程控交换与综合业务通信网第八章程控交换机的组课件.ppt

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1、第八章 程控交换机的组网方式,8.1 引言 通信网络的主要功能是在网络中的任意两个用户间建立通信连接，以实现用户之间信息的相互传送。 通信网络一般由用户终端设备、交换设备、传输设备以及传输介质组成。,用户终端设备直接为各个用户使用，而不同的通信业务有着不同的用户终端设备。交换设备、传输设备以及传输介质等是一些共用设施。 交换是通信网的核心功能。交换有两层含义：,（1）可以在网络中的任意两个用户之间建立通信连接。 （2）对两个确定的用户来说，这条通信连接路径在每次通信时并不总是相同的。 目前通信网中使用的交换方式主要有电路交换、分组交换和信元交换。,通信网络中，为了提高传输介质的利用率，信息的传

2、输一般采用复用方式，主要有频分复用和时分复用。 通信网的基本结构可分为两种：分级汇接网和无级动态网。,分级汇接网：按大区和省、地、县、市的次序逐级分区建立交换中心，并按直达路由、迂回路由、基干路由的固定顺序进行路由选择及自下而上的逐级汇接。 例如：我国的电话网就是分级汇接网结构。,无级动态网：各交换中心处在同一等级，无上下之分，并采用按目的地地址和路由表规定的顺序进行路由选择。路由表中的选路顺序可根据需要随时间或随业务流量的变化而动态调整。,通信网络的发展始终是以满足社会对不同通信业务的需求为宗旨而逐步发展起来的。迄今为止，通信网络的发展过程可大致分为4个阶段，如教材表8.1所示。,8.2 数

3、据通信网概述8.2.1 分组交换数据网 1.基本特性及结构 分组交换数据网（PSDN）简称为分组交换网，以分组交换方式工作，并向用户提供数据传输业务。,目前应用得最为广泛的公用分组交换数据网以及因特网都是采用分组交换技术。但是两者使用的通信协议不同：前者采用X.25协议，按虚电路方式工作，后者采用TCP/IP协议，按数据报方式工作。,分组交换网主要由分组交换机、网管中心、集中器、用户终端及传输设备等组成。 分组交换机的基本功能是对数据分组进行存储转发。分组交换机可分为转接交换机和本地交换机。,用户终端设备包括有可以发送数据分组的分组终端和不能发送数据分组、只能发送普通字符的字符终端。分组终端通

4、常是装有X.25通信控制卡的PC机，而字符终端一般是普通的PC机、打印机等。,分组装拆设备 （PAD）的主要功能是把普通字符终端的非分组格式转换成分组格式，把各终端的字符数据组装成分组数据，并以分组交织复用的方式将所组成的各用户终端的数据分组在同一条物理链路上传送给交换机；接收时则过程相反。,集中器的作用类似于本地交换机，含有分组装拆功能，一般只能与一个分组交换机相连接。 网管中心（NMC） 的作用是与各结点交换机相互协作、配合，保证全网正常、有效、协调地运行。,2.路由选择及业务量控制 （1）路由选择 路由选择的操作过程与分组交换网的工作方式有关。 对于采用虚电路工作方式的分组交换网，仅在建

5、立虚电路时由各相关结点进行一次路由选择即可。,对于数据报工作方式的分组交换网，每一个相关结点对每一个收到的数据分组都要进行一次路由选择。 两种工作方式下的路由选择各有其优势和缺点。,路由选择常用的一种方法是采用路由表控制方式来选择路由。路由表的基本作用是根据某种规则确定目的地结点与该结点输出路径间的对应关系，即路由表指明了从该点到某个目的地结点所对应的输出路径及下一个结点。教材图8.2,路由表中输入和输出路径之间的对应关系是通过路由选择算法来确定。 路由选择算法分为动态选择和静态选择两种方式。动态选择算法数据更新频繁；而静态选择算法对路由表更新的频度较低。,根据路由表的生成方式，路由选择分为集

