交换第1章(概述)

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与电路交换的原理不同,不需要预先提供通信双 方的物理连接,而是交换机将接收的报文先暂时存 储,待路由空闲时再转发,直至到达终端。
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交换节点 A
交换节点 B
交换节点 C 传输时 延 存储时 延
报文
处理与排 队时延
报文
报文交换的时延
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优点:电路利用率高 不同速率、码型的终端可互通 缺点:存储器容量大 传输时延大。
• 电路交换固定分配带宽,不能适应突发业务。 • 快速电路交换:当呼叫建立时,在呼叫连接上 的所有交换节点要在相应的路由上分配所需的 带宽,与电路交换不同的是交换节点只记住所 分配的带宽和相应路由连接关系,而不完成实 际的物理连接。当用户真正要传送信息时,才 根据事先分配的带宽和建立的连接关系,建立 物理连接;当没有信息传送时,则拆除该物理 连接。由此可知,快速电路交换是在要传送用 户信息时才连接物理传输通道,即只在信息要 传送时才使用所分配的带宽和相关资源,因而 它提高了带宽的利用率。
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通信网三要素
组成通信网的三个基本要素: 终端:
将消息(话音、图像、数据)转换 成媒介能够接受的电信号形式,同 时将来自传输媒介的电信号还原成 原始消息。如:电话机、 传真机、 计算机
如:电缆、光缆、无线电波。
传输线路:或称传输媒介,信息的传输通道。 交换设备: 负责在任意的两条用户之间建立和
(而后)释放一条通信链路。如: 交换机、路由器。
帧中继技术
• 帧中继采用的是永久虚电路方式。 • 取消了X.25协议的数据差错控制,将由网络完成 的差错控制由终端完成。网络只进行差错检查, 如果发现错误就把分组丢弃。 • 帧中继数据传输的基本数据单元是帧,帧是数据 链路层的概念。帧的格式做了简化,去掉了有关 进行链路差错控制的帧中的域。 • 帧中继数据传输采用数据链路连接标志符(DLCI )。DLCI指明数据传输的通道,填入交换机的路 由表中,指示信息传输的通道,并没有分配网络 资源。
4. 尤克.《现代交换技术》北京:机械工业 3 出版社,2004
课程安排及成绩评定
课程安排:
理论教学32学时
实验8学时 成绩评定: 平时成绩10%左右 实验成绩:20%左右 闭卷考试成绩 70%
第1章 概论
1.1 交换与通信网
1.1.1 点对点通信
仅涉及两个终端的单向或交互通信称为点对点通信。
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虚电路方式特点
虚电路与数据报的比较 ——分组头
数据报方式的每个分组头中要包含详细的目的 地址 虚电路方式由于预先已建立逻辑连接对应关系 (保存在交换机),分组头中只要含有对应于所 建立的VC的逻辑信道标识
虚电路与数据报的比较 ——选路
VC方式预先有建立过程,但一旦虚电路建立 ,在端到端之间所选定的路由上的各个交换 节点都具有映象表,存放出入逻辑信道的对 应关系,每个分组到来时只要查找映象表, 而不需要进行复杂的选路。 DG方式则不需要有建立过程,但对每个分组 都要独立地进行选路。
交换机
用户线
任意两个终端需要通信(交换信息),可由交换设备 控制相应的开关接点接通,为两者提供一条通信链路, 当通信结束,则相应的开关接点断开,释放通信链路。
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引入交换的终端间的通信
用户环线
交换设备
用户间通过交换设备连接
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引入交换的终端间的通信
中继线
多个交换节点组成的通信网
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大型通信网
终端 中继线
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1.2 电话交换
电话交换采用电路交换方式,需经过三个阶段:
呼叫建立即网络通过主叫方所拨的被叫号码在主叫方 和被叫方之间建立一条通话电路; 信息传输即在已建立的电路上传输双方的话音信息; 呼叫释放即通信完毕,一方挂机,网络释放原建立的 通话电路。 电话交换网络提供的是面向连接的服务。
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1.3 数据交换
各种交换方式
电路交换
报文交换 分组交换 帧中继 ATM交换 IP交换 光交换 软交换
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交换技术的分类
