第一章 概述,2020/9/2,现代交换技术,1,第一章 概述 1.1 交换技术概述,2020/9/2,现代交换技术,2,交换技术概述,2020/9/2,现代交换技术,3,交换技术是随着电话通信的发展和使用而出现的通信技术。,如何实现多个用户之间的通信？ 最简单、最直接的方式就是两两互相连接。 若终端数为n，则线对数为C2n= n(n-1)/2 （当终端n=100时，线对数=100X(100-1)/2=4950）,全互连方式存在什么问题？ （1）N2 问题； （2）经济性问题； （3）可操作性问题； （4）控制和管理问题。,在实际应用中，全互连方式仅用于终端数目少、地理位置集中、可靠性要求很高的场合。,6,引入交换机的互连通信网,每个通信终端通过一对专门的用户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,不足： （1）用户多时连接管理复杂性急剧上升； （2）用户分布区域大时用户线投资代价占主要部分。,7,多台交换机组成的通信网络,利用汇接交换机互连多个端局交换机，疏导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，,通信网络三要素,2020/9/2,现代交换技术,8,现代通信网由三大部分构成：终端设备，传输设备和交换设备。,终端设备直接面向用户，主要功能是完成将需要传送的信息转换为线路上可以传输的电信号以及完成相反的工作,传输设备是连接交换机与交换机之间的通信线路，常用的传输媒介包括架空明线、电缆、光缆和无线电波,通信网络三要素,2020/9/2,现代交换技术,9,交换设备是整个通信网的核心，它的基本功能是实现将连接到交换设备的所有信号进行汇集、转发和分配，从而完成信息的交换,第一章 概述 1.2 交换技术,2020/9/2,现代交换技术,10,交换技术,基本交换技术 交换技术发展,2020/9/2,现代交换技术,11,基本交换技术,电路交换 报文交换 分组交换,2020/9/2,现代交换技术,12,13,电路交换,连接建立,信息 传送,连接拆除,14,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 Switching),15,电路交换,在通信双方建立一条专用的通信线路的交换方式。 （1）面向连接； （2）同步时分复用,固定分配带宽； （3）信息透明传输。,电话通信网采用电路交换方式。 电路交换适合于实时性、恒定速率的业务。,16,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.,17,存储转发方式：源端将数据封装为报文，发送给相连的交换节点，交换节点将报文暂存，分析其目的地址进行路由选择，并在相应的输出线上排队，等到输出线空闲时将该报文传送给下一个交换节点，直到目的端。 （1）无连接； （2）统计时分复用，动态分配带宽； （3）差错控制。 （4）实时性差,报文交换,发送端先将用户报文分割为多个较短的等长或不等长的数据段，在每个数据段前加上分组头，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。 再采用存储转发方式，将分组送到目的端。,2020/9/2,现代交换技术,18,分组交换,19,报文交换的时延 分组交换的时延,分组交换和报文交换的时延,20,（1）统计时分复用，动态分配带宽； （2）完善的网络协议和复杂的差错控制； （3）提供面向连接和无连接。,分组交换,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。,21,虚电路(VC：Virtual Circuit)方式 数据报(DG：Datagram)方式,分组交换的两种方式,22,虚电路,虚电路采用面向连接的工作方式（OCOriented Connection）。 具有连接建立、数据传送和连接拆除三个阶段：即在用户数据传送前先建立端到端的虚连接；一旦虚连接建立后，属于同一呼叫的数据分组均沿着这一虚连接传送；通信结束时拆除该虚连接。 不同于电路交换中的物理连接，而是逻辑连接。,2020/9/2,现代交换技术,23,虚电路方式,2020/9/2,现代交换技术,24,数据报采用无连接工作方式（CLConnection Less），在呼叫前不需要事先建立连接，而是边传送信息边选路，并且各个分组依据分组头中的目的地址独立地进行选路,数据报方式,2020/9/2,现代交换技术,25,数据报方式,3,2,1,4,虚电路和数据报的比较,A虚电路：面向连接 数据报：无连接 B虚电路：分组头可以只含虚电路标识 数据报：分组头含完整的地址信息,2020/9/2,现代交换技术,26,虚电路和数据报的比较,C虚电路：分组到达目的端时，顺序保持不变 数据报：分组到达目的端时，顺序可能变化 D虚电路：若线路故障，需要重新建立连接 数据报：若线路故障，可灵活选择路由,2020/9/2,现代交换技术,27,28,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。,虚电路与数据报的比较应用,三种交换方式的比较,2020/9/2,现代交换技术,29,30,CTM-Circuit Transfer Mode PTM-Packet Transfer Mode ATM-Asynchronous Transfer Mode,交换交换发展,PTM,CTM,31,多速率电路交换,多速率电路交换的基本思想是采用电路交换中时分复用TDM原理，允许同时以多种不同速率来进行电路交换，以支持各种速率的业务,完全多速率电路交换 改进型多速率交换,32,完全多速率电路交换,33,改进型多速率交换,设置多个基本速率,问题：电路实现，复杂，不灵活,34,快速电路交换,快速电路交换,2020/9/2,现代交换技术,35,在呼叫建立时，用户根据业务要求请求一个带宽为基本速率的整数倍的连接。 