现代交换原理 第1章 交换概论

永久虚电路（PVC）：
应用户预约，由网络运营者为之建立固定 的虚电路，不需要在呼叫时临时建立虚电路
可以直接进入数据传送阶段。
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分组交换
数据报: 不需要预先建立连接，而是按照每个分组
头的目的地址对各个分组独立进行选路,称为
无连接方式；
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分组交换
无需建立源到目的之Hale Waihona Puke Baidu的连接直接发送分组
点到点通信方式
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交换的引入
当用户终端数为6时，每个用户要使用5条通 信线路，将自己与另5个相连。每个电话机还需配 备5选1开关，根据通话需要选择与不同的话机相 连。共需要15条通信线路和5个多选开关。
哪么100个用户呢？ 1亿用户呢？
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交换的引入
N的增加 6 5 7 8 5
分组交换
分组交换可以提供两种服务方式： 虚电路方式
数据报方式
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分组交换
3、虚电路方式和数据报方式 虚电路: 建立：
在用户数据传送前先要通过发送呼叫请求分组建立 端到段之间的虚电路，属于同一呼叫的数据分组均沿 着这一虚电路传送。
拆除：
通过呼叫清除分组来拆除虚电路
方法 采用多个不同速率 的交换网络 采用一个统一的多 速率交换网络
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特点 硬件较多 控制简单 硬件较少 控制复杂
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多速率电路交换
n1 复 用 复 用 n2
/
分 路
/
分 路
n3
控制
控制 信息
采用不同基本信道 速率的帧结构
采用多种基本信道速率的多 速率电路交换系统
应用：N－ISDN中可视电话业务交换
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电路交换
电路交换
一种传输速率(例如64kbit/s) 为了适应多种 业务需要
多速率电 路交换
多种传输速率
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多速率电路交换
电路 交换 多速率电 快速电 路交换 路交换 ATM交 换 快速分 组交换 帧交 换 分组 交换
在交换节点内部的交换网络及其控制必须适应多速率交换 的要求，有两种实现方法，如下：
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电路交换
通过上述对电路交换特点的分析得出3个结论：
1.通信网的业务特性决定了所采用的交换方式的特点:
电话通信网中的话音业务，具有实时性强、可靠性要 求不高的特点，而电路交换不管是其面向连接的特点， 还是对信息无差错控制、透明传输以及基于呼叫损失 制的流量控制特点，都满足了话音业务的特性，因而 电话通信网采用电路交换方式。 2. 电路交换由于无差错控制机制,因而对数据交换的可 靠性没有分组交换高，不适合对差错敏感的数据业务； 3.由于电路交换采用固定带宽分配方式，因而其电路 利用率低、不适合突发（burst）业务。电路交换适合 于实时性、恒定速率的业务。
快速电路交换的基本过程：
信息要传送时
分配带宽和资源
呼叫建立时 发送信息时
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在相应路由上分配所需宽带，并且 “记忆”所分配的带宽和去向
建立“虚电路”或称“逻辑电路”
激活虚电路，建立物理连接
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快速电路交换
注：
发送信息时并不一定能激活虚电路，会 引起信息丢失或排队时延。
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多速率电路交换
多速率电路交换缺点 基本速率较难确定 速率类型不能太多
不适应突发业务
控制较复杂 为了克服电路交换固定分配带宽的缺点，提高 灵活性，在1982年提出了快速电路交换（FCS） 方式
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快速电路交换
电路 交换 多速率电 快速电 路交换 路交换 ATM交 换 快速分 组交换 帧交 换 分组 交换
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帧交换
电路 交换
多速率电 快速电 路交换 路交换
ATM交 换
快速分 组交换
帧交 换
分组 交换
帧交换:
是一种帧方式的承载业务，在数据链路层上以简化的 方式来传送和交换数据单元 帧：在第2层传送的数据单元； 分组：在第3层传送的数据单元
帧方式：是将用户信息流以帧为单位在网络内传送；
