1、现代通信网络课程总结教学内容 第一专题 总论 第二专题 交换技术 第三专题 计算机通信网 第四专题 移动通信网 第五专题 卫星通信网 第一专题 总论 掌握通信网的基本概念、基本功能及其一般结构；理解通信网的网络体系结构；了解网内业务、路由 选择 、流量控制、多 址接入等知识。 通信网的基本概念：通信网：多个通信系统有机地结合在一起协同工作。 通信网的构成要素 硬件要素：终端节点：主要功能是信号变换、信令交 换，如 电话机、计算机； 传输系统：主要功能是传输信息，如双 绞线、同 轴电缆 、光纤、微波等； 交换节点：主要功能是完成各节点信息的汇集和分配，如交换中心、集中器、连接器等； 业务节点：由
2、连接到通信网络边缘的计算机系统、数据库 系统组成。 软件要素：信令、协议 、标准。 通信网的一般结构 用户驻地网 用户接入网 核心网 业务节点接口 用户网络接口 标准及其制订机构 标准：由那些得到国家或国际公认的机构正式认证并采纳的法则。法定 标准、事 实标 准。 制订标准的机构：国际标准化组织 ISO、国际电信联盟 ITU、因特网工程任务组 IETF、国 际电子技术委员会、电气和电子工程师协会、电子工 业协会；美国国家标 准协会；国际商用机器公司等。 协议的基本概念 协议：指两个或两个以上的实体为了开展某项活动，经过协商后达成的一致意 见。 协议 三要素：语法：协议的数据格式；语义：包括协调
3、和错误处理的控制信息；时序：包括同步和顺序控制。分层体系结构中的协议：指位于一个系统上的第 N 层与另一个系统上的第 N 层通信时所使用的规则和约定的集合。 通信网体系模型：OSI 参考模型，TCPIP 参考模型路由选择 路由：通信信息穿过通信网络的有向路径。有向路径：一系列互连的链路将网络的两端节点连在一起而形成的集合。路由选择原则 ：正确性、 简便性、健壮性；稳定性、公平性和最优化、利用率。路由选择策略：确定型路由选择算法：扩散式（完全扩散式、选择扩散式）、随机式、固定式。自适应路由 选择算法：独立路由选择策略、集中路由 选择策略、分布路由选择策略。 流量控制：通过控制网中的通信量，使通信
4、网工作在允 许范围内。流量控制功能：防止网络因过载而引起通信吞吐量下降和延迟增加；避免死锁；网络及用户之间的速率匹配。 控制方法：缓冲区预约方式、许 可证法；停- 等流量控制、滑动窗口机制。 拥塞控制：解决通信网的面或全局的问题。 多址接入：把处于不同地点的多个用户接入一个公共传输媒质，实现各用户之间 通信的技术。 多址接入的分类：频分多址 FDMA 时分多址 TDMA 码分多址 CDMA 空分多址SDMA 第二专题 交换技术 掌握电路交换、分组 交换的原理；理解宽带 交换技术；了解帧中继、快速分组交换 技术；了解软交换技 术。 交换的基本概念 交换：让网络根据用户实际的需求为其分配通信所需的
5、网络资源，即用 户有通信需求 时，网 络为其分配资源，通信结束后，网络再回收分配给用 户的资源，让其他用户使用。 电路交换：在通信网中任意两个或多个用户终端之间建立电路暂时连接。电路的形式： 频分复用中的 频带；时分复用中的时隙。 交换体制：空分制；时分制。 报文交换 在用户拟发送的完整数据的前面添加一个报文头，用来指明报文的接收地址和有关控制信息，然后由交换机将其转发至目的地。特点：存 储- 转发（Store and Forward ） 分组交换基本思想：将较长的报文分解成若干个较小的数据块，即分组；每一分组 加上交换所需的呼叫控制信息以及差 错控制信息；这些分组采用存储-转发方式通过交换网
6、络进行传输；最后将数据分组递交到目的主机，并将数据分 组重新组装。技术特点： 存储转发 统计时分复用 差错控制和流量控制 第三专题 计算机通信网 了解计算机通信网的特点；理解物理层、数据链路层、网 络层的基本概念以及 HDLC、TCP/IP 协议特点及其实现技术；理解局域网、广域网的基本概念和工作原理； 了解计算机通信网络现状与发展方向。 计算机通信网的定义：利用通信线路将地理位置分散、具有独立功能的许多计算机系统连接起来，按照某种协议进行数据通信，以实现资源共享的信息系 统。 计算机通信网的组成：资源子网：负责全网数据处理业务，向网上用户提供各种网络资源和网络服务；通信子网：承担全网的数据传
7、输、转接、加工和变换 等通信信息处理功能；协议：通信的双方事先约定好的、必须遵守的规则。计算机网 络是计算机技术与通信技 术相互渗透、密切结合而形成的一门交叉学科。 五层网络体系结构：应用层，运 输层，网 络层 ，数据链路层，物理层传输介质（传输媒体）：网络中连接发送方与接收方的物理通路。 无线传输介质：电磁波 传输介质 有线传输介质：同轴电缆、双绞线、光纤 物理层 基本功能: 利用机械的、 电气的、功能和规程特性，在数据终端设备 DTE 和数据 电路端接设备 DCE 之间， 实现对物理信道的建立、保持和拆除功能。接口标准：机械特性：规定 DTE 和 DCE 的接口在机械上的分界方法；电气特性
