数字通信基础 ch6_数据交换技术

1、第6章 数据交换技术 1.1.定义定义 直接进入目录直接进入目录 数据交换技术是实现远距离多节点数据通数据交换技术是实现远距离多节点数据通信必须依靠的技术。信必须依靠的技术。 在通信网中，当有多个用户之间进行通信在通信网中，当有多个用户之间进行通信时，就要考虑如何把它们连接起来，使一时，就要考虑如何把它们连接起来，使一对一的通信成为可能。这种技术可把数据对一的通信成为可能。这种技术可把数据信号从一个节点传向另一个节点，直至到信号从一个节点传向另一个节点，直至到达目的地。达目的地。 2.解决方案 方案一方案一 在每对设备之间安装一条点到点的链在每对设备之间安装一条点到点的链路路( (网状拓扑结构

2、网状拓扑结构) )，或者在一个中心设备，或者在一个中心设备和每个其他设备之间设置一条点到点的链和每个其他设备之间设置一条点到点的链路路( (星型拓扑结构星型拓扑结构) )。( (成本高，线路利用率成本高，线路利用率低低 ) ) 方案二方案二 将各个用户终端通过一个具有交换功将各个用户终端通过一个具有交换功能的网络连接起来，使得接入该网络的两能的网络连接起来，使得接入该网络的两个用户终端由网络来实现必需的交换操作。个用户终端由网络来实现必需的交换操作。 原理图 优缺点优缺点 线路利用率高线路利用率高 有时延有时延 如果有多个用户同时进行通信，还可能出如果有多个用户同时进行通信，还可能出现由于争用

3、线路而引起的现由于争用线路而引起的“阻塞阻塞”和和“拥拥挤挤”现象。现象。 常用交换方法 电路交换电路交换 报文交换报文交换 数据报数据报 分组交换分组交换 虚电路虚电路 帧中继帧中继 高速分组交换高速分组交换 ATMATM第6章 数据交换技术 6.1 6.1 电路交换方式电路交换方式 6.2 6.2 报文交换方式报文交换方式 6.3 6.3 分组交换方式分组交换方式 6.4 6.4 帧中继帧中继 6.5 6.5 ATMATM技术技术 6.1 6.1 电路交换方式电路交换方式 电路交换（电路交换（Circuit SwitchingCircuit Switching）也称为）也称为线路交换，是一

4、种直接的交换方式。线路交换，是一种直接的交换方式。 建立一条专用的传输通道，建立一条专用的传输通道，( (物理通道又可物理通道又可以是逻辑通道以是逻辑通道) )（使用时分或频分复用技（使用时分或频分复用技术）。术）。 进行数据通信。进行数据通信。 6.1 6.1 电路交换方式电路交换方式 6.1.1 6.1.1 电路交换原理电路交换原理 6.1.2 6.1.2 电路交换机电路交换机 6.1.3 6.1.3 电路交换机特性分析电路交换机特性分析 6.1.1 6.1.1 电路交换原理电路交换原理 1. 1. 电路建立阶段电路建立阶段 2. 2. 数据传送阶段数据传送阶段 3. 3. 电路拆除阶段电

5、路拆除阶段 图6.2所示为电路交换网络的例子。 6.1.2 6.1.2 电路交换机电路交换机 电路交换机是实现电路交换的主要设备，电路交换机是实现电路交换的主要设备，它由交换电路和控制电路两部分组成。它由交换电路和控制电路两部分组成。 交换电路的作用是完成相应电路的连接，交换电路的作用是完成相应电路的连接，在主叫用户和被叫用户之间建立一条传输在主叫用户和被叫用户之间建立一条传输通路；通路； 控制部分的主要功用是根据主叫用户的选控制部分的主要功用是根据主叫用户的选线信号来控制交换电路完成接续。线信号来控制交换电路完成接续。 电路交换机按照电路接续方式的不同，有电路交换机按照电路接续方式的不同，有

6、空分交换机和时分交换机空分交换机和时分交换机。 1. 1. 空分交换机空分交换机 空分电路交换是采用所谓空间交换。在空空分电路交换是采用所谓空间交换。在空分交换机中，电路中的每条路径在空间上分交换机中，电路中的每条路径在空间上和其他路径区分开，这项技术原来是设计和其他路径区分开，这项技术原来是设计使用在模拟网络中，但是目前它被同时使使用在模拟网络中，但是目前它被同时使用在模拟和数字网络中。用在模拟和数字网络中。 这是一项古老而成熟的技术。在发展过程这是一项古老而成熟的技术。在发展过程中出现了许多设计方案，如纵横制交换机中出现了许多设计方案，如纵横制交换机和多级交换机。和多级交换机。 （1 1）

7、纵横制交换机）纵横制交换机 纵横制交换机是由矩阵开关组成，在矩阵纵横制交换机是由矩阵开关组成，在矩阵的每一个交叉点上都有一个电子开关，一的每一个交叉点上都有一个电子开关，一个个n n个输入和个输入和m m个输出的矩阵开关如图个输出的矩阵开关如图6.36.3所所示。示。 使用纵横制连接使用纵横制连接n n个输入和个输入和m m个输出需要个输出需要n n m m个纵横交叉点。个纵横交叉点。 （2 2）多级交换机）多级交换机 把多个纵横制交换机串联起来组合成若干个级联把多个纵横制交换机串联起来组合成若干个级联的多级交换机。的多级交换机。 多级交换机的结构设计多级交换机的结构设计 1 1）在多级交换中

