通信網(wǎng)數(shù)據(jù)交換技術(shù)PPT課件

1、電信交換節(jié)點的基本組成交換網(wǎng)絡(luò)用戶接口中繼接口控制單元信號單元中繼線用戶線（1）建立連接（2）維持連接（3）拆除連接第1頁/共50頁線路交換報文交換分組交換交換快速分組交換多速率線路交換快速線路交換存儲 - 轉(zhuǎn)發(fā)ATM交換電信網(wǎng)交換方式分類 X.25分組網(wǎng)幀中繼、 SMDS信元交換第2頁/共50頁正向證實信號正向拆線信號 掛機(jī)主叫掛機(jī)反向拆線信號被叫掛機(jī)被叫用戶主叫用戶回鈴音取機(jī)撥號撥號音占用信號占用信號振鈴?fù)ㄔ?信息傳送)連接釋放呼叫建立A局B局C局電路交換5 .1 線路交換第3頁/共50頁4C1C4C3C2C3本地網(wǎng)省中心省間中心地市中心縣中心長途網(wǎng)AB第4頁/共50頁5線路交換的主要特點

2、歸納如下：(1) 線路交換是一種實時交換，適用于實時要求高的話音通信( 全程 200 ms ) 。 (2) 在通信前要通過呼叫為主、被叫用戶建立一條物理連接。如果呼叫請求數(shù)超過交換網(wǎng)的連接能力(過負(fù)荷)，用戶會聽到忙音。衡量電話交換服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)之一：呼叫損失率。(3) 線路交換是預(yù)分配帶寬，話路接通后，即使無信息傳送也虛占電路，據(jù)統(tǒng)計，傳送話音時電路利用率僅為36%。(4) 在傳送信息時，沒有任何差錯控制措施，不利于傳輸要求可靠性高的突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 第5頁/共50頁6 線路交換網(wǎng)的交換設(shè)備可選用程控電話交換機(jī)（數(shù)字化）。電話網(wǎng)的設(shè)計對象是話音通信，在電話網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸，是電話網(wǎng)的增值業(yè)務(wù)。 計

3、算機(jī)在線路交換網(wǎng)上通信：點到點，遵循ITU-T的V系列建議。要求通信雙方主機(jī)的設(shè)置一致，如異步串行通信： 數(shù)據(jù)速率 數(shù)據(jù)位 停止位 校驗方式（E、O、N）第6頁/共50頁7（1）空分交換技術(shù)1234A B C D1 B2 A3 D4 CSpace Division Switching第7頁/共50頁8（2）時分交換技術(shù)Time Division Switching控制單元123n交換網(wǎng)絡(luò)時段（時隙，Time Slot)交換時段時間的定義： 數(shù)據(jù)傳輸時間+總線上從頭至尾的傳播時間。 總線速率（背板）要求高。例： 19 .2 kbps 的100條全雙工線路，總線速率1.92 Mbps。TDM總線交

4、換機(jī)制：總線上速率決定了同時可通信數(shù)。第8頁/共50頁t用戶電報機(jī)B用戶電報機(jī)AA局B局C局M1M1M1M1傳播時延傳輸時延存儲 / 處理時延5.2 報文交換存儲-轉(zhuǎn)發(fā)第9頁/共50頁10報文格式起始標(biāo)志 信息開始 源節(jié)點 目的節(jié)點 控制信息 報文編號 信息頭正文 報文結(jié)束 誤碼檢測信息尾 信息頭 報文編號 肯定或否定回答 信息尾第10頁/共50頁11國際航空電信組織的全球聯(lián)機(jī)定票網(wǎng)絡(luò)（SITA）報文交換以電報為單位采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)形式，排 隊，選一合適的鏈路轉(zhuǎn)發(fā)。后面的報文以同樣的路徑傳輸。1）排隊論2） SITA設(shè)四級優(yōu)先權(quán)（特急、緊急、普通、非緊急）第11頁/共50頁12 報文從用戶電報終端

