交换机原理复习资料

第一章
1. 什么是通信?
通信是指按约定规则进行的信息传送。

从广义来讲，无论采用什么方法，使用何种媒介，只要将信息从一地传送到另一地，均可称为通信。

2.通信与电信的区别
信息以电磁波形式进行传输的通信，称为电信，我们现在的通信，都属于电信的范畴。

3. 如何实现多个用户之间的通信？
——全互连方式。

3.1全互连方式存在什么问题？ （1）N2 问题； （2）经济性问题； （3）可操作性问题； （4）控制和管理问题。

4. 交换机的作用是 图1-2 全互连组网结构示意图 在任意选定的两条用户线之间建立和（而后）释放一条通信链路。

4.1
1
1
N2问题变成了N 条用户线，由交换机组成的交换式通信网容易组成大型网络。

4.2交换式通信网
用户交换机
市话交换机
用户线中继线
1）网中直接连接电话机或终端的交换机称为本地交换机或市话交换机，相应的交换局称为局端或市话局
2）仅与其他交换机连接的交换机称为汇接交换机
3）当交换机相距很远，必须用长途线路连接时，这种情况下的汇接交换机也称为长途交换机
4）交换机之间的线路称为中继线
4.3按需实现任意入线与任意出线之间的互连是交换机最基本的任务。

交换机应能控制以下4种接续：
a)本局接续
b)出局接续
c)入局接续
d)转接接续
5.通信网的定义
通信网是由一定数量的节点和连接这些节点的传输系统有机地组织在一起的，按约定的信令或协议完成任意用户间信息交换的通信体系。

方便记忆：由各种软件（协议）硬件（节点设备、传输线路）设施按照一定的规则互连在一起，完成信息传递任务的系统。

5.1根据信息传递时是否预先建立端到端的连接，通信网交换技术分为两大类：
面向连接型（CO,Connection Oriented）：面向连接适用于大批量、可靠数据传输业务，但网络控制较复杂；
无连接型（CL,Connectionless ）：无连接方式控制简单，适用于突发性强、数据量少的业务。

以上两种工作方式的主要区别如下：
1）面向连接网络对每次通信总要经过建立连接、传送信息、释放链接三个阶段；而无连接网络并不为每次通信过程建立和拆除连接。

2）面向连接网络中的每一个节点必须为每一个呼叫选路，一旦路由确定连接即建立
3）路由中各节点需要为接下来进行的通信维持连接的状态；而无连接网络中的每个节点必须为每个传送的分组独立选路，但节点中不需要维持连接的状态。

