内蒙古工业大学现代交换网络现代交换技术-第1章绪论

现代交换技术第1章绪论白云信息学院电子系1交换与通信网1.1交换技术的分类1.2交换技术的发展1.321.1交换与通信网1.1.1交换机的引入Switch通信的几种方式：点对点广播组播话音数据3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(终端=5、线对数=10)4图1-2多用户全互连通信5图1-3引入交换节点交换设备671.1.2交换式通信网由交换机组成的通信网称为交换式通信网。最简单的通信网可以仅由一台交换机组成，每个用户（电话机或终端）通过一条专用的用户环线（简称用户线）与交换机中的相应接口相连接。(图1-4)用户环线交换设备8多个交换节点组成的通信网中继线9图1-5由多台交换机组成的通信网10交换节点接续类型本局接续出局接续入局接续转接接续111．通信网的定义122．网络工作方式图1-6面向连接网络的工作原理Connection-oriented&connectionlesssystemVirtualCircuit虚电路13图1-7无连接网络的工作原理14•面向连接和无连接的主要区别如下：（1）面向连接网络对每次通信总要经过建立连接、传送信息、释放连接三个阶段，而无连接网络并不为每次通信过程建立和拆除连接。（2）面向连接网络中的每一个节点必须为每一个呼叫选路，一旦路由确定连接即建立，路由中各节点需要为接下来进行的通信维持连接的状态；无连接网络中的每个节点必须为每个传送的分组独立选路，但节点中不需要维持连接的状态。（3）用户信息较长时，面向连接方式通信效率较高；反之，使用无连接方式要好一些。151.2交换技术的分类语音、数据等不同的通信业务具有不同的特点，如有的对实时性要求很高，有的对差错敏感；有的传输速率恒定，有的具有突发性。

16电路交换CircuitSwitching或CircuitExchanging通信的双方在进行数据传送之前先要建立一个实际的物理电路连接，连接的电路被通信的一对用户独占，只有通信结束电路释放后，才能被别人使用。17电路交换的基本过程它要经过3步：建立连接（呼叫）,通话,线路拆除（释放）。

交换节点A交换节点B交换节点C建立传送释放图1-1318在通信过程中，交换机为通信双方提供物理电路连接。整个传输过程不失真、不时延。由于需要连接过程，建立连接需要时间，故适合传输大量数据而传输少量数据时效率不高；连接一旦建立，便可以固定的速率传输数据，除了传输延迟外，不再有别的延迟；一旦连接成功，就建立了一条临时专线，即使不通话，也被占用，他人不可使用。电路交换特点19优点：数据传输可靠、迅速，适合高质量的大量数据传输；数据不会丢失且保持原来的序列。缺点：由于存在呼叫建立和连接释放过程，电路的接续时间较长信道容量易浪费，不同速率、不同电码之间不能交换。电路交换优缺点202.报文交换方式（MessageSwitching）

一种不要求建立专用物理信道的交换技术。采用存储---转发（Store-and-ForwardSwitching）：当发送方要发送信息时，应把目的地址先加到报文中，然后从发送节点起，一个节点、按地址把报文一个节点地转送到目的节点；在转送过程中，中间节点要先把报文暂时存储起来，然后在线路不忙时将报文转发出去。Disk21报文交换的基本过程22报文交换特点存储转发交换不像电路交换那样要独占一条固定的信道，线路利用率高,同时可以根据网络中的流量分布动态地选择报文的通过路径，系统效率高，因而得到了广泛的应用。

为了实现存储-转发，每个交换节点要为每一个端口分别设置一个输入缓冲区和一个输出缓冲区。

23报文交换优缺点优点：在信息传送（报文交换）的过程（从用户A到用户B）中没有呼叫建立和接续过程来自不同用户的信息可以在同一条线路上以报文为单位进行多路复用，电路利用率较高用户不需要叫通对方就可以发送报文；如果需要，同一报文可以由交换机转发至多个不同的用户，实现多播通信。缺点：实时或交互性差，有转发延时。交换机要有能力存储各用户发送的报文，其中有的报文可能很长，要求交换机具有较高的处理能力和较大的存储容量。243.分组交换（PacketSwitching）分组交换，也称包交换。

在分组交换网中，要先把一个报文分割成规定长度的信息组--分组打包，然后在每个分组上贴上标签--报头，按编号一批一批地将“数据分组”发出去；传送到达目的地后，再重新装配成完整的报文。25数据报(DG：Datagram)方式

虚电路(VC：VirtualCircuit)方式分组交换的两种方式26数据报非面向连接将数据分成一个个数据报。每个数据报都包含足够的序号和地址信息，且每个数据报都是独立的，且独立发送。RAM27PacketSwitch----

VCApproach面向连接电路交换与虚拟电路的分组交换的区别：1.路径(电路交换)与路由(分组交换)2.专用物理链路(电路交换)与共享物理链路(分组交换)

28分组交换的特点•分组长度较短，且具有统一的格式，便于在交换机中存储和处理。•分组进入交换机后只在主存储器中停留很短的时间（一般为毫秒级），进行排队处理，一旦确定了新的路由，就很快输出到下一个交换机或用户终端,能满足绝大多数数据通信对实时性的要求。•由于分组传输的路由是可变的，当网络中的设备或线路发生故障时，分组可以主动避开故障点，故分组交换可靠性高。•信息以分组为单位在交换机中存储和处理，不要求交换机具有很大的存储容量，降低了网络设备的费用；对线路的动态统计复用也大大降低了用户的通信费用。29分组交换的优缺点：优点：

