網絡知識：通信技術的發展與換代

2019-11-04 20:30:02

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供稿：網友

　　電信網絡技術包括交換、傳輸和終端，傳輸技術分有線與無線，接入技術可分為固定接入和移動通信，從業務分有電話、數據、多媒體業務等。本文將重點介紹在交換、傳輸等技術上的換代。
　　
　　復用方式:空分、頻分和時分及波分
　　
　　最簡單的通信是點到點通信，打電話是通過一對線將話音信號傳到對方，n對線供給n對人使用，這稱為空分復用方式。在距離比較遠的情況下，一對線路成本很高，希望同一對線路能夠同時傳輸很多人的電話，這就是復用。頻分復用就是將幾路信號調制到不同的頻段上，然后都在這個線路上進行傳輸，彼此頻率不同，不會互相干擾。現在有的有線電視就是采用頻分復用技術在電纜上同時傳送多路的電視信號，用戶收到的是所有頻道的信號，需要哪一路就解調哪一路。當然這還是一種模擬的信號，用它的幅度、波形來反映信息，在傳輸過程中輕易受到線路損耗和干擾的影響，干擾等因素使收到的信號與原來發的不一樣，它的圖像和聲音質量會受到影響，這是模擬的缺點，因此現在需要過渡到數字電視。DVD是數字的，它比模擬的錄像帶質量有保證，還有數碼相機，可能目前清楚度還沒有普通相機那么高，但從技術上說將來會比模擬的好得多。
　　
　　數字通信
　　
　　數字化是什么呢?事實上通信并不需要把信號的整個外形傳過去，僅僅把它幅度編碼后再進行傳輸就可以了。按什么規律編碼呢?比如說按一定的組合，00000000代表十進制的0，00000001代表1，00000010代表2，00000011代表3，00000100代表4，依次類推，可以用8個碼編出128個組合，假如我們將信號幅度分成128份，就可以用8位碼的組合來代表信號的各種幅度。只要在傳輸過程中干擾還沒有大到把0變成1，或不會把1變成0，就能完全準確地識別信號，也就是說沒有損傷。可見數字化是最好的一種抗干擾的辦法。另外，人們在整個信號傳輸過程中不需要每時每刻都把信號的波形傳過去，電話信號每隔125微秒傳一次就可以了，因為人的語音的頻率一般都不超過4KHz(千赫茲)，125微秒對應的頻率是8KHz，也就保證了一個周期至少可傳兩次樣值，只要有這樣的密度出現的樣值，收端就可以還原這個信號，這個過程被稱為抽樣，對應的接收過程是濾波。抽樣定律只規定了抽樣的間隔，但對每個樣值在時間上占多寬沒有限制，因此其他時間可以傳輸別的話路，只要技術上答應，你可以傳1000萬路，1億路都可以。這種復用方式稱為時分復用，在光纖通信中還有波分復用。
　　
　　光纖通信
　　
　　第一代的有線傳輸線路是金屬線，最早的是架空的銅線，后來改成電纜，然后是同軸電纜，使用頻分復用方式傳輸模擬信號。光纖是目前容量最大的傳輸線路。光纖是一種非常純的玻璃絲，一般光纖的芯徑只有50微米，光纖外面有一個涂層，涂層是不透明的，光碰到涂層就產生折射，沿著光纖多次折射最終傳到終點。光纖芯徑較粗的叫多模光纖，由于折射光和直射光走的路途不同，在發端是同時的，到收端則表現有先有后，互相之間是干擾，這稱為多徑干擾。后來人們想象能否把光纖芯徑縮窄，讓它走直線和折線沒什么區別，這種光纖稱為單模光纖，這種光纖傳送的頻帶可以很寬。1550納米的波長是光通信上最常用的波長，它損耗最小。除了損耗外，還有一個影響性能的指標是色散。什么叫色散呢?一個光脈沖含有不同的波長，各種波長在光纖里傳輸的速度是不同的，藍光走得快，紅光走得慢，因而使光脈沖變寬了，一發散變寬等于干擾同一波長的信號。
　　
　　數字復用與波分復用
　　
　　現在一對常規光纖在同一波長上使用時分復用方式傳10G即同時傳12萬個電話話路是不成問題的。進一步提高傳輸容量的辦法是同時使用多個波長，這稱為波分復用，目前商用是40~80個波長，160個波長試驗已經成功。即一對光纖可同時傳送2000萬話路，相當于0.01秒中可傳送30卷大英百科全書。這個傳輸能力非常之大，但這只用了光纖可利用能力的1/50到1/100。回顧光纖傳送能力發展過程，光纖傳輸系統差不多每10年傳輸能力增加1000倍，整個換代節奏顯著加快。
　　
　　傳輸網絡:從點到點光傳輸到自動交換光網絡
　　
　　容量越大傳輸系統的安全性更為重要，點到點的光傳輸系統需要配備1:1或者n:1的備用系統，在大多數情況下使用上下分插復用設備(ADM)組成的自愈環和使用數字交叉連接設備(DXC)組成的網狀網成本可能更合算。在容量解決之后，運營使用的靈活性成為人們的關注點。過去的電路調整是由運營治理人員通過網絡治理系統一站一站地配置完成的，人工的干預不僅輕易出差錯而且配置很慢，在競爭環境輕易丟失客戶。能否像交換機那樣不需運營治理人員的干預就能完成網絡配置呢?自動交換光網絡(ASON)的概念就是這樣產生的，它在光網絡中引入控制面，并使用信令控制網元的配置，它不僅提供鏈路配置、故障保護恢復功能，還具有信令、選路、拓撲發現等功能。ASON不僅用于電路提供時的自動配置，還可以在故障后通過自動配置盡快使業務恢復。
