《现代通信网及其关键技术》第一章课件.ppt

1.4.2 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,1.电话通信,1）电路交换电路交换(Circuit Switching):一种直接交 换方式，是多个输入线和多个输 出线之间直接形成传输信息的物 理链路。,交换节点A,交换节点B,交换节点C,建立,传送,释放,电路交换的基本过程,电路交换(Circuit Switching),它要经过3步：建立连接（呼叫）,通话,线路拆除（释放）。在通信过程中，交换机为通信双方提供物理电路连接。电话交换是一种双向、点对点的线路交换业务，它接收人类的自然语音并将其传输到用户指定的目的地。整个传输过程不失真、不时延。,电路交换特点：（1）由于需要连接过程，建立连接需要时间，故适合传输大量数据而传输少量数据时效率不高；（2）连接一旦建立，便可以固定的速率传输数据，除了传输延迟外，不再有别的延迟；（3）一旦连接成功，就建立了一条临时专线，即使不通话，也被占用，他人不可使用。,2）分组交换IP电话,IP电话（又称IP PHONE或VoIP）是建立在IP技术上的分组化、数字化传输技术。基本原理：通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理,然后把这些语音数据按IP等相关协议进行打包,经过IP网络把数据包传输到接收地,再把这些语音数据包串起来,经过解码解压处理后,恢复成原来的语音信号,从而达到由IP网络传送语音的目的。,IP电话与传统电话的比较,2.数据交换,数据通信与电话通信的区别一般来说，根据通信目的的不同，交换节点的功能也会有所不同。对电话业务的转接主要要求实时性，即不允许对通话电流的传输产生较大时延；对数据通信而言，主要要求可靠性和对链路有较高的利用率。,1.通信的对象不同2.传输可靠性要求不同3.通信的平均持续时间和通信建立请求响应不同4.通信过程信息业务量特性不同,1）电话网上的数据通信,电话网上的数据通信技术业务是指通过电话网传输各种数据的一种电信通信业务。用户利用数据终端设备，通过数据电路终端设备连接电话线路，就可向其他用户传输以中速为主的各种数据。用户通过公用电话网传输数据有两种方式：*利用拨号方进行点对点的数据传输；*利用所租专线进行数据传输。,电话网上的数据通信系统包括一个远终的数据终端设备，通过一条数据电路与一台计算机系统相连，数据电路由公用电话网的交换电路或专用电路及两端的数据电路终端设备（主要是调制解调器等）构成，只有在数据电路上加上传输控制功能，建立数据链路后，通信双方才能进行有效的通信。,2）数据交换技术,有：电路交换，报文交换，分组交换。1.电路交换（Circuit Switching或Circuit Exchanging）方式下通信的双方在进行数据传送之前先要建立一个实际的物理电路连接，连接的电路被通信的一对用户独占，只有通信结束电路释放后，才能被别人使用。,它要经过3步：建立连接（呼叫）,数据传送,线路拆除（释放）。在通信过程中，交换机为通信双方提供物理电路连接。优缺点：数据传输可靠、迅速，适合高质量的大量数据传输；数据不会丢失且保持原来的序列。但信道容量易浪费，不同速率、不同电码之间不能交换。,2）报文交换方式（Message Switching）,数据以报文方式进行交换传输。采用存储-转发。存储-转发交换（Store-and-Forward Switching）是一种不要求建立专用物理信道的交换技术。当发送方要发送信息时，应把目的地址先加到报文中，然后从发送节点起，一个节点、按地址把报文一个节点地转送到目的节点；在转送过程中，中间节点要先把报文暂时存储起来，然后在线路不忙时将报文转发出去。,报文交换的基本过程,存储转发交换不像电路交换那样要独占一条固定的信道，线路利用率高,同时可以根据网络中的流量分布动态地选择报文的通过路径，系统效率高，因而得到了广泛的应用。为了实现存储-转发，每个交换节点要为每一个端口分别设置一个输入缓冲区和一个输出缓冲区。,优缺点：电路利用率高，可以接收大通信量，可以传送多个地址，可以进行速率和代码的转换，无呼损。实时或交互性差，有转发延时。,3）分组交换（Packet Switching）,分组交换,也称包交换。报文分组,在分组交换网中，要先把一个报文分割成规定长度的信息组-分组打包，然后在每个分组上贴上标签-报头，按编号一批一批地将“数据分组”转发出去；在每一个中间节点上，都要先存储、后转发；传送到达目的地后，再重新装配成完整的报文。,虚电路(VC：Virtual Circuit)方式数据报(DG：Datagram)方式,分组交换的两种方式,数据报：将数据分成一个个数据报。每个数据报都包含足够的序号和地址信息，且每个数据报都是独立的，且独立发送。