现代通信网与程控交换技术.ppt

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1、现代通信网与程控交换技术,2.1 现代通信网与程控交换技术的新发展2.2 窄带综合业务数字网 2.3 xDSL技术 2.4 分组交换和帧中继技术,2.1 现代通信网与程控交换技术的新发展,2.1.1 现代通信网的构成 交换技术的发展和整个通信网的发展是密切相关的。长期以来交换网和传输网一直是通信网的主要组成部分，但随着时代的发展，通信网的构成有了很大的变化，尤其是随着通信网的复杂化，其各部分功能也越来越细化。,1.业务网 业务网也就是用户信息网，它是现代通信网的主体，是向用户提供诸如电话、电报、传真、数据、图像等各种电信业务的网络。业务网按其功能又可分为用户接入网、交换网和传输网三个部分。近年

2、来，ITUT已正式采用了用户接入网的概念。这是一个适用于各种业务和技术、有严格规定并以较高功能角度描述的网络概念。,图21 接入网、传输网和交换网的位置关系,2.支撑网 支撑网是使业务网正常运行，增强网络功能，保证全网服务质量以满足用户要求的网络。在整个支撑网中传送相应的控制、监测信号。支撑网包括信令网、同步网和管理网。（1）信令网。（2）同步网。（3）管理网。,2.1.2 现代通信网和程控交换技术的新发展 从通信网设备方面的各要素来看，终端设备正在向数字化、智能化、多功能化发展；传输链路正在向数字化、宽带化发展；交换设备则已经广泛采用数字程控交换机，并已经研究推出适合宽带ISDN的ATM交换

3、机。总之，未来的通信网正在向着数字化、综合化、智能化、个人化的方向发展。1.数字化 2.综合化 3.智能化 4.个人化,2.2 窄带综合业务数字网,2.2.1 NISDN概述 电信网络是这样的：每一个通信网都是为某一种专门的业务而设计的，它们的传输速率和特性各不相同，虽然某些数据通信业务在几个不同的网络中同时存在，但不同的网络中的数据终端是互不兼容的，它们之间的互通只有通过特殊的网关设备才能实现。这给用户和网络运营者都带来了很大的不便。,于是就有了一种想法：用一个单一的网络来提供各种不同类型的业务，实现完全的开放系统互连和通信。各种终端不论其传输特性多么不同，也不论它们是模拟设备还是数字设备，

4、只要所处理的信息是兼容的，就可以通过这个单一的网络进行通信，而传输特性的差异是由一些终端适配器来协调和转换的。这个单一的网络就称为综合业务数字网（ISDN），如图72所示。,ISDN（Integrated Service Digital Network）的中文名称是综合业务数字网，俗称“一线通”。它除了可以用来打电话，还可以提供诸如可视电话、数据通信、会议电视等多种业务，从而将电话、传真、数据、图像等多种业务综合在一个统一的数字网络中进行传输和处理。这也就是“综合业务数字网”名字的来历。,图22 原有通信网与ISDN比较(a)原有通信网；(b)ISDN提供的开放系统通信,一、N-ISDN的基本

5、特性：1.端到端的数字连接 ISDN的定义中指出，ISDN可以由电话IDN演变而成。这是因为，IDN是目前世界各国发展较快的一种网络，最为普及，并且它采用了数字终端和数字交换技术。NISDN的终端和交换机之间仍采用现有的电话用户铜线，但它实现了用户线的数字化，这是NISDN的一大优点。2.综合业务 由于ISDN实现了端到端的数字连接，它能够支持包括数字语音、数据、文字、图像在内的各种综合业务，但是从后面要介绍的NISDN的信道结构可以看出，NISDN支持的业务带宽是有限的，只能是小于2.048Mb/s的窄带业务。,3.标准的入网接口 如图73所示，ISDN的另一大特点是通过一个统一的用户网络接

