第7章交换原理传送网技术
ATM交换技术
第七章ATM交换技术本章教学基本要求：1．了解ATM的定义及信元结构；2．理解虚信道和虚通路；3．理解ATM协议分层结构；4．理解ATM交换的基本原理；5．理解ATM连接的建立和清除；6．掌握ATM交换机的组成；7．掌握ATM交换结构。
本章教学主要内容：一、ATM的基本概念二、B-ISDN/ATM协议三、ATM交换的基本原理四、ATM交换机的组成五、ATM交换结构六、ATM连接建立和清除一、ATM的基本概念1．ATM的定义ATM（Asynchronous Transfer Mode），即异步转移模式，被ITU-T定义为宽带综合业务数据网B-ISDN的信息传输模式。
术语“转移”包括了传输和交换两个方面，所以转移模式是指信息在网络中传输和交换的方式。
“异步”是指在接续和用户中带宽的分配方式。
因此，ATM就是在用户接入、传输和交换级综合处理各种通信量的技术。
2．ATM的信元结构ATM信元的长度是固定的，而且信元的长度较小，只有53字节，分为信头和净荷两部分，信头为5个字节，净荷为48个字节。
ATM信元的信头内容在用户-网络接口（UNI）和网络节点接口（NNI）中略有差别，如图7.1所示。
(1)GFC：一般流量控制，4比特。
仅用于UNI接口，用于控制ATM接续的业务流量，减少用户边出现的短期过载。
只控制产生于用户终端方向的信息流量，而不控制网络方向的业务流量。
(2)VPI：虚通道标识，其中NNI为12比特，UNI为8比特。
(3)VCI：虚通路标识，16比特，标识虚通道内的虚通路，VCI与VPI的组合来标识一个虚连接。
(4)PTI：净荷类型指示，3比特，用来指示信元类型。
(5)CLP：信元丢失优先级，1比特。
用于信元丢失级别的区别，CLP为1，表示该信元为低优先级，为0则为高优先级，当传输超限时，首先丢弃的是低优先级信元。
(6)HEC：信头差错控制，8比特，监测出有错误的信头，可以纠正信头中1比特的错误。
第七章同步数字体系(SDH)
AUPTR还可用于频率调整．以便实现网络各支路同步工作。
这10个比特就是指针值。指针值是用二进制来表示的。亦即用 l0个比特的0、1码构成的二进制数值，来表示十进制的0～782 个编号。再深一步说，就是用上面所述的10比持来表示VC-4第 一个字节在o～782中的位置。
四、指针的频率调整作用
1、当VC帧速率＜AUG帧速率时: 图7—14中的5个I比持反转，通知接收端表示要作正码速调整(加
(C-4)十(VC-4POH)=VC-4 (VC-4) 十(AU-4PTR)＝AU-4 (AU-4)＝(AUG) 最后形成 STM-1
(1)下图画出了两帧，(一帧的时间是125μs，故两帧是250μs (2)对照帧结构图7－2可知，图中左侧第四行的位置就是指针区。 (3)图右侧是两帧STM—1的净负荷区，为了表明净负荷区中某点的 位置，根据行、列来画线打出格子。从第四行向右、向下进行位置 编号。每三格编一个号。例如的000，111，222，－－。
二、PDH的固有缺点
1、存在互为独立的三大数字系列，使国际间的互通存在 困难。
2、无统一的光接口，使各厂家的产品互不兼容。 3、 4、网管通信带宽严重不足，给建立集中式电信管理网带
5
三、SDH网的基本特点
优点： 1）SDH网络是由一系列SDH网元（NE）组成的，它是一个可在
光纤 或微波、卫星上进行同步信息传输、复用和交叉连接的网络。 2）具有全世界SDH)传输网中的信号是以同步传输模块(STM)
计算机基础讲义 第7章 信息获取处理交换与发布-
转发器
两台计算机远距离的网络连接 --------简单广域网
计算机 (家庭) 电话
调制解调器
公共电话系统
电话
计算机 (单位)
调制解调器
1. 计算机网络基础
调制解调器(Modem)的作用
调制 解调
数字信号
调制
电话
模拟信号
解调
电话
数字信号
调制解调器
调制解调器
局域网与广域网互连：互联网
电话
计算机 (家庭)
城域网-MAN
广域网-WAN
两台计算机近距离的网络连接 --------简单局域网
电缆 网卡
计算机
网卡
计算机
网 卡
计算机处理器的处理速 度和数据的处理格式 网络的传输速度和 数据格式
