数据通信基础培训教材资料.docx
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数据通信基础培训教材资料
第一部分通信基础知识
第一章概述
第二章传输基础知识
第三章交换基础知识
第四章分层通信体系结构
第二部分通信网络
第一章概述
第二章电话网
第三章ISDN综合业务数字网
第四章DDN网
第五章帧中继网
第六章ATM
第七章接口和接入网
第八章信令网
第九章同步网
第一十章管理网
第三部分计算机网络
第一章概述
第二章局域网
第三章TCP/IP协议族
第四章网络连接设备及网络软件
第五章交换式网络
第六章INTERNET
第四部分数据固定网网络拓朴图
第一节ATM网网络拓朴图
第二节VOIP网网络拓朴图
第三节193长途网网络拓朴图
第四节广西165网网络拓朴图
第五部分各县组网结构
第一节各县组网结构和当前现状
第二节各县组网结构示意图
第三节专线故障处理流程
第四节数据业务故障处理表
第六部分数据专员工作职责及考核要求
第七部分设备维护常识及常见故障处理
第一节县、镇级基本网络组网方式
第二节设备故障判断方法
第八部分数据网运行维护制度
第一节安全操作规程
第二节机房管理和安全保密规定
第三节障碍处理和障碍报告制度
第一部分通信基础知识
第一章概述
通信的目的是为了信息的传递。
携带信息的信号可分为模拟信号（如话音）和数字信号（计算机输出的信号）。
信息的传递由通信系统来完成。
1.1通信系统的组成
通信系统由硬件和软件组成。
硬件包括终端、传输和交换三大部分。
●终端：
包括普通电话、移动电话、计算机、数据终端、可视电话、会议电视终端等。
●传输系统：
信息传递的通道，一般叫信道。
●交换系统：
完成接入交换节点链路的汇集、转接和分配。
●通信系统软件：
为能更好完成信息的传递和转接交换所必须的一整套协议、标准，包括网络结构、网内信令、协议和借口以及技术体制、接口标准等。
☞
区分交换和传输的概念，有助于我们对一些概念的理解。
但随着通信的发展，它们之间的界限越来越不明显，很多新的标准已经把传输和交换融合到一起。
注释
1.2通信系统的分类
按照系统所传输的信号来分类，则系统可分为模拟通信系统和数字通信系统。
●模拟通信系统：
用模拟信号传递消息的系统。
●数字通信系统：
用数字信号传递消息的系统。
由于光纤通信的普及和集成工艺的发展，数字通信系统具有抗干扰能力强，数字信号可再生，可综合各种业务，便于和计算机系统连接，易于集成等优点，所以逐渐取代了模拟通信系统。
1.3标准化组织
标准可以被看作是将不同厂商制造的硬件和软件连接起来以便协调工作的“粘接剂”。
在美国和其他许多国家，全国的标准化组织定义了多种物理特性和操作特性的规范，以便厂商生产与通信公司的线路设施及其他制造商的产品兼容的设备。
在全球范围内，标准化组织颁布了一系列与通信有关的建议。
这些建议虽不是强制性的，但在全球的通信设备和设施的开发过程中具有很强的影响力，并已被数百个大型企业和通信公司采纳。
下面介绍几个重要的组织。
1．ITU
ITU——InternationalTelecommunicationsUnion国际电信联盟。
ITU的前身是CCITT（国际电报电话咨询委员会），1994年更名，它由联合国的一个机构主办，属政府间组织。
总部设在日内瓦，直接负责制定数据通信标准，由15个工作组组成。
ITU-T是其电信标准局。
2．ISO
ISO——InternationalOrganizationforStandardization国际标准化组织。
它是联合国经济和社会理事会下的咨询性非政府组织。
3．ANSI
ANSI——AmericanNationalStandarsInstitute美国国家标准化组织。
