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1、电子信息交换及网络技术,通信的目的是在信息的源和目的之间传送信息，这个源和目的对应的就是各种通信终端，比如两个人要想通话，最简单的就是各自拿两个话机，用一条通信线路连接起来就可实现通话.,当有多个终端要实现相互之间的通信，同样采用上述方法，即两两之间通过传输线路分别连接起来，就会形成一个庞大的通信网，其工程巨大，没有可行性。为此，人们考虑采用交换技术来解决该问题。,1信息交换,1.1概述在通信系统中， 当存在多个终端，且希望它们中的任何两个都可以进行点对点通信时，最直接的方法是把所有终端两两相连，如图6-2所示。这样的一种连接方式称为全互连式。全互连式连接存在下列一些缺点 :,当存在N个终端时
2、，需用N(N-1)/2条线对，线对数量以终端数的平方增加。 每个终端都有N-l对线与其它终端相接，因而每个终端需要N-1个线路接口。 增加第N+1个终端时，必须增设N对线路。当N较大时，无法实用化。 由于每个用户处的出线过多，因此维护工作量较大。,1信息交换,如果在用户分布密集的中心安装一个设备交换机(switch，也叫交换节点)，每个用户的终端设备经各自的专用线路(叫用户线)连接到交换机上，就可以克服全互连式连接存在的问题。,1信息交换,有了交换设备，N个用户只需要N对线就可以满足要求，线路的投资费用大大降低，用户线的维护也变得简单容易。 尽管这样增加了交换设备的费用，但它的利用率很高; 一
3、方面减少了连接线路的数量，降低了成本；另一方面降低了控制的复杂程度，从而提高了整个网络的可靠性。,当用户数量较多且分布地域较广时，就要设置多台交换机。各交换机之间通过线路按照一定的拓扑结构互相连接即组成通信网交换网络，如图6-4所示。,网中直接连接电话机或终端的交换机称为本地交换机或市话交换机；仅与各交换机连接的交换机称为汇接交换机。当通信距离很远，汇接交换机常称为长途交换机。交换机之间的线路称为中继线。长途交换设备仅涉及交换机之间的通信，而市内交换设备既涉及到交换设备之间的通信又涉及到交换设备与终端的通信。,所有的通信网都是由终端、交换机和传输系统组成。终端只是信息产生的源点或接收信息的目的
4、点。传输系统负责传送信息。交换机的性能决定了网络的性能。,1.2交换方式,为了满足高速数据通信的需要，建立公用数据交换网(PSDN)。公用数据交换网分为两大类：电路交换方式和存储交换方式。后者又根据存储、传输信息的单位不同，又可分为报文交换方式和分组交换方式。数据交换方式有电路交换、报文交换和分组交换三种基本方式。,1.电路交换通信双方在进行通话之前，必须先由交换设备在两者之间建立一条专用线路，并且该线路在通话结束之前由双方独占的交换方式称为电路交换。,1.2交换方式,电路交换具有严格的三个阶段：呼叫建立、传送信息、呼叫拆除。 电路交换是固定分配带宽，连接建立后，即使无信息传送也虚占电路，电路
5、利用率低； 要预先建立连接，有一定的连接建立时延，通路建立后可实时传送信息，传输时延一般可以不计； 无差错控制措施，对于数据交换的可靠性没有分组交换高；,电路交换具有以下的特点： 交换处理简单，时延低，适于语音和低速数据服务；对突发性的信息处理功能不强；电路资源被通信双方独占，电路利用率低；不能实现与其他网络和业务的相连。,电路交换方式通常应用于公用电话网，公用电报网和电路交换的公用数据网等通信网络中。在图6-6中，A 和 B 通话经过四个交换机，C 和 D 通话只经过一个本地交换机。,2.报文交换,在报文交换中是以报文为单位接收、存储和转发信息。 报文由报头、正文、和报尾三部分组成。 报文交
6、换（Message Switching ）又称为存储转发交换，与电路交换的原理不同，不需要提供通信双方的物理连接，而是将所接收的报文暂时存储。 报文中除了用户要传送的信息以外，还有目的地址和源地址。,报文交换的主要优缺点,报文以存储转发方式通过交换机，可以实现各种不同类型终端之间的相互通信； 报文交换过程中没有电路接续过程，线路可以始终工作在最高传输能力的状态上，提高了线路的利用率； 信息通过交换机时的时延大，而且时延变化也比较大，不利于实时通信； 交换机要有能力存储用户发送的报文，有的报文可能很长，要求转换机要有高速处理能力和大的存储容量；,5.报文交换方式适用于实现不同速率、不同协议、不同
