現(xiàn)代交換技術概論

1、 西安工業(yè)大學西安工業(yè)大學 現(xiàn)代交換原理現(xiàn)代交換原理 Modern Switch Principle 課程概況課程概況教學內容教學內容教學目標教學目標教學計劃教學計劃參考書參考書一、教學內容一、教學內容第第1章：概論（章：概論（3）第第2章：交換單元和交換網絡（章：交換單元和交換網絡（7）第第3章：電路交換技術及接口電路（章：電路交換技術及接口電路（4）第第4章：存儲程序控制原理（章：存儲程序控制原理（2）第第5章：分組交換及幀中繼技術（章：分組交換及幀中繼技術（4）第第6章：信令系統(tǒng)（章：信令系統(tǒng)（2）第第7章：章：ATM交換技術（交換技術（4）第第8章：路由器及章：路由器及IP交換技術（交

2、換技術（3）第第10章：軟交換技術（章：軟交換技術（3）二、教學目標二、教學目標交換系統(tǒng)是通信網的重要組成部分交換系統(tǒng)是通信網的重要組成部分, ,它是一它是一個以計算機為基礎，在個以計算機為基礎，在實時多任務實時多任務操作系統(tǒng)的操作系統(tǒng)的控制管理下，完成信息處理的應用系統(tǒng)?？刂乒芾硐拢瓿尚畔⑻幚淼膽孟到y(tǒng)。使學生能夠對電信網絡中的電信交換技術有使學生能夠對電信網絡中的電信交換技術有較為全面的了解，開拓學生的思維和視野，為較為全面的了解，開拓學生的思維和視野，為今后從事通信技術的各項工作打下良好的基礎。今后從事通信技術的各項工作打下良好的基礎。 三、參考書三、參考書現(xiàn)代交換原理現(xiàn)代交換原理桂海

3、源編著桂海源編著 人民郵電出版社人民郵電出版社現(xiàn)代電信交換基礎現(xiàn)代電信交換基礎雷振明編著雷振明編著 人民郵電出版社人民郵電出版社ATM交換技術交換技術 陳錫生編著陳錫生編著 人民郵電出版社人民郵電出版社分組交換工程分組交換工程 杜治龍編著杜治龍編著 人民郵電出版社人民郵電出版社綜合業(yè)務數(shù)字網綜合業(yè)務數(shù)字網 程時端編著程時端編著 人民郵電出版社人民郵電出版社現(xiàn)代交換技術現(xiàn)代交換技術 張繼榮等張繼榮等 西安電子科技大學出西安電子科技大學出版社版社1.1 交換和通信網交換和通信網1.2 電話交換電話交換1.3 數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)交換1.4 寬帶交換技術寬帶交換技術1.5 光交換技術光交換技術1.6 軟交換

4、技術軟交換技術 問題：問題： 什么是通信什么是通信? 通信是指按約定規(guī)則進行的信息傳送通信是指按約定規(guī)則進行的信息傳送。 Communication, Com.或或Comm. Telecommunication ，Telecom.n 信息、消息與信號信息、消息與信號 信息信息是消息包含的有效內容。是消息包含的有效內容。 信息是抽象的、本質的，消息是信息的物理形式，消息信息是抽象的、本質的，消息是信息的物理形式，消息包含的信息多少可用信息量來度量。包含的信息多少可用信息量來度量。 消息消息是信息的載體，消息需調制成信號才能在信道中傳是信息的載體，消息需調制成信號才能在信道中傳輸。輸。 信號信號是

5、信息的電磁形式，是消息的物理載體。是信息的電磁形式，是消息的物理載體。 （一）點到點通信（一）點到點通信信源信源發(fā)送端發(fā)送端變換器變換器信道信道反變換器反變換器信宿信宿噪聲源噪聲源接收端接收端電信號電信號電信號電信號消消息息消消息息傳輸媒介傳輸媒介點對點通信點對點通信最簡單、最直接的方式就是兩兩互相連接。最簡單、最直接的方式就是兩兩互相連接。如何實現(xiàn)任意兩個用戶之間的通信？如何實現(xiàn)任意兩個用戶之間的通信？全互連方式存在什么問題？全互連方式存在什么問題？（1）N2 問題；問題；（2）經濟性問題；）經濟性問題；（3）可操作性問題；）可操作性問題；（4）控制和管理問題。）控制和管理問題。在實際應用中

