通信网络与交换课程报告
生活随笔
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通信网络与交换课程报告
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通信網絡與交換 課程報告
1. 通信系統的基本功能、特征與問題
- 定義:把用戶非電形式的消息傳送到遠方,現代通信技術在發送端以用戶終端設備將作為信源的消息轉換成電信號,并令其經信道傳送到遠方的接收端,接收端用戶終端設備再從所接收信號中還原出受信消息(信宿)。
- 基本功能:傳送消息(將信息從信源傳遞到信宿)
- 特征:方向性(從信源流向信宿)
- 問題
- 可靠性(傳輸過程不丟失、不改變信息)
- 有效性(傳輸的速度、效率)
2. 通信網絡與基本通信系統的區別和擴展
- 基本通信系統
核心是解決單用戶對通信(單工方式、半雙工方式、對稱雙工方式、非對稱雙工方式);而當點到點通信向多點、多用戶間通信的拓展,就產生并發展著通信網絡的概念與系統; - 通信網絡
核心問題是解決多點、多用戶之間的有效通信。
3. 通信網絡的系統構成和基本問題
- 通信網絡的系統構成:
- 終端節點
- 交換節點
- 業務節點
- 傳輸系統
- 通信網絡的基本問題:
- 通信的基本功能
- 多點之間任意通信
- 可靠性
- 效率
- 經濟性
- 通信網的基本拓撲結構:
- 網形:網內任意兩個節點之間均有鏈路相連;鏈路數:N(N-1)/2;特征:穩定性好,冗余度大,經濟性差。
- 星形:網內所有節點均通過輻射節點相連;鏈路數:N-1;特征:鏈路效率高,經濟性好,穩定性差。
- 復合形:網形結構與星形結構的結合;特征:結構優化依用戶分布而定。
- 總線形:所有節點通過一條公共信道連接;特征:傳輸鏈路較少,為避免傳輸沖突,效率較低。
- 環形:自愈環結構;特征:穩定性較好。
- 樹形:星形結構的拓展;特征:上下、主從、層次
- 通信網的功能結構:
完整的通信網,通??蓜澐譃槿舾晒δ芫W
- 業務網
- 傳送網
- 支撐網
- 傳輸鏈路:
- 傳輸鏈路的基本要求:
正確性
高信噪比
低誤碼率
實時性
低處理延時
大容量
大帶寬,高速率
信道復用 - 物理形態分為:有線和無線
- 多路復用:
- 信道復用技術,將多個低速用戶在同一寬帶介質上進行多路耦合傳輸,以提高傳輸能力和傳輸效率:
- 頻分復用(波分復用)(F/WDM)
- 時分復用(TDM)
- 空分復用(SDM)
- 多路復用與多址接入:
二者的工作原理相同,在一個正交空間上區分不同的傳輸鏈路。
多路復用強調的是傳輸鏈路的區分,不關注用戶的區分。
多址接入(Multiple Access)強調的是接入用戶的區分,主要在無線通信網絡研究領域使用。
- 頻分多址(FDMA)
- 時分多址(TDMA)
- 碼分多址(CDMA)
- 通信網的服務質量
- 可訪問性
- 透明性
- 可靠性
4. 電路交換網絡與分組交換網絡的概念、構成和性能特征比較
- 構成:分為連接建立、數據傳輸和連接釋放三個階段
- 基本功能:1連接2信令3終端接口與控制
- 主要特點:
- 獨占性:在建立電路之后、釋放線路之前,即使站點之間無任何數據可以傳輸,整個線路仍不允許其他站點共享。
- 面向連接
- 實時性好:一旦電路建立,通信雙方的所有資源(包括線路資源)均用于本次通信,除了少量的傳輸延遲之外,不再有其他延遲,具有較好的實時性。
- 透明傳輸:交換系統對通信內容不作任何解析處理與差錯控制。
- 基本功能:
- 連接:模擬系統通過開關陣列實現連接;數字系統通過時隙交換實現連接。
- 信令:監視:呼出、應答與接收;號碼:脈沖、音頻接收;信號音:撥號音、振鈴與回鈴音、忙音。
- 終端接口與控制:
- 接口:用戶側:模擬接口Z,數字接口V;中繼側:PCM一次群接口A,PCM二次群接口B,模擬接口C;OAM接口:操作、管理和維護。
- 控制:提供連接與信令控制。
- 優點:
- 由于通信線路為通信雙方用戶專用,數據直達,所以傳輸數據的時延非常小。
- 通信雙方之間的屋里通路一旦建立,雙方可以隨時通信,實時性強。
- 雙方通信時按發送順序傳送數據,不存在失序問題。
- 電路交換既適用于傳輸模擬信號,也適用于傳輸數字信號。
- 電路交換的交換設備及控制均比較簡單。