为了适应速度的不匹配 和数据格式的转换，连 接在网上的每台计算机 都包含一种称为网络接 口卡（NIC）的特殊硬 件，简称网卡。 网卡负责处理网络上数据发送和接收的细节。 不同类型的设备、不同的网络结构、不同的传输 速度要求、不同的传输媒介对网卡的要求不同。
• 按管理性质分类 公用网 为公众提供商业性和公益性的通信和信息服务的
通用计算机网络(例如Internet)
为政府、企业、行业和社会发展等部门提供具 专用网 有特定应用服务功能的计算机网络(如Intranet)
广播网络
网络上所有机器共享唯一的一条通信信道
IBM Compatible
IBM Compatible
ISP 上网机器 DSL 电话线 The Internet
与Internet互联
4.数字数据网DDN(Digital Data Network )
硬件：计算机、局域网、电缆 软件：操作系统、协议 利用数字信道传输数据的数据传输网。 优点：传输质量高、速度快和带宽利用率高等。 适用于集团用户。
SDH技术第07章
7.1.14 MSTP相关观点一览
我没有固定数据网，但是我必须建设它，为了 节省投资，MSTP是一种选择； 我已经有固定数据网，但是我想方设法优 化它，MSTP也是一种选择；
诚然，MSTP多数用在城域汇聚层和接入层，而且， 目前它不能取代传统城域数据设备的位置（认证、计 费、安全）。
MSTP的特点
只适用于初期网络较小的应用
只适合本地初期宽带业务较少的应用
D S L A M
L A N S W I T C H
不是一个网络的形态 维护管理困难 光纤浪费严重
Router 兼容TDM 困难
Router
ATM VP-RING
D S L A M
L A N S W I T C H D S L A M
交换机端口压力大
（2）透明映射：基于块编码的用户信号的映射，
如光通道和G比特以太网等。
1.GFP帧结构
帧的划分：业务帧和控制帧。
净荷长度指示 域（PLI） cHEC （CRC-16） 核心帧头 净荷类型 域 tHEC (CRC-16) 净荷区 净荷帧头 扩展信头 （可选） 净荷信息 域 净荷FCS （可选）
Status）
MST用来表示从宿端到源端的同组VCG成 员的状态信息。它有两个状态：正常 （OK=0）和失效（FAIL=1）
重排序确认比特RS-Ack
当容量调整后，接收端向发送端发
送该信号以确认调整过程的结束，通常
采用0/1翻转表示。
2.链路容量调整过程
（1）链路容量增加过程
（2）VC失效处理
保持SDH技术的一系列优点。 提供集成的数字交叉连接功能。 具有动态带宽分配和链路高效建立能力。 支持多种以太网业务类型。 支持WDM扩展。 提供综合的网络管理能力。
现代交换原理知识点总
现代交换原理知识点总结3个大题50分，选择题20分，填空题20分，判断题10分。
具体的内容还是根据老师上课讲的知识点，对着书本复习，这里只是总结了第1,2,3,5,7章的一部分知识点，第9章等老师讲完了自己复习吧，注意第9章有一个大题。
这里总结的知识点老师不一定就会考，大家就当做个参考吧。
有其他遗漏的大家就请看书和PPT吧。
第一章（选择题，填空题20-30分）：1.电信网的特点：速率恒定且单一；语音对丢失不敏感；语音对实时性要求较高；语音具有连续性；终端设备一般置于用户处，故将终端设备与交换设备之间的连接线叫做用户线，而将交换设备与交换设备的连接线叫做中继线。
2.网络拓扑结构：全网状形，部分网状，星形，树形，复合型，链形，环形，总线形3.电信网的组成：从逻辑结构上：电信网是由节点，链路和端点以及信令（协议）组成的。
从电信网功能结构上：完善的电信网则是由核心交换网，传输承载网，终端设备以及支撑系统组成的。
交换网和传输承载网是电信网的基础网；支撑系统是电信网的辅助网；电信网络框架结构（电信网分类）：基础网，支撑网和业务网4.电信网各子网的功能辅助网：管理网：整个电信网络的控制管理智能网：提供大量的智能业务数字同步网：保证网络设备的时钟同步信令网：控制传输信令的通道基础网：交换网：完成数据和话路的交换传输承载网：保证传输快速准确5.支撑网：为保证业务网正常运行，增强网络功能，提高全网的服务质量而设计的传递控制监测信号及信令信号的网络。
现代电信网包括3个支撑网：信令网，同步网，电信管理网6.信令网：信令是完成通信网的信号控制和接续过程的指令。