5、到交換節(jié)點，或交換節(jié)點間的存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程包括四方面的時延： (1) 傳播時延 (Propagation Delay) tprop= L / v式中，tprop為傳播時延，L為傳輸距離，v為電波速度(3x105公里/秒) (2) 傳輸時延 (Transmission Delay) tT = D / C式中，tT為傳輸時延，D為報文長度，C為傳輸速率。第12頁/共50頁13 (3) 處理時延 (Processing Delay) 處理時延是指交換節(jié)點內(nèi)部執(zhí)行程序所開銷的時間。tproc與報文長度、處理機(jī)處理能力有關(guān)。 (4) 存儲時延 (Queueing Delay) 交換節(jié)點將收到的報文先在緩存單

6、元存儲，等待轉(zhuǎn)發(fā)處理。存儲時延也就是在緩存單元的排隊時間tq。tq是隨機(jī)的，與交換節(jié)點的交換能力、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷有關(guān)。 第13頁/共50頁14(1) 交換節(jié)點采用存儲交換節(jié)點采用存儲 / 轉(zhuǎn)發(fā)方式對每份報轉(zhuǎn)發(fā)方式對每份報文完整地加以處理；文完整地加以處理；(2) 每份報文中含有報頭，必須包含收、發(fā)每份報文中含有報頭，必須包含收、發(fā)雙方的地址，以便交換節(jié)點進(jìn)行路由選擇；雙方的地址，以便交換節(jié)點進(jìn)行路由選擇；(3) 報文交換可進(jìn)行速率、碼型的變換，具報文交換可進(jìn)行速率、碼型的變換，具有差錯控制措施，便于一對多地址傳送報文，有差錯控制措施，便于一對多地址傳送報文，過負(fù)荷時將會導(dǎo)致報文延遲。過負(fù)荷時將會導(dǎo)致

7、報文延遲。 報文交換特點：第14頁/共50頁5.3 報文分組交換（Packet Switching）主機(jī)A主機(jī)B主機(jī)C鏈路P5P6P4P3P2P1PSEaPSEbPSEcP2P1報文第15頁/共50頁16（1）分組多路通信功能。（2）采用統(tǒng)計時分多路復(fù)用，提高了線路利用率高。（3）能夠?qū)崿F(xiàn)不同類型的數(shù)據(jù)終端設(shè)備（含有不同的傳輸速率、不同的代碼、不同的通信控制規(guī)程等）之間的通信。（4）數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量高、可靠性高，可使用優(yōu)先級別。（5）經(jīng)濟(jì)性好。分組交換特點：第16頁/共50頁17 由于采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式處理分組，所以分組在網(wǎng)內(nèi)的平均時延可達(dá)幾百毫秒。 每個分組附加的分組標(biāo)題，都會需要交換機(jī)分析處理，

8、而增加開銷，因此分組交換適宜于計算機(jī)通信的突發(fā)性或斷續(xù)性業(yè)務(wù)的需求，而不適合于在實時性要求高、信息量大的環(huán)境中應(yīng)用。 分組交換技術(shù)比較復(fù)雜，涉及到網(wǎng)絡(luò)的流量控制、差錯控制、代碼、速率的變換方法和接口；網(wǎng)絡(luò)的管理和控制的智能化等 。分組交換機(jī)缺點：第17頁/共50頁計算機(jī)DTE B釋放指示分組呼叫請求分組呼叫連通分組呼叫接受分組入呼叫分組P3P1傳播時延傳輸時延存儲 / 處理時延計算機(jī)DTE AA局DCEB局DCEC局DCEP2呼叫建立釋放請求分組DCE釋放證實分組DTE釋放證實分組連接釋放數(shù)據(jù)傳輸t1. 虛電路方式分組交換第18頁/共50頁19什么是虛電路？ 虛電路是分組交換網(wǎng)向用戶提供的一種