,虚电路（Virtual Circuit）（VC）:一对逻辑或物理端口之间以双向透明控制电路，它是为传送某一报文设立或存在的。虚电路服务也分3个阶段,虚电路工作时的时序关系.,分组交换的特点：优点：（1）节点暂时存储的是一个个分组，而不是整个数据文件（2）分组暂时保存在节点的内存中，保证了较高的交换速率（3）动态分配信道，极大的提高了通信线路的利用率 缺点：（1）分组在节点转发时因排队而造成一定的延时（2）分组必须携带一些控制信息而产生额外开销，管理控制比较困难,报文交换的时延 分组交换的时延,分组交换和报文交换比较,带宽 是指电路或信道容量的量度，指用于数据传输的可用载波上的整个频带。在给定的时间里，需要发送的信息越多就需要越宽的频带。当前的数字系统中，带宽可分为：窄带 是64 Kb/s或小于64 Kb/s信道，或多个64 Kb/s（NX64 Kb/s）但小于宽带。,3.宽带交换技术,宽带：北美标准：指数率在1.544Mb/s至45Mb/s之间的通道。欧洲、国际标准：指数率在2.048Mb/s至34Mb/s之间的通道。超宽带：北美标准：指数率大于45Mb/s的通道。欧洲、国际标准：指数率大于34Mb/s的通道。,4.)帧中继技术,1.帧中继技术概念帧中继技术本身来讲,它实际上是一种简化了的通信协议X.25分组交换技术。信息是以帧结构来传送的,每一帧的长度为几百至几千个字节。与分组交换一样,帧中继采用面向连接的交换技术,可以提供交换型虚电路(SVC)业务和永久型虚电路(PVC)业务。,帧中继不考虑传输差错问题，其中节点只做帧的转发操作，不需要执行接收确认和请求重发等操作，差错控制和流量控制均交由高层端系统完成，大大缩短了节点的时延，提高了网内数据的传输速率。,固定长度的信元 信元(cell)只有53个字节(byte)，其中开头5个字节称为信头(cell header)，其余48个字节为信息域，或称为净荷(pay load)。采用很短的信元可以减少交换节点内部的缓冲器容量以及排队时延和时延抖动。信元的长度固定，则有利于简化交换控制和缓冲器管理。,6)ATM交换-异步传送模式,IP over ATM有两种模式：叠加模型：CIP、LANE、MPOA集成模型：IP交换、Tag交换、MPLS,IP交换,电交换,光 电,光 电,光 电,光 电,电 光,光 电,电 光,光信号,光信号,光交换,光信号,光信号,光交换,1.4.3 网络技术,1网络分类按网络覆盖范围,计算机网络分为局域网（L A N）、城域网（M A N）、广域网（WA N）和互联网,1）局域网,局域网（Loxal Area Network，L A N）是指范围在几百米到十几公里内办公楼群或校园内的计算机相互连接所构成的计算机网络。局域网中经常使用共享信道，即所有的机器都接在同一条电缆上。传统局域网具有高数据传输率（10 Mbps或100 Mbps）、低延迟和低误码率的特点。新型局域网的数据传输率可达每秒千兆位甚至更高。,2）城域网,城域网（Metropolitan Area Network，M A N）所采用的技术基本上与局域网相类似，只是规模上要大一些。城域网既可以支持数据和话音传输，也可以与有线电视相连。城域网一般只包含一到两根电缆，没有交换设备，因而其设计就比较简单。,3）广域网,广域网（Wido Area Network，WA N）通常跨接很大的物理范围，如一个国家。广域网包含很多用来运行用户应用程序的机器-主机（h o s t）；把这些主机连接在一起的是通信子网（communication subnet）。通信子网的任务是在主机之间传送报文。将计算机网络中的纯通信部分的子网与应用部分的主机分离开来，可以大大简化网络的设计。,通信子网一般都包括两部份：传输信道和转接设备。传输信道用于在机器间传送数据。转接设备是专用计算机，用来连接两条或多条传输线。当数据从一条输入信道到达后，转接设备必须选择一条输出信道，把数据继续向前发送。,4）互联网,目前世界上有许多网络，而不同网络的物理结构、协议和所采用的标准是各不相同的。如果连接到不同网络的用户需要进行相互通信，就需要将这些不兼容的网络通过称为网关（g a t e w a y）的机器设备连接起来，并由网关完成相应的转换功能。多个网络相互连接构成的集合称为互联网（i n t e r n e t w o r k i n g）。互联网的最常见形式是多个局域网通过广域网连接起来,IP网络是由通过网络互连设备互连起来 的IP子网构成的.,2.网络连接设备,网络连接设备负责在IP子网间寻找路由，并将IP分组转发到下一个IP子网。有线网络设备：网卡、集线器（hub）、交换 机（switch）、路由器（router）调制解调器、中继器、网桥无线局域网设备：无线网卡、无线接入点（AP）,1)网络接口卡,网络接口卡(N I C)是一种连接设备。