[工学]第1章-交换技术概述.ppt

程控交换技术,任课教师：费娟 电话Email：,学时安排: 总学时 40， 理论 32， 实验 8 参考书： 程控数字交换与交换网（第二版） ，北京邮电大学出版社，叶敏编著。 程控交换技术与设备（第二版），电子工业出版社，劳文薇主编。,第一章 交换技术概述,第一章 交换技术概述,本章内容：交换的基本概念 交换技术分类 交换技术的发展 电话交换信令方式 本章重点：理解各相关概念 本章难点：局间信令,1.1 交换的基本概念,1.1.1 交换的引入,1.1.1 交换的引入,1.1 交换的基本概念,1.1.1 交换的引入,N对连接线?,N,1.1 交换的基本概念,1.1.1 交换的引入,如果所有用户都两两相连，互连线数会很大： N（N-1） 2,例：N=10000 连线数=50000000对,1.1 交换的基本概念,1.1.1 交换的引入,实际上，每个用户话机只有一对连接线。,1.1 交换的基本概念,1.1.1 交换的引入,一、什么是交换,交换就是利用交换设备（交换机），将所有用户话机都用一对线接到交换设备上，由交换设备完成任意两个或多个用户话机连通。,1.1.1 交换的引入,三、交换节点的连接方式,1、全互联方式 设置多个交换节点，每个交换节点之间用中继线两两相连。,1.1.1 交换的引入,三、交换节点的连接方式,2、汇接方式 多个交换节点之间不能做到个个相连，而是引入汇接交换节点，实现各交换节点之间的间接相连。,1.1.1 交换的引入,1.1.2 交换节点的基本功能,1、交换接续功能,（1）本局接续：本交换机内部用户线之间接续 （2）出局接续：用户线与出中继线之间的接续 （3）入局接续：入中继线与用户线之间的接续 （4）转接接续：入中继线与出中继线之间的接续,2、交换机基本功能,（1）接收和分析从用户线或中继线来的呼叫信号 （2）接收和分析从用户线或中继线来的地址信号 （3）按目的地址进行选路和中继线上转发信号 （4）能控制连接的建立 （5）能按照所收到的释放信号拆除连接,1.1.2 交换节点的基本功能,1.2 交换技术分类,按传输信号形式分：模拟交换与数字交换 按接续控制方式分：布控交换与程控交换 按信道占用方式分：电路交换与分组交换 按带宽分配方式分：窄带交换与宽带交换,1.2.1 模拟交换与数字交换,一、模拟信号与数字信号, 连续消息：消息的状态随时间是连续变化的, 如强弱连续变化的语音等。（模拟消息） 离散消息：消息的状态是可数的或离散的, 如符号、文字和数据等。（数字消息）,一、模拟信号与数字信号, 模拟信号：对应于模拟消息的电信号形式。是指代表消息的信号及其参数（幅度、频率或相位）随着时间连续变化的信号。,t,u,也包含“模仿”的意思。,1.2.1 模拟交换与数字交换,一、模拟信号与数字信号, 数字信号：对应于数字消息的电信号形式。是指信号幅度不随时间作连续的变化，只能取有限个离散值的信号。,例如： “0”“1”表示进制数字信号 五位“0”“1”用于电报通信 七位“0”“1”用于计算机通信,1.2.1 模拟交换与数字交换,二、模拟通信与数字通信, 模拟通信：以模拟信号来传送消息的通信方式。,主要缺点：抗干扰能力弱、保密性差、设备不易大规模集成,1.2.1 模拟交换与数字交换,二、模拟通信与数字通信, 数字通信：以数字信号来传送消息的通信方式。,主要优点：抗干扰性强、保密性好、设备易于集成化、 便于计算机处理,1.2.1 模拟交换与数字交换,三、模拟交换与数字交换,模拟交换：以模拟信号为对象的交换方式。传输和交换的信号是模拟信号的交换机称为模拟交换机。（模拟交叉接点） 数字交换：以数字信号为对象的交换方式。 传输和交换的信号是数字信号的交换机称为数字交换机。（数字交换网络）,1.2.1 模拟交换与数字交换,1.2.2 布控交换与程控交换,布控交换：是利用布线逻辑电路进行控制的一种交换方式。 步进制、机动制和纵横制等机电制交换机都是布控交换机。,程控交换：是利用计算机软件进行控制（即存储程序控制）的一种交换方式。 程控交换包括模拟程控交换和数字程控交换。,1.2.3 电路交换与分组交换,电路交换的特点,电路交换必定是面向连接的。 电路交换的三个阶段： 建立连接 通信 释放连接,电路交换举例,A 和 B 通话经过四个交换机 通话在 A 到 B 的连接上进行,(,(,(,(,交换机,交换机,交换机,交换机,用户线,用户线,中继线,中继线,B,D,C,A,电路交换举例,C 和 D 通话只经过一个本地交换机 通话在 C 到 D 的连接上进行,(,(,(,(,交换机,交换机,交换机,交换机,用户线,用户线,中继线,中继线,B,D,C,A,电路交换传送计算机数据效率低,计算机数据具有突发性。 这导致通信线路的利用率很低。,报文,分组交换的原理（一）,在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。