現(xiàn)代交換原理與實(shí)踐 課件 第一章 概論

現(xiàn)代交換原理與實(shí)踐第一章概論本章主要內(nèi)容1.1交換的概念1.2交換方式1.3交換與路由1.4下一代網(wǎng)絡(luò)和軟交換1.1交換的概念1.1.1交換的引入1.1.2交換與通信網(wǎng)1.1.1交換的引入

交換機(jī)的作用相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)節(jié)點(diǎn)，英文為Switch交換機(jī)必須具備的基本功能包括：

能正確接收和分析從用戶線或中繼線發(fā)來的呼叫信號(hào)和地址信號(hào)

能按目的地址去正確進(jìn)行選路，并在中繼線上轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)

能控制連接的建立與釋放。1.1.2交換與通信網(wǎng)1876年貝爾發(fā)明了電話以后，出現(xiàn)了交換機(jī)。名

稱年代特

點(diǎn)人工交換機(jī)1878借助話務(wù)員進(jìn)行電話接續(xù)，效率低，容量受限步進(jìn)制交換機(jī)（模擬交換）1892交換機(jī)進(jìn)入自動(dòng)接續(xù)時(shí)代。系統(tǒng)設(shè)備全部由電磁器件構(gòu)成，靠機(jī)械動(dòng)作完成“直接控制”接續(xù)。接線器的機(jī)械磨損嚴(yán)重，可靠性差，壽命低縱橫制交換機(jī)（模擬交換）1938系統(tǒng)設(shè)備仍然全部由電磁器件構(gòu)成?？繖C(jī)械動(dòng)作完成“間接控制”接續(xù)，接線器的制造工藝有了很大改進(jìn)，部分地解決了步進(jìn)制的問題空分式模擬程控交換機(jī)1965交換機(jī)進(jìn)入電子計(jì)算化時(shí)代?？寇浖绦蚩刂仆瓿呻娫捊永m(xù)，所交換的信號(hào)是模擬信號(hào)，交換網(wǎng)絡(luò)采用空分技術(shù)時(shí)分式數(shù)字程控交換機(jī)1970交換技術(shù)從傳統(tǒng)的模似信號(hào)交換進(jìn)入了數(shù)字信號(hào)交換時(shí)代，在交換網(wǎng)絡(luò)中采用了時(shí)分技術(shù)1969年12月，針對(duì)數(shù)據(jù)通信和計(jì)算機(jī)通信的分組交換網(wǎng)ARPANET投入使用，標(biāo)志著以分組交換為特色的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入了一個(gè)新的紀(jì)元。1983年出現(xiàn)了快速分組交換和異步時(shí)分交換的結(jié)合，從而誕生了ATM交換技術(shù)。1996年，美國Ipsilon公司提出了IP交換的概念。IETF在1997年年初成立了多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS，MultipleProtocolLabelSwitch）工作組，綜合了Cisco和Ipsilon公司等的IP交換方案，制定出一個(gè)統(tǒng)一完善的IP交換技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即MPLS，并成為主流的寬帶交換技術(shù)。

在21世紀(jì)的頭幾年里，世界主要運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量就已經(jīng)超過了話音業(yè)務(wù)量，在電信網(wǎng)中引入基于因特網(wǎng)理念設(shè)計(jì)的IP網(wǎng)，希望由此實(shí)現(xiàn)由電路交換網(wǎng)向分組網(wǎng)的過渡。

以軟交換為核心并采用IP網(wǎng)傳輸?shù)腘GN具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)開放、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，能夠滿足未來業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。

隨著通信網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種交換技術(shù)。不同通信網(wǎng)絡(luò)由于所支持的業(yè)務(wù)特性不一樣，其交換設(shè)備所采用的交換技術(shù)也各不相同。本章主要內(nèi)容1.1交換的概念1.2交換方式1.3交換與路由1.4下一代網(wǎng)絡(luò)和軟交換1.2交換方式1.2.1電路交換1.2.2分組交換1.2.3ATM交換1.2.4IP交換1.2交換方式

常用的交換方式主要分為4種：源于電話通信的電路交換方式、源于數(shù)據(jù)通信的分組交換方式、源于寬帶業(yè)務(wù)的ATM交換和與IP技術(shù)相結(jié)合的IP交換。1.2.1電路交換

