第3章_交换技术--31

第3章交换技术《现代通信系统》课程2019/12/201第3章交换技术3.1交换技术概述3.2电路交换3.3分组交换3.4ATM交换3.5多标签标记交换（MPLS)3.6软交换3.77号信令2019/12/202交换的含义：在大量的终端用户之间，按所需目的地来互相传递话音、文本、数据、图像等信息。3.1交换技术概述2019/12/203自从1876年Bell.A.G发明电话以来，一个电信系统至少应由终端和传输媒介组成。在电信系统中，只有两个终端的通信称为点对点通信3.1.1交换与通信网终端终端传输媒介电信号电信号消息消息2019/12/204话音数据称连接两个话机的这一对线为一条线路。多个用户如何通信？点对点通信举例3.1.1交换与通信网2019/12/205当存在多个终端时，人们希望其中任意两个终端之间都可以进行点对点通信。以最基本的一种交换——电话交换为例，为了让任意两个用户在需要时都可以进行通话，在用户数很少时，可以采用个个相连的方法。3.1.1交换与通信网2019/12/206(终端=5、线对数=10)无交换的多个终端的通信用户数增多时：用户线数急剧增多；若终端数为n，则线对数为n(n-1)/2（当终端n=100时，线对数=100X(100-1)/2=4950）每个用户如何确定与其他用户通话的问题；每新增加一个用户的处理问题。可靠性高以全互连的方式两两相连。●优点●缺点3.1.1交换与通信网7图1.2多个终端全互连方式连接全互连方式时，若终端数为8，则线对数为C28=8(8-1)/2无交换的多个终端要实现相互间通信，必须以全互连的方式两两相连。2019/12/208当用户数为N时，需要的互连线对数为N(N-1)/2。显然，这种个个互连的方法很不经济，而且操作复杂，当N较大时根本无法实现。引入了交换设备，用户终端只需要一对线对与交换机相连，由交换机控制任意用户之间的接续。3.1.1交换与通信网2019/12/209引入交换的终端间通信用户间通过交换机连接交换机用户线出现交换机，完成各个用户之间的接续100条；；变为5000条)1(21-nnn●优点用户线数大大减少3.1.1交换与通信网2019/12/2010交换：在通信的源和目的终端之间建立通信信道，实现信息传递的过程。交换机：能在任意选定的两条用户线之间建立和（而后）释放一条通信链路。交换概念讨论：如何扩大范围？3.1.1交换与通信网2019/12/2011多个交换节点组成的通信网中继线市话交换机汇接交换机用户交换机3.1.1交换与通信网2019/12/2012交换设备：即交换机，完成交换的功能。终端设备：完成用户消息与电信号的转换，以及电信号的发送和接收。用户线：用户终端设备与交换机之间的线路。中继线：交换机之间的线路。传输设备：完成信号的远距离传输，由用户线、中继线及其他相关传输系统设备构成。通信网：通信网是一种使用交换设备，传输设备，将地理上分散用户终端设备互连起来实现通信和信息交换的系统。通信网三要素：交换设备、传输设备和用户终端设备。几个概念交换设备是通信网的核心，决定了通信网的类型。3.1.1交换与通信网2019/12/2013123456789*8#123456789*8#123456789*8#123456789*8#123456789*8#123456789*8#123456789*8#123456789*8#123456789*8#123456789交换节点能找出接通的各对电话吗？3.1.1交换与通信网2019/12/2014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，疏导本交换区各交换机之间的互通业务。用户交换机，在信令方式上相当于用户电话机。2019/12/2015No.7信令网汇接交换机端局交换机端局交换机端局交换机图1.5传统电话交换网的一般体系结构信令链路语音/数据链路用户环路专门用来传送各交换机之间通信操作和维护信令的数据通信的分组交换网络。用户环路，常以模拟方式传送300-3400Hz话音信号。采用PCM时分复用，每个用户占用64kbit/s带宽，常以2Mbit/s或更高速率的复用群传送话音/数据。通信网的传输设备主要由用户线、中继线以及其他相关传输系统设备构成。2019/12/2016电话通信系统的特点：a.电话通信是一个电话终端对另一个电话终端的通信，因此，它属于点到点通信的范畴。b.电话通信既能把主叫端的电信号传送至被叫端，又能把被叫端的电信号传送至主叫端。因此电话通信属于双向通信。c.在电话通信中，用户通话都需要经过交换设备来连通。•电话交换是电信交换中最基本的一种交换业务3.1.1交换与通信网2019/12/2017电路交换报文交换分组交换帧中继ATM交换IP交换光交换软交换交换方式的发展是随着通信网的发展而发展，不同业务的通信有不同的特点，其交换方式也不同3.1.2交换方式2019/12/201819电路交换LAN交换机LAN面向连接面向连接无连接电信业计算机业分组交换N-ISDN程控交换模拟交换X.25B-ISDN/ATMFR网桥WAN路由器高速路由器路由器IP交换MPLS软交换光交换无连接3.1.2交换方式2019/12/20各种交换方式CTM-CircuitTransferMode(电路传送模式)PTM-PacketTransferMode(分组传送模式)ATM-AsynchronousTransferMode(异步传送模式)IP交换、光交换、软交换多速率电路交换快速电路交换ATM交换帧中继报文交换电路交换分组交换PTMCTM3.1.2交换方式2019/12/2020语音业务与数据业务区别语音业务—电话网—电话通信—电路交换数据业务—数据网—数据通信—分组交换等通信方式通信对象实时性可靠性持续时间电话通信人高低5分钟数据通信计算机低高1-50秒3.1.2交换方式21主要用于电话通信网中，完成电话交换电话通信过程—打电话过程三个阶段建立连接信息传递拆除连接连接：交换机根据被叫号码在主、被叫之间建立的一条专用物理通道。