第4章 分组交换技术

第一章交换技术基础第二章程控数字交换技术第三章信令系统第四章分组交换技术第五章移动交换技术第六章智能网第七章NGN与软交换总目录4.1分组交换原理4.2ATM交换技术本章目录掌握分组交换的基本原理理解分组交换特点理解虚电路与数据报方式的原理理解ATM交换原理了解ATM交换特点了解ATM信元结构理解虚信道（VC）、虚通道（VP）的概念理解ATM、电路交换及分组交换比较本章目标电路交换的特点：带宽固定同步和对称性没有差错控制4.1分组交换技术数据通信的业务特征：突发性（可变比特率）异步和非对称性差错敏感性误码率要求高时延要求不高报文交换的特点：存储转发异步和非对称性时延大（可变比特率）4.4.1分组交换技术的产生1.分组交换(包交换)概念：以“分组”为信息单位，以“存储/转发”方式在网络中传递信息的交换方式。2.基本思想：将用户信息分割成小的数据块—分组（Packet）；分组具有统一格式，包含用于控制和选路信息；各分组以“存储/转发”的方式在网络中传递。4.1.1分组交换基本概念说明：分组交换是为数据通信而设计的交换方式，采用分组交换的通信网称为分组交换网。3.分组的形成来自终端的用户数据可能是很长的报文，需要将该报文拆分成若干段，并加上分组头，组成一个完整的分组（packet）。4.1.1分组交换基本概念用户报文分组头用户数据交换节点A交换节点B交换节点C分组14.分组交换过程分组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传输时延发送时延处理与排队时延4.1.1分组交换基本概念4.1.1分组交换基本概念5.分组交换网DTEDCEPSEPSEDCEDCEPSEDTE－数据终端设备DCE－数据电路终结设备PSE－分组交换设备4.1.2统计时分复用1.基本概念统计时分复用（也称为异步时分复用）异步的含义是指可变的，不固定的。在给用户分配资源时，不像同步时分那样固定分配，而是按需动态分配。只有在用户有数据传送时才给它分配资源，因此线路的利用率更高。4.1.2统计时分复用2.工作原理缓冲器缓冲器1b1c1b2b3c2c32c1b1b21b32缓冲器c2c34.1.2统计时分复用3.技术特征动态地分配信道时隙和资源，线路利用率较高；附加时延：多个用户同时传送数据时，需要竞争排队，引起排队时延；数据丢失：若缓冲器溢出，则导致数据丢失。问题？统计复用线上如何区分各用户数据信息。4.1.3逻辑信道号（LCN）1.基本概念在统计时分复用中，对各用户的数据使用标记进行区分。一条共享的物理线路上，就形成了逻辑上分离的多个子信道。这种子信道称为逻辑信道，用逻辑信道号（LCN）标识。逻辑信道号由逻辑信道群号及群内逻辑信道号组成，二者统称为逻辑信道号。4.1.3逻辑信道号（LCN）2.逻辑信道的形成过程终端255254201计算机进程进程进程……复用器逻辑信道255254201ABC4.1.3逻辑信道号（LCN）3.逻辑信道号特点逻辑信道与呼叫（请求）一一对应。逻辑信道只具有局部含义。逻辑信道号是一种客观存在。4.1.4虚电路与数据报分组交换网采用两种方式向用户提供信息传送服务1.数据报方式：在分组网内根据每个分组的地址信息将数据分组由信源传送到信宿。它继承了报文交换的思路。交换节点对每一分组进行单独处理，采用“存储—转发”方式，根据分组中包含的目的地址信息和网络状态为每个分组独立寻找路由，属于同一用户的不同分组可能沿着不同的路径到达终点，分组到达终点后应按原来的顺序组合用户数据信息。因此，数据报提供面向无连接服务。2.虚电路方式：在用户数据分组传送前先通过发送呼叫请求分组建立端到端的虚电路，属于同一呼叫的数据分组均沿着这一虚电路传送，传送完毕通过呼叫清除分组来拆除虚电路。它继承了电路交换的思路。在这种方式中，用户的通信过程需要经过虚连接建立、分组传输、虚连接拆除三个阶段。因此，虚电路提供的是面向连接服务。4.1.4虚电路与数据报1.数据报服务节点1节点2节点3节点4终端A终端B