7、代码终端的终端间或一点对多点的进行存储转发的数据通信。 6.由于这种方式，网络时延大，并且占用了大量的内存与外存空间，因而不适用于要求系统安全性高、网络时延小的数据通信。,3.分组交换,分组交换(packet switching)也采用报文转换的存储转发机制，但不像报文交换那样以报文为单位交换，而是把报文截成许多比较短的、被规格化了的“分组（packet）”进行转换和传输将报文按一定长度分组，每一个组中包含一个分组头，其中包含所分配的逻辑信道号和其他控制信息。,在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。 每一个数据段前面添加上首部构成分组。 分组交换网以“分组”作为数据传输单元。
8、依次把各分组发送到接收端。接收端收到分组后剥去首部还原成报文。,分组交换在线路上采用动态复用技术传送分组。 每个分组标识后，在一条物理链路上采用动态复用技术，同时传输多个分组。 把来自用户发送端的数据暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发； 到达接收端再去掉分组头，将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。,1.2交换方式,三种交换方式的比较,分组交换向用户提供了不同速率，不同代码、不同同步方式、不同通信控制规程；数据终端之间能够相互通信的灵活通信环境； 信息传输时延较小，且变化范围不大，能很好的满足会话型通信的实时性要求；,可靠性高，经济性好。信息以分组为单位在交换机中存储和处理，不要求交换机
9、具有很大的存储容量，降低了设备的费用，节省了维护管理费用； 由于网络附加的传输信息较多，对长报文的通信传输效率比较低；技术实现复杂，要求交换机要有较高的处理能力。,1.2交换方式,分组技术的广泛应用和发展，出现了传送话音业务的电路交换网络和传送数据业务的分组交换网络两大网络共存的局面。语音业务和数据业务的分别传送，促使一种能同时提供电路交换和分组交换的优点，并且同时向用户提供统一的服务，包括语音业务、数据业务和图像信息的全新技术的出现异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode，ATM)。,4.ATM交换,1.2交换方式,ATM交换是以信元为基本处理单位，完成信元交换。A
10、TM交换结构完成两方面的基本功能。一是空间交换，即将信元从一条传输线交换到另一条传输线上，又叫路由选择；二是时间交换，即将信元从一个时隙转移到另一个时隙中去。 ATM交换机一般由入线处理部件，出现处理部件、交换结构和连续控制单元等模块组成，如图6-11所示。,1.2交换方式,1.2交换方式,入线处理部件，用于接收输入信元，并将其转换成适合送入ATM交换结构的形式。 出线处理部件，出线处理部件将ATM交换结构输出的信元转换成为适合在线路上传输的形式。 交换结构，交换结构是整个交换机的核心，它提供了信元交换的通路，通过交换结构的两个基本功能(排队和选路)，将信元从一个端口交换到另一个端口上去。交换
11、结构还完成一定的流量控制功能，主要是优先级控制和一些业务的流量控制。 接续控制单元，控制部分是交换机的中央枢纽，它完成ATM信元处理、资源管理和流量控制中的连接控制，以及设备管理、网络管理等功能。在实现时，设备管理和网络管理多在外界的管理维护平台上完成。,ATM 交换的特点有,采用统计时分复用； 以固定长度(53字节)的信元为传输单位，响应时间短； 采用面向连接并预约传输资源的形式工作； 在ATM网络内部取消逐段链路的差错控制和流量控制； ATM支持综合业务。支持实时业务，数据透明传输与话音、数据、图像等综合业务。,5.光交换,光纤的巨大频带资源和优异的传输性能，是它成为高速大容量传输的理想媒