连接释放阶段
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挂机
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电路交换
交换节点 A
建 立
交换节点 B
交换节点 C
传 送
释 放 电路交换的基本过程
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电路交换
2、电路交换的特点
1)信息传送的最小单位是时隙 2)要在通信的用户间建立专门的物理连接通路， 从而又引起以下的特点：
• 在通信前要有连接建立过程 • 只要用户不发出释放信号即使通信暂时停顿物理 连接仍然保持； • • 物理连接的任何部分发生故障都会引起通信的中断； 仅当呼叫建立与释放时间相对于通信的持续时间 很小时才呈现高效率
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分组交换
交换节点 A 交换节点 B 交换节点 C
传输时延
报文
存储时延
处理与排队 时延
报文
报文交换的时延
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分组交换
2、分组交换的基本概念
分组交换：也采用存储转发方式；
与报文交换不同在于：将用户信息分割为若干分组
分组内容:分组头（路由信息+控制信息）
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第1章 概论
内容:




什么是交换 为什么在通信网中一定要引入交换的功能 通信网中交换设备究竟完成哪些功能 在现有通信网中都有哪些交换方式 不同交换方式之间的区别是什么
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1.1 交换的引入
一个最简单的通信系统是只有两个用户终端和连接这两 个终端的传输线路所构成的通信系统，这种通信系统所实 现的通信方式，我们称之为点到点通信方式。
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分组交换
分组交换具有以下6个特点
信息传送的最小单位是分组（Packet）
分组由分组头和用户信息组成(分组头含有选路 和控制信息) 面向连接（逻辑连接）和无连接两种工作方式: (虚电路采用面向连接的工作方式，数据报是无连接 工作方式。) 统计时分复用（动态分配带宽）

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分组交换
虚电路与数据报的比较：
项目 分组头 选路 分组顺序 故障敏感性 应用
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类别
虚电路
数据报
逻辑信道标识
预先建立，映像表 按顺序到达，无失序 较为敏感 较连续的数据流
详细的目的地址
无建立过程，独立选路 会引起失序 故障防卫能力较强 面向事务的询问/响应 型数据业务
分组交换节点:对各个分组分别处理，按其中的
选路信息选择去向
应用：非实时的数据业务
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分组交换
交换节点 A
分组1
分组2 分组3 分组4 分组5 分组1
交换节点 B
交换节点 C
传输时延 存储时延
处理与排队时延
分组2
分组3 分组4 分组5
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分组交换的时延
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1.2 交换方式
对应于各种传送模式的交换方式，是交换节点 为了完成交换功能所采用的互通技术。现在已经出 多种交换方式 现了多种交换方式，如图：
电路 交换
多速率电 快速电 路交换 路交换
ATM交 换
快速分 组交换
帧交 换
分组 交换
电路传送模式（CTM）或同步传送模式（STM） 都属于分组传送模式范畴 都属于电路传送模式范畴 两种截然不同的交换方式，是代表两大范畴的传送模式 分组传送模式（PTM） 各种交换方式 表示异步传送模式（ATM）可以看成是分组交换 与电路交换的结合，兼具两者之特点
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电路交换
3)信息具有透明性:对通信信息不做处理（信令除 外），而是原封不动地传送，用低速数据传送时 不进行速率、码型的变换。 4)同步时分复用（固定分配带宽）如图:
同步时分复用的基本原理
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电路交换
5）对传送的信息无差错控制措施 6）用基于呼叫损失制的方法来处理业务流 量，过负荷时呼损率增加，但不影响已 建立的呼叫
分组沿不同路径传送
发送分组顺序与接收分组顺序不相同
数据报方式特点
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分组交换
面向连接工作方式和无连接工作方式的特点
