物理层(信道复用技术与交换技术)

图2-18 波分多路复用
2021/6/12
6
2.4.2 波分复用 WDM (Wavelength Division Multiplexing)
波分复用就是光的频分复用。
光调制器
0
1550 nm
1
1551 nm
2
1552 nm
3
1553 nm 复
4
1554 nm 用
5
1555 nm 器
6
1556 nm
2021/6/12
17
交换网络的拓扑结构
2021/6/12
18
路线交换技术
路线交换就是通过网络中的节点在两个 站之间建立一条专用的通信线路，在两 个站之间有一个实际的物理连接。
线路交换方式包括三种状态：线路建立、 数据传送、线路拆除。
线路交换效率可能很低 ,延时就比较小
2021/6/12
19
2021/6/12
13
时分复用可能会造成 线路资源的浪费
用户 Aa
使用时分复用系统传送计算机数据时， 由于计算机数据的突发性质，用户对 分配到的子信道的利用率一般是不高的。
时分复用 at
①
Bb b
C
cc
D
d
2021/6/12
t②
t③ ④
t
ab #1
bc
ca dt
#2
#3
#4
4 个时分复用帧
14
统计时分复用的仲裁机制
时间
2021/6/12
10
时分复用
频率
C 在 TDM 帧中 的位置不变
ABCDABCDABCDABCD …
TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧
时间
2021/6/12
11
时分复用
频率
D 在 TDM 帧中 的位置不变
ABCDABCDABCDABCD …
TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧
频带宽度。
2021/6/12
8
时分复用
频率
A 在 TDM 帧中 的位置不变
ABCDABCDABCDABCD …
TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧
时间
2021/6/12
9
时分复用
频率
B 在 TDM 帧中 的位置不变
ABCDABCDABCDABCD …
TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧
数据报（DATAGRAM）;虚电路 （VIRTUAL CLRCUIT）
2021/6/12
22
分组交换带来的问题
分组在各结点存储转发时需要排队，这 就会造成一定的时延。
分组必须携带的首部（里面有必不可少 的控制信息）也造成了一定的开销。
2021/6/12
23
连接建立
三种交换的比较
电路交换
报文交换
有任何承诺; 网络不保证所传送的分组不丢失,也不保证按原主机发送分组
的先后顺序以及在多长的时限内必须将分组交付给目的主机. 当网络发生拥塞时,网络中的某个节点可以将一些分组丢弃. 数据报提供的服务是不可靠的,不能保证服务质量.
2021/6/12
30
虚电路服务的特点:
源主机先向目的主机发出一个特定格式的控制信息分组,要 求进行通信,同时也寻找一条合适的路由;
报 文
分组交换
报
数据传送
报文
文
连接释放
报 文 t
A B CD
比特流直达终点 数据传送 的特点
2021/6/12
ABCD
报文 报文 报文
存储 存储 转发 转发
ABCD
分组 分组 分组
存储 存储
转发 转发
24
数据报分组交换
在数据报分组交换中，每个分组的传送是被单独处理 的，每一个分组称为一个数据报，每个数据报自身携 带足够的地址信息。一个结点收到一个数据报后，根 据数据报中的地址信息和结点所储存的路由信息进行 比较，从中找出一条合适的数据报转发路径，从而将 数据报原样地发送到下一个结点。每个结点选择数据 报通路中的下一个结点，接收相邻结点的描述信息以 及处理连接失败等，所以有相同目的地址的数据报可 能会沿不同的路径发送，而且它们也有可能被发送到 网络出口结点。丢失由目的结点或出口结点来检测并 恢复。每个数据报都会得到独立处理。有时，人们将 数据报称为包。在整个过程中，没有虚电路的建立， 但是要为每个数据报做路由选择。
传统的数据交换技术主要有三种类型：电路交换、报 文交换和分组交换。而随着人们对可视电话、可视图文、 图象通信和多媒体等宽带业务的需求，也将大大地推动 异步传输技术(ATM)、同步数字系列技术(SDH)以及宽带 用户接入网技术的不断进步和广泛应用。
交换技术是采用交换机或节点机等交换系统，通过 路由选择技术在欲进行通信的双往方间建立物理的逻辑 的连接，形成一条通信电路，实现通信双方的住处传输 和交换的一种技术。
7
1557 nm
8 2.5 Gb/s 1310 nm
20 Gb/s EDFA
120 km
光解调器
1550 nm
0
1551 nm
1
1552 nm
2
分 1553 nm
3
用 1554 nm
4
器 1555 nm5 Nhomakorabea1556 nm
6
1557 nm
7
2021/6/12
7
时分复用TDM (Time Division Multiplexing)
信道 A1
信道 B1
C1
信道
A2
A1
A2
共享信道
B2
B1 复用
分用 B2
C2
C1
C2
(a) 不使用复用技术
(b) 使用复用技术
2021/6/12
2
频分复用 FDM (Frequency Division Multiplexing)
用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用 这个频带。
频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请 注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。
虚电路服务对通信的服务质量有较好的保证.