它们能够使工作站、服务器、打印机或其他节点通过网络介质接收并发送数据。网络接口卡常被称为网络适配器。因为它们只传输信号而不分析高层数据，它们属于O S I模型的物理层。在有些情况下，网络接口卡也可以对承载的数据做基本的解释，而不只是简单地把信号传送给C P U以让C P U去解释。,一块10/100M自适应 PCI插槽的以太网网卡,2)中继器,中继器是一种放大模拟或数字信号的网络连接设备。信号在传输过程中有衰减，因此，必须对其放大以使其传输得更远一些。这个基本的功能可以采用中继器来实现。中继器属于OSI 模型中的物理层，因而没有必要解释它所传输的信号。例如，它们不能降低所传输的信号的质量，也不能提高传输的信号的质量，更不能纠正错误信号。它们只是转发信号，但同时它们也转发了信号的噪声，从这个意义上讲，它们不是智能设备。,3)集线器,集线器（Hub）是中继器的一种形式，区别在于集线器能够提供多端口服务，也称为多口中继器。,4)网桥,网桥这种设备看上去有点像中继器。它具有单个的输入端口和输出端口。它与中继器的不同之处就在于它能够解析它收发的数据。网桥属于O S I模型的数据链路层；数据链路层能够进行流控制、纠错处理以及地址分配。网桥能够解析它所接受的帧，并能指导如何把数据传送到目的地。特别是它能够读取目标地址信息（M A C），并决定是否向网络的其他段转发（重发）数据包，而且，如果数据包的目标地址与源地址位于同一段，就可以把它过滤掉。当节点通过网桥传输数据时，网桥就会根据已知的M A C地址和它们在网络中的位置建立过滤数据库（也就是人们熟知的转发表）。网桥利用过滤数据库来决定是转发数据包还是把它过滤掉，,5)交换机,交换机属于O S I模型的数据链路层（第二层），并且，它还能够解析出M A C地址信息。交换机与网桥相似，相当于多个网桥。交换机的所有端口都共享同一指定的带宽。,6)路由器,路由器是一种多端口设备，它可以连接不同传输速率并运行于各种环境的局域网和广域网，也可以采用不同的协议。路由器属于O S I模型的第三层。网络层指导从一个网段到另一个网段的数据传输，也能指导从一种网络向另一种网络的数据传输。路由器是依赖于协议的。在它们使用某种协议转发数据前，它们必须要被设计或配置成能识别该协议。路由器的稳固性在于它的智能性。路由器不仅能追踪网络的某一节点，还能和交换机一样，选择出两节点间的最近、最快的传输路径。基于这个原因，还因为它们可以连接不同类型的网络，使得它们成为大型局域网和广域网中功能强大且非常重要的设备。,7)网关,网关是能够连接不同网络的软件和硬件的结合产品。它们可以使用不同的格式、通信协议或结构连接起两个系统。网关通过重新封装信息以使它们能被另一个系统读取。网关必须同应用通信，建立和管理会话，传输已经编码的数据，并解析逻辑和物理地址数据。,NGN（Next Generator Network）是指下一代网络。NGN使得在新一代网络上语音、视频、数据等综合业务成为了可能。是可以同时提供话音、数据、多媒体等多种业务的综合性的、全开放的宽频网络平台体系，至少可实现千兆光纤到户。NGN能在目前的网络基础上提供包括话音、数据、多媒体等多种服务，还能把现在用于长途电话的低资费IP电话引入本地市话，有望大大降低本地通话费的成本和价格。,1.4.4 下一代网络NGN1.定义与概念,NGN是基于TDM（时分复用）的PSTN语音网络和基于IP/ATM（异步传输模式）的分组网络融合的产物。因此，NGN是全业务的网络，包括电话和Internet接入业务、数据业务、视频流媒体业务、数字TV广播业务和移动等业务。,2.下一代网络的特点,下一代网络是可以提供包括语音、数据和多媒体等各种业务的综合开放的网络构架,有以下特征。1.采用开放的网络构架体系(1)将传统交换机的功能模块分离成为独立的网络部件,各个部件可以按相应的功能划分,各自独立发展。部件间的协议接口基于相应的标准。部件间协议接口的标准化可以实现各种异构网的互通。2.下一代网络是业务驱动的网络(1)业务与呼叫控制分离。(2)呼叫与承载分离。3.下一代网络是基于统一协议的分组网络网络互通和网络设备网关化多样化接入方式,3.软交换,软交换是用户的话音、数据、移动业务和多媒体业务的综合呼叫控制系统，用户可以通过各种接入设备连接到分组网(IP/ATM网)。软交换是一种功能实体，为下一代网络（Next Generation Network，NGN）提供具有实时性要求的业务的呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。,软交换系统统一接入各种终端,集成接入设备,计算机,电话,传真,IP 网,软交换,媒体控制器MGC网守GateKeeper,