6、，全互連方式僅用于終端數(shù)目少、地在實際應用中，全互連方式僅用于終端數(shù)目少、地理位置集中、可靠性要求很高的場合。理位置集中、可靠性要求很高的場合。 要實現(xiàn)多用戶間的通信，需要一個合理的拓撲結要實現(xiàn)多用戶間的通信，需要一個合理的拓撲結構將多個用戶構將多個用戶有機有機地連接在一起，并定義標準的地連接在一起，并定義標準的通信協(xié)議，以使它們能協(xié)同工作，這樣就形成了通信協(xié)議，以使它們能協(xié)同工作，這樣就形成了一個通信網。一個通信網。 如何實現(xiàn)任意兩個用戶之間的通信？如何實現(xiàn)任意兩個用戶之間的通信？（二）交換式通信網（二）交換式通信網N2問題變成了問題變成了N條用戶線，由交換機組成的交換式通信條用戶線，由交換

7、機組成的交換式通信網容易組成大型網絡。網容易組成大型網絡。 （二）交換式通信網（二）交換式通信網交換式通信網首先用于電話通信，并采用交換式通信網首先用于電話通信，并采用電路交換電路交換方式構成方式構成電話通信網絡。電話通信網絡。20世紀世紀60年代以后，個人計算機日益普及，迫切需要數(shù)據(jù)通年代以后，個人計算機日益普及，迫切需要數(shù)據(jù)通信，來共享計算機的計算和存儲資源，因此，計算機連網成信，來共享計算機的計算和存儲資源，因此，計算機連網成為現(xiàn)實的需要，這就出現(xiàn)了交換技術的另一個重要分支為現(xiàn)實的需要，這就出現(xiàn)了交換技術的另一個重要分支 數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)交換。電話通信和數(shù)據(jù)通信都是以傳送信息為目的，兩者電話

8、通信和數(shù)據(jù)通信都是以傳送信息為目的，兩者之間有什么不同呢？之間有什么不同呢？通信對象不同通信對象不同業(yè)務特征不同業(yè)務特征不同 持續(xù)時間和實時性要求不同持續(xù)時間和實時性要求不同 可靠性要求不同可靠性要求不同 根據(jù)信息傳遞時是否預先建立端到端的連接，根據(jù)信息傳遞時是否預先建立端到端的連接，通信網交換技術分為兩大類：通信網交換技術分為兩大類：面向連接型（面向連接型（CO,Connection Oriented）無連接型（無連接型（CL,Connectionless ）面向連接適用于大批量、可靠數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，但網面向連接適用于大批量、可靠數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，但網絡控制較復雜；絡控制較復雜；無連接方式控制簡單

9、，適用于突發(fā)性強、數(shù)據(jù)量少無連接方式控制簡單，適用于突發(fā)性強、數(shù)據(jù)量少的業(yè)務。的業(yè)務。計算機計算機 調制解調器（調制解調器（MODEM） 電話線電話線 電路交換電路交換缺點：缺點：1、信道無法滿足數(shù)據(jù)量大時的傳輸要求；、信道無法滿足數(shù)據(jù)量大時的傳輸要求；2、數(shù)據(jù)量小時會浪費網絡資源。、數(shù)據(jù)量小時會浪費網絡資源。（1）基本過程：）基本過程：鏈路建立、信息傳送、釋放鏈路。鏈路建立、信息傳送、釋放鏈路。交換節(jié)點交換節(jié)點A交換節(jié)點交換節(jié)點B交換節(jié)點交換節(jié)點C建立建立傳送傳送釋放釋放電路交換的基本過程電路交換的基本過程優(yōu)點優(yōu)點時延小時延小傳輸效率高傳輸效率高信息的編碼方法與信息格式不受網絡限制信息的編碼

10、方法與信息格式不受網絡限制缺點缺點電路接續(xù)時間長電路接續(xù)時間長電路利用率低電路利用率低用戶終端的制式受限用戶終端的制式受限有呼損有呼損鏈路建立、信息傳送、釋放鏈路鏈路建立、信息傳送、釋放鏈路基本原理基本原理以以存儲存儲/轉發(fā)轉發(fā)方式在網絡中傳送數(shù)據(jù)的交換方式。方式在網絡中傳送數(shù)據(jù)的交換方式?；具^程基本過程存儲報文、分析報文中的收報人地址、報文轉發(fā)。存儲報文、分析報文中的收報人地址、報文轉發(fā)。有多個報文送往同一地點時，要排隊按順序發(fā)送。有多個報文送往同一地點時，要排隊按順序發(fā)送。報文傳送中有檢錯和糾錯措施。報文傳送中有檢錯和糾錯措施。 報文交換的時延報文交換的時延 分組交換的時延分組交換的時延

