通信概论第8章

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1、第八章第八章 交换技术交换技术交换技术包括电路交换、分组交换、帧中继、ATM交换、IP交换、标记交换、多协议标记交换（MPLS）、软交换等内容。8.1 8.1 电信交换概述电信交换概述8.2 8.2 电路交换原理电路交换原理8.3 8.3 ATMATM交换技术交换技术8.4 8.4 ATMATM网络支持网络支持IPIP8.5 8.5 多协议标记交换多协议标记交换8.6 8.6 软交换技术概述软交换技术概述8.1 8.1 电信交换概述电信交换概述8.1.1 8.1.1 交换机和通信网的概念交换机和通信网的概念 “交换”就是在公用通信网中根据用户 的需要，在相应用户终端设备之间互相传 递语音、图像

2、、数据等信息。 通信网中最基本的、业务量最大的是 电话交换业务。电话通信网一般采用等级制网络结构，对网络中每个交换节点分配一个等级。在ITU-T G.963规程中定义：用户接入网（AN）为本地交换机与用户终端设备（TE）之间所实施的系统，它全部或部分取代传统的用户本地线路网，可以包含复用、交叉连接和传输功能。8.1.2 8.1.2 交换机的基本功能交换机的基本功能 由电话交换推广到一般电信交换系统 ，接口功能、连接功能、信令功能和控制 功能是电信交换系统必须具有的四项基本 功能。 （1 1）接口功能）接口功能接口分为用户接口和中继接口，分别 将用户线和中继线终接到交换网络。（2 2）连接功能）

3、连接功能通过交换网络实现任意入线与任意出 线之间的连接，连接可以是物理的也可以 是虚拟连接。 （3 3）控制功能）控制功能有效的控制功能是交换系统实现信息 自动交换的保障。 （4 4）信令功能）信令功能信令是电信网中的接续控制指令，通 过信令使得不同类型的终端设备、交换节 点设备和传输设备协同运行。8.1.3 8.1.3 各种交换方式各种交换方式为适应各种电信业务的需要，研究了多种交换技术，如电路交换、快速电路交 换、分组交换、快速分组交换、ATM交换、IP交换、标记交换、移动交换等。8.2 8.2 电路交换原理电路交换原理8.2.1 8.2.1 数字交换概念数字交换概念 程控数字交换机直接交

4、换数字化的语音信号，只有正反两个方向的交换同时建立起来，才能完成数字语音信号交换。概括起来说，数字交换设备应该具有 以下交换功能： （1）在同一条PCM复用总线的不同 时隙之间进行交换； （2）在不同PCM复用总线的同一时 隙之间进行交换； （3）在不同PCM复用总线的不同时 隙之间进行交换。 8.2.2 8.2.2 数字交换网络数字交换网络 交换网络是交换系统的核心，接线器 是构成数字交换网络的基本部件，按其功 能不同分为两类：时间型接线器和空间型 接线器。 1. 1.时间（时间（T T）型接线器型接线器时间型接线器又称T型接线器，它的 功能是完成同一条PCM总线上不同时隙内 容的交换。2.

5、 2.空间（空间（S S）型接线器型接线器空间型接线器又称为S型接线器，功 能是完成不同PCM复用线、同一时隙内容 的交换。 3. 3.TSTTST数字交换网络数字交换网络T接线器的交换容量一般只能达到512 时隙，S接线器通常不能单独使用，因为它 只能完成复用线之间交换。另一类是STS型数字交换网络，其中 间一级采用T接线器，左右两侧为S接线器 ，这种交换网络与TST网实现交换功能的原理基本相同。 8.2.3 8.2.3 数字交换机的组成数字交换机的组成数字程控交换机包括话路系统和控制 系统两部分，其基本结构如图8-2-5所示。图8-2-5 数字交换机基本结构1. 1.话路系统话路系统话路系