9、面向連接(Connection Oriented：CO)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)方式，分組交換在網(wǎng)中是采用逐段鏈路進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)處理，因此每段的處理由分組型終端或分組交換機(jī)基于線路傳輸能力的按需動態(tài)分配原則來確定一邏輯信道，因此一條虛電路實際上是由多段分配的邏輯信道鏈接而成的。第19頁/共50頁P(yáng)3P1計算機(jī)B計算機(jī)AA局B局C局傳播時延傳輸時延存儲 / 處理時延P2t2. 數(shù)據(jù)報方式分組交換第20頁/共50頁21信息接口處理機(jī)第21頁/共50頁22虛電路虛電路數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)報目標(biāo)地址建立連接時需要每個分組都需要初始化設(shè)置需要不需要分組順序通信子網(wǎng)負(fù)責(zé)通信子網(wǎng)不負(fù)責(zé)差錯控制通信子網(wǎng)負(fù)責(zé)，對主機(jī)透明主機(jī)負(fù)責(zé)流量控制

10、通信子網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)層不提供連接建立和釋放需要不需要第22頁/共50頁23電路交換電路交換報文交換報文交換分組交換分組交換能否進(jìn)行實時通信線路接通后可實時會話式通信存儲-轉(zhuǎn)發(fā)不可準(zhǔn)實時會話式通信存儲-轉(zhuǎn)發(fā)，可準(zhǔn)實時會話式通信網(wǎng)絡(luò)傳遞時延小，但建立呼叫有一定時延大，變化范圍也大小線路利用率斷續(xù)或短信息 低高高速率與電碼變換不能能能差錯控制功能沒有可有有傳輸路由不變每一報文傳遞中不變可變網(wǎng)絡(luò)過載影響呼損率增加時延增加，可阻塞有流控時，可在一定時延下防止阻塞計費(fèi)方式距離與時間字符與時間字節(jié)或分組數(shù)第23頁/共50頁245.4 X.25協(xié)議 1976年，ITU-T（原CCITT）X.25建議 三個功能層次

11、： 分組級（Packet Level） 幀級 （Frame Level） LAPB 物理級（Physical Level) X.21 第24頁/共50頁DCEX.25X.25P_DTEP_DTEVCVCP_DTEDCEDCEPSPDN12分組級幀級物理級分組級幀級物理級LAPB接口邏輯信道高層DTE DCETPDUHF A CIFCS FD比特流321第25頁/共50頁26FVC 分類：永久虛電路（PVC）或交換虛電路（SVC）。F每條VC（虛電路）是由LCN（邏輯信道號）來加以識別；支持全雙工通信。FX.25建議：一個DTE在DTE-DCE鏈路上可建立212=4096條VC（LCGN+LCN

12、）多路復(fù)用。X.25接入“管道(pipe)”含有限的總?cè)萘棵總€獨立VC有限定的容量第26頁/共50頁27Router分組交換網(wǎng)LCN =64LCN=74RouterRouterACBLCN =91LCN =401LCN =96LCN =261LCN =400LCN =90LCN =95LCN =260LCN號僅有本地意義第27頁/共50頁28 流量控制 P（S）發(fā)送的分組順序號 P（R）期望接收的分組順序號 順序號比特數(shù)為3，（07）mod 8 擴(kuò)展順序號比特數(shù)為7，（0127）mod12 8 缺省窗口尺寸w=2 差錯控制：Go-back-N ARQ 報文分組序列：A報文分組；B報文分組。第2

13、8頁/共50頁295.5 幀中繼（快速分組交換之一） 什么是幀中繼？幀中繼是在OSI參考模型第二層(數(shù)據(jù)鏈路層)上，采用簡化協(xié)議，且以幀為單元來傳送數(shù)據(jù)的一種技術(shù)。幀中繼起初由AT&T作為N_ISDN的幀方式的承載業(yè)務(wù)提出來。其產(chǎn)生的技術(shù)背景是： 傳輸網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化和傳輸介質(zhì)光纖化，傳輸誤碼率比以往模擬網(wǎng)的要小很多； 用戶終端設(shè)備的處理能力大為提高。 第29頁/共50頁30（1）幀中繼協(xié)議簡化了X.25分組級功能，只有兩個層次：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層。使網(wǎng)內(nèi)節(jié)點的處理大為簡化，在幀中繼網(wǎng)中，一個節(jié)點收到一個幀時，大約只需執(zhí)行6個檢測步驟。實驗結(jié)果表明，采用幀中繼時一個幀的處理時間可以比X.25的處理

