现代交换课件第1章.ppt

1、现代交换技术原理,易称福江西理工大学信息工程学院2012.Spring,2,课程性质和目的,本课程是大学本科通信与信息类、计算机与通信类各专业的专业基础课程。本课程的目的理解交换及其相关的基本概念，理解不同信息传送模式的技术特点，掌握各种交换技术的基本原理，掌握交换系统的构成及其相关接口技术、交换网络技术、控制系统技术、信令技术等。建立通信网中信令和协议的概念，了解通信网中完成交换所需的通信协议和信令系统，了解各类通信网的基本构成、组网技术和工作原理。了解交换技术与通信领域的最新发展和最新技术动态,3,课程内容,教材：卞佳丽，现代交换原理与通信我网技术，北京邮电大学出版社，2005年5月第1版

2、。内容：交换概论交换网络程控数字电话交换与电话通信网信令系统分组交换与分组交换网ISDN交换技术与N-ISDNATM交换技术与B-ISDN软交换与下一代网络（NGN）光交换时间安排:1.5课时/章,4,考试及成绩,平时成绩(30%):作业+考勤+实验期末(70%):闭卷,填空+翻译+简答题形式其它课堂要求讲授内容,5,掌握交换的基本概念。了解三种基本传送模式的特点。了解电信交换系统的基本结构。了解并掌握面向连接方式、无连接方式、同步时分交换和异步时分交换的基本概念。,本章主要内容与要求,6,第1章交换概论,7,终端,传输媒介,终端,电信号,电信号,信息,信息,点对点通信,在电信系统中，只有两个

3、终端的通信称为点对点通信。,1.1、交换的引入,8,点对点通信举例,话音,数据,9,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。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）,无交换的多个终端的通信,10,用户间通过交换设备连接,用户环线,交换设备,引入交换的终端间的通信,11,多个交换节点组成的通信网,引入交换的终端间的通信,中继线,12,所谓电信交换，就是在通信网上，负责在通信的源和目的终端之间建立通信信道传送通信信息的机制，也就是根据目的地，在源和目的终端之间传送通信信息。交换机,路由器,网桥,电信交

4、换的概念,13,交换节点可控制的接续类型：本局接续、出局接续、入局接续、转接接续,交换节点的基本功能,能按目的地址正确地进行选路以及在中继线上转发信号,能控制连接的建立与拆除,交换节点必须具备的基本功能：能正确接收和分析从用户线或中继线发来的呼叫信号、地址信号,14,交换节点接续类型图示,通信网3要素：交换设备、传输设备、用户终端,用户线,中继线,15,几个概念,交换,通信网,交换设备,传输设备,终端设备,用户线,中继线,出局呼叫,入局呼叫,本局呼叫,转接呼叫,主叫,被叫,主叫局,被叫局,端局,汇接局,16,1.2、各种交换方式,电路交换报文交换分组交换帧中继ATM交换IP交换光交换,17,C

5、TM-CircuitTransferModePTM-PacketTransferModeATM-AsynchronousTransferMode,各种交换方式,PTM,CTM,18,电路交换的基本过程,1.2.1电路交换(CircuitSwitching),19,信息传送的最小单位是时隙面向连接要在通信的用户间建立专用的物理连接通路。同步时分复用（固定分配带宽）对传送的信息无差错控制措施。对通信信息不作处理(信令除外)，而是原封不动地传送，用作低速数据传送时不进行速率、码型的变换。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。,电路交换的特点（PCM30/32

6、）,20,电路交换的缺点,电话通信网中的话音业务，具有实时性强、可靠性要求不高的特点，而电路交换不管是其面向连接的特点，还是对信息无差错控制、透明传输以及基于呼叫损失制的流量控制特点，都满足了话音业务的特性，因而电话通信网采用电路交换方式。电路交换由于无差错控制机制，因而对数据交换的可靠性没有分组交换高，不适合对差错敏感的数据业务；同时由于电路交换采用固定带宽分配方式，因而其电路利用率低、不适合突发（burst）业务。电路交换适合于实时性、恒定速率的业务。,21,1.2.2多速率电路交换,多速率电路交换的一种实现方式是，可以将几个基本信道捆绑起来构成一个速率更高的信道，供某个通信使用，从而实现

7、多速率交换，很明显这个更高的速率一定是基本信道速率的倍数。N-ISDN中对可视电话业务的交换就采用这种方法。实现多速率电路交换的另一种方式是设置多种基本信道速率，这样，一个帧就被划分为不同长度的时隙。在图1.11的帧中，定义了3种基本信道n1、n2、n3和1个SYNC同步信道，同步信道用于确定帧的边界，它们的速率之和为N=8n1+n2+n3+ns。,22,1.2.3快速电路交换,电路交换固定分配带宽，不能适应突发业务的缺点，快速电路交换：当呼叫建立时，在呼叫连接上的所有交换节点要在相应的路由上分配所需的带宽，与电路交换不同的是交换节点只记住所分配的带宽和相应路由连接关系，而不完成实际的物理连接

