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1、交换与路由技术,合肥工业大学计算机与信息学院 孙永宣 2016 春,课程主要内容,交换概论 交换网络 程控数字交换技术与电话通信网 信令系统 分组交换与帧中继 ATM交换技术与B-ISDN IP交换技术,完整的电信网,数字同步网： 保证网络中的各节点同步工作 信令网： 通信网的神经系统 电信管理网： 完成电信网和电信业务的性能管理、配置管理、故障管理、计费管理、安全管理（FCAPS),交换的概念,所谓电信交换，就是在电信网上，在通信的源点和目的点之间建立通信通道，并传送信息的机制。 选路：每一个交换设备如何选择合适的出线，从而在交换网中建立最佳的从源点到目的点的信息通道； 交换：每个交换设备内
2、部如何将入线的信息送到出线上。,2 复用与寻址,复用技术 寻址技术,复用技术,1）时分复用 2）频分复用 3）码分复用 4）波分复用,C,T,F,1）时分复用,同步时分复用 位置化信道：依据数字信号在时间轴上的位置区别各路信号，无信息传送时也占用信道 各支路的信息比特率稳定 信号经过复用器和分路器时会有传输时延，但时延不大。,支路1 支路2 合路,帧,统计时分复用 标志化信道：信息属于哪路取决于标志码，与出现的时间无关； 分组长度可变，分组头起定界作用； 统计复用提高信道利用率； 一定容量的排队存贮器，解决瞬间的出线冲突；,异步时分复用（统计时分复用） 标志化信道：分组长度固定，分组头标志输出
3、端 统计复用提高信道利用率 插入空信元保持信元同步 较小容量的排队存贮器，解决瞬间的出线冲突,支路A 支路B 合路,1,2,1,2,3,1,2,3,1,2,空信元,A,B,A,B,A,B,A,B,A,A,各种交换方式采用的复用技术,电路交换 快速电路交换 分组交换 帧中继 ATM交换,同步时分复用,统计时分复用,异步时分复用,寻址技术 寻址技术按技术机理分类： 有连接操作寻址 无连接操作寻址,有连接操作寻址机理： 用户利用人机信令信号，把寻址要求通知信令网； 信令网在信源与信宿之间，利用网络资源建立连接； 然后传递信号； 呼叫结束，信令网释放网络资源。,类比：专用车道/公交车,无连接操作寻址技
4、术机理： 在各个网络节点，根据信元中的目的地址数据，借助于路由器具有的地址知识，选择通往目的地的链路，在每个节点都进行竞争接入。,类比：自驾车春游,PSTN,Internet,CATV,ATM,根据传输方式、复用技术、寻址技术和终端状态四种因素组合网络形态举例（理论上3*3*3*3种）：,分析： 电信网络的机理决定电信网络的属性 近年未出现新的机理网络形态 近年陆续出现很多新的应用网络形态,3 各种交换方式,电路交换 报文交换 分组交换 快速电路交换 帧中继 ATM交换 IP交换 光交换,交换节点A,交换节点B,交换节点C,建立,传送,释放,电路交换的基本过程,电路交换 (Circuit Sw
5、itching),电路交换系统的特点,呼叫建立时向网络申请资源，建立一条从主叫到被叫的通路；呼叫结束时释放该通路。 用基于呼叫损失制的方法来处理业务流量.如果申请不到资源，则发生呼损。 面向连接。通信过程中，双方始终占有这条通路，保证数据快速传递。支持实时的、交互的通信，但线路利用率低。 只提供透明传输。对通路上的通信内容，交换系统不进行差错控制。 适于交换同步时分复用的信号。 同步时分复用信号的最小交换单元为时隙。,实质：通信双方间存在一条电路电路交换,报文交换,采用 存储转发 ，以报文为单位进行交换 无呼损，不需要叫通对方就可发送报文 有多个报文送往同一地点时，要排队按顺序发送。 报文传送