,数 据,数 据,数 据,分组交换的原理（二）,每一个数据段前面添加上首部构成分组。,首部,首部,首部,请注意：现在左边是“前面”,分组交换的原理（三）,分组交换网以“分组”作为数据传输单元。 依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。,分组首部的重要性,每一个分组的首部都含有地址等控制信息。 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。 用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。,分组交换的原理（四）,接收端收到分组后剥去首部还原成报文。,数 据,首部,数 据,首部,数 据,首部,收到的数据,数 据,数 据,数 据,分组交换的原理（五）,最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。 这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。,分组交换网的示意图,H1,A,分组交换网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 发送分组,H2 向 H6 发送分组,注意分组路径的变化！,结点交换机,主机,注意分组的存储转发过程,H1,A,分组交换网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 发送分组,结点交换机,主机,在结点交换机 A 暂存 查找转发表 找到转发的端口,在结点交换机 C 暂存 查找转发表 找到转发的端口,在结点交换机 E 暂存 查找转发表 找到转发的端口,最后到达目的主机 H5,注意结点交换机有多个端口,A,B,C,D,E,H1,H5,H2,H4,H3,H6,高速链路,结点 交换机,1 2 3 4,1 2 3 4,1 2 3 4,1 2 3 4,1 2 3 4,结点交换机,在结点交换机中的输入和输出端口之间没有直接连线。 结点交换机处理分组的过程是： 把收到的分组先放入缓存（暂时存储）； 查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发； 把分组送到适当的端口转发出去。,主机和结点交换机的作用不同,主机是为用户进行信息处理的，并向网络发送分组，从网络接收分组。 结点交换机对分组进行存储转发，最后把分组交付给目的主机。,分组交换的优点,高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。 灵活 以分组为传送单位和查找路由。 迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。 可靠 完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。,分组交换带来的问题,分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。,存储转发原理 并非完全新的概念,在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换(message switching)。 报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了。,三种交换的比较,A B C D,A B C D,A B C D,报文交换,电路交换,分组交换,t,ARPANET的成功使 计算机网络的概念发生根本变化,早期的面向终端的计算机网络是以单个主机为中心的星形网 各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。 分组交换网则是以网络为中心，主机都处在网络的外围。 用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。,从主机为中心到以网络为中心,以主机为中心,以分组交换网为中心,（一）电路交换,1、传统的电路交换 是指固定分配带宽（传送通路），连接建立后，即使无信息传送也占用电路的一种交换方式。,主要特点： 采用固定分配带宽，电路利用率低。 要预先建立连接，有一定的连接建立时延。 无差错控制措施。 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。 不适于突发业务和对差错敏感的数据业务。,基本工作过程分为三阶段： 呼叫建立、信息传送、连接释放。,（一）电路交换,2、多速率电路交换 其基本思路是：在传统电路交换基础上，对不同的业务提供不同的带宽（基本速率的整数倍）。