（1）面向连接工作方式的特点： 不管是面向物理的连接还是面向逻辑的连接，其通 信过程可分为三个阶段：连接建立、传送信息、连 接拆除。 一旦连接建立，该通信的所有信息均沿着这个连接 路径传送，且保证信息的有序性（发送信息顺序与 接收信息顺序一致） 信息传送的时延相比无连接工作方式要小。 一旦所建立的连接出现故障，信息传送就要中断， 必须重新建立连接，因此对故障敏感。
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帧交换
分组交换、帧交换、帧中继协议处理的不同
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帧交换
电路 交换 多速率电 快速电 路交换 路交换 ATM交 换 快速分 组交换
帧交 帧交 换 换
分组 交换
帧交换:
特点：
在第二层进行复用和传送； 将用户面与控制面分离：
用户面：提供用户信息的传送； 控制面：提供呼叫和连接的控制，主要是信令功能；
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电路交换
电路 交换 多速率电 快速电 路交换 路交换 ATM交 换 快速分 组交换 帧交 换 分组 交换
1、电路交换的基本过程： 是最早、最普遍的交换 方式，主要用于电话通信网。
建立阶段
摘机 听到拨号音 拨号 寻找被叫 向被叫送振铃 向主叫送回铃
信息传送（通话）
被叫摘机
通话
快速电路交换
快速电路交换特点 由于并不为每个呼叫专门分配和保留其所需 的宽带，因此提高了带宽的使用效率；
物理连接的建立和拆除要有相当高的速度；
由于只有当信息发送时才建立真正的连接， 因此时延比通常的电路交换要大。
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分组交换
电路 交换
多速率电 快速电 路交换 路交换
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帧中继
帧中继(FR)
帧中继与帧交换方式相比，其协议进一步简化， 它不仅没有三层协议功能，而且对二层协议也进行了 简化。它只保留了二层数据链路层的核心功能,没有 了流量控制、重发等功能，以达到为用户提供高吞吐 量、低时延特性，并适合突发性的数据业务的目的。
分组交换、帧交换、帧中继技术特点比较
ATM交 换
快速分 组交换
帧交 换
分组 交换
分组交换（PS）源于报文交换
采用存储转发方式
为此，先介绍报文交换
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分组交换
1、报文交换的基本概念
报文交换（又称存储转发交换）：
与电路交换的原理不同，不需要提供通信双方 的物理连接，而是将所有接收的报文暂时存储； 传送内容:用户信息+目的地址+源地址 交换节点:分析目的地址和选择路由 应用：公用电信网的电报自动交换 可进行速率、码型变换，具有差错控制措施,发送多 目的地址的报文
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分组交换
（2）无连接工作方式的特点：

没有连接建立过程，一边选路、一边传送信息。 属于同一个通信的信息沿不同路径到达目的地，该路 径事先无法预知，无法保证信息的有序性（发送信息 顺序与接收信息顺序不一致）。 信息传送的时延相比面向连接工作方式要大。 对网络故障不敏感。
特点：
逻辑连接(通过通信连接上的所有交换节点保存选路 结果和路由连接关系来实现连接的) 不独占线路，同一物理线路可同时建立多个虚电路；
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分组交换
传送分组前先建立逻辑连接
分组沿相同路径传送
发送分组顺序与接收分组顺序相同
虚电路方式特点
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分组交换
种类： 交换虚电路（SVC）： 通过用户发送呼叫请求分组来建立虚电路。
统计时分复用的基本原理
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勤学 务实 开拓 创新
分组交换
统计时分复用的基本原理:是把时间划分为不等长的时间 片，长短不同的时间片就是传送不同长度分组所需的时 间，对每路通信没有固定分配时间片，而是按需来使用。 当某路通信需要传送的分组多时，所占用的时间片的个 数就多；传送的分组少时，所占用的时间片的个数就少。 这也就意味着使用这条复用线传送分组时间的长短，由 此可见统计时分复用是动态分配带宽的。 信息传送有差错控制 信息传送不具有透明性 基于呼叫延迟制的流量控制 分组交换的技术特点决定了它不适合对实时性要求 较高的话音业务，而适合突发（burst）和对差错敏感的 数据业务。
电话 交换机
6
7
8
4 3
用户个个相连
4
1
用户话机
4
3 2
1
2
交换节点的引入
勤学 务实 开拓 创新
交换的引入
交换设备、传输设 备和用户终端设备是通信 网的基本组成部分，称为 通信网的三要素。
采用多个交换节点
用户终端与交换机之间的连接线－用户线。 交换机与交换机之间的连接线－中继线。
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