6、中有检错和纠错措施 提高了线路的利用率 交换机需有大的存储容量 不适用于即时交互式数据通信,报文交换方式原理,公用电信网的电报自动交换是报文交换的典型应用,报文交换和分组交换比较,报文交换的时延 分组交换的时延,分组交换（1）,采用 存储转发 ，与报文交换以报文为单位交换不同，分组交换采用分组packet为单位 分组是将报文截成许多短的、规格化了的分组，便于交换机处理。,分组交换（2）,两种工作模式 数据报Datagram 每个数据分组都包含终点地址信息，独立寻找路径，在网络终点需要重新排序。 传输时延大，时延差别大，对网络故障适应性强。 虚电路Virtual Circuit 类似电路交换，通
7、信要经过 连接建立、数据传输、连接拆除 三个阶段 它不同于电路交换中的物理连接，而是逻辑连接 分组头中只含有对应于所建立的VC的逻辑信道标识 传输时延小，时延差别小，分组有序到达，网络故障时要重新连接。,所谓虚电路方式，就是在用户数据传送前先要通过发送呼叫请求分组建立端到端之间的虚电路；一旦虚电路建立后，属于同一呼叫的数据分组均沿着这一虚电路传送，最后通过呼叫清除分组来拆除虚电路。 它不同于电路交换中的物理连接，而是逻辑连接。 交换虚电路(SVC：Switched Virtual Circuit) 用户通过发送呼叫请求分组来建立虚电路的方式。 永久虚电路(PVC：Permanent Virtu
8、al Circuit) 应用户预约，由网络运营者为之建立固定的虚电路，而不需在 呼叫时临时建立虚电路，可直接进入数据传送阶段的方式。,分组交换（3）,VC方式预先有建立过程，但一旦虚电路建立，在端到端之间所选定的路由上的各个交换节点都具有映象表，存放出入逻辑信道的对应关系，每个分组到来时只要查找映象表，而不需要进行复杂的选路。 DG方式则不需要有建立过程，但对每个分组都要独立地进行选路。,虚电路与数据报的比较选路,VC方式对故障较为敏感，当传输链路或交换节点发生故障时可能引起虚电路的中断，需要重新建立。 （有些分组网具有再连接功能，出现故障时可自动建立新的虚电路，并做到不丢失用户数据） DG方
9、式中各个分组可选择不同路由，对故障的防卫能力较强，从而可靠性较高。,虚电路与数据报的比较故障敏感性,VC方式适用于较连续的数据流传送，其持续时间应显著地大于呼叫建立的时间，如文件传送、传真业务等。 DG方式则适用于面向事务的询问响应型数据业务。,虚电路与数据报的比较应用,分组交换（4）,特点 分组 实时性比报文交换高 线路统计复用，通信线路的利用率高 可靠性高，分段进行差错校验，网络故障时可自动重选路由 非透明传输，交换节点要对分组进行处理 无呼损，但有可变的呼叫延迟 适于交换统计时分复用的信号，最小交换单元为分组,分组交换基于X.25协议，该协议包含了3层，第一层物理层，第二层数据链路层，第
10、三层分组层，对应于OSI模型的下三层。,分组交换协议,物理层,X.25分组层,LAPB,1,2,3,物理层,网络层,数据链路层,分组交换协议,X.75,X.25,快速电路交换,有信息传送时快速建立通道，没有信息传送时立即释放通道 线路利用率高 带宽为基本速率的整数倍 系统必须能在非常短的时间内建立和拆除连接，交换机的信令处理能力要求极高,快速分组交换帧中继,帧中继的产生 传输环境的变化 高速数据传输的需求 帧中继（分组交换的改进） 取消原网络完成的逐段链路的差错控制，由网络的边缘完成； 交换节点只进行差错检查 交换的基本数据单元为帧，实现不同协议的数据的封装和传输 在链路层引入数据链路连接标示
11、符DLCI，完成分组交换的虚电路功能 用于LAN之间的互联,帧中继的虚电路,1,2,3,FRS4,帧中继的虚电路,1,2,3,FRS4,电路交换和分组交换的主要区别体现在以下几个方面 在交换形式上 在通路建立和网络资源分配上 在差错控制上 在业务流量控制上 呼叫损失制、呼叫延迟制,CTM与PTM的比较,在对信息的损伤方面 电路交换具有较好的时间透明性 分组交换具有较好的语义透明性 在支持多种业务方面 分组交换有更大的灵活性，可实现多速率交换，并允 许多种业务共享网络资源。 在交换速率方面 电路交换可达到高速率的交换；而分组交换的交换速 率受到了限制。 在设备的复杂性方面 分组交换需要一套复杂的