信令的分类有以下几种：一：按照信令的传送区域划分，划分为用户线信令和局间信令1、用户线信令是用户终端设备和交换机之间传送的信号。
2、局间信令是在交换机之间，或交换机与网管中心、数据库之间传送的信令。
二：按照信令传送通路与话路之间的关系，划分为随路信令和公共信道信令1. 随路信令（NO.1）随路信令是指用传送话路的通路来传送与该话路有关的各种信令，或传送信令的通路与话路之间有固定的关系。
现代交换技术重点整理
第1章：绪论交换的基本概念，通信网的三要素：终端设备传输系统交换系统数据通信和话音通信的区别：1，通信对象不同，数据通信实现的是计算机和计算机之间，以及人与计算机之间的通信，而话音通信实现的是人与人之间的通信。
2，传输可靠性不同，数据通信要求更高，话音相对较小3，通信的平均持续时间和通信建立响应不同，数据通信持续时间要短，建立连接的时间也短。
话音通信过程相反。
4，通信过程中信息业务量特性不同电路交换和分组交换的优缺点电路交换的主要优点：1，信息传输时延小，对一次连续而言，传输时延固定不变。
2，信息的传输效率比较高3，信息的编码方法和信息格式有通信双方协调，不受网络的限制缺点：1，电路的连续时间较长，当传输较短信息时，通信通道建立的时间可能大于通信时间，网络利用率低2，电路利用低3，通信双方在信息传输，编码格式，同步方式，通信协议等方面要完全兼容，限制了各种不同速率，不同代码格式，不同通信协议的用户终端的互通4，有呼损，可能出现由于对方用户终端设备忙或交换网负载过重而呼叫不通第2章：交换单元与交换网络1）连接的三种表示形式（函数表示形式，排列表示形式，图像表示形式）及它们间的相互转换2）T、S接线器及TST网络的工作原理3）Clos无阻塞网络基本结构和条件Clos网络结构：两边各有r个对称的m*n矩形交换单元，中间是m个r*r 的正方型交换单元。
每个交换单元都与下一级的各个交换单元有连接且仅有一条连接。
m,n,r是整数决定了交换单元的容量，称为网络参数记作C（m,n,r）三级clos网络无阻塞的条件：m>=2n-1.4）Banyan网的构成方法、自由选路的概念以及阻塞情况判断第3章：电路交换技术及接口电路电路交换呼叫接续过程：三个阶段：1，呼叫建立2，消息传输3，话终释放电路交换系统的基本功能：连接、信令、终端接口、控制功能。
模拟用户接口的七大功能：能对7个基本功能做简单解释。
1、馈电：所有连接在交换机上的电话分机用户，都由交换机向其馈电。
现代交换原理与通信网技术卞丽部分课后习题答案
第一章1. 在通信网中为什么要引入交换功能?为实现多个终端之间的通信,引入交换节点.各个用户终端不在是两两互连 , 而是分别精油一条通信线路连接到交换节点上,在通信网中,交换就是通信的源和目的终端之间建立通信信道,实现通信信息传送的过程引入交换节点后, 用户终端只需要一对线与交换机相连,接生线路投资,组网灵活.2. 构成通信网的三要素是:交换设备. 传输设备 , 用户终端.3. 目前通信网中存在的交换方式有哪几种?分别属于哪种传送模式?电路交换.多速率电路交换.快速电路交换.分组交换.帧交换.帧中继.ATM交换.IP交换.光交换.软交换. 电路交换. 多速率电路交换 .快速电路交换. 属于电路传送模式, 分组交换 .帧交换. 帧中继/属于分组传送模式ATM交换属于异步传送模式4.电路传送模式.分组传送模式,和异步传送模式的特点是什么?(1)信息传送的最小单元是时隙(2)面向连接的工作方式(3)同步时分复用(4)信息传送无差错控制(5)信息具有透明性(6)基于呼叫损失的流量控制分组特点: (1)面向连接的工作方式的特点(2)无连接的工作方式特点(3)统计时分复用(4)信息传送有差错控制(5)信息传送不具有透明性(6)基于呼叫延迟的流量控制异步传送特点: (1)固定长度单元的信元和简化的信头(2)采用了异步时分复用方式(3)采用了面向连接的工作方式5.电路交换.分组交换的虚电路方式以及ATM交换都采用面向连接的工作方式，它们有何异同？相同点:都具有连接建立数据传送和链路拆除三个阶段. 不同; 电路交换的面向连接的工作方式是一条物理连接通路.而虚电路方式以及ATM交换方式都属于逻辑连接.6.同步时分复用和异步时分复用的特点是什么？同步时分复用的基本原理是把时间划分为等长的基本单位,一般称为帧,没帧再划分为更小单位叫时隙.对每一条同步时分复用的告诉数字信道,采用这种时间分割的方法.依据数字信号在每一帧的时间位置来确定它是第几路子信道.这些子信道又可以称为位置化信道.通过时间位置来识别每路信道异步时分复用是采用动态分配带宽的,各路通信按需使用. 异步时分复用将时间划分为等长的时间片,用于传送固定长度的信元.异步时分是依据信头标志X.Y.Z.来区别哪路通信信元，而不是靠时间位置来识别。