6、中选择和分布选择。 集中选择：由网管中心计算网络各个结点的最佳路径，并将计算结果传送给各个结点。 分布选择：由各个结点自行计算最佳路由。,（2）业务量控制 网络中如果对某一资源的需求量超过了该资源的标称容量，网络就会出现拥塞，如果拥塞长时间不能得到缓解，网络就可能出现死锁而无法正常运行，因此需要对网络中的业务量进行控制。,业务量控制分为流量控制和拥塞控制。 流量控制：对输入网络的分组流量进行控制，是其处在一个合适的范围之内，以防止网络出现拥塞。 拥塞控制：缓解网络已经出现的拥塞。,业务量控制主要有3种方法：窗口法、缓冲区分配法和许可证法。 窗口法：定义一个窗口尺寸参数W，W的含义为：对源结点而

7、言，它表示源结点在收到允许继续发送的信号之前，可以发送的最大分组数目；对目的地结点而言，它表示该结点可用的缓冲器数目。,窗口法的主要作用是在必要时限制从源结点发出的分组数目。一方面可以限制到达目的地结点的分组数量，防止目的地结点由于缓冲区的不足而丢失分组；另一方面也限制了分组到达相关中继结点的流量。,缓冲区分配法：在结点交换机的输出链路上限制等候发送的分组数目，使其不超过缓冲区的总容量。结点交换机通常在其缓冲区内存储接收所接收的分组，在缓冲区内，这些分组将等候路由选择的结果或者等候一条可用的输出链路。如果缓冲区不足就会形成拥塞而丢失分组。,许可证法：限制网络内总的分组数目。网络设有若干许可证，

8、这些许可证的总数量是固定的。任何一个结点或终端要发送分组时必须先获得一张许可证，当分组到达用户终端后，网络就收回许可证。,为保证数据可靠传送，分组交换网还必须具有差错控制功能。通常采用逐段链路控制、自动请求重发的差错控制机制：每个结点对收到的每一个分组进行差错检测，若发现错误，则向发送该分组的结点发送一个消息，请求发端结点重发该分组，直到收到正确的分组为止。,3. 开放系统互连（OSI）模型 开放系统互连（OSI）模型是由国际标准化组织（ISO）推荐的一个计算机互连通信的参考模型。 开放系统互连（OSI）模型如图8.1所示。,图8.1 OSI 模型,开放系统互连模型采用了分层结构，将一个完整的

9、通信过程中可能要执行的全部功能划分为7个层次，每一层只实现部分功能，较低层为其相邻的较高层提供服务，而且，每一层所实现的功能都是独立的，与其它层无关。,（1）物理层 物理层负责提供并维护物理线路，检测处理争用冲突，这一层关注的问题大都是处理机械接口、电气接口、过程接口以及物理层以下的物理传输介质。,（2）数据链路层 数据链路层把上一层送来的数据按照一定的格式分割成数据帧，然后将帧按顺序送出，等待由接收端送回的应答帧。 数据链路层主要解决数据帧的破坏、遗失和重复发送接收等问题。,（3）网络层 网络层解决数据封包从发送端到接收端所需要的路由，因此网络间的路由选择及网络连接的建立、保持和释放等功能都

10、包括在网络层中。 网络层只关心服务的性质和所需的费用。,（4）传输层 传输层接收来自会话层的数据，要确保数据片能够安全而正确地发送到另一端。传输层是以端到端的方式传输数据。,（5）会话层 会话层进行高层通信控制。可以让不同主机上的用户建立彼此间的“会话”。除了可以提供普通数据的传送，还可以提供一些应用程序所需的特殊服务功能。,（6）表示层 表示层解决数据格式的转换。不同的计算机使用不同的编码来表示字符串。表示层所提供的服务是以一致的标准将数据进行编码。,（7）应用层 应用层提供与用户有关的功能。它直接向用户提供业务的操作规程和系统的管理功能。例如：文件传送、电子邮件、数据库访问等。,两个不相兼

