通信网第5章 数据交换技术

1、1,数据交换技术,Data Switching Technology,第5章,2,通信子网,网络拓扑结构,交换节点,转接中心,用户线,中继线,全连通,电信交换节点的基本组成,（1）建立连接,（2）维持连接,（3）拆除连接,线路交换,报文交换,分组交换交换,快速分组交换,多速率线路交换,快速线路交换,存储 - 转发,ATM交换,电信网交换方式分类,X.25分组网,帧中继、 SMDS,信元交换,正向证实信号,正向拆线信号 挂机,主叫挂机,反向拆线信号,被叫挂机,被叫用户,主叫用户,回铃音,取机,拨号,A局,B局,C局,电路交换,5 .1 线路交换,6,C1,C4,C3,C2,C3,本地网,省中心,

2、省间中心,地市中心,县中心,长途网,A,B,7,线路交换的主要特点归纳如下： (1)线路交换是一种实时交换，适用于实时要求高的话音通信( 全程 200 ms ) 。 (2)在通信前要通过呼叫为主、被叫用户建立一条物理连接。如果呼叫请求数超过交换网的连接能力(过负荷)，用户会听到忙音。衡量电话交换服务质量指标之一：呼叫损失率。 (3)线路交换是预分配带宽，话路接通后，即使无信息传送也虚占电路，据统计，传送话音时电路利用率仅为36%。 (4)在传送信息时，没有任何差错控制措施，不利于传输要求可靠性高的突发性数据业务。,8,线路交换网的交换设备可选用程控电话交换机（数字化）。电话网的设计对象是话音通

3、信，在电话网的数据传输，是电话网的增值业务。 计算机在线路交换网上通信：点到点，遵循ITU-T的V系列建议。 要求通信双方主机的设置一致，如异步串行通信： 数据速率 数据位 停止位 校验方式（E、O、N）,9,（1）空分交换技术,1 2 3 4,A B C D, B A D 4 C,Space Division Switching,10,（2）时分交换技术,Time Division Switching,时段（时隙，Time Slot)交换,时段时间的定义： 数据传输时间+总线上从头至尾的传播时间。,总线速率（背板）要求高。例： 19 .2 kbps 的100条全双工线路，总线速率1.92 M

4、bps。,TDM总线交换机制：总线上速率决定了同时可通信数。,t,用户电报机B,用户电报机A,A局,B局,C局,传播时延,传输时延,存储 / 处理时延,5.2 报文交换,存储-转发,12,报文格式,起始标志 信息开始 源节点 目的节点 控制信息 报文编号,信息头,正文,报文结束 误码检测,信息尾,信息头 报文编号 肯定或否定回答 信息尾,13,国际航空电信组织的全球联机定票网络（SITA） 报文交换,过程：以电报为单位采用存储转发形式，排 队，选一合适的链路转发。后面的报文以同样的路径传输。,1）排队论 2） SITA设四级优先权（特急、紧急、普通、非紧急）,14,报文从用户电报终端到交换节点

5、，或交换节点间的存储转发过程包括四方面的时延： (1) 传播时延 (Propagation Delay) tprop= L / v 式中，tprop为传播时延，L为传输距离，v为电波速度(3x105公里/秒) (2) 传输时延 (Transmission Delay) tT = D / C 式中，tT为传输时延，D为报文长度，C为传输速率。,15,(3)处理时延 (Processing Delay) 处理时延是指交换节点内部执行程序所开销的时间。tproc与报文长度、处理机处理能力有关。 (4)存储时延 (Queueing Delay) 交换节点将收到的报文先在缓存单元存储，等待转发处理。存储

6、时延也就是在缓存单元的排队时间tq。tq是随机的，与交换节点的交换能力、网络负荷有关。,16,(1) 交换节点采用存储 / 转发方式对每份报文完整地加以处理； (2) 每份报文中含有报头，必须包含收、发双方的地址，以便交换节点进行路由选择； (3) 报文交换可进行速率、码型的变换，具有差错控制措施，便于一对多地址传送报文，过负荷时将会导致报文延迟。,报文交换特点：,5.3 报文分组交换（Packet Switching）,报文,18,（1）分组多路通信功能。 （2）采用统计时分多路复用，提高了线路利用率高。 （3）能够实现不同类型的数据终端设备（含有不同的传输速率、不同的代码、不同的通信控制规