a

b

c

a

b

c

a

c

b

a

b

c每个数据分组作为独立的信息单位在网上传输。同一终端发出的数据分组之间在网上彼此无联系，可以从不同的路由传送，会引起失序，要靠序号字段来恢复原来的次序。每个分组中携带的信息称为一个数据报。适用于短报文的数据通信，如询问/响应型、电子邮件型业务等1.数据报服务数据报服务特点非面向连接。根据分组头地址就可以直接传送数据，因此对于短报文通信效率比较高；分组交换机根据分组头地址自由地选路，可以避开网络中的拥塞路段，网络传送分组的可靠性更高，如果一个节点出现故障，分组可以通过其它路由传送；数据报方式的缺点是节点的开销较大。由于分组在网内按地址信息和网络状态向目的地方向传送，分组的到达终点次序随机，需要重新排序。每个分组的分组头要包含详细的目的地址。4.1.4虚电路与数据报2.虚电路服务在用户数据分组传送前先通过发送呼叫请求分组建立端到端的虚电路，分组在网内沿虚电路进行端到端的传送。这样，每个方向上的数据分组都有先后顺序，不能延时太长。该方式采用统计复用技术，通信双方之间好像存在一条供他们专用的电路，称虚电路方式。虚电路指的是一条逻辑连接，而不是指一条专门的物理通路。同一条线路可能同时被多条虚电路使用。2.虚电路服务虚电路服务原理节点1节点2节点3节点5节点4终端A终端C终端D终端B虚电路分类：交换虚电路（SVC)：使用前需要经过呼叫来建立虚电路，使用完毕拆除。永久虚电路（PVC)：使用时不需要呼叫建立。在虚电路方式下，属于同一个虚电路的数据分组在同一链路上使用相同的标志码，即逻辑信道号（LCN）。虚电路是由多个逻辑信道链接而成。可把它看成先进先出的队列，它保证了虚电路出端分组序号次序的一致。虚电路适用于长报文的数据通信。数据通信持续时间应明显大于呼叫建立时间，如文件传送、传真业务等。2.虚电路服务2.虚电路服务虚电路与逻辑信道节点1节点2节点3节点5节点4终端A终端C终端D终端BLCN=99LCN=10LCN=50LCN=30LCN=15LCN=60LCN=75LCN=100LCN=30虚电路方式的特点面向连接。路由选择仅仅发生在虚电路建立时，在后续的数据传送过程中，路由不再改变，因此可以减少节点不必要的控制和处理开销；分组到达目的终端不需要重新排序。属于同一呼叫的所有分组遵循同一路由，这些分组将以原有的顺序到达目的地，终端不需要重新排序；额外开销小。虚电路建立后，只需逻辑信道号就可以区分各个呼叫的信息，减少了每个分组的额外开销；端到端的信息传送方式。逻辑信道是基于段来划分的，而虚电路则是端到端的。虚电路的缺点是当网络中线路或设备发生故障时，可能导致虚电路中断，必须重新建立连接才能恢复数据传输。2.虚电路服务4.1.4虚电路与数据报3.虚电路和数据报的比较比较项目虚电路数据报建链过程必须有不需要目的地址仅在连接建立时使用，建链后，分组使用虚电路号每个分组都含有目的地址路由选择在虚电路建立时进行，所有分组均按同一路由传送每个分组独立选择路由节点出故障经由故障点的虚电路均中断丢失分组，但可经由其它路由分组顺序总是按发送顺序到达目的站到目的站时可能与发送顺序不同差错处理由通信子网负责由主机负责流量控制由通信子网负责由主机负责设想70年代铜线电路交换分组交换ISDN不成功诸网并存综合网络ISDN(N-ISDN)带宽受限技术适应性差不完全综合4.2ATM交换4.2.1N-ISDN与B-ISDN80年代适合不同业务的信息传递技术90年代后期单一网络B-ISDN线路带宽和质量大大提高解决了传输媒体问题ATM宽带IP网光纤普及快速分组交换4.2.1N-ISDN与B-ISDN4.2ATM交换4.2.2ATM基本概念1.ATM定义异步分组交换（按需分配带宽）信元就是分组各信元不需要严格按照一定的规律出现传递模式传输复用交换ATM（异步传递模式）：以长度固定且较短的信元作为信息的传送、交换和复用的基本单位，并按分组交换的方式发送信息和建立用户之间的连接。4.2.2ATM基本概念2.ATM基本特征信元作为交换、处理的基本单位采用标记复用和标记交换信元复用为异步时分复用面向连接的工作方式，支持无连接业务简化的网络功能和协议可通过丢弃信元缓解网络拥塞信道动态分配，支持可变速率和恒定速率业务4.2.3ATM信元结构1.信元的基本组成由固定长度的53个字节组成。前5个字节称为信头,后48个字节称为信息段(净荷)。传统分组交换ATM2.ATM信元格式信头：在UNI上为GFC在NNI上为VPI123456-53

