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1、1,现代交换技术,第一章 绪论,2,第一章 交换技术概论,什么是交换?,为什么在通信网中一定要引入交换的功能?,通信网中交换设备究竟完成哪些功能?,现有通信网中都有哪些交换方式?,不同交换方式之间的区别是什么?,主要内容,3,1.1 通信网与交换技术概述,通信的方式：,4,点到点的通信方式,点到点的通信方式 只有两个终端和连接两个终端的传输线路的通信方式。,09:24,多点间的通信全互连方式,6,全互连方式的网络问题,（2）终端相距较远时，线路代价将很高。,（1）交换互连需N (N1)/2条线对，且线对成平方增加。,（4）再增加一个终端时，须增加N对线路。,（5）每个用户终端出线过多，选线复杂
2、，较难维护。,（3）每个终端需要N1个线路接口。,7,多点间的通信引入交换机,每个通信终端通过一对专门的用户环线连到交换机的线路接口,交换机负责监测各个用户状态，需要时在两用户之间建立和释放通信连路,N个终端，共需要N条线路； 增加新终端时，只需增加一条线路。,8,多台交换机组成的通信网络,通信网,图1.4 多台交换机组成的通信网,汇接交换机,端局交换机,用户交换机,中继线,用户线,利用汇接交换机互连多个端局交换机，完成本交换区各交换机之间的互通业务。,端局交换机,用户交换机，在信令方式上相当于用户电话机,9,通信网的组成,通信网：由终端设备、交换设备、传输设备，结合信令过程、协议和支撑运行系
3、统组成的网络。,10,构成通信网的三要素,11,什么是交换,在通信网上，负责在通信的源和目的终端之间建立通信信道传送信息。,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源点到目的点的信息 通道。 交换：每个交换设备内部如何将入线的信息送到出 线。,12,交换节点的基本功能,交换节点可控制的接续类型： 本局接续、出局接续、入局接续、转接接续,C,B,A,D,13,交换节点的基本功能,能按目的地址正确地进行选路并在中继线上转发信号；,能控制连接的建立与拆除。,能正确接收和分析从用户线或中继线发来的呼叫信号、 地址信号；,14,各种交换方式,IP交换,多速率电路交换,快速电路交
4、换,ATM交换,帧中继,分组交换,电路交换,帧交换,光交换,PTM,CTM,Packet Transfer Mode,Circuit Transfer Mode,Asynchronous Transfer Mode,软交换,15,1.2电路交换技术,电路：指承载用户信息的物理层媒质，可以是一对铜线、一个频段或时分复用电路的一个时隙。 电路交换模式：交换设备只为通信双方建立透明的通路连接，不对用户信息进行任何 检测、识别或处理。 电路交换设备：程控交换机，在软件控制下，接收和处理用户呼叫信令，分配资源， 提供双向通信电路。,16,实时性强，时延小； 对差错不敏感。,17,电话通信过程,连接建立,
5、传送信息,连接拆除,18,电路交换的过程,实质：通信双方间存在一条物理电路电路交换,19,电路交换-PCM30/32路传输系统,电路交换基于PCM30/32路同步时分复用系统 PCM（ Pulse Code Modulation脉冲编码调制）数字通信的编码方式之一。 采样频率8kHz,采样周期125s 两种PCM制式 PCM24路一次群设备（T1）; PCM30/32路一次群设备（E1）,采 样,量 化,编 码,模拟信号,数字信号,20,PCM一次群的帧结构在T=125s一个周期内共有32 个时隙 TS0传输同步码，TS16可用于传输信令，其他时隙传输话音/数据； 每个时隙统一8bit编码；
6、帧长125s，时隙长度3.9s； 每个通路的速率64kb/s，总速率2Mb/s,电路交换-PCM30/32路传输系统,21,同步时分复用的基本原理,同步时分复用原理：把时间分为等长的基本单位(帧)帧再划分为时隙，TS按照其在帧中的位置编号，不同帧中编号相同的TS组成一个恒定速率的数字子信道，依据数字信号在帧中的时间位置来确定是第几路子信道（位置化信道）。 实质：通过时间位置来识别每路通信,22,电路交换的特点：,信息传送的最小单位是时隙 （TS) 面向连接的工作方式（物理连接） 同步时分复用（固定分配带宽） 信息传输具有透明性。 信息传送无差错控制。 基于呼叫损失制的流量控制。,23,电路交换
7、的特点（总结）,24,多速率电路交换,目标： 采用电路交换的方式为用户提供多种速率。 方法 将n个基本信道捆绑起来构成速率更高的信道 设置多种基本信道速率，交换网络由多个不同速率的子交换网络叠加而成,25,多速率电路交换的特点,本质还是电路交换技术； 速率是事先定制好的，不能任意更改，灵活性不够 不能真正适应突发业务的特点； 交换系统比较复杂，实现成本偏高。,26,快速电路交换 (Fast Circuit Switching),提高带宽的利用率,虽然提高了带宽利用率，但控制复杂，要求快速处理大量信令； 传送信息的时延比电路交换大。,当呼叫建立时，呼叫连接上所有交换节点要在相应的路由上分配所需的
8、带宽，并不立即占用网络资源，只有当发送信息时才占用资源，不发送信息时就释放资源,27,1.3 分组交换和帧中继,数据通信具有很强的突发性， 峰值比特率和平均比特率相差较大; 数据业务对时延没有严格的要求， 但需要进行无差错的传输.,28,将用户要传送的信息分割为若干个分组（packet），每个分组中有一个分组头，含有可供选路的信息和其他控制信息。分组以“存储-转发”方式在数据通信网内传输,分组交换（Packet Switching）,29,分组交换和报文交换比较,分组交换实质：“分组存储转发” 传送信息,30,分组交换-统计时分复用原理,统计时分复用：对每路通信没有固定分配时间片，不同长度分组
