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1 现 代 交 换 技 术

2 第 1 章 绪 1.1 交 换 与 通 信 网 1.2 交 换 原 理 1.3 交 换 技 术 分 类 1.4 交 换 技 术 演 进 思 考 题

3 1.1 交 换 与 通 信 网 交 换 机 的 引 入 通 信 的 目 的 是 实 现 信 息 的 传 递 在 通 信 系 统 中, 信 息 是 以 电 信 号 或 光 信 号 的 形 式 传 输 的 一 个 通 信 系 统 至 少 应 由 终 端 和 传 输 媒 介 组 成, 如 图 1.1 所 示 终 端 将 含 有 信 息 的 消 息, 如 话 音 图 像 计 算 机 数 据 等 转 换 成 可 被 传 输 媒 介 接 受 的 信 号 形 式, 同 时 将 来 自 传 输 媒 介 的 信 号 还 原 成 原 始 消 息 ; 传 输 媒 介 则 把 信 号 从 一 个 地 点 传 送 至 另 一 个 地 点 这 样 一 种 仅 涉 及 两 个 终 端 的 单 向 或 交 互 通 信 方 式 称 为 点 对 点 通 信

4 图 1.1 点 对 点 通 信

5 当 存 在 多 个 终 端, 且 希 望 它 们 中 的 任 何 两 个 都 可 以 进 行 点 对 点 通 信 时, 最 直 接 的 方 法 是 把 所 有 终 端 两 两 相 连, 如 图 1.2 所 示 这 样 的 一 种 连 接 方 式 称 为 全 互 连 式 全 互 连 式 连 接 存 在 下 列 一 些 缺 点 : (1) 当 存 在 N 个 终 端 时, 需 用 N(N-1)/2 条 线 对, 线 对 数 量 以 终 端 数 的 平 方 增 加 (2) 当 这 些 终 端 分 别 位 于 相 距 很 远 的 两 地 时, 两 地 间 需 要 大 量 的 长 线 路 (3) 每 个 终 端 都 有 N-l 对 线 与 其 它 终 端 相 接, 因 而 每 个 终 端 需 要 N-1 个 线 路 接 口

6 (4) 增 加 第 N+1 个 终 端 时, 必 须 增 设 N 对 线 路 当 N 较 大 时, 无 法 实 用 化 (5) 由 于 每 个 用 户 处 的 出 线 过 多, 因 此 维 护 工 作 量 较 大 如 果 在 用 户 分 布 密 集 的 中 心 安 装 一 个 设 备 交 换 机 (switch, 也 叫 交 换 节 点 ), 每 个 用 户 的 终 端 设 备 经 各 自 的 专 用 线 路 ( 叫 用 户 线 ) 连 接 到 交 换 机 上, 如 图 1.3 所 示, 就 可 以 克 服 全 互 连 式 连 接 存 在 的 问 题

7 图 1.2 多 用 户 全 互 连 式 连 接

8 图 1.3 用 户 通 过 交 换 机 连 接

9 图 1.3 中, 当 任 意 两 个 用 户 之 间 要 交 换 信 息 时, 交 换 机 将 这 两 个 用 户 的 通 信 线 路 连 通 用 户 通 信 完 毕, 两 个 用 户 间 的 连 线 就 断 开 有 了 交 换 设 备,N 个 用 户 只 需 要 N 对 线 就 可 以 满 足 要 求, 线 路 的 投 资 费 用 大 大 降 低, 用 户 线 的 维 护 也 变 得 简 单 容 易 尽 管 这 样 增 加 了 交 换 设 备 的 费 用, 但 它 的 利 用 率 很 高, 相 比 之 下, 总 的 投 资 费 用 将 下 降

10 1.1.2 通 信 网 最 简 单 的 通 信 网 (communication network) 仅 由 一 台 交 换 机 组 成, 如 图 1.4 所 示 每 一 台 通 信 终 端 通 过 一 条 专 门 的 用 户 环 线 ( 或 简 称 用 户 线 ) 与 交 换 机 中 的 相 应 接 口 连 接 交 换 机 能 在 任 意 选 定 的 两 条 用 户 线 之 间 建 立 和 释 放 一 条 通 信 链 路

11 交 换 机 用 户 接 口 用 户 环 线 图 1.4 由 一 台 交 换 机 组 成 的 通 信 网

12 当 用 户 数 量 很 多 且 分 布 的 区 域 较 广 时, 一 台 交 换 机 不 能 覆 盖 所 有 用 户, 这 时 就 需 要 设 置 多 台 交 换 机 组 成 如 图 1.5 所 示 的 通 信 网 网 中 直 接 连 接 电 话 机 或 终 端 的 交 换 机 称 为 本 地 交 换 机 或 市 话 交 换 机, 相 应 的 交 换 局 称 为 端 局 或 市 话 局 ; 仅 与 各 交 换 机 连 接 的 交 换 机 称 为 汇 接 交 换 机 当 通 信 距 离 很 远, 通 信 网 覆 盖 多 个 省 市 乃 至 全 国 范 围 时, 汇 接 交 换 机 常 称 为 长 途 交 换 机 交 换 机 之 间 的 线 路 称 为 中 继 线 显 然, 长 途 交 换 设 备 仅 涉 及 交 换 机 之 间 的 通 信, 而 市 内 交 换 设 备 既 涉 及 到 交 换 设 备 之 间 的 通 信 又 涉 及 到 交 换 设 备 与 终 端 的 通 信

13 汇 接 交 换 机 市 话 交 换 机 用 户 交 换 机 中 继 线 用 户 线 通 信 网 图 1.5 多 台 交 换 机 组 成 的 通 信 网

14 图 1.5 中 的 用 户 交 换 机 PBX(Private Branch Exchange) 常 用 于 一 个 集 团 的 内 部 PBX 与 市 话 交 换 机 之 间 的 中 继 线 数 目 通 常 远 比 PBX 所 连 接 的 用 户 线 数 目 少, 因 此 当 集 团 中 的 电 话 主 要 用 于 内 部 通 信 时, 采 用 PBX 要 比 将 所 有 话 机 都 连 到 市 话 交 换 机 上 更 经 济 当 PBX 具 有 自 动 交 换 能 力 时, 又 称 为 PABX(Private Automatic Branch Exchange) 公 共 电 话 网 只 负 责 接 续 到 PBX, 进 一 步 从 PBX 到 电 话 机 的 接 续 常 需 要 由 话 务 员 转 接, 或 采 用 特 殊 的 直 接 接 入 设 备 (DID) 由 此 可 见, 交 换 机 在 通 信 网 中 起 着 非 常 重 要 的 作 用, 它 就 像 公 路 中 的 立 交 桥, 可 以 使 路 上 的 车 辆 ( 信 息 ) 安 全 快 捷 地 通 往 任 何 一 个 道 口 ( 交 换 机 输 出 端 口 )

15 1.1.3 面 向 连 接 网 络 和 无 连 接 网 络 信 息 在 通 信 网 中 由 发 端 至 终 端 逐 节 点 传 递 时, 网 络 有 两 种 工 作 方 式 : 面 向 连 接 CO(Connection Oriented) 和 无 连 接 CL(Connectionless) 某 种 程 度 上, 这 两 种 工 作 方 式 可 以 比 作 铁 路 和 公 路 铁 路 是 面 向 连 接 的, 例 如 从 北 京 到 广 州, 只 要 铁 路 信 号 往 沿 路 各 站 一 送, 道 岔 一 合 ( 类 似 交 换 的 概 念 ), 火 车 就 可 以 从 北 京 直 达 广 州, 一 路 畅 通, 保 证 运 输 质 量 而 公 路 则 不 然, 卡 车 从 北 京 到 广 州 一 路 要 经 过 许 多 岔 路 口, 在 每 个 岔 路 口 都 要 进 行 选 路, 遇 见 道 路 拥 塞 时 还 要 考 虑 如 何 绕 道 走, 要 是 拥 塞 情 况 较 多 时 就 会 影 响 运 输, 或 者 延 误 时 间, 或 者 货 物 受 到 影 响, 质 量 得 不 到 保 证 这 就 是 无 连 接 的 情 况

16 1. 面 向 连 接 网 络 图 1.6 给 出 了 面 向 连 接 网 络 的 传 送 原 理 B A C 4 5 图 1.6 面 向 连 接 网 络 的 传 送 原 理

17 假 定 A 站 有 三 个 数 据 块 要 送 到 C 站, 它 首 先 发 送 一 个 呼 叫 请 求 消 息 到 节 点 l, 要 求 到 C 站 的 连 接 节 点 1 通 过 路 由 表 确 定 将 该 信 息 发 送 到 节 点 2, 节 点 2 又 决 定 将 该 信 息 发 送 到 节 点 3, 节 点 3 又 决 定 将 该 消 息 发 送 到 节 点 6, 节 点 6 最 终 将 呼 叫 请 求 消 息 投 送 到 C 站 如 果 C 站 准 备 接 受 这 些 数 据 块 的 话, 它 就 发 出 一 个 呼 叫 接 受 消 息 到 节 点 6, 这 个 消 息 通 过 节 点 3 2 和 节 点 1 送 回 到 A 站 现 在,A 站 和 C 站 之 间 可 以 经 由 这 条 建 立 的 连 接 ( 图 中 虚 线 所 示 ) 来 交 换 数 据 块 了 此 后 的 每 个 数 据 块 都 经 过 这 个 连 接 来 传 送, 不 再 需 要 选 择 路 由 因 此, 来 自 A 站 的 每 个 数 据 块, 穿 过 节 点 , 而 来 自 C 站 的 每 个 数 据 块 穿 过 节 点 数 据 传 送 结 束 后, 由 任 意 一 端 用 一 个 清 除 请 求 消 息 来 终 止 这 一 连 接

18 面 向 连 接 网 络 建 立 的 连 接 有 两 种 : 实 连 接 和 虚 连 接 用 户 通 信 时, 如 果 建 立 的 连 接 由 一 条 接 一 条 的 专 用 电 路 资 源 连 接 而 成, 无 是 否 有 用 户 信 息 传 递, 这 条 专 用 连 接 始 终 存 在, 且 每 一 段 占 用 恒 定 的 电 路 资 源, 那 么 这 个 连 接 就 叫 实 连 接 ; 如 果 电 路 的 分 配 是 随 机 的, 用 户 有 信 息 传 送 时 才 占 用 电 路 资 源 ( 带 宽 根 据 需 要 分 配 ), 无 信 息 传 送 就 不 占 用 电 路 资 源, 对 用 户 的 识 别 改 用 标 志, 即 一 条 连 接 使 用 相 同 标 志 统 计 占 用 的 电 路 资 源, 那 么 这 样 一 段 又 一 段 串 接 起 来 的 标 志 连 接 叫 虚 连 接 显 然, 实 连 接 的 电 路 资 源 利 用 率 低, 而 虚 连 接 的 电 路 资 源 利 用 率 高

19 2. 无 连 接 网 络 B A C 图 1.7 无 连 接 网 络 的 信 息 传 送 过 程

20 假 定 A 站 有 三 个 数 据 块 要 送 到 C 站, 它 将 数 据 块 一 连 串 地 发 给 节 点 1 节 点 1 需 对 每 个 数 据 块 做 出 路 由 选 择 的 决 定 在 数 据 块 1 到 来 后, 节 点 1 得 知 节 点 2 的 队 列 短 于 节 点 4, 于 是 它 将 数 据 块 1 排 入 到 节 点 2 的 队 列 数 据 块 2 也 是 如 此 但 是 对 于 数 据 块 3, 节 点 1 发 现 现 在 到 节 点 4 的 队 列 最 短, 因 此 将 数 据 块 3 排 在 去 节 点 4 的 队 列 中 在 以 后 通 往 C 站 路 由 的 各 节 点 上, 都 作 类 似 的 处 理 这 样, 每 个 路 由 虽 都 有 同 样 的 目 的 地 址, 但 并 不 遵 循 同 一 路 由 另 外, 数 据 块 3 先 于 数 据 块 2 到 达 节 点 6 是 完 全 有 可 能 的, 因 此, 这 些 数 据 块 有 可 能 以 一 种 不 同 于 它 们 发 送 时 的 顺 序 投 送 到 C 站, 这 就 需 要 C 站 来 重 新 排 列 它 们, 以 恢 复 它 们 原 来 的 顺 序

21 面 向 连 接 网 络 和 无 连 接 网 络 的 主 要 区 别 如 下 : (1) 面 向 连 接 网 络 用 户 的 通 信 总 要 经 过 建 立 连 接 信 息 传 送 释 放 连 接 三 个 阶 段 ; 而 无 连 接 网 络 不 为 用 户 的 通 信 过 程 建 立 和 拆 除 连 接 (2) 面 向 连 接 网 络 中 的 每 一 个 节 点 为 每 一 个 呼 叫 选 路, 节 点 中 需 要 有 维 持 连 接 的 状 态 表 ; 而 无 连 接 网 络 中 的 每 一 个 节 点 为 每 一 个 传 送 的 信 息 选 路, 节 点 中 不 需 要 维 持 连 接 的 状 态 表 (3) 用 户 信 息 较 长 时, 采 用 面 向 连 接 的 通 信 方 式 的 效 率 高 ; 反 之, 使 用 无 连 接 的 方 式 要 好 一 些