8、，终端设备先连接到交）在多级交换中，终端设备先连接到交换机中，然后将这个交换机的输出再连接到其他换机中，然后将这个交换机的输出再连接到其他交换机的输入端，最后一级的输出端用来连接终交换机的输入端，最后一级的输出端用来连接终端。端。 2 2）多级交换机的设计取决于级联的数目）多级交换机的设计取决于级联的数目和在每个级联所需要和在每个级联所需要( (或想要或想要) )的交换机数量。通的交换机数量。通常中间级联的交换机数目比第一级和最后一级少。常中间级联的交换机数目比第一级和最后一级少。 多级交换机设计规则 输入级输入级 （1 1）交换机数）交换机数交换机输入端数交换机输入端数= =n n （2 2

9、）输入交换机输出端）输入交换机输出端= =中间交换机数中间交换机数 输出级输出级 （1 1）交换机数）交换机数交换机输出端数交换机输出端数= =m m （2 2）输出交换机输入端）输出交换机输入端= =中间交换机数中间交换机数 中间级中间级 （1 1）数量）数量 输入交换机数输入交换机数( (或输出交换机数或输出交换机数) ) （2 2）输入端数）输入端数= =输入交换机数输入交换机数 （3 3）输出端数）输出端数= =输出交换机数输出交换机数 例：设计一个例：设计一个32 32 3232的多级交换机。的多级交换机。 2. 2. 时分交换机时分交换机 时分电路交换采用的是时分多路复用原理，时分

10、电路交换采用的是时分多路复用原理，即在一条公用通信线路上，多个终端在即在一条公用通信线路上，多个终端在l l帧帧的时间内，分别占用一定的时隙，用户信的时间内，分别占用一定的时隙，用户信号的传输在时间上是不连续的，但只要满号的传输在时间上是不连续的，但只要满足取样定理要求，就可进行正常通信。足取样定理要求，就可进行正常通信。 （1 1）两种实现方法）两种实现方法 图6.5 两种时分复用技术 说明：说明： （1 1）图）图a a按顺序交换，实现容易。按顺序交换，实现容易。 （2 2）图）图b b插入一个时间片交换（插入一个时间片交换（TSITSI）设备。）设备。TSITSI根据要求，改变了传送数据

11、的顺序。如根据要求，改变了传送数据的顺序。如图所示，输入顺序是图所示，输入顺序是1 1、2 2、3 3、4 4，经过，经过TSITSI 后的输出顺序为后的输出顺序为3 3、4 4、1 1、2 2。因而，使数。因而，使数据达到了交换的目的。据达到了交换的目的。 （2 2）TSITSI的工作原理的工作原理 它由若干个随机存储器它由若干个随机存储器RAMRAM和交换开关组成。和交换开关组成。RAMRAM的大小和单个输入端每个时间片输入数的大小和单个输入端每个时间片输入数据的大小相等。而据的大小相等。而RAMRAM的数量等于交换系统的数量等于交换系统输入通道的数量。输入通道的数量。RAMRAM按照收到

12、的顺序填满按照收到的顺序填满各自的存储空间（由顺序控制开关控制）。各自的存储空间（由顺序控制开关控制）。然后，再按照选择控制开关控制的顺序输然后，再按照选择控制开关控制的顺序输出。出。 3. 3. 时分和空分混合交换机时分和空分混合交换机 （1 1）问题的提出）问题的提出 空分交换的优点是实时性。它的缺点是当用户数量多空分交换的优点是实时性。它的缺点是当用户数量多时需要的纵横交叉点太多。时需要的纵横交叉点太多。 时分交换的优点不需要任何纵横交叉点。它的缺点是时分交换的优点不需要任何纵横交叉点。它的缺点是处理每个连接时会引入时延。而且每个时间片的数据都必处理每个连接时会引入时延。而且每个时间片的

13、数据都必须先存放在须先存放在RAMRAM中，然后在取出和处理。中，然后在取出和处理。因此，人们又提出一种把二者结合起来的方案，这就是时因此，人们又提出一种把二者结合起来的方案，这就是时分和空分混合交换机。该交换机的特点是把时分交换技术分和空分混合交换机。该交换机的特点是把时分交换技术和空分交换技术结合起来。这种技术的交换机在物理上和空分交换技术结合起来。这种技术的交换机在物理上( (纵横交叉点的数目纵横交叉点的数目) )和时间上和时间上( (时延时延) )都是最优化的。都是最优化的。 （2 2）分类）分类 时时空空时时( (TST)TST) 时时空空空空时时( (TSST)TSST) 空空时时

14、时时空空( (STTS)STTS) 或其他组合。或其他组合。 （3 3）简单的简单的TSTTST交换机交换机 这个交换机由两个时间级和一个空间级组成，并这个交换机由两个时间级和一个空间级组成，并有有1212个输入和个输入和1212个输出。在此系统中，它将输入个输出。在此系统中，它将输入划分为三个组划分为三个组( (每四个输入一组每四个输入一组) )，同时将它们引，同时将它们引入到入到3 3个时分交换电路中。这种方法的结果是平均个时分交换电路中。这种方法的结果是平均时延只有使用一个时分交换电路来处理所有时延只有使用一个时分交换电路来处理所有1212个个输入的三分之一。输入的三分之一。 最后一级是

15、第一级的镜像。中间级是一个空分最后一级是第一级的镜像。中间级是一个空分交换机交换机( (纵横开关纵横开关) )，它将，它将TSITSI组连接在一起，允许组连接在一起，允许所有可能的从输入到输出的连接方式所有可能的从输入到输出的连接方式( (如连接第一如连接第一组的输入组的输入3 3到第二组的输出到第二组的输出7)7)。 （3 3）简单的简单的TSTTST交换机交换机 6.1.3 6.1.3 电路交换机特性分析电路交换机特性分析 （1 1）电路交换的优点）电路交换的优点 信息传输延迟时间短。信息传输延迟时间短。数据交换过程中，数据交换过程中，只有电路建立阶段延迟和数据传输阶段线路的传只有电路建立