它是美国最主要的标准制定机构，是非营利性非政府组织。
4．IEEE
IEEE——InstituteofElectricalandElectronicEngineers电气和电子工程师协会。
它是美国的工程师社团组织。
第二章传输基础知识
2.1传输基本概念
传输的基本模型如图1.2.1所示。
1.信道
信道一般分为模拟信道和数字信道。
模拟信道传输模拟信号；数字信道传输数字信号。
●模拟信号的传输
在模拟信道上的传输一般为实线传输或频分多路复用。
模拟信号数字化为数字信号便可以在数字信道上传输。
●数字信号的传输
数据传输是一种特殊的数字信号传输，它是计算机终端之间的通信。
数据传输模型如图所示。
DTE为数据终端设备，对数据进行处理。
DCE是数据通信设备，如MODEM等。
数字信号在这两种信道上传输，不同的传输信道采用不同的信号变换设备。
对模拟信道，变换设备为MODEM，把数字信号变为模拟信号再传输。
对数字信道，信号变换器即接口设备，其作用是实现信号码型与电平的转换等。
☞注释
数据传输模型如图1.2.2所示。
2.数据传输方式
●并行传输
数据的每一位在多条并行信道上同时传输，传输速率较高，但并行信道实现较为困难，不适合远距离传输。
●串行传输
数据流以串行方式在一条信道上传输，为了在收方识别发方信息，需要保持发、收方信号同步。
这种方式易于实现，经济适用。
所以大部分采用串行通信。
3.数据同步方式
同步系统是数字通信系统的重要主成部分，同步是将通信系统的发送端和接收端的收发信息的时间统一在规定的时间节拍内，使收发系统步调一致。
●异步传输
以字符为单位实现同步，也称位同步。
该种方式需要在每个字符前后加起止位，故不要求双方时钟严格同步，但开销大，效率低。
●同步传输
以固定的时钟节拍发送数据信号。
数据发送以帧为单位。
同步传输开销小，传输效率高，但实现复杂，必须有收发定时信号。
4.数据传输速率与带宽
数据传输速率是衡量传输系统传输能力的主要指标。
主要有比特速率和码元速率。
●比特率：
在单位时间内传送的比特数，单位是bit/s。
●码元速率：
在单位时间内传送的码元（波形）数，单位是band（波特）。
通常，我们也用传输速率表示信道的通信能力——带宽。
5.数据传输差错率
一般用误码率表示。
误码率=接收出现的差错比特（字符、码元）数/总的发送比特（字符、码元）数×100%
6.基带与频带传输
●基带传输
没有经过调制的信号称为基带信号，这种信号在某些有线信道上可直接传输，这种传输叫做基带传输。
●频带传输
在很多时候，基带信号必须经过调制，将信号频谱搬移到高频率处，才能在信道中传输。
这种称为载波传输或频带传输。
频带传输又分为调频FM、调幅AM和调相PM。
2.2传输介质
传输系统按传输介质的不同可分为有线传输系统和无线传输系统。
有线传输的介质主要有双绞线、同轴电缆和光纤等。
无线传输的主要介质有长波、短波、超短波、地面微波和卫星等。
1.双绞线
双绞线属于平衡电缆，主要用于基带传输。
电话用户线一般用一对；数字电话（ISDN电话）用1~4对；以太网10BASE-T用2对。
2.同轴电缆
同轴电缆属于不平衡电缆，它的两种基本形式是基带和宽带。
基带用于以太网的连接，宽带用于CATV系统，正逐渐被光纤所取代。
光纤和卫星传输系统我们将在后面有关章节做详细介绍。
2.3复用技术
复用技术一般有：
●频分多路复用FDM
●时分多路复用TDM
●统计时分复用STDM
1.频分多路复用
一般多适用于模拟通信，它把信道频带划分成若干逻辑信道，每个用户独占某些频段。
2.时分多路复用
在时分复用系统中，各路信号共用一个信道，轮流在不同的时刻进行传输。
