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1、第第5章章1通信子网通信子网网络拓扑结构网络拓扑结构交换节点交换节点转接中心转接中心用户线用户线中继线中继线全连通全连通2电信交换节点的基本组成电信交换节点的基本组成交换交换网络网络用户用户接口接口中继中继接口接口控制控制单元单元信号信号单元单元中继线中继线用户线用户线（1）建立连接）建立连接（2）维持连接）维持连接（3）拆除连接）拆除连接3线路交换线路交换报文交换报文交换分组交换交换分组交换交换快速分组交换快速分组交换多速率线路交换多速率线路交换快速线路交换快速线路交换存储存储-转发转发ATM交换交换电信网交换方式分类电信网交换方式分类X.25分组网分组网帧中继、帧中继、SMDS信元交换信元
2、交换4正向证实信号正向证实信号正向拆线信号正向拆线信号挂机挂机主叫挂机主叫挂机反向拆线信号反向拆线信号被叫挂机被叫挂机被叫用户被叫用户主叫用户主叫用户回铃音回铃音取机取机拨号拨号拨号音拨号音占用信号占用信号占用信号占用信号振铃振铃通话通话(信息传送信息传送)连接连接释放释放呼叫呼叫建立建立A局局B局局C局局电路交换电路交换5.1线路交换线路交换5C1C4C3C2C3本地网本地网省中心省中心省间中心省间中心地市中心地市中心县中心县中心长途网长途网AB6线路交换的主要特点归纳如下：线路交换的主要特点归纳如下：(1)线线路路交交换换是是一一种种实实时时交交换换，适适用用于于实实时时要要求求高的话音通
3、信高的话音通信(全程全程 200ms)。(2)在在通通信信前前要要通通过过呼呼叫叫为为主主、被被叫叫用用户户建建立立一一条条物物理理连连接接。如如果果呼呼叫叫请请求求数数超超过过交交换换网网的的连连接接能能力力(过过负负荷荷)，用用户户会会听听到到忙忙音音。衡衡量量电电话话交交换换服服务务质质量指标之一：呼叫损失率。量指标之一：呼叫损失率。(3)线线路路交交换换是是预预分分配配带带宽宽，话话路路接接通通后后，即即使使无无信信息息传传送送也也虚虚占占电电路路，据据统统计计，传传送送话话音音时时电电路路利用率仅为利用率仅为36%。(4)在在传传送送信信息息时时，没没有有任任何何差差错错控控制制措措
4、施施，不不利利于传输要求可靠性高的突发性数据业务。于传输要求可靠性高的突发性数据业务。7线路交换网的交换设备可选用程控电话交换线路交换网的交换设备可选用程控电话交换机（数字化）。电话网的设计对象是话音通信，机（数字化）。电话网的设计对象是话音通信，在电话网的数据传输，是电话网的增值业务。在电话网的数据传输，是电话网的增值业务。计算机在线路交换网上通信：点到点，遵循计算机在线路交换网上通信：点到点，遵循ITU-T的的V系列建议。系列建议。要求通信双方主机的设置一致，如异步串行要求通信双方主机的设置一致，如异步串行通信：通信：数据速率数据速率数据位数据位停止位停止位校验方式（校验方式（E、O、N）
5、8（1）空分交换技术）空分交换技术1234A B C D1B2A3D44 CSpace Division Switching9（2）时分交换技术时分交换技术Time Division Switching123n交换交换网络网络时段（时隙，时段（时隙，TimeSlot)交换交换时段时间的定义：时段时间的定义：数据传输时间数据传输时间+总线上总线上从头至尾的传播时间。从头至尾的传播时间。总线速率（背板）要总线速率（背板）要求高。例：求高。例：19.2kbps的的100条全双工线路，总条全双工线路，总线速率线速率1.92Mbps。TDM总线交换机制：总线上速率决定了同时可通信数。总线交换机制：总线上