8、：规定导线的电气连接及有关电路的特性；功能特性：规定接口的信号各自具有的特定功能；规程特性：规定使用交换的控制步骤。数据链路层 链路：一条无源的、点到点的物理线路段，其中间没有任何其他的交换结点。 数据链路： 结合实现通信协议的软硬件以及物理链路。 数据链路层的主要功能： 链路管理 信息区分 流量控制与差错控制 寻址 帧定界 透明传输 局域网 定义：指一个局部地域范围内，将多个终端以及数据库等设 备相互连接起来，进 行数据传输的计算机通信网。特征：传输距离有限；为一个单位或组织拥有；以短的距离 获取获取高数据率。 组成：硬件组成：用户工作站、网络服务器；网络适配器（又称网卡）；传输介质及附属设
9、备。 软件组成：网络协议软件；通信软件；网络操作系统。 主要技术要素：网络拓扑结构、 传输介质 、介 质访问控制协议。IEEE 802.3 协议 拓扑结构：总线；介质访问方式：CSMA/CD。 EUI-48 地址：前三个字节：公司标识符；后三个字节：扩展标识符。 CSMA/CD 协议 多点接入： 表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。 载波监听： 指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算 机在发送数据，以免 发生碰撞。 碰撞检测：指计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。 二进制指数类型退避算法：确定基本退避时间，一般是取为争用期 2 ；定义重传次数 k，k10，
10、即 k = Min重传次数,10；从整数集合0,1,(2 k1)中随机地取出一个数，记为 r，重传所需的时延就是 r 倍的基本退避时间；当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高 层报告。其它局域网协议 IEEE 802.5 协议： 拓扑结构：环形；介质访问方式：令牌。 IEEE 802.4 协议：拓扑结构：总线(物理)， 环形( 逻辑)；介质访问方式：令牌。 基本服务集 基本组成： 一个基站（接入点 AP）； 若干个移动站（工作站）。 特点： 本 BSS 内所有站都可进行通信； 和本 BSS 以外的站通过基站通信。 分类：基础的基本服务集 独立的基本服务集 组网方式：分布式控制方式 集
11、中式控制方式 混合控制方式 CSMA/CA 协议 协议描述：用户发送数据前进行载波监听，查看媒体是否空闲；在媒体空闲后，等待一个随机时间再发送，使信号的 碰撞概率减到最小；增加确认机制， 设置 ACK 应答帧指示碰撞的发生。 避免碰撞的措施： 规定帧间间隔 IFS； 采用虚拟载波监听机制； 使用二进制指数退避算法的争用窗口机制。 帧间间隔 帧间间隔长度： 取决于该站欲发送帧的类型； 高优先级帧需等待较短的时间； 低优先级帧需等待较长的时间。帧间间隔分类： 短帧间间隔 SIFS 点协调功能帧间间隔 PIFS 分布协调功能帧间间隔 DIFS 扩展帧间间隔 EIFS 虚拟载波监听 实现机制：源站通知
12、：源站在发送数据帧时，将它要占用信道的时间（包括目的站发回确认帧）填入相应字段；其他站收到持续时间通知后， 调整自己的网 络分配向量NAV，在这一段时间 都停止发送数据。 网络分配向量：当一个站检测到正在信道中传送的 MAC 帧的持续时间字段时，设置自己的网络分配向量； NAV 指出必须经过多少时间才能完成数据帧的这次传输，使信道转入到空闲状态，避免碰撞的可能。 争用窗口 实现机制：信道从忙态变为空闲时，任何一个站要发送数据帧时，都必 须先等待一个帧间间 隔；然后进入争用窗口，计算随机退避时间 ；站点每过一个时 隙，就 检测一次信道；若信道空闲，退避计时 器继续倒计时；若信道忙，则冻结退避计时
13、器，重新等待信道 变为空闲并再经过 一个帧间间隔后，从剩余时间开始继续倒计时。如果退避 计时 器减小到零，站点开始发送数据帧。二 进制指数退避算法：第 i 次退避就在 2 2+i 个时隙中随机地选择一个；当时隙编号达到 255 时不再增加。 网络互联定义：把网络与网络连接起来；在用户之间实现跨网络的通信与操作技术。 分类：局域网与局域网、局域网与广域网、广域网与广域网。 网络互联的问题：不同的寻址方案 不同的最大分组长度 不同的网络接入机制 不同的超时控制机制 不同的差错恢复方法 不同的服务 不同的状态报告方法 不同的路由选择技术 不同的用户接入控制 不同的管理与控制方式 网络互联的方法 应