22 1.1.4 网 络 分 层 模 型 1. 开 放 系 统 互 连 参 考 模 型 为 了 使 各 种 计 算 机 在 世 界 范 围 内 互 连 成 网, 国 际 标 准 化 组 织 ISO(International Standards Organization) 在 1978 年 提 出 了 一 套 非 常 重 要 的 标 准 框 架, 即 开 放 系 统 互 连 参 考 模 型 OSI/RM (Open System Interconnection Reference Model), 简 称 OSI 这 里, 开 放 的 意 思 是 : 只 要 遵 循 OSI 标 准, 一 个 系 统 就 可 以 和 位 于 世 界 上 任 何 地 方 的 也 遵 循 同 一 标 准 的 其 它 任 何 通 信 系 统 进 行 通 信

23 现 在,OSI 模 型 已 经 成 为 通 信 界, 尤 其 是 网 络 界 共 同 遵 守 的 标 准 许 多 主 要 的 协 议 ( 如 TCP/IP) 和 网 络 ( 如 X.25 FR ATM Internet 等 ) 均 有 相 应 的 参 考 模 型 标 准, 这 大 大 提 高 了 导 入 新 技 术 的 方 便 性 及 对 各 种 通 信 网 ( 电 话 网 X.25 网 局 域 网 及 Internet 等 ) 的 适 应 性 为 了 能 够 在 以 后 各 章 讨 问 题 清 晰, 本 书 将 有 关 OSI 内 容 放 在 第 1 章 中 介 绍 OSI 的 参 考 模 型 具 有 七 个 层 次, 因 此 也 将 它 称 为 分 层 模 型, 见 图 1.8

24 图 1.8 OSI 的 分 层 模 型 H A 通 信 子 网 H B U A U B 应 用 层 表 示 层 会 话 层 运 输 层 对 等 层 协 议 应 用 层 表 示 层 会 话 层 运 输 层 网 络 层 网 络 层 网 络 层 网 络 层 链 路 层 链 路 层 链 路 层 链 路 层 物 理 层 物 理 层 物 理 层 物 理 层

25 各 层 的 主 要 功 能 如 下 : 1) 物 理 层 物 理 层 与 通 信 媒 介 直 接 相 连, 其 功 能 是 提 供 用 于 建 立 保 持 和 断 开 物 理 接 口 的 条 件, 以 保 证 比 特 流 的 透 明 传 输 物 理 层 协 议 主 要 规 定 了 计 算 机 或 终 端 与 通 信 设 备 之 间 的 接 口 标 准, 它 包 含 接 口 的 物 理 电 气 功 能 与 规 程 四 个 方 面 的 特 性 物 理 层 传 送 的 基 本 单 位 是 比 特, 又 称 位

26 2) 数 据 链 路 层 数 据 链 路 层 是 OSI 的 第 二 层, 简 称 链 路 层 它 主 要 负 责 数 据 链 路 的 建 立 维 持 和 拆 除, 并 在 两 个 相 邻 节 点 的 线 路 上, 将 网 络 层 送 下 来 的 信 息 ( 分 组 ) 组 成 帧 传 送, 每 一 帧 包 括 一 定 数 量 的 数 据 和 一 些 必 要 的 控 制 信 息 为 了 保 证 数 据 帧 的 可 靠 传 输, 数 据 链 路 层 应 具 有 差 错 控 制 功 能 在 传 送 数 据 时, 若 接 收 节 点 检 测 到 所 接 收 数 据 中 有 差 错, 就 要 求 发 端 重 发, 直 至 该 帧 被 正 确 接 收 同 时, 数 据 链 路 层 还 应 具 备 简 单 的 流 量 控 制 功 能, 以 防 止 接 收 缓 存 器 容 量 不 够 而 产 生 溢 出 这 样, 链 路 层 就 把 一 条 有 可 能 出 错 的 实 际 物 理 链 路 转 变 成 让 网 络 层 向 下 看 起 来 好 像 是 一 条 不 出 差 错 的 链 路, 实 现 了 在 不 可 靠 的 物 理 链 路 上 进 行 可 靠 的 数 据 传 输 的 功 能

27 数 据 链 路 层 传 输 的 基 本 单 位 是 帧 常 用 的 数 据 链 路 层 协 议 是 ISO 推 荐 使 用 的 高 级 数 据 链 路 控 制 HDLC(High-level Data Link Control) 规 程 它 是 面 向 比 特 的 传 输 控 制 规 程

28 3) 网 络 层 网 络 层 又 叫 通 信 子 网 层, 主 要 用 于 控 制 子 网 的 运 行 网 络 层 将 从 高 层 传 送 下 来 的 数 据 打 包, 再 进 行 必 要 的 路 由 选 择 差 错 控 制 流 量 控 制 以 及 顺 序 检 测 等 处 理, 使 发 端 用 户 的 运 输 层 所 传 下 来 的 数 据 能 够 准 确 无 误 地 按 照 地 址 传 送 到 目 的 用 户 的 运 输 层 网 络 层 的 主 要 任 务 是 路 由 选 择 数 据 包 的 分 段 和 重 组 以 及 拥 塞 控 制 等

29 值 得 指 出 的 是 : 根 据 网 络 类 型 的 不 同, 网 络 层 可 以 不 存 在 例 如 对 于 由 广 播 信 道 所 构 成 的 通 信 子 网, 由 于 不 存 在 路 由 选 择 问 题, 故 一 般 不 需 要 网 络 层 对 于 一 个 通 信 子 网 来 说, 第 三 层 即 网 络 层 是 它 的 最 高 层 网 络 层 所 传 送 的 信 息 的 基 本 单 位 叫 做 分 组 或 者 包

30 4) 运 输 层 运 输 层 位 于 开 放 系 统 互 连 模 型 的 第 四 层, 它 是 衔 接 通 信 子 网 ( 由 物 理 层 数 据 链 路 层 及 网 络 层 构 成 ) 和 资 源 子 网 ( 包 含 会 话 层 表 示 层 及 应 用 层 ) 的 桥 梁, 起 到 了 承 上 启 下 的 作 用 运 输 层 对 高 层 用 户 起 到 了 屏 蔽 作 用, 使 高 层 用 户 的 同 等 实 体 在 交 互 过 程 中 不 会 受 到 下 层 数 据 通 信 技 术 细 节 的 影 响 运 输 层 的 任 务 就 是 要 根 据 子 网 的 特 性 最 佳 地 利 用 网 络 资 源, 并 根 据 会 话 实 体 的 要 求, 以 最 低 费 用 和 最 高 可 靠 性 在 两 个 端 用 户 ( 即 发 端 用 户 和 收 端 用 户 ) 的 会 话 层 之 间 建 立 一 条 运 输 连 接, 以 透 明 方 式 传 送 报 文, 或 者 说, 运 输 层 为 会 话 层 提 供 了 一 个 可 靠 的 端 到 端 的 服 务 运 输 层 只 能 存 在 于 端 系 统 用 户 中, 又 称 端 端 层

31 运 输 层 的 主 要 功 能 是 建 立 拆 除 和 管 理 端 系 统 的 会 话 连 接 这 种 连 接 是 会 话 实 体 之 间 的 一 种 逻 辑 信 道 OSI 规 定 运 输 层 提 供 0~4 共 五 类 协 议, 以 适 应 不 同 的 网 络 特 性, 满 足 会 话 层 提 出 的 服 务 质 量 要 求 0 类 是 最 简 单 类, 适 用 于 可 靠 型 的 网 络, 其 协 议 不 存 在 排 序 流 控 和 错 误 检 测 等 方 面 的 处 理, 只 是 让 信 息 直 接 穿 过 ;4 类 的 服 务 质 量 最 高 为 了 保 证 服 务 质 量, 运 输 层 对 数 据 进 行 分 段 / 合 段 或 者 分 割 / 拼 接 等 处 理, 组 成 运 输 层 报 文, 并 选 择 合 适 的 服 务 等 级, 以 适 应 高 低 层 通 信 之 间 的 差 异 ; 类 似 地, 为 了 适 应 低 层 提 供 的 不 同 服 务 质 量, 有 时 要 进 行 复 用 / 解 复 用, 合 路 / 分 路 等 处 理, 同 时, 也 要 进 行 端 到 端 的 流 量 控 制 运 输 层 传 送 的 信 息 的 基 本 单 位 是 分 段 报 文

32 5) 会 话 层 会 话 层 又 称 会 晤 层, 其 任 务 就 是 提 供 一 种 有 效 的 方 法, 以 组 织 和 协 商 两 个 表 示 层 进 程 之 间 的 会 话, 并 管 理 它 们 之 间 的 数 据 交 换 会 话 是 指 两 个 用 户 ( 表 示 层 进 程 ) 之 间 的 连 接 会 话 可 允 许 一 个 用 户 进 入 远 程 分 时 系 统, 或 在 两 个 用 户 计 算 机 之 间 传 送 一 个 文 件 会 话 层 的 主 要 功 能 是 依 据 在 应 用 进 程 之 间 约 定 的 原 则, 按 照 正 确 的 顺 序 发 / 收 数 据, 进 行 各 种 形 态 的 对 话, 其 中 包 括 对 对 方 是 否 有 权 参 加 会 话 的 身 份 核 实, 确 定 由 哪 一 方 支 付 通 信 费 用, 并 且 在 选 择 功 能 方 面 取 得 一 致, 如 是 选 全 双 工 还 是 选 半 双 工 通 信 等 等 另 外, 在 会 话 建 立 后, 需 要 对 进 程 间 的 对 话 进 行 管 理 和 控 制, 如 权 标 的 发 放 ( 只 有 持 有 权 标 的 一 方 才 可 以 执 行 某 种 关 键 的 操 作 ) 和 同 步 的 管 理 ( 当 会 话 由 于 某 种 原 因 中 止 时, 在 数 据 中 插 入 检 验 点, 会 话 恢 复 后 仅 重 传 最 后 一 个 检 验 点 后 的 数 据 )

33 在 有 些 计 算 机 网 络 中, 会 话 层 与 运 输 层 是 合 二 为 一 的, 其 总 的 功 能 都 是 为 用 户 建 立 一 条 逻 辑 信 道 会 话 层 传 送 的 信 息 的 基 本 单 位 也 叫 报 文, 但 它 与 运 输 层 的 报 文 有 本 质 的 不 同

34 6) 表 示 层 表 示 层 主 要 解 决 用 户 信 息 的 语 法 表 示 问 题, 它 向 上 对 应 用 层 提 供 服 务 表 示 层 对 信 息 格 式 和 编 码 起 转 换 作 用, 例 如 将 ASCll 码 转 换 成 EBCDIC 码 等, 同 时 将 欲 交 换 的 数 据 从 用 户 的 抽 象 语 法 转 换 成 适 合 OSI 系 统 内 部 使 用 的 传 送 语 法 表 示 层 还 提 供 信 息 压 缩 的 功 能, 如 采 用 哈 夫 曼 编 码 对 文 本 进 行 压 缩 此 外, 对 传 送 的 信 息 进 行 加 密 与 解 密 也 是 表 示 层 的 任 务 之 一 表 示 层 传 送 的 信 息 也 是 以 报 文 为 单 位 的

35 7) 应 用 层 应 用 层 是 OSI 体 系 结 构 的 最 高 层, 它 直 接 面 向 用 户, 以 满 足 用 户 不 同 的 需 求, 是 惟 一 向 应 用 程 序 直 接 提 供 服 务 的 层 其 功 能 包 括 : 提 供 网 络 完 整 透 明 性, 用 户 资 源 的 配 置, 应 用 管 理 和 系 统 管 理, 分 布 式 信 息 服 务 及 分 布 式 数 据 库 管 理 等 应 用 层 传 送 的 是 用 户 数 据 报 文 上 述 层 次 中 1~3 层 的 功 能 属 于 通 信 子 网 的 功 能, 这 些 功 能 的 实 现 均 体 现 在 交 换 机 内 按 照 分 层 模 型 设 计 交 换 机, 可 以 将 设 备 的 复 杂 功 能 简 单 化 层 次 化, 使 每 一 个 层 次 在 信 息 交 换 中 都 担 当 一 个 独 立 的 角 色, 具 有 特 定 的 功 能

36 2. 分 层 结 构 中 使 用 的 术 语 在 分 层 模 型 结 构 中, 相 邻 层 间 低 层 为 高 层 提 供 服 务 服 务 通 过 定 义 的 相 邻 层 间 服 务 接 入 点 SAP(Service Access Point), 用 一 组 确 定 的 服 务 原 语 实 现 OSI 定 义 了 请 求 指 示 响 应 证 实 四 种 类 型 的 原 语 请 求 原 语 请 求 下 层 服 务 者 提 供 服 务, 促 成 某 项 工 作, 如 建 立 连 接 服 务 提 供 者 收 到 这 一 请 求 后, 通 知 接 收 方 对 等 服 务 提 供 者 ( 对 等 层 ), 收 方 服 务 提 供 者 用 指 示 原 语 通 知 上 层 用 户, 有 人 想 要 与 它 建 立 连 接 如 果 收 方 同 意 建 立 连 接, 可 以 向 自 己 的 服 务 提 供 者 回 发 一 个 响 应 原 语, 收 方 将 此 信 息 传 到 发 方, 发 方 服 务 提 供 者 再 以 证 实 原 语 通 知 当 初 曾 发 出 连 接 请 求 原 语 的 用 户, 连 接 任 务 完 成