交换原理
交换是按照通信两端传输信息的要求，用人工或设备自动完成的方法，动态地把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术的统称。
交换的方式经历了电路交换、数据交换和IP 交换三个主要阶段，期间实现了从模拟信号到数字信号，从窄带到宽带的跨越。
从传统意义上讲，真正的交换是在第二层（数据链路层）实现的，俗称第二层交换。
由于第二层交换技术不处理网络层的IP地址，不处理高层协议的端口地址，它只需要数据包的物理地址即MAC地址。
IP交换也称为第三层交换，顾名思义，就是在OSI的第三层（网络层）实现数据的交换。
更确切的说，第三层交换就是利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能，在网络模型的第三层实现了数据包的高速转发。
第三层交换=第二层交换+第三层转发。
IP交换技术可以操作在网络协议的第三层，作为一种路由设备并起到路由作用。
它的速度极快。
第三层交换机通过软件控制学习到路由以后就可以按IP地址由硬件直接转发数据包，大大提高了数据包的处理速度，解决了路由器的瓶颈问题。
IP交换技术是将ATM交换作为一种高速转发技术来应用。
在ip交换技术中，IP路由协议用来产生路由表和确定数据转发路径。
一旦确定了转发路径，就可以引入ATM交换对数据进行高速转发。
关键技术：（1）直接路由（Explicit Routing）IP交换采用直接路由技术，即通路中第一个节点选择路径，该通路子序列的交换采用第一次交换所选的路径。
如在ATM网络中，IP交换只对数据流的第一个数据包进行路由地址处理，按路由转发。
随后按已经计算的路由建立VC（Virtual Channel），以后的数据包沿VC直接传送，不再经过路由器，从而将数据包的转发速度提高到第二层交换的速度。
有的IP交换技术采用类似ATM交换的快速标记交换，中间节点无需查找网络层的IP地址，路由器只在传入的信息中解析包的标记，而对包本身不做改动，当标记取得后，立即发送包，这种做法效率较高。
（2）2)QoS和宽带管理。
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有线：电缆、光纤 无线：微波、通信卫星
传输系统
传输系统主要包括发送、接收设备 实现将基带信号转换成线路码，信号的复/分解 常用的复用有：FDM、TDM和CDM
传输节点设备，包括:
配线架 电分插复用器（ADM)、电交叉连接设备(DXC) 光分插复用器（OADM)、光交叉连接设备(OXC)
第7章交换原理传送网技术春
12
夏
SDH基本复用原理－基本概念
标准容器C
用于传递同步信号的一种信息结构
主要完成速率调整等适配功能
需要传送的电路层信号在容器中经过码速调整后变 换为同步信号
经过容器后信号的速率将会变化
G.707建议中定入了5种标准容器
标准容器C C-11 C-12 C-2 C-3
第7章交换原理传送网技术春
2
夏
7.2 同步数字传送网技术SDH
SDH：Synchronous Digital Hierarchy 一种当今世界电信网普遍采用的传送网技术 由于PDH的缺陷，促使了SDH的产生与发展
第7章交换原理传送网技术春
3
夏
PDH的缺陷
标准不统一，彼此互不兼容，不能互通
北美标准：
1.5Mbit/s~6.3Mbit/s~45Mbit/s~N*45Mbit/s
日本标准：
1.5Mbit/s~6.3Mbit/s~32Mbit/s~100Mbit/s~ 400Mbit/s
欧洲标准：
2Mbit/s~8Mbit/s~34Mbit/s~140Mbit/s
没有世界性的标准光接口规范
第7章交换原理传送网技术春
7
夏
SDH的特点与优势
标准统一
提供全球统一的信息等级体系STM-N
与PDH兼容（不同等级的PDH可接入SDH)
统一的光接口，能在光路上实现互通