（1）节点暂时存储的是一个个分组，而不是整个数据文件（2）分组暂时保存在节点的内存中，保证了较高的交换速率（3）动态分配信道，极大的提高了通信线路的利用率缺点：

（1）分组在节点转发时因排队而造成一定的延时（2）分组必须携带一些控制信息而产生额外开销，管理控制比较困难30

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31

电路交换分组交换优点＊时延小，通信质量有保证

＊控制简单＊带宽可变，灵活

＊统计复用，资源利用率高

＊一个用户可以同时进行多个通信

（如发E-mail，通话，下载文件可同时进行）缺点＊呼叫建立需要时间

＊每个连接带宽固定（不能适应不同速率的业务

）

＊不传信息时也占用资源（不适用于突发业务）

＊网络功能复杂

＊信息传输时延大，QoS难以保证

32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33•传统的分组交换网络是基于X.25建议的。4.快速分组交换技术(FastPacketSwitching)•20世纪80年代以后，随着光纤通信技术的发展，光纤逐渐成为通信网传输介质的主体。光纤通信具有容量大、传输质量高的特点，数据传输误码率。在这样的环境下，分组交换显然就没有必要像X.25那样再做许多精巧而烦琐的工作了。快速分组交换（FPS，FastPacketSwitching）就是在这样的背景下提出的。34快速分组交换可理解为尽量简化协议，甚至只保留核心的网络功能，以提供高速、高吞吐量、低时延服务的交换技术。•广义的FPS包括帧中继（FR，FrameRelay）与信元中继（CR，CellRelay）两种交换方式。ATM交换采用的是信元中继方式。与X.25协议相比，帧中继采用一种简化的协议，它只有OSI-RM模型的下两层，没有第三层，甚至在数据链路层也只保留了核心功能，如帧的定界、同步及差错检测等。35•36ATM(1)WhatDoesthe‘Asynchronous’Mean？(2)CellRelay(3)Connection-orientedSystem(4)High-speed,Low-delay,Multiplexing,GoodQoSPerformance37Question:whatdoesthe‘asynchronous’mean?AsynchrounousTimeDivisionMutilplexerflash38SynchronousTDM39AsynchronousTDM40AsynchronousTDM(continue)41TheFeaturesofATM(1)WhatDoesthe‘Asynchronous’Mean？(2)CellRelay

(3)Connection-orientedSystem(4)High-speed,Low-delay,Multiplexing,GoodQoSPerformance42CellandPacketPacket&

CellPacket:differentprotocolusespacketofvaryingsize morecomplexnetwork:moreextensiveheaderCell：fix-length53bytes(5bytesforheader)PacketNetwork&CellNetworkPacketnetwork:MixednetworktrafficX12CBAXAaudiovideopacketdatapacketLongdelay,unpredictabledelayCellnetwork:regularnetworktraffic12CBAaudiovideopacketdatapacketZYXCBAZYXAdvantagesTheFeaturesofATM(1)WhatDoesthe‘asynchronous’Mean？(2)CellRelay(3)Connection-orientedSystem

(4)High-speed,Low-delay,Multiplexing,GoodQoSPerformance45面向连接的技术NumberingofVCsneedonlybeuniqueoneachlinkinsteadofendtoend46TheFeaturesofATM(1)WhatDoesthe‘asynchronous’Mean？(2)CellRelay(3)Connection-orientedSystem(4)High-speed,Low-delay,Multiplexing,GoodQoSPerformance47NFC

FromtheDistanceofCommunicationATMFDDIFastEthernetISDNBRIMAN&SMDSFramerelayEthernet,TokenringBandwidth(Mbit/s)DistancesLANMANWANWPANBlueToothUWBWiFiZigBee

SDH48QoS

TraditionalApplicationssuchas:

FTP Email Telnet WWW………Thesekindsofservicescannottoleratepacketloss,butarelesssensitivetodelayanddelayvariation.MultimediaApplicationssuchas:

Real-Audio(AudioBroadcast) Real-Video(VideoBroadcast) Internetphone VideoconferencingThesekindsofreal-timeapplicationscancompensateforareasonableamountofpacketloss.Beusuallyverycriticaltowardhigh-variabledelays.

49BasicConceptsofQoSAQoSisasetofparametersthatdescribertheQualityofService

,forexample, bandwidth, lossrate, delayand delayvariation.DifferentQoSsmaymeandifferentnetworkresourcesallocation.Theresourcesmayincludes linkbandwidth, bufferusage, CPUusage, priority, etc.50QoSServiceCatagoriesSDH/SONET(Physicallayer)、T3ATM

SARAAL:ATMadaptationlayer SAR:segmentationandreassemblyCS:convergencesublayer CSAAL1

SARCSAAL2

SARCSAAL3/4

SARCSAAL5ServicesClassAClassBClassCClassDTypesAAL1,AAL5AAL2,AAL5AAL3/4,AAL5AAL3/4,AAL5BitRateConstantVariableVariableVariableSynchronousNeedNeedn’tNeedn’tNeedn’tConnectionOrientedYesYesYesNotApplications64KbpsVoiceVideoConnection-OrienteddataConectionless-Orienteddata51QoSServiceCatagoriesCBR ConstantBitRateVBR-RT VariableBitRate-RealTimeVBR-NRT VariableBitRate-Non-RealTimeABR AvailableBitRateUBR UnspecifiedBitRateGFR GuaranteedFrameRate(later)525.光交换全光通信技术也是一种光纤通信技术，该技术是针对普通光纤系统中存在着较多的电子转换设备而进行改进的技术，该技术确保用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术，即数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域内进行，而其在各网络节点的交换则采用全光网络交换技术。53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光交换546.软交换和IMS软交换是一种功能实体，为下一代网络(NGN)提供具有实时性要求的业务的呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。

简单的看，软交换是