9、占用不用的时间片，动态分配带宽，按需服务。 分组头中有一个表明属于哪路逻辑信道的标识（LCN），按标志区分分组和逻辑信道,31,分组交换的两种方式,无连接方式,面向连接方式,32,虚电路的两种方式,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 Virtual 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。,33,比较虚电路与数据报（1）,选 路,时 延,VC方式一旦虚电路建立，在端到端之间所选定路由上的各个交
10、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方式不需要建立连接，对每个分组独立进行选路,VC方式按映像表选路，时延小。 DG方式按分组头的地址信息选路，时延大。,34,比较虚电路与数据报（2）,信息有序性,分组头,VC方式所有分组沿同一路径传输，能够保证有序性； DG方式各个分组沿不同路径传输，信息无序到达。,VC方式由于预先已建立逻辑连接，分组头中只要含有对应于所建立的VC的逻辑信道标识。 DG方式的每个分组头中要包含详细的目的地址；,35,比较虚电路与数据报（3）,故障敏感性,应用,VC方式对故障较为敏感，当传输链路或交换节点
11、发生故障时可能引起虚电路的中断，需要重新建立。 DG方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。,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向响应型数据业务。,36,分组交换数据可靠性,数据传送可靠性高 逐段链路的差错控制和流量控制 数据传送出现差错时可以重发 缺点 协议和控制复杂 信息传送时延长 只能用于非实时的数据业务,37,面向（逻辑）连接和无连接两种工作模式； 动态分配线路资源，线路利用率高； 对每个分组有差错控制，网络故障时可自动重选路由，可靠性更高； 非透明传输，交换节点要对
12、分组进行处理； 无呼损，但有可变的呼叫延迟。,分组交换技术特点,38,分组交换技术特点（总结）,优点 带宽可变，灵活，可适合突发性的多种业务； 统计复用，线路资源利用率高； 设有差错控制和基于呼叫延迟制的流量控制； 适合对差错敏感的数据业务。,缺点 网络功能复杂； 信息传输时延大，QoS难以保证； 不适合对实时性要求较高的话音业务。,39,电路交换与分组交换比较,在通路建立和网络资源分配上,连接V.S. 无连接； 物理连接V.S. 逻辑连接；,在差错控制上,电路交换没有差错控制； 分组交换具有差错控制,在业务流量控制上,电路交换为呼叫损失制； 分组交换为呼叫延迟制；,40,电路交换与分组交换比
13、较,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； 分组交换的交换速率受到了限制。,41,分组交换基于X.25协议，协议包含3层，第一层物理层，第二层数据链路层，第三层分组层，对应于OSI网络模型的下三层。,分组交换X.25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,分组交换的低速率主要是由复杂的协议处理导致的，特别是需要在各段链路上进行差错控制和流量控制。,X.25,OSI,42,帧交换
14、（Frame Switching）,在分组交换基础上实现高速的数据通信。 简化协议，其协议栈只有物理层和数据链路层，降低网络中交换节点的处理负荷，减少网络中的时延。 交换节点只在物理层和数据链路层上进行差错控制； 数据链路层上传送的基本数据交换单元为帧。,目标,思路,方法,43,快速分组交换帧中继 ( Fast Packet SwitchingFrame Relay）,在分组交换基础上适应实时和高速的业务。 进一步简化协议，降低网络中交换节点的处理负荷， 减少网络中的时延。 对第二层协议简化，交换节点只进行差错检查，没有 流量控制和出错重发，差错控制方式由点点改为 端端； 基本数据交换单元为帧
15、。,目标,思路,方法,44,帧交换和帧中继实现的条件,帧交换和帧中继对协议的简化是基于以下两个基本条件：,具有高带宽、高质量的传输线路的大量使用； 终端系统日益智能化，将纠错功能可放在终端完成，从而提高网络的效率，增加了应用上的灵活性。,45,X.25、帧交换、帧中继的比较,3 2 1,3 2 1,3 2 1,3 2 1,终端,交换节点,终端,完全差 错控制,完全差 错控制,(a) x.25分组交换网的逐段链路完全差错控制,(c) 帧中继网的有限差错控制,46,综合电路交换和分组交换的优点，支持所有业务； 采用信元交换； 存储转发，异步传输模式适应不同速率要求； 以更小的定长分组（信元）传送减少存储转发的时延 面向连接，并预约传输资源减少时延差，保证传输 有序； 取消逐段的差错控制支持透明、实时传输。,1.4 ATM交换-异步传送模式 （Asynchronous Transfer Mode）,目标,思路,方法,47,ATM交换技术的特点（1）,采用很短的信元可以减少交换节点内部的缓冲器容量 以及排队时延和时延抖动。 信元的长度固定，则有利于简化交换控制和缓冲器管理。,信元(cell)只有53个字节，其中头5个字节称为信头(cell header)，其余48个字节为信息域，或称为净荷(pay loa
