第八章 网络交换新技术-路由与交换技术-袁天夫-清华大学出版社
网络路由与交换技术
网络路由与交换技术在当今高度信息化的时代，网络技术的快速发展使得人们能够更加便捷地获取信息和进行交流。
而网络路由与交换技术作为网络通信的基础，扮演着重要的角色。
本文将从网络路由与交换技术的概念、原理、分类以及应用等方面进行论述，旨在帮助读者更加全面深入地了解这一重要的技术，以期能够为网络通信的发展贡献一份力量。
一、概念网络路由与交换技术是一种将数据从源地址传输到目的地址的网络通信方式。
它基于网络协议，通过选择最佳路径来实现数据的快速、可靠传输。
网络路由通常是指在互联网络中选择和控制包括IP数据包的路径的过程。
而网络交换则是指在网络中用交换设备实现数据报文的传输和转发。
这两个技术密切相关，共同构建了一个高效的网络通信系统。
二、原理网络路由与交换技术的原理主要包括路由的选择与配置、交换设备的工作原理等。
1. 路由选择与配置路由选择是通过选取合适的传输路径，使得数据包按照指定的目的地进行传输。
这个过程是根据网络拓扑结构以及路由算法进行的。
在网络中有很多种路由算法，如最短路径算法、带宽感知算法等。
路由配置则是为了保证网络通信的高效性，需要根据网络拓扑和网络流量的特点，动态地配置路由表以实现最佳路径的选择。
2. 交换设备的工作原理交换设备是网络路由与交换技术的核心组成部分，它主要实现数据包的转发、过滤和分发。
交换设备通常包括交换机、路由器等。
交换机通过学习交换机端口和MAC地址的绑定关系，实现数据的局域网内快速转发。
而路由器则通过学习IP地址和对应的端口地址的绑定关系，实现数据包在不同网络之间的转发。
三、分类网络路由与交换技术可根据不同的分类标准进行区分，如按照网络规模、网络体系结构等分类。
1. 按照网络规模分类根据网络规模的不同，网络路由与交换技术可分为小规模网络和大规模网络两种。
小规模网络通常采用静态路由，手动配置路由表，适用于中小型企业内部网络。
而大规模网络则通常采用动态路由，通过路由协议自动学习和更新路由表，适用于庞大的互联网。
教材路由和交换技术
《路由与交换技术》是2023年人民邮电出版社出版的图书，本书旨在帮助初级阶段的学生进一步学习网络技术的常用协议和对应的配置方法。
本书的结构为先交换后路由。
本书首先介绍交换网络的基础知识，然后介绍VLAN 和STP 这两种网络中常用的技术和协议，最后详细介绍路由技术。
路由是网络中必不可少的关键技术，因此，本书还介绍了网络中常用的协议，并展示了相应的配置命令和代码。
此外，本书根据新的HCIA-Datacom 认证考试大纲，介绍了多协议标签交（MPLS）和分段路由（SR）的相关内容。
本书不仅适合相关院校数通方向专业的学生使用，还适合备考华为认证的考生使用，也适合网络工程师在工作中使用。
路由和交换技术
路由和交换技术路由（Routing）和交换（Switching）技术是计算机网络中最基础和重要的技术之一，它们对于网络的性能和效率有着至关重要的影响。
本文将对路由和交换技术的基本概念、分类以及应用进行简单介绍。
一、路由技术路由技术是指在网络中选择最佳路径将数据包从源节点传输到目的节点的方法。
在互联网中，路由器是实现路由技术的核心设备。
路由器通过学习路由表和协议来决定最佳路径，并将数据包转发到下一个节点。
路由器的主要功能是转发数据包，保证网络中各个节点之间的通信。
路由技术可以分为静态路由和动态路由。
静态路由是由网络管理员手动配置的路由，其优点是稳定可靠，但需要耗费大量的时间和精力来配置。
动态路由是由路由器自动学习和更新的路由，其优点是配置简单，而且能够根据网络拓扑的变化自动调整路由。
二、交换技术交换技术是指在网络中将数据包从一个节点传输到另一个节点的方法。
交换技术有两种主要的实现方式：电路交换和分组交换。
电路交换是在建立连接之后，一直占用网络资源进行传输，直到连接中断。
电路交换的优点是传输效率高，但缺点是连接一旦建立，不能被其他节点使用，造成资源浪费。
分组交换是将数据包拆分成一定大小的数据块，每个数据块都带有目的地址和源地址信息，然后以不同的路径传输到目的节点。
分组交换的优点是能够充分利用网络资源，但缺点是传输延迟较大。
交换技术可以分为三种：电路交换、分组交换和消息交换。
电路交换是在建立连接后一直占用网络资源进行传输；分组交换是将数据包拆分成一定大小的数据块，每个数据块都带有目的地址和源地址信息，然后以不同的路径传输到目的节点；消息交换是将数据分成一些短小的包（消息），每个包都独立传输，不需要建立连接。
消息交换的优点是传输延迟小，但缺点是传输效率低。
