第四章 交换与路由技术基础(2015)

•
对于一个交换节点，至少应具备下述功能：
– – – – – 能正确接收和分析来自用户侧或网络侧接口的呼叫信令。 能正确接收和分析来自用户侧或网络侧接口的地址信令。 能按照目的地址正确地进行路由选择，并通过网络侧接口转发信号。 能控制连接的建立。 能按照要求拆除连接。
8
交换基本原理
交换节点中传送的信号
15
统计时分复用的基本原理
•
•
STDM系统复用器（解复用器）的一侧与几条低速线路相连，另一侧是高速 复用线路；每条低速线路都有一个与之相联系的I/O缓冲区。
发送端：
– 复用器首先扫描各条低速线路（输入缓冲区），将输入数据组织成STDM帧。
– STDM帧长度可以是固定的也可以是不固定的，时间片位置也可以是不固定的。
时分复用时先将多个用户设备通过时分多路复用器连接到一个公共信道上，时分多路 复用器给各个设备分配一段使用公共信道的时间，这段时间称为时隙（Time Slot）。
– 当轮到某个设备工作时，该设备就同公共信道接通，而其它设备就同公共信道暂时断开。设备 使用时间过后，时分多路复用器将信道使用权交给下一个设备，依此类推一直轮流到最后一个 设备，然后再重新开始。
•
编号计划
– –
•
计费方式
–
–
各种业务网中使用自己的计费方式。
其他技术要素还包括路由选择、流量控制等。
4
交换的引入
•
•
基本含义：在通信网上建立起四通八达的立交桥，以达到快速、经济并满足 服务质量要求的信息转移的目的。
终端的连接方式：
– 两个终端成对连接。
– 多个终端两两连接，全互联的方式，适合终端数量少、地理位置集中且可靠性要 求很高的场合。
C A C
A C A
CCC
情况1：两条输入线路发送数据
17
帧长度固定的统计时分复用
S5
S4 S3 S2 S1
AAAAA 时 分 多 路 复 用 器
A C A E C A E C A E C A
CCCC
EEE
情况2：三条输入线路发送数据
18
帧长不固定的统计时分复用
SA
SB SC SD
A4 B4 B3 C3 D3
第四章 交换与路由技术 基础
由NordriDesign提供

交换与路由技术基础
业务网分类
• 采用不同交换路由技术的节点交换设备可组成提供不同业务的通信网络。
3
组网基本技术要素
•
•
在规划、建设、维护、运营网络时，需要考虑的基本技术要素。
网络结构：终端与节点、节点与节点之间的连接方式。
•
•
交换节点中传送什么样的信号，与使用的交换技术密切相关。
信号的分类： 模拟信号 电信号 数字信号
电交换
同步时分复用信号
统计时分复用信号/异步时分复用信号
信号
时分多路复用技术
光信号
光交换
10
同步时分复用信号
•
•
时分复用：就是采用时间分割的方法，把一条高速数字信道分成若干低速数字信道， 构成同时传输多个低速信号的子信道。
•
缺点：
– – –
24
பைடு நூலகம்
分组交换
必须选择合适的数据交换方式构造数据通信网络
25
报文交换和分组交换
• 报文交换：不要求在两个通信结点之间建立专用通路。
– – – 结点把要发送的信息组织成一个数据包——报文，该报文中含有目标结点的地址，完整的报 文在网络中一站一站地向前传送。 每一个结点接收整个报文，检查目标结点地址，然后根据网络中的交通情况在适当的时候转发 到下一个结点。 经过多次的存储转发，最后到达目标，因而这样的网络叫存储转发网络。其中的交换结点要有 足够大的存储空间（一般是磁盘），用以缓冲收到的长报文。 将需要传送的信息分成若干个分组，每个分组加控制信息后分发出去，采用存储转发方式，有 差错控制措施。 基于统计时分复用方式，可以不建立连接，也可建立连接，连接为逻辑连接（虚连接）。 资源利用率高，共享信道。 有时延，实时性差，不能保证通信质量。 一般用于数据交换，但也可用于分组话音业务。
22
电路交换的主要特点
•
• • • • •
通信前建立连接，通信后拆除连接，通信期间，不管是否有信息传送，连接 始终保持，且对通信信息不作处理，也无差错控制措施；
基于同步时分复用方式，连接为物理连接； 固定分配带宽，资源利用率低，灵活性差； 实时交换，基于呼叫损失制，只要允许建立连接，就可保证通信质量，过负 荷时呼损率增加； 一般用于电话交换，但也可用于数据交换，用于数据交换时一般速率低于 9.6kbit／s； 当节点使用电路交换技术时，可构成电话网（PSTN）、数字数据网（DDN ）、移动通信网等。
23
电路交换的优缺点
•
•
在通信之前要在通信双方之间建立一条被双方独占的物理通路（由通信双方之间的交 换设备和链路逐段连接而成）。