6、口（UNI）向用户提供服务，这个标准的UNI可以连接多种终端设备(最多可以连接8台终端，有3台终端可以同时工作)，这些终端设备甚至可以采用同一个ISDN号码。ISDN网络可以通过标准的用户网络接口向用户提供多种速率的数字信道。,图23 ISDN的用户-网络接口,4.综合的网络功能 NISDN的网络结构如图74所示。从NISDN的定义可以看出，由于NISDN具有综合业务的能力，支持现有的各种窄带业务，所以它提供电路交换、分组交换和租用电路的功能。其中，电路交换和租用电路业务都是B信道或H信道的承载业务，对于分组交换，则可以提供D信道的分组业务和B信道的分组业务。目前我国的ISDN网只支持B信道上

7、的分组业务。,图24 NISDN的网络结构,二、ISDN的I系列建议 各种通信网为了准确、可靠地完成通信全过程，都要有相应的协议或标准（也称为建议）。而ISDN要承担综合的业务，更要有自己的一套标准。1984年原CCITT（现更名ITU-T，即国际电信联盟）为ISDN制定了I系列建议。I系列建议包含了ISDN国际标准的主体部分，是研究和实现ISDN的依据。I系列建议共分六个部分，具体如下：I.100系列：总体（建议的结构、术语和方法）I.200系列：业务能力（承载业务、用户终端业务）I.300系列：网络结构及功能（ISDN的功能原理、参考模型、寻址、路由、连接类型和功能）I.400系列：用户-

8、网络接口 I.500系列：网间互通接口 I.600系列：维护原则,2.2.2 N-ISDN的基本结构,一、NISDN的网络结构 N-ISDN的基本结构如图7-4。图中的TE是用户终端设备。TE通过标准的用户网络接口接入ISDN网络。在用户网络接口上存在分开的信息通道和信令通道。从工作范围来分，ISDN具有三种不同的信令：-用户网络信令：用户终端设备和网络之间的控制信令，利用用户-网络接口处的D信道来传送。-网络内部信令：ISDN中交换机之间的控制信号，利用No.7信令系统来传送。-用户用户信令：用户终端设备之间的控制信号，它利用用户-网络接口处的D信道和网内的No.7信令系统透明地穿过网络，在

9、用户之间传送。是终端设备之间的握手信号。,二、N-ISDN提供的业务 1承载业务(bearer services)承载业务是用户终端业务的基础，但用户感觉不到网络是如何完成承载业务的。承载业务提供在用户之间实时传递信息的手段，而不改变信息本身所包含的内容，这类业务对应于开放系统互连(OSI)参考模型的低层功能。承载业务可分为两大类。（1）电路交换方式的承载业务 64 kbit/s，8 kHz结构不受限制的数字信息业务。64 kbit/s，8 kHz结构的话音业务。64 kbit/s，8 kHz结构，3.1 kHz音频信息业务。64 kbit/s，8 kHz结构，交替用于话音不受限制的数字信息业

10、务。,（2）分组方式的承载业务 虚呼叫和永久虚电路业务；D信道上的非连接型业务；用户信令业务。2用户终端业务(tele-services)用户终端业务把传输功能和信息处理功能结合起来，不仅能够提供OSI的低层功能，也能够提供高层功能(HLF)。如果说承载业务定义了对网络功能的要求，并且由网络功能来提供这类业务，那么用户终端业务既包括了终端能力，又包括了网络能力。3用户补充业务(supplementary services)承载业务和用户终端业务两者都可以配合补充业务一起为用户提供，但是补充业务可以和一种或多种承载业务或用户终端业务相结合，不能单独使用。,2.2.3 用户网络接口,为了将不同的终

11、端设备，例如数字话机、传真、数据、微机、PABX等接入ISDN，以提供多种多样的电信业务。CCITT规定了ISDN用户网络接口和业务接入点，以便使各种电信业务能够接入ISDN网络。ISDN的用户网络接口和业务接入点配置如图7-5所示。一、ISDN用户-网络接口参考配置 为了定义NISDN用户网络接口的配置并建立相应的接口标准，ITU采用了功能群和参考点的概念。功能群是指用户接入NISDN所需的一组功能，这些功能可以由一个或多个设备来完成。,图2-5 用户网络接口的参考配置,1参考点（Reference point）R参考点：位于非ISDN设备和TA之间。S参考点：位于用户终端和NT2之间。T参