14、時間減少一個數(shù)量級，因而提高了幀中繼網(wǎng)的處理效率。 幀中繼技術(shù)的特點：（2）傳送的基本單元為幀，幀的長度可變的，最大長度允許1600字節(jié)，要比X.25網(wǎng)的缺省分組128字節(jié)長，特別適合于封裝局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)單元，減少了分段與重組的處理開銷。 第30頁/共50頁31（3）在數(shù)據(jù)鏈路層完成動態(tài)(統(tǒng)計)復(fù)用、幀透明傳輸和差錯檢測，但與X.25網(wǎng)不同的是幀中繼網(wǎng)內(nèi)節(jié)點若檢測到差錯，將出錯的幀丟棄，不采用重傳機(jī)制，減少了幀編號、流量控制、應(yīng)答等開銷，由此減少了交換機(jī)的處理時間，提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量，降低了網(wǎng)絡(luò)遲延。例如X.25網(wǎng)內(nèi)每個節(jié)點進(jìn)行幀檢驗產(chǎn)生的時延為510ms，而幀中繼節(jié)點的處理時延小于2ms。 （4

15、）幀中繼技術(shù)提供了一套有效的帶寬管理和阻塞控制機(jī)制，使用戶能合理傳送超出約定帶寬的突發(fā)性數(shù)據(jù)，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。第31頁/共50頁32 （5） 幀中繼現(xiàn)可提供用戶的接入速率在64Kbit/s 2.048 Mbit/s ,也可達(dá)45Mbit/s。 （6）與X.25分組交換一樣，幀中繼采用了面向連接的工作模式，可提供PVC業(yè)務(wù)、SVC業(yè)務(wù)。由于幀中繼SVC業(yè)務(wù)對用戶的資費(fèi)并不能帶來明顯的好處，實際上主要用作局域網(wǎng)的互連，僅采用PVC業(yè)務(wù)。 第32頁/共50頁33 幀中繼體系結(jié)構(gòu)和幀格式Q.931或I.451Q.922或I.441I.430或 I.431Q.922的核心功能用戶可選 的終端功能Q.9

16、31或I.451Q.922或I.441I.430或 I.431Q.922的核心功能C平面C平面U平面U平面1. 幀中繼體系結(jié)構(gòu)第33頁/共50頁34兩個操作平面: 控制平面（Cplane）：用于建立和釋放邏輯連接，傳送與處理呼叫控制消息； 用戶平面（Uplane）：用于傳送用戶數(shù)據(jù)和管理信息。 第34頁/共50頁352. 幀中繼的幀格式FFACIFCSDLCI (高階比特 )DLCI ( 低 )C/R EADE EAFECNBECN8 7 6 5 4 3 2 1EA = 0EA = 1FFAIFCSQ .922核心LAPF第35頁/共50頁36X.25源點終點12345786F R源點終點12

17、345786X.25與幀中繼的操作方式：第36頁/共50頁37 數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識符（DLCI：Data Link Connection Identifier）。當(dāng)采用2字節(jié)的地址字段時，DLCI占10位，用于標(biāo)識永久虛電路，呼叫控制或管理信息。 命令/響應(yīng)（C/R）與高層應(yīng)用有關(guān)，幀中繼本身并不使用。 擴(kuò)展地址（EA）當(dāng)EA為0時表示下一個字節(jié)仍為地址字段，當(dāng)EA為1時，表示下一個字節(jié)為信息字段的開始。 正向顯式擁塞通知（FECN：Forward Explicit Congestion Notification）若某節(jié)點將FECN置為1，表明與該幀同方向傳輸?shù)膸赡苁艿骄W(wǎng)絡(luò)擁塞的影響而遲延。