12、队列管理机制，而电路交换 则需要复杂路由选择算法。,CTM与PTM的比较,异步转移模式ATM,综合电路交换和分组交换的优点 特点 存贮转发，适应不同速率要求 采用信元方式,交换的最小单位是信元 53=5+48 面向连接并且预约资源，减少时延差，保证传输有序，但有呼损 取消逐段链路的差错控制、流量控制 支持各种电信业务,X.25分组、 帧中继FR、异步转移模式 ATM 差错控制的比较,终端,终端,交换节点,完全差错控制,完全差错控制,有限差错控制,有限差错控制,完全差错控制,完全差错控制,X.25分组,异步转移模式 ATM,帧中继FR,电路交换、分组交换、ATM的关系,电路交换 物理信道 固定时
13、隙 透明传输 实时 控制简单,分组交换 虚信道 不定长、多速率 统计复用 非实时 控制复杂,ATM 实时、定长、 多速率、控制复杂,ATM Core Network,FRAME,RELAY,ATM核心网（Core Networks）,IP over ATM有两种模式： 叠加模型：CIP、LANE、MPOA 集成模型：IP交换、Tag交换、MPLS,IP交换,IP交换,IP交换认为路由器是IP网中的最大瓶颈，希望借助ATM技术来完全替代传统的路由器技术 IP交换是在ATM交换机硬件的基础上附加一个IP路由软件及控制交换器组成 数据驱动-两种数据流 持续期长、业务量大的用户数据流由ATM交换机交换
14、 FTP 多媒体视频、音频 持续期短、业务量小、呈突发分布的用户数据流由IP路由交换 DNS SNMP SMTP,IP交换控制器,ATM交换机,IP 交换机,突发业务 面向流业务,标记交换,基于传统路由器的ATM承载IP的技术 把数据的传递从路由变为交换 控制驱动 建立标记信息库TFIB，IP地址出口标记； 以硬件方式完成TFIB的检索和数据转发,电信交换系统的基本结构,交换网络,控制系统,接口,接口,接口,接口,用户线,中继线,业务网的种类（1）,业务网的种类（2）,一些概念,交换,通信网,交换设备,传输设备,终端设备,用户线,中继线,出局呼叫,入局呼叫,本局呼叫,转接呼叫,主叫,被叫,主叫
15、局,被叫局,端局,汇接局,小结,电信网的结构与交换的概念 复用与寻址 目前交换技术的种类和特点 电信交换系统的基本结构及其主要技术 几个基本概念 面向连接方式、无连接方式 物理连接、逻辑连接 虚电路 数据报 同步时分复用、统计时分复用、异步时分复用,第二章 交换单元与交换网络,交换网络是交换设备的一个重要组成部分，用来提供 交换所需的通路。 什么是 交换网络？,交换网络是由基本的交换单元组成。,第二章 交换网络,2.1 交换网络中的信号形式及时隙交换概 念（背景知识） 2.2 具体交换单元介绍 2.3 交换网络 2.4 举例,2.1 交换网络中的信号形式及 时隙交换概念,交换网络中的信号形式是数字的、时分复用信号。 电路交换采用 同步时分复用信号 分组交换和ATM交换采用 统计时分复用信号 什么是同步时分复用信号和统计时分复用信号？,同步时分复用的由来：话音信号的频率300HZ3400HZ，取采样频率为8KHZ，即采样周期为125us，采样值用8位二进制编码，8位二进制占用的时间相对于125us很少，为了提高传输线的利用率，将125us分成若干时隙，不同用户的采样值占用不同的时隙进行传输。 因为子信道在每一帧时间轴上的位置是固定的，所以称为同步时分复用。同步时分复用信道又称位置信道，是通过时间轴上的位置来区分子信道（话路）的。同步时分复用子信道的速率是恒定的。,
