现代交换原理与技术
勤学 务实 开拓 创新 第1章 概论内容:u什么是交换 u为什么在通信网中一定要引入交换的功能 u通信网中交换设备究竟完成哪些功能 u在现有通信网中都有哪些交换方式 u不同交换方式之间的区别是什么 1勤学 务实 开拓 创新 1.1 交换的引入 一个最简单的通信系统是只有两个用户终端和连接这两 个终端的传输线路所构成的通信系统，这种通信系统所实 现的通信方式，我们称之为点到点通信方式。点到点通信方式 2勤学 务实 开拓 创新 交换的引入当用户终端数为6时，每个用户要使用5条通信 线路，将自己与另5个相连。每个电话机还需配备 5选1开关，根据通话需要选择与不同的话机相连 。共需要15条通信线路和5个多选开关。哪么100个用户呢？1亿用户呢？3勤学 务实 开拓 创新 交换的引入87654321 用户话机87654321电话 交换机用户个个相连交换节点的引入N的增加4勤学 务实 开拓 创新 交换的引入采用多个交换节点用户终端与交换机之间的连接线用户线。交换机与交换机之间的连接线中继线。交换设备、传输设 备和用户终端设备是通信 网的基本组成部分，称为 通信网的三要素。5勤学 务实 开拓 创新 1.2 交换方式电路 交换分组 交换对应于各种传送模式的交换方式，是交换节点 为了完成交换功能所采用的互通技术。现在已经出 现了多种交换方式，如图：多种交换方式多种交换方式电路传送模式（CTM）或同步传送模式（STM）分组传送模式（PTM）两种截然不同的交换方式，是代表两大范畴的传送模式电路 交换分组 交换多速率电 路交换快速电 路交换都属于电路传送模式范畴快速分 组交换帧交 换都属于分组传送模式范畴多速率电 路交换快速电 路交换快速分 组交换帧交 换ATM交 换表示异步传送模式（ATM）可以看成是分组交换 与电路交换的结合，兼具两者之特点各种交换方式6勤学 务实 开拓 创新 电路交换连接释放阶段电路 交换多速率电 路交换快速电 路交换ATM交 换快速分 组交换帧交 换分组 交换建立阶段信息传送（通话 ）1、电路交换的基本过程：电路 交换是最早、最普遍的交换方 式，主要用于电话通信网。被叫摘机挂机摘机 听到拨号音 拨号寻找被叫向被叫送振铃 向主叫送回铃通话7勤学 务实 开拓 创新 电路交换交换节点 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 8勤学 务实 开拓 创新 电路交换2、电路交换的特点 仅当呼叫建立与释放时间相对于通信的持续时间 很小时才呈现高效率1)信息传送的最小单位是时隙 在通信前要有连接建立过程 只要用户不发出释放信号即使通信暂时停顿物理 连接仍然保持； 物理连接的任何部分发生故障都会引起通信的中断；2)要在通信的用户间建立专门的物理连接通路， 从而又引起以下的特点：9勤学 务实 开拓 创新 电路交换3)信息具有透明性:对通信信息不做处理（信令除 外），而是原封不动地传送，用低速数据传送时 不进行速率、码型的变换。4)同步时分复用（固定分配带宽）如图:同步时分复用的基本原理 10勤学 务实 开拓 创新 电路交换5）对传送的信息无差错控制措施6）用基于呼叫损失制的方法来处理业务 流量，过负荷时呼损率增加，但不影响 已建立的呼叫11勤学 务实 开拓 创新 电路交换通过上述对电路交换特点的分析得出3个结论：1.通信网的业务特性决定了所采用的交换方式的特点:电话通信网中的话音业务，具有实时性强、可靠性 要求不高的特点，而电路交换不管是其面向连接的 特点，还是对信息无差错控制、透明传输以及基于 呼叫损失制的流量控制特点，都满足了话音业务的 特性，因而电话通信网采用电路交换方式。2. 电路交换由于无差错控制机制,因而对数据交换的 可靠性没有分组交换高，不适合对差错敏感的数据 业务；3.由于电路交换采用固定带宽分配方式，因而其电路 利用率低、不适合突发（burst）业务。