8、。当用户真正要传送信息时，才根据事先分配的带宽和建立的连接关系，建立物理连接；当没有信息传送时，则拆除该物理连接。由此可知，快速电路交换是在要传送用户信息时才连接物理传输通道，即只在信息要传送时才使用所分配的带宽和相关资源，因而它提高了带宽的利用率。快速电路交换由于只在信息要传送时才建立物理连接，因而所传送信息的时延要比电路交换大。为减少这种时延，保证信息的实时性，要求其物理连接建立和拆除的速度要非常快，相应地对其软件控制和硬件电子器件动作的速度提出了较高的要求。快速电路交换虽然提高了带宽的利用率，但控制复杂，其适应突发业务的灵活性不如帧中继和ATM交换，因而未得到广泛的应用。,23,快速电路

9、交换的特点,由于并不为每个呼叫专门分配和保留其所需的带宽，因此提高了带宽的使用效率物理连接的建立和拆除要有相当高的速度由于只有当信息发送时才建立真正的连接，因此时延比通常的电路交换要大快速电路交换虽然也提高了带宽的利用率，但控制复杂，其灵活性比不上快速分组交换，故未得到广泛应用,24,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。,1.2.4分组交换-报文交换（MessageSwitching）,基本的报文交换动作是存储报文、分析报文中的收报人地址和报文转发。有多个报文送往同一地点时，要排队按顺序发送。报文传送中有检错和纠错措施,报文交换的原理图,25,采用存

10、储转发方式的分组交换与报文交换的不同在于：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）,分组交换的基本过程,26,报文交换的时延分组交换的时延,分组交换和报文交换比较,整段完整信息传输,切分为小块传输,可以交错发送,27,28,虚电路(VC：VirtualCircuit)方式数据报(DG：Datagram)方式,分组交换的两种方式,29,所谓虚电路方式，就是在用户数据传送前先要通过发送呼叫请求分组建立端到端之间的虚电路(路由映射)；一旦虚电路建立后，属于同一呼叫的数据分组

11、均沿着这一虚电路传送，最后通过呼叫清除分组来拆除虚电路。它不同于电路交换中的物理连接，而是逻辑连接。交换虚电路(SVC：SwitchedVirtualCircuit)用户通过发送呼叫请求分组来建立虚电路的方式。永久虚电路(PVC：PermanentVirtualCircuit)应用户预约，由网络运营者为之建立固定的虚电路，而不需在呼叫时临时建立虚电路，可直接进入数据传送阶段的方式。,虚电路,30,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,31,虚电路方式特点,数据报工作方式,32,数据报方式的每个分组头中要包含详细的目的地址虚电路方式由于预先

12、已建立逻辑连接对应关系(保存在交换机)，分组头中只要含有对应于所建立的VC的逻辑信道标识(当前链路编号),虚电路与数据报的比较分组头,33,VC方式预先有建立过程，但一旦虚电路建立，在端到端之间所选定的路由上的各个交换节点都具有映象表，存放出入逻辑信道的对应关系，每个分组到来时只要查找映象表，而不需要进行复杂的选路。DG方式则不需要有建立过程，但对每个分组都要独立地进行选路。,虚电路与数据报的比较选路,34,VC方式中，属于同一呼叫的各个分组在同一条虚电路上传送，分组会按原有顺序到达终点，不会产生失序现象。DG方式中，各个分组由于是独立选路，可以从不同的路由转送，会引起失序。,虚电路与数据报的

13、比较分组顺序,35,VC方式对故障较为敏感，当传输链路或交换节点发生故障时可能引起虚电路的中断，需要重新建立。有些分组网具有再连接功能，出现故障时可自动建立新的虚电路，并做到不丢失用户数据,例如:可以通过与故障点最近的交换机恢复DG方式中各个分组可选择不同路由，对故障的防卫能力较强，从而可靠性较高。,虚电路与数据报的比较故障敏感性,36,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,37,面向连接(OC)工作方式和无连接工作方式的特点：,面向连接工作方式的特点：不管是面向