14、用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层物理层中继系统： 中继器或转发器。 数据链路层中继系统： 网桥或桥接器。网络层 中继系统： 路由器。网桥和路由器的混合物：桥路器。 网 络层以上的中继系统 ： 网关。 IP 地址 定义：给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围内惟一的 32bit 的标识 符。 编码方法：分类的 IP 地址：最基本的编址方法，在 1981 年通过相应的标准协议；划分子网：对基本编址方法的改进，其标准RFC 950在1985 年通过；构成超网：较新的无分类编址方法，1993 年提出后很快就得到推广应用。 IP 数据 报的格式 分组转发算法 从 IP 数据报
15、首部中提取目的 IP 地址 D, 得出目的网络地址 N; 若网络 N 与此路由器直接相连，则直接将数据 报交付给目的站 D,否则是间接交付，执行（3）；若路由表中有目的地址 D 的特定主机路由，则传送给所指明的下一跳路由器，否则， 执行(4)；若路由表中有到达网络 N 的路由，则传 送给路由表指明的下一跳路由器，否则，执行(5) ； 若路由表中有一个默认路由，则传送给路由表中所指明的默认路由器，否 则， 执行(6)；报告转发分组出错。 分组转发算法从收到的分组的首部提取目的 IP 地址 D；先用本网络的子网掩码和 D 逐比特相与，看是否和相应的网络地址匹配，若匹配，则将分组直接交付，否 则 就
16、是间接交付， 执行(3) ；若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则将分组传送给指明的下一跳路由器，否则， 执 行(4)；对路由表中的每一行的子网掩码和 D 逐比特相与，若其结果与该行的目的网络地址匹配，则将分 组传送给该行指明的下一跳路由器，否则，执行(5)；若路由表中有一个默认路由，则将分组传送给路由表中所指明的默认路由器，否 则， 执 行(6)；报告转发分组出错。 无分类编址 CIDR 的两级编址的记法是：IP 地址:=， 斜线记法（CIDR 记法）：在 IP 地址后加上斜线/以及网络前缀所占的比特数。 CIDR 地址块：由网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成。 路由聚合：一个
17、CIDR 地址块可以表示很多个传统的分类地址，可以减少路由表中的项目。 最长前缀匹配：从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由。 网络地址转换 NAT 私有地址段（RFC 1918）：A 类（1）：10.0.0.0 - 10.255.255.255 B 类（16）：172.16.0.0 - 172.31.255.255 C 类（256）：192.168.0.0 - 192.168.255.255 NAT 路由器：在相应的路由器上安装 NAT 软件，它至少有一个有效的 外部全球地址 IP G; 所有使用本地地址的主机在和外界通信时，都要在 NAT 路由器上将其本地地址转换成 IP G 才能和因特网
18、连接。转换方案：多地址 NAT、端口映射 NAT。 IPv6 协议 IPv6 的地址空间 IPv6 的 IP 地址域为 128 比特。 拥有 2 的 128 次方巨大的地址空间，但 实际 可用数要小的多三种基本类型地址： 单播(unicast)、多播(multicast)、任播(anycast)。冒号十六 进 制记法： 9 每个 16bit 用十六进制值表示，各值之间用冒号分隔。 零压缩(zero compression) ： 9 一连串连续的零可以为一对冒号所取代。 其它记法：冒号十六进制记法结合点分十 进制记法； CIDR斜线表示法。 IPv6 的地址空间 类型前缀（二进制） 0000 0
19、000 0000 001 0000 010 001 1111 1110 10 1111 1110 11 1111 1111 地址类型 保留（与 IPv4 兼容） 网络服务访问点 NSAP 地址 IPX（Novell）地址 可聚合的全球单播地址 本地链路单播地址 本地网点单播地址 多播地址 占地址空间的份额 1/256 1/128 1/128 1/8 1/1024 1/1024 1/256 从 IPv4 向 IPv6 过渡双协议栈技术：在完全过渡到 IPv6 之前，使一部分主机（或路由器）装有两个协议栈：IPv4 和 IPv6 双协议栈主机（或路由 器）既能够和 IPv6 的系统通信，又能够和