三、路由和交换技术的应用路由和交换技术在计算机网络中应用广泛，例如在互联网、局域网、广域网等网络中都有广泛的应用。
在互联网中，路由器和交换机是网络中最重要的设备之一，它们保证了数据的快速传输和网络的稳定性。
第二章 交换技术-路由与交换技术-袁天夫-清华大学出版社
以太网的工作原理
以太网采用载波帧听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）的机制，解决多个 终端同时争用总线的机制，工作过程如下所述。
当以太网中的一台主机要传输数据时，它将按如下步骤进行： 1）监听信道上是否有信号在传输。如果有的话，表明信道处于忙状态，就 继续监听，直到信道空闲为止。 2）若没有监听到任何信号，就传输数据。 3）传输的时候继续监听，如发现冲突则执行退避算法，随机等待一段时间 后，重新执行步骤1（当冲突发生时，涉及冲突的计算机会发送一个拥塞序列， 以警告所有的节点）。 4）若未发现冲突则发送成功，所有计算机在试图再一次发送数据之前，必须 在最近一次发送后等待9.6微秒（以10Mbps运行）。
Novell Ethernet 帧格式
IEEE 802.3/802.2帧格式
新增的802.2 LLC首部包括两个服务访问点：源服务访问点（SSAP）和目标 服务访问点（DSAP）。它们用于标识以太网帧所携带的上层数据类型，如16进 制数0x06代表IP协议数据，16进制数0xE0代表Novell类型协议数据，16进制数 0xF0代表IBM NetBIOS类型协议数据等。 至设为0x03，指明采用无 连接服务的802.2无编号数据格式）。
2、100Mb/s以太网标准
1）100BASE-TX 100BASE-TX必须采用5类以上布线系统，和10BASE-T一样，它也只
用于以集线器或以太网交换机为组网设备的以太网中，网络设备之间、网 络设备和终端之间距离必须小于l00m。
2）100BASE-FX
100BASE-FX采用两根50/125μm或62.5/125Mm的多模光纤，分别用于发送和接 收数据，因此，支持全双工通信方式。如果两个100BASE-FX端口（通常情况 下，一个是以太网交换机端口，另一个是以太网交换机端口或网卡）以全 双工方式进行通信，它们之间的传输距离可达2km。
路由和交换技术
路由和交换技术路由和交换技术是网络通信中至关重要的两个概念。
路由技术是指一种从源网络地址到目的网络地址的转发过程，而交换技术则是一种在网络中传输数据的方式。
两者结合起来，可以实现高效的网络通信。
在网络中，路由技术的主要作用是确定数据包的最佳路径。
这个路径是通过路由器之间的交互来确定的。
路由器是一种专门用于转发数据包的设备，它可以根据目的地址来选择合适的路径。
路由器之间的交互是通过路由协议来实现的，常见的路由协议有RIP、OSPF、BGP等。
这些协议可以根据不同的网络拓扑结构和需求来选择最佳路径。
交换技术则是一种在网络中传输数据的方式。
交换技术可以分为电路交换和分组交换两种。
电路交换是指在通信开始前，建立一条专用的物理路径，数据沿着这条路径传输，传输结束后撤销这条路径。
电路交换的优点是传输速度快，但是缺点是容易出现拥塞。
分组交换则是将数据划分为一些较小的数据包，每个数据包独立传输，传输完成后再组合成完整的数据。
分组交换的优点是灵活性强，可以更好地适应网络环境的变化。
除了路由和交换技术，网络中还有一些其他的技术和协议。
其中比较重要的是TCP/IP协议。
TCP/IP协议是互联网的基础协议，它包括IP协议和TCP协议。
IP协议负责网络层的传输，而TCP协议负责传输控制。
TCP/IP协议可以实现可靠的数据传输，以及网络包的路由选择。
总的来说，路由和交换技术是网络通信中不可或缺的两个概念。
通过这些技术和协议的结合，可以实现高效的网络通信和数据传输。
在未来，随着网络的不断发展和变化，这些技术和协议也会不断地更新和改进，以适应不同的网络需求和环境。
现代交换8WXY
华中科技大学电信系 汪小燕
一、计算机通信与TCP/IP基本原理
生存时间域用作标识报文在网络传输过程中的 最大生存期的计数器,时间单位为秒。正常值 设为64,最大为255,当其值为0时,则丢弃该报 文,并向报文发送方返回一个装有超时信息的 互连网控制报文协议(ICMP)报文。 协议域提供目前的数据报文部分在使用什么协 议,以便递交给适当的协议处理系统(如TCP、 UDP等)。 头标校验和域用来检查报文头部在传送过程中 的受破坏情况,如果在目的地计算出的校验和 与该域的值不符,则丢弃该报文。
华中科技大学电信系 汪小燕 34
一、计算机通信与TCP/IP基本原理
7.
