现代交换技术(北大版)01概 述

过去，交换的概念几乎是面向连接的服务的专利，但 是现在交换的概念已经扩展至协议堆的各层，而且是从统 计的角度来定义的。具体而言，新交换的概念可以应用在 局域网和广域网。最早在局域网中的交换概念是第二层交 换，它是为了解决以太网共享带宽瓶颈问题而提出的，采 用了MAC地址作为识别交换端口的标识。但是值得注意的 用了MAC地址作为识别交换端口的标识。但是值得注意的 是，在广域网中早就采用了第二层交换，如帧中继和ATM 是，在广域网中早就采用了第二层交换，如帧中继和ATM 交换。从广义上讲，任何数据的转发都可以叫做交换，但 是传统的、狭义的第二层交换技术，仅包括数据链路层的 转发。第三层交换(也称多层交换技术，或IP交换技术) 转发。第三层交换(也称多层交换技术，或IP交换技术)是 相对于传统交换概念而提出的。三层交换技术是在网络模 型中的第三层实现了数据包的高速转发，本质上三层交换 技术就是：二层交换技术＋三层转发技术。在本书的软交 换和光交换技术中将涉及到第三层交换的概念。
1.2.2 分组交换
分组交换技术是伴随着计算机网络的发展而发展的， 它是将用户传送的数据划分成一定的长度，每个部分叫做 一个分组。在每个分组的前面加上一个分组头，用以指明 该分组发往何地，然后由交换机根据每个分组的地址标志， 将它们转发至目的地，这一过程称为分组交换。进行分组 交换的通信网称为分组交换网。 分组交换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、不同的通信控制规程等）之 间的通信，具有分组多路通信功能，数据传输质量高、可 靠性高。分组交换比电路交换的电路利用率高，比报文交 换的传输时延小，交互性好。
第1章
概
述
教学提示：交换技术描述了通信网络中各节点之间及与端 教学提示：交换技术描述了通信网络中各节点之间及与端 点之间的信息交换方式，是通信网的重要支撑。交换技术 经历了从空分到时分电路交换，继而发展了报文交换、分 组交换。目前交换的概念已广义化，三层交换、四层交换 和七层交换的概念相继提出。 教学要求：通过本章的学习，读者能够了解交换的基本概 教学要求：通过本章的学习，读者能够了解交换的基本概 念，了解下一代网络的特点及发展趋势，重点掌握各种交 换方式的概念和特性。
1.2.7 光交换技术
长期以来，高速全光网的梦想一直受到交换问题的困 扰。因为传统的交换技术需要将数据转换成电信号进行交 换，然后再转换为光信号传输。虽然传统的交换技术与光 技术结合，在带宽和速度上有十分积极的意义，但是其中 的光电转换设备体积过于庞大且费用昂贵。 光交换技术也是一种光纤通信技术，它是指不经过任 何光/ 何光/电转换，在光域中直接将输入光信号交换到不同的 输出端。光交换技术费用不受接入端口带宽的影响，因为 它在进行光交换时并不区分带宽，而且不受光波传输数据 速率的影响。而传统的交换技术费用随带宽增加而大幅提 高，因此在高带宽的情况下，光交换更具吸引力。随着光 技术的进一步发展，光交换一定会在交换领域占据越来越 重要的地位。
第1章 概
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 交换的基本概念 交 换 方 式 下一代网络简介 小 结 习 题
述
1.1
交换的基本概念
对电信行业而言，交换是一个非常重要的概念。从传 统的步进制交换机，到纵横制交换机，直至程控数字交换 机和异步传输模式(ATM)交换机都离不开交换的概念。所 机和异步传输模式(ATM)交换机都离不开交换的概念。所 谓交换就是在公共网络的各终端用户之间，按所需目的地 来互相传递话音、数据、图像、视频的信息。对传统的电 信行业，20世纪实际上是一个以交换为核心的世纪。在新 信行业，20世纪实际上是一个以交换为核心的世纪。在新 世纪到来的时候，其实人们早已将交换概念的内涵扩展了， 其外延一直延伸至广义的信息交换。这样做，一方面丰富 了交换的概念，另一方面也导致了一些困惑。所以我们说 人类技术的进步已经进入了一个交换新世纪。这里交换的 概念不仅涉及对延时敏感的话音，而且包含数据交换和视 频交换。也就是说，现在的交换概念不再是电路交换，也 不完全是分组交换，而是信息交换。