12、考点：位于NT1和NT2之间。U参考点：位于NT1设备和线路终端设备之间。,2功能群（Functional Group）（1）ISDN标准终端（TE1）-又称为 ISDN 标准终端，是符合ISDN接口标准的用户设备（如数字话机等）。（2）非标准ISDN终端设备（TE2）-又称为非ISDN标准终端设备，是不符合ISDN接口标准的用户设备。（3）终端适配器（TA）-完成适配功能，使 TE2 接入 ISDN 标准接口。（4）网络终端2（NT2）-又称为智能网络终端，包含了OSI 的13层。（5）网络终端l（NTl）-主要实现了OSI 第一层的功能，包含用户线传输功能、环路测试和D信道竞争等。,二、信

13、道类型和接口结构 ISDN用户-网络接口中有两个重要因素，即通路类型和接口结构。通路是表示接口信息传送的能力。通路根据速率、信息性质以及容量又可以分成几种类型，称为通路类型。通路类型的组合称为接口结构，它规定了在这个结构上最大的数字信息传送能力。1、通路类型 通路是提供业务用的具有标准传输速率的传输信道。在对承载业务进行标准化的同时，需要相应地对用户-网络接口上的通路加以标准化。通路有两种主要类型。一种类型是信息通路，为用户传送各种信息流；另一种是信令通路，它是为了进行呼叫控制而传送信令信息。,根据CCITT建议，在用户-网络接口处向用户提供的通路有以下类型：（1）B通路：64kbit/s，供

14、传递用户信息用。（2）D通路：16kbit/s或64kbit/s，供传输信令和分组数据使用。（3）H0通路：384kbit/s，供传递用户信息用（如：立体声节目、图像和数据等）。-H11通路：1536kbit/s，供传递用户信息用（如：高速数据传输、会议电视等）。-H12通路：1920kbit/s，供传递用户信息用（如：高速数据传输、图像和会议电视等）。使用最普遍的显然是B通路。它可以利用已经和正在形成中的64kbit/s交换网络传递语声、数据等各类信息。它还可以作为用户接入分组数据业务的入口信道。,2、接口结构 标准化的ISDN用户-网络接口有两类，一类是基本速率接口，另一类是一次群速率接口

15、。（1）基本速率接口（BRI）基本接口是把现有电话网的普通用户线作为ISDN用户线而规定的接口，它是ISDN最常用、最基本的用户-网络接口。它由两个B通路和一个D通路(2B+D)构成。B通路的速率为64kbit/s，D通路的速率为16kbit/s。所以用户可以利用的最高信息传递速率是642+16=144kbit/s。（2）基群速率接口（PRI）也称为一次群速率接口传输的速率与PCM的基群相同。由于国际上有两种规格的PCM，即1.544Mbit/s和2.048Mbit/s，所以ISDN用户-网络接口也有两种速率。一次群速率用户-网络接口的结构根据用户对通信的不同要求可以有多种安排。,1544kb

16、it/s或2048kbit/s,表2-1 ISDN用户-网络接口结构,2.2.4 N-ISDN的用户接入方式 NISDN的用户都是通过标准的用户网络接口接入ISDN网络的。ISDN的用户网络接口在ISDN技术中有着非常重要的位置，它已成为国际范围内通用的一种接口。用户可以自由地选择和改变终端的类型和型号，可以方便地移动和携带终端设备，厂商可以不断地开发和提供更新的设备。同时，网络的能力和性能的改变也不会影响原有用户设备的使用。这些对于ISDN的发展都十分有利。一、三种常见的设备连接方式 图2-6图2-8是三种常见的设备连接方式。,1、ISDN PCI插卡：和网卡很类似，多为PCI接口。把它安装