用户数据报协议(UDP)
7.1 UDP提供无连接的数据报服务,广泛用 于倾向直接使用数据报服务的应用程序。 7.2 UDP是轻权协议,处理开销很小。由于 简单,它很适合那些不需要TCP全部特性的应 用。 7.3 UDP不提供有保证的数据传送, 也不 保证数据的传输顺序。
华中科技大学电信系 汪小燕
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一、计算机通信与TCP/IP基本原理
6. TCP协议
6.1 TCP是面向连接的协议,它提供两个网络设 备间数据的有保障的顺序传递。
丢失自动重传处理。 排序处理
华中科技大学电信系 汪小燕
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一、计算机通信与TCP/IP基本原理
6.2
TCP被称作一种端到端协议
华中科技大学电信系 汪小燕
6
一、计算机通信与TCP/IP基本原理
1.2.3 不同网络通过路由器互连的方法: （P204图8.3） 在一台计算机上同时插入两种或更多种不向技 术的网卡，使其连接两个或更多的网络。对该 台计算机所连接的多个网络及其站点进行网络 编号，并运行网间数据转发协议软件，那么该 台计算机就可以执行异构网络站点之间的分组 数据转发任务。其过程称为路由选择，而这台 在网络中执行路由选择任务的专用计算机则被 称为路由器(Router)，或称其为网关(Gateway)，
路由与交换技术实训报告
路由与交换技术实训报告1.引言概述部分的内容可以包括对路由与交换技术的背景和重要性进行介绍。
以下是一个示例：1.1 概述在现代计算机网络中，路由与交换技术是网络通信的基石，它们的作用是实现数据的传输和转发。
随着互联网的普及和应用领域的不断扩大，路由与交换技术的重要性日益凸显。
路由技术是指通过选择合适的路径将数据从源主机传递到目标主机的过程。
随着网络规模不断增大和结构变得复杂，合理的路由选择对于提高网络性能和稳定性至关重要。
路由技术可以实现从小范围内的局域网（LAN）到广域网（WAN）的数据传输，保证信息的安全性和可靠性。
交换技术则是指在网络中进行数据传输和转发的过程。
相比传统的广播方式，交换技术能够更有效地利用网络资源，提高数据传输的速度和可靠性。
常见的交换技术包括以太网交换、虚拟局域网（VLAN）交换和ATM 交换等。
这些交换技术根据数据传输的不同需求和网络规模的不同，为用户提供了多样化的选择。
路由与交换技术的应用广泛，几乎贯穿于各行各业的计算机网络中。
无论是大型企业组织的内部网络，还是互联网的传统ISP（Internet Service Provider）网络，都需要路由与交换技术来实现数据的高效传输。
随着云计算、物联网和5G技术的快速发展，网络规模和复杂性将进一步增加，对路由与交换技术的要求也会更加迫切。
本报告将深入探讨路由与交换技术的相关知识和实践操作，通过实训实验的方式加深对于这些技术的理解和掌握。
我们将重点介绍路由技术的概念、协议以及交换技术的分类，通过实际操作实验，探索如何利用路由与交换技术构建高效的计算机网络，提高网络通信的性能和稳定性。
文章结构部分的内容应该包括对整篇文章的分章节进行介绍和概述。
以下是对文章结构的简要描述：1.2 文章结构部分：本篇报告主要分为以下几个部分，每个部分都涉及不同的内容和技术：1. 引言：在这一部分，我们将对整篇报告进行概述，并介绍本次实训报告的目的。
现代交换技术 第八章 下一代网络与软交换
8.2 基于软交换的NGN结构
• 接入层的设备，包括各种不同的网络、终端设备、以及各种网关设备，如PSTN、 ATM网络，帧中继网、移动网，各种IP电话终端机模拟终端等。 • 接入层设备主要包括媒体网关、信令网关、综合接入设备。
8.2 基于软交换的NGN结构
