交换原理与技术刘增基vPPT课件

1 第1章绪论 本章教学大纲要求如下 1 基本要求 1 了解交换机在通信网中的地位和作用 2 了解交换技术发展概况 3 了解交换机的组成和各部分的功能 4 了解交换机的主要性能指标 2 重点 难点重点 交换式通信网的优点 交换技术的分类与应用 交换机的组成和性能指标 难点 电路交换与分组交换的具体应用 交换机的组成和各部分的功能 3 说明绪论部分的内容以了解为主 应为后续内容做准备 1 2 通信系统的基本任务 将信息从它的发源地传送到目的地 1 1点对点通信与网络通信 本节从简单的点对点通信入手 引入 交换 的概念 进而给出现代通信网络的组网结构 2 最简单的通信系统是下图所示的点对点通信系统 3 采用全互连方式 即按照构成点对点通信系统的思路 一个多点通信系统的结构如下图所示 方法1采用全互连方式 该方法的缺点 第一 如果端点数为N 则共需N N 1 2条信道 而且每个终端需要有 N 1 个接口 当N很大时 这种结构所需的信道数将按N的平方律增加 其复杂度是不能接受的 第二 全互连结构的信道利用率较低 如何克服全互连方式存在的问题或缺点 3 4 采用如下图所示的星形网络结构 每个终端通过一条信道连接到中心结点 在那里设有交换机 通过交换中心的转接作用 将需要通信的终端连接起来 方法2采用交换机 三类网络元素 用户终端 交换机和用户环路与全互连相比较专用设备与共享设备 4 用户终端 用户终端 用户环路 5 为了扩大覆盖地域 可采用如下图所示的包含多个交换结点的网络结构 在这种网络中 除了用户终端 交换机和用户环路以外 还有一类网络元素 那就是位于交换结点之间的中继线 又称为干线 与用户环路不同 它们不属于用户专用 而是归广大用户共享 按照用户的需求分配使用 因而信道利用率较高 5 多交换机的网络结构 中继线 6 可扩展性 可覆盖更广地域 为更多用户服务可靠性 在端到端之间可提供多条路径经济性 网络资源为众多用户共享 将网络中的设备分为专用和共享带来的好处 采用交换机组网的最大好处是易于构成大型网络 下节中举例说明 6 采用交换机组网带来的好处 7 本节通过实际网络结构举例 说明交换机在通信网中的地位和作用 为了更具一般性 分别以电信网和互联网为例 引入电路交换与分组交换的概念 1 2交换机在通信网中的地位与作用 1 2 1公共交换电信网中的电路交换 传统的公共交换电信网 PSTN 由用户终端 用户环路 交换机和中继线组成 包含本地网和长途网两大部分 它提供的主要业务是电话 所以又称公共电话网 7 8 8 公共交换电信网举例 9 9 公共交换电信网举例 10 关于各种交换机的名称和作用 用户交换机 市话交换机 长途交换机 关于各种线路的名称和作用 用户线 中继线 长途线 PSTN电信网的特点 1 转接式网络 端到端一般要经过交换机多次转接 2 采用的交换方式是电路交换 网络根据用户的请求提供端到端的连接通路 3 通信全过程分为建立连接 用户信息传送 释放连接三个阶段 4 连接控制依靠信令系统完成 PSTN的发展方向 简化网络层次结构 提供综合业务 电信网络是支撑电话 移动电话和互联网技术发展的基础设施之一 电信网络实现的关键技术是交换技术 10 公共交换电信网说明 11 互联网 INTERNET 是一种通过路由器将多个物理网络互连起来的逻辑上统一的计算机网络 从通信业务的角度看 互联网是一种数据通信网 它可以支持E mail FTP WWW等多种应用 被互联的网络 通常称为互联网的子网 它们既可以是同类的 也可以是异质的 结合原理图讲 1 2 2互联网中的分组交换 互联网的原理结构 11 12 12 互联网中的路由器 13 分组交换 互联网采用基于异步时分复用的分组交换 其中所有信息均以分组 Packet 为单位进行传送 分组长度和分组间隔均可变 路由器实际上是一种分组交换机 它的主要功能是实现分组的 存储转发 每个路由器首先存储输入的分组 然后根据其头部所含的地址信息选路 将分组转发到适当的输出端口 并通过相应的输出链路发送给下游的路由器 