16、阶段延迟和数据传输阶段线路的传播延迟，因此数据传输的延迟时间短，实时传输播延迟，因此数据传输的延迟时间短，实时传输性能比较好。性能比较好。 信息传输效率较高信息传输效率较高。这是因为交换机对用。这是因为交换机对用户的数据信息不进行存储、分析和处理，所以交户的数据信息不进行存储、分析和处理，所以交换机在处理方面的开销比较小，对用户的数据信换机在处理方面的开销比较小，对用户的数据信息不需要附加许多用于控制的信息。息不需要附加许多用于控制的信息。 对用户提供对用户提供“透明透明”传输通路传输通路。这是因为。这是因为传输信息的编码方法和信息格式不受限制，故网传输信息的编码方法和信息格式不受限制，故网络

17、对于用户是透明的。络对于用户是透明的。 （2 2）电路交换的缺点）电路交换的缺点 电路接续时间较长。电路接续时间较长。 电路利用率低。电路利用率低。 不同类型的终端不同类型的终端( (终端的数据速率、代码格式、通终端的数据速率、代码格式、通信协议等不同信协议等不同) )不能相互通信。不能相互通信。 有呼损。有呼损。 差错率高。差错率高。 电路交换方式较适合于传输信息量大，通信对象比较确定电路交换方式较适合于传输信息量大，通信对象比较确定的用户。的用户。 6.2 6.2 报文交换方式报文交换方式 报文交换是一种完全不同于电路交换的通信方法。 在这种交换方式中, 两个端点之间无需建立专用的信道。如

18、果一个端点想要发送报文(数据传输单位), 则需要把目的端地址添加在报文中一起发送出去。 报文交换在20世纪60年代和70年代是十分常用的。它主要的用途是为非智能设备提供高性能服务(如延迟传输，广播)。 6.2 6.2 报文交换方式报文交换方式 6.2.1 6.2.1 报文交换原理报文交换原理 6.2.2 6.2.2 报文交换的优缺点报文交换的优缺点 6.2.1 6.2.1 报文交换原理报文交换原理 1. 1. 报文交换过程报文交换过程 报文交换方式的基本思想是报文交换方式的基本思想是“存储存储转发转发”交换方式的一种。在这种方式中，一个节交换方式的一种。在这种方式中，一个节点接收一个报文，把它

19、存储在交换机的存点接收一个报文，把它存储在交换机的存储器中（内存或外存），直到合适的路径储器中（内存或外存），直到合适的路径处于空闲状态，然后沿这条路径将它发送处于空闲状态，然后沿这条路径将它发送出去。由于在一次报文的接收方和发送方出去。由于在一次报文的接收方和发送方之间不存在直接的链路，因此存储之间不存在直接的链路，因此存储转发转发被认为是一种交换技术。被认为是一种交换技术。 例子例子 例如在图例如在图6.86.8中，信息报文从中，信息报文从DTEDTE数据终端数据终端设备设备A A传到传到D D，可以是图中所示的路线，可以是图中所示的路线，A124DA124D也可以是另外的路线，如，也可以

20、是另外的路线，如，A134DA134D，或者是，或者是A1234DA1234D，到底走哪一条路线，完全根据当时线路的到底走哪一条路线，完全根据当时线路的忙忙/ /闲情况（通常称做线路的权值）来决定。闲情况（通常称做线路的权值）来决定。 报文交换机报文交换机 图图6.9 报文交换机报文交换机 报文交换的过程如下报文交换的过程如下： (1)(1)通信控制器探询各条输入用户线路，若某通信控制器探询各条输入用户线路，若某条用户线路有报文输入，则向中央处理机发出中条用户线路有报文输入，则向中央处理机发出中断请求，并逐字把报文送入内存储器；断请求，并逐字把报文送入内存储器； (2)(2)收到报文结束标志后

21、，中央处理机对报文收到报文结束标志后，中央处理机对报文进行处理，例如分析报头，判别和确定路由，登进行处理，例如分析报头，判别和确定路由，登录输出排队表等；录输出排队表等； (3)(3)将报文转移到外部大容量存储器，等待一将报文转移到外部大容量存储器，等待一条空闲输出线路；条空闲输出线路； (4)(4)等到线路空闲，把报文从外存储器调入内等到线路空闲，把报文从外存储器调入内存储器，经通信控制器向线路发出去。存储器，经通信控制器向线路发出去。 2. 报文格式 6.2.2 6.2.2 报文交换的优缺点报文交换的优缺点 与电路交换方式相比，报文交换方式具有如下优点与电路交换方式相比，报文交换方式具有如

22、下优点: :（1 1）线路利用率高。）线路利用率高。 因为节点之间的信道可被报文所共享。因为节点之间的信道可被报文所共享。 这样这样, , 对相同的流量要求对相同的流量要求, , 所需的总传输容量要小些。所需的总传输容量要小些。 （2 2）接收者和发送者无需同时工作）接收者和发送者无需同时工作, , 当接收者处于当接收者处于“忙忙”时时, , 中间节点可将报文暂时存储起来。中间节点可将报文暂时存储起来。 （3 3）当流量加大时）当流量加大时, , 在电路交换网络中可能导致一些呼叫被阻在电路交换网络中可能导致一些呼叫被阻塞塞; ; 而在报文交换网络中而在报文交换网络中, , 报文仍然可以接收报文