6、统各部分的基本功能如下。 （1 1）用户电路）用户电路（2 2）用户集线器）用户集线器电话交换系统的用户数量很大，但每 个用户的话务量不高，通过用户集线器可 以将一群用户的话务集中起来，通过较少 的链路接到数字交换网络，以提高链路的 利用率。（3 3）数字交换网络）数字交换网络提供连接和数字语音信号的交换功能 。 （4 4）各种中继接口）各种中继接口这是数字电话交换系统为与其他交换 系统联网而设置的接口设备，分为模拟中 继接口（C接口）和数字中继接口（A接口 和B接口）两种类型。 2. 2.控制系统控制系统控制系统对话路系统施加控制以便完 成通话接续。8.2.4 8.2.4 电路交换过程电路交

7、换过程 电话交换是电路交换技术的典型应用。从建立一次电话接续来看，电路交换过 程可分为三个阶段： 呼叫建立 信息传送 连接释放 8.3 8.3 ATMATM交换技术交换技术8.3.1 8.3.1 ATMATM的基本概念的基本概念 1. 1.ATM ATM 与电路转送、分组转送的关系与电路转送、分组转送的关系 ATM是异步转送模式（ Asynchronous Transfer Mode）的简称， 转送是指电信网中传输、复接和交换方式 的整体。在电信网上已经广泛使用的有电 路转送方式和分组转送方式。（1 1）电路转送方式的特点）电路转送方式的特点电路转送方式实现信息的传输、复接和交换是以电路为基本

8、单位，以电路连接为目的。（2 2）分组转送方式的特点）分组转送方式的特点分组转送方式实现信息的传输、复接和交换是以分组为基本单位。（3 3）ATM ATM ATM技术是一种集电路转送和分组转送两种优点为一体的传输方式，是在光纤 大容量传输媒体环境下新的分组转送方式 。 2. 2.ATMATM的特点的特点（1）ATM网中不进行逐段链路的差错控制和流量控制 （2）ATM以面向连接的方式工作 （3）简化信头功能 （4）ATM采用固定长度的信元，信 息域的长度较小 （5）采用透明的网络传输方式 （6）提供一个简化的网络结构 （7）ATM广泛适应各类业务的要求8.3.2 8.3.2 ATMATM的复用的

9、复用 时分复用就是采用时间分隔的方法，把一条高速数字信道分成若干低速信道，每个低速信道传送一路低速信号，实现多路信号分时使用公共的传输设施。ATM采用的是异步时分复用方式。8.3.3 8.3.3 信元结构和虚通道（信元结构和虚通道（VPVP ）、）、虚通路（虚通路（VCVC）概念概念 1. 1.信元结构信元结构ATM信元是固定长度的数据分组，定 为53个字节，分为5个字节的信头和48个字 节的信息域两部分。 信元的信头在UNI（用户网络接口 ）和NNI（网络节点接口）这两种接口 上的定义略有不同。下面按照发送顺序依次介绍信头中各 标识符的功能。 （1）GFC（一般流量控制标识符） ：4bit。

10、 （2）VPI（虚通道标识符）：长度在 UNI为8bit，在NNI为12bit。 （3）VCI（虚通路标识符）：长度为 16bit。VPI和VCI都是路由信息。（4）PTI（净荷类型标识符）：长度 为3bit，用来表明信元中48字节信息域的信息类型。（5）CLP（信元丢失优先等级）：长 度为1bit。 （6）HEC（信头差错控制）：长度 是8bit。2. 2.虚通道（虚通道（VPVP）和虚通路（和虚通路（VCVC） （1 1）VPVP和和VCVC概念概念ATM采用面向连接（是虚连接）的工 作方式，用户进行通信前必须先申请虚电 路，提出业务要求（如峰值比特率、平均 比特率、突发性、质量要求、优先

11、级等） ，网络根据用户要求和资源的占用情况决 定是否可以为用户提供服务，从而实现按 需动态分配带宽。（2 2）虚通道连接（）虚通道连接（VPCVPC）与虚通路与虚通路 连接（连接（VCCVCC） VPC VPC 在一条通信线路上，具有相同VPI的 信元所占用的子通道称为一个VP链路。 VCC VCC 在一个虚通道连接（VPC）中，具有 相同VCI的信元所占用的子通路称为一个 VC链路。（3 3）VPVP交换与交换与VCVC交换交换ATM交换设备可以具有VP交换功能或VC交换功能，也可以兼具VP交换和VC交换功能。8.3.4 8.3.4 ATMATM协议模型协议模型 这个模型由三个平面组成：用户