17、到电脑里以后，再与电信局提供NT1连接即可实现ISDN上网。价格一般是200300元。附带模拟接口，可接驳一部电话。,图2-6 常见的设备连接方式一,2、ISDN TA：属于外置式产品，多为USB接口，支持热插拔，无需外接电源。外形一般比较小巧别致，易于携带，是移动办公、小型办公室及家庭的理想选择。价格一般在500600元左右。,图2-7 常见的设备连接方式二,4、NT1+：是NT1的延伸产品，与NT1的不同之处在于它可以直接连接模拟设备，如模拟电话机、三类传真机和调制解调器等电话设备。电信局一般会提供这个设备。,3、NT1：智能网络终端，一般提供两个终端接口，可连接数字话机。,图2-8 常见

18、的设备连接方式三,二、NISDN的应用,ISDN的应用是在市场需求的基础上产生的。ISDN为用户的各类通信需求提供了一种有效的手段，使人们从观念上进行了一次更新。ISDN的提出宗旨就是解决综合业务通信，即它可以解决用户在语音通信、计算机联网、远端通信、文件交换、视频传送、多媒体信息存取等多种业务通信的问题。下面简单介绍NISDN的两种主要应用。1.构成多媒体信息网 使用NISDN接入多媒体信息网，比利用普通的MODEM上网速度更快，并可以在上网的同时打电话。,2.局域网互连 从图29可以看出，利用NISDN可进行局域网的互连。利用一条ISDNBRI线路即可实现两个公司的局域网互连。根据两个网络

19、之间数据流量的变化，决定使用1个还是2个B信道。运用路由器按需拨号功能可实现拨号连接。,图29 ISDN进行局域网的互连,2.3 xDSL技术,2.3.1 DSL概述 在理想的环境下，铜线的速率仅受线缆衰减的限制，但在现有的电话网中，带宽很大程序上被过滤器和网络本身所制约。现有铜双绞线的升级固然可以极大地提升整个网络性能，但其代价不菲，因此需要一种既能使用现有线缆又能明显提高性能的方法。数字用户线（xDSL：Digital Subscriber Line）是美国贝尔通信研究所在1989年为推动视频点播（VOD）业务开发出来的第一代数字用户线技术并创造了术语DSL。（后因VOD业务受挫而被搁置了

20、很长一段时间）。其目的是高性能、低成本：在现有铜线网络上达到至少2Mbps的带宽。DSL用软件和电子技术结合，弥补了铜线的一些缺陷。,xDSL是DSL(Digital Subscriber Line)的统称，意即数字用户线路，是以电话铜线为传输介质的点对点传输技术。DSL技术在传统的电话网络(POTS)的用户环路上支持对称和非对称传输模式，解决了经常发生在网络服务供应商和最终用户间的“最后一公里”的传输瓶颈问题。由于电话用户环路已经被大量铺设，如何充分利用现有的铜缆资源，通过铜质双绞线实现高速接入就成为业界的研究重点，因此DSL技术很快就得到重视，并在一些国家和地区得到大量应用。近年来随着In

21、ternet和Intranet的迅速发展，对固定连接的高速用户线需求日益迫切，基于双绞线的xDSL技术因其以低成本实现用户线高速化而重新崛起，打破了高速通信由光纤独揽的局面。,2.3.2 xDSL技术的分类 xDSL中，“x”代表着不同种类的数字用户线路技术。各种数字用户线路技术的不同之处,主要表现在信号的传输速率和距离，还有对称和非对称的区别上。DSL技术主要分为对称和非对称两大类。1、对称DSL技术 对称DSL技术主要有以下几种:(1)HDSL-High-bit-rate DSL(高比特率DSL)HDSL是xDSL技术中最成熟的一种，已得到了较为广泛的应用。这种技术可以通过现有的铜双绞线以

22、全双工T1或E1方式传输。与传统的T1/E1技术相比，HDSL具有以下优点:价格便宜;容易安装，T1/E1要求每隔0.91.8公里就安装一个放大器，而HDSL可在3.6公里的距离上传输而不用放大器。,其特点是:利用两对双绞线传输;支持N64kbps各种速率，最高可达E1速率;HDSL是T1/E1的一种替代技术,主要用于数字交换机的连接、高带宽视频会议、远程教学、蜂窝电话基站连接、专用网络建立等。,图2-10 HDSL系统结构,2）SDSL-Single-line DSL 这是HDSL的单线版本，它可以提供双向高速可变比特率连接,速率范围从160Kbps到2.048Mbps。利用单对双绞线;支持