2021/6/12
31
几种交换方式的比较
电路交换在数据传输之前必须先设置一条完全的通路。在线 路拆除(释放)之前，该通路由一对用户完全占用。电路交换效率 不高，适合于较轻和间接式负载使用租用的线路进行通信。报文 交换中的报文从源点传送到目的地采用“存储—转发”的方式， 报文需要排队。因此报文交换不适合于交互式通信，不能满足实 时通信的要求。分组交换方式和报文交换方式类似，但报文被分 成分组传送，并规定了分组的最大长度。分组交换技术中的虚电 路分组交换和数据报方式是目前在数据网中最广泛使用的两种交 换技术，适用于交换中等或大量数据的情况。数据报方式的一大 优势在于不需要呼叫阶段，更加基本和灵活，传输更为可靠。虚 电路适合于两个工作站之间在很长一段时间内需要交换数据的情 况，另外由于不需要在每个结点对每个包进行路线裁决，因此数 据包可以更迅速地传输。
2021/6/12
32
其它交换技术 1. 异步传输模式
异步传输模式ATM是用于宽带综合业务数字网的 一种交换技术，是在分组交换基础上发展起来的，它 使用固定长度分组，每个信元由53个字节组成，其中 前5个字节包含信元头信息，其余的48个字节为有效负 载，并使用空闲信元来填充信道，从而使信道被分为 等长的时间小段。由于光纤通信提供了低误码率的传 输通道，因而流量控制和差错控制便可移到用户终端， 网络只负责信息的交换和传送，从而使传输时延减小， 所以ATM适用于高速数据交换业务。ATM是异步的， 采用端结点间点到点的连接和交换技术，ATM技术组 建的综合业务数字网是集语音、数据、图文传真、可 视电话等各种业务为一体的网络，适用于不同的带宽 要求和多样的业务要求。
在数据传送之前建立一条站与站之间的 路径。
数据报避免了呼叫建立状态，特别可靠。 虚电路则适合一段连续时间内有数据交 换的情形。
2021/6/12
28
数据报服务和虚电路服务
2021/6/12
29
数据报服务的特点:
网络随时都可以接收主机发送的分组(数据报); 网络为每个分组独立的选择路由; 网络只是尽最大努力地将分组交付给目的主机,但对源主机没
2021/6/12
25
数据报分组交换特点 （DATAGRAM）
在发送端将分组按顺序发送，各个分组 按自己的路由被传送到接收端，接收端 再重新按顺序将各个数据报排列。
2021/6/12
26
虚电路分组交换
在虚电路分组交换中，为了进行数据传输，网络 的源结点和目的结点之间要先建立一条逻辑通路，每 个分组除了包含数据之外还包含一个虚电路标识符。 在预先建好的路径上，每个结点都知道把这些分组传 送到哪里去，不再需要路由选择判定。最后，由某一 个站用清除请求分组的方法来结束这次连接，它之所 以是“虚”的，是因为这条电路不是专用的。
20
存储转发原理 并非完全新的概念
在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用了 基于存储转发原理的报文交换(message switching)。
报文交换的时延较长，从几分钟到几小 时不等。现在报文交换已经很少有人使 用了。
2021/6/12
21
分组交换（packet switching）
分组交换在形式上非常像报文交换，只 是在分组交换网络中要限制所传输的数 据单元的长度。
报文交换（message switching）
在报文交换中，不需要在两个站之间建 立一条专用通路。相反，如果一个站想 要发送一个报文（信息的一个逻辑单 位），它把一个目的地址附加在报文上， 然后把报文从结点到结点地通过网络。 在每个结点中，接收整个报文，暂存这 个报文，然后发送到下一个结点。
2021/6/12
时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复 用帧（TDM 帧）。每一个时分复用的用户在每一 个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。