14、物理的连接还是面向逻辑的连接，其通信过程可分为三个阶段：连接建立、传送信息、连接拆除。一旦连接建立，该通信的所有信息均沿着这个连接路径传送，且保证信息的有序性（发送信息顺序与接收信息顺序一致）信息传送的时延相比无连接工作方式要小。一旦所建立的连接出现故障，信息传送就要中断，必须重新建立连接，因此对故障敏感。无连接工作方式的特点：没有连接建立过程，一边选路、一边传送信息。属于同一个通信的信息沿不同路径到达目的地，该路径事先无法预知，无法保证信息的有序性（发送信息顺序与接收信息顺序不一致）。信息传送的时延相比面向连接工作方式要大。对网络故障不敏感。,38,39,分组交换具有以下几个特点：,信息传送

15、的最小单位是分组（Packet）面向连接（逻辑连接）和无连接两种工作方式统计时分复用（动态分配带宽）统计时分复用的基本原理,静态分配带宽和动态分配带宽的比较,40,信息传送有差错控制(X.25协议)信息传送不具有透明性（对数据信息拆分，重组）基于呼叫延迟制的流量控制,41,分组交换基于X.25协议，该协议包含了3层，第一层物理层，第二层数据链路层，第三层分组层，对应于OSI模型的下三层。,1.2.5分组交换协议（帧交换）,物理层,X.25分组层,LAPB,1,2,3,物理层,网络层,数据链路层,在第2层、第3层进行差错控制、流量控制。时延增加。解决方法：去掉第3层协议帧交换,42,分组交换协议

16、,X.75,X.25,43,RM,AM,RM,RM,RM,AM,AM,AM,AM,CHINAPAC网络模型,44,银行提款机,CHINAPAC,银行主机,ATM1,ATM2,POS1,ATMn,POS2,POSn,银行提款机与CHINAPAC的链接,45,CHINAPAC,局域网互连,使用CHINAPAC实现网络互连,46,接入Internet,CHINAPAC,Internet,使用CHINAPAC接入Internet,47,数据传送阶段协议大为简化分组交换：X.25协议-OSI的1、2、3层信息传送单位：分组帧交换：OSI1，2层，流量控制，差错控制，单位：帧帧中继：协议-OSI的1、2（

17、核心功能）层信息传送单位：帧没有流量控制，重发等等能,1.2.6帧中继（FrameRelay）,帧中继和帧交换对协议的简化是基于以下两个条件的：具有高带宽、高质量的传输线路的大量使用，如光纤系统，使简化差错控制和流量控制成为可能。终端系统日益智能化，将智能化的纠错功能放在终端来完成，网络只完成公共的核心功能，从而提高了网络的效率，增加了应用上的灵活性。,48,分组交换、帧交换、帧中继技术特点比较,分组交换、帧交换、帧中继协议处理的不同,分组交换与帧中继的比较,49,X.25和帧中继处理流程比较（自学）,50,CHINAFRN,PSPDN,PSPDN,帧中继的应用,51,面向连接的电路交换和无连

18、接的分组交换的主要区别体现在以下几个方面：在交换形式上：连接、分组在通路建立和网络资源分配上：静态、动态在差错控制上：无差错控制、有差错控制在业务流量控制上：呼叫损失制、呼叫延迟制,CTM与PTM的比较,52,在对信息的损伤方面电路交换具有较好的时间透明性分组交换具有较好的语义透明性在支持多种业务方面分组交换有更大的灵活性，可实现多速率交换，并允许多种业务共享网络资源。在交换速率方面电路交换可达到高速率的交换；而分组交换的交换速率受到了限制。在设备的复杂性方面分组交换需要一套复杂的队列管理机制，而电路交换则需要复杂路由选择算法。,CTM与PTM的比较,53,固定长度的信元信元(cell)只有5

19、3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)。采用很短的信元可以减少交换节点内部的缓冲器容量以及排队时延和时延抖动。信元的长度固定，则有利于简化交换控制和缓冲器管理。,1.2.7ATM交换-异步传送模式,特点：,54,GFC为一般流量控制域；VPI为虚路径标识符；VCI为虚通道标识符；PT为净荷类型，即后面48个字节信息域的信息类型；CLP为信元丢弃优先权，在发生信元冲突时，CLP用来说明该信元是否可以丢掉；HEC为信头校验码，检验多项式，这个字节用来保证整个信头的正确传输。,55,信头简化ATM信元的信头功能有限

20、，主要是虚连接的标识，还有优先级标志、信头的差错检验等。面向连接ATM采用面向连接的方式。即用户信息传送前，先要有连接建立过程，在信息传送结束后，要拆除连接。它不是物理连接，而是一种虚连接(VC：VirtualConnection)。,ATM交换,56,异步时分交换同步时分（时间位置、物理信道）(STD：SynchronousTimeDivision)异步时分（标记、物理信道）(ATD：AsynchronousTimeDivision),ATM交换,ATD与STD的概念,57,ATM技术是以分组传送模式为基础，融合了电路传送模式高速化的优点发展而成的。ATM克服了STM不能适应任意速率业务，难