其特点是各路信号在时间上互不重叠，但将占据全部带宽。
3.统计时分多路复用
动态地分配集合信道的时隙，只给那些确实要传输信息的终端分配线路，大大提高了线路利用率。
时分复用多用于数字通信中。
2.4脉冲编码调制PCM
PCM是实现模拟信号数字化的最常用的一种方法。
将时间连续、取值连续的模拟信号转换成为时间离散、取值离散的数字信号，并按一定规律组合编码，形成PCM信号序列。
它的基本过程是抽样、量化和编码。
●抽样：
以一定频率的取样信号将信号在时间上进行离散。
取样频率应大于2倍的信号带宽。
●量化：
将信号在幅度上离散。
●编码：
把量化后的取值用一定位数的二进制码来表示。
●常用传输码型：
在基带传输中，主要的码型有
ØCMI码——传号反转码
ØAMI码——传号极性交替码
ØHDB3码——三阶高密度双极性码
以语音信号为例，声音信号从300Hz—3.3kHz，带宽为3kHz，取样频率为8kHz，每个抽样的编码为8bit。
因此每秒8000个抽样将产生64kbit的数据流，即抽样后的话路速率为64kbit/s。
2.5时分复用系统
注意区分“帧”的概念。
在OSI的数据链路层数据的传送单元也为“帧”，但它们所表示的含义是不同的。
帧（Frame）：
一个取样周期定为一帧，用F表示。
对同一信号相邻两次抽样的时间间隔为帧长。
每个样值编码所占的时间宽度叫时隙TS，各路时隙之和为一帧。
☞注释
1.帧结构
根据时分多路复用的原理和各种传输媒介的特点，在数字通信系统中，常将多路信源信号组合成具有不同数码率的群路信号，以适应各种传输条件和不同介质的传输。
ITU-T为了便于国际通信电路的发展，推荐了两类群路数码率系列和数字复接等级。
并建议
●24路基础群（T1）为美国和日本采用。
●30/32路基础群（E1）为欧洲和中国等地区采用，其码率为2048kbit/s，简称基群或一次群。
帧结构如表1.2.1所示。
表1.2.1基本帧结构
0
2
3
4
5
6
7
8
9
….
31
一共32个时隙，从TS0~TS31。
每时隙8bit，传送一路信号为64Kbit/s的PCM信号。
每帧8bit×32=256bit，抽样频率为8kHz，所以速率为256bit×8kHz=2048kbit/s。
●基本帧
ØTS0——传送帧同步码，用于帧定位和控制。
如表1.2.2所示
表1.2.2基本帧TS0比特分配
比特号
1
2
3
4
5
6
7
8
偶帧
Si
帧定位信号
0
0
1
1
0
1
1
奇帧
Si
1
A
Sa4
Sa5
Sa6
Sa7
Sa8
说明：
Si规定为国际保留比特。
不用时置为1。
Sa为附加备用比特，一般作为国内保留的备用比特，如果本帧用于国际链路则该5个比特必须置1；如果在国内没有使用也必须置1。
A为帧失步对端告警比特，A=1失步；A=0同步。
ØTS16——数据传输中传送数据；在交换语音话路时，传送电话信令。
●复帧
一个复帧由16个连续的基本帧组成。
Ø循环冗余校验复帧——CRC（CyclicRedundancycheck），防止假同步的附加保护措施。
Ø随路信令复帧——CAS（ChannelAssociatedSignalling），传送随路电话信令。
随路信令方式的信令分配如表1.2.3所示。
表1.2.3随路信令方式的信令分配
0帧TS16
1帧TS16
2帧TS16
……
15帧TS16
同步码
和对告
信道1
信道16
信道2
信道17
……
信道15
信道30
abcd
abcd
Abcd
abcd
……
abcd
abcd
说明：
0帧TS16格式为00001A211，前四比特为同步码，A2为信令复帧对告，A2=0，同步，A2=1，失步。
abcd为电话信令比特，不使用时置1。