路由器分为核心路由器 边缘路由器和接入路由器 前两者构成互联网的核心网 又称骨干网 后者是各种接入网 如局域网 与核心网的接口 链路 在核心网内连接各路由器的中继电路 称为链路 这些链路可能是专用线 也可能是由物理承载网络 如光网络 提供的传输通道 核心网内采用统一的网络协议工作 这就是著名的IP协议 各种接入网内可能采用不同的通信协议 因此接入路由器可能要实现协议的转换 互联网的主要特点 13 14 多业务互联网支持的业务是计算机数据 从前只需提供尽力而为 BestEffort 的服务 随着互联网应用范围的不断扩大 它不仅要支持传统的数据业务 而且要支持分组话音 视频及多媒体业务 于是人们对互联网提出了更高的要求 要求它提供服务质量 QoS 的保证 此外 互联网的业务量也在不断的急剧增长 因此互联网的发展方向是宽带化 高速化 宽带化光纤波分复用 WDM 技术的成熟解决了宽带传输的问题 于是路由器成为网络宽带化的瓶颈 近年来高速路由器成为网络发展的热点 继Gb s级路由器之后 Tb s级路由器也已问世 这些高速路由器的共同特点是采用了快速分组交换技术 所以 今天的互联网已经是一个巨大的采用宽带传输和高速分组交换的国际性网络 14 互联网的发展 15 本节首先从三个方面对交换技术的发展作简单概述 然后介绍几种交换技术及其应用 1 3交换技术发展概述 交换的信号 模拟到数字 控制技术 人工 布线逻辑控制到存储程序控制 程控 交换机制 电路交换 分组交换 1 交换技术的发展概况 15 16 电路交换 电路交换的功能 按照要求将指定的输入端口与输出端口接通 演进过程 人工交换机 步进制交换机 纵横制交换机 程控交换机 2 交换技术的演进 分组交换 分组交换的功能 分组选路与存储转发 面向连接型的分组交换 虚电路 X 25 非连接型的分组交换 数据报 IP 演进过程 传统分组交换 快速分组交换 16 17 快速分组交换快速分组交换 FPS 仍然是存储转发式交换 但采取以下措施减小分组的转发时延 1 简化网络协议 尽量通过硬件实现分组的转发处理 2 大大提高端口及相应链路的传输速率 3 采用固定长度的小分组 信元 典型例子是ATM 基于信元的异步时分复用 面向连接的快速分组交换 标记交换标记交换是ATM与IP技术融合的产物 其基本思想是 在数据分组头的前面附加一个短的固定长度的标记 在骨干网内不是依据分组头部的地址信息 而是依据这个标记来进行分组的路由和转发 17 18 电路型交换 基本速率 64k 电路交换宽带 高速 电路交换分组型交换 报文交换 MessageSwitching 分组交换 PacketSwitching 快速分组交换 FPS 帧中继 新一代 局域网交换交换新技术 软交换技术光交换技术 主要交换方式 18 19 一般组成交换机一般包含三大部分 接口 交换网络和控制器 1 4交换机的一般组成与各部分的功能 19 20 交换网络 SwitchingFabrics 执行交换机的传送面功能 实际的交换网络可能是单个N N的Crossbar交换单元 也可能是由许多交换单元组成的多级交换网络 对于分组型的交换网络 在交换单元中设有缓冲器 控制器 Controller 执行交换机的控制面功能 控制器的基本任务是控制上述交换网络各开关的状态 对于面向连接的交换方式 它必须具有信令功能 即接收 处理 和发送信令 以实现呼叫连接控制的全过程 包括连接的建立 维持和释放 对于非连接的交换方式 它的基本功能是实现路由控制 包括路由表的建立和更新 路由表的查找 路由协议的实现等 接口 Interfaces 是交换机与各种传输链路 用户线 中继线 的界面 是交换机对外服务的窗口 交换机各部分的功能 20 21 1什么是程控交换机 优越性 程控交换机可否是模拟交换机 为什么 问题讨论 21 22 本节首先给出交换机的主要性能指标 然后简要说明各指标的含义 最后对电路交换机的指标体系做进一步说明 1 5交换机的主要性能指标 交换容量 吞吐量 信息转发能力 话路数 阻塞率 呼损 分组的丢失率 时延 传输 转发 差错率 比特