23、多种速率到T1/E1;用户可根据数据流量,选择最经济合适的速率,最高可达E1速率,比用HDSL节省一对铜线;在0.4mm双绞线上的最大传输距离为3公里以上。3）IDSL(ISDN数字用户线技术)通过在用户端使用ISDN终端适配器和在双绞线的另一端使用与ISDN兼容的接口卡,这种技术可以提供64-2048Kbps的服务。,3）MVL-Multiple Virtual Line(多虚拟数字用户线)MVL是Paradyne公司开发的低成本DSL传输技术。利用一对双绞线;安装简便,价格低廉;功耗低,可以进行高密度安装;利用与ISDN技术相同的频率段,对同一电缆中的其他信号干扰非常小;支持语音传输,在用

24、户端无需语音分离器;支持同一线路上同时连接多至8个MVL用户设备,动态分配带宽;上/下行共享速率可达768Kbps;传输距离可达7公里。,2、非对称DSL技术 非对称DSL技术主要有以下几种:（1）ADSL-Asymmetric DSL(非对称DSL)ADSL为网络提供速率从32Kbps到8.192Mbps的上行流量和从32Kbps到1.088Mbps的下行流量,同时在同一根线上可以仿真提供语音电话服务。利用一对双绞线传输;上/下行速率从1.5Mbps/64Kbps到6Mbps/640Kbps;支持同时传输数据和语音。,（2）RADSL-Rate Adaptive DSL(速率自适应DSL)这

25、种技术允许服务提供者调整xDSL连接的带宽以适应实际需要并且解决线长和质量问题。利用一对双绞线传输;支持同步和非同步传输方式;速率自适应,下行速率从640Kbps到12Mbps,上行速率从128Kbps到1Mbps;支持同时传输数据和语音。,（3）VDSL-Very High Data Rate DSL(甚高速数字用户线)在用户回路长度小于5000英尺的情况下,可以提供的速率高达13Mbps甚至还可能更高,这种技术可作为光纤到路边网络结构的一部分。此技术可在较短的距离上提供极高的传输速率,但应用还不是很多。此外还有一些公司所提出的建议，如UDSL(Unidirectional DSL)、x2/

26、DSL，应用很少。,2.3.3 实现数字用户线2线全双工传输的方式 实现数字用户线2线全双工传输的主要方式有：一、时间压缩复用方式,图7-11 时间压缩方式,图2-12 回波抵消方式,二、回波抵消方式 回波抵消方式的原理图如如2-12。,2.3.4 xDSL技术的应用范围 1.对称DSL技术 对称DSL技术主要用于替代传统的T1/E1接入技术。与传统的T1/E1接入相比,DSL技术具有对线路质量要求低、安装调试简单等特点。广泛地应用于通信、校园网互连等领域,通过复用技术,可以同时传送多路语音、视频和数据。,2.非对称DSL技术 非对称DSL技术非常适用于对双向带宽要求不一样的应用,如Web浏览

27、、多媒体点播、信息发布等,因此适用于Internet接入、VOD系统等。ADSL的应用系统如图7-13所示。,图2-13 ADSL应用系统图,2.4 分组交换与帧中继技术,2.4.1 分组交换技术概述 分组交换技术是在计算机技术发展到一定程度，人们除了打电话直接沟通，通过计算机和终端实现计算机与计算机之间的通信，在传输线路质量不高、网络技术手段还较单一的情况下，应运而生的一种交换技术。分组交换也称包交换，它是将用户传送的数据划分成一定的长度，每个部分叫做一个分组。在每个分组的前面加上一个分组头，用以指明该分组发往何地址，然后由交换机根据每个分组的地址标志，将他们转发至目的地，这一过程称为分组交

