现代交换原理.ppt

1、现代交换原理，许登元，重庆交通大学计算机和信息学院，课程性质和任务，这门课是通信工程专业的专业课通过这门课学习，程序数字交换，7号信令系统，综合业务数字网，掌握ATM，MPLS和软件交换的基本原理，程序交换系统， 计算机通信系统和电话网接口的开发、设计和维护所需基础的第一章交换概念、各种交换方式和交换系统第二章介绍交换网络：是交换机的重要部件，介绍交换网络的基本单元：交换单元交换网络的分类， 一些典型的交换网络(理论上很强)第三章可编程数字交换机：介绍可编程交换机的硬件系统和软件系统。 介绍了编程数字交换机的硬件结构和各部分功能，介绍了数字交换的基本原理，介绍了程序软件的基本特征，软件系统的基

2、本结构和功能(需要补充内容)，第四章信号传输系统：介绍了通信网的信号传输系统， 第七章重点介绍信号传输系统的基本原理第五章分组交换(忽略)第六章窄带综合业务数字网ISDN:ISDN的基本概念、isdn交换技术、协议结构、isdn设备等第七章介绍宽带isdn的重要技术ATM，ATM 在说明ATM协议结构的第8章中说明IP和ATM的结合标签交换，重点介绍MPLS技术第9章NGN网络是代表网络(固定网、移动网、IP网)的发展方向，软件交换是NGN的重要技术。 本章中，软件交换的基本概念、基本原理、信令过程、软件交换的新业务的实现第10章光交换(未图示)，成绩评定：平日成绩(工作和作业)的10%左右的

3、实验成绩： 20%左右的闭卷考试成绩70%， 目录第一章交换概论第二章交换概论第三章数字程序电话交换和电话交换网第四章信令系统第五章分组交换网第六章ISDN交换和综合业务数字网第七章ATM交换和宽带综合业务数字网第八章IP交换技术第九章软件交换和下一代网络第十章第一章交换概论本章中所述的内容：是为什么必须在通信网中导入交换功能通信网中交换设备完成哪个功能，在现有的通信网中哪个交换方式有不同的交换方式的不同，1.1交换的导入，图1.1点对点通信方式， 最简单的通信系统是仅由两个用户终端和连接这两个终端的传输路径构成的通信系统，该通信系统实现的通信方式如图1.1所示。 两台电话机可以用一对电线相互

4、连接。更多电话机相互连接，5台电话机连接2个，需要10对电线。 n台电话机连接了两个，需要n(n-1)/2对电线。 在电话机的数量多的情况下，该连接方法所需的电线对的数量与电话机数的平方成比例。 如果使用、交换机增加了电话机的数量，则使用交换机完成所有网络的交换工作。 在通信网中，交换功能由作为交换节点的交换设备完成了，交换机，1.2各种交换方式。不同的通信网络根据支持的服务的特性，该交换设备所采用的交换方式也不同。 目前，通信网络采用的交换方式主要是l线路交换l帧中继l多速率线路交换l ATM交换l高速线路交换l IP交换l分组交换l光交换l帧交换l软件交换常用的分类方法：根据信息传输模式，

5、 交换方式可以分为电路传输模式、分组传输模式和异步传输模式三种。其中一种是电路传输模式，另一种是分组传输模式，另一种是异步传输模式例如电路交换、多速率电路交换、高速电路交换属于电路传输模式分组交换、帧交换、帧中继属于分组传输模式，而ATM交换属于异步传输模式，图1.7的各交换方式，1.2.1电路交换(cs : circuit swith 图1.8线路交换的基本过程(3阶段)，线路交换具有以下6个特征(1)信息传输的最小单位是时隙(PCM) (2)面向连接的工作方式(物理连接) (3)同步时分复用TDM (固定分配带宽)图1.9、图1.9同步时分复用的基本原理，如图1.10所示，线路交换是基于3

6、2线路同步时分复用系统，每秒8000帧，每帧32个时隙，每时隙8比特，每线路通信信道(TS )是64kbit/s固定速率，即分配给每线路通信信道的带宽是固定的。 在信息传输阶段，不管有无信息传输，都占据该TS子信道直到通信结束。 另外，图1.10 PCM30/32电路同步时分复用系统，(4)没有信息传输错误的控制(语音服务的特征：实时性强，可靠性低)，(5)信息具有透明性(不处理语音信息，不像IP分组首部字段处理)，(6)。 确定总括采用基于呼叫损失控制的流控制(过载到来的呼叫立即拒绝，不采用排队，保证原来的通话服务的QoS ) :通信网的业务特性的交换方式的特征，换句话说，通信网采用的交换方