37 在 一 次 服 务 中, 如 果 发 方 提 出 请 求, 收 方 给 以 确 认 ( 使 用 四 类 原 语 ), 这 类 服 务 称 为 有 证 实 的 服 务, 它 可 以 保 证 信 息 的 可 靠 传 送 ; 如 果 对 服 务 结 果 不 确 认 ( 只 使 用 请 求 和 指 示 原 语 ), 则 称 为 非 证 实 的 服 务, 这 类 服 务 不 能 保 证 信 息 的 可 靠 传 送 第 N+1 层 递 交 给 第 N 层 的 数 据 单 元 叫 第 N 层 业 务 数 据 单 元 N- SDU(N-Service Data Unit), 第 N 层 加 上 一 些 必 要 的 控 制 信 息 H(Header) 后, 就 构 成 第 N 层 的 协 议 数 据 单 元 N-PDU(N-Protocol Data Unit), 见 图 1.9 其 中,SDU 是 要 通 过 网 络 传 到 远 端 对 等 层 的 业 务 信 息,H 字 段 帮 助 对 等 层 实 体 执 行 相 应 的 对 等 层 协 议, 对 等 层 间 通 信 使 用 对 等 层 协 议

38 N+1 层 请 求 证 实 N-SAP N 层 N+1 对 等 层 协 议 (N+1)-PDU N-SDU N 对 等 层 协 议 H N-PDU N+1 层 响 应 指 示 N-SAP N 层 PDU: 协 议 数 据 单 元 ; SDU: 业 务 数 据 单 元 ; SAP: 业 务 接 入 图 1.9 OSI 服 务 的 概 念

39 1.1.5 信 息 在 网 络 中 的 传 送 方 式 信 息 在 网 络 中 的 传 送 方 式 称 为 传 送 模 式, 包 括 信 息 的 复 用 传 输 和 交 换 方 式 复 用 方 式 和 传 输 方 式 对 交 换 方 式 有 很 大 影 响, 因 此 本 节 介 绍 同 步 传 送 模 式 STM(Synchronous Transfer Mode) 和 异 步 传 送 模 式 ATM(Asynchronous Transfer Mode)

40 1. 同 步 传 送 模 式 STM 采 用 同 步 时 分 复 用 STDM(Synchronous Time Division Multiplexing) 传 输 和 同 步 时 分 交 换 STDS(Synchronous Time Division Switch) 技 术 所 谓 时 分 复 用, 就 是 采 用 时 间 分 割 的 方 法, 把 一 条 高 速 数 字 信 道 分 成 若 干 条 低 速 数 字 信 道, 构 成 同 时 传 输 多 个 低 速 信 号 的 信 道 同 步 时 分 复 用 是 指 将 时 间 划 分 为 基 本 时 间 单 位, 一 帧 时 长 是 固 定 的 ( 常 见 的 为 125 μs) 每 帧 分 成 若 干 个 时 隙, 并 按 顺 序 编 号, 所 有 帧 中 编 号 相 同 的 时 隙 成 为 一 个 子 信 道, 该 信 道 是 恒 定 速 率 的, 具 有 周 期 出 现 的 特 点 一 个 子 信 道 传 递 一 路 信 息 这 种 信 道 也 称 为 位 置 化 信 道, 因 为 根 据 它 在 时 间 轴 上 的 位 置, 就 可 以 知 道 是 第 几 路 信 道

41 对 同 步 时 分 复 用 信 号 的 交 换 实 际 上 是 对 信 息 所 在 位 置 的 交 换, 即 时 隙 的 内 容 在 时 间 轴 上 的 移 动, 称 为 同 步 时 分 交 换 STM 的 优 点 是 一 旦 建 立 连 接, 该 连 接 的 服 务 质 量 便 不 会 受 网 络 中 其 它 用 户 的 影 响 但 是 为 了 保 证 连 接 所 需 带 宽, 必 须 按 信 息 最 大 速 率 分 配 信 道 资 源 这 一 点 对 恒 定 比 特 率 业 务 没 有 影 响, 但 对 可 变 比 特 率 业 务 会 有 影 响, 它 会 降 低 信 道 利 用 率

42 2. 异 步 传 送 模 式 ATM 采 用 异 步 时 分 复 用 ATDM(Asynchronous Time Division Multiplexing) 传 输 和 异 步 时 分 交 换 ATDS(Asynchronous Time Division Switch) 技 术 把 需 要 传 送 的 信 息 分 成 很 多 小 段, 称 为 分 组 每 个 分 组 前 附 加 标 志 码, 说 明 分 组 要 去 哪 个 输 出 端 来 自 同 一 用 户 的 信 息 划 分 成 的 分 组 的 标 志 码 相 同 各 个 分 组 在 复 接 时 可 以 使 用 任 何 时 隙 ( 子 信 道 ) 这 样, 把 一 个 信 道 划 分 成 若 干 子 信 道, 用 标 志 码 标 识 的 信 道 称 为 标 志 化 信 道 这 时, 一 个 信 道 中 的 信 息 与 它 在 时 间 轴 上 的 位 置 ( 即 时 隙 ) 没 有 必 然 联 系 将 这 样 的 子 信 道 合 成 为 一 个 信 道 的 技 术, 称 为 异 步 时 分 复 用 ( 也 叫 统 计 时 分 复 用 )

43 对 异 步 时 分 复 用 信 号 的 交 换 实 际 上 就 是 按 照 每 个 分 组 信 息 前 的 路 由 标 记, 将 其 分 发 到 出 线, 这 种 交 换 方 式 叫 异 步 时 分 交 换 ( 也 叫 存 储 转 发 交 换 ) 异 步 时 分 复 用 的 优 点 是 能 够 统 计 地 动 态 地 占 用 信 道 资 源 在 连 接 建 立 并 给 连 接 分 配 带 宽 时,ATM 与 输 入 业 务 流 速 率 无 关, 可 以 不 按 最 大 信 息 速 率 分 配 带 宽 在 相 等 的 信 道 资 源 前 提 下, ATM 比 STM 接 纳 的 连 接 数 更 多 图 1.10 对 两 种 时 分 复 用 信 号 进 行 了 简 单 的 比 较

44 第 1 章 绪 N 同 步 时 分 复 用 帧 帧 N 2 1 N 2 1 时 隙 时 间 (a) 统 计 时 分 复 用 时 隙 标 志 码 信 息 N5 信 息 2 3 信 息 N5 信 息 1 2 时 间 (b) 图 1.10 两 种 复 用 方 式 比 较 (a) 同 步 时 分 复 用 ;(b) 异 步 时 分 复 用

45 1.2 交 换 原 理 交 换 节 点 的 功 能 结 构 通 信 网 由 终 端 交 换 机 和 传 输 系 统 组 成 终 端 只 是 信 息 产 生 的 源 点 或 接 收 信 息 的 目 的 点 传 输 系 统 负 责 传 送 信 息 网 络 中 的 复 杂 控 制 只 能 由 交 换 机 来 完 成, 因 此, 交 换 机 的 性 能 决 定 了 网 络 的 性 能

46 无 何 种 交 换 机, 在 通 信 网 中 均 完 成 如 下 功 能 : (1) 接 入 功 能 : 完 成 用 户 业 务 的 集 中 和 接 入, 通 常 由 各 类 用 户 接 口 和 中 继 接 口 完 成 (2) 交 换 功 能 : 指 信 息 从 通 信 设 备 的 一 个 端 口 进 入, 从 另 一 个 端 口 输 出 这 一 功 能 通 常 由 交 换 模 块 或 交 换 网 络 完 成 (3) 信 令 功 能 : 负 责 呼 叫 控 制 及 连 接 的 建 立 监 视 释 放 等

47 (4) 其 它 控 制 功 能 : 包 括 路 由 信 息 的 更 新 和 维 护 计 费 话 务 统 计 维 护 管 理 等 虽 然 具 体 交 换 技 术 的 实 现 受 到 业 务 网 络 实 现 方 式 的 限 制, 但 实 现 交 换 的 基 本 成 分 均 包 含 路 由 表 转 发 表 ( 可 选 ) 交 换 模 块 ( 分 为 空 分 型 共 享 存 储 器 型 和 总 线 型 等 ) 和 相 关 控 制 信 令 ( 路 由 信 息 交 换 信 令 转 发 表 的 建 立 控 制 信 令 局 间 端 到 端 的 连 接 建 立 信 令 等 ), 见 图 1.11

48 图 (a) 面 向 连 接 ; (b) 无 连 接 交 换 节 点 的 功 能 结 构

49 1. 路 由 表 终 端 交 换 机 和 传 输 线 之 间 的 连 接 形 式 多 种 多 样 如 果 用 线 表 示 传 输 线, 用 点 表 示 终 端 或 交 换 机, 那 么 用 点 和 线 的 组 合 就 可 以 描 述 网 络 的 拓 扑 结 构 线 型 星 型 网 型 环 型 树 型 是 几 种 基 本 的 网 络 拓 扑 结 构, 复 杂 的 网 络 结 构 是 这 几 种 基 本 结 构 的 组 合 交 换 机 要 正 确 完 成 指 定 的 交 换 功 能, 基 本 的 前 提 是 网 络 中 的 每 一 个 交 换 节 点 都 必 须 拥 有 当 前 网 络 的 拓 扑 结 构 信 息 为 便 于 叙 述, 我 们 将 交 换 节 点 中 存 储 的 到 网 络 中 每 一 个 目 的 地 的 路 由 信 息 的 数 据 结 构 称 为 路 由 表, 交 换 节 点 依 靠 它 进 行 寻 址 选 路

50 路 由 表 可 以 静 态 设 置, 如 电 话 网 中 的 路 由 表 和 ITU ATM 网 中 的 路 由 表 是 以 局 数 据 的 形 式 人 工 输 入 的, 输 入 前 已 根 据 网 络 拓 扑 结 构 考 虑 了 冗 余 路 由 这 种 情 况 下, 交 换 节 点 之 间 可 以 不 使 用 路 由 协 议 路 由 表 也 可 以 动 态 创 建, 如 无 连 接 的 Internet 就 是 根 据 路 由 协 议 来 交 换 网 络 拓 扑 信 息, 创 建 转 发 的 路 由 表 的

51 2. 转 发 表 在 无 连 接 网 络 中, 由 于 每 一 个 分 组 都 携 带 目 的 地 网 络 地 址, 交 换 节 点 只 需 要 根 据 路 由 表 就 可 以 完 成 从 入 端 口 到 出 端 口 的 交 换 在 面 向 连 接 网 络 中, 连 接 建 立 阶 段 传 递 的 控 制 数 据 中 包 含 目 的 地 地 址, 沿 途 交 换 节 点 以 目 的 地 地 址 为 关 键 字, 查 找 路 由 表, 就 可 以 确 定 到 指 定 目 的 地 相 应 入 端 口 的 信 息 应 该 交 换 到 哪 一 个 出 端 口, 交 换 节 点 同 时 将 该 信 息 保 存 到 一 张 数 据 表 中, 以 维 持 网 络 内 的 连 接 状 态, 这 张 表 就 是 转 发 表 在 用 户 数 据 传 输 阶 段, 用 户 数 据 无 需 携 带 目 的 地 地 址, 交 换 节 点 将 根 据 已 经 建 立 好 的 转 发 表 实 现 快 速 的 数 据 交 换

52 实 际 上, 转 发 表 记 录 的 是 一 个 交 换 节 点 当 前 维 持 的 连 接 在 该 交 换 节 点 实 现 交 换 时 要 走 的 内 部 通 道 信 息 根 据 交 换 实 现 技 术 的 不 同, 转 发 表 的 内 容 和 物 理 形 式 也 不 相 同 在 广 域 网 中, 对 于 CL 型 的 网 络, 由 于 每 个 节 点 无 需 创 建 并 维 持 连 接 状 态, 其 网 络 节 点 只 需 一 张 路 由 表 就 可 以 完 成 转 发 任 务 ; 而 CO 型 的 网 络 则 需 要 两 张 表 : 路 由 表 和 转 发 表 其 中, 路 由 表 建 立 的 是 交 换 机 之 间 的 连 接, 而 转 发 表 控 制 交 换 机 内 部 数 据 的 高 速 转 发 转 发 表 通 过 管 理 系 统 或 信 令 协 议 来 创 建 通 过 管 理 系 统 创 建 的 转 发 表, 一 般 提 供 永 久 或 半 永 久 连 接 ; 而 通 过 信 令 协 议 创 建 的 转 发 表, 支 持 动 态 交 换 型 连 接

53 3. 交 换 模 块 交 换 功 能 是 交 换 系 统 最 重 要 的 基 本 功 能 之 一 完 成 这 一 基 本 功 能 的 部 件 是 交 换 模 块, 也 叫 交 换 网 络 (switching network) 如 果 不 考 虑 交 换 网 络 的 内 部 结 构, 那 么 交 换 网 络 对 外 的 特 性 是 一 组 入 线 和 一 组 出 线 N 条 入 线 和 N 条 出 线 组 成 的 交 换 网 络 用 N N 表 示 对 于 数 字 交 换 网 络, 每 一 条 入 线 和 出 线 均 是 时 分 复 用 线 交 换 网 络 的 作 用 是 将 任 意 入 线 的 信 息 交 换 到 指 定 出 线 去 交 换 网 络 的 工 作 原 理 见 图 1.12