- 缺點:
- 電路交換平均連接建立時間對計算機通信來說較長。
- 電路交換家里連接后,物理通路被通信雙方獨占,即使通信線路空閑,也不能供其他用戶使用,因而信道利用率低。
- 電路交換時,數據直達,不同類型,不同規格,不同速率的終端很難相互進行通信,也難以在通信過程中進行差錯控制。
- 特點
- 數據傳輸以分組的形式實現,每個分組的長度有上限,當發端需要傳送長數據時需要進行數據切割
- 每個分組同時包含數據信息和控制信息
- 控制信息包含有供網絡設備決策該分組到達目的終端轉發路徑的信息,如源地址和目的地址信息
- 網絡設備對分組進行逐跳轉發
- 面向無連接的服務,網絡資源不是提前預留而是按需分配
- 網絡服務盡力而為,分組丟失很難避免,服務優先級的實現需要在路由器上運行較復雜的調度算法
- 相對于同一數據流,不同分組在網絡中的轉發路徑可能不同,接收端會出現錯序現象,接收端必須具備重排序功能
- 路由器對分組進行逐個處理,采用“存儲”+“轉發”的模式,分組在網絡中的延時由傳輸延時和緩存延時構成,通常緩存延時為
- 兩種重要模式:
- 數據報傳輸模式:
交換節點對每一個數據包獨立處理,類似于報文交換;每一個數據包都含有完整的終點地址信息,交換節點為每一個數據包獨立地尋找路由,同一用戶的不同數據包可能沿著不同的路徑到達終點,而終點需要對收到的數據包重新排隊,組合還原成發送端的數據信息。 - 虛電路傳輸模式:
在終端用戶間建立一條端到端的、邏輯上的虛連接;屬于同一呼叫的數據均沿著這一虛電路傳送,本次呼叫結束后,清除該虛電路。用戶的通信需要經歷建鏈、傳輸拆鏈三個階段,面向連接的傳輸方式,虛電路與實電路的區別即不預留、不保證鏈路資源。一條物理線路上可以同時建立多個虛電路,按照統計時分方式競爭復用。
- 數據報傳輸模式:
- 優點:
- 分組交換不需要為通信雙反預先建立一條專用的通信線路,不存在連接建立時延,用戶可隨時發送分組。
- 由于采用存儲轉發方式,加之交換節點具有路徑選擇,當某條傳輸線路故障時可選擇其他傳輸線路,提高了傳輸的可靠性。通信雙反不是固定的戰友一條通信線路,而是在不同的時間一段一段地部分占有這條物理通路,因而大大提高了通信線路的利用率。
- 加速了數據在網絡中的傳輸。因而分組是逐個傳輸,可以使后一個分組的存儲操作與前一個分組的轉發操作并行,這種流水線式傳輸方式減少了傳輸時間。
- 分組長度固定,相應的緩沖區的大小也固定,所以簡化了交換節點中存儲器的管理。
- 分組較短,出錯幾率減少,每次重發的數據量也減少,不僅提高了可靠性,也減少了時延。
- 缺點:
- 由于數據進入交換節點后要經歷存儲轉發這一過程,從而引起的轉發時延(包括接受分組、檢驗正確性、排隊、發送時間等),而且網絡的通信量越大,造成的時延就越大,實時性較差。
- 分組交換只適用于數字信號。
- 分組交換可能出現失序,丟失或重復分組,分組到達目的節點時,對分組按編號進行排序等工作,增加了麻煩。
- 網絡服務的特點:
分組交換:面向無連接的服務,不對網絡資源提前預留
電路交換:面向連接的服務,對網絡資源進行提前預留 - 網絡服務的模式:
分組交換:沒有建立連接的過程,終端可以立即發出需要傳送的分組,每個分組攜帶必要的控制信息
電路交換:有建立連接的過程,終端需要等待建立連接后才能傳送數據,一旦連接建立,終端只傳送數據信息不傳送控制信息 - 網絡節點對數據的處理:
分組交換:中間節點會對分組進行緩存,然后采用“存儲”+“轉發”的模式將其傳送到下一跳
電路交換:中間結點不會對分組進行緩存,一旦建立連接,數據直接通過中間節點向目的端傳輸 - 網絡的擁塞控制:
分組交換:網絡擁塞時,分組會被中間節點丟棄,源節點可以被告知并重傳
電路交換:網絡擁塞時,連接無法被建立,源節點會持續受到忙信號直到網絡空閑
5. 光接入網和光傳送網的構成和特征
- 定義:光傳送網是一種以DWDM與光通道技術為核心的新型傳送網結構,它由光分插復用、光交叉連接、光放大等網元設備組成,具有超大容量、對承載信號語義透明及在光層面上實現保護和路由的功能。它是面向NGN的下一代新型傳送網結構。
- 傳送網的基本功能:遠程傳送信息數據。
- 傳輸介質:光纖(玻璃、二氧化硅)
- 大容量
- 體積小、重量輕
- 低衰減、抗干擾能力強