6、速率决定了同时可通信数。10t用户电报机用户电报机B用户电报机用户电报机AA局局B局局C局局M1M1M1M1传播时延传播时延传输时延传输时延存储存储/处理时延处理时延5.2报文交换报文交换存储存储-转发转发11报文格式报文格式起始标志 信息开始 源节点 目的节点 控制信息 报文编号 信息头正文 报文结束 误码检测信息尾 信息头 报文编号 肯定或否定回答 信息尾12国际航空电信组织的全球联机定票网络（国际航空电信组织的全球联机定票网络（SITA）报文交换报文交换过程：过程：过程：过程：以电报为单位采用存储以电报为单位采用存储转发形式，排转发形式，排队，队，选一合适的链路转发。后面的报文以同样的路
7、径选一合适的链路转发。后面的报文以同样的路径传输。传输。1）排队论）排队论2）SITA设设四级优先权（特急、紧急、普通、非紧急）四级优先权（特急、紧急、普通、非紧急）13报报文文从从用用户户电电报报终终端端到到交交换换节节点点，或或交交换换节节点点间的存储转发过程包括四方面的时延：间的存储转发过程包括四方面的时延：(1)传播时延传播时延(PropagationDelay)tprop=L/v式式中中，tprop为为传传播播时时延延，L为为传传输输距距离离，v为为电电波波速度速度(3x105公里公里/秒秒)(2)传输时延传输时延(TransmissionDelay)tT=D/C式式中中，tT为为传
8、传输输时时延延，D为为报报文文长长度度，C为为传传输输速速率。率。14(3)处理时延处理时延(ProcessingDelay)处处理理时时延延是是指指交交换换节节点点内内部部执执行行程程序序所所开开销销的的时时间。间。tproc与报文长度、处理机处理能力有关。与报文长度、处理机处理能力有关。(4)存储时延存储时延(QueueingDelay)交换节点将收到的报文先在缓存单元存储，等待交换节点将收到的报文先在缓存单元存储，等待转发处理。存储时延也就是在缓存单元的排队时转发处理。存储时延也就是在缓存单元的排队时间间tq。tq是随机的，与交换节点的交换能力、网是随机的，与交换节点的交换能力、网络负荷
9、有关。络负荷有关。15(1)交交换换节节点点采采用用存存储储/转转发发方方式式对对每每份份报报文完整地加以处理；文完整地加以处理；(2)每每份份报报文文中中含含有有报报头头，必必须须包包含含收收、发双方的地址，以便交换节点进行路由选择；发双方的地址，以便交换节点进行路由选择；(3)报文交换可进行速率、码型的变换，具报文交换可进行速率、码型的变换，具有差错控制措施，便于一对多地址传送报文，有差错控制措施，便于一对多地址传送报文，过负荷时将会导致报文延迟。过负荷时将会导致报文延迟。报文交换特点：报文交换特点：165.3报文分组交换报文分组交换（PacketSwitching）P2P1报文报文17（
10、1）分组多路通信功能。）分组多路通信功能。（2）采用统计时分多路复用，提高了）采用统计时分多路复用，提高了线路线路利用率高。利用率高。（3）能够实现不同类型的数据终端设备）能够实现不同类型的数据终端设备（含有不同的传输速率、不同的代码、不（含有不同的传输速率、不同的代码、不同的通信控制规程等）之间的通信。同的通信控制规程等）之间的通信。（4）数据传输质量高、可靠性高，）数据传输质量高、可靠性高，可使用可使用优先级别优先级别。（5）经济性好。）经济性好。分组交换特点：分组交换特点：18由于采用存储由于采用存储转发方式处理分组，所以分组转发方式处理分组，所以分组在网内的平均时延可达几百毫秒。在网内
11、的平均时延可达几百毫秒。每个分组附加的分组标题，都会需要交换机分每个分组附加的分组标题，都会需要交换机分析处理，而增加开销，因此分组交换适宜于计析处理，而增加开销，因此分组交换适宜于计算机通信的突发性或断续性业务的需求，而不算机通信的突发性或断续性业务的需求，而不适合于在实时性要求高、信息量大的环境中应适合于在实时性要求高、信息量大的环境中应用。用。分组交换技术比较复杂，涉及到网络的流量控分组交换技术比较复杂，涉及到网络的流量控制、差错控制、代码、速率的变换方法和接口；制、差错控制、代码、速率的变换方法和接口；网络的管理和控制的智能化等网络的管理和控制的智能化等。分组交换机缺点：分组交换机缺点