54 端 口 PCM a b 数 PCM b 2 字 交 2 换 网 络 PCMN 22 C a c N N PCM1 PCM2 PCMN 输 入 端 口 号 1 2 转 发 表 时 隙 / 标 记 输 出 端 口 号 时 隙 / 标 记 2 N N 21 N 2 图 1.12 交 换 网 络 的 工 作 原 理

55 1.2.2 基 本 交 换 单 元 交 换 网 络 由 基 本 交 换 单 元 构 成 基 本 交 换 单 元 有 如 下 几 种 : 空 分 阵 列 共 享 总 线 型 交 换 单 元 和 共 享 存 储 器 型 交 换 单 元 1. 空 分 阵 列 1) 一 般 结 构 空 分 阵 列 由 一 组 入 线 一 组 出 线 以 及 连 接 入 线 和 出 线 的 开 关 ( 交 叉 点 ) 组 成, 因 此 也 叫 开 关 阵 列, 见 图 1.13 在 交 换 单 元 内 部, 要 建 立 任 意 入 线 和 任 意 出 线 之 间 的 连 接, 只 需 通 过 控 制 开 关 的 闭 合 就 可 实 现, 因 此 控 制 简 单, 容 易 实 现

56 输 入 输 出 图 1.13 空 分 阵 列

57 2) 主 要 特 点 (1) 开 关 阵 列 的 交 叉 点 数 是 交 换 单 元 的 入 线 数 和 出 线 数 的 乘 积 当 入 线 数 和 出 线 数 增 加 时, 交 叉 点 数 目 会 迅 速 增 加, 因 此 开 关 阵 列 适 合 构 成 较 小 的 交 换 单 元 (2) 当 某 条 入 线 和 与 其 连 接 的 所 有 出 线 间 的 一 行 开 关 部 分 或 全 部 处 于 接 通 状 态 时, 开 关 阵 列 很 容 易 实 现 多 播 和 广 播 功 能 同 样, 若 某 条 出 线 对 应 的 一 列 开 关 部 分 或 全 部 接 通, 若 干 条 入 线 同 时 接 至 一 条 出 线, 则 必 然 产 生 出 线 冲 突, 所 以 一 列 开 关 只 能 有 一 个 处 于 接 通 状 态

58 2. 共 享 总 线 型 交 换 单 元 1) 一 般 结 构 共 享 总 线 型 交 换 单 元 包 括 入 线 控 制 部 件 出 线 控 制 部 件 和 总 线 三 部 分 交 换 单 元 的 每 条 入 ( 出 ) 线 经 各 自 的 入 ( 出 ) 线 控 制 部 件 与 总 线 相 连 总 线 按 时 隙 轮 流 分 配 给 各 个 入 线 控 制 部 件 和 出 线 控 制 部 件 使 用, 分 配 到 总 线 的 输 入 部 件 将 输 入 信 号 送 到 总 线 上, 见 图 1.14

59 1 入 线 控 制 出 线 控 制 1 2 入 线 控 制 出 线 控 制 2 入 线 出 线 N 入 线 控 制 出 线 控 制 N 总 线 管 理 总 线 图 1.14 共 享 总 线 型 交 换 单 元 的 一 般 结 构

60 2) 主 要 特 点 入 线 控 制 部 件 的 功 能 是 接 收 入 线 信 号, 将 信 号 的 格 式 进 行 相 应 变 换, 然 后 放 在 缓 冲 存 储 器 中, 并 在 分 配 给 该 部 件 的 时 隙 上 把 收 到 的 信 息 送 到 总 线 上 出 线 控 制 部 件 的 功 能 是 检 测 总 线 上 的 信 号, 并 把 属 于 自 己 的 信 息 读 入 一 个 缓 冲 存 储 器 中, 再 将 信 号 格 式 做 相 反 变 换, 形 成 出 线 信 号 送 出 总 线 包 括 多 条 数 据 线 和 控 制 线 数 据 线 用 于 在 入 线 控 制 部 件 和 出 线 控 制 部 件 间 传 送 信 号 控 制 线 用 于 控 制 各 入 线 控 制 部 件 以 获 得 时 隙 和 发 送 信 息, 并 控 制 出 线 控 制 部 件 读 取 属 于 自 己 的 信 息

61 总 线 时 隙 分 配 要 按 一 定 的 规 则 最 简 单 也 最 常 用 的 规 则 是 : 不 管 各 入 线 控 制 部 件 是 否 有 信 息, 只 是 按 顺 序 把 时 隙 分 给 各 入 线 比 较 复 杂 但 效 率 较 高 的 规 则 是 : 只 在 入 线 有 信 息 时 才 分 配 给 入 线 时 隙 因 此 共 享 总 线 型 交 换 单 元 既 可 以 用 于 同 步 交 换 也 可 以 用 于 存 储 转 发 交 换, 这 取 决 于 时 隙 分 配 原 则

62 3. 共 享 存 储 器 型 交 换 单 元 1) 一 般 结 构 共 享 存 储 器 型 交 换 单 元 的 一 般 结 构 如 图 1.15 所 示 它 的 核 心 部 件 是 存 储 器, 它 被 分 成 N 个 区 域,N 个 输 入 数 字 信 号 分 别 存 入 N 个 不 同 区 域, 再 分 别 读 出 以 实 现 交 换 0 输 入 信 号 输 出 信 号 N-1 图 1.15 共 享 存 储 器 型 交 换 单 元 的 一 般 结 构

63 2) 工 作 方 式 (1) 入 线 缓 冲 若 存 储 器 中 的 N 个 区 域 是 和 各 路 输 入 信 号 一 一 对 应 的, 即 第 1 路 输 入 信 号 送 到 第 1 个 存 储 区 域 ( 编 号 为 0), 第 2 路 输 入 信 号 送 到 第 2 个 存 储 区 域 ( 编 号 为 1) 等 等, 则 称 交 换 单 元 是 入 线 缓 冲 的 (2) 出 线 缓 冲 若 存 储 器 中 的 N 个 区 域 是 和 各 路 输 出 信 号 一 一 对 应 的, 即 第 1 个 存 储 区 域 ( 编 号 为 0) 的 数 据 作 为 第 1 路 输 出 信 号, 第 2 个 存 储 区 域 ( 编 号 为 1) 的 数 据 作 为 第 2 路 输 出 信 号 等 等, 则 称 交 换 单 元 是 出 线 缓 冲 的 共 享 存 储 器 型 交 换 单 元 既 可 用 于 同 步 交 换 也 可 用 于 存 储 转 发 交 换, 但 它 们 的 具 体 实 现 有 所 不 同

64 1.2.3 交 换 机 的 物 理 结 构 用 户 终 端 用 户 接 口 接 口 系 统 交 换 网 络 其 它 交 换 机 计 费 系 统 维 护 终 端 中 继 接 口 计 费 接 口 维 护 接 口 维 护 I/O 计 费 I/O 监 测 信 令 I/O 监 测 振 铃 I/O MF 信 令 I/O DTMF 话 音 I/O 接 续 控 制 I/O 控 制 系 统 存 储 器 CPU 总 线 图 1.16 交 换 机 的 组 成 框 图

65 用 户 通 过 用 户 线 连 接 到 交 换 系 统 的 用 户 接 口, 交 换 局 间 通 过 中 继 线 连 接 中 继 接 口 根 据 传 输 线 上 的 信 号 不 同, 用 户 接 口 和 中 继 接 口 又 有 模 拟 和 数 字 之 分 通 过 用 户 或 中 继 接 口 可 以 将 来 自 不 同 终 端 ( 如 电 话 机 计 算 机 等 ) 或 其 它 交 换 机 的 各 种 传 输 信 号 转 换 成 统 一 的 交 换 机 内 部 工 作 信 号, 并 按 信 号 的 性 质 分 别 将 信 令 传 送 给 控 制 系 统, 将 消 息 传 送 给 交 换 网 络 除 话 音 业 务 接 口 外, 交 换 机 还 有 维 护 接 口, 用 来 连 接 维 护 中 心, 对 交 换 机 进 行 集 中 的 操 作 管 理 和 维 护 (OAM)

66 操 作 是 指 在 具 体 安 装 一 台 交 换 机 时, 对 交 换 机 所 做 的 配 置 和 状 态 控 制 操 作 员 应 能 通 过 操 作 功 能 了 解 交 换 机 安 装 的 各 类 接 口 和 参 数, 各 接 口 线 所 对 应 的 地 址 和 电 话 号 码 以 及 整 个 交 换 机 安 装 了 多 少 个 终 端 和 中 继 线 接 口 等 管 理 是 对 通 信 网 中 的 业 务 量 的 控 制 以 及 路 由 表 的 维 护, 同 时 也 负 责 日 常 话 务 量 统 计, 通 话 时 间 记 录 及 计 费 等 工 作 维 护 包 括 对 交 换 机 故 障 的 检 测 故 障 的 定 位 和 修 复

67 通 过 计 费 接 口, 可 以 将 交 换 机 采 集 到 的 原 始 通 话 数 据, 如 通 话 开 始 和 结 束 时 间, 发 收 双 方 电 话 号 码 等 信 息 送 到 存 储 器 或 计 费 中 心, 计 费 中 心 按 通 话 距 离 通 话 时 长 优 惠 时 段 和 费 率 等 计 算 通 话 费 用 并 形 成 交 费 话 单 交 换 网 络 实 现 各 入 / 出 线 上 信 号 的 传 递 和 交 换 交 换 机 内 部 的 网 络 通 道 ( 如 TS16) 可 以 传 送 交 换 机 内 部 的 管 理 信 息 或 处 理 机 之 间 的 通 信 信 息 在 控 制 系 统 控 制 下, 交 换 机 收 发 信 令, 完 成 交 换 接 续 日 常 维 护 话 务 统 计 测 量 计 费 和 设 备 的 管 理 以 及 系 统 输 入 输 出 等 所 有 的 控 制 功 能

68 1.3 交 换 技 术 分 类 业 务 特 点 1. 信 息 相 关 程 度 不 同 数 字 信 号 由 二 进 制 0 和 1 的 组 合 编 码 表 示 对 于 语 音 码 组, 传 输 中 如 果 一 个 比 特 发 生 错 误, 不 会 影 响 它 的 语 义, 如 果 出 现 多 个 错 误, 根 据 前 后 语 义 的 相 关 性, 也 可 以 推 断 出 其 含 义 但 如 果 一 个 数 据 码 组 在 传 输 中 发 生 一 个 比 特 错 误, 则 在 接 收 端 可 能 会 被 理 解 成 为 完 全 不 同 的 含 义 特 别 对 于 银 行 军 事 医 学 等 关 键 事 务 处 理, 发 生 的 毫 厘 之 差 都 会 造 成 巨 大 的 损 失 一 般 而 言, 数 据 通 信 的 比 特 差 错 率 必 须 控 制 在 10-8 以 下, 而 话 音 通 信 比 特 差 错 率 可 到 10-3

69 2. 时 延 要 求 不 同 有 些 业 务 要 求 比 特 流 以 很 小 的 时 延 和 时 延 抖 动 ( 抖 动 是 指 信 息 的 不 同 部 分 到 达 目 的 地 时 具 有 不 同 的 时 延 ) 到 达 对 端, 这 类 业 务 叫 实 时 业 务 其 典 型 的 例 子 是 64 kb/s 的 语 音 和 可 视 电 话 业 务 对 于 电 话 业 务, 端 到 端 时 延 不 能 大 于 25 ms(itu-tg.164), 否 则 需 要 加 上 回 波 抵 消 器 即 使 在 有 回 波 抵 消 器 的 情 况 下, 时 延 也 不 能 大 于 ±500 ms, 否 则 交 互 式 的 会 话 将 变 得 十 分 困 难 与 话 音 业 务 相 比, 大 多 数 数 据 业 务 对 时 延 并 不 敏 感

70 3. 信 息 突 发 率 不 同 突 发 率 是 业 务 峰 值 比 特 率 与 平 均 比 特 率 的 比 值 突 发 率 越 大, 表 明 业 务 速 率 变 化 越 大 不 同 的 业 务 在 平 均 比 特 率 和 突 发 率 方 面 都 有 不 同 的 特 征, 见 表 1.1 表 1.1 几 种 业 务 的 平 均 比 特 率 和 突 发 率 业 务 平 均 比 特 率 突 发 率 话 音 交 互 式 数 据 批 量 数 据 标 准 质 量 图 像 高 清 晰 度 电 视 高 质 量 可 视 电 话 32 kb/s 1~100 kb/s 1~10 kb/s 1.5~15 Mb/s 15~150 Mb/s 0.2~2 Mb/s ~10 2~3 1~2 5