11、容的站点，只要都支持O S I模型，就能互相通信。从逻辑上讲，两个站点的对等层直接通信。而实际上，每一层都只与相邻的上下两层直接通信。当程序需要发送信息时，它把数据交给应用层。应用层对数据进行加工处理后，传给表示层。再经过一次加工后，数据被送到会话层。这一过程一直继续到物理层接收数据后进行实际的传输。,在发信终端设备内，用户的信息文件由两部分组成：一部分是业务数据单元（SDU），一部分是操作所必须的协议控制信息（PCI），这两部分数据组合在一起称之为协议数据单元（PDU）。,8.2.2 帧中继 1.帧中继的发展背景 （1）光纤传输的普及应用 （2）局域网的发展 美国标准局（ANSI）于1988

12、年公布了帧中继的行业标准。,2.帧中继的主要特点 帧中继技术是在开放系统互联 （OSI）第二层上用简化的方法传送和交换数据单元的一种技术。它是建立在光纤传输的基础之上，是对X.25的简化。,帧中继仅完成 OSI的物理层和链路层核心功能，将流量控制、纠错等功能留给智能化的终端设备去完成。这样大大地简化了节点之间的协议；又帧中继采用虚电路技术，能充分地利用网络资源，使帧中继具有延时小、吞吐量大、适合突发性业务等优点。,与X.25协议相比，帧中继的主要特点如下： （1）帧中继协议简化了X.25的第三层功能，使网络功能的处理大大地简化，提高了网络对信息处理的效率。只采用物理层和链路层的两级结构，在链路

13、层中仅保留其核心的子集部分。,（2）在链路层完成统计复用、帧透明传输和错误检测，但不提供发现错误后的重传操作，省去了帧编号、流量控制、应答和监视等机制，大大节省了交换机的开销，提高了网络吞吐量、 降低了通信时延。,（3）提供一套合理的带宽管理和防止阻塞的机制，用户有效地利用预先约定的带宽，即承诺的信息速率 （CIR），并且还允许用户的突发数据占用未预定的带宽，以提高整个网络资源的利用率。,在帧中继网中，流量控制通常采用数据速率参数预约的方法。速率参数有用户允许速率和用户最大速率。当用户的数据速率低于允许速率时，网络保证用户数据的传送；当用户数据速率高于最大速率时，用户接入点的交换机就将这些超过

14、最大速率的数据帧全部丢弃。,当用户的数据速率介于允许速率和最大速率之间时，结点交换机根据网络拥塞情况而定。,3.帧中继的应用 目前主要用于局域网互连。可以向用户提供永久虚电路（PVC）和交换式虚电路（SVC）。 永久虚电路：提供永久的逻辑连接。 交换式虚电路：要求用户进行呼叫时先建立一条虚电路，通信完后要拆除。,8.2.3 数字数据网 数字数据网是利用数字信道传输数据信号的数据传输网，简称为DDN。 数字数据网的主要作用是向用户提供永久性和半永久性连接的数字数据传输信道。,永久性连接：是指用户间建立固定连接，传输速率不变的独占带宽电路。 半永久性连接：数据传输信道对用户来说是非交换性的。但用户

15、可提出申请，由网络管理人员对其提出的传输速率、传输数据的目的地和传输路由进行修改。,数字数据网的主要特点： （1）对所传输的数据不作任何处理，如差错控制处理、流量控制处理等。 （2）不具备数字交换功能，它只向用户提供数字信道的时分复用和交叉连接功能。,1.数字交叉连接 数字交叉连接是一种半固定连接，当用户的申请被接受后，操作人员只要根据用户的需求，在数字交叉连接设备的管理终端上输入人机命令，就可以控制需要的两个用户之间建立连接，而且，连接一旦建立就保持不变。,数字交叉连接设备简称为DXC，主要由接口电路、交叉连接矩阵和控制系统组成（教材图8.4）。 数字交叉连接设备的控制功能比较简单，只有建立