12、：19计算机计算机DTEB释放指示分组释放指示分组呼叫请求分组呼叫请求分组呼叫连通分组呼叫连通分组呼叫接受分组呼叫接受分组入呼叫分组入呼叫分组P3P1传播时延传播时延传输时延传输时延存储存储/处理时延处理时延计算机计算机DTEAA局局DCEB局局DCEC局局DCEP2呼叫呼叫建立建立释放请求分组释放请求分组DCE释放证实分组释放证实分组DTE释放证实分组释放证实分组连接连接释放释放数据数据传输传输t1.虚电路方式分组交换虚电路方式分组交换20什么是虚电路？什么是虚电路？虚电路是分组交换网向用户提供的一种面向连接虚电路是分组交换网向用户提供的一种面向连接(ConnectionOriented：C
13、O)的网络服务方式，的网络服务方式，分组交换在网中是采用逐段链路进行存储分组交换在网中是采用逐段链路进行存储转发转发处理，因此每段的处理由分组型终端或分组交换处理，因此每段的处理由分组型终端或分组交换机机基于线路传输能力的按需动态分配原则基于线路传输能力的按需动态分配原则来确定来确定一逻辑信道，因此一条虚电路实际上是由多段分一逻辑信道，因此一条虚电路实际上是由多段分配的逻辑信道链接而成的。配的逻辑信道链接而成的。21P3P1计算机计算机B计算机计算机AA局局B局局C局局传播时延传播时延传输时延传输时延存储存储/处理时延处理时延P2t2.数据报方式分组交换数据报方式分组交换22信息接口处理机23
14、虚电路虚电路数据报数据报目标地址建立连接时需要每个分组都需要初始化设置需要不需要分组顺序通信子网负责通信子网不负责差错控制通信子网负责，对主机透明主机负责流量控制通信子网提供网络层不提供连接建立和释放需要不需要24电路交换电路交换报文交换报文交换分组交换分组交换能否进行实时通信线路接通后可实时会话式通信存储-转发不可准实时会话式通信存储-转发，可准实时会话式通信网络传递时延小，但建立呼叫有一定时延大，变化范围也大小线路利用率断续或短信息 低高高速率与电码变换不能能能差错控制功能没有可有有传输路由不变每一报文传递中不变可变网络过载影响呼损率增加时延增加，可阻塞有流控时，可在一定时延下防止阻塞计费
15、方式距离与时间字符与时间字节或分组数255.4X.25协议协议1976年，年，ITU-T（原原CCITT）X.25建议建议三个功能层次：三个功能层次：分组级（分组级（PacketLevel）帧级帧级（FrameLevel）LAPB物理级（物理级（PhysicalLevel)X.212627FVC分类：永久虚电路（分类：永久虚电路（PVC）或交换虚电路或交换虚电路（SVC）。）。F每条每条VC（虚电路）是由虚电路）是由LCN（逻辑信道号）来逻辑信道号）来加以识别；支持全双工通信。加以识别；支持全双工通信。FX.25建议建议：一个一个DTE在在DTE-DCE链路上可建立链路上可建立212=4096
16、条条VC（LCGN+LCN）多路复用多路复用。X.25X.25接入接入“管道管道(pipe)”pipe)”含有限的总容量含有限的总容量每个独立每个独立VCVC有限定的容量有限定的容量28RouterRouter分组交换网分组交换网LCN=64LCN=64LCN=74LCN=74RouterRouterRouterRouterACBLCN=91LCN=91LCN=401LCN=401LCN=96LCN=96LCN=LCN=261261LCN=400LCN=400LCN=90LCN=90LCN=95LCN=95LCN=260LCN=260LCNLCN号仅有本地意义号仅有本地意义29流量控制流量控制
17、P（S）发送的分组顺序号发送的分组顺序号P（R）期望接收的分组顺序号期望接收的分组顺序号顺序号比特数为顺序号比特数为3，（，（07）mod8扩展顺序号比特数为扩展顺序号比特数为7，（，（0127）mod128缺省窗口尺寸缺省窗口尺寸w=2差错控制：差错控制：Go-back-NARQ报文分组序列：报文分组序列：A报文分组；报文分组；B报文分组。报文分组。305.5帧中继帧中继（快速分组交换之一）（快速分组交换之一）什么是帧中继？什么是帧中继？帧中继是在帧中继是在OSI参考模型第二层参考模型第二层(数据链路数据链路层层)上，采用简化协议，且以帧为单元来传送上，采用简化协议，且以帧为单元来传送数据的
