(shè)設(shè)備和數(shù)通通設(shè)備的融融合趨勢在在BT21CN中體現(xiàn)的淋淋漓盡致，，最終需要要由GMPLS協(xié)議來統(tǒng)一一整個業(yè)務(wù)務(wù)交換和傳傳輸層面。。Page53思考題一、在傳輸輸突發(fā)性通通信量時分分組交換比比電路交換換更有效，，因為A）分組交換換的交換延延遲更?。?；B）分組交換換使用更快快的鏈路；；C）當(dāng)帶寬不不再需要時時不用再保保留；D）電路交換換使用低速速的調(diào)制解解調(diào)器傳輸輸。三、分組延延遲取決于于分組的大大小和信息息編碼速率率，對于下下面的情況況，有兩種種分組：ATM信元和1000字節(jié)的IP包，提供分分組傳送服服務(wù)，請計計算它們的的延遲。1）每秒鐘采采樣8000次的語音，，每次采樣樣編碼為1個字節(jié)，即即按照64Kbps的數(shù)據(jù)流進(jìn)進(jìn)行編碼傳傳送；2）MPEG1，每秒鐘要要傳輸30幀，按照1Mbps的數(shù)據(jù)流進(jìn)進(jìn)行編碼傳傳送；二、假設(shè)一一分組網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，長度為為2000比特，ACK為80比特，以155Mbps的傳輸速率率通過一條條30Km的雙向鏈路路，假設(shè)傳傳播延遲為為5us/km，那么使用用滑窗機(jī)制制，要求達(dá)達(dá)到100%的效率，窗窗口尺寸最最小為多少少？（提示示：效率=min｛N*TRANS/（TRANS+ACK+2PROP）,1｝,Page54思考題題四、一一個可可定做做CD的公司司將按按照如如下的的方法法運做做：所所有音音樂存存放在在中心心服務(wù)務(wù)器上上，客客戶可可以到到分店店選擇擇他們們喜歡歡的歌歌曲，，這些些歌曲曲的比比特流流從服服務(wù)器器經(jīng)過過網(wǎng)絡(luò)絡(luò)傳輸輸寫入入CD。由于于不用用存貨貨，這這樣可可以節(jié)節(jié)省公公司的的開銷銷，