电路交换适 合于实时性、恒定速率的业务。12勤学 务实 开拓 创新 电路交换电路交换一种传输速率(例如 64kbit/s)为了适应多种 业务需要多速率电 路交换多种传输速率13勤学 务实 开拓 创新 多速率电路交换电路 交换多速率电 路交换快速电 路交换ATM交 换快速分 组交换帧交 换分组 交换v在交换节点内部的交换网络及其控制必须适应多速率交换 的要求，有两种实现方法，如下：硬件较少 控制复杂采用一个统一的多 速率交换网络硬件较多 控制简单采用多个不同速率 的交换网络特点方法多速率电 路交换14勤学 务实 开拓 创新 多速率电路交换采用多种基本信道速率的多 速率电路交换系统 采用不同基本信道 速率的帧结构 应用：NISDN中可视电话业务交换 15勤学 务实 开拓 创新 多速率电路交换v多速率电路交换缺点 q 基本速率较难确定q 速率类型不能太多q 不适应突发业务q 控制较复杂Ð 为了克服电路交换固定分配带宽的缺点，提高 灵活性，在1982年提出了快速电路交换（FCS） 方式16勤学 务实 开拓 创新 快速电路交换电路 交换多速率电 路交换快速电 路交换ATM交 换快速分 组交换帧交 换分组 交换快速电 路交换快速电路交换的基本过程：发送信息时信息要传送时呼叫建立时分配带宽和资源在相应路由上分配所需宽带，并且“ 记忆”所分配的带宽和去向建立“虚电路”或称“逻辑电路”激活虚电路，建立物理连接17勤学 务实 开拓 创新 快速电路交换注 ：发送信息时并不一定能激活虚电路，会 引起信息丢失或排队时延。18勤学 务实 开拓 创新 快速电路交换v快速电路交换特点 q 由于并不为每个呼叫专门分配和保留其所需 的宽带，因此提高了带宽的使用效率；q 物理连接的建立和拆除要有相当高的速度；q 由于只有当信息发送时才建立真正的连接， 因此时延比通常的电路交换要大。19勤学 务实 开拓 创新 分组交换电路 交换多速率电 路交换快速电 路交换ATM交 换快速分 组交换帧交 换分组 交换分组 交换Ð 分组交换（PS）源于报文交换采用存储转发方式Ð 为此，先介绍报文交换20勤学 务实 开拓 创新 分组交换1、报文交换的基本概念Ð 报文交换（又称存储转发交换）：Ø 传送内容:用户信息+目的地址+源地址Ø 交换节点:分析目的地址和选择路由Ø 应用：公用电信网的电报自动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，而是将所有接收的报文暂时存储；Ø 可进行速率、码型变换，具有差错控制措施,发送多目 的地址的报文21勤学 务实 开拓 创新 交换节点 A交换节点 B交换节点 C传输时延存储时延处理与排队 时延报文交换的时延报文报文分组交换22勤学 务实 开拓 创新 2、分组交换的基本概念Ð 分组交换：也采用存储转发方式；Ø 分组内容:分组头（路由信息+控制信息）Ø 分组交换节点:对各个分组分别处理，按其中的 选路信息选择去向Ø 应用：非实时的数据业务与报文交换不同在于：将用户信息分割为若干分组分组交换23勤学 务实 开拓 创新 分组交换交换节点 A交换节点 B交换节点 C传输时延分组交换的时延存储时延处理与排队时延分组2分组3分组4 分组5分组1分组2分组3分组4分组5分组124勤学 务实 开拓 创新 分组交换分组交换可以提供两种服务方式：Ð 虚电路方式Ð 数据报方式25勤学 务实 开拓 创新 分组交换3、虚电路方式和数据报方式 Ð 虚电路:Ø 特点： 逻辑连接(通过通信连接上的所有交换节点保存选路结 果和路由连接关系来实现连接的)不独占线路，同一物理线路可同时建立多个虚电路；Ø 建立：Ø 拆除：在用户数据传送前先要通过发送呼叫请求分组建立 端到段之间的虚电路，属于同一呼叫的数据分组均沿 着这一虚电路传送。