18、一种技术。数据的一种技术。帧中继起初由帧中继起初由AT&T作为作为N_ISDN的帧方式的帧方式的承载业务提出来。其产生的技术背景是：的承载业务提出来。其产生的技术背景是：传输网络的数字化和传输介质光纤化，传输误传输网络的数字化和传输介质光纤化，传输误码率比以往模拟网的要小很多；码率比以往模拟网的要小很多；用户终端设备的处理能力大为提高。用户终端设备的处理能力大为提高。31（1）帧中继协议简化了）帧中继协议简化了X.25分组级功能，只有分组级功能，只有两个层次：物理层、数据链路层。使网内节点的两个层次：物理层、数据链路层。使网内节点的处理大为简化，在帧中继网中，一个节点收到一处理大为简化，在帧中
19、继网中，一个节点收到一个帧时，大约只需执行个帧时，大约只需执行6个检测步骤。实验结果个检测步骤。实验结果表明，采用帧中继时一个帧的处理时间可以比表明，采用帧中继时一个帧的处理时间可以比X.25的处理时间减少一个数量级，因而提高了帧的处理时间减少一个数量级，因而提高了帧中继网的处理效率。中继网的处理效率。帧中继技术的特点：帧中继技术的特点：（2）传送的基本单元为帧，帧的长度可变的，）传送的基本单元为帧，帧的长度可变的，最大长度允许最大长度允许1600字节，要比字节，要比X.25网的缺省分组网的缺省分组128字节长，特别适合于封装局域网的数据单元，字节长，特别适合于封装局域网的数据单元，减少了分段
20、与重组的处理开销。减少了分段与重组的处理开销。32（3）在数据链路层完成动态）在数据链路层完成动态(统计统计)复用、帧透复用、帧透明传输和差错检测，但与明传输和差错检测，但与X.25网不同的是帧中网不同的是帧中继网内节点若检测到差错，将出错的帧丢弃，不继网内节点若检测到差错，将出错的帧丢弃，不采用重传机制，减少了帧编号、流量控制、应答采用重传机制，减少了帧编号、流量控制、应答等开销，由此减少了交换机的处理时间，提高了等开销，由此减少了交换机的处理时间，提高了网络吞吐量，降低了网络迟延。例如网络吞吐量，降低了网络迟延。例如X.25网内每网内每个节点进行帧检验产生的时延为个节点进行帧检验产生的时延
21、为510ms，而帧而帧中继节点的处理时延小于中继节点的处理时延小于2ms。（4）帧中继技术提供了一套有效的带宽管理和）帧中继技术提供了一套有效的带宽管理和阻塞控制机制，使用户能合理传送超出约定带宽阻塞控制机制，使用户能合理传送超出约定带宽的突发性数据，充分利用网络资源。的突发性数据，充分利用网络资源。33（5）帧中继现可提供用户的接入速率在帧中继现可提供用户的接入速率在64Kbit/s2.048Mbit/s,也可达也可达45Mbit/s。（6）与）与X.25分组交换一样，帧中继采用了面向分组交换一样，帧中继采用了面向连接的工作模式，可提供连接的工作模式，可提供PVC业务、业务、SVC业务。业务
22、。由于帧中继由于帧中继SVC业务对用户的资费并不能带来明业务对用户的资费并不能带来明显的好处，实际上主要用作局域网的互连，仅采显的好处，实际上主要用作局域网的互连，仅采用用PVC业务。业务。34帧中继体系结构和帧格式帧中继体系结构和帧格式1.帧中继体系结构帧中继体系结构35两个操作平面两个操作平面:控制平面（控制平面（Cplane）：）：用于建立和释用于建立和释放逻辑连接，传送与处理呼叫控制消息；放逻辑连接，传送与处理呼叫控制消息；用户平面（用户平面（Uplane）：）：用于传送用户用于传送用户数据和管理信息。数据和管理信息。362.帧中继的帧格式帧中继的帧格式FFACIFCSDLCI(高阶比