23、仍然可以接收, , 但延时会增加。但延时会增加。（4 4）报文交换系统可同时向多个目的站发送同一报文。）报文交换系统可同时向多个目的站发送同一报文。 这种功能在这种功能在电路交换方式中是难以实现的。电路交换方式中是难以实现的。（5 5）可以建立报文传输的优先级。）可以建立报文传输的优先级。（6 6）能够在网络上实现报文的差错控制和纠错处理。）能够在网络上实现报文的差错控制和纠错处理。（7 7）报文交换网络可以进行传输速率和代码格式的转换）报文交换网络可以进行传输速率和代码格式的转换, , 使两使两个传输速率不同且数据格式相异的端点可相互连接。个传输速率不同且数据格式相异的端点可相互连接。（8

24、8）发送给未准备好终端的报文可以被暂时存储下来）发送给未准备好终端的报文可以被暂时存储下来, , 或者转或者转发给其它终端。发给其它终端。 报文交换方式的主要缺点 是不适于实时通信或交互式通信, 网络的延时比较长, 波动范围比较大。所以, 它不能用来传输声音或图像信号, 也不适用于交互式通信。 报文交换设备费用高。其高费用主要表现在报文交换机具有高速处理能力和大的缓冲存储器容量。 报文交换适用于公众电报和电子信箱业务，报文交换适用于公众电报和电子信箱业务，不适合实时通信。不适合实时通信。报文交互方式在早期的报文交互方式在早期的广域网中也有应用。但是，在现代网络中，广域网中也有应用。但是，在现代

25、网络中，很少采用。很少采用。 6.3 6.3 分组交换方式分组交换方式 问题的提出问题的提出电路交换电路交换虽然实时性好，但它对于短报文通信效率低，电路利用率低，虽然实时性好，但它对于短报文通信效率低，电路利用率低，且不利于不同类型终端相互通信；且不利于不同类型终端相互通信；报文交换报文交换虽能解决电路交换的缺点，但又不满足数据在实时情况下的虽能解决电路交换的缺点，但又不满足数据在实时情况下的通信。通信。随着计算机的广泛应用，要求数据交换能适应不同速率的交换，接续随着计算机的广泛应用，要求数据交换能适应不同速率的交换，接续时间短，实时性好，传输准确性高，且不同类型终端可相互通信。为时间短，实时

26、性好，传输准确性高，且不同类型终端可相互通信。为此，提出了分组交换技术。此，提出了分组交换技术。分组交换综合了电路交换和报文交换的优点，并使分组交换综合了电路交换和报文交换的优点，并使两者的缺点得以相两者的缺点得以相互抵消。互抵消。分组交换方式也属于存储一转发交换方式，但它不是以报文为单位进分组交换方式也属于存储一转发交换方式，但它不是以报文为单位进行交换，而是把报文分组，以短的、格式化的离散报文为单位进行交行交换，而是把报文分组，以短的、格式化的离散报文为单位进行交换和传输。这些单元是大小可变的数据块，称为包。包的最大长度由换和传输。这些单元是大小可变的数据块，称为包。包的最大长度由网络决定

27、。网络决定。分组交换方式分组交换方式是目前网络中应用最多的方法。是目前网络中应用最多的方法。 6.3 6.3 分组交换方式分组交换方式 6.3.1 6.3.1 分组基本格式及长度选取分组基本格式及长度选取 6.3.2 6.3.2 分组交换原理分组交换原理 6.3.3 6.3.3 数据报数据报 6.3.4 6.3.4 虚电路虚电路 6.3.5 6.3.5 分组交换的分组交换的优缺点优缺点 6.3.16.3.1 分组基本格式及长度选取分组基本格式及长度选取 帧格式帧格式 F F 分组开始和结束的字段。分组开始和结束的字段。 A A 地址字段，包括目的地址、源地址。地址字段，包括目的地址、源地址。

28、C C 控制类型的字段。控制类型的字段。 I I 信息字段。信息字段。 FCS FCS 是是CRCCRC循环冗余检验码，它提供分组内各节点检错的循环冗余检验码，它提供分组内各节点检错的 检错码，检错码， 分组长度分组长度 CCITTCCITT规定：分组长度以规定：分组长度以1616字节到字节到40964096字节字节之间的之间的2 2n n字节为标准分组长度，一般选用分字节为标准分组长度，一般选用分组长度为组长度为128128字节，不超过字节，不超过256256字节字节( (不包括不包括组头组头) )。分组头长度为。分组头长度为3 31010字节。字节。 6.3.2 6.3.2 分组交换原理分

29、组交换原理 1. 1. 分组交换工作过程分组交换工作过程 6.3.2 6.3.2 分组交换原理分组交换原理 1. 1. 分组交换工作过程分组交换工作过程 6.3.2 6.3.2 分组交换原理分组交换原理 1. 1. 分组交换工作过程分组交换工作过程 6.3.2 6.3.2 分组交换原理分组交换原理 1. 1. 分组交换工作过程分组交换工作过程 6.3.2 6.3.2 分组交换原理分组交换原理 1. 1. 分组交换工作过程分组交换工作过程 6.3.2 6.3.2 分组交换原理分组交换原理 1. 1. 分组交换工作过程分组交换工作过程 分组交换方式分类分组交换方式分类 数据报数据报( (Data

30、gramData gram) ) 虚电路虚电路( (Virtual CircuitVirtual Circuit，VCVC) )。 6.3.3 6.3.3 数据报数据报 数据报与报文交换方式类似，只不过把报文分成数据报与报文交换方式类似，只不过把报文分成若干个分组。分组的长度由网络决定。若干个分组。分组的长度由网络决定。 在数据报方式中，每个分组独立地进行处理，与在数据报方式中，每个分组独立地进行处理，与报文交换方式中对每个报文独立处理一样。报文交换方式中对每个报文独立处理一样。 但是，由于网络的中间交换机对每个分组可能选但是，由于网络的中间交换机对每个分组可能选择不同的路由，因此各分组到达目