7、式必须适应业务特性。 电话通信网中的语音服务具有实时性强、可靠性的要求低的特征，但是电路交换是面向连接的特征，即使是信息没有错误的控制，基于透明的传输和呼叫损失控制的流控制的特征，也满足语音服务的特性，因此电话通信网采用电路交换方式。 电路交换不足：由于没有错误控制机制，数据交换的可靠性分组交换不高，不适合对错误敏感的数据服务，同时电路交换采用固定带宽分配方式，其电路利用率低，不适合突发服务。 线路交换适用于实时一定速度的服务(语音等)。 1.2.2多速率电路交换(mrcs :多速率电路交换)，多速率电路交换的本质是电路交换，具有电路交换的主要特征，可以认为采用电路交换方式为用户提供多速率交换

8、方式。 多速率线路交换和线路交换只固定了一个同步时分复用方式，即64kbit/s等的基本信道速率。 多速率电路切换的实现方式1 :将几个这样的基本信道捆绑起来构成一个高速率的信道，用于某个通信，由此实现多速率切换。 多速率电路开关的实现方式2 :通过设置多个通道速率，一个帧被分割成不同长度的时隙。 图1.11和图1.12、图1.11采用不同信道速率的帧结构，图1.12采用多个信道速率的多速率线路交换设备的实现，从上述多速率线路交换的实现方法来看，该交换方式还基于固定带宽分配，将多个速率降低到否则，其控制和交换网络变得非常复杂，实际上无法实现，因此这种交换方式真的无法灵活地适应突发业务。1.2.

9、3高速电路交换是为了解决电路交换不适合突发业务的缺点而提出的。 当呼叫被建立时，呼叫连接上的所有交换节点必须在合适的路由上分配必要的带宽。 与电路交换不同，交换节点仅存储已分配的带宽和适当的根连接关系，且不完成实际的物理连接。 如果用户真的想发送信息，则根据预先分配的带宽和建立的连接关系，在暂时建立物理连接的信息没有被传输的情况下，断开物理连接。 这可以看出，高速线路交换因为在传输用户信息时连接物理的传输线路，所以带宽的利用效率得到提高。 对硬件和软件的速度要求太高，因此未被广泛采用。 另外，1.2.4分组交换(PS :分组交换)，分组交换的本质是累积性转发，其暂时存储已接收的分组，并将其在目

10、的地路由中进行排队，并在它能够发送信息的情况下，将其发送至适当的路由，并完成转发。 其累积转发的过程是分组交换的过程。 图1.13说明了分组交换的基本过程。 图1.20分组交换的基本过程中，分组交换有伪电路(VCVirtual Circuit )方式和数据报(DGDatagram )方式两种方式。 虚拟电路采用面向连接的操作方式，其通信过程与电路交换相似，一旦建立了连接建立、数据传输和连接解除三个阶段，即在用户数据传输之前建立端到端的虚拟连接，就建立了虚拟连接，在同一调用中我们也将伪连接称作伪电路、即逻辑连接，与电路交换中的实际物理连接不同，通信连接上的所有交换节点通过保持选择结果和路由连接关

11、系来实现连接，是逻辑连接。 伪电路方式的特征如图1.14所示。 另外，图1.14虚电路方式的特征、数据报采用无连接动作方式(CLConnection Less )，不需要在调用前预先建立连接，而是一边传输信息一边选择路径，各分组根据分组报头的目的地地址来独立地选择路径。 图1.15数据报告方式的特征，连接方式和无连接方式的特征，(1)连接方式的特征：无论物理连接和逻辑连接，其通信过程都可以分为三个阶段。 一旦建立了连接，通信中的所有信息都沿该连接路径传输，保证信息的有序性(信息被发送的顺序和接收的顺序一致)的信息传输的延迟小于未连接的操作方式。 如果建立的连接出现故障，信息交换将中断，需要重新