電路交換是最早出現(xiàn)的一種交換方式，主要應(yīng)用于電話通信網(wǎng)中，是一種面向連接的交換方式，基本過程包括三個(gè)階段：

電路交換的主要特點(diǎn)包括：（1）實(shí)時(shí)通信（2）同步時(shí)分復(fù)用（3）無差錯(cuò)控制措施

電路交換的演進(jìn)：（1）多速率電路交換（2）快速電路交換1.2.2分組交換

分組交換來源于報(bào)文交換，也是采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，它將報(bào)文分割為若干較小的數(shù)據(jù)包，稱為分組。每個(gè)分組中都有一個(gè)分組頭，含有可供選路的地址信息和其它控制信息。然后交換節(jié)點(diǎn)將所接收的分組暫時(shí)存儲(chǔ)下來，在目的方向的路由上排隊(duì)發(fā)送，接收端再將這些分組去掉分組頭后，組裝成原來的報(bào)文。由于分組交換以較小的分組為單位進(jìn)行傳輸和交換，因而時(shí)延小、速度快。

分組交換可以分為兩種工作方式：虛電路方式與數(shù)據(jù)報(bào)方式。虛電路方式的通信過程與電路交換相似，也是面向連接的工作方式。在用戶數(shù)據(jù)傳送前，先要通過發(fā)送呼叫請(qǐng)求分組建立端到端之間的通路，稱為虛電路。一旦虛電路連接以后，屬于同一呼叫的數(shù)據(jù)分組均沿這條虛電路傳送，最后通過呼叫清除分組來拆除該虛電路。所謂虛電路，只是通信連接上的所有交換節(jié)點(diǎn)保存選路關(guān)系，并不獨(dú)占線路資源，與電路交換的物理連接不一樣，稱為邏輯連接，按照統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的方式占用，從而更好的滿足了數(shù)據(jù)通信的突發(fā)性要求。虛電路又包括交換虛電路（SVC）和永久虛電路（PVC）。數(shù)據(jù)報(bào)方式采用面向無連接的工作方式，類似報(bào)文交換。在呼叫前不需要事先建立連接，而是邊傳送信息邊選路，并且各個(gè)分組依據(jù)分組頭中的目的地址獨(dú)立的進(jìn)行選路。為了支持更快速的數(shù)據(jù)通信，人們提出了快速分組交換，它的基本思想是盡量簡(jiǎn)化協(xié)議，使其只包含最基本的核心網(wǎng)絡(luò)功能。快速分組交換包括幀交換和幀中繼。1.2.3ATM交換

異步傳送模式（ATM）作為寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（B-ISDN）的核心技術(shù)，并在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)被認(rèn)為是未來寬帶通信網(wǎng)最佳的復(fù)用、傳輸和交換模式。ATM具有以下特點(diǎn)：

（1）采用固定長度的信元

（2）面向連接

（3）異步時(shí)分復(fù)用

分組交換和幀中繼的時(shí)分復(fù)用也是屬于異步時(shí)分復(fù)用，所不同的是，ATM交換中給用戶分配的信元和時(shí)隙的長短是固定的，而分組交換和幀中繼根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)確定分組的長度和時(shí)間片的大小，因此不固定。

ATM信元結(jié)構(gòu)ATM中傳輸通道、虛通路（VP）和虛信道（VC）的關(guān)系電路交換、分組交換和ATM交換比較1.2.4IP交換IP交換可提供兩種信息傳送方式：一種是ATM交換式傳輸；另一種是基于逐跳轉(zhuǎn)發(fā)方式的IP傳輸。IP交換的核心思想就是對(duì)用戶業(yè)務(wù)流進(jìn)行分類。

對(duì)于連續(xù)的、業(yè)務(wù)量大的數(shù)據(jù)流、實(shí)時(shí)性要求較高的用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流直接進(jìn)行交換傳輸，用ATM虛電路來傳輸；而對(duì)于持續(xù)時(shí)間短的、業(yè)務(wù)量小、突發(fā)性強(qiáng)的數(shù)據(jù)流采用IP分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行傳輸。因此，IP交換是基于數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的。