31、的终端时可能择不同的路由，因此各分组到达目的终端时可能不是按发送的顺序到达，这就要求目的终端必须不是按发送的顺序到达，这就要求目的终端必须设法把它们按顺序重新排列。设法把它们按顺序重新排列。 由于此种方式不需要事先建立一个连接线路，因由于此种方式不需要事先建立一个连接线路，因此数据报方式属于无连接服务方式。此数据报方式属于无连接服务方式。 6.3.3 6.3.3 数据报数据报 图图6.136.13所示为从数据终端所示为从数据终端A A传送到数据终端传送到数据终端H H的示意图。的示意图。 数据分组数据分组1 1、2 2、3 3、4 4的路径分别如下：的路径分别如下： 分组分组1 1，ABCEG

32、HABCEGH； 分组分组2 2，ABDFGHABDFGH； 分组分组3 3，ABCDFGHABCDFGH； 分组分组4 4，ABCFGHABCFGH。 另外，数据报方法除了上述一个信号源的另外，数据报方法除了上述一个信号源的信号可以沿着不同信道传输以外，每条信信号可以沿着不同信道传输以外，每条信道都可以采用多路复用方法，同时传送几道都可以采用多路复用方法，同时传送几个不同信号源的信号。个不同信号源的信号。 复用方法即可以是频分多路复用复用方法即可以是频分多路复用FDMFDM，也可，也可以是时分多路复用以是时分多路复用TDMTDM，如图，如图6.146.14所示。所示。 6.3.4 6.3.4

33、 虚电路虚电路 在虚电路方式中，在发送任何分组之前，在虚电路方式中，在发送任何分组之前，需先建立一条逻辑连接需先建立一条逻辑连接( (虚电路虚电路) )，即在发，即在发送终端和目的终端之间的各个节点上事先送终端和目的终端之间的各个节点上事先选定一条网络路由；然后两终端便可以在选定一条网络路由；然后两终端便可以在这条逻辑连接这条逻辑连接( (虚电路虚电路) )上交换数据。上交换数据。 在虚电路在虚电路(Virtual Circuit)(Virtual Circuit)方式中方式中, , 数据数据传输过程与电路交换方式类似传输过程与电路交换方式类似, , 也是分成也是分成三个阶段：三个阶段：建立连

34、接、数据传输和拆除连建立连接、数据传输和拆除连接。接。 1. 1. 建立连接建立连接 源端在发送数据分组之前源端在发送数据分组之前, , 首先使用首先使用建立连接请求分组建立一条逻辑连接，网建立连接请求分组建立一条逻辑连接，网络中间节点将根据该请求在源端和目的端络中间节点将根据该请求在源端和目的端之间预先选择一条传输路径。由于该路径之间预先选择一条传输路径。由于该路径上的各段线路是共享的，并非独占的，因上的各段线路是共享的，并非独占的，因此，这种逻辑连接称为虚电路。此，这种逻辑连接称为虚电路。 2. 2. 数据传输数据传输 当虚电路建立起来后，源端和目的端之当虚电路建立起来后，源端和目的端之间

35、便可以在这条虚电路上交换数据间便可以在这条虚电路上交换数据, ,并并且每且每个数据分组中都必须包含一个虚电路标识个数据分组中都必须包含一个虚电路标识符，用于标识这个虚电路。符，用于标识这个虚电路。 由于虚电路的传输路径是预先选择好由于虚电路的传输路径是预先选择好的，因此，每个中间节点只要根据虚电路的，因此，每个中间节点只要根据虚电路标识符都能查找到相应的路径来传输这些标识符都能查找到相应的路径来传输这些数据分组数据分组, , 而无需重新选择路由。而无需重新选择路由。 3. 3. 拆除连接拆除连接 当数据传输完毕后当数据传输完毕后, , 其中的任一个端点都其中的任一个端点都可以发出拆除连接请求分

36、组，终止这个虚可以发出拆除连接请求分组，终止这个虚电路。电路。 虚电路分类虚电路分类 （1 1）永久虚电路永久虚电路（PVCPVC，Perpetual Perpetual Virtual CircuitVirtual Circuit） （2 2）交换虚电路交换虚电路( (SVCSVC，Switching Switching Virtual Circuit)Virtual Circuit) （1 1）永久虚电路）永久虚电路 永久虚电路是由网络而不是由用户建立永久虚电路是由网络而不是由用户建立和清除的虚电路，用户之间的通信直接进和清除的虚电路，用户之间的通信直接进人数据传输阶段，就好像使用一条专线

37、一人数据传输阶段，就好像使用一条专线一样，如图样，如图6.156.15所示。所示。 （2 2）交换虚电路交换虚电路 交换虚电路是由用户呼叫建立和清除的虚交换虚电路是由用户呼叫建立和清除的虚电路。用户在通信之前，必须先建立虚电电路。用户在通信之前，必须先建立虚电路，然后进行通信，通信完毕后，用户清路，然后进行通信，通信完毕后，用户清除虚电路，如图除虚电路，如图6.166.16所示。所示。 图6.16 交换虚电路 图6.16 交换虚电路 6.3.5 6.3.5 分组交换的分组交换的优缺点优缺点 1. 1. 分组交换的优点分组交换的优点 (1)(1) 传输质量高。传输质量高。 分组交换方式具有差错控