12、建立连接，因此对故障很敏感。 (面向连接的缺点) MPLS标签交换，(2)没有连接动作方式的特征：没有l连接建立过程，一边选择一边发送消息。 l属于同一通信的消息沿着不同路径到达目的地，并且路径不能预测，从而无法确保消息的规则性(传送消息的顺序和接收消息的顺序不一致)。 l消息传输的延迟大于面向连接的操作方案。 l对网络故障不敏感。 例如，在已有的IP网络中，分组交换具有以下6个特征，信息传送的最小单位由分组报头和用户信息构成，分组报头包含选择路径和控制信息。 连接指向(逻辑连接)和无连接的2种动作方式的伪电路采用面向连接的动作方式，数据图是无连接的动作方式。 统计时分复用(动态分配带宽) (

13、线路交换：固定分配时隙)、图1.16统计时分复用的基本原理、统计时分复用的基本原理把时间分割成不均匀长度的时间片(传送一个分组所需要的时间)，在各通信中没有固定分配时隙，并根据需要使用。由此可知，在某道路通信中传输的分组多的情况下，占有的时隙的数量变多，因此统计时分复用能够动态地分配带宽。 l信息传输中有差错控制(数据服务的可靠性高) l信息传输不透明(处理数据分组：片等)，基于l呼叫延迟控制的流控制(排队机构)分组交换的技术特征适合于要求实时性的语音服务另外，1.2.5帧交换(fs :帧交换)和帧交换是帧型承载业务，其中为了克服分组交换协议的复杂缺点，简化了协议，其协议栈仅包括物理层和数据链

14、路层，而三层协议因为要在两层传输的数据单元是帧，所以被称为帧交换。 另外，图1.17包交换、帧交换、帧中继协议处理的差异在于：1.2.6帧中继和帧中继与帧交换方案相比更加简化了协议，其不仅没有三层协议功能，而且还具有双层协议功能。 这只剩下双层数据链路层的核心功能，没有业务控制、重发等功能，从而为用户提供高吞吐量、低延迟特性，适用于突发数据业务。 表1.1分组交换、帧交换、帧中继技术的特征比较、1.2.7 ATM交换、CTM (电路传输模式，即电路交换CS )技术的特征分配了固定带宽，面向物理连接、同步时分复用，适应实时语音服务， 具有相对好的时间透明度的PTM (分组转发模式，即，分组交换P

15、S )技术的特征是动态地分配带宽，并适应可靠性要求高、突发特性的数据通信业务，并且具有良好的意义透明度。 ATM交换技术是基于数据包传输模式融合电路传输模式的优点而发展的，同时兼具数据包传输模式和电路传输模式的优点。 ATM交换技术主要具有以下特征： l固定长度的小区和简化头部l采用异步时分复用方式(等长时间片) l，面向连接的工作方式(虚拟连接)概要： ATM技术以分组传输模式为基础，融合电路传输模式高速化的优点而发展。 固定长度的单元和简化的报头(其采用异步时分复用方案来实现动态地分配带宽并可适应任意速度的业务)，允许快速交换和简化协议处理，大幅度提高网络传输处理能力，并且实现实时业务应用

16、。 图1.18异步时分复用的基本原理，1.2.8 IP交换，这里所说的IP交换，是IP和ATM融合的技术，主要有两种：叠加模型，集成模型。 属于复盖模型的IP交换技术主要是ICP、IPOA、MPOA。 在叠加模式中，IP层在ATM层上运行，实现信息传输需要两个地址ATM地址和IP地址、两种选择协议ATM选择协议和IP选择协议，还有地址解析功能，从IP地址到ATM 属于集成模型的IP交换技术主要是IP交换、Tag交换和MPLS。 综合模式仅需要一种地址IP地址、一种选择协议IP选择协议，不需要地址解析功能，与ATM信令无关，但需要专用的控制协议，完成从三层选择到两层直达交换机构的映射。 另外，1.2.9光交换，在网络中大量传输的是光信号，交换节点的信息以电信号的形式交换。 当光信号进入交换机时，需要将光信号转换为电信号并由交换机交换，当交换的电信号从交换机出来时，需要转换为光信号并通过光传输网传输。 这种转换过程不仅效率低，而且涉及电信号的处理，因此受到电子器件的速度“瓶颈”的制约。 图1.19光信号的电交换、光交换是通过光信号的交换。在整个光交换过程中，信号以光的形式存在，并且在出入开关时不