16、连接、拆除连接以及一些维护管理功能，其用户电路接口速率较高。,2.数字数据网的基本结构 DDN网是由数字传输电路和相应的数字交叉复用设备组成。 按功能划分，数字数据网可分为核心层、接入层和用户层。,核心层：由大、中容量的结点机（数字交叉设备）组成。 接入层：由中、小容量的结点机组成。 用户层：由各种用户终端设备组成。 我国的数字数据网称为CHINADDN,于1994年10月投入运营。,8.2.4 局域网 局域网通常是联接一栋建筑物或一群建筑物内的PC机、打印机以及文件服务器的通信网。 局域网中数据发送端和接收端之间只有一条单一的通路，这条通路为网中所有的数据终端共用。,局域网的性能主要取决于网

17、络拓扑结构、传输介质和介质访问方式三个因素。 1.局域网的拓扑结构 网络中各个端点（或结点）相互连接的方法称为拓扑。 局域网常见的拓扑结构有星形、环形、总线形和树形结构等。,环形拓扑结构：局域网由一组点到点的链路连接成闭合环的中继器组成。链路是单向的，数据只能向一个方向传输。每个数据终端通过一个中继器和网络相连。由于多个数据终端共享传输环，因此对各个终端的数据发送要进行控制。,总线形拓扑结构：网络仅仅由传输介质组成，不包括环形结构中的中继器，也不包括其它交换设备。所有的用户终端通过相应的硬件接口直接和传输总线相连，并通过总线收发数据。由于所有用户终端共享一条总线，而在任何时刻总线上只能传输一个

18、用户发送的数据。,2.传输介质 传输介质是通信网络中发送端和接收端之间的物理通路，局域网中常用的传输介质有双绞线、同轴电缆和光纤。 双绞线的带宽为268kHz，利用频分复用技术可传送24路话音信号，其速率为12Mbit/s.,同轴电缆通常采用基带模式或宽带模式传输信息。在基带模式中，电缆的带宽完全用于单一的一个数据流。基带技术广泛应用于局域网中，因为任何时刻局域网上都只有一个数据流。其速率可达10Mbit/s。,采用宽带模式时，带宽被划分为几个范围。通常每一个频率范围都携带着各自的编码信息，这样就可以在一根电缆上同时传输多个数据流。其速率可达50Mbit/s。,光纤具有更宽的频带，能够提供更高

19、的传输容量和传输速率，速率可达1000Mbit/s，而误码率仅仅为10-9。传输距离在 68km可以不用中继器。,3.介质访问方式 介质访问方式是影响局域网性能的最主要因素。介质访问包括两方面的内容：一个是数据发送方式，另一个是数据的接收方式。不同的拓扑结构所使用的介质访问方式不同。,（1）带有冲突检测的载波监听多路访问 CSMA/CD 通常协议内容简述如下： 若媒体忙，站点等待，这一点对所有坚持协议来说都是一样的。 若媒体空闲，站点就把帧发送出去，并继续侦听媒体。, 如果检测到一个冲突，站点立即停止传输，并发送一个简短的干扰信号。 在冲突发生以后，站点等待一段随机时间后尝试重传。,（2）令牌

20、总线 在令牌环网络中，站点一般是成环状连接在一根导线或光纤媒体上的PC机。 当一个站点接收到令牌时，可能有以下两种情况。如果它没有数据要发送，就把令牌传递给它的邻居。,如果它有数据要发送，它就把数据和目标地址插入到令牌当中。同时，它还修改某些控制比特位，把令牌标记成一个数据帧（一个包含信息的帧）。这一过程允许令牌访问每一个站点，并在它可用时接收数据。,8.3 公用电话网的接入方式 公用电话网的主要用户可分为两类：单个的用户终端设备，如电话机、传真机等；另一类是群体的用户终端设备，如用户交换机。 用户交换机接入公用电话网的方式一般有：半自动接入和全自动接入。,8.3.1 半自动接入方式 教材图