12、平面、控制平面、管理平面。 用户平面（U平面）：在通信网中用来提供端到端的用户信息传送、流量控制和恢复操作。 控制平面（C平面）：提供呼叫和连接建立与释放的信令控制功能，即处理与寻址、路由选择和接续相关的功能。 管理平面（M平面）：提供操作和管理功能，它分为面管理和层管理两种管理功能。1. 1.物理层（物理层（PHYPHY）（1 1）物理层的功能物理层的功能 PM子层连接物理通信线路，提供 与传输媒体有关的机械和电气接口，主要 的功能是比特时钟同步和线路编码等。 TC子层在PM子层功能的基础上， 实现与物理媒体无关的规程。 系统设有三种状态：搜索态、预同步 态和同步态。（2 2）物理层协议接口

13、）物理层协议接口 裸信元传送方法（建议I.432） ATM信元在SDH系统中的传送（ 建议I.432） ATM信元在PDH 系统中的传送（ 建议G.804） 2. 2. ATMATM层层ATM层利用物理层的信元传送功能， 实施向外部提供ATM业务数据单元（ATM -SDU）的功能。 （1 1）产生和删除信头。）产生和删除信头。 （2 2）信元的多路复接和分接。）信元的多路复接和分接。 （3 3）提供信元交换能力。）提供信元交换能力。 （4 4）信元的识别和提取。）信元的识别和提取。 （5 5）一般流量控制。）一般流量控制。3. 3. AALAAL层层ATM层以信元为单位传送信息。 （1 1）电

14、信业务分类）电信业务分类不同的业务需要不同AAL层规程。为 了减少AAL层规程数量，根据以下三个参 数对业务进行了分类： 源和目的地之间的定时关系（要求 或不要求）； 比特率（固定的或可变的）； 连接方式（面向连接的或无连接的 ）。（2 2）AALAAL的类型的类型根据上述业务分类，应在同样 ATM通信能力的基础上，通过不同 的AAL层规程提供不同的通信能力 ，以满足不同业务的需要。 AAL1AAL1 AAL2AAL2 AAL3AAL3与与AAL4AAL4 AAL5AAL5AAL层从功能上划分为两个子层：汇聚子层（CS）和拆装子层（SAR）。4. 4.高层高层高层相当于各种业务的应用层或具有信

15、令的高层处理功能。8.3.5 8.3.5 ATMATM交换系统交换系统 1. 1. ATMATM交换机的组成交换机的组成（1 1）ATMATM交换机的基本功能交换机的基本功能接口功能接口功能接口应包括UNI和NNI接口。 连接功能连接功能连接功能包括终接功能（完成VPC、 VCC的建立）和信元交换（VC、VP交换 ）功能。信令功能信令功能ATM有两种虚连接：永久虚连接（ PVC）和交换虚连接（SVC），其中SVC 的建立必须在ATM网络信令功能的支持下 完成。 呼叫控制功能呼叫控制功能用于在信息传送进行之前控制连接建 立、信息传送结束将连接释放。业务流管理功能业务流管理功能提供确实有效的业务流管理功能，以 保证具有不同业务流特性和QoS要求的各 种业务的服务质量。 运行、管理和维护功能（运行、管理和维护功能（OAMOAM功功 能）能）主要包括故障管理、性能管理、配置 管理、计费管理和安全管理。 （2 2）ATMATM交换机一般结构交换机一般结构由于在ATM 交换机上，无论用户线 还是中继线，传送的都是ATM信元流。为 讨论方便，在此不再区分用户线和中继线 ，而统称向交换机送入信元的线为入线； 从交换机接收信元的线为出线。由此得到 图8-3-11所示的ATM交换机一般结构图， 它由入线和出线处理部件、交换结构和接 续控制单元等模块