　　
　　交換方式:電路交換與分組交換
　　
　　每一個用戶的通信對象通常有很多人，假如說我們這個網上有六個人，彼此之間都要通信，那就要30對線，這樣的連接肯定是不經濟的，所以交換就應運而生。加一個交換機后用戶之間就不需要彼此直接聯接，只要與交換機互聯就可以了。隨著用戶越來越多，一級交換就不夠了，需要多級交換，所以交換網絡就要出現了。交換機是網絡業務節點，第一代交換的是模擬信號，空分交換，有步進制、旋轉制和縱橫制之分，實際上是控制繼電器的組合，也就是找出空間不同的出線位置。第二代交換機是數字的，時分交換，通常說的程控交換機屬于第二代交換機，所謂程控就是計算機程序控制，所謂時分是按時間來劃分，很多路信號在一個幀中占據不同的時隙，根據用戶撥的號碼來選擇將對應的該時隙交換到該幀的另一個時隙，或者交換到另外一個出線的某一幀的一個指定時隙。交換過程不但是空間位置的變化，還有時間的變化(時延)。它與第一代交換機的共同點都是電路交換，什么叫電路交換呢?你用線路來建立發端和收端的聯系，就和打電話一樣，我們講話之前總要撥完號之后把這個連接建立，不管你講不講話，只要不掛機，這個連接是專為你所用的，假如沒有可用的連接，用戶將聽到忙音。第三代交換機它仍是數字的、時分的，但用分組交換代替電路交換，它輕易實現寬帶化。分組交換把用戶的信號打成一個一個包(分組)，每個包再加上一個包頭，指示目的地地址，它無需事先建立端對端的連接，每個包可以逐個節點存儲轉發，每個節點進行流控和糾錯，它適于傳送非實時業務，有利于網絡資源的利用，當網絡資源不足時，僅表示為在節點等待延時。分組交換就像寄信那樣，包頭就像寫好地址的信封，用戶將信寄到目的地之前，從來不需要問對方是否預備好接收，發信者只需把信放到信筒就行了，把信送到對方并不需要事先建立端對端的連接。傳送過程就像郵局的分揀和投遞一樣，在整個郵件傳遞過程中經過很多環節，每個環節自然會進行分揀，不是特快專遞，郵局也不派專人專門為用戶送信，而是把它打成一包一包，同別的寄往同一目的地的信再編組到一起，一段一段地傳過去。由于不是專門為某一用戶送信，而是組合起來的，就像火車的集裝箱，顯得比較靈活，資源利用率高。
　　
　　連接模式:面向連接與無連接
　　
　　所謂面向連接，就是一旦收到某一用戶的呼叫，通過信令專門為該用戶建立擦源點到目的地的一條電路，只要用戶不掛機，該電話電路永遠是為該用戶服務，即便該用戶不講話，該電路也不會調劑給別的用戶使用。在無連接模式，每一個包是一個獨立的實體，同一個用戶發出的一串包，每一個包可能走不同路由，在目的地按分組的順序重新還原。以太網和互聯網是無連接模式。無連接模式由于每個包在路由的選擇上各自為政，不會因為個別路由的故障而中斷傳送，生存性較高，實現上因為沒有信令控制過程而比較簡單。
　　
　　ip電話
　　
　　互聯網誕生之初只用于傳送數據，但只要網絡傳送時延不那么大，它也可以傳送話音，這就是IP電話。在因特網上話音一般要壓縮到16kb/s(千比特每秒)甚至是8kb/s，壓縮完以后仍然是電路型信號，需要把它打包切成一塊一塊的，再加上因特網的協議開銷作為包頭，就組成IP包，IP包盡管增加了很多開銷，但傳輸時并不需要為同一用戶的一串IP包保留一個專用電路，而是多用戶的多串IP包共享源與目的地間可用的任意路由。IP電話每話路壓縮到8kb/s，帶寬節省8倍，然后再打成包，與其他IP包共享電路資源，能傳就傳，不能傳就等一等，資源利用率提高了很多，因此IP電話比普通電話便宜。再有一個方向問題，A講話時B聽，B講話時A聽，即任何時候總有一個方向的電路是空閑的，每一個傳輸方向的利用率還可再提高一倍，所以IP電話實際上對資源的利用率比普通電話高了十多倍，付出的代價是質量上差一些，延時大一些，即用性能換價格。
　　
　　為在網上提供IP電話，需要設置一個IP電話網關，把程控電話交換機送來的信號按話路從64kb/s壓縮為8kb/s然后打包，即從電路型信號轉為分組信號，還要將電話號碼轉為IP地址，然后就可以在互聯網上傳送，在對端進行逆操作，還原為信號再送到程控電話交換機。我們知道普通電話一拿起來就可以打，從來不要求輸入密碼，因為該電話是固定位置安裝的，它的用戶身份由電話線所決定。IP電話沒有固定的概念，只要按照IP電話卡輸入帳號和密碼，在什么電話機上都可以打，從這個意義上講它必須驗證用戶的身份。驗證是合法用戶后，再把用戶的撥號號碼轉成IP地址，完成認證控制工作的設備稱為網守。
　　
　　寬帶交換設備
　　
　　在網絡節點有兩種設備可以完成IP包的轉發任務，一種是分組交換機，另一種稱為路由器，前者在鏈路層實現包的交換，后者在網絡層實現包的轉發。路由器比交換機簡單，但也有缺點，它需要根據用戶信號的包的地址全網絡查路由，一跳一跳的

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