优点：
– 通信线路为通信双方专用，数据直达，传输数据的时延非常小。
–
– – –
通信双方之间的物理通路一旦建立，双方可以随时通信，实时性强。
双方通信时按发送顺序传送数据，不存在失序问题。 电路交换既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号。 电路交换的交换设备（交换机等）及控制均较简单。 电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说嫌长。 电路交换连接建立后，物理通路被通信双方独占，因而信道利用率低。 电路交换时，数据直达，不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信，也难以在 通信过程中进行差错控制。
•
分组交换：最适合数据通信的交换技术。
– – – – –
–
当节点使用分组交换技术，可构成分组交换网。传统分组交换使用的最典型的协议就是著名的 X.25协议。
26
分组交换与报文交换的比较
27
28
报文交换的优缺点
• • 以报文为数据交换的单位，报文携带有目标地址、源地址等信息，在交换结点采用存 储转发的传输方式。 优点：
– – – 网状网（格状网）：效率高、管理复杂、成本高。 分级网：管理简单、成本低、效率低。 我国大多数通信网络为分级网，同级中也使用网状网。
–
计算机网中多使用星型、总线型、环型、树型等网络结构。
业务网中所有终端与节点都必须有编号来识别身份，不同的业务网中使用的编号方式不同。 编号是交换和路由的基础，具有重要的网络寻址功能。
– 所以每帧不仅包含数据，还有地址信息（每个时间片所对应数据都带地址）。
• •
接收端：
– 解复用器根据STDM帧结构将时隙数据分发给合适的输出缓冲区，直到输出设备。
STDM帧的每个时隙存在额外的开销。
16
帧长度固定的统计时分复用
S5
S4 S3 S2 S1
AAAAA 时 分 多 路 复 用 器
A A
6
交换的引入
•
•
直接与终端连接的交换机称为本地交换机，相应的交换局为端局。
连接各交换机的交换机叫汇接交换机，当距离很远时也称为长途交换机。
7
交换的基本功能
•
•
在连接交换设备上的任意的入线和出线之间建立连接，或者说将入线上的信息分发到 出线上去。
无论是话音、数据、文本、图像等，均可通过在通信网中的交换节点发送到所需的任 何一个或多个被叫用户。
13
统计时分复用
•
•
同步时分复用的缺点：资源浪费
– 帧中时间片与用户一一对应，用户没有数据发送时也占用这个时间片，因而浪费资源。
为了提高时隙的利用率，可以采用按需分配时隙的技术，以避免每帧中出现空闲时隙 的现象。以这种动态分配时隙方式工作的技术称为统计时分复用(STDM)或称异步时分 复用。
– 统计时分多路复用可分为帧长固定和帧长不固定的两种。 把需要的传送的信息分成很多小段，称为分组。 每个分组前附加标志码，标志要去哪个输出端，即路由标记。 各个分组在输入时使用不同的时隙，虽然使用不同时隙，但标志码相同的分组属于一次接续。 所以，把它们所占的信道容量看作一个子信道，这个子信道可以是任何时隙。 这样把一个信道划分了若干子信道，称为标志化信道。
S4 A S3 S2 C
A
B B
C D
S1
时 分 多 路 复 用 器
C
A D
C B
同步TDM B A
C A
D
C B
B A
帧长度不固定， 按时间片固定 的STDM
C
A D C
B B A
帧长度固定的STDM
21
电路交换
• 电路交换（CS：Circuit Switching）的基本过程包括呼叫建立阶段、信息传 送（通话）阶段和连接释放阶段。
– – 当开关移动到某个设备前，该设备就有机会向公共通路传输规定大小的数据。 开关的这种以固定的速率和固定的顺序在设备间的移动过程就称作交错。
12
同步时分多路复用交错过程
DDD CC B AAA
时 分 多 路 复 用 器
帧3 D
帧2 A D C A
帧1 D C B A
4路输入信号 每帧含有4个时间片
这样既保证了各路信号的传输，又能让它们互不干扰。
–
•
使用时分复用信道的设备一般是低速设备，时分复用器将不间断的低速率数据在时间 上压缩后变成间断的高速率数据，从而达到低速设备复用高速信道的目的。
11
同步时分复用的基本概念
•
• •
帧：同步时分复用将时间划分为基本时间单位，1帧占用时长为125us。
时隙：每帧分为若干个时隙，并按顺序编号。 子信道：所有帧中编号相同的时隙成为一个子信道，该信道是恒定速率的，一个子信 道传递一个话路的信息。