1.2.1 电路交换方式
以电路连接为目的的交换方式是电路交换方式。电话 网中就是采用电路交换方式。电路交换的动作，就是在通 信时建立(即连接)电路，通信完毕时拆除(即断开) 信时建立(即连接)电路，通信完毕时拆除(即断开)电路。至 于在通信过程中双方传送信息的内容，与交换系统无关。 公共交换电话网(PSTN网 和移动网(包括GSM网和 公共交换电话网(PSTN网)和移动网(包括GSM网和 CDMA网 CDMA网)采用的都是电路交换技术，它的基本特点是采用 面向连接的方式 ，其优点是在通信过程中可以保证为用户 提供足够的带宽，并且实时性强，时延小，交换设备成本 较低，但同时带来的缺点是网络的带宽利用率不高，一旦 电路被建立不管通信双方是否处于通话状态，分配的电路 都一直被占用。
1.2.3 帧中继
帧中继协议是在X.25分组交换技术的基础上发展起来的一种快速 帧中继协议是在X.25分组交换技术的基础上发展起来的一种快速 分组交换技术，是 改进了的X.25协议。它采用动态分配传输带宽和可 改进了的X.25协议。它采用动态分配传输带宽和可 变长的帧的技术，适用于处理突发性 信息和可变长度帧的信息，是 局域网互联的最佳选择。帧中继是进入带宽范围从56kbit到 局域网互联的最佳选择。帧中继是进入带宽范围从56kbit到1.544Mbit 的广域分组交换网的用户接口。帧中继是从综合业务数字网中发展起 来的，并在1984年推荐为国际电话电报咨询委员会(CCITT)的一项标准， 来的，并在1984年推荐为国际电话电报咨询委员会(CCITT)的一项标准， 另外，由美国国家标准协会授权的美国TIS标准委员会也对帧中继做 另外，由美国国家标准协会授权的美国TIS标准委员会也对帧中继做 了一些初步工作。 帧中继采用带宽控制技术，这是帧中继技术的特点和优点之一。 在传统的数据通信业务中，特别像DDN，用户预定了一条64k的电路， 在传统的数据通信业务中，特别像DDN，用户预定了一条64k的电路， 那么它只能以64kbit/s的速率来传送数据。而在帧中继技术中，用户向 那么它只能以64kbit/s的速率来传送数据。而在帧中继技术中，用户向 帧中继业务供应商预定的是约定信息速率(简称CIR)，而实际使用过程 帧中继业务供应商预定的是约定信息速率(简称CIR)，而实际使用过程 中用户可以以高于CIR的速率发送数据，这是帧中继吸引用户的主要 中用户可以以高于CIR的速率发送数据，这是帧中继吸引用户的主要 原因之一。
1.2 交 换 方 式
1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5 1.2.6 1.2.6 电路交换方式 分组交换 帧中继 ATM IP交换技术 IP交换技术 软交换 软交换
1.2 交 换 方 式
交换方式是交换节点为了完成交换功能所采用的互通 技术，在传统意义上交换方式分为电路交换和分组交换， 用于实现二层以下的信息交换。其实严格说来，交换意味 着源与目的地址之间的连接，在第二层以上的任何技术都 不能说是交换技术。目前交换的概念已广义化，三层交换、 四层交换和七层交换的概念相继提出。负载均衡一词在很 大程度上已经取代了第四层交换一词，正像应用认知一词 在很大程度上取代了第七层交换一样。但是，也许第三层 交换一词将永远这样称呼下去了。下面简要介绍几种通信 网上正在使用和研究的交换方式。
随着计算机技术与通信技术的发展，国际标准 化组织(ISO)提出了开放式系统互联参考模型(OSI化组织(ISO)提出了开放式系统互联参考模型(OSIRM)。OSI的下四层( RM)。OSI的下四层(物理层、数据链路层、wenku.baidu.com络层 和传输层) 和传输层)为通信层。通信层可根据层间通信协议 进行子网间的连接。
1.2.4 ATM