23、特高阶比特)DLCI(低低)C/R EADE EAFECNBECN87654321EA=0EA=1FFAIFCSQ.922核心核心LAPF37X.25源点源点终点终点12345786FR源点源点终点终点12345786X.25与帧中继的操作方式：与帧中继的操作方式：38数据链路连接标识符（数据链路连接标识符（DLCI：DataLinkConnectionIdentifier）。）。当采用当采用2字节的地址字段时，字节的地址字段时，DLCI占占10位，用于标识永久虚电路，呼叫控制或管理信息。位，用于标识永久虚电路，呼叫控制或管理信息。命令命令/响应（响应（C/R）与高层应用有关，帧中继本与高层应
24、用有关，帧中继本身并不使用。身并不使用。扩展地址（扩展地址（EA）当当EA为为0时表示下一个字节仍为地址时表示下一个字节仍为地址字段，当字段，当EA为为1时，表示下一个字节为信息字段的开时，表示下一个字节为信息字段的开始。始。正向显式拥塞通知（正向显式拥塞通知（FECN：ForwardExplicitCongestionNotification）若某节点将若某节点将FECN置为置为1，表，表明与该帧同方向传输的帧可能受到网络拥塞的影响而明与该帧同方向传输的帧可能受到网络拥塞的影响而迟延。迟延。反向显式拥塞通知反向显式拥塞通知（BECN）。）。丢弃指示（丢弃指示（DE：DiscardEligil
25、ility）由用户置为由用户置为1时，时，表明有网络发生拥塞时，为了维持网络的服务水平，表明有网络发生拥塞时，为了维持网络的服务水平，该帧与该帧与DE为为0的帧相比应先丢弃。的帧相比应先丢弃。39专用网接口：所有的数据设备安装带有专用网接口：所有的数据设备安装带有FRN接口的接口的E1（或或T1）多路选择器；其多路选择器；其它应用（语音传输、电话会议等）仅安它应用（语音传输、电话会议等）仅安装非帧中继接口；装非帧中继接口；公用网接口公用网接口应用：块数据交换、文件传送、字符交应用：块数据交换、文件传送、字符交互、互联互、互联LAN、支持多个低速复用。支持多个低速复用。3.帧中继的应用帧中继的应
26、用40ISDN是由电话综合数字网演变而成的一个网络，是由电话综合数字网演变而成的一个网络，它提供端到端的数字连接，以支持包括话音和它提供端到端的数字连接，以支持包括话音和非话业务在内的多种电信服务，并为用户接入非话业务在内的多种电信服务，并为用户接入提供一组有限的多用途用户网络间的标准接口。提供一组有限的多用途用户网络间的标准接口。N_ISDN是以数字式电话网为基础，采用电路是以数字式电话网为基础，采用电路交换方式，基于交换方式，基于64Kbit/s的的ISDN,数据速率限数据速率限为为2Mbit/s；B_ISDN则是真正意义上的综合，采用快速分则是真正意义上的综合，采用快速分组交换方式，即组
27、交换方式，即ATM技术。数据速率为技术。数据速率为155.520Mbit/s，622.080Mbit/s。5.6异步传输模式（异步传输模式（ATM）5.6.1ATM技术背景技术背景41B-ISDN对传输模式的要求：对传输模式的要求：对信息损伤小（信息传送的时延和时延对信息损伤小（信息传送的时延和时延抖动要小，信息丢失和差错率要小）；抖动要小，信息丢失和差错率要小）；能灵活支持各种业务；能灵活支持各种业务；具有高速传送信息的能力；具有高速传送信息的能力；简单易行（简化信息处理过程，简化对简单易行（简化信息处理过程，简化对网络设备、网络结构、网络管理的要求）。网络设备、网络结构、网络管理的要求）。
28、421.ATM网络结构网络结构ATM技术是技术是B-ISDN的核心技术；的核心技术；ATM网采用多级的交换网络结构；网采用多级的交换网络结构；ATM网络是由网络是由ATM终端和终端和ATM交换机构成；交换机构成；接口：接口：用户用户-网络接口（网络接口（UNI）网络网络-网络接口（网络接口（NNI）ATM网：网：专用专用ATM网网公用公用ATM网网接入接入ATM网网5.6.2 ATM的基本概念的基本概念43UNINNIUNINNINNINNI接入交换机接入交换机 ATM交换机 ATM交换机 ATM网UNI:use-net interfaceNNI:net-net interface ATM终端