按交换器所接续的信号进行分类: • 模拟交换与数字交换, • 电交换与光交换, • 窄带交换与宽带交换。
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交换技术的分类
按交换所承载的业务进行分类:
话音交换(电话交换), 数据交换, 图象交换及多媒体信息交换等。
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。
虚电路与数据报的比较 —分组顺序
VC方式中,属于同一呼叫的各个分组在同一 条虚电路上传送,分组会按原有顺序到达终 点,不会产生失序现象。 DG方式中,各个分组由于是独立选路,可以 从不同的路由转送,会引起失序。
虚电路与数据报的比较 —故障敏感性
VC方式对故障较为敏感,当传输链路或交 换节点发生故障时可能引起虚电路的中断, 需要重新建立。
数据通信和话音通信的区别: 1、通信对象不同 2、传输可靠性要求不同 数据通信误码率(比特差错率)小于10-8 话音通信误码率(比特差错率)可高到10-3 3、通信的平均持续时间和通信建立时间不同 4、业务量特性不同 数据通信具有突发性,传输数据速率不同
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1.4 交换方式
交换技术的发展可以从两个方面看: 交换的控制方式是随着电子技术的发展而发展 (设备方面)。 交换方式的发展是随着通信网的发展而发展, 不同业务的通信有不同的特点,其交换方式也 不同(理论方面)。
教材及参考书
教材: 金惠文,陈建亚,纪红编著, 《现代交换原理》 (第二版),电子工业出版社;2005.4 参考书: 1.陈锡生,靡正琨.《现代电信交换》,北京邮电大 学出版社;1999 2.叶敏等.《程控数字交换与现代通信网》(第 二版)北京邮电大学出版社,2003 3. 朱世华.《程控数字交换原理与应用》.西安 交通大学出版社,1993
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控制方式的发展:
人工交换 自动交换 机电式 电子式
交换方式的发展:
电路交换 报文交换 分组交换 三种基本 交换方式
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ单一业务网
快速电 路交换
帧中继
ATM交换 多协议标记 交换MPLS 宽带交换方式
软交换
宽带综合业务网
下一代网络
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1.4.1、电路交换(circuit switching)
电路交换是电话通信网中使用的一种交换信 息的方式。
2.快速分组交换——帧中继
• 采用虚电路复用方式提高信道利用率,减少网络 传输的费用。 • 在网络相邻结点的传输通路上执行差错控制协议 ,保证相邻网络结点之间传输的数据正确性。 • 采用流量控制,保证线路上传输的数据不超过信 道容量。 • X.25协议规定了较丰富的控制功能,获得了很高 的可靠性,但却导致了分组通过网络的传输时延 比较大。
有些分组网具有再连接功能,出现故障时可自动 建立新的虚电路,并做到不丢失用户数据,例如: 可以通过与故障点最近的交换机恢复
DG方式中各个分组可选择不同路由,对故 障的防卫能力较强,从而可靠性较高。
虚电路与数据报的比较 ——应用
VC方式适用于较连续的数据流传送,其持 续时间应显著地大于呼叫建立的时间,如 文件传送、传真业务等。 DG方式则适用于面向事务的询向/响应型 数据业务。
分组交换和报文交换比较
报文交换的时延 整段完整信息传输
分组交换的时延 切分为小块传输
三种基本交换方式的比较
电路交换 通路建立时间 实时性 交互性 长 好 好 报文交换 中 差 差 分组交换 短 中 中
线路利用率 协议处理
终端一致性
低 简单
要求
中 中
不要求
高 复杂
不要求
1.4.4、宽带交换技术 1. 快速电路交换
通信前,先建立路由,并且一直保持占用该 路由,直到通话完毕,拆除路由为止,这样的 一种交换方式称为电路交换。
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交换节点 A
建 立
交换节点 B
交换节点 C
传 送
拆 除
电路交换的基本过程
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电路交换过程如下: 在双方通信开始之前,主叫方通过拨号的方式 通知网络被叫方的电话号码,网络根据该被叫号 码在主叫方和被叫方之间建立一条通话通路,这 个过程称为呼叫建立。 然后主、被叫双方就可以通话,通话过程中双 方所占用的通道将不为其他用户使用,这个过程 称为通话过程。 通话完毕,主叫或被叫挂机,通知网络释放通 话通路,这个过程称为呼叫释放。 由此可知,电路交换包括呼叫建立、信息传 送和呼叫释放三个过程
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电路交换的优点:
1) 信息传输时延小
2) 透明传输
3) 信息传输的吞吐量大 4) 无差错控制 电路交换的缺点: 1) 所占带宽固定
2) 网络资源利用率低
3) 有呼损
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1.4.2、报文交换(message switching)
用于电报网中
终端信息+目的地址+源地址 — 形成报文送交换 机存储
可以看出这种方式类似于电路交换方式的通信 过程:连接建立、数据传送和拆除连接。
但是虚电路方式中的连接不是物理连接,而是 逻辑连接,在一条物理线路上可以建立多个逻辑 连接,以达到资源共享。 虚电路由端到端的各段逻辑连接组成
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虚电路方式:
分组交换的优点: 1) 可靠性高 2) 采用统计复用,网络资源利用率高 3) 为不同速率、代码的数据终端之间的通 信提供灵活的通信环境 分组交换的缺点: 1) 时延 2) 技术实现复杂
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1.4.3、分组交换(packet switching)
终端信息分割成若干个比较短的、规格化了的 的分组(packet),每个分组加上地址、控制信息、 顺序信息后,再采用存储转发的方式传送。
根据交换机对分组的不同的处理方式,分组交换 可以提供两种数据传输方式:数据报方式和虚电路 方式。
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1、数据包方式 数据报方式类似于报文传输方式,分组交换 机将每个分组作为一份报文来对待,每个数据分 组中都带有终点地址信息,交换机为每一个数据 分组独立地寻找路径。
如下图所示:
通信网 终端
电信号
传输媒介
终端
电信号
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简单电话通信示意图
当有多个用户时,采用个个相连的方法。如下图所示:
此连接法的优点:
不会出现通信阻塞
缺点:
线路投资大,不经济,用户 数为 N,线对数为N(N-1)/2, N更大时,无法实用化。
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1.1.2 交换
鉴于上述连接方法的缺点,所以需要引入交换机
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• 数据报采用无连接工作方式(CL—Connection Less), 在呼叫前不需要事先建立连接,而是边传送信息边选路, 并且各个分组依据分组头中的目的地址独立地进行选路。
数据报方式特点
2、虚电路方式 虚电路方式是在用户数据传送之前先要通过网 络建立逻辑上的连接,一旦这种连接建立以后, 属于同一呼叫的数据分组将有序地沿着该路径传 送到终点,通信完毕用户通过发送拆链请求来清 除连接。
用户小交换机 用户线
市话交换机 汇接交换机
交换节点接续类型图示
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交换的概念 通信网中,交换就是在通信 的源和目的终端之间建立通信信 道,实现通信信息传送的过程。 交换设备是通信网的重要组成部 分,交换设备的好坏决定了通信 网的好坏。
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交换节点(交换机)的基本功能
交换节点必须具备的基本功能: 能正确接收和分析从用户线或中继线发来的呼叫 信号、地址信号 能按目的地址正确地进行选路以及在中继线上转 发信号 能控制连接的建立与拆除 交换节点的功能是通过节点交换机的硬件和软件实 现的.
信息交换原理
课程的性质与任务
交换是现代信息网络的灵魂,“交换”的发展,决定了
“整个通信网络”的发展。由此确立了《信息交换原理》
课程在工科院校中的重要地位,是通信信息类专业的重 要专业基础课程。
通过本课程学习,将掌握常用的各种交换技术的基本原
理,实现方法以及未来交换技术的发展,为从事相关领 域的开发、设计与维护打下必要的基础。
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。(面向连接的缺 点) 如:MPLS标签交换




(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。 如:现有的IP网络
快速电路交换的特点
• 由于并不为每个呼叫专门分配和保留其所需的带 宽,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。
• 快速电路交换虽然也提高了带宽的利用率,但控 制复杂,其灵活性比不上快速分组交换,故未得 到广泛应用。
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