每个时隙传送两路话音的信令。
注：
在公共信道信令（CCS）方式中，TS16用于传送高达64kbit/s的共路信令。
同时，不同帧结构不能互通，如CAS和CCS不能互通。
2.数字复接
在通信系统中，为扩大传输容量和提高传输效率，通常需要将若干个低速数字信号合并成一个高速数字信号流，以便在高速信道中传输，数字复接就是解决PCM信号由低次群到高次群的合成技术。
按时分复用方式将两个或两个以上的分支数字信号汇接成为单一复合数字信号的过程称为数字复接。
表1.2.4所示为不同制式的复接群速率。
表1.2.4复接速率
速率
北美、日本
欧洲、中国
基群
1.5Mbit/s
2.048Mbit/s
二次群
6.312Mbit/s
8.448Mbit/s
三次群
32.064Mbit/s
34.368Mbit/s
2.6光纤通信系统
1．光纤通信的特点
●用高频率的高频作为载频传输信号；
●用光导纤维构成的光缆作为传输线路。
●优点
Ø传输频带宽，通信容量大；
Ø损耗低，通信距离远。
2．光纤的种类
光纤按传输的总模数来分可分为
●单模光纤
●多模光纤
所谓模式，实际上是电磁场的一种分配形式，模式不同，分布也不同。
单模光纤传输一种模式。
单模光纤传输频带较宽，传输容量大。
适用于大容量、长距离的光纤通信，但是，费用较高。
多模光纤是多个模式在光纤中传输。
多模光纤带宽较窄，容量也较少，上限在1G以下。
3．光纤通信系统
光纤通信系统一般由电端机、光端机和光纤传输等组成。
主要技术是数字编码强度调制——直接检波通信系统。
电端机指PCM多路复用设备。
光端机主要完成光电转换。
目前，很多是将光端机和电端机合为一体。
2.7PDH/SDH/SONET数字体系
数字复接方式一般有三种：
同步复接方式、异步复接方式和准同步复接方式。
●同步复接——如果复接器输入支路信号与本机定时信号是同步的，那么调整单元只需调整相位，有时连相位也无需调整。
●异步复接——如果输入各支路信号与本机定时信号是非严格同步关系，那么调整单元要对各支路信号实施频率和相位调整，使之成为同步数字信号。
●准同步复接——如果输入各支路信号与复接器复接的各支路数字信号的时钟由不同的时钟源提供，但码速率在一定容差范围内为标称相等情况。
这时两个信号为准同步信号。
数字复接系统包括数字复接器和数字分接。
数字复接数字复接器由定时、码速调整和复接单元组成。
2.7.1准同步数字系列PDH
PDH是靠从外界添加帧同步码组的方法实现从低阶到高阶的同步复用，这种同步是不完整的、不精确的，所以叫做准同步。
在2.5节中所介绍的时分复用系统即为PDH。
PDH的特点：
●属异步复用；
●上下电路需要一级级地对整个码流拆开并重组；
●各厂家PDH设备的光接口标准不同，所以光信号无法直通。
2.7.2SONET/SDH
随着光纤通信的发展，为了提供统一的光传输接口，全世界的标准化组织致力于形成一套规范，使所有厂商的传输系统互连。
于是同步光网络SONET和同步数字系列SDH标准应运而生。
SONET是为美国和加拿大规定的，SDH是对欧洲和其他国家规定的，二者很接近，但不完全一样，新的SDH正被世界范围内所接受。
1.基本概念
●SONET
SONET标准以51.84Mbit/s作为新的复用系列的基本信号，称为第一级同步传送信号STS-1。
其在光纤线路传输的映射信号称为第1级光载波OC-1。
SONET复用系列及其线速如表1.2.5所示。
表1.2.5SONET复用系列及线速
光级号
电级号
速率
OC1
STS-1
51.84Mbit/s
OC3
STS-3
155.52Mbit/s
OC12
STS-12
622.08Mbit/s
OC24
STS-24