38、制功能，误码率在分组交换方式具有差错控制功能，误码率在1010- -1010以下。以下。 (2)(2) 可靠性高。可靠性高。 (3)(3) 为不同种类的终端相互通信提供方便。为不同种类的终端相互通信提供方便。 (4)(4) 能够满足通信实时性要求。能够满足通信实时性要求。 (5)(5) 可实现分组多路通信。可实现分组多路通信。 (6)(6) 经济性好。经济性好。 (7)(7)对用户终端的适应性强。对用户终端的适应性强。 2. 2. 分组交换方式的缺点分组交换方式的缺点 (1)(1) 对长报文通信的传输效率较低。对长报文通信的传输效率较低。 这是由于传输分组时需交换机有一定的开销，这这是由于传输

39、分组时需交换机有一定的开销，这使网络附加的传输信息较多，报文越长，使网络附加的传输信息较多，报文越长， 附加信息越多，传输效率就低。一般来说，对于附加信息越多，传输效率就低。一般来说，对于长报文，分组交换的传输效率不如电路交换和报长报文，分组交换的传输效率不如电路交换和报文交换高。文交换高。 （2 2）实现技术复杂）实现技术复杂，要求交换机有较高的处理能要求交换机有较高的处理能力。力。 6.4 6.4 帧中继帧中继 帧中继帧中继( (Frame RelayFrame Relay，FRFR) )就是一种减少结就是一种减少结点处理时间的技术。点处理时间的技术。 帧中继的原理很简单。当帧中继交换机收

40、帧中继的原理很简单。当帧中继交换机收到一个帧的首部时，到一个帧的首部时，。因此在帧中继。因此在帧中继网络中，一个帧的处理时间比网络中，一个帧的处理时间比X.25X.25网约减网约减少一个数量级。少一个数量级。 这种传输数据的帧中继方式也称为这种传输数据的帧中继方式也称为X.25X.25的的 6.4 6.4 帧中继帧中继 6.4.1 6.4.1 帧中继的工作原理帧中继的工作原理 6.4.2 6.4.2 帧中继的特点帧中继的特点 6.4.1 6.4.1 帧中继的工作原理帧中继的工作原理 帧中继是快速分组技术帧方式的一种，是分组技术的升级帧中继是快速分组技术帧方式的一种，是分组技术的升级技术。技术。

41、 快速分组交换快速分组交换(Fast Packet Switching,FPS)(Fast Packet Switching,FPS)的目标是通的目标是通过简化通信协议来减少中间节点对分组的处理，以获得高过简化通信协议来减少中间节点对分组的处理，以获得高的分组吞吐量和小的分组传输时延。的分组吞吐量和小的分组传输时延。 帧方式是在开放系统互连帧方式是在开放系统互连(OSI)(OSI)参考模型的第二层，由于参考模型的第二层，由于数据链路层数据单元一般称作帧，故称为帧方式。数据链路层数据单元一般称作帧，故称为帧方式。 帧方式包括帧方式包括帧交换和帧中继帧交换和帧中继两种类型，帧中继交换机两种类型，帧

42、中继交换机对用对用户数据帧基本不作处理，户数据帧基本不作处理，只进行检测，但不纠错，而且省只进行检测，但不纠错，而且省去流量控制等功能，这些功能由终端来完成。而帧交换却去流量控制等功能，这些功能由终端来完成。而帧交换却保留有差错控制和流量控制等功能保留有差错控制和流量控制等功能。因此，。因此，帧中继比帧交帧中继比帧交换更简化，传输效率更高，所以得到了更广泛的应用换更简化，传输效率更高，所以得到了更广泛的应用。 1. 1. 帧中继的体系结构帧中继的体系结构 图图6.176.17表示帧中继的体系结构。它包括两表示帧中继的体系结构。它包括两个操作平面。个操作平面。 控制平面控制平面( (即即C C平

43、面平面) ) 用于建立和释放逻辑连接，用于建立和释放逻辑连接，其协议在用户和网络之间操作。其协议在用户和网络之间操作。 用户平面用户平面( (即即U U平面平面) ) 用于传送用户数据和管理信用于传送用户数据和管理信息，其协议提供端到端的功能。息，其协议提供端到端的功能。 2. 2. 帧中继格式帧中继格式 2. 2. 帧中继格式帧中继格式 用来表明帧开始和用来表明帧开始和结束，规定其编码结束，规定其编码为为0111111001111110。 2. 2. 帧中继格式帧中继格式 其长度是可变的，最多可其长度是可变的，最多可40964096字节。字节。具有透明性具有透明性 2. 帧中继格式帧中继格式

44、 该字段的长度为该字段的长度为2 2字节，也可扩展为字节，也可扩展为3 3或或4 4字节，字节，由以下几部分组成：由以下几部分组成： DLCI DLCI 数据链路连接标识符数据链路连接标识符 C CR R：命令响应：命令响应 EAEA：扩展地址：扩展地址 FECN FECN 前向显式拥塞通知前向显式拥塞通知 BECN BECN后向显式拥塞通知后向显式拥塞通知 DEDE：可丢弃标识符：可丢弃标识符 2. 帧中继格式帧中继格式 校验字段校验字段通常使用通常使用CRCCRC冗冗余校验法。余校验法。 6.4.2 6.4.2 帧中继的特点帧中继的特点 帧中继的主要特点如下。帧中继的主要特点如下。 1 1

45、高效性高效性 2 2经济性经济性 3 3高可靠性高可靠性 4 4灵活性灵活性 6.5 6.5 ATMATM技术技术 ATM(Asynchronous Transfer Mode)ATM(Asynchronous Transfer Mode)是异步传送是异步传送模式的简称。它也是一种模式的简称。它也是一种建立在电路交换和分组建立在电路交换和分组交换的基础上的一种面向连接的快速分组交换技交换的基础上的一种面向连接的快速分组交换技术，它采用定长分组，能够较好地对宽带信息进术，它采用定长分组，能够较好地对宽带信息进行交换。行交换。它与帧中继的区别在于帧中继中分组的它与帧中继的区别在于帧中继中分组的长度