4）用户信息较长时，采用面向连接方式通信效率较高；反正，无连接方式要好一些。

交换方式
6. 交换方式：电路交换，分组交换，帧中继，ATM交换
1）电路交换
基本过程：连接建立、信息传送、释放。

技术特点
带宽固定，电路利用率低。

实时性强。

无差错控制，不适于数据传输。

基于呼损制方式工作。

电路交换适合于电话通信、文件传送、高速传真，不适合突发和对差错敏感的数据业务。

2）分组交换
分组交换基本原理：分组交换也叫包交换，它是以分组为信息单位，以存储/转发方式在网络中传送数据的交换方式。

技术特点：
采用存储/转发方式，支持异种终端间的通信。

采用统计时分复用，线路利用率高。

分组交换缺点：
网络附加信息多，长报文通信效率较低。

第二章
1.分层协议结构（P22）
2.通信网协议体系结构：
是指网络分层结构和相应的协议构成的集合。

3. 参考模型
OSI TCP/IP 综合模型
4．分层结构中各层功能
▪ 物理层 － 透明的比特流传输。

▪ 数据链路层 － 相邻节点间以帧为单位的数据的可靠传输。

▪ 网络层 －分组转发、路由选择，将上层数据按地址传送到目的地。

▪ 传输层 －负责两个主机中进程之间的通信，实现端到端的可靠通信。

▪ 应用层 － 直接为用户提供应用服务。

5. 对等层间交换的信息单元称为协议数据单元（PDU ，Protocol Data Unit ）。

1) 应用层协议数据单元（APDU ） 2) 表示层数据单元——PPDU ； 3) 会话层协议数据单元——SPDU ；
4) 传输层协议数据单元——段（Segment ）
5) 网络层协议数据单元——分组或包（Packet ） 6) 链路层协议数据单元——帧（Frame ） 7) 物理层协议数据单元——比特流（Bit ）
6.封装与解封装的过程（P24）
7. 电信交换基本技术，即网络交换技术包括：
1） 接口技术：各种交换系统都有用户接口和中继接口，但不同类型的交换
系统具有不同的接口。

2） 信令技术：通信网中的各个组成部分之间，为了建立连接及实现各种控
制而必须要传送的一些信息。

3）控制技术：互连功能、接口功能及信令功能都与控制功能密切相关。

4）互连技术：涉及的内容较多，一般包括：（1）拓扑结构；（2）选路策略；
（3）控制机理；（4）多播方法；（5）阻塞特性；（6）可靠性保障。

7.1互连技术
实现任意入线与出线之间的互连是交换的基本功能。

（1）拓扑结构
节点交换网络具有一定的拓扑结构。

▪时分结构：共享媒体（总线或环）和存储器
▪空分结构：由交换单元构成的单级或多级拓扑结构
（5）阻塞特性
阻塞是指在呼叫建立或用户信息传送时，由于网络拥塞而使呼叫不能建
立或用户信息不能传送而遭受损失的现象。

1）连接阻塞与传送阻塞（呼损率、丢失率）
2)按照阻塞特性：阻塞网络与无阻塞网络。

严格无阻塞：由Clos C提出（CLOS网）。

网络在任何情况下都能
无阻塞地建立连接。

广义无阻塞：只有遵循特定的选路规则才能建立连接，实现网络的无阻塞要求。

再配置无阻塞：是指通过对已建立连接的通路进行调整，以建立新的
无阻塞连接。

8. 内部通道
交换单元如何建立信息传送通道（连接）。

▪对于同步时分复用信号（实连接）
▪对于统计复用信号（虚连接）
9. 交换单元的分类
▪集中型：M＞N，也称为集中器。

▪扩散型：M＜N，也称为扩展器。

▪分配型：M = N，也称为分配器
10. 几种典型的交换单元
1）开关阵列
开关阵列是怎么实现广播功能：当某条入线与其连接的所有出线间的一行开关部分（或全部）处于接通状态时，开关阵列很容易实现点对多点（多播或广播）功能。

2）总线型交换单元
3）共享存储器型交换单元
11.单级交换网络
多级交换网络（交换单元容量、级数、连接通路数（链路数）。

12.多级交换网络特点：
▪交叉接点数减少
▪复杂度降低
▪级间选路和控制复杂
▪带来了内部阻塞
12.1多级交换网络与单级交换网络相比：
优点是：
1)减少了交换网络总的交叉节点数目；
2)降低了交换网络的复杂度。

缺点是：入线与出线的连接需通过交换单元之间的级间链路，增加了交换网络搜寻空闲链路的难度，相应地增加了交换网络和交换单元的复杂
性。

另外，多级交换网络会出现网络内部阻塞。

13.内部阻塞
▪由于内部链路忙而导致呼叫损失掉的情况称为节点内部阻塞。

▪按照数据通信的观点，内部阻塞也可称为冲突。

14.内部阻塞特点
第一级的每一个交换单元与第二级的每一个交换单元之间仅存在一条链路，一旦被占用，其余任何入线与出线都无法接通。

15. 网络阻塞与CLOS网
（1）内部阻塞：单级交换网络不存在内部阻塞，多级交换网络会出现内部阻塞。

网络内部阻塞也称为冲突。

（2）严格无阻塞网络（CLOS网络）条件：m>=2n-1或m>=n(入)+n(出)-1；
○1单级无阻塞网络；
○2CLOS网络，当输入级每台接线器的入线数不等于输出级每台接线
器的出线数，且分别为n入和n出时，则严格无阻塞的条件为：
m>=n入+n出-1。