實(shí)現(xiàn)IP交換的模型主要有重疊模型和集成模型兩大類。本章主要內(nèi)容1.1交換的概念1.2交換方式1.3交換與路由1.4下一代網(wǎng)絡(luò)和軟交換1.3交換與路由交換機(jī)是電信網(wǎng)的核心設(shè)備在計(jì)算機(jī)網(wǎng)中，路由器是網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備。

路由器也是進(jìn)行信息的轉(zhuǎn)移，從廣義上來說，同屬于交換范疇。只不過，路由器采用面向無連接的信息交互方式，屬于面向數(shù)據(jù)應(yīng)用的分組交換。

交換和路由主要的區(qū)別如下：

（1）雖然交換技術(shù)可以是無連接的，但是電信網(wǎng)中應(yīng)用的交換技術(shù)基本上都是面向連接的。

（2）正因?yàn)殡娦沤粨Q是面向連接的，因此它需要有完善的信令機(jī)制。（3）為了保持所建立的連接，在呼叫進(jìn)行過程中，交換機(jī)必須保存在信令控制過程中確定的連接信息，因此稱交換機(jī)是有狀態(tài)的。路由器雖然也保存并不斷更新當(dāng)前有效的路由表，但是路由表的信息只和分組的目的地址有關(guān)，而和具體的呼叫沒有關(guān)系，因此路由器是無狀態(tài)的。（4）由于交換連接是固定的，即使在虛連接的情況下，同一呼叫數(shù)據(jù)包的傳送路徑也是完全相同的，因此其數(shù)據(jù)傳送有序性有保證，端到端時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)，丟包率等性能指標(biāo)也易于控制，因此交換具有QoS保證。而在路由技術(shù)中，同一呼叫的數(shù)據(jù)分組，可能經(jīng)由不同的路徑到達(dá)目的地，它只能保證可達(dá)性，難以保證傳送有序性和性能指標(biāo)。本章主要內(nèi)容1.1交換的概念1.2交換方式1.3交換與路由1.4下一代網(wǎng)絡(luò)和軟交換1.4下一代網(wǎng)絡(luò)和軟交換

下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）是集語音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻等多媒體業(yè)務(wù)于一體的全新網(wǎng)絡(luò)，是傳統(tǒng)電信技術(shù)發(fā)展和演進(jìn)的一個(gè)重要里程碑，標(biāo)志著新一代網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來。泛指的下一代網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上包容了所有新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，也往往特指下一代業(yè)務(wù)網(wǎng)，特別是以軟交換為控制層，兼容所有三網(wǎng)技術(shù)的開放式體系架構(gòu)。

下一代網(wǎng)絡(luò)在很大程度上，借鑒了傳統(tǒng)通信網(wǎng)的技術(shù)和結(jié)構(gòu)理念，然后根據(jù)IP網(wǎng)絡(luò)開放性的特點(diǎn)，提出相應(yīng)的解決方案。

下一代網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)以軟交換為核心、光網(wǎng)絡(luò)和分組型傳送技術(shù)為基礎(chǔ)的開放式融合網(wǎng)。

從總體趨勢(shì)上看，下一代網(wǎng)絡(luò)的核心層功能結(jié)構(gòu)將趨向扁平化的兩層結(jié)構(gòu)，即業(yè)務(wù)層上具有統(tǒng)一的IP通信協(xié)議，傳送層上具有巨大的傳輸容量。核心網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)將更加傾向于傳送層和業(yè)務(wù)層獨(dú)立發(fā)展，并分別優(yōu)化。而在網(wǎng)絡(luò)邊緣則傾向于多業(yè)務(wù)、多體系的融合，允許多協(xié)議業(yè)務(wù)接入，能以最經(jīng)濟(jì)的成本和高度的靈活性，可靠且持續(xù)地支持一切已有的和將有的業(yè)務(wù)和信號(hào)。下一代網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有以下特點(diǎn)：（1）呼叫控制層和業(yè)務(wù)層獨(dú)立于承載層，強(qiáng)調(diào)開放性。（2）業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)。（3）基于分組交換技術(shù)的融合異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。（4）具有高速的網(wǎng)絡(luò)層和鏈路層。

下一代網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)以軟交換為核心、光網(wǎng)絡(luò)和分組型

傳送技術(shù)為基礎(chǔ)的開放式融合網(wǎng)。