20、IPv4 的系统通信；双协议栈记主机(或路由器)记为 IPv6/IPv4 表明它具有两种IP 地址。 隧道技术：在 IPv6 数据报进入 IPv4 网络时，将其封装成为IPv4 数据报，整个 IPv6 数据报变成 IPv4 数据报的数据部分 然后 IPv6 数据报在 IPv4 网络的隧道中传输；当 IPv4 数据报离开 IPv4 网络时，再将数据部分(即原来的 IPv6 数据报) 交给主机的 IPv6 协议栈第四专题 移动通信网 掌握移动通信基础知识； 基本概念、系 统构成、多址方式、双工方式； 覆盖方式、区群组成、信道配置。 了解几种常用蜂窝移动通信网基础知识；全球移动通信系统 GSM；窄带
21、CDMA 移动 通信系统；通用分组无线业务 GPRS。 了解下一代无线蜂窝网即将采用的新技术。 第三代移动通信系统； 第四代移动通信系统。 移动通信的基本概念 定义：通信双方或至少一方在运动状态(或暂时 静止) 中进行信息传递的通信方式。 移动通信网中的多址方式 频分多址方式 FDMA：Frequency Division Multiple Access 时分多址方式 TDMA：Time Division Multiple Access 码分多址方式 CDMA：Code Division Multiple Access 空分多址方式 SDMA：Space Division Multiple A
22、ccess 移动通信网中的双工方式 单工方式：通信双方在某一时刻只能处于一种工作状态，不能同时进行收发。 半双工方式：通信中有一方(基站)可以同时收发信息；另一方(移动 台) 则 以单工方式工作。全双工方式：通信双方均可同时进行接收和发送信息。 移动通信网的覆盖方式 小容量大区制： 优点：组成简单，投资少，见效快。 缺点：频率利用率低。大容量小区制：优点：提高频率利用率，减少相互干扰， 组网灵活。 缺点：成本高，控制复杂。 区群的组成 区群组成的条件：区群之间可邻接，进行无空隙无重叠地覆盖；邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间的距离相等。 区群内的小区数应满足下式：N=i 2+ij+j
23、2。 信道配置 配置原则：在蜂窝移动通信网中，同信道干扰问题在分区群时考虑，保 证有足够的防护比； 信道分配时应对邻道干扰的问题加以考虑。 等频距分配法：按频率等间隔分配信道。 若需要 M 个信道，将其分为 N 个信道组，则每个信道 组 中有 M/N 个信道； N 个信道组的信道序列确定如下：K+jN 。 信道组序号：K=1、2、3、 、N； 信道序号：j=0、1、2、 、(M/N)-1。 全球移动通信系统 GSM CDMA 系统 关键技术：功率控制技术、软切换技术、软容量等。 GPRS 系统 新一代移动通信 IMT-2000：工作在 2000MHz 频段，最高速率可达到 2000Kbit/s
24、，在 2000 年左右投入商用系统。 主要标准： W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。 4G 关键技术：正交频分复用、智能天 线、软件无线电。 第五专题 卫星通信网 了解卫星通信的基本概念； 定义、系 统组成； 工作频段、轨道分类、波束分类等。 掌握卫星通信的多址技术； FDMA、TDMA、CDMA、SDMA； ALOHA 方式： P-ALOHA、S-ALOHA、R-ALOHA。 理解 VSAT 通信网；定义、系统组成、网络拓扑结构。 了解卫星移动通信。 卫星通信的基本概念 定义：指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号在两个或多个地球站之间进行的通信。 卫星通信系统的组成 卫
25、星通信系统主要包括通信卫星和地球站。卫星通信的工作频段 频段 UHF L S C X 范围/GHz 0.31.12 1.122.6 2.63.95 3.958.2 8.212.4 频段 Ku K Ka 毫米波 范围/GHz 12.418 1826.5 26.540 40300 卫星轨道分类 按形状分类： 圆轨道、椭圆轨道。 按高度分类： 低轨 LEO、中轨MEO、静止轨道 GEO、高 轨 HEO。 卫星天线波束 ：区域波束 点波束 全球波束卫星通信多址技术定义： 将多个通信站的射频信号在射频信道上复用；以实现各个通信站之间的通信。 分类： 频分多址 FDMA 时分多址 TDMA 码分多址 CDMA 空分多址 SDMA ALOHA 方式： P-ALOHA、S-ALOHA、R-ALOHA。 VSAT 通信网 VSAT 的网络拓扑结构 卫星移动通信定义：指利用通信卫星 实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间相互的通信典型卫星移动通信系统 关于考试 填空与名词解释： 考察现代通信网络的基本概念与专用名词；分值：45 分。 简答题： 考察对重要概念与知识的理解和认识；分值：45 分 论述题： 考察对现代通信网络的总体认识与理解 分值 10 分