（2）多级CLOS网络。

16. 话务量定义
话务量：在时间T内发生的呼叫次数和平均占用时长的乘积。

忙时：人们将一天中电话负载最大的一小时称为最忙小时，简称忙时。

16.1根据交换系统处理话务的不同方式，分为呼损工作制和待接工作制。

呼损工作制（Lost Calls Cleared (LCC)：
系统忙时，不受理业务，给用户送忙音。

用户听到忙音后，必须放弃本次呼叫，再重新进行呼叫。

待接工作制Lost Calls Delayed (LCD)：
系统忙时，用户必须等待。

不向用户送忙音，用户也不重新呼叫。

一旦有了可用于接续的空闲设备，呼叫就继续进行下去。

16.2通常将忙时（单位时间内）流过的话务量成为话务量强度，简称话务量。

话务量是一个无量纲的数，为纪念Erlang，将话务量的单位定为爱尔兰（Erlang），用e或E表示。

A = C*t（A为话务量；C是单位时间（一般为1小时）内所发生的呼叫次数
（即呼叫强度）；t为平均占用时长）
实例2/Example2
设呼叫强度 C = 3600呼叫/小时，平均占用时长t = 1分钟，计算流入话务量强度A入。

解：A入= 3600 呼叫/小时* 1/60 小时/呼叫= 60 E
16.4全利用度线群呼损常用Erlang呼损公式计算：
P=Pv(A)
A：流入话务量P：呼损V：全利用度线群出线数
1)呼损P不变：V增，A增。

即出线数增加，系统所能承担
的话务量也增加。

2)流入话务量A不变：V增，P减。

即出线数增加，系统的
呼损就会减少。

3)出线数V不变：A增，P增。

即流入系统的话务量增加，
系统的呼损就会增加。

第三章
1.交换机硬件包括两大部分：
1)话路系统
2)控制系统
2. 话务系统
话务系统由用户级、选组级、各种中继接口、信号部件等组成。

3.用户集线器
负责话务量的集中与分散
4.集线比：输入端信道数与输出端信道线之比。

常见的集线比多为4:1。

例如：120个用户公用30个信道，只需一条PCM 传输线。

5.模拟用户电路功能
▪B（Battery feed）馈电；
▪O（Over-voltage protection）过压保护；
▪R（Ringing control）振铃控制；
▪S（Supervision）状态监视；
▪C（Codec & filters）编译码和滤波；
▪H（Hybrid circuit）混合电路；
▪T（Test）测试;
6.信号部件
A.信号音发生器
B.双音多频接受器
C.多频信号发送器和接受器
D.7号信令终端
7 3.3节大题
7.1时间接线器工作原理：
7.2空间接线器（大题P55）
7.3数字交换网络（P56）
第五章
1时分复用分为同步时分复用和统计时分复用，分组交换采用统计时分复用技术，它在给用户分配线路资源时，不像同步时分复用那样固定分配带宽，而是按需动态分配。

即只在用户数据传送时才给它分配资源，因此线路利用率
较高。

2路由选择
路由选择就是在呼叫建立过程中，在多条路由中选择一条较好的路由。

获得较好路由的方法称为路由算法。

3. 选择路由方法应考虑的问题：
1)路由选择准则：即以什么参数作为路由选择的基本依据，可以分
为两类：以路由所经过的跳数为准则或以链路的状态为准则。

2)路由选择协议：依据路由选择准则，在相关节点之间进行路由信
息的收集和发布的规程和方法称为路由协议
3)路由选择算法：中心统一计算，然后发送到各个节点（集中式），
也可由各节点根据自己的路由信息进行计算（分布式）。

4.流量控制
▪是一种使目的端通信实体可以调节源端通信实体发送的数据流量的协议机制，可以调节数据发送的数量和速率
4.1流量控制的作用
▪防止由于网络和用户过载而导致吞吐量下降和传送时延增加。