11、優(yōu)點優(yōu)點可實現(xiàn)不同類型終端之間的通信可實現(xiàn)不同類型終端之間的通信線路利用率高線路利用率高無呼損無呼損缺點缺點時延及時延變化大時延及時延變化大交換設備要有大容量的存儲設備交換設備要有大容量的存儲設備不適用于即時交互式數(shù)據(jù)通信不適用于即時交互式數(shù)據(jù)通信基本原理基本原理把報文截成比較短的、被規(guī)格化了的把報文截成比較短的、被規(guī)格化了的“分組分組”，以分組為信息單位，以存儲以分組為信息單位，以存儲/轉發(fā)方式在網絡中轉發(fā)方式在網絡中傳送數(shù)據(jù)的交換方式。傳送數(shù)據(jù)的交換方式。分組交換也叫包交換。分組交換也叫包交換。 分組長度分組長度=？ 開銷與時延開銷與時延交換節(jié)點交換節(jié)點A交換節(jié)點交換節(jié)點B交換節(jié)點交換節(jié)點

12、C分組分組1分組分組3分組分組4分組分組2分組分組1分組分組2分組分組5分組分組3分組分組4分組分組5傳輸時延傳輸時延存儲時延存儲時延處理與排隊時延處理與排隊時延分組交換的過程分組交換的過程優(yōu)點優(yōu)點： 1）采用存儲）采用存儲/轉發(fā)方式，支持異種終端間的可變速率轉發(fā)方式，支持異種終端間的可變速率通信要求通信要求 2）線路利用率高）線路利用率高 3）具有差錯控制功能，傳輸可靠性高）具有差錯控制功能，傳輸可靠性高 4）經濟性好）經濟性好缺點：缺點： 1）技術實現(xiàn)復雜（交換機要完成轉發(fā)、路由、流控、）技術實現(xiàn)復雜（交換機要完成轉發(fā)、路由、流控、速率和規(guī)程轉換等）。速率和規(guī)程轉換等）。 2）分組長度可變

13、，存儲管理復雜。）分組長度可變，存儲管理復雜。 3）協(xié)議處理復雜，時延大。）協(xié)議處理復雜，時延大。 4）網絡附加信息多，長報文通信效率較低。）網絡附加信息多，長報文通信效率較低。 分組交換的兩種工作模式分組交換的兩種工作模式 （1 1）數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)報(DG(DG：Datagram)Datagram) （2 2）虛電路虛電路(VC(VC：Virtual Circuit)Virtual Circuit)交換虛電路交換虛電路(SVC(SVC：Switched Virtual Circuit)Switched Virtual Circuit)永久虛電路永久虛電路(PVC(PVC：Permanent Vi

14、rtual Circuit) Permanent Virtual Circuit) 電路交換以電路連接為目的。信息傳送時與交換系電路交換以電路連接為目的。信息傳送時與交換系統(tǒng)無關。統(tǒng)無關。 分組交換以信息分發(fā)為目的。交換機對分組逐個加分組交換以信息分發(fā)為目的。交換機對分組逐個加工處理（工處理（差錯控制、流量控制差錯控制、流量控制等），并根據(jù)分組頭中等），并根據(jù)分組頭中的地址和控制域，將分組分發(fā)到出端口。的地址和控制域，將分組分發(fā)到出端口。 電路交換是一種電路交換是一種“粗放粗放”的交換方式，的交換方式，只管連接而只管連接而不管傳送的信息不管傳送的信息。分組交換比較。分組交換比較“精細精細”，對

15、，對傳送的傳送的信息進行管理信息進行管理。 分組交換與電路交換的比較分組交換與電路交換的比較在電路交換基礎上提出的改進措施在電路交換基礎上提出的改進措施在有信息傳送時快速建立通道在有信息傳送時快速建立通道在無信息傳送時釋放傳輸通道在無信息傳送時釋放傳輸通道帶寬為基本速率的某個整數(shù)倍帶寬為基本速率的某個整數(shù)倍對網絡的要求：快速測知信源是否發(fā)送數(shù)據(jù)及對網絡的要求：快速測知信源是否發(fā)送數(shù)據(jù)及高速的計算能力高速的計算能力基本思想基本思想：只在信息傳送時才分配帶寬和資源。：只在信息傳送時才分配帶寬和資源。不為每個呼叫專門分配和保留其所需的帶寬，不為每個呼叫專門分配和保留其所需的帶寬，提高了帶寬的利用率。