1.244Gbit/s
OC48
STS-48
2.488Gbit/s
OC192
STS-192
9.6Gbit/s
●SDH
SDH基本模块信号是STM-1，速率为155.520Mbit/s。
高阶STM-N由N个STM-1信号经同步复用而成。
目前，N只能取4、16、64。
详见表1.2.6
SONET和SDH的速率在155.52Mbit/s上得到统一。
它们的优点也是相似的。
2.SDH标准
ITU-T对SDH的接口、速率和帧结构等做了一系列的建议，表1.2.7列出了部分关于SDH的建议。
3.优点
●统一了速率和接口
把E1和T1两种数字传输体制融合在统一的标准之中，即在STM-1等级（155.52Mbit/s）上得到统一。
同时兼容PDH系统；并统一了光接口。
表1.2.6SDH等级速率
SDH等级
速率
STM-1
155.52Mbit/s
STM-4
622.08Mbit/s
STM-16
2488.32Mbit/s
STM-64
9953.28Mbit/s
表1.2.7ITU关于SDH的建议
建议号
名称
G502
数字系列比特率
G503
数字系列接口的物理/电气特性
G505
同步数字系列的比特率
G508
用于同步数字系列的网络节点接口NNI
G509
同步复用结构
G955
同步数字系列的用户设备和系统的光接口
●采用同步复用方式
由于采用同步复用方式，使得复用/解复用一次到位，各支路信号能直接复用到更高速率的SDH信号中，而不经过中间级别的复用，分插信号方便。
图1.2.3为PDH系统上下电路图；图1.2.4为SDH上下电路图。
●统一的网络接口标准
具有全世界统一的网络节点接口NNI。
●网管能力强
SDH帧结构中规定了丰富的网管字节，专门安排了5%的带宽分配用来支持网络管理和维护。
●具有强大的组网能力和网络自愈能力
采用先进的分插复用器（ADM）和数字交叉连接（DXC）等设备使组网能力和自愈能力大大增强，同时也降低了网络的维护管理费用。
4．SDH网络设备
SDH网络是由一些网络单元（复用器、数字交叉连接设备等）组成，在光纤（或微波）网进行同步信息传输、复用和交叉连接的网络。
●分插复用设备ADM
ADM的主要任务是将各种PDH支路信号或STM-1信号分插到STM-N的光信号中。
同时具有内部交叉连接功能。
●数字交叉设备DXC
DXC是一种用软件控制的数字配线系统，它可以对各种端口速率进行可控制的连接和再连接。
主要功能是进行业务分流并提供路由。
●终端复用设备TM
将各种接口与速率的信号复用到STM-N上。
●网络管理系统
进行网络配置、性能、安全、故障等管理。
5.SDH的自愈混合环形网
自愈网就是无须人为的干预，网络就能从失效的故障中实时地自动恢复所携带的业务。
常见的自愈网是环形，即由首尾相接的DXC和ADM组成，如图1.2.5所示。
正常工作时，信息是同时沿顺时针和逆时针两个方向在环上传送。
在接收节点，两个方向收到的信号都是有效的，只需选择其一作为主信号，另一个作为备用信号即可。
一旦光缆切断，上述环形网就变成了线形网。
既主备信号在光缆切断处两侧的节点中
6.SDH网同步
SDH网同步结构采用主从同步方式，要求所有的网络单元时钟都能最终跟踪到全网的基准时钟。
2.8波分复用系统WDM
单模光纤通信系统的带宽利用率约为1%左右。
传统增加容量的方法是采用高速时分复用系统TDM。
理论上，基于TDM的高速系统还有望进一步提高到40Gbps，但是40Gbps的TDM系统从性能价格比上看，需大规模的替换整个系统，不易升级以及在技术上存在一些问题。
在实用中是否能成功还是个未知数。
1.基本原理
WDM是在一根光纤中能同时传输多波长信号的一种技术。