通过呼叫清除分组来拆除虚电路26勤学 务实 开拓 创新 分组交换虚电路方式特点 传送分组前先建立逻辑连接发送分组顺序与接收分组顺序相同分组沿相同路径传送27勤学 务实 开拓 创新 分组交换Ø 种类：交换虚电路（SVC）：应用户预约，由网络运营者为之建立固定的虚电路，不需要在呼叫时临时建立虚电路可以直接进入数据传送阶段。永久虚电路（PVC）：通过用户发送呼叫请求分组来建立虚电路。28勤学 务实 开拓 创新 分组交换Ð 数据报:不需要预先建立连接，而是按照每个分组头的目的地址对各个分组独立进行选路, 称为无连接方式；29勤学 务实 开拓 创新 分组交换数据报方式特点发送分组顺序与接收分组顺序不相同分组沿不同路径传送无需建立源到目的之间的连接直接发送分组30勤学 务实 开拓 创新 分组交换面向连接工作方式和无连接工作方式的特点（1）面向连接工作方式的特点：u不管是面向物理的连接还是面向逻辑的连接，其通 信过程可分为三个阶段：连接建立、传送信息、连 接拆除。u 一旦连接建立，该通信的所有信息均沿着这个连 接路径传送，且保证信息的有序性（发送信息顺序 与接收信息顺序一致）u 信息传送的时延相比无连接工作方式要小。u一旦所建立的连接出现故障，信息传送就要中断， 必须重新建立连接，因此对故障敏感。 31勤学 务实 开拓 创新 分组交换（2）无连接工作方式的特点：u 没有连接建立过程，一边选路、一边传送信息。u 属于同一个通信的信息沿不同路径到达目的地，该 路径事先无法预知，无法保证信息的有序性（发送信 息顺序与接收信息顺序不一致）。u 信息传送的时延相比面向连接工作方式要大。u 对网络故障不敏感。32勤学 务实 开拓 创新 分组交换Ð 虚电路与数据报的比较：面向事务的询问/响应 型数据业务较连续的数据流应用故障防卫能力较强较为敏感故障敏感性会引起失序按顺序到达，无失序分组顺序无建立过程，独立选路预先建立，映像表选路详细的目的地址逻辑信道标识分组头数据报虚电路类别项目33勤学 务实 开拓 创新 分组交换分组交换具有以下6个特点 n信息传送的最小单位是分组（Packet） 分组由分组头和用户信息组成(分组头含有选路 和控制信息) n面向连接（逻辑连接）和无连接两种工作方式:(虚电路采用面向连接的工作方式，数据报是无连接 工作方式。) n统计时分复用（动态分配带宽） 统计时分复用的基本原理 34勤学 务实 开拓 创新 分组交换统计时分复用的基本原理:是把时间划分为不等长的时 间片，长短不同的时间片就是传送不同长度分组所需 的时间，对每路通信没有固定分配时间片，而是按需 来使用。当某路通信需要传送的分组多时，所占用的 时间片的个数就多；传送的分组少时，所占用的时间 片的个数就少。这也就意味着使用这条复用线传送分 组时间的长短，由此可见统计时分复用是动态分配带 宽的。n 信息传送有差错控制 n 信息传送不具有透明性 n 基于呼叫延迟制的流量控制 分组交换的技术特点决定了它不适合对实时性要 求较高的话音业务，而适合突发（burst）和对差错敏 感的数据业务。35勤学 务实 开拓 创新 帧交换电路 交换多速率电 路交换快速电 路交换ATM交 换快速分 组交换帧交 换分组 交换帧交 换帧交 换Ð 帧交换:Ø 是一种帧方式的承载业务，在数据链路层上以简化的 方式来传送和交换数据单元ü 帧方式：是将用户信息流以帧为单位在网络内传送；ü 帧：在第2层传送的数据单元；分组：在第3层传送的数据单元36勤学 务实 开拓 创新 帧交换分组交换、帧交换、帧中继协议处理的不同 37勤学 务实 开拓 创新 帧交换电路 交换多速率电 路交换快速电 路交换ATM交 换快速分 组交换帧交 换分组 交换帧交 换帧交 换Ð 帧交换:Ø 特点：ü 在第二层进行复用和传送；ü 将用户面与控制面分离：用户面：提供用户信息的传送；控制面：提供呼叫和连接的控制，主要是信令功能；38