一步复用功能（不同PDH等级可直接一次复用）
支持组网，灵活
SDH具有定时透明性
相同业务提供者（网元）是同步的
不同业务提供者之间是伪同步
采用指针调整技术使得净负荷在不同业务之间传送不影 响业务质量
帧结构中有丰富的OAM（占5%），网管功能强大
第7章交换原理传送网技术春
8
夏
SDH与PDH信号分、插比较
PDH信号的分插
分离：逐级解复用 插入：逐级复用
140/34Mbit/s
34/140Mbit/s
光 光/ 信电 号
解 复
34/8
第7章交换原理传送网技术春
6
夏
SDH的信息结构等级与速率
信息结构等级也称之为同步传送模块STM-N (N＝1，4，16，64……）
不同的结构等级对应不同的速率
STM-1：155.520Mbit/s STM-4：622.080Mbit/s STM-16：2488.320Mbit/s（2.5Gbit/s） STM-64：9953Mbit/s（10Gbit/s）
难以支持新一代网络。
点对点通信，不灵活
使数字通道设备利用率低。
无法提供最佳路由选择。
5
第7章交换原理传送网技术春 夏
SDH的基本概念
SDH是一套可以进行同步信息传输、复用分插 和交叉连接的标准化数字信号的结构等级体系
SDH网由复用器、数字交叉连接设备等组成。
SDH主要功能是对PDH信号（2Mbps， 34Mbps，140Mbps）进行同步数字传输、复 用、交叉连接和交换
C-4
对应PDH类型 T1
E1
T2
E3
E4
对应速率 （Mbps）
13
1.554 2.048 6.312 34.第376章8交换原1理3传9
虚容器VC
支持通道层连接的一种信息结构 由C+POH组成 VC在SDH传送中保持完整不变（独立的信息单元） VC可以在通道的任何一点取（分）或插入，以便同步
复用、交叉连接处理
支路单元TU（Tributary Unit）
一种为低阶通道层和高阶通道层提供适配功能的信息 结构
开销为8×9=72字节=576bit。 信息净负荷（Payload）区域
用于电信业务的部分。共261×9=2349字节
包括各支路信息及少量通道监视、管理等信息
管理单元指针（AU PTR－Administration Unit Pointer）区域
指示符，表示净负荷的第一字节在STM-N帧中的位置 完成复用同步和帧定位功能，便于争取提取各支路信息 对STM-1来说有9个字节。
互通必须转换成标准G.703接口，无法在光路
上直接通信。
4
第7章交换原理传送网技术春 夏
PDH的缺陷
同步复杂，上下电路困难
低速信号（一次群）采用同步复用，高速信号 （高次群）采用异步复用（插入比特）。
此方式造成上下电路必须一步一步复用或解复 用，硬件设备多，费用高。
OAM比特缺乏，主要依靠人工完成
9*N
STM-1的速率：
261*N 270*N
19440×8000＝155.52（Mbps）
传输方向
第7章交换原理传送网技术春
11
夏
SDH帧格式
段开销（SOH－Section OverHead）
属附加字节，起维护和管理作用 主要有误码监视、 帧定位、数据通信、公务通信和自动
保护倒换字节等功能
第七章 光同步数字传输网
7.1 传送网技术基础 7.2 同步数字传送网技术SDH
PDH的缺陷 SDH的基本概念与特征 SDH的速率 SDH帧结构 SDH的复用原理 SDH的传输设备 SDH的拓扑结构
1
第7章交换原理传送网技术春 夏
7.1 传送网技术基础
传送网包括：传输媒体、传输系统和传输节点设备 传输媒体
SDH帧格式
SDH的帧格式
由ITU-T建议G.709规定
是一种矩形块状
9*270*N字节
STM-N帧结构 帧组成：
270×n列和9行字节
帧时长：
125us，8000帧/s
1
SOH
4 AU PTR 5
SOH
STM-N净负荷 （含SOH）
STM-1一帧位数：
9
270×1×9×8=19440
用
解 复 8/2
用解
复
用
8/34 复 用
2/8 复 用
复 用
电 /光 光信
号
2 Mbit/s
第7章交换原理传送网技术春
9
夏
SDH与PDH信号分、插比较
SDH信号的分插
分、插一步完成
155Mbit/s SDH分插复用器 155Mbit/s （ADM）
2Mbit/s
第7章交换原理传送网技术春
10
夏