• 接入层设备主要包括媒体网关、信令网关、综合接入设备：
8.3 软交换组网设备
• 软交换系统中，核心控制设备是软 交换/软交换服务器，它提供传统的 长途和本地电话业务，完成信令处 理、呼叫控制、资源管理、计费、 用户管理等功能。
• 除了软交换机外，在边缘接入层还 有许多软交换设备，可分为窄带接 入设备和宽带接入设备。 窄带接入：利用软交换机、网关 等设备替代现有的电话长途/汇接 局和端局。 宽带接入：利用软交 下一代网络概述
• NGN是一个分组传送的网络，它提 供包括电信业务在内的多种业务。 • NGN能够利用多种带宽和具有QoS 能力的传送技术，实现业务功能与 底层传送技术的分离。 • NGN提供用户对不同业务网的自由 接入，并支持通用移动性，实现用 户对业务使用的一致性和统一性。
8.1 下一代网络概述
8.3 软交换组网设备
• 网络和业务的融合必须解决的首要问题是电路交换网和分组数据网之间的信令互通 问题。为此，ITU-T制定了独立于承载的呼叫控制协议（BICC）。 • BICC协议的主要目的是解决呼叫控制和承载控制分离的问题，使呼叫控制信令 （No.7信令）可在各种网络上承载，包括MTP(消息传递部分)、SS7网络、ATM网络、 IP网络。
• 控制层
8.1 下一代网络概述
完成各种呼叫控制功能，控制底层网络元素对接入层和传送层话音、数据和多媒体 业务流的处理，在该层实现了网络端到端的连接控制。 • 业务层 • 在呼叫建立的基础上提供各种增值业务，同时开放第三方可编程接口，易于引入新 业务。另外也负责业务的管理功能，如业务逻辑定义，业务生成，业务认证和业务 计费等。
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如果将4个交叉连接单元起来，就可以组成一个4×4的交换单元
（2）时分光交换网络 光时分复用和电时分复用类似，也是把一条复用信道划分成若干个时隙，
2) 光交换器件
（1）半导体光开关 半导体光放大器用来对输入的光信号进行光放大，并且通过控制放大器的偏
置信号来控制其放大倍数。当偏置信号为“0”时，输入的光信号将被器件完全吸 收，使得器件的输出端没有任何光信号输出，器件的这个作用相当于一个开关 把光信号给“关断”了。当偏置信号不为“0”且具有某个定值时，输入的光信号便 会被适量放大而出现在输出端上，这相当于开关闭合让光信号“导通”。因此， 这种半导体光放大器也可以用作光交换中的空分交换开关，通过控制电流来控 制光信号的输出选向
空分+时分光交换的二种结构
采用声光可调谐滤波器，它可以根据控制信号的不同，将一个或多 个波长的信号从一个端口滤出，而其他波长的信号从另一端口输出
声光可调谐滤波器
4) 微机电光交换技术
MEMS全称为Micro Electromechanical System，即微机电系统，是指尺寸 在几毫米乃至更小的高科技装置，主要由传感器、动作器（执行器）和微能源 三大部分组成。
1）光交换的概念
光交换是指不经过任何光电转换，在光域直接将输入的光信号交换到不同 的输出端。由于目前光逻辑器件的功能还较简单，不能完成控制部分复杂的逻 辑处理，因此现有的光交换控制单元还是要由电信号来完成，即所谓的电控光 交换。在控制单元输入端进行光电转换，而在输出端完成电光转换。随着光器 件的发展，光交换的最终发展趋势将是光控光交换。
另一种波长交换结构。它是从各个单路的原始信号开始，先用各种不同波长 的单频激光器将各路输入信号变成不同波长的输出光信号，把它们复合在一起， 构成一个波分多路复用信号，然后再由各个输出线上的处理部件从该多路复用信 号中选出各个单路信号来，从而完成交换处理。
（4）复合光交换网络 空分与时分组合、空分与波分组合、空分与时分组合再与波分组合等都是 常用的复合光交换方式。
（6）自由空间光调制器