每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周 期就是 TDM 帧的长度）。
TDM 信号也称为等时(isochronous)信号。 时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的
课 题：信道复用技术与交换技术 目的要求：掌握信道复用技术和交换技术 教学重点：信道复用技术、交换技术 教学难点：交换技术 教学课时：2 教学方法：讲授、演示 本次课涉及的学术前沿：宽带接入与无线通信 教学内容与步骤：
信道复用技术 案例：IP电话
频分复用、时分复用和统计时分复用
复用(multiplexing)是通信技术中的基本 概念。
时间
2021/6/12
12
同步时分多路复用和异步时分多路复用
同步时分多路复用是指分配给每个终端数据源的 时隙是固定的，不管该终端是否有数据发送，属于该 终端的时隙都不能被其他终端占用，从而造成信道容 量的浪费。因为终端和时隙是“对号入座”的，所以 它们是“同步”的。
异步时分多路复用又称统计时分多路复用，简称 STDM，允许动态地分配时隙，如果某个终端不发送信 息，则其他的终端可以占用该时隙，实行“按需分 配”，即只对那些需要传送信息或正在工作的终端才 分配给时隙，这样就使所有的时隙都能饱满地得到使 用，可以使服务的终端数大于时隙的个数，提高了介 质的利用率，从而起到了“复用”的作用。
虚电路分组交换的主要特点是在数据传送之前必 须通过虚呼叫设置一条虚电路，但并不像电路交换那 样有一条专用通路，分组在每个结点上仍然需要缓冲， 并在线路上进行排队等待输出。因此虚电路技术不必 为每个包进行路线裁决，对所有的包而言，裁决只进 行一次。
2021/6/12
27
虚电路（VIRTUAL CLRCUIT）
目的主机同意通信就发回响应,然回双方就建立了虚电路并 可传送数据.
由于采用了存储转发技术,这种虚电路和电路交换的连接有 很大的不同.
网络向用户提供的服务就好像在两个主机之间建立了一对穿
过网络的数字管道.所有发送的分组都按发送的前后顺序进 入管道,然后按照先进先出的原则沿此管道传送到目的主机.
到达目的站的分组不会因网络出现拥塞而丢失,也不会乱序.
频率 频率 5 频率 4 频率 3 频率 2 频率 1
2021/6/12
时间
3
频分多路复用（FDM）
2021/6/12
4
频分多路复用FDM
2021/6/12
5
波分多路复用
波分多路复用是利用光域上的频分复用技术，实现在一根光纤上同 时传输多路光信号的光通信技术，是FDM在光纤通道上的一个变种。两 根光纤连接到一个棱柱(或衍射光栅)，每根的能量处于不同的波段。两束 光通过棱柱或光栅，合成到一根共享的光纤上，传送到另一端再将他们进 行分解。一根光束信号上的能量常常仅仅有几GHz宽，因为现在不可能在 光电介质之间作更快的转换。而一根光纤的带宽大约是25000GHz，因此 可以将很多信道复用到长距离光纤上，如图2-18所示。波分多路以其系统 容量大、光纤利用率高、传输距离长、线路传输设备简单、扩容升级方便 等优点，已成为提供超高速、大容量光纤通信的最佳方案。
排队 竞争
2021/6/12
15
统计时分复用 STDM (Statistic TDM)
用户
Aa
a
B bb
C
cc
D
d
统计时分复用 t①
t②
③ t
④ t
a bbc cd a t #1 #2 #3
3 个 STDM 帧
2021/6/12
16
数据交换技术概述
对于广域网一般都采用点到点信道，而点到点信道 使用存储转发的方式来传送数据，也就是说从源结点到 目的结点的数据通信需要经过若干个中间结点的转接。