电路交换(CircuitSwitching)3.1.2交换方式2019/12/2022电路交换的基本过程：交换节点A交换节点B交换节点C建立传送释放3.1.2交换方式2019/12/2023电路交换过程N1N3N2N5N4用户A用户B你好！●建立连接阶段●信息传递阶段●拆除连接阶段面向物理连接3.1.2交换方式2019/12/2024电路交换特点面向物理连接信道专用透明传输无差错控制呼损制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。对通信信息不作处理(信令除外)，而是原封不动地传送。在通信的用户间建立专用的物理连接通路。（固定分配带宽）2019/12/20253.1.2交换方式2019/12/20263.1.2交换方式2019/12/202728电路交换技术主要适用于传送和话音相关的业务。3.1.2交换方式2019/12/2029多速率电路交换多速率电路交换（Multi-RateCircuitSwitching，MRCS）是基于传统电路交换的一种改进方式，它可以对不同的业务提供不同的带宽，包括基本速率（例如8kbit/s或64kbit/s）及其整数倍。在节点内部的交换网络及其控制上实现多速率交换的要求，可以采用两种方法：采用多个不同速率的交换网络采用一个统一的多速率交换网络3.1.2交换方式2019/12/2030快速电路交换快速电路交换（FastCircuitSwitching，FCS）是电路交换的又一种形式，是为了克服传统电路交换中固定分配带宽的缺点和提高灵活性而提出的。•只在信息要传送时才分配带宽和有关资源。•在呼叫建立时，要求通路上的交换节点分配并“记忆”所需的带宽和去向，但并不占用该带宽，称之为逻辑连接。•当用户发送信息时，交换机才通过呼叫标识确定并激活该逻辑连接，形成物理连接。3.1.2交换方式2019/12/20报文交换（MessageSwitching）报文：报文交换中信息传递的基本单位公用电信网的电报自动交换是报文交换的典型应用，有的专用数据网也采用报文交换方式。报头正文报尾源地址目的地址用户信息结束标志)！注意：将用户所有信息打包成一个报文3.1.2交换方式2019/12/2031报文交换（MessageSwitching）•基本原理：存储—转发无连接N1N3N2N5N4用户A用户B3.1.2交换方式3233交换节点A交换节点B交换节点C报文报文传输时延存储时延处理与排队时延报文交换的时延3.1.2交换方式2019/12/20报文交换的特点•无连接•信道共享•无呼损•实时性差3.1.2交换方式2019/12/2034？讨论：针对数据通信的特点和要求，如何改进电路交换和报文交换方式来满足数据通信的要求？数据通信特点：•突发性•可靠性高•时延要求不高电路交换信道利用率低，而报文交换实时性差，不满足许多数据通信系统的实时性要求。3.1.2交换方式2019/12/2035•分组交换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。分组交换（PS：PacketSwitching）分组头(标题)地址、信息类型、编号各个包分别独立传输不定长的数据包分组长度可选3.1.2交换方式2019/12/203637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分组1分组2分组3分组5分组4分组1分组2分组3分组5分组4分组交换的时延2019/12/20•数据报(DG：Datagram)方式•虚电路(VC：VirtualCircuit)方式分组交换的两种工作方式3.1.2交换方式2019/12/2038•数据报不需要预先建立逻辑连接，而是按照每个分组头中的目的地址对各个分组独立进行选路。数据报用户AN1N3N2N5N4用户B无连接3.1.2交换方式2019/12/2039虚电路虚电路方式，就是在用户数据传送前先建立端到端之间的虚电路；一旦虚电路建立后，属于同一呼叫的数据分组均沿着这一虚电路传送，呼叫结束后拆除虚电路。注意：虚电路不同于电路交换中的物理连接，而是逻辑连接。面向虚（逻辑）连接用户AN1N3N2N5N4用户B3.1.2交换方式2019/12/2040帧交换（FSFrameSwitching）帧交换是一种帧方式的承载业务，为克服分组交换协议处理复杂的缺点，它简化了协议，其协议栈只有物理层和数据链路层，去掉了三层协议功能，从而加快了处理速度。由于在二层上传送的数据单元为帧，因此称其为帧交换。分组交换、帧交换、帧中继协议处理的不同3.1.2交换方式2019/12/204142帧交换通常的分组交换是基于X.25协议。X.25包含了三层：第一层是物理层，第二层是数据链路层，第三层是分组层，它们分别对应于开放系统互连（OpenSystemInterconnection，OSI）参考模型的下三层，每一层都包含了一组功能。帧交换只有下面两层3.1.2交换方式2019/12/2043帧交换主要特点：•帧交换是在第二层（链路层）进行复用和传送，而不是在分组层。•帧交换将用户面与控制面分离。帧方式是将用户信息流以帧为单位在网络内传送。3.1.2交换方式2019/12/20帧中继（FR:FrameRelay）帧中继与帧交换方式相比，其协议进一步简化，它不仅没有三层协议功能，而且对二层协议也进行了简化。它只保留了二层数据链路层的核心功能,没有了流量控制、重发等功能，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。分组交换、帧交换、帧中继技术特点比较3.1.2交换方式2019/12/2044固定长度的信元信元(cell)只有53个字节(byte)，其中开头5个字节称为信头(cellheader)，其余48个字节为信息域，或称为净荷(payload)。采用很短的信元可