ATM(Asynchronous Transfer Mode)：异步传输模式，是国际电信 Mode)：异步传输模式，是国际电信 联盟ITU- 制定的标准，并推荐其为宽带综合业务数据网(B-ISDN)的 联盟ITU-T制定的标准，并推荐其为宽带综合业务数据网(B-ISDN)的 信息传输模式。 ATM是一种传输模式，在这一模式中，信息被组织成信元，因包 ATM是一种传输模式，在这一模式中，信息被组织成信元，因包 含来自某用户信息的各个信元不需要周期性出现，这种传输模式是异 步的。 ATM信元是固定长度的分组，共有53个字节，分为两个部分。 ATM信元是固定长度的分组，共有53个字节，分为两个部分。 前面5个字节为信头，主要完成寻址的功能；后面的48个字节为信息 前面5个字节为信头，主要完成寻址的功能；后面的48个字节为信息 段，用来装载来自不同用户、不同业务的信息。话音、数据、图像等 所有的数字信息都要经过切割，封装成统一格式的信元在网中传递， 并在接收端恢复成所需格式。由于ATM技术简化了交换过程，去除了 并在接收端恢复成所需格式。由于ATM技术简化了交换过程，去除了 不必要的数据校验，采用易于处理的固定信元格式，所以ATM交换速 不必要的数据校验，采用易于处理的固定信元格式，所以ATM交换速 率大大高于传统的数据网，如X.25、DDN、帧中继等。另外，对于如 率大大高于传统的数据网，如X.25、DDN、帧中继等。另外，对于如 此高速的数据网，ATM网络采用了一些有效的业务流量监控机制，对 此高速的数据网，ATM网络采用了一些有效的业务流量监控机制，对 网上用户数据进行实时监控，把网络拥塞发生的可能性降到最小。对 不同业务赋予不同的“特权” 不同业务赋予不同的“特权”，如话音的实时性特权最高，一般数据 文件传输的正确性特权最高，网络对不同业务分配不同的网络资源， 这样不同的业务在网络中才能做到“和平共处” 这样不同的业务在网络中才能做到“和平共处”。
1.2.6 软交换
下一代网络(NGN)是融合话音、数据、多媒体和移动业务的网络， 下一代网络(NGN)是融合话音、数据、多媒体和移动业务的网络， 具有将业务提供与呼叫控制分开，将呼叫控制与承载连接分开的基本 特点，软交换位于下一代网络的控制层面，是下一代网络的核心设备 之一。 软交换技术作为NGN中的核心技术，吸取了IP、ATM、IN和 软交换技术作为NGN中的核心技术，吸取了IP、ATM、IN和 TDM等众家之长，借鉴了业务由第三方开发实现这一思想，形成分层、 TDM等众家之长，借鉴了业务由第三方开发实现这一思想，形成分层、 全开放的体系架构，使得各个运营商可以根据自己的需要，全部或部 分利用软交换体系的产品，采用适合自己的网络解决方案，在充分利 用现有资源的同时，寻找到自己的立足点。软交换的发展因而受到越 来越多的关注，作为下一代网络的控制功能模块，软交换为下一代网 络(NGN)具有实时性要求的业务提供呼叫控制和连接控制功能。我国 (NGN)具有实时性要求的业务提供呼叫控制和连接控制功能。我国 信息产业部电信传输研究所对软交换的定义是：“ 信息产业部电信传输研究所对软交换的定义是：“软交换是网络演进 以及下一代分组网络的核心设备之一，它独立于传送网络，主要完成 呼叫控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，同 时可以向用户提供现有电路交换机所能提供的所有业务，并向第三方 提供可编程能力。” 提供可编程能力。”
1.2.5 IP交换技术 IP交换技术
IP交换技术也称之为第三层交换技术、多层交换技术、 IP交换技术也称之为第三层交换技术、多层交换技术、 高速路由技术等。其实，这是一种利用第三层协议中的信 息来加强第二层交换功能的机制。因为IP不是唯一需要考 息来加强第二层交换功能的机制。因为IP不是唯一需要考 虑的协议，把它称为多层交换技术更贴切些。 当今绝大部分的企业网都已变成实施TCP/IP协议的 当今绝大部分的企业网都已变成实施TCP/IP协议的 Web技术的内联网，用户的数据往往越过本地的网络在网 Web技术的内联网，用户的数据往往越过本地的网络在网 际间传送，因而，路由器常常不堪重负。解决办法之一是 安装性能更强的超级路由器，然而，这样做开销太大，如 果是建交换网，这种投资显然是不合理的。IP交换的目标 果是建交换网，这种投资显然是不合理的。IP交换的目标 是，只要在源地址和目的地址之间有一条更为直接的第二 层通路，就没有必要经过路由器转发数据包。IP交换使用 层通路，就没有必要经过路由器转发数据包。IP交换使用 第三层路由协议确定传送路径，此路径可以只用一次，也 可以存储起来，供以后使用。之后数据包通过一条虚电路 绕过路由器快速发送。