18、反向顯式擁塞通知 （BECN ）。 丟棄指示（DE：Discard Eligilility）由用戶置為1時，表明有網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時，為了維持網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)水平，該幀與DE為0的幀相比應(yīng)先丟棄。 第37頁/共50頁38 專用網(wǎng)接口：所有的數(shù)據(jù)設(shè)備安裝帶有FRN接口的E1（或T1）多路選擇器；其它應(yīng)用（語音傳輸、電話會議等）僅安裝非幀中繼接口； 公用網(wǎng)接口 應(yīng)用：塊數(shù)據(jù)交換、文件傳送、字符交互、互聯(lián)LAN、支持多個低速復(fù)用。3. 幀中繼的應(yīng)用第38頁/共50頁39 ISDN是由電話綜合數(shù)字網(wǎng)演變而成的一個網(wǎng)絡(luò)，它提供端到端的數(shù)字連接，以支持包括話音和非話業(yè)務(wù)在內(nèi)的多種電信服務(wù)，并為用戶接入提供一組有限的

19、多用途用戶網(wǎng)絡(luò)間的標(biāo)準(zhǔn)接口。 N_ISDN是以數(shù)字式電話網(wǎng)為基礎(chǔ)，采用電路交換方式，基于64Kbit/s的ISDN ,數(shù)據(jù)速率限為2Mbit/s； B_ISDN則是真正意義上的綜合，采用快速分組交換方式，即ATM技術(shù)。數(shù)據(jù)速率為155 .520 Mbit/s，622.080Mbit/s。5.6 異步傳輸模式（ATM）5.6.1 ATM技術(shù)背景第39頁/共50頁40B-ISDN對傳輸模式的要求： 對信息損傷?。ㄐ畔魉偷臅r延和時延抖動要小，信息丟失和差錯率要?。?； 能靈活支持各種業(yè)務(wù)； 具有高速傳送信息的能力； 簡單易行（簡化信息處理過程，簡化對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)管理的要求）。第40頁/共

20、50頁411. ATM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ATM技術(shù)是B-ISDN的核心技術(shù)； ATM網(wǎng)采用多級的交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)； ATM網(wǎng)絡(luò)是由ATM終端和ATM交換機(jī)構(gòu)成； 接口： 用戶-網(wǎng)絡(luò)接口（UNI） 網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)接口（NNI） ATM網(wǎng)： 專用ATM網(wǎng) 公用ATM網(wǎng) 接入ATM網(wǎng)5.6. 2 ATM的基本概念第41頁/共50頁42UNINNIUNINNINNINNI接入交換機(jī)接入交換機(jī) ATM交換機(jī) ATM交換機(jī) ATM網(wǎng)UNI: use-net interfaceNNI: net-net interface ATM終端 ATM終端第42頁/共50頁432. ATM原理ATM本質(zhì)上是一種快速分組交換模式,它將話

21、音、數(shù)據(jù)及圖象等所有的數(shù)字信息分解成長度一定的數(shù)據(jù)塊，并在各數(shù)據(jù)塊前裝配地址、丟失優(yōu)先級等控制信息構(gòu)成信元；空信元以一定的速率發(fā)送，只要獲得空信元就可插入信息發(fā)送。因信息插入位置無周期性，故稱這種傳送方式為異步傳輸模式；因需要排隊等待空信元到來才能發(fā)信息，故ATM交換是一種以信元為單位的存儲-轉(zhuǎn)發(fā)方式，又稱為信元交換；信元長度為53字節(jié)，信頭占5個字節(jié)，信息域占48個字節(jié)；第43頁/共50頁44High levelHigh levelATM AAL I . 362/363ATM Layer I . 361Physical LayerU_PlaneC_PlaneManagement PlanePlane ManagementLayerManagement3. ATM層次模型和信元格式(1)ATM層次模型第44頁/共50頁45GFC/VPI VPI VPI VCI VCIVCIPTCLP HECPAYLOAD1234548字節(jié)(2) ATM信元格式第45頁/共50頁46 GFC: general flow control 通用流量控制 VPI：virtual path identific