7、程等）之间的通信。 （4）数据传输质量高、可靠性高，可使用优先级别。 （5）经济性好。,分组交换特点：,19,由于采用存储转发方式处理分组，所以分组在网内的平均时延可达几百毫秒。 每个分组附加的分组标题，都会需要交换机分析处理，而增加开销，因此分组交换适宜于计算机通信的突发性或断续性业务的需求，而不适合于在实时性要求高、信息量大的环境中应用。 分组交换技术比较复杂，涉及到网络的流量控制、差错控制、代码、速率的变换方法和接口；网络的管理和控制的智能化等 。,分组交换机缺点：,计算机 DTE B,释放指示分组,呼叫请求分组,呼叫连通分组,呼叫接受分组,入呼叫分组,P3,P1,计算机 DTE A,A

8、局DCE,B局 DCE,C局DCE,P2,释放请求分组,DCE 释放证实分组,DTE 释放证实分组,t,1. 虚电路方式分组交换,21,什么是虚电路？,虚电路是分组交换网向用户提供的一种面向连接(Connection Oriented：CO)的网络服务方式，分组交换在网中是采用逐段链路进行存储转发处理，因此每段的处理由分组型终端或分组交换机基于线路传输能力的按需动态分配原则来确定一逻辑信道，因此一条虚电路实际上是由多段分配的逻辑信道链接而成的。,P3,P1,计算机B,计算机A,A局,B局,C局,传播时延,传输时延,存储 / 处理时延,P2,t,2. 数据报方式分组交换,23,信息接口处理机,2

9、4,25,26,5.4 X.25协议,1976年，ITU-T（原CCITT）X.25建议 三个功能层次： 分组级（Packet Level） 帧级 （Frame Level） LAPB 物理级（Physical Level) X.21,28,VC 分类：永久虚电路（PVC）或交换虚电路（SVC）。 每条VC（虚电路）是由LCN（逻辑信道号）来加以识别；支持全双工通信。 X.25建议：一个DTE在DTE-DCE链路上可建立212=4096条VC（LCGN+LCN）多路复用。,X.25接入“管道(pipe)”含有限的总容量,每个独立VC有限定的容量,29,Router,分组交换网,LCN =64,

10、LCN=74,Router,Router,A,C,B,LCN =91,LCN =401,LCN =96,LCN =,261,LCN =400,LCN =90,LCN =95,LCN =260,LCN号仅有本地意义,30,流量控制 P（S）发送的分组顺序号 P（R）期望接收的分组顺序号 顺序号比特数为3，（07）mod 8 扩展顺序号比特数为7，（0127）mod12 8 缺省窗口尺寸w=2 差错控制：Go-back-N ARQ 报文分组序列：A报文分组；B报文分组。,31,5.5 帧中继（快速分组交换之一）,什么是帧中继？ 帧中继是在OSI参考模型第二层(数据链路层)上，采用简化协议，且以帧为

11、单元来传送数据的一种技术。,帧中继起初由AT&T作为N_ISDN的帧方式的承载业务提出来。其产生的技术背景是： 传输网络的数字化和传输介质光纤化，传输误码率比以往模拟网的要小很多； 用户终端设备的处理能力大为提高。,32,（1）帧中继协议简化了X.25分组级功能，只有两个层次：物理层、数据链路层。使网内节点的处理大为简化，在帧中继网中，一个节点收到一个帧时，大约只需执行6个检测步骤。实验结果表明，采用帧中继时一个帧的处理时间可以比X.25的处理时间减少一个数量级，因而提高了帧中继网的处理效率。,帧中继技术的特点：,（2）传送的基本单元为帧，帧的长度可变的，最大长度允许1600字节，要比X.25

12、网的缺省分组128字节长，特别适合于封装局域网的数据单元，减少了分段与重组的处理开销。,33,（3）在数据链路层完成动态(统计)复用、帧透明传输和差错检测，但与X.25网不同的是帧中继网内节点若检测到差错，将出错的帧丢弃，不采用重传机制，减少了帧编号、流量控制、应答等开销，由此减少了交换机的处理时间，提高了网络吞吐量，降低了网络迟延。例如X.25网内每个节点进行帧检验产生的时延为510ms，而帧中继节点的处理时延小于2ms。,（4）帧中继技术提供了一套有效的带宽管理和阻塞控制机制，使用户能合理传送超出约定带宽的突发性数据，充分利用网络资源。,34,（5） 帧中继现可提供用户的接入速率在64Kb