71 语 音 的 突 发 性 主 要 来 自 突 发 的 讲 话 和 寂 静, 典 型 情 况 下 这 二 者 各 占 50% 的 时 间, 平 均 比 特 率 大 约 为 32 kb/s, 一 般 不 会 出 现 长 时 间 信 道 中 没 有 信 息 传 输 的 情 况 而 如 果 计 算 机 通 信 双 方 处 于 不 同 的 工 作 状 态 时, 数 据 传 输 速 率 是 大 不 相 同 的 如 批 量 数 据 传 送 的 突 发 性 很 高, 因 为 在 读 出 磁 盘 的 一 些 连 续 扇 区 后, 必 须 移 动 磁 头 才 能 读 下 一 组 连 续 扇 区 综 上 所 述, 语 音 数 据 等 不 同 的 通 信 业 务 具 有 不 同 的 特 点, 因 而 在 网 络 发 展 过 程 中 形 成 了 不 同 的 交 换 方 式 已 出 现 的 多 种 交 换 方 式 见 图 1.17

72 电 信 网 交 换 技 术 计 算 机 交 换 技 术 电 路 交 换 分 组 交 换 广 域 网 局 域 网 多 速 率 电 路 交 换 帧 中 继 交 换 传 统 路 由 器 网 桥 ATM 交 换 高 速 路 由 器 局 域 网 交 换 机 多 协 议 标 记 交 换 MPLS 传 统 路 由 器 图 1.17 交 换 技 术 分 类

73 1.3.2 电 路 交 换 电 路 交 换 是 最 早 出 现 的 一 种 交 换 方 式, 也 是 电 话 通 信 使 用 的 交 换 方 式 电 话 通 信 要 求 为 用 户 提 供 双 向 连 接 以 便 进 行 对 话 式 通 信, 它 对 时 延 和 时 延 抖 动 敏 感, 而 对 差 错 不 敏 感 因 此 当 用 户 需 要 通 信 时, 交 换 机 就 在 收 发 终 端 之 间 建 立 一 条 临 时 的 电 路 连 接, 该 连 接 在 通 信 期 间 始 终 保 持 接 通, 直 至 通 信 结 束 才 被 释 放 通 信 中 交 换 机 不 需 要 对 信 息 进 行 差 错 检 验 和 纠 正, 但 要 求 交 换 机 处 理 时 延 要 小 交 换 机 所 要 做 的 就 是 将 入 线 和 指 定 出 线 的 开 关 闭 合 或 断 开 交 换 机 在 通 信 期 间 提 供 一 条 专 用 电 路 而 不 做 差 错 检 验 和 纠 正, 这 种 工 作 方 式 称 为 电 路 交 换 CS(Circuit Switching) 电 路 交 换 是 一 种 实 时 的 交 换

74 1. 电 路 交 换 的 过 程 交 换 节 点 A 交 换 节 点 B 交 换 节 点 C 建 立 传 送 释 放 图 1.18 电 路 交 换 的 过 程

75 2. 电 路 交 换 的 特 点 电 路 交 换 采 用 同 步 时 分 复 用 和 同 步 时 分 交 换 技 术, 它 具 有 的 特 点 是 : (1) 整 个 通 信 连 接 期 间 始 终 有 一 条 电 路 被 占 用, 即 使 在 寂 静 期 也 是 如 此 信 息 传 输 时 延 小 (2) 电 路 是 透 明 的, 即 发 送 端 用 户 送 出 的 信 息 通 过 节 点 连 接, 毫 无 限 制 地 被 传 送 到 接 收 端 所 谓 透 明 是 指 交 换 节 点 未 对 用 户 信 息 进 行 任 何 修 正 或 解 释 (3) 对 于 一 个 固 定 的 连 接, 其 信 息 传 输 时 延 是 固 定 的 (4) 固 定 分 配 带 宽 资 源, 信 息 传 送 的 速 率 恒 定

76 但 是 采 用 电 路 交 换 方 式 传 送 数 据 也 有 以 下 缺 点 : (1) 所 分 配 的 带 宽 是 固 定 的, 造 成 网 络 资 源 的 利 用 率 降 低, 不 适 合 突 发 业 务 传 送 (2) 通 信 的 传 输 通 路 是 专 用 的, 即 使 在 没 有 信 息 传 送 时 别 人 也 不 能 利 用, 所 以 采 用 电 路 交 换 进 行 数 据 通 信 的 效 率 较 低 (3) 通 信 双 方 在 信 息 传 输 速 率 编 码 格 式 同 步 方 式 通 信 规 程 等 方 面 要 完 全 兼 容, 这 使 不 同 速 率 和 不 同 通 信 协 议 之 间 的 用 户 无 法 接 通 (4) 存 在 着 呼 损 由 于 通 信 线 路 的 固 定 分 配 与 占 用 方 式 会 影 响 其 它 用 户 的 再 呼 入, 因 此 造 成 线 路 利 用 率 低 电 路 交 换 适 合 于 电 话 交 换 文 件 传 送 高 速 传 真 业 务 使 用, 但 它 不 适 合 突 发 业 务 和 对 差 错 敏 感 的 数 据 业 务 使 用

77 3. 多 速 率 电 路 交 换 电 路 交 换 方 式 建 立 的 连 接 只 有 一 种 传 送 速 率, 常 见 的 为 64 kb/s 为 了 满 足 不 同 业 务 的 带 宽 需 要, 出 现 了 多 速 率 电 路 交 换 MRCS(Multi-Rate Circuit Switching) 多 速 率 电 路 交 换 仍 然 采 用 固 定 分 配 带 宽 资 源 的 方 法 与 电 路 交 换 不 同 的 是, 这 种 交 换 资 源 的 分 配 不 是 一 个 等 级, 而 是 多 个 等 级 因 此, 实 现 多 速 率 交 换 的 一 个 关 键 问 题 是 确 定 基 本 速 率 ( 基 本 带 宽 资 源 ) 基 本 速 率 定 得 低, 不 能 满 足 高 带 宽 业 务 的 需 要 ; 基 本 速 率 定 得 高, 对 低 带 宽 业 务 会 造 成 浪 费 另 外 多 速 率 的 类 型 也 不 能 太 多, 否 则 控 制 复 杂, 难 以 实 现 多 速 率 电 路 交 换 技 术 是 窄 带 综 合 业 务 网 N- ISDN(Narrowband Integrated Services Digital Network) 使 用 的 交 换 技 术

78 1.3.3 分 组 交 换 1. 报 文 交 换 报 文 交 换 (message switching) 是 根 据 电 报 的 特 点 提 出 来 的 电 报 的 交 换 传 输 基 本 上 只 要 求 单 向 连 接, 一 般 也 允 许 有 一 定 的 延 迟, 但 如 果 传 输 中 有 差 错, 必 须 改 正 以 确 保 信 息 正 确 因 此 报 文 的 传 送 不 需 要 提 供 通 信 双 方 的 实 时 连 接, 但 每 个 交 换 节 点 要 有 纠 错 检 错 功 能

79 1) 报 文 交 换 原 理 报 文 交 换 的 基 本 工 作 原 理 如 图 1.19 所 示 交 换 机 把 来 自 用 户 的 报 文 先 暂 时 存 在 交 换 节 点 内 排 队 等 候, 待 交 换 节 点 出 口 上 线 路 空 闲 时, 就 转 发 至 下 一 节 点, 这 种 方 式 叫 存 储 转 发 (store and forward) 交 换, 报 文 在 下 一 节 点 再 存 储 转 发, 直 至 到 达 目 的 节 点 在 该 方 式 中, 信 息 是 以 报 文 为 单 位 传 输 的 为 了 保 证 报 文 的 正 确 传 送, 网 络 节 点 必 须 具 有 信 息 处 理 存 储 和 路 由 选 择 功 能

80 节 点 1 节 点 2 节 点 3 节 点 4 发 报 文 交 换 机 报 文 交 换 机 报 文 交 换 机 报 文 交 换 机 收 数 据 + 收 地 址 ACK 数 据 + 报 头 ACK 数 据 + 报 头 ACK 数 据 + 报 头 在 这 些 节 点 均 存 在 存 储 等 待 时 间 ACK 图 1.19 报 文 交 换 原 理 示 意 图 数 据 + 发 地 址 ACK

81 2) 报 文 交 换 特 点 报 文 交 换 的 优 点 是 : (1) 报 文 交 换 不 需 要 事 先 建 立 连 接, 并 且 可 采 用 多 路 复 用, 因 此 不 独 占 信 道, 从 而 可 大 大 提 高 线 路 的 利 用 率 (2) 用 户 不 需 要 叫 通 对 方 就 可 发 送 报 文, 无 呼 损 (3) 容 易 实 现 不 同 类 型 终 端 之 间 的 通 信, 输 入 / 输 出 电 路 速 率 及 电 码 格 式 可 以 不 同

82 报 文 交 换 的 主 要 缺 点 是 : (1) 当 长 报 文 通 过 交 换 机 存 储 并 等 待 发 送 时, 会 在 交 换 机 中 产 生 较 大 时 延, 不 利 于 实 时 通 信 (2) 要 求 交 换 机 有 高 速 处 理 能 力 及 大 的 存 储 容 量, 增 加 了 设 备 费 用 报 文 交 换 适 用 于 公 共 电 报 及 电 子 信 箱 业 务

83 2. 分 组 交 换 报 文 交 换 传 输 时 延 大, 不 能 满 足 实 时 性 的 要 求, 为 此 人 们 进 行 了 一 些 探 索, 提 出 了 分 组 交 换 的 概 念 1) 分 组 交 换 原 理 分 组 交 换 PS(Packet Switching) 把 一 份 要 发 送 的 数 据 报 文 分 成 若 干 个 较 短 的 按 一 定 格 式 组 成 的 分 组 (packet), 然 后 采 用 统 计 时 分 复 用 将 这 些 分 组 传 送 到 一 个 交 换 节 点 交 换 节 点 仍 然 采 用 存 储 转 发 技 术 分 组 具 有 统 一 格 式 并 且 长 度 比 报 文 短 得 多, 便 于 在 交 换 机 中 存 储 及 处 理 分 组 在 交 换 机 的 主 存 储 器 中 停 留 很 短 时 间, 一 旦 确 定 了 新 的 路 由, 就 很 快 被 转 发 到 下 一 个 节 点 机 分 组 通 过 一 个 交 换 机 ( 节 点 ) 的 平 均 时 延 比 报 文 要 小 得 多

84 分 组 交 换 技 术 是 在 早 期 的 低 速 高 出 错 率 的 物 理 传 输 线 基 础 上 发 展 起 来 的, 为 了 确 保 数 据 可 靠 传 送, 交 换 节 点 要 运 行 复 杂 的 协 议, 以 完 成 差 错 控 制 和 流 量 控 制 等 主 要 功 能 由 于 链 路 传 输 质 量 太 低, 逐 段 链 路 的 差 错 控 制 是 必 要 的 支 持 分 组 交 换 的 协 议 有 多 种, 根 据 协 议 的 不 同, 分 组 交 换 网 络 可 以 是 面 向 连 接 的, 也 可 以 是 无 连 接 的 面 向 连 接 的 分 组 网 络 提 供 虚 电 路 VC(Virtual Circuit) 服 务, 无 连 接 的 分 组 网 络 提 供 数 据 报 DG(Datagram) 服 务

85 2) 分 组 交 换 的 特 点 分 组 交 换 存 在 如 下 优 点 : (1) 由 于 采 用 存 储 转 发, 可 以 实 现 不 同 速 率 不 同 代 码 及 同 步 方 式 不 同 通 信 规 程 的 用 户 终 端 间 的 通 信 (2) 采 用 统 计 时 分 复 用 技 术, 多 个 用 户 共 享 一 个 信 道, 通 信 线 路 利 用 率 高 (3) 由 于 引 入 逐 段 差 错 控 制 和 流 量 控 制 机 制, 使 传 输 误 码 率 大 为 降 低, 网 络 可 靠 性 提 高

86 分 组 交 换 也 存 在 以 下 缺 点 : (1) 技 术 实 现 复 杂 分 组 交 换 机 要 提 供 存 储 转 发 路 由 选 择 流 量 控 制 速 率 及 规 程 转 换 状 态 报 告 等, 要 求 交 换 机 具 有 较 好 的 处 理 能 力, 所 以 软 件 较 为 复 杂 (2) 网 络 附 加 的 传 输 控 制 信 息 较 多 由 于 需 要 把 报 文 划 分 成 若 干 个 分 组, 每 个 分 组 头 又 要 加 地 址 及 控 制 信 息, 因 此 降 低 了 网 络 的 有 效 性 (3) 信 息 从 一 端 传 送 到 另 一 端, 穿 越 网 络 越 长, 分 组 时 延 越 大 这 种 传 统 的 分 组 交 换 主 要 应 用 于 数 据 通 信, 很 难 应 用 于 实 时 多 媒 体 业 务

87 1.3.4 帧 中 继 帧 中 继 FR(Frame Relay) 是 以 分 组 交 换 技 术 为 基 础 的 高 速 分 组 交 换 技 术, 它 对 目 前 分 组 交 换 中 广 泛 使 用 的 X.25 通 信 协 议 进 行 了 简 化 和 改 进, 在 网 络 内 取 消 了 差 错 控 制 和 流 量 控 制, 将 逐 段 的 差 错 控 制 和 流 量 控 制 处 理 移 到 网 外 端 系 统 中 实 现, 从 而 缩 短 了 交 换 节 点 的 处 理 时 间 这 是 因 为 光 纤 通 信 具 有 低 误 码 率 的 特 性, 所 以 不 需 要 在 链 路 上 进 行 差 错 控 制, 而 采 用 端 对 端 的 检 错 重 发 控 制 方 式 这 种 简 化 了 的 协 议 可 以 方 便 地 利 用 VLSI 技 术 来 实 现