29、 ATM终端442.ATM原理原理ATM本质上是一种快速分组交换模式本质上是一种快速分组交换模式,它将话音、数据及图它将话音、数据及图象等所有的数字信息分解成长度一定的数据块，并在各数据象等所有的数字信息分解成长度一定的数据块，并在各数据块前装配地址、丢失优先级等控制信息构成信元；块前装配地址、丢失优先级等控制信息构成信元；空信元以一定的速率发送，只要获得空信元就可插入信息发空信元以一定的速率发送，只要获得空信元就可插入信息发送。因信息插入位置无周期性，故称这种传送方式为送。因信息插入位置无周期性，故称这种传送方式为异步传异步传输模式输模式；因需要排队等待空信元到来才能发信息，故因需要排队等待
30、空信元到来才能发信息，故ATM交换是一交换是一种以信元为单位的存储种以信元为单位的存储-转发方式，又称为转发方式，又称为信元交换信元交换；信元长度为信元长度为53字节字节，信头占，信头占5个字节，信息域占个字节，信息域占48个字节；个字节；45High levelHigh levelATM AAL I.362/363ATM Layer I.361Physical LayerU_PlaneC_PlaneManagement PlanePlane ManagementLayerManagement3.ATM层次模型和信元格式层次模型和信元格式(1)ATM层次模型层次模型46GFC/VPIVPIVP
31、IVCIVCIVCIPTCLPHECPAYLOAD1234548字节字节(2)ATM信元格式信元格式47GFC:general flow control 通用流量控制通用流量控制VPI：virtual path identification 虚通道标识符虚通道标识符 VCI：virtual channel identification虚通路标识符虚通路标识符 PT：payload type净负荷类型净负荷类型CLP：cell loss priority信元丢失优先级信元丢失优先级HEC：header error control信头差错控制信头差错控制48ATM是面向连接的；是面向连接的；网络资
32、源是由各连接统计复用的：一种虚连接网络资源是由各连接统计复用的：一种虚连接（在连接时，网络仅对连接进行资源的预分配，（在连接时，网络仅对连接进行资源的预分配，只有在传输信元时才占用）；只有在传输信元时才占用）；ATM支持支持VPC、VCC；一条虚连接由一条虚连接由VPI和和VCI两部分标识：两部分标识：VPI和虚和虚通道的网络资源由网管系统以半永久方式分配；通道的网络资源由网管系统以半永久方式分配；虚通道内的虚通路通过信令动态地占用虚通道虚通道内的虚通路通过信令动态地占用虚通道的资源；的资源；每个虚通道可允许每个虚通道可允许4094个虚连接。个虚连接。4.ATM连接连接49为什么既设为什么既设
33、VP，又设又设VC？既设既设VP，又设又设VC可实现可实现ATM两级交换；两级交换；设设VP：可简化网络的资源管理；可简化网络的资源管理；提高了交换机的交换效率；提高了交换机的交换效率；可为企业网提供安全机制。可为企业网提供安全机制。ATM的的VC建立方式：建立方式：PVC（半永久连接）半永久连接）SVC（通过信令动态分配通过信令动态分配VPI、VCI）VPI、VCI的值只有局部意义；在交换机内部的值只有局部意义；在交换机内部通过端口号通过端口号+VPI、VCI来唯一标识一个连接。来唯一标识一个连接。50线路交换线路交换报文分组交换报文分组交换帧帧中继中继ATM数据单位比特分组帧信元对应OSI层次物理层网络层数据链路层数据链路层工作方式面向连接虚电路和数据报虚电路面向连接差错控制没有相邻节点间端到端端到端传输线路公用电话线模拟信道光纤传输网光纤传输网传输速率0.6k56k2.4k65k56k2M155.5M2.2G主要用途语音传输数据传输数据、图象图象、数据、语音51