46、是可变的，而长度是可变的，而ATMATM分组的长度是固定的。分组的长度是固定的。 和帧中继一样，和帧中继一样，ATMATM几乎不为差错控制提供额外开几乎不为差错控制提供额外开销，差错控制依赖于系统自身的稳定性，以及终销，差错控制依赖于系统自身的稳定性，以及终端系统中检错和纠正差错的高层逻辑。由于使用端系统中检错和纠正差错的高层逻辑。由于使用了固定长度的分组，了固定长度的分组，ATMATM需要处理的额外开销比帧需要处理的额外开销比帧中继还要少。因此，中继还要少。因此，ATMATM设计的工作范围在几十到设计的工作范围在几十到几百几百M bpsM bps之间，甚至可以工作在之间，甚至可以工作在G b

47、psG bps的范围内。的范围内。 6.5 6.5 ATMATM技术技术 6.5.1 6.5.1 ATMATM基本原理基本原理 6.5.2 6.5.2 ATMATM交换机交换机 6.5.3 6.5.3 ATMATM的特点的特点 6.5.1 6.5.1 ATMATM基本原理基本原理 ATMATM是一种新型传送方式。是一种新型传送方式。按按ITUITU的定义，的定义，ATMATM指的指的是是“以信元为信息传输、复接和交换的基本单位以信元为信息传输、复接和交换的基本单位传送方式传送方式”。 ATMATM方式的本质是一种高速分组传送模式，它将信方式的本质是一种高速分组传送模式，它将信息分割成固定长度的

48、信元，再附加上地址后在信息分割成固定长度的信元，再附加上地址后在信道中传输。道中传输。 ATMATM是以分组交换传送模式为基础并融合了电路交是以分组交换传送模式为基础并融合了电路交换传送模式高速化的优点发展而成的，它克服了换传送模式高速化的优点发展而成的，它克服了电路交换模式不能适应任意速率业务，难于导入电路交换模式不能适应任意速率业务，难于导入未来新业务的缺点，简化了分组交换模式中的协未来新业务的缺点，简化了分组交换模式中的协议，并用硬件对简化的协议进行处理实现。议，并用硬件对简化的协议进行处理实现。 ATMATM简化网内协议是由于简化网内协议是由于ATMATM交换硬件集成交换硬件集成度高、

49、速度快、能按信元标头地址自选路度高、速度快、能按信元标头地址自选路由，由，ATMATM能满足不同速率不同带宽的各种信能满足不同速率不同带宽的各种信息的交换和传输是由于息的交换和传输是由于ATMATM开关速度可控制，开关速度可控制，能随业务量和信息速率变化。能随业务量和信息速率变化。 1. 1. ATMATM体系结构体系结构 ITU-TITU-T发布的发布的ATMATM标准如图标准如图6.196.19所示。它描所示。它描绘了用户和网络之间接口的基本结构。绘了用户和网络之间接口的基本结构。 物理层又分为两个子层。物理层又分为两个子层。靠下面的是靠下面的是( (Physical Physical M

50、edium Dependent)Medium Dependent)，即即。PMD子层的上面是子层的上面是( (Transmission Convergence)Transmission Convergence)，即，即。 的功能是：的功能是：信元的复用与分用；信元的复用与分用；信元的信元的VPI/VCI转换转换(就是将就是将一个信元的一个信元的VPI/VCI转换成新的数值转换成新的数值)；信元首部的产生与提取；信元首部的产生与提取；一般的流量控制。一般的流量控制。 记为记为(ATM Adaptation Layer)，其作用是，其作用是。ITU-T的的I.362规定了规定了AAL向上向上提供的

51、服务是：提供的服务是： 将用户的应用数据单元将用户的应用数据单元ADU划划分为信元或将信元重装成为应用数据单分为信元或将信元重装成为应用数据单元元ADU；对比特差错进行监控和处理；对比特差错进行监控和处理；处理丢失和错误交付的信元；处理丢失和错误交付的信元；流量控制和定时控制。流量控制和定时控制。 2. 2. ATMATM信元格式信元格式 ATMATM传送信息的基本载体是传送信息的基本载体是ATMATM信元。信元。ATMATM信信元是定长的，长度较小，只有元是定长的，长度较小，只有5353字节，分字节，分成信元首部和信元有效载荷两部分。其中成信元首部和信元有效载荷两部分。其中信元首部信元首部5

52、 5字节，信元有效载荷字节，信元有效载荷4848字节。根字节。根据其位置不同，对于用户据其位置不同，对于用户网络接口网络接口( (UNI)UNI)和网络和网络节点接口节点接口( (NNI)NNI)，信元格式略有不，信元格式略有不同。同。UNIUNI接口的信元格式见图接口的信元格式见图6.206.20所示所示。 (Generic Flow Control)：4 bit字段，通常置为字段，通常置为0。用。用来实现端点到交换机的流量控制，来实现端点到交换机的流量控制，GFC是针对用户是针对用户网络接接口网络接接口UNI而而设置的。对于网络设置的。对于网络节点接口不起作节点接口不起作用，此时该域为用，

53、此时该域为VPI； ：。VPI为虚路径标为虚路径标识符，用来定义识符，用来定义ATM网络中的一条虚网络中的一条虚路径连接；路径连接；VCI为虚通道标识符，用为虚通道标识符，用来定义来定义ATM网络中的一条虚通道连接。网络中的一条虚通道连接。 (Payload Type)3 bit字段，用来区分该信元字段，用来区分该信元是用户信息或非用户信息。此字是用户信息或非用户信息。此字段又称为段又称为PTI (I表示表示Indicator) 表表6.1 6.1 （PTPT）编码意义）编码意义 000000 用户数据信元，未遭受拥塞，用户数据信元，未遭受拥塞，SDUSDU类型类型=0=0 001001 用户