88 这 种 高 速 分 组 交 换 技 术 具 有 很 多 优 点 : 可 灵 活 设 置 信 号 的 传 输 速 率, 充 分 利 用 网 络 资 源 提 高 传 输 效 率 ; 可 对 分 组 呼 叫 进 行 带 宽 的 动 态 分 配, 因 此 可 获 得 低 延 时 高 吞 吐 率 的 网 络 特 性 ; 速 率 可 在 64 kb/s~45 Mb/s 范 围 内 帧 中 继 适 用 于 处 理 突 发 性 信 息 和 可 变 长 度 帧 的 信 息, 特 别 适 用 于 计 算 机 网 络 互 连

89 1.3.5 ATM 交 换 ATM 是 ITU-T( 国 际 电 联 电 信 部 ) 确 定 的 用 作 宽 带 综 合 业 务 数 字 网 B-ISDN(Broadband Integrated Services Digital Network) 的 复 用 传 输 和 交 换 模 式 信 元 是 ATM 特 有 的 分 组 单 元, 话 音 数 据 视 频 等 各 种 不 同 类 型 的 数 字 信 息 均 可 被 分 割 成 一 定 长 度 的 信 元 它 的 长 度 为 53 字 节, 分 成 两 部 分 :5 字 节 的 信 元 头 含 有 用 于 表 征 信 元 去 向 的 逻 辑 地 址 优 先 级 等 控 制 信 息 ;48 个 字 节 的 信 息 段 用 来 装 载 不 同 用 户 的 业 务 信 息 任 何 业 务 信 息 在 发 送 前 都 必 须 经 过 分 割, 封 装 成 统 一 格 式 的 信 元, 在 接 收 端 完 成 相 反 操 作 以 恢 复 业 务 数 据 原 来 的 形 式 通 信 过 程 中 业 务 信 息 信 元 的 再 现, 取 决 于 业 务 信 息 要 求 的 比 特 率 或 信 息 瞬 间 的 比 特 率

90 ATM 具 有 以 下 技 术 特 点 : (1) ATM 是 一 种 统 计 时 分 复 用 技 术 它 将 一 条 物 理 信 道 划 分 为 多 个 具 有 不 同 传 输 特 性 的 逻 辑 信 道 提 供 给 用 户, 实 现 网 络 资 源 的 按 需 分 配 (2) ATM 利 用 硬 件 实 现 固 定 长 度 分 组 的 快 速 交 换, 具 有 时 延 小 实 时 性 好 的 特 点, 能 够 满 足 多 媒 体 数 据 传 输 的 要 求 (3) ATM 是 支 持 多 种 业 务 的 传 递 平 台, 并 提 供 服 务 质 量 QoS(Quality of Service) 保 证 ATM 通 过 定 义 不 同 ATM 适 配 层 AAL(ATM Adaptation Layer) 来 满 足 不 同 业 务 传 送 性 能 的 要 求

91 (4) ATM 是 面 向 连 接 的 传 输 技 术, 在 传 输 用 户 数 据 之 前 必 须 建 立 端 到 端 的 虚 连 接 所 有 信 息, 包 括 用 户 数 据 信 令 和 网 管 数 据 都 通 过 虚 连 接 传 输 (5) 信 元 头 比 分 组 头 更 简 单, 处 理 时 延 更 小 ATM 支 持 语 音 数 据 图 像 等 各 种 低 速 和 高 速 业 务, 是 一 种 不 同 于 其 它 交 换 方 式 与 业 务 无 关 的 全 新 交 换 方 式

92 1.3.6 计 算 机 网 络 使 用 的 交 换 技 术 计 算 机 网 络 以 共 享 资 源 和 交 换 信 息 为 目 的 从 服 务 范 围 看, 计 算 机 网 络 分 为 局 域 网 LAN(Local Area Network) 城 域 网 MAN(Metropolitan Area Network) 和 广 域 网 WAN(Wide Area Network) 本 书 主 要 介 绍 LAN 和 WAN 中 使 用 的 交 换 技 术 早 期 的 LAN 网 络 为 共 享 传 输 介 质 的 以 太 网 或 令 牌 网, 网 络 中 使 用 总 线 型 交 换 网 络 半 双 工 方 式 进 行 通 信 当 用 户 数 增 多 时, 每 个 用 户 的 带 宽 变 窄, 而 且 极 易 导 致 网 络 冲 突, 引 起 网 络 阻 塞 解 决 这 一 问 题 的 传 统 方 法 是 在 网 络 中 加 入 2 端 口 网 桥, 即 采 用 网 络 分 段 技 术 在 一 个 较 大 的 网 络 中, 为 保 证 响 应 速 度, 往 往 要 分 割 出 数 十 个 甚 至 数 百 个 网 段, 这 使 整 个 网 络 的 成 本 增 加, 网 络 的 结 构 和 管 理 更 复 杂

93 局 域 网 交 换 技 术 是 在 多 端 口 网 桥 的 基 础 上 于 20 世 纪 90 年 代 初 发 展 起 来 的, 它 是 一 种 改 进 了 的 局 域 网 桥 与 传 统 的 网 桥 相 比, 它 能 提 供 更 多 的 端 口 (4~88), 端 口 之 间 通 过 空 分 交 换 网 络 直 连 或 采 用 存 储 转 发 交 换 技 术 局 域 网 交 换 机 的 引 入, 简 化 了 大 型 LAN 的 拓 扑 结 构, 减 少 了 冲 突 和 带 宽 窄 的 问 题 传 统 LAN 与 交 换 式 LAN 的 对 比 见 图 1.20

94 Computer Computer Computer Computer Computer Computer 以 太 网 (10 Mb/s) 交 换 机 Computer Computer Computer Computer (a) 图 1.20 传 统 LAN 和 交 换 式 LAN (a) 传 统 LAN;(b) 交 换 式 LAN (b)

95 局 域 网 交 换 机 仍 然 采 用 广 播 式 分 组 通 信 方 式, 这 会 导 致 广 播 风 暴, 因 此 又 引 入 了 路 由 器 路 由 器 将 不 同 的 LAN 互 连, 可 以 隔 离 广 播 风 暴 路 由 器 具 有 路 由 选 择 功 能, 可 以 为 跨 越 不 同 LAN 的 流 量 选 择 最 适 宜 的 路 径, 可 以 绕 过 失 效 的 网 段 进 行 连 接, 还 可 以 进 行 不 同 类 型 网 络 协 议 的 转 换, 实 现 异 种 网 络 互 连 路 由 器 将 很 多 个 分 布 在 各 地 的 计 算 机 局 域 网 互 连 起 来 构 成 广 域 网, 可 以 实 现 更 大 范 围 的 资 源 共 享, 见 图 1.21 如 今 最 大 的 广 域 网 是 因 特 网 (Internet), 它 使 用 TCP/IP 协 议

96 LAN LAN R R 主 机 用 户 线 交 换 机 传 输 网 主 机 终 端 R LAN 用 户 资 源 子 网 R: 路 由 器 用 户 用 户 用 户 图 1.21 广 域 网 的 组 成

97 路 由 器 的 连 接 是 借 助 公 共 传 输 网 络 ( 如 电 信 网 ) 实 现 的 公 共 传 输 网 络 基 本 可 以 分 成 三 类 : 一 类 是 电 路 交 换 网 络, 主 要 是 公 共 交 换 电 话 网 PSTN(Public Switch Telephone Network) 和 综 合 业 务 数 字 网 ISDN(Integrated Service Digital Network); 一 类 是 分 组 交 换 网 络, 主 要 是 X.25 分 组 交 换 网 和 帧 中 继 等 ; 还 有 一 类 是 数 字 数 据 网 DDN(Digital Data Network) 和 光 纤 传 送 网 路 由 器 使 用 无 连 接 的 分 组 交 换 技 术 它 的 工 作 是 检 查 进 入 的 数 据 包, 将 其 目 标 地 址 与 路 由 表 中 的 项 目 相 比 较, 如 果 是 直 接 相 连 子 网 的 站 点, 则 路 由 器 将 其 转 发 到 目 的 地 ; 否 则, 查 询 相 应 的 路 由 表, 选 择 合 适 的 路 由 通 过 物 理 网 络 将 其 送 到 邻 接 的 路 由 器

98 传 统 的 路 由 器 对 每 个 要 转 发 的 分 组 进 行 大 量 的 处 理, 因 此 要 求 传 统 的 路 由 器 具 有 丰 富 的 功 能, 要 能 够 同 时 支 持 多 种 协 议, 具 有 上 百 个 可 配 置 的 参 数, 能 够 实 现 复 杂 的 分 组 过 滤 机 制, 增 强 对 网 络 的 控 制 这 些 丰 富 的 功 能 通 常 是 通 过 软 件 获 得 的 遗 憾 的 是, 随 着 网 络 中 通 信 量 的 增 加, 软 件 处 理 的 速 度 越 来 越 慢, 拥 挤 成 为 突 出 问 题 为 了 解 决 传 统 路 由 器 的 瓶 颈 问 题, 人 们 引 入 了 高 速 路 由 器 高 速 路 由 器 采 用 多 层 交 换 技 术, 通 过 两 种 独 立 的 方 法 解 决 瓶 颈 问 题 :

99 (1) 基 于 硬 件 的 转 发, 加 速 转 发 处 理 过 程 提 高 路 由 器 速 度 的 方 法 是 改 变 其 结 构, 将 路 由 计 算 控 制 等 非 实 时 任 务 用 软 件 来 实 现, 分 组 转 发 等 实 时 工 作 用 硬 件 实 现, 这 样 转 发 数 据 分 组 的 速 率 达 到 了 每 秒 数 千 万 个 (2) 基 于 流 或 标 签 的 转 发, 根 据 通 信 的 目 标 地 址 优 化 路 由, 使 用 较 短 的 固 定 长 度 的 标 签 对 数 据 流 进 行 转 发, 避 免 对 分 组 的 重 复 性 选 路 这 两 种 方 法 的 优 点 在 于 它 们 互 相 补 充, 可 以 配 合 使 用 来 改 善 整 个 网 络 的 性 能, 增 强 网 络 的 可 扩 展 性 已 经 出 现 的 多 层 交 换 技 术 有 : 第 2 层 交 换 第 3 层 交 换 第 4 层 交 换 ATM 上 的 多 协 议 互 连 MPOA(Muti-Protocol over ATM) 标 签 交 换 TAG(Tag Switch) 多 协 议 标 记 交 换 MPLS(Multi Protocol Label Switching ) 等

100 1.3.7 交 换 技 术 比 较 1. 电 路 交 换 分 组 交 换 和 ATM 交 换 的 比 较 交 换 系 统 的 功 能 可 以 用 两 种 说 法 来 描 述 一 种 说 法 是, 交 换 系 统 的 功 能 是 在 入 端 和 出 端 之 间 建 立 连 接 按 这 种 说 法, 可 以 把 交 换 系 统 想 像 成 一 堆 开 关, 当 需 要 把 一 个 入 端 和 一 个 出 端 连 接 起 来 的 时 候 就 搬 动 开 关 另 一 种 说 法 是, 交 换 系 统 的 功 能 是 把 入 端 的 信 息 分 发 到 出 端 上 按 这 种 说 法, 可 以 把 交 换 系 统 想 像 成 一 个 大 的 信 息 转 运 站, 它 接 收 入 端 上 的 信 息, 然 后 分 门 别 类 地 分 发 到 各 个 出 端 上

101 以 电 路 连 接 为 目 的 的 交 换 方 式 是 电 路 交 换 方 式 因 此 电 路 交 换 的 动 作 就 是 在 通 信 时 建 立 电 路, 通 信 完 毕 断 开 电 路 至 于 通 信 过 程 中 双 方 是 否 在 相 互 传 送 信 息, 传 送 了 什 么 信 息, 都 与 交 换 系 统 无 关 在 计 算 机 通 信 中, 人 机 交 互 ( 从 键 盘 输 入, 显 示 器 输 出 ) 时 间 长, 空 闲 时 间 可 高 达 90% 以 上, 如 果 仍 然 采 用 电 路 交 换 是 不 能 容 忍 的 人 们 认 为 在 数 据 交 换 领 域, 应 使 用 分 组 交 换 方 式

102 分 组 交 换 方 式 不 是 以 电 路 连 接 为 目 的, 而 是 以 信 息 分 发 为 目 的 的 因 此 信 息 传 送 给 交 换 机 时 要 先 经 过 一 番 加 工 处 理 : 分 段 封 装 检 错 和 纠 错 流 量 控 制 反 馈 重 发 等, 然 后 根 据 分 组 头 中 的 地 址 域 和 控 制 域, 把 一 个 个 分 组 分 发 到 各 个 出 端 上 可 以 这 样 说, 电 路 交 换 是 一 种 粗 放 的 和 宏 观 的 交 换 方 式, 它 只 管 电 路 而 不 管 在 电 路 上 传 送 的 信 息 相 比 之 下, 分 组 交 换 比 较 精 微 和 细 致, 它 对 传 送 的 信 息 进 行 管 理