此时网络并不分配资源，而是将通信所需要的带宽、目的地址信息等存入交换机中，并在信令信道中分配一个头标志来表示这个连接， 当用户发送信息时，交换机根据头标志来迅速分配资源完成信息传送。,帧中继,2020/9/2,现代交换技术,36,帧中继包括OSI/RM的下两层结构，在数据链路层上使用简化的方式传送和交换数据单元，没有第三层结构。 帧中继网络交换节点不具有流量控制和差错控制的功能，仅执行基于CRC的差错检查功能，以便丢弃出错的帧 提供面向连接的虚电路服务。 以达到为用户提供高吞吐量、低时延特性，并适合突发性的数据业务的目的。,37,帧中继,38,帧中继的应用,快速分组交换,2020/9/2,现代交换技术,39,快速分组交换对于帧中继技术进一步简化和改进获得了更高的传送速率，具有更高的效率，能够适应不同业务的要求。 欧洲：异步时分复用 (Asynchronous Time Division，ATD) 美国：快速分组交换 (Fast Packet Switching，FCS) CCITT：异步传递模式 (Asynchronous Transfer Mode，ATM)。,异步传递模式（ATM）,采用了面向连接的工作方式 网络功能进一步简化 取消逐段的差错控制支持透明、实时传输 ATM信元头功能降低 信元长度较短且长度固定-减少存储转发的时延,2020/9/2,现代交换技术,40,41,应用广泛、技术简单，可扩展性好，路由灵活 ；但是传输效率低（分组数据报方式），无法保证服务质量。,IP网络技术,技术先进，动态分配带宽，可满足多业务需求，快速交换、传输效率高，有服务质量保证；但是技术复杂，可扩展性不好。,ATM交换技术,IP交换,IP交换,2020/9/2,现代交换技术,42,改变传统路由器转发IP数据包的处理过程，使得路由器可以按照交换速率转发IP数据包，也就是使用硬件实现IP报文的转发，做到了线速转发,多协议标签交换技术,2020/9/2,现代交换技术,43,多协议标签交换技术是将二层ATM交换与三层的IP路由技术的优点结合起来的一种数据传输技术，它既有IP的灵活性，又具有ATM的高效性，可以向用户提供不同服务类型的同时又可以保证服务质量。 MPLS被认为是公共骨干网上最适用的技术方案。,光交换技术,2020/9/2,现代交换技术,44,光交换是指不经过任何光/电、电/光转换，在光域直接将输入的光信号交换到不同的输出端。 通信网可以直接在光域实现信号的复用、传输、交换、路由选择、监控，网络信号不再承受光/电、电/光转换的障碍，实现全光网络。,45,电交换,光 电,光 电,光 电,光 电,电 光,光 电,电 光,光信号,光信号,光交换,光传输+电交换的模式,全光网络,46,网络结构还合适吗？,软交换,47,软交换系统？,接入层,接入网关,业务控制层,网络管理与计费,应用服务器,NGN与软交换体系结构,传统电路交换机体系结构,媒体交换层,宽带核心交换,呼叫控制层,软交换机,两大特征：话音分组化，控制与承载的分离,开放的接口协议,电路交换矩阵,信令/呼叫控制,业务控制/管理,48,软交换系统统一接入各种终端,集成接入设备,计算机,电话,传真,IP 网,软交换,媒体控制器MGC 网守10.,IAD,AMG,宽窄带接入,UMG,PLMN/3G,SG,TMG,PSTN,UMG,业务平面,IP 核心网,控制平面,交换平面,接入平面,SoftSwitch,SoftSwitch,iOSS,Policy,Server,Application,Server,SCP,Location,Server,RADIUS,Server,MRS,NGN与软交换,软交换技术,2020/9/2,现代交换技术,50,NGN实现了将网络中的业务功能与控制功能分开，而软交换是NGN中的关键技术，位于NGN的控制层，实现了控制功能，而业务功能由业务层设备完成，NGN的另外两层分别是承载层和接入层，分别完成了信息传输和用户终端接入的功能。,第一章 概述 1.2 数据通信原理,2020/9/2,现代交换技术,51,数据通信原理,网络体系结构 差错控制与流量控制 网络拓扑,2020/9/2,现代交换技术,52,网络体系结构,分层次的网络体系结构 OSI协议的体系结构,2020/9/2,现代交换技术,53,2020/9/2,现代交换技术,54,网络协议,为进行网络中的数据交换而建立的规则称为网络协议。 网络协议明确了所交换的数据格式以及相关的时序问题,称为语法、语义和同步。,各层次之间是独立的 灵活性好 结构上可以分割开 易于实现和维护 能够促进标准化工作,2020/9/2,现代交换技术,55,分层结构,对于复杂的网络协议，最好采用分层结构,网络体系结构,2020/9/2,现代交换技术,56,网络的各层及其协议的集合，称为网络体系结构。,OSI/RM、TCP/IP、802.X、ATM。,2020/9/2,现代交换技术,57,服务类型,面向连接的通信：建立连接、保持连接和拆除连接,无连接的通信：自寻路方法,2020/9/2,现代交换技术,58,OSI协议网络体系结构,开放系统互连参考模型是由国际标准化组织ISO制定的网络标准，称为OSI标准。 只要遵守OSI ，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵守OSI的其他任何系统进行通信。,2020/9/2,现代交换技术,59,物理层,数据链路层,网络层,传输层,会话层,表示层,应用层,OSI协议七层结构,2020/9/2,现代交换技术,60,物理层,物理层的任务就是为它的上一层提供一个物理连接，以便透明的传送比特流。 在物理层上传送的数据单位是比特。 物理层的规定了四个特性是机械