- 波分復用WDM:將光纖的低損耗窗口劃分為若干個信道,每一信道占用不同的光波頻率或波長。由于不同波長的光載波信號可以看作是相互獨立的,在一根光纖中可實現多路光信號的復用傳輸。
- 結構:自上而下分別為(相鄰層之間遵循OSI參考模型定義的上下層間服務關系模式)
- 光信道層:負責為來自電復用段層的各種類型的客戶信息選擇路由、分配波長,為靈活的網絡選路安排光信道連接,處理光信道開銷,提供光信道層的檢測、管理功能,并在故障發生時,它還支持端到端的光信道連接,在網絡發生故障時,執行重選路由或進行保護切換
- 光復用段層:保證相鄰的兩個DWDM設備之間的DWDM信號的完整傳輸,為波長復用提供網絡功能。功能主要包括:為支持靈活的多波長網絡選路重新配置光復用段功能;為保證DWDM光復用段適配信息的完整性進行光復用段開銷的處理;光復用段的運行、檢測、管理等功能。
- 光傳輸層:為光信號在不同類型的光纖介質上提供傳輸功能,同時實現對光放大器和光再生中繼器的檢測和控制等功能。
- 光傳送網的重要設備:
- 光分插復用器OADM:主要是在光域實現傳送SDH中的SADM在時域中實現的功能,包括從傳輸設備中選擇地下路去往本地的光信號,同時上路本地用戶法網其它用戶的光信號而不影響其它波長信號的傳輸
- 光交叉連接器OXC:主要功能與傳統SDH中的SDXC在時域中實現的功能類似,不同點在于OXC在光域上直接實現了光信號的交叉連接,路由選擇,網絡恢復等功能,無需進行OEO轉換和電處理,時OTN的核心設備
- SDH優點:
- 標準統一的光接口:定義了標準的同步復用格式,用于運載低階數字信號和同步結構。
- 采用同步復用和靈活的復用映射結構:采用指針調整技術,使得信息凈負荷可在不同的環境下同步復用,引入虛容器VC來支持通道層的連接
- 強大的網管功能:SDH幀結構中增加了開銷字節,依據開銷字節的信息,SDH引入了網管功能,支持對網元的分布式管理。
接入網:
- 定義:接入網AN是由業務節點接口SNI和用戶網絡接口UNI之間的一系列傳送實體所組成的為傳送電信業務、提供所需傳送承載能力的實施系統。在電信網絡中負責連接終端用戶,以及他們和他們的網絡運營商。
- 拓撲結構:星型結構、總線結構、環狀結構、樹形結構
- 光接入網:指采用光纖傳輸技術的接入網,一般指本地交換機與用戶之間采用光纖或部分采用光纖通信的接入系統
- 類型
- 有源光網絡AON:指光配線網ODN含有有源器件的光網絡,主要用于長途骨干傳送網
- 無源光網絡PON:指ODN不含有任何電子器件及電子電源,ODN全部由光分路器等無源器件組成
- 特點
- 優點:容量大、損耗低,防電磁能力強等
- 缺點:成本較銅線接入技術高。
- 類型
銅線接入:利用現有電話網絡的雙絞線(銅線)為用戶同時提供語音和數據服務。
在DSL網絡中,每個用戶具有一個DSL Modem,它通過程控電話交換網和運營商Central Office中的DSL AccessMultiplexer(DSLAM)相連。每個DSLAM可以支持很多個DSL Modem。③DSL服務性能和用戶距離相關。
DSL通過不同的頻譜為用戶提供電話語音和數據服務,在用戶端需要通過濾波來防止數據服務干擾語音服務。
當前有兩種DSL服務:
對稱DSL(上下行速率相等):HDSL、SDSL、HDSL 2、SHDSL、IDSL
非對稱DSL(下行速率>上行速率):ADSL、UDSL、RADSL、VDSL
ADSL有兩組設備:
運營商的Central Office中:DSLAM,中繼器
客戶的家中:DSL Modem,以太網卡,分離器和濾波器
6. 移動通信網的基本特征和關鍵問題,與有線網絡的對比分析
- 移動通信網
- 定義:指通信的一方或雙方可以在移動中進行的通信過程
- 關鍵問題:
- 用戶的移動性:要保持用戶在移動過程中的通信,首先必須是無線通信,或無線通信與有線通信的結合。因此,系統中要有完善的管理技術來對用戶的位置進行登記、追蹤。
- 電波傳播條件復雜。移動臺可能在各種環境中運動,電磁波在傳播中不僅有直射信號,還會產生反射、折射、繞射、多普勒效應等問題,從而產生多徑干擾、信號傳播延遲和展寬等。因此必須研究電波的傳播特性,使系統具有足夠的抗衰落能力。
- 噪聲和干擾嚴重。移動臺受到城市環境中的各種噪聲干擾,移動用戶之間還會有互調干擾、鄰道干擾、同頻干擾等。要求系統對信道進行合理的劃分和頻率的再用。