12、质，从而能满足爆炸式发展的各种通信业务对通信网的带宽和容量要求。 具有高度实用性的全光网络成为宽带通信网未来的发展目标。 光交换技术作为全光网络中的支持技术，在全光通信系统中发挥着重要的作用。,1.2交换方式,由于目前光逻辑器件的功能还比较简单，不能完成控制部分复杂的逻辑处理功能，因此现有的光交换控制单元还要由电信号来完成，即所谓的电控光交换。 在控制单元的输入端进行光电转换，而在输出端需要完成电光转换。随着光器件技术的发张，光交换技术的最终发展趋势将是光控光转换，即全光交换。,光交换的实现方式包括有光电交换、光机械交换、热光交换、液晶光交换、声光交换和采用微电子机械技术的光交换几种。 目前从
13、交换技术的角度来说，光交换技术可分成光的电路交换和分组光交换两种主要类型。 光的电路交换类似于电路交换技术，采用光器件设置光通路，中间节点不需要使用光缓存。光电路交换有可以分为光时分交换技术、光波分交换技术、光空分交换技术以及光码分交换技术。,2计算机网络,21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。这里所说的网络是指电信网络(主要的业务是电话，但也有其他业务，如传真、数据等)、广播电视网络和计算机网络。,这三种网络通常简称为“三网”。所谓“三网融合”，就是指电信网、广播电视网和计算机通信网的相互渗透、互相兼容、并逐步整合成为全世界统一的信息通信网络。“三
14、网融合”是为了实现网络资源的共享，避免低水平的重复建设，形成适应性广、容易维护、费用低的高速带宽的多媒体基础平台。,2.1概述,1）计算机网络概念计算机网络是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统连接起来，以功能完善的网络软件实现网络的硬件、软件及资源共享和信息传递的系统。组建计算机网络的目标是：实现资源共享和信息传输 。,为了简化计算机网络的分析与设计，有利于网络的硬件和软件配置，按照计算机网络的系统功能，一个网可分为“资源子网”和“通信子网”两大部分 “资源子网”主要负责全网的信息处理，为网络用户提供网络服务和资源共享功能等 包括网络中所有的主计算机、I/O设备和终端
15、，各种网络协议、网络软件和数据库等。,“通信子网”主要负责全网的数据通信，为网络用户提供数据传输、转接、加工和转换等通信处理工作。 包括通信线路（即传输介质）、网络连接设备（如网络接口设备、通信控制处理机、网桥、路由器、交换机、网关、调制解调器和卫星地面接收站等）、网络通信协议和通信控制软件等。,2.1概述,计算机网络分类,按网络的拓扑结构分类，有环型网、星型网、总线型网、树型网等,2.1概述,（2）按通信介质分类，有双绞线网、同轴电缆网、光纤网和无线卫星网等。（3）按信号频带占用方式分类，有基带网和宽带网。,（4）按网络规模和覆盖范围分类，有局域网（LAN）、广域网(WAN)和城域网(MAN
16、)。因特网（Internet）是世界上最大的广域网。,3）计算机网络结构,（1）总线型结构是指各工作站和服务器均挂在一条总线上，各工作站地位平等，无中心节点控制，公用总线上的信息多以基带形式串行传递，其传递方向总是从发送信息的节点开始向两端扩散，如同广播电台发射的信息一样，因此又称广播式计算机网络，,2.1概述,（2）星型结构是指各工作站以星型方式连接成网。网络有中央节点，其他节点（工作站、服务器）都与中央节点直接相连，这种结构以中央节点为中心，因此又称为集中式网络。,（3）环型结构由各结点首尾相连形成一个闭合环型线路。环型网络中的信息传送是单向的，即沿一个方向从一个结点传到另一个结点；每个结
17、点需安装中继器，以接收、放大、发送信号。这种结构的特点是结构简单，建网容易，便于管理。其缺点是当结点过多时，将影响传输效率，不利于扩充。,（4）树型结构是一种分级结构。在树型结构的网络中，任意两个结点之间不产生回路，每条通路都支持双向传输。这种结构的特点是扩充方便、灵活，成本低，易推广，适合于分主次或分等级的层次型管理系统。,2.2 计算机网络体系结构,近40年来，计算机网络飞速发展，已成为一种复杂、多样的大系统，计算机网络的实现要解决很多复杂的技术问题：支持多种通信媒体（如电话线、铜缆、光纤、卫星等）；支持多厂商、异种机互联，包括软件的通信约定至硬件接口的规范；支持多种业务，如批处理、交互分时、数据库等；支持高级人机接口，满足人们对多媒体日益增长的需求，如何有效地解决这所有的问题？,