103 ATM 交 换 是 一 种 改 进 的 快 速 分 组 交 换 技 术 它 对 信 息 的 管 理 不 像 分 组 交 换 那 样 精 微 和 细 致 因 为 连 接 ATM 交 换 机 的 是 光 纤 传 输 线, 其 传 输 错 误 微 乎 其 微, 因 此 ATM 网 络 中 取 消 了 逐 段 的 差 错 控 制 和 流 量 控 制,ATM 交 换 节 点 的 控 制 自 然 也 简 化 了 为 了 满 足 实 时 业 务 的 要 求,ATM 也 使 用 了 一 些 电 路 交 换 中 的 方 法 所 以,ATM 交 换 不 仅 仅 是 简 化 控 制, 而 是 结 合 了 电 路 交 换 和 分 组 交 换 的 优 点, 产 生 的 一 种 新 的 交 换 技 术 综 上 所 述, 我 们 可 以 得 出 结 : 电 路 交 换 只 闭 合 网 络 开 关, 不 处 理 信 息, 时 延 小, 最 适 合 实 时 业 务, 典 型 应 用 是 语 音 ; 分 组 交 换 处 理 每 一 个 信 息, 差 错 小, 最 适 合 数 据 业 务 ;ATM 交 换 用 于 B-ISDN, 适 合 现 有 和 未 来 的 所 有 业 务

104 2.OSI 与 节 点 交 换 技 术 OSI 分 层 模 型 将 一 个 物 理 实 体 完 成 的 功 能 分 成 多 个 逻 辑 功 能 层, 每 一 层 具 有 不 同 的 功 能, 多 层 功 能 的 组 合 可 完 成 整 体 功 能 利 用 这 种 技 术, 可 以 将 交 换 节 点 复 杂 而 庞 大 的 设 计 问 题 简 化 为 一 些 单 层 设 计 问 题 OSI 与 各 种 交 换 技 术 之 间 的 关 系 概 述 如 下 电 路 交 换 完 成 的 功 能 相 当 于 OSI 模 型 的 第 1 层, 即 在 物 理 层 交 换, 无 需 使 用 协 议 使 用 X.25 协 议 的 传 统 分 组 交 换 完 成 OSI 模 型 的 低 3 层 功 能, 即 包 括 物 理 层 数 据 链 路 层 网 络 ( 分 组 ) 层 的 功 能 数 据 链 路 层 采 用 完 全 的 差 错 控 制 ( 包 括 对 传 送 信 息 的 帧 定 位 差 错 检 验 差 错 恢 复 ), 交 换 在 第 3 层 实 现 由 于 其 节 点 处 理 复 杂, 转 发 信 息 速 率 最 低

105 帧 交 换 完 成 OSI 模 型 的 低 2 层, 即 物 理 层 和 数 据 链 路 层 功 能, 并 对 数 据 链 路 层 进 行 简 化, 只 完 成 数 据 链 路 层 的 核 心 功 能 ( 对 传 送 信 息 的 帧 定 位 和 差 错 检 验 ), 交 换 在 第 2 层 实 现 其 节 点 复 杂 度 比 X.25 低, 转 发 速 率 高 于 X.25 网 ATM 协 议 完 成 相 当 于 OSI 模 型 的 低 2 层 功 能, 网 络 中 的 交 换 节 点 不 再 支 持 对 用 户 信 息 的 任 何 差 错 控 制, 交 换 在 第 2 层 实 现 其 节 点 复 杂 度 最 低, 允 许 转 发 速 率 最 高 局 域 网 交 换 也 使 用 OSI 模 型 的 低 2 层, 但 它 的 数 据 链 路 层 比 较 复 杂, 交 换 在 第 2 层 实 现 传 统 路 由 器 使 用 OSI 模 型 的 低 3 层 协 议, 交 换 在 第 3 层 实 现

106 表 1.2 交 换 技 术 特 点 的 比 较 技 术 分 组 交 换 帧 中 继 分 组 交 换 电 路 交 换 ATM 交 换 特 性 ( 面 向 连 接 ) ( 交 换 ) ( 无 连 接 ) 复 用 方 式 同 步 复 用 统 计 复 用 统 计 复 用 统 计 复 用 统 计 复 用 带 宽 分 配 固 定 带 宽 动 态 带 宽 动 态 带 宽 动 态 带 宽 动 态 带 宽 时 延 最 小 较 大 小 小 不 定 连 接 方 式 面 向 连 接 面 向 连 接 面 向 连 接 面 向 连 接 无 连 接 差 错 控 制 无 有 有 有 限 有 信 息 单 元 长 度 固 定 可 变 可 变 固 定 可 变 最 佳 应 用 话 音 批 量 数 据 LAN 互 连 多 媒 体 短 数 据

107 1.4 交 换 技 术 演 进 电 路 交 换 技 术 的 演 进 1876 年 在 Bell A.G 发 明 电 话 以 后 的 很 短 时 间 里, 人 们 就 意 识 到 应 该 把 电 话 线 集 中 到 一 个 中 心 节 点 上, 这 些 中 心 点 可 以 把 电 话 线 连 接 起 来, 这 就 诞 生 了 最 早 的 电 话 交 换 技 术 人 工 磁 石 电 话 交 换 机 这 种 交 换 机 的 交 换 网 络 就 是 一 个 接 线 台, 非 常 简 单, 接 线 由 人 工 控 制 由 于 人 工 接 续 的 固 有 缺 点, 如 接 续 速 度 慢, 接 线 员 需 日 夜 服 务 等, 迫 使 人 们 寻 求 自 动 接 续 方 式

108 在 1889 年,Strowger A. B. 发 明 了 第 一 个 由 两 步 动 作 完 成 的 上 升 旋 转 式 自 动 交 换 机, 以 后 又 逐 步 演 变 为 广 泛 应 用 的 步 进 制 自 动 交 换 机 这 种 交 换 机 的 交 换 网 络 由 步 进 接 线 器 组 成, 主 叫 用 户 的 拨 号 脉 冲 直 接 控 制 交 换 网 络 中 步 进 选 择 器 的 动 作, 从 而 完 成 电 话 的 接 续, 属 于 直 接 控 制 (direct control, 或 叫 分 散 控 制 ) 方 式 步 进 选 择 器 动 作 范 围 大, 带 来 的 直 接 后 果 是 接 续 速 度 慢, 噪 音 大 直 接 控 制 的 方 式 导 致 组 网 和 扩 容 非 常 不 灵 活

109 第 一 个 纵 横 交 换 机 于 1932 年 投 入 使 用 纵 横 交 换 机 的 交 换 网 络 由 纵 横 接 线 器 组 成, 与 步 进 接 线 器 相 比, 器 件 动 作 范 围 减 小 了 很 多, 接 续 速 度 明 显 提 高 它 采 用 一 种 称 为 记 发 器 的 特 殊 电 路 实 现 收 号 控 制 和 呼 叫 接 续, 是 一 种 间 接 控 制 (indirect control, 也 叫 集 中 控 制 ) 方 式 这 种 控 制 方 式 下 的 组 网 和 容 量 扩 充 灵 活 第 二 次 世 界 大 战 后, 当 整 个 长 距 离 网 络 实 现 自 动 化 时, 自 动 电 话 占 据 了 统 治 地 位 晶 体 管 的 发 明 刺 激 了 交 换 系 统 的 电 子 化, 导 致 了 20 世 纪 50 年 代 后 期 第 一 个 电 子 交 换 机 的 出 现

110 随 着 计 算 机 技 术 的 出 现, 从 20 世 纪 60 年 代 开 始 有 了 软 件 控 制 的 交 换 系 统 如 1965 年, 美 国 开 通 了 世 界 上 第 一 个 用 计 算 机 存 储 程 序 控 制 的 程 控 交 换 机 由 于 采 用 了 计 算 机 软 件 控 制, 用 户 的 服 务 性 能 得 到 了 很 大 发 展, 如 增 加 了 呼 叫 等 待 呼 叫 转 移 以 及 三 方 通 话 功 能 等 模 拟 信 号 转 换 为 数 字 信 号 的 原 理 随 着 脉 冲 编 码 调 制 PCM(Pulse Code Modulation) 的 推 出 而 被 人 们 广 泛 接 受 20 世 纪 70 年 代, 电 话 语 音 被 编 码 后 传 送, 出 现 了 数 字 程 控 交 换 机 由 于 计 算 机 比 较 昂 贵, 因 此 采 用 了 集 中 控 制 方 式

111 数 字 程 控 交 换 在 发 展 初 期, 有 些 系 统 由 于 成 本 和 技 术 上 的 原 因, 曾 采 用 过 部 分 数 字 化, 即 选 组 级 数 字 化, 而 用 户 级 仍 为 模 拟 型 的 形 式, 编 / 译 码 器 也 曾 采 用 集 中 的 共 用 方 式, 而 非 单 路 编 / 译 码 器 形 式 随 着 集 成 电 路 技 术 的 发 展, 很 快 就 采 用 了 单 路 编 / 译 码 器 和 全 数 字 化 的 用 户 级 微 处 理 机 技 术 的 迅 速 发 展 和 普 及, 使 数 字 程 控 交 换 普 遍 采 用 多 机 分 散 控 制 方 式, 灵 活 性 高, 处 理 能 力 增 强, 系 统 扩 充 方 便 而 经 济

112 软 件 方 面, 除 去 部 分 软 件 要 注 重 实 时 效 率 和 / 或 为 了 与 硬 件 关 系 密 切 而 用 汇 编 语 言 编 写 以 外, 普 遍 采 用 高 级 语 言, 包 括 C 语 言 CHILL 语 言 和 其 它 电 信 交 换 的 专 用 语 言 对 软 件 的 主 要 要 求 不 再 是 节 省 空 间 开 销, 而 是 可 靠 性 可 维 护 性 可 移 植 性 和 可 再 用 性, 使 用 了 结 构 化 分 析 与 设 计 模 块 化 设 计 等 软 件 设 计 技 术, 并 建 立 和 不 断 完 善 了 用 于 程 控 交 换 软 件 开 发 测 试 生 产 维 护 的 支 持 系 统 数 字 程 控 交 换 机 的 信 令 系 统 也 从 随 路 信 令 走 向 共 路 信 令

113 综 上 所 述, 到 了 20 世 纪 80 年 代 中 期, 交 换 网 络 已 实 现 了 从 模 拟 到 数 字, 控 制 系 统 从 单 级 控 制 到 分 级 控 制, 信 令 系 统 从 随 路 信 令 到 7 号 共 路 信 令 的 转 变 经 过 一 百 多 年 的 发 展, 电 路 交 换 技 术 已 非 常 完 善 和 成 熟, 是 目 前 网 络 中 使 用 的 一 种 主 要 交 换 技 术 传 统 电 话 交 换 网 中 的 交 换 局,GSM 数 字 移 动 通 信 系 统 的 移 动 交 换 局, 窄 带 综 合 业 务 数 字 网 (N-ISDN) 中 的 交 换 局, 智 能 网 IN(Intelligent Network) 中 的 业 务 交 换 点 SSP(Service Switching Point) 均 使 用 的 是 电 路 交 换 技 术

114 1.4.2 分 组 交 换 技 术 的 发 展 20 世 纪 60 年 代 初 期, 欧 洲 RAND 公 司 的 成 员 Paul Baran 和 他 的 助 手 们 为 北 大 西 洋 公 约 组 织 制 定 了 一 个 基 于 话 音 打 包 传 输 与 交 换 的 空 军 通 信 网 络 体 制, 目 的 在 于 提 高 话 音 通 信 网 的 安 全 和 可 靠 性 这 个 网 络 的 工 作 原 理 设 想 是 : 把 送 话 人 的 话 音 信 号 分 割 成 数 字 化 的 一 些 小 片, 各 个 小 片 被 封 装 成 包, 并 在 网 内 的 不 同 通 路 上 独 立 地 传 输 到 目 的 端, 最 后 从 包 中 卸 下 小 片 装 配 成 原 来 的 话 音 信 号 送 给 受 话 人 这 样, 在 除 目 的 地 之 外 的 任 何 其 它 终 点, 只 能 窃 听 到 支 言 片 语, 不 可 能 是 一 个 完 整 的 语 句 另 外, 由 于 每 个 话 音 小 片 可 以 有 多 条 通 路 到 达 目 的 站, 因 而 网 络 具 有 抗 破 坏 和 抗 故 障 能 力

115 第 一 次 述 这 种 分 组 交 换 通 信 网 络 体 制 的 文 发 表 于 1964 年 (P. Baran et al.,on Distributed Communications,Series of 11 reports,rand Coorp. Santa Monica,Ca.,Aug. 1964) 可 惜 由 于 当 时 的 技 术 尤 其 是 数 字 技 术 水 平 所 限, 并 且 对 语 音 信 号 实 现 复 杂 处 理 的 器 件 以 及 大 型 网 络 的 分 组 交 换 路 由 选 择 和 流 量 控 制 等 功 能 所 要 求 的 计 算 机 还 十 分 缺 乏 和 昂 贵, 因 而 这 种 网 络 体 制 未 能 实 现