在发送端将不同波长的光信号组合（复用），在接收端，又将组合的光信号分开（解复用），并送到不同的终端。
单通道速率可10Gbps，在乘上通道数，可达到更高。
目前已有的产品可达80Gbps或160bps。
2.优势及发展
由于每个通道都可以传送不同格式、不同码率、不同业务的信息流，而互不相关。
所以扩容方便。
并且可以在WDM基础上提供一个多业务平台，以很高的速率支持不论是话音、数据，还是未来可能的新业务。
这个平台的出现相当于在传统的SDH/SONET传送网底层增加了一个光核心传送层。
在这一层，可以通过波长来作为路由选择标记。
例如，无论是ATM交换机，还是IP路由器，都可以在核心网的基础上传送各自的业务。
其演变如图1.2.6所示。
WDM技术是以点对点通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想。
如果在光路上也能实现类似SDH在电路上的分插复用功能和交叉连接功能，IP就能在光网络上跑。
根据这一基本思想，光分插复用器（OADM）和光交叉连接设备（OXC）均已在实验室研制成功，其中OADM已进入商业化阶段。
2.9卫星通信
1.概述
卫星是利用地球卫星作为中继站转发微波信号，在两个或多个地球站之间进行通信。
地球同步轨道卫星是与地球相对静止的。
●覆盖区
在通信由卫星发往地球的过程中使用了17度的波束，则卫星至地球两切线夹角之间为电磁波覆盖区。
如在卫星的圆形轨道上，以120度的相等间隔配3颗卫星，则除了南北极之外，其余部分可全部覆盖。
如图1.2.7所示。
●特点
Ø覆盖区域大，通信距离远；
Ø便于实现多址连接；
Ø工作频带宽，通信容量大，适合于多种业务传输。
Ø通信质量好，可靠性高。
2.系统组成
●地球站
其由天线、发射系统、接收系统、通信控制系统、终端系统和电源系统组成。
●通信卫星
其由天线、通信（转发器）、遥测与指令、控制和电源五个分系统。
3.技术体制
●频段分配
6/4G频段：
上行（5.925—6.425）GHz；下行（3.7—4.2）GHz。
14/11频段：
上行（14—14.5）GHz；下行（10.7—8.2）GHz。
每个频段的总宽为500MHz，转发器标称带宽36MHz，转发器中心频率之间间隔为40MHz。
卫星使用的频段正在向更高的频段发展，30/20GHz频段已开始使用。
●调制和多址方式
Ø调制
模拟卫星调制主要采用FM制，数字卫星主要采用相移键控方式（PSK）。
Ø多址方式
FDMA——网内各地球站共用一个转发器，将带宽分割成若干互不重叠的的部分，分配给各地球站使用。
TDMA——每个地球站分配一个特定的时隙，各地球站只在指定的时隙内发射信号。
CDMA——将要传送的信号用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码去调制它。
使原数据信号被扩频，再经载波调制后发射出去。
CDMA方式是靠不同的地址码来区分地球站。
4.VSAT系统
VSAT为甚小天线地球站，其天线口径小，用软件控制。
所以有很大的灵活性和适应性，适合于覆盖范围广，通信业务量不大的稀疏路由网络使用。
VSAT网由中心站、小型站、和微型站组成。
中心站配置全网的控制和管理中心。
5.应用
目前卫星已广泛应用于广播电视信号传输、数据传输等业务领域。
第三章交换基础知识
3.1概述
在通信系统中，由传输系统提供了若干条通路，那么同时必须实现从源节点到目的节点间找到一条快捷、高效的通道，这种技术称为交换技术。
从本质上讲，交换的目的是为了提高网络性能，减少网络阻塞。
同时，交换技术能够加快数据的移
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