21、8.7是数字用户交换机接入公用电话网的半自动接入方式。 这种接入方式是将用户交换机的模拟中继单元通过模拟中继线和市话局交换设备的模拟用户电路相连。,半自动接入方式的特点： （1）用户交换机的出局呼叫需要拨出局冠号，而且分机用户要听到二次拨号音。 （2）由市话局来的入局呼叫需要由话务台转接。 其优点是可以是数字交换机和现存的各种交换设备相兼容。,半自动接入方式的不足： （1）增加了用户投资。 （2）降低了话音质量。 （3）不利于发展非话业务。 （4）不利于长话计费。,8.3.2 全自动接入方式 全自动接入方式如教材图 8.8所示。它通过 PCM数字中继线把数字用户交换机的数字中继单元和程控市话局

22、交换设备的数字中继线单元相连。,这种接入方式不仅能实现直拨出局呼叫，而且还能实现直拨入局呼叫。因此，采用这种接入方式的用户单位相当于市话局的一个电话支局，其各个分机用户的电话号码要纳入市话网的编号之中。 这种接入方式要求使用中国 1号随路信令。,8.3.3 混合接入方式 混合接入方式是半自动和全自动接入的综合，但以全自动接入为主，同时辅以半自动接入方式的模拟中继线路。接入方式教材图8.10。,8.3.4 用户交换机的互连 1.数字交换机和机电式交换机之间的连接 最简单的连接方式教材图 8.11，它把数字交换机的模拟用户电路和机电式交换机的双向中继线相连接。其缺点如下： （1）拨号长度不统一。,

23、（2）内部呼叫要转接 数字交换机用户呼叫机电交换机用户，要通过机电交换机的话务台，由话务员转接。 （3）内部呼叫要听二次拨号音 机电交换机用户呼叫数字交换机用户时，要听到二次拨号音。,为了免除机电交换机的转接，机电交换机和数字交换机之间可以采用教材图8.12方式连接。 即把机电交换机的出中继接入数字交换机的模拟用户电路；数字交换机的模拟出中继接入机电交换机的用户电路。,2.数字交换机之间的连接 数字交换机之间的连接可以采用上述几种连接方式，除此之外，还可以采用数字连接和模拟连接方式。 模拟连接：使用模拟中继单元把两台数字交换机连接在一起。,数字连接：利用数字中继单元把两台数字交换机连接在一起。

24、要求两台数字交换机在其互连的中继线上使用同样的信令。,8.4 公用数据网的接入方式 公用数据网的接入方式有两种基本方式：拨号接入和专线接入。8.4.1 拨号接入 拨号接入：用户数据终端通过公用电话网以拨号的方式接入公用数据网。,电话网上的用户呼叫分组网上的用户要进行两次呼叫： （1）用户拨分组网和电话网相连接的端口电话号码。 （2）用户进入分组网的端口后，电话网上的用户将按被叫用户在分组网上的地址呼叫被叫用户。,拨号接入方式的缺点：数据传输速率较低。8.4.2 专线接入 专线接入：用户终端直接通过一条专用的线路和公用数据网相连接。 优点：数据传输率较快。,8.4.3 用户交换机的接入 用户程控交换机接入公用数据网有两种基本方式： （1）间接接入：交换机只提供透明的数据传输功能，对数据不作任何处理。数据的码型转换、格式转换、协议转换等处理由数据网中的相关设备完成。,（2）直接接入：将码型转换、格式转换、协议转换等工作放在程控交换机内完成，对数据网来说，交换机相当于符合该网络通信规程的一个终端。 目前，用户交换机接入公用数据网一般采用模拟接入方式，通过公用电话网接入到公用数据网。,作业1.了解数据通信网的分类及其特点。2.了解公用电话网的接入方式。,