21、以导入未知新业务的缺点；简化了分组通信中的协议，并由硬件对简化的协议进行处理，交换节点不再对信息进行流量控制和差错控制，从而极大地提高了网络的传输处理能力。,ATM交换,58,ATM:高带宽,快速交换,QoSIP:流行通信协议IPoverATM有两种模式：叠加模型,集成模型,1.2.8IP交换:IP与ATM融合,59,叠加模型：CIP,IPOA,MPOA2套地址，2种协议,MPOA,CIP,60,MPLS,61,62,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,光信号,光信号,1.2.9光交换,63,1.2.10软交换,NGN（NextGenerationNetw

22、ork）即下一代网络，实现了传统的以电路交换为主的PSTN网络向以分组交换为主的IP电信网络的转变，从而使在IP网络上发展语音、视频、数据等多媒体综合业务成为可能。它的出现标志着新一代电信网络时代的到来。,64,软交换的概念最早起源于美国。当时在企业网络环境下，用户采用基于以太网的电话，通过一套基于服务器的呼叫控制软件（CallManager、CallServer），实现PBX功能（IPPBX）。对于这样一套设备，系统不需单独铺设网络，而只通过与局域网共享就可实现管理与维护的统一，综合成本远低于传统的。由于企业网环境对设备的可靠性、计费和管理要求不高，主要用于满足通信需求，设备门槛低，许多设备

23、商都可提供此类解决方案，因此IPPBX应用获得了巨大成功。受到IPPBX成功的启发，为了提高网络综合运营效益，网络的发展更加趋于合理、开放，更好的服务于用户。业界提出了这样一种思想：将传统的交换设备部件化，分为呼叫控制与媒体处理，二者之间采用标准协议（MGCP、H248）且主要使用纯软件进行处理，于是，SoftSwitch（软交换）技术应运而生。,65,软交换,软交换被定位在接入平面的业务层。它在下一代网络中的主要任务是在不同终端之间建立关系，这些关系可以是一个简单的呼叫，也可以是较复杂的处理关系。它需处理的业务包括语音业务、数据业务、视频业务和多媒体业务等软交换的核心思想是将传统的电路交换机

24、按功能分解为不同的层次，不同的层次间通过开放的接口连接它所实现的功能相当于传统交换机中的呼叫控制功能软交换所实现的呼叫控制功能是与业务无关的，也就是说软交换提供的是能够处理各种业务的基本呼叫控制，包含呼叫选路、管理控制、连接控制(建立会话和拆除会话)、信令互通(如从SS7到IP)等,66,软交换之所以区别于传统电话网和ATM网络的硬交换，是由于软交换只是通过系统将主叫方和被叫方的IP网内传输层地址(其中包括IP地址和UDP端口)互相交换，而不需要任何电路交换单元来建立端到端的连接。即数据可以通过不同电路交换单元传输同时，用户话音流由下层承载网(IP网)来实现，而IP网络是基于包交换的非连接网络

25、，并支持端到端的透明访问。由于软交换技术分离了业务实现功能，采用了开放式应用程序接口(API)，使业务提供者可以基于统一、开放的接口提供更多业务，也便于在交换机中灵活引入新业务。,67,软交换是下一代网络的控制功能实体，它独立于传送网络，主要完成呼叫控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，同时可以向用户提供现有电路交换机所能提供的所有业务，并向第三方提供可编程能力，它是下一代网络呼叫与控制的核心。软交换最核心的思想就是业务/控制与传送/接入相分离。,68,软交换,其特点具体体现在：应用层和控制层与核心网络完全分开，以利于快速方便的引进新业务；传统交换机的功能模块被分离为独立的网络

26、部件，各部件功能可独立发展；部件间的协议接口标准化，使自由组合各部分的功能产品组建网络成为可能，使异构网络的互通方便灵活；具有标准的全开放应用平台，可为客户定制各种新业务和综合业务，最大限度的满足用户需求。,69,1.3.1、电信交换系统的基本结构,交换网络,控制系统,接口,接口,接口,接口,用户线,中继线,交换网络、接口,信息传送子系统：,控制子系统,1.3交换系统,70,1.3.2交换系统的基本功能,本局接续出局接续入局接续转接（汇接）接续交换系统必须具备的最基本的功能是：能正确识别和接收从用户线或中继线发来的通信发起信号能正确接收和分析从用户线或中继线发来的通信地址信号能按目的地址正确地进行选路以及在中继线上转发信号能控制连接的建立与拆除能控制资源的分配与释放,71,互连技术交换网络的拓扑结构、选路策略、控制机理、多播方式、阻塞特