54、数据信元，未遭受拥塞，用户数据信元，未遭受拥塞，SDUSDU类型类型=1=1 010010 用户数据信元，遭受过拥塞，用户数据信元，遭受过拥塞，SDUSDU类型类型=0=0 011 011 用户数据信元，遭受过拥塞，用户数据信元，遭受过拥塞，SDUSDU类型类型=1=1 100100 与分段与分段OAM F5OAM F5流相关的信元流相关的信元 101101 与端到端与端到端OAMOAM流相关的信元流相关的信元 110110 资源管理信元资源管理信元 111111 保留保留(Cell Loss Priority)：16 bit字段，用来指示与网字段，用来指示与网络拥塞时可丢弃络拥塞时可丢弃(C

55、LP=1)或保留或保留(CLP=0)的信元。当线路出现拥塞时，的信元。当线路出现拥塞时，低优先级的信元将被丢弃以保证高优低优先级的信元将被丢弃以保证高优先级信元的服务质量。先级信元的服务质量。 HEC (Header Error Control)：8 bit字段，提供覆盖信元首字段，提供覆盖信元首部所有字段部所有字段(但不包括有效载荷部分但不包括有效载荷部分)的差错控制。它是信元头前的差错控制。它是信元头前4个字节的个字节的校验码。这里采用的是校验码。这里采用的是CRC循环冗余循环冗余校验，生成多项式为校验，生成多项式为x8+x2+x+1。 3. 3. ATMATM网的连接方式网的连接方式 和

56、前边讲的虚电路交换方式一样，连接也分为永和前边讲的虚电路交换方式一样，连接也分为永久虚电路久虚电路( (PVC)PVC)和交换虚电路和交换虚电路( (SVC)SVC)两种类型。两种类型。 PVCPVC是通过人工网络路径映射在是通过人工网络路径映射在ATMATM网络端点之间网络端点之间建立的连接，必须由人工干预才能释放。建立的连接，必须由人工干预才能释放。 SVCSVC是通过连接设备的信令协议动态地在是通过连接设备的信令协议动态地在ATMATM网络网络端点之间建立的连接，这种连接可根据应用、设端点之间建立的连接，这种连接可根据应用、设备和备和ATMATM设施的要求动态地建立或撤销，而无须人设施的

57、要求动态地建立或撤销，而无须人工干预。工干预。 6.5.2 ATM交换机 1 1对对ATMATM交换机的要求交换机的要求 ATMATM是是B BISDNISDN的交的交换技术和多路复用技术，换技术和多路复用技术，B BISDNISDN要求要求ATMATM交换机应具有下列功能交换机应具有下列功能: : (1)(1)多速率交换。多速率交换。要求从几要求从几kbpskbps至至150Mbps150Mbps范围范围内的许多速率都可在交换机中进行交换。内的许多速率都可在交换机中进行交换。 (2)(2)多点交换。多点交换。要求提供点到点与点到多点的选要求提供点到点与点到多点的选播组播广播连接功能，使一条入

58、线的信元通播组播广播连接功能，使一条入线的信元通过交换机可以输出到多条出线上操作。过交换机可以输出到多条出线上操作。 (3)(3)支持多媒体业务。支持多媒体业务。 2 2ATMATM交换机结构交换机结构 ATMATM交换机要包含线路接口部件、交换网络交换机要包含线路接口部件、交换网络和控制结构，三者关系如图和控制结构，三者关系如图6.226.22。为为ATM信元的物理传输媒质和信元的物理传输媒质和ATM交交换结构提供接入和输出处理。换结构提供接入和输出处理。入线处理入线处理(如缓冲、信元复制、如缓冲、信元复制、VCI翻翻译、多个低速设备的多路信息分流等译、多个低速设备的多路信息分流等)，使适合

59、送入使适合送入ATM交换单元处理。交换单元处理。出线处理出线处理(如缓冲、如缓冲、VCI翻译合并等翻译合并等)，使适合在线路上传输。使适合在线路上传输。 为为ATM信元的物理传输媒质和信元的物理传输媒质和ATM交交换结构提供接入和输出处理。换结构提供接入和输出处理。入线处理入线处理(如缓冲、信元复制、如缓冲、信元复制、VCI翻翻译、多个低速设备的多路信息分流等译、多个低速设备的多路信息分流等)，使适合送入使适合送入ATM交换单元处理。交换单元处理。出线处理出线处理(如缓冲、如缓冲、VCI翻译合并等翻译合并等)，使适合在线路上传输。使适合在线路上传输。 是将特定入线的信元根据交换路由指是将特定入

60、线的信元根据交换路由指令输出到特定的输出线路上，要求令输出到特定的输出线路上，要求ATM交换网络具有缓冲存取、话务交换网络具有缓冲存取、话务集中和扩展、处理多点接续、容错、集中和扩展、处理多点接续、容错、信元复制、调度、信元丢失选择和延信元复制、调度、信元丢失选择和延迟优先权等功能。迟优先权等功能。ATM交换网络分时分和空分两大类。交换网络分时分和空分两大类。 为为ATM信元的物理传输媒质和信元的物理传输媒质和ATM交交换结构提供接入和输出处理。换结构提供接入和输出处理。入线处理入线处理(如缓冲、信元复制、如缓冲、信元复制、VCI翻翻译、多个低速设备的多路信息分流等译、多个低速设备的多路信息分