13、it/s 2.048 Mbit/s ,也可达45Mbit/s。 （6）与X.25分组交换一样，帧中继采用了面向连接的工作模式，可提供PVC业务、SVC业务。由于帧中继SVC业务对用户的资费并不能带来明显的好处，实际上主要用作局域网的互连，仅采用PVC业务。,35,帧中继体系结构和帧格式,1. 帧中继体系结构,36,两个操作平面:,控制平面（Cplane）：用于建立和释放逻辑连接，传送与处理呼叫控制消息； 用户平面（Uplane）：用于传送用户数据和管理信息。,37,2. 帧中继的帧格式,F,F,A,C,I,FCS,DLCI (高阶比特 ),DLCI ( 低 ),C/R,EA,DE,EA,FEC

14、N,BECN,8 7 6 5 4 3 2 1,EA = 0,EA = 1,F,F,A,I,FCS,Q .922核心,LAPF,38,X.25,源点,终点,F R,源点,终点,X.25与帧中继的操作方式：,39,数据链路连接标识符（DLCI：Data Link Connection Identifier）。当采用2字节的地址字段时，DLCI占10位，用于标识永久虚电路，呼叫控制或管理信息。 命令/响应（C/R）与高层应用有关，帧中继本身并不使用。 扩展地址（EA）当EA为0时表示下一个字节仍为地址字段，当EA为1时，表示下一个字节为信息字段的开始。 正向显式拥塞通知（FECN：Forward E

15、xplicit Congestion Notification）若某节点将FECN置为1，表明与该帧同方向传输的帧可能受到网络拥塞的影响而迟延。 反向显式拥塞通知 （BECN ）。 丢弃指示（DE：Discard Eligilility）由用户置为1时，表明有网络发生拥塞时，为了维持网络的服务水平，该帧与DE为0的帧相比应先丢弃。,40,专用网接口：所有的数据设备安装带有FRN接口的E1（或T1）多路选择器；其它应用（语音传输、电话会议等）仅安装非帧中继接口； 公用网接口 应用：块数据交换、文件传送、字符交互、互联LAN、支持多个低速复用。,3. 帧中继的应用,41,ISDN是由电话综合数字网

16、演变而成的一个网络，它提供端到端的数字连接，以支持包括话音和非话业务在内的多种电信服务，并为用户接入提供一组有限的多用途用户网络间的标准接口。 N_ISDN是以数字式电话网为基础，采用电路交换方式，基于64Kbit/s的ISDN ,数据速率限为2Mbit/s； B_ISDN则是真正意义上的综合，采用快速分组交换方式，即ATM技术。数据速率为155 .520 Mbit/s，622.080Mbit/s。,5.6 异步传输模式（ATM）,5.6.1 ATM技术背景,42,B-ISDN对传输模式的要求：,对信息损伤小（信息传送的时延和时延抖动要小，信息丢失和差错率要小）； 能灵活支持各种业务； 具有高

17、速传送信息的能力； 简单易行（简化信息处理过程，简化对网络设备、网络结构、网络管理的要求）。,43,1. ATM网络结构,ATM技术是B-ISDN的核心技术； ATM网采用多级的交换网络结构； ATM网络是由ATM终端和ATM交换机构成； 接口： 用户-网络接口（UNI） 网络-网络接口（NNI） ATM网： 专用ATM网 公用ATM网 接入ATM网,5.6. 2 ATM的基本概念,44,UNI,NNI,UNI,NNI,NNI,NNI,接入交换机,接入交换机,ATM交换机,ATM交换机,ATM网,UNI: use-net interface NNI: net-net interface,ATM

18、终端,ATM终端,45,2. ATM原理,ATM本质上是一种快速分组交换模式,它将话音、数据及图象等所有的数字信息分解成长度一定的数据块，并在各数据块前装配地址、丢失优先级等控制信息构成信元； 空信元以一定的速率发送，只要获得空信元就可插入信息发送。因信息插入位置无周期性，故称这种传送方式为异步传输模式； 因需要排队等待空信元到来才能发信息，故ATM交换是一种以信元为单位的存储-转发方式，又称为信元交换； 信元长度为53字节，信头占5个字节，信息域占48个字节；,46,3. ATM层次模型和信元格式,(1)ATM层次模型,47,字节,(2) ATM信元格式,48,GFC: general flow control 通用流量控制 VPI：virtual path identification 虚通道标识符 VCI：virtual channel identification虚通路标识符 PT：payload type净负荷类型 CLP：cell loss priority信元丢失优先级 HEC：header error control信头差错控制,49,ATM是面向连接的； 网络资源是由各连接统计复用的：一种虚连接（在连接时，网络仅对连接进行资源的预分配，只有在传