- 系統和網絡結構復雜。
- 有限的頻率資源。在無線網中,頻率資源是有限的。
- 優劣對比:
- 有線通信
優勢:能保持穩定的傳輸信號,抗干擾能力強。能保持穩定的通信速度。
劣勢:存在線路的限制,通信只能局限在很小的空間內 - 無線通信
優勢:拓寬了工作區域,方便生活
劣勢:傳輸信號易受到干擾,不穩定。傳輸速度慢。需要建設大量基站
- 有線通信
7. 蜂窩移動通信網絡的發展歷程,從技術演進分析解決的問題和發展方向
為模擬移動通信系統,采用頻分雙工、頻分多址制式,并利用蜂窩組網技術以提高頻率資源利用率,克服了大區制容量密度低、活動范圍受限的問題。
- 雖然采用頻分多址,但并未提高信道利用率,因此通信容量有限
- 通話質量一般,保密性差
- 制式太多,標準不統一,互不兼容
- 不能提供非話數據業務
- 不能提供自動漫游
為數字移動通信系統,以GSM和窄帶CDMA為代表。采用數字技術,利用蜂窩組網技術。
- 多址方式由頻分多址轉向時分多址和碼分多址技術,雙工技術仍采用頻分雙工。
- 克服了1G的弱點,話音質量及保密性能得到了很大提高
- 系統帶寬有限,限制了數據業務的發展,無法實現移動的多媒體業務
- 各國標準不統一,無法實現國際漫游
3G是第三代移動通信技術,是指支持高速數據傳輸的蜂窩移動通訊技術。3G服務能夠同時傳送聲音及數據信息,速率一般在幾百kbps以上。3G是指將無線通信與國際互聯網等多媒體通信結合的新一代移動通信系統,目前3G存在3種標準:CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。
- 提供多種類型、高質量的多媒體業務
- 能實現全球無縫覆蓋,具有全球漫游能力
- 與固定網絡的各種業務相互兼容,具有高服務質量
4G是集3G與WLAN于一體,并能夠快速傳輸數據、高質量、音頻、視頻和圖像等。4G能夠以100Mbps以上的速度下載,比目前的家用寬帶ADSL(4兆)快25倍,并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式
- 正交頻分復用OFDM技術
- 軟件無線電
- 智能天線技術
- 多輸入多輸出MIMO技術
- 基于IP的核心網
- 增加通信速度
- 增強保密性
- 統一全球標準
- 采用更高效的編碼傳輸方式
- 兼容性能更平滑
- 降低成本及費用
8. 軟交換與傳統交換的對比分析,軟件定義網絡的概念
- 軟交換將傳輸、呼叫控制和業務控制這三個功能之間的接口打開,采用開發的接口和通用的協議,構成一個靈活的系統結構,使業務提供能夠靈活選擇最佳和最經濟的組合來構建網絡。
- 傳統交換:將傳送硬件、呼叫控制和交換以及業務和應用功能結合到單個昂貴的交換機設備中,是一種垂直集成的、封閉的但廠家專用的系統結構,開發成本高、周期長,無法適應快速發展的市場和多樣化的用戶需求
軟件定義網絡是一種新型網絡創新架構,是網絡虛擬化的一種實現方式,其核心技術OpenFlow通過將網絡設備控制面與數據面分離開來,從而實現了網絡流量的靈活控制,使網絡作為管道變得更加智能。
SDN的實現方式:
- 利用傳統協議配置(telnet, snmp, etc)
- 設備廠商私有協議
- 開放的結構化配置協議(NETCONF
- 新交換架構及協議OpenFlow:是一種標準,是一個控制交換機行為的協議,規定了處理數據包的規則,也是一種網絡通信協議
- 優點:SDN將網絡設備上的控制權分離出來,由集中的控制器管理,無須依賴底層網絡設備(路由器、交換機、防火墻),屏蔽了來自底層網絡設備的差異。而控制權是完全開放的,用戶可以自定義任何想實現的網絡路由和傳輸規則策略,從而更加靈活和智能。進行SDN改造后,無需對網絡中每個節點的路由器反復進行配置,網絡中的設備本身就是自動化連通的。只需要在使用時定義好簡單的網絡規則即可。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的通信网络与交换课程报告的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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