16、提高了帶寬的利用率。連接建立和拆除要有相當高的連接建立和拆除要有相當高的速度速度，否則難以，否則難以實現(xiàn)。實現(xiàn)。只有當信息發(fā)送時才建立真正的連接，時延只有當信息發(fā)送時才建立真正的連接，時延比電路交換大。比電路交換大。數(shù)據(jù)傳送階段協(xié)議大為簡化數(shù)據(jù)傳送階段協(xié)議大為簡化分組交換：分組交換：X.25X.25協(xié)議協(xié)議-OSI-OSI的的1 1、2 2、3 3層層 信息傳送單位：分組信息傳送單位：分組幀中繼：協(xié)議幀中繼：協(xié)議-OSI-OSI的的1 1、2 2（核心功能）層（核心功能）層 信息傳送單位：幀信息傳送單位：幀X.25X.25和幀中繼處理流程比較和幀中繼處理流程比較 ATM ATM（ Asynch

17、ronous Transfer Mode Asynchronous Transfer Mode ）是）是ITU-TITU-T為為B-ISDNB-ISDN確定的復用、傳輸和交換模式，其設計目標確定的復用、傳輸和交換模式，其設計目標是在一個統(tǒng)一的網絡平臺上用是在一個統(tǒng)一的網絡平臺上用分組交換技術分組交換技術來實現(xiàn)話來實現(xiàn)話音、數(shù)據(jù)、圖像等業(yè)務的音、數(shù)據(jù)、圖像等業(yè)務的綜合傳送綜合傳送。（1 1）固定長度的信元中繼）固定長度的信元中繼（2 2）信頭簡化：以減少交換節(jié)點處理開銷）信頭簡化：以減少交換節(jié)點處理開銷5字節(jié)字節(jié)48字節(jié)字節(jié)信元頭信元頭 負載（凈荷）負載（凈荷）（3 3）面向連接（）面向連接（C

18、OCO）（4）異步時分（）異步時分（ATD）交換）交換 STD：Synchronous Time Division 同步時分交換同步時分交換 ATD：Asynchronous Time Division 異步時分交換異步時分交換 CBA CBATS0TSiTSnTS0TSiTSnXZYZ空YZ空XX空(a) STD（連接和時隙位置一一對應）（連接和時隙位置一一對應）(b) ATD（屬于同一連接的各信元不占用固定的時隙位置）（屬于同一連接的各信元不占用固定的時隙位置）電路電路交換交換多速率多速率電路交換電路交換快速快速電路交換電路交換異步傳送異步傳送模式（模式（ATM）快速快速分組交換分組交換分

19、組分組交換交換控制簡單控制簡單控制復雜控制復雜固定比特率固定比特率可變比特率可變比特率電路域電路域分組域分組域 InternetInternet的基本思想的基本思想 InternetInternet的問題的問題IP over ATMIP over ATM有兩種模式：有兩種模式：疊加模型：疊加模型：CIPCIP、LANELANE、MPOAMPOA集成模型：集成模型：IPIP交換、交換、TagTag交換、交換、MPLSMPLS電交換光 電光 電光 電光 電電 光光 電電 光光信號光交換光信號光信號NGNNGN（下一代網絡）（下一代網絡）一個能夠提供語音、數(shù)據(jù)、視頻和多媒體業(yè)務的基于一個能夠提供語音、數(shù)據(jù)、視頻和多媒體業(yè)務的基于分組傳送的、業(yè)務開放的網絡架構。分組傳送的、業(yè)務開放的網絡架構。基本特征基本特征： 基于分組傳送技術基于分組傳送技術 提供全業(yè)務提供全業(yè)務 具有具有QOSQOS保證保證 網絡與業(yè)務分離網絡與業(yè)務分離 自由接入和通用移動性。自由接入和通用移動性?；灸康幕灸康模汉喕Y構，推：簡化結構，推進網絡和進網絡和/ /或業(yè)務融合?；驑I(yè)務融合。 軟交換（軟交換（SoftSwitchSoftSwitch） 是網絡演進以及下一代分組網絡的核心設備之一，是網絡演進以及下一代分組網絡的核心設