116 第 一 个 利 用 这 个 研 究 成 果 的 是 美 国 国 防 部 的 高 级 研 究 计 划 局 ARPA(Advanced Research Project Agency) 当 时 ARPA 在 全 国 范 围 内 的 许 多 大 学 和 实 验 室 安 装 了 许 多 计 算 机, 进 行 大 量 的 基 础 和 应 用 科 学 研 究 工 作 由 于 时 区 计 算 中 心 负 荷 专 用 软 件 硬 件 等 的 差 别, 他 们 觉 得 需 要 一 种 能 交 换 数 据 和 共 享 资 源 的 有 效 办 法 当 时 世 界 上 还 没 有 任 何 能 实 现 资 源 共 享 的 网 络, 因 此 ARPA 决 定 致 力 于 开 发 一 个 网 络, 把 分 组 交 换 技 术 应 用 于 网 络 的 数 据 通 信 这 就 是 1969 年 开 始 组 建 1971 年 投 入 运 营 的 ARPANET 世 界 上 第 一 个 采 用 分 组 交 换 技 术 的 计 算 机 通 信 网

117 第 一 代 的 分 组 交 换 机 由 一 台 主 机 和 一 台 接 口 信 息 处 理 机 IMP(Interface Message Processor) 组 成, 见 图 1.22 主 机 将 发 送 的 报 文 分 成 多 个 分 组, 加 上 分 组 头, 为 每 一 个 分 组 独 立 选 路, 然 后 将 某 个 输 入 队 列 中 的 分 组 转 移 到 某 个 输 出 队 列 中 并 发 往 目 的 地 接 收 端 作 相 反 处 理 IMP 执 行 较 低 级 别 的 规 程, 例 如 链 路 差 错 控 制, 以 减 轻 主 计 算 机 的 负 荷 系 统 中 的 软 件 也 是 ARPANET 专 用 的 受 计 算 机 速 度 的 限 制, 第 一 代 分 组 交 换 机 每 秒 只 能 处 理 几 百 个 分 组 到 1969 年 12 月 已 经 有 由 4 个 节 点 组 成 的 实 验 性 网 络 被 启 动 当 更 多 的 IMP 被 安 装 时, 网 络 增 长 的 非 常 快, 并 且 很 快 覆 盖 了 全 美 国

118 计 算 机 存 储 器 中 队 列 IMP IMP 图 1.22 第 一 代 分 组 交 换 系 统

119 后 来,IMP 软 件 被 修 改, 允 许 终 端 直 接 连 接 到 特 殊 的 IMP 即 终 端 接 口 处 理 机 (TIP) 上, 每 台 IMP 可 以 有 多 台 主 机 ( 为 了 节 省 开 支 ), 主 机 可 以 与 多 台 IMP 对 话 ( 保 护 主 机 不 受 IMP 故 障 影 响 ), 主 机 还 可 以 与 IMP 远 距 离 连 接 ( 适 用 于 主 机 远 离 网 络 的 情 况 ) 这 就 是 第 二 代 分 组 交 换 机 的 雏 形, 见 图 1.23 这 一 时 期 不 同 研 究 机 构 使 用 各 自 的 协 议 控 制 分 组 交 换 机 的 工 作

120 计 算 机 计 算 机 总 线 或 环 IMP IMP IMP 图 1.23 第 二 代 分 组 交 换 系 统

121 第 二 代 分 组 交 换 系 统 的 特 征 是 采 用 共 享 媒 体 将 IMP 互 连, 计 算 机 主 要 用 于 虚 电 路 的 建 立, 通 信 协 议 各 自 独 立 1974~1975 年 间, 已 有 多 个 独 立 的 公 用 分 组 网 在 建 设 之 中 在 英 国 的 NPL 美 国 的 TELENET 加 拿 大 的 DATAPAC 法 国 的 PTT 以 及 其 它 一 些 国 家 的 努 力 下, 分 组 交 换 技 术 逐 步 完 善, 形 成 了 多 层 次 结 构 的 网 络 体 系 1976 年 3 月,ITU-T 制 定 了 著 名 的 X.25 建 议, 实 现 了 用 户 网 络 接 口 的 标 准 化, 使 得 不 同 数 据 终 端 可 以 通 过 任 何 一 个 分 组 数 据 网 传 送 信 息 在 这 以 后, 又 陆 续 制 定 了 其 它 有 关 的 建 议, 如 X.28,X.75,X.29 等, 这 些 协 议 对 不 同 终 端 接 入 分 组 交 换 网 分 组 交 换 网 之 间 的 互 连 分 组 交 换 网 与 电 话 交 换 网 的 互 连 起 到 了 重 要 的 作 用

122 第 三 代 分 组 交 换 系 统 使 用 标 准 化 的 协 议, 用 交 换 网 络 取 代 了 共 享 媒 体 网 络, 解 决 了 分 组 交 换 机 的 瓶 颈 问 题, 增 强 了 并 行 处 理 功 能, 大 大 提 高 了 网 络 的 吞 吐 量 第 三 代 分 组 交 换 机 的 结 构 示 意 图 见 图 1.24

123 入 线 控 制 LCI 出 线 控 制 LCO LCI LCO 入 LCI LCI N N 分 组 交 换 结 构 LCO LCO 出 LCI LCO 控 制 处 理 机 图 1.24 第 三 代 分 组 交 换 系 统

124 1.4.3 宽 带 交 换 技 术 的 发 展 未 来 网 络 的 发 展 不 会 是 多 个 网 络, 而 是 用 一 个 统 一 的 宽 带 网 络 提 供 多 种 业 务 这 个 网 络 中 的 关 键 设 备 交 换 机, 也 必 须 能 实 现 多 种 速 率 多 种 服 务 要 求 及 多 种 业 务 的 交 换 使 宽 带 网 络 成 为 可 能 的 技 术 有 三 种 : ATM 宽 带 IP 技 术 和 光 交 换 技 术

125 1.ATM 与 IP ATM 是 电 信 界 为 实 现 B-ISDN 而 提 出 的 面 向 连 接 的 技 术 它 集 中 了 电 路 交 换 和 分 组 交 换 的 优 点, 具 有 可 信 的 QoS 来 保 证 语 音 数 据 图 像 和 多 媒 体 信 息 的 传 输 它 还 具 有 无 级 带 宽 分 配 安 全 和 自 愈 能 力 强 等 特 点 另 一 方 面 以 IP 协 议 为 基 础 的 Internet 的 迅 猛 发 展, 使 IP 成 为 当 前 计 算 机 网 络 应 用 环 境 中 的 既 成 事 实 标 准 和 开 放 式 系 统 平 台 其 优 点 在 于 :1 易 于 实 现 异 种 网 络 互 连 ;2 对 延 迟 带 宽 QoS 等 要 求 不 高, 适 于 非 实 时 的 信 息 通 信 ;3 具 有 统 一 的 寻 址 体 系, 易 于 管 理

126 ATM 和 IP 都 是 发 展 前 景 良 好 的 技 术, 但 它 们 在 发 展 过 程 中 都 遇 到 了 问 题 从 技 术 角 度 看,ATM 技 术 是 最 佳 的, 而 且 ATM 过 于 完 善 了, 其 协 议 体 系 的 复 杂 性 造 成 了 ATM 系 统 研 制 配 置 管 理 故 障 定 位 的 难 度 ;ATM 没 有 机 会 将 现 有 设 施 推 倒 重 来, 构 建 一 个 纯 ATM 网 相 反,ATM 必 须 支 持 主 流 的 IP 协 议 才 能 够 生 存 传 统 的 IP 网 络 只 能 提 供 尽 力 而 为 (best effort) 的 服 务, 没 有 任 何 有 效 的 业 务 质 量 保 证 机 制 IP 技 术 在 发 展 过 程 中 也 遇 到 了 路 由 器 瓶 颈 等 问 题

127 如 果 把 这 两 种 技 术 结 合 起 来, 既 可 以 利 用 ATM 网 络 资 源 为 IP 用 户 提 供 高 速 直 达 数 据 链 路, 发 展 ATM 上 的 IP 用 户 业 务, 又 可 以 解 决 Internet 发 展 中 的 瓶 颈 问 题, 推 动 Internet 业 务 的 进 一 步 发 展 在 支 持 IP 协 议 时,ATM 处 于 第 二 层,IP 协 议 处 于 第 三 层, 这 是 业 界 普 遍 认 可 的 一 种 网 络 模 型 当 网 络 中 的 交 换 机 接 收 到 一 个 IP 分 组 时, 它 首 先 根 据 IP 分 组 中 的 IP 地 址 通 过 某 种 机 制 进 行 路 由 地 址 处 理, 按 路 由 转 发 随 后, 按 已 计 算 的 路 由 在 ATM 网 上 建 立 虚 电 路 (VC) 以 后 的 IP 分 组 在 此 VC 上 以 直 通 方 式 传 输, 从 而 有 效 地 解 决 了 传 统 路 由 器 的 瓶 颈 问 题, 并 提 高 了 IP 分 组 转 发 速 度

128 随 着 吉 比 特 高 速 路 由 器 的 出 现 及 IP QoS MPLS 等 概 念 的 提 出,ATM 的 优 势 也 发 生 了 变 化 新 的 网 络 模 型 被 人 们 提 出, IP 作 为 二 层 处 理 的 呼 声 日 益 高 涨, 甚 至 有 人 说 随 着 MPLS 产 品 的 出 现 及 IP QoS 问 题 的 解 决, 对 ATM 的 需 求 将 会 日 益 减 少 ATM 技 术 与 IP 技 术 在 未 来 骨 干 网 中 的 地 位 之 争 达 到 空 前 激 烈 的 程 度, 很 多 电 信 运 营 厂 商 仍 在 观 望, 而 更 多 的 厂 商 则 是 双 管 齐 下 尽 管 在 未 来 谁 是 主 流 的 问 题 上 有 很 多 分 歧, 但 多 数 厂 商 和 研 究 人 员 均 认 为 ATM 技 术 与 IP 技 术 在 未 来 很 长 一 段 时 间 内 将 共 存, 并 最 终 融 合 在 一 起 目 前 最 看 好 的 是 支 持 两 者 结 合 的 多 协 议 标 记 交 换 (MPLS) 技 术, 它 的 大 部 分 标 准 已 制 定

129 2. 光 交 换 技 术 光 纤 传 输 技 术 在 不 断 地 进 步, 波 分 复 用 系 统 在 一 根 光 纤 中 已 经 能 够 传 输 几 百 吉 比 特 每 秒 到 太 比 特 每 秒 的 数 字 信 息 传 输 系 统 容 量 的 快 速 增 长 带 来 的 是 对 交 换 系 统 发 展 的 压 力 和 动 力 通 信 网 中 交 换 系 统 的 规 模 越 来 越 大, 运 行 速 率 也 越 来 越 高, 未 来 的 大 型 交 换 系 统 将 需 要 处 理 总 量 达 几 百 上 千 太 比 特 每 秒 的 信 息 但 是 目 前 的 电 子 交 换 和 信 息 处 理 网 络 的 发 展 已 接 近 了 电 子 速 率 的 极 限, 其 中 所 固 有 的 RC 参 数 钟 偏 漂 移 串 话 响 应 速 度 慢 等 缺 点 限 制 了 交 换 速 率 的 提 高 为 了 解 决 电 子 瓶 颈 限 制 问 题, 研 究 人 员 开 始 在 交 换 系 统 中 引 入 光 子 技 术, 实 现 光 交 换

130 光 交 换 的 优 点 在 于, 光 信 号 在 通 过 光 交 换 单 元 时, 不 需 经 过 光 电 电 光 转 换, 因 此 它 不 受 检 测 器 调 制 器 等 光 电 器 件 响 应 速 度 的 限 制, 对 比 特 速 率 和 调 制 方 式 透 明, 可 以 大 大 提 高 交 换 单 元 的 吞 吐 量 光 交 换 将 是 未 来 宽 带 网 络 使 用 的 另 一 种 宽 带 交 换 技 术

131 思 考 题 1.1 全 互 连 式 网 络 有 何 特 点? 为 什 么 通 信 网 不 直 接 采 用 这 种 方 式? 1.2 在 通 信 网 中 引 入 交 换 机 的 目 的 是 什 么? 1.3 无 连 接 网 络 和 面 向 连 接 的 网 络 各 有 何 特 点? 1.4 OSI 参 考 模 型 分 为 几 层? 各 层 的 功 能 是 什 么? 1.5 网 络 分 层 模 型 的 意 义 是 什 么? 分 层 设 计 对 交 换 机 有 什 么 益 处? 1.6 已 经 出 现 的 交 换 方 式 有 哪 些? 各 有 何 特 点? 1.7 交 换 方 式 的 选 择 应 考 虑 哪 些 因 素? 1.8 比 较 电 路 交 换 分 组 交 换 ATM 交 换 的 异 同 1.9 交 换 机 应 具 有 哪 些 基 本 功 能? 实 现 交 换 的 基 本 成 分 是 什 么? 1.10 交 换 网 络 有 哪 些 基 本 的 交 换 单 元? 它 们 是 如 何 工 作 的?