空间无干涉地控制光路径的光交换叫做自由空间光调制器。这种调 制器的典型器件是由二维光极化控制阵列或开关门器件组成，其示意结 构图示：
3 ) 光交换网络
（1）空分光交换网络
空间光开关（Space Optical Switch）是光交换中最基本的功能开关。 它可以直接构成空分光交换单元，也可以与其他功能开关一起构成时分光交 换单元和波分光交换单元。
（3）波分光交换网络
光波分交换网络的结构 其工作原理为：首先由光分束器把输入的多波长光信号功率均匀地分配到N个 输出端上，它可以采用熔拉锥型-多耦合器件，或者采用硅平面波导技术制成的耦 合器；然后，N个具有不同波长选择功能的法布里-玻罗（F-P）滤波器或者相干检 测器从输入的光信号中检出所需的波长输出，虚线框中的模块组合相当于波长解复 用器的功能；再由波长转换器把输入波长光信号转换成想要交换输出的波长的光信 号；最后通过光波复用器把完成波长交换的光信号复用在一起，经由一条光纤输出。
半导体光放大器及其等效开关逻辑
（2）耦合波导开关 耦合波导开关除了有一个控制电极以外，还有两个输入端和两个输出端。
耦合波导开关是利用铌酸锂（LiNb03）材料制作的。铌酸锂是一种很好的电 光材料，它具有折射率随外界电场变化而改变的光学特性。在铌酸锂基片上进行 钛扩散，以形成折射率逐渐增加的光波导（即光通道），再焊上电极，它便可以 作为光交换元件了。
常见的产品包括MEMS加速度计、MEMS麦克风、微马达、微泵、微振子、 MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪、MEMS湿度传感器等以及它们的集成产品。
MEMS技术是一种典型的多学科交叉的前沿性研究领域，几乎涉及到自然 及工程科学的所有领域，如电子技术、机械技术、物理学、化学、生物医学、 材料科学、能源科学等。其研究内容一般可以归纳为以下三个基本方面：（1） 理论基础：在当前MEMS所能达到的尺度下，宏观世界基本的物理规律仍然起 作用，但由于尺寸缩小带来的影响（Scaling Effects），许多物理现象与宏观 世界有很大区别，因此许多原来的理论基础都会发生变化，如力的尺寸效应、 微结构的表面效应、微观摩擦机理等，因此有必要对微动力学、微流体力学、 微热力学、微摩擦学、微光学和微结构学进行深入的研究。这一方面的研究虽 然受到重视，但难度较大，往往需要多学科的学者进行基础研究。（2）技术 基础研究：主要包括微机械设计、微机械材料、微细加工、微装配与封装、集 成技术、微测量等技术基础研究。（3）微机械在各学科领域的应用研究。
第8章 网络交换新技术
主要内容：
• 光交换技术 • 虚拟交换技术（软件定义网络SDN） • VXLAN技术
1 光交换技术
目前的电子交换和信息处理网络的发展已接近电子速率的极限，其中 所固有的RC参数、漂移、串话、响应速度慢等缺点限制了交换速率的提高。 因此，交换节点成为通信网络的“电子瓶颈”，为解决此问题，研究人员 开始在交换系统中引入光子技术，实现光交换。
每个基带数据光脉冲流分别占用一个时隙，N个基带信道复用成高速光数据流 进行传输。
光时分交换是基于光时分复用中的时隙互换原理实现的，是指把N路时 分复用信号中各个时隙的信号互换位置
光时分交换示意图
二种时隙交换器，图中的空间光开关在一个时隙内保持一种状态，并在时 隙间的保护带中完成状态转换。
二种时隙交换器
耦合波导等效开关逻辑
（3）硅衬底平面光波导开关
硅衬底平面光波导开关等效逻辑
（4）波长转换器 直接波长转换是将波长为λi的输入光信号先由光电探测器转变为电信号，
然后，再驱动一个波长为λj的激光器，使得输出波长成为λj的出射光信号
光波长转换器结构
（5）光存储器
在全光系统中，为了实现光信息的处理，光信号的存பைடு நூலகம்显得极其 重要。在光存储方面，首先试制成功的是光纤延迟线存储器，而后又 研制出了双稳态激光二极管存储器。