841＊GFC/VPI＊VPIVPIVCIVCIVCIPTICLPHEC净荷说明：NNI信头不需要GFC字段，可使VPI扩展为12比特。信头各字段说明：GFC：一般流量控制（4比特）:用于允许多个设备在共享媒体配置上使用一个UNI。由于当前的ATM标准只支持点对点配置，无论是ITU-TSS还是ATM论坛都没有定义关于这个段的使用。GFC的缺省值是无定义的0000。VPI：虚通道标识（8比特）当前信元的VPI。VPI支持最多256个VP通过UNIVCI：虚信道标识（16比特）当前信元的VCI。每个穿过UNI的VP支持最多65536个VC。VPI/VCI对告知ATM网络如何交换一个信元PTI：净荷类型标志（3比特）PTI编码含义000用户数据单元未经历拥塞

AUU=0001用户数据单元未经历拥塞

AUU=1010用户数据单元经历拥塞

AUU=0011用户数据单元经历拥塞

AUU=1100段的OAMF5信元101端到端的OAMF5信元110资源管理单元111保留信头各字段说明：CLP：信元丢弃优先率（1比特）表示信元丢失优先级，只有一个比特，CLP=0，表示高优先级；CLP=1,表示低优先级，若遇到拥塞要丢弃信元时，CLP=1的信元将首先丢弃。HEC：信头差错控制（8比特）信头差错控制信号单元定界信头各字段说明：4.2.4虚信道VC与虚通道VPVPI/VCI:信元的逻辑路由地址

VPI:虚通路标志

VCI:虚信道标志存在两种类型的连接：VCC:VCConnection虚信道连接VPC:VPConnection虚通路连接物理链路VP1VPnVP2VC1VC1VC2VCnVCnVC2VC2VC1在一个给定的接口，复用在一条链路上的许多不同的VP，用它们的VPI来识别。复用在一个VP中的不同的VC，用它们的VCI来识别。在一个给定的接口上，属于两个不同的VP的两个VC，可具有相同的VCI。VC1VC1VC2VCnVCnVC2VC2VC1VP1VPnVP2链路、VP、VC之间的关系4.2.4虚信道VC与虚通道VP4.2.5ATM交换原理以固定长度的信元作为交换的基本单位，通过识别信头中的VPI值和VCI值来区分不同用户业务的信元，并根据在连接建立阶段所设定的路由表改变VPI值和VCI值，从而将某条输入线上的信元交换到某条输出线上。路由选择：在输入链路上接收信元，并提取信元中的信头，以确定这些信元从那条输出链路上发送出去；标记交换：根据路由表把输入信元信头中的VPI和VCI制转换成相应输出链路上的新值；信元排队：把具有新VPI和VCI值的信元存储到相应的队列之中；发送：按信元的到达次序从队列中取出信元并把它发送到相应的输出端口。具体交换过程为：ConnectionTable Port VPI/VCI Port VPI/VCI 1 0/37 3 0/7