▪避免网络死锁。

▪网络及用户之间的速率匹配。

4.3流量控制的层次
流量控制机制: 控制一个点到另一个点的流量
是按级进行的,分为4级
段级：防止出现局部的节点缓冲区拥塞和死锁；
沿到沿级：防止终节点缓冲区出现拥塞；
接入级: 控制进网的业务量，防止网络发生拥塞；
端到端级: 在进程级防止用户缓冲区出现拥塞；
4.4流量控制的方法
▪滑动窗口
▪缓冲区预约法
▪许可证法
5拥塞控制
流量控制是指发送端和接收端之间的点对点通信量控制，主要解决快速发送与慢速接收的问题，是局部的，一般基于反馈机制进行控制。

当通信量超过一定限度时，网络性能降低，这种现象就叫拥塞。

拥塞的本质是荷载超过了网络的承受能力。

5.1拥塞控制的作用
拥塞控制是一个全局性的过程，涉及到所有的终端和节点，以及降低网络传输性能的所有因素
5.2拥塞控制方法：
从拥塞节点向源节点发送控制分组
根据路由选择信息调整新分组的产生速率
利用端到端的探测分组控制拥塞
节点在分组经过时添加拥塞指示信息
6 X.25
是数据终端设备（DTE ）和数据电路终接设备（DCE ）之间的接口，为公用数据网络在分组模式下提供终端操作
6.1 X.25 以面向连接的虚电路服务为基础。

6.2 X.25分层协议结构 物理层
数据链路层 分组层
6.3 F R 的协议结构
补充：A T M 模型： 以太网模型：
A T M 层 数据链路层 物理层 物理层 7.ATM ▪ 异步
▪ 分组交换（按需分配带宽） ▪ 信元就是分组
▪ 各信元不需要严格按照一定的规律出现
▪ 传递模式
▪ 传输
O S I 参考模型
T D M 模型
X .25模型
F R 模型
•物理层：X.21、V 、G 、I 系列接口。

•数据链路层：HDLC 的简化版本
（DL-core ），去掉了差错控制和流量控制字段。

▪复用
▪交换
7.1ATM技术特点：
（1）ATM是统计时分复用技术
（2）ATM分组（信元）长度固定、短小
（3）ATM支持多业务传输
（4）ATM是面向连接的传输技术。

7.2 ATM信元格式
ATM信元长度为53B，分为两个部分：5B的信头包含表征信元去向的逻辑地址、优先级等控制信息；48B的信息段用于装载来自不同用户，不同业务的信息。

7.3ATM连接类型
虚通路连接VP
虚信道连接VC
7.4VPI/VCI: 信元的逻辑路由地址
▪VPI:虚通路标志
▪VCI: 虚信道标志
存在两种类型的连接：
▪VCC: VC Connection 虚信道连接
▪VPC: VP Connection 虚通路连接
7.5了解VP/VC交换
第七章
1交换机的概念
局域网交换机工作在数据链路层，它能够读取数据帧中的MAC地址并根据MAC地址进行信息交换，这也成为第二层交换机的原因
2 二层交换机工作原理（P11）
交换机的交换控制中心根据端口号/MAC地址映射表的内容找出帧的目的地址的输出端口号，即可将帧转发到相应端口，也即完成交换(若是广播MAC或MAC 暂时在地址表中没记录，则向所有网段/端口转发，这种方法称为洪泛法)
简单地说就是通过自动学习和广播机制建立起自己的地址表的
3局域网定义及特点
局域网(LAN)是一种将小区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络。

局域网的基本特点
▪高数据传输率（10 ~ 1000 Mbps）
▪短距离（0.1 ~ 10 km）
▪低出错率（10-8 ~ 10-11）
4虚拟局域网概念
虚拟局域网VLAN 是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。