,主要特点（缺点）： 基本速率较难确定。 速率类型不能太多。 固定带宽分配，不适应突发业务的要求。 控制较复杂等。,（一）电路交换,3、快速电路交换 其基本思路是：只在信息要传送时才分配带宽和有关资源，并快速建立通道，用户没有信息传输时则释放传输通道。,主要特点： 在呼叫建立时，寻找一条适合的通道。 将带宽、路由编号填入相关交换机中，不建立实际连接和分配资源，只是“虚电路”。 当用户发送信息时，通过呼叫标识激活虚电路，迅速建立物理连接。 会引起信息丢失或排队时延。,（一）电路交换,（二）分组交换,采用报文交换的“存储-转发”方式，把用户所要传送的信息（报文）分割为若干个较短的、被规格化了的“分组” 进行交换与传输。,主要特点： 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）。 分组交换节点对各个分组分别处理。 根据选路信息选择去向，转发分组。,1、相关概念 （1）通信线路的资源共享,多路复用方法 ： 预分配资源法（预分配复用或固定分配） 动态分配资源法（统计时分复用）,组合多个低速数据终端共同使用一条高速的线路（即多路复用），以便经济有效地使用通信线路。,（二）分组交换,1、相关概念 （1）通信线路的资源共享 （2）交织传输,在预分配复用方式下，每个用户数据都在特定的子信道中流动，接收端很容易把它们区分开来。,在统计时分复用方式下，在发端，先将各个用户数据打上与终端或子信道有关的“标记” ，然后交织在一起发送到线路上。在收端，可利用“标记”，很容易识别不同终端的用户数据。,主要有：比特交织、字节交织、分组交织。,（二）分组交换,1、相关概念 （1）通信线路的资源共享 （2）交织传输 （3）分组的形成,将数据按一定长度进行分割（分组）,每一个组都加上一个分组头（包含逻辑信道号和其他控制信息）,（二）分组交换,1、相关概念 （1）通信线路的资源共享 （2）交织传输 （3）分组的形成 （4）分组的交换,根据各组数据的分组头信息，各自独立传送，按要求正确到达相应的目的地。,（二）分组交换,（二）分组交换,2、虚电路和数据报,（1）虚电路方式：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；一旦虚电路建立后，属于同一呼叫的数据分组均沿着这一虚电路传送；最后通过的呼叫分组来拆除虚电路。,（二）分组交换,2、虚电路和数据报,（1）虚电路方式：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；一旦虚电路建立后，属于同一呼叫的数据分组均沿着这一虚电路传送；最后通过的呼叫分组来拆除虚电路。,特点：虚电路是一种逻辑连接。 虚电路不独占线路，在一条物理线路上可 以同时建立多个虚电路。 是一种面向连接的方式。,有两种虚电路：交换虚电路（SVC） 永久虚电路（PVC）,（二）分组交换,2、虚电路和数据报 （1）虚电路方式：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；一旦虚电路建立后，属于同一呼叫的数据分组均沿着这一虚电路传送；最后通过的呼叫分组来拆除虚电路。,（2）数据报方式：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的分组交换方式。是一种无连接的方式。,（二）分组交换,虚电路与数据报的比较,（二）分组交换,3、路由选择 是指从源点至终点之间信息传送路径的选择方法。,通常有三种：扩散式路由法 查表路由法 虚电路路由表法,（二）分组交换,（1）扩散式路由法 分组从原始节点发往它的每个相邻节点； 接收该分组的节点检查它是否已经收到； 该节点把分组再发往其所有相邻的节点； 最先到达终点的分组拷贝保留，后续到达的该分组拷贝被抛弃。,（二）分组交换,（1）扩散式路由法 分组从原始节点发往它的每个相邻节点； 接收该分组的节点检查它是否已经收到； 该节点把分组再发往其所有相邻的节点； 最先到达终点的分组拷贝保留，后续到达的该分组拷贝被抛弃。,特点： 路由选择与网络的拓扑结构无关，可靠性高。 无效传输量很大，网络额外开销大，时延大。,（二）分组交换,（2）查表路由法 每个节点中使用路由表，选择从该节点到网络中所需终点的路径； 路由选择按照第1、2、3 的顺序进行； 分组到达节点之后按照路由表规定的路径前进； 路由表是根据网络拓扑结构、链路容量、业务量等因素和某些准则来建立。,（二）分组交换,（2）查表路由法 每个节点中使用路由表，选择从该节点到网络中所需终点的路径； 路由选择按照第1、2、3 的顺序进行； 分组到达节点之后按照路由表规定的路径前进； 路由表是根据网络拓扑结构、链路容量、业务量等因素和某些准则来建立。,特点： 查表路由法与网络结构参数有关。 最短距离法是分组经