4.1虚拟局域网的作用
VLAN主要解决局域网中存在的两个问题：
▪广播风暴问题
▪安全问题
缺点：
虚拟局域网必须在第二层的协议上进行
5把路由器结构与工作原理了解一下（P185）
6由于不同VLAN间不能直接通过第二层的MAC地址直接通信，它们的互连要在第三层的IP协议上进行，因此VLAN间互连要使用外部路由器
路由器用软件对数据存储转发，速率比交换机低，是VLAN间的通信瓶颈
三层交换机应运而生
第八章
1从一般的概念来讲，将网络互连起来要使用中间设备。

根据所在的层次，可以有以下四种不同的中间设备：
▪（1）物理层使用的中间设备叫做转发器（repeater）。

▪（2）数据链路层使用的中间设备叫做网桥或桥接器（bridge）。

▪（3）网络层使用的中间设备叫做路由器（router）。

▪（4）在网络层以上使用的中间设备叫做网关（gateway）。

用网关连接两个不兼容的系统需要在高层进行协议的转换。

2.N层交换机的概念
各层次的互连设备可以采用软件或硬件方式实现。

第N层互连设备若采用硬件实现，则称为第N层交换机，简称N层交换机。

3二层交换
在第二层（数据链路层以及MAC层）进行交换称为二层交换。

局域网中的网桥是最简单的二层交换机。

广域网中的帧中继和ATM网络都在第二层进行交换，也都采用了二层交换技术。

所谓交换仅仅是存储转发的概念
4三层交换
传统路由器和X.25分组交换机都是在第三层进行交换的，但这种所谓的交换仅仅是存储转发的概念，实质是使用软件将分组从一个端口转移到另外一个端口，转发速率较低。

三层交换设备，相当于一个带有第三层路由功能的二层交换机。

4.1三层交换基本类型：
逐包式交换（主要用于局域网）：局域网中的三层交换机主要采用逐包式交换技术，主要解决不同虚拟局域网之间的分组转发问题。

原理：逐包式三层交换的基本思路是在普通二层交换机中嵌入一个路由器模块，以实现依据三层信息进行分组的快速转发。

基于什么：逐包式交换主要应用于基于MAC帧的网络环境中，比如VLAN互连
流式交换（主要用于广域网）：基于流的三层交换技术的基本思路是尽可能地避免对IP分组的逐个处理。

原理：在两个主机之间的通信过程中，三层交换路由器对于收到的第一个分组，按传统路由器的工作方式进行处理，并分析IP分组头，记录收发IP地址、端口号、应用层协议类型、服务质量要求等信息，建立从发端到收端的转发路径。

基于什么：基于流的第三层交换机的功能结构
5 MPLS的概念
▪MPLS：Multi-protocol Label Switch（多协议标记交换）
▪将路由控制和分组转发分离，用标签来识别和标记IP分组，并把标签封装后的报文转发到已升级改善过的交换机或路由器，由它们在第二层进行标签交换，转发分组；
▪通过现有的IP路由协议获得标签，实现IP地址和标签之间的映射。

5.1MPLS工作原理
MPLS是一种特殊的转发机制，它为进入网络中的IP数据包分配标记，并通过对标记的交换来实现IP数据包的转发。

5.2转发等价类--FEC
▪MPLS实际上是一种分类转发的技术，它将具有相同转发处理方式（目的地相同、使用的转发路径相同、具有相同的服务等级等）的分组归为一类，这种类别就称为转发等价类。

属于相同转发等价类的分组在MPLS 网络中将获得完全相同的处理。

▪在MPLS网络中，各个节点将通过分组的标签来识别分组所属的转发等价类。

5.3标记分发机制
在MPLS网络中，各标记交换机LSR在分配好标记后，需要将该标记信息通知相邻LSR。

标记分配与通知的方法有两种，按照与数据流传送方向的关系，分别称为：
下游标记分配方式
首先由LSP路径上的最末端节点根据业务流的FEC为该流分配一个标记，然后把标记
传给它上游的相邻节点。

上有标记分配方式
与下游标记分配方式的次序相反，LSP路径起始节点首先根据业务流的FEC为该业务流分配一个标记。