28、换。进行分组交换的通信网称为分组交换网。,一、分组交换技术的产生 早期的研究和试验:1972年10月，在第1届计算机通信国际会议（International Computer Communication Conference，ICCC）上。ARPANET和一些专用分组交换网的试验，促进了分组交换进入公用数据网，形成分组交换公用数据网（Packet Switched Public Data Network，PSPDN）。,二、分组交换系统的分代 从技术发展来看，分组交换系统大致可以划分为三代。1第一代分组交换系统 第一代分组交换系统实质上是用计算机来完成分组交换功能。2第二代分组交换系统 第二代

29、分组交换系统采用共享媒体将前端处理机互连，计算机主要用于虚电路的建立，不再成为系统中的瓶颈。比较完善的第二代分组交换系统的设计目标和技术特征如下：（1）高度模块化和多处理机分布式控制结构；（2）容量和应用系列化的系统结构；（3）适应各种终端接口和网间接口；（4）先进的处理机和高速处理能力。3第三代分组交换系统,从交换技术的发展历史看，数据交换经历了电路交换、报文交换、分组交换和综合业务数字交换的发展过程。1电路交换 传统的电路交换（Circuit Switching，CS）指固定分配传送通路带宽，连接建立后，即使无信息传送也占用电路的一种交换方式。它的特点是实时性强，时延小，交换设备成本较低。

30、但同时也带来线路利用率低，电路接续时间长，通信效率低，不同类型终端用户之间不能通信等缺点。电路交换比较适用于信息量大、长报文，经常使用的固定用户之间的通信。,三、分组交换与其他交换技术的比较,图2-14 电路交换,2.报文交换为了克服电路交换中各种不同类型和特性的用户终端之间不能互通、通信电路利用率低以及有呼损等方面的缺点，提出了报文交换的思想。,图2-15 报文交换,图2-16 报文交换的时延,将用户的报文存储在交换机的存储器中。当所需要的输出电路空闲时，再将该报文发向接收交换机或终端，它以“存储转发”方式在网内传输数据。报文交换的优点是中继电路利用率高，可以多个用户同时在一条线路上传送，可

31、实现不同速率、不同规程的终端间互通。但它的缺点也是显而易见的。以报文为单位进行存储转发，网络传输时延大，且占用大量的交换机内存和外存，不能满足对实时性要求高的用户。报文交换适用于传输的报文较短、实时性要求较低的网络用户之间的通信，如公用电报网。,3.分组交换 分组交换实质上是在“存储转发”基础上发展起来的。它兼有电路交换和报文交换的优点。分组交换在线路上采用动态复用技术传送按一定长度分割为许多小段的数据分组。每个分组标识后，在一条物理线路上采用动态复用的技术，同时传送多个数据分组。把来自用户发端的数据暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发。到达接收端，再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完

32、整的报文。分组交换比电路交换的电路利用率高，比报文交换的传输时延小，交互性好。,图2-17 分组交换的时延,4.异步传输模式（ATM）综合业务数字网是集语音、数据、图文传真、可视电话等各种业务为一体的网络，适用于不同的带宽要求和多样的业务要求。异步传输模式ATM(Asynchronous Transfer Mode)就是用于宽带综合业务数字网的一种交换技术。ATM是在分组交换基础上发展起来的。它使用固定长度分组，并使用空闲信元来填充信道，从而使信道被等长的时间小段。由于光纤通信提供了低误码率的传输通道，因而流量控制和差错控制便可移到用户终端，网络只负责信息的交换和传送，从而使传输时延减小。所以

33、ATM适用于高速数据交换业务。,四、分组交换的特点 在分组交换方式中，由于能够以分组方式进行数据的暂存交换，经交换机处理后，很容易地实现不同速率、不同规程的终端间通信。分组交换的特点主要有：1）线路利用率高：分组交换以虚电路的形式进行信道的多路复用，实现资源共享，可在一条物理线路上提供多条逻辑信道，极大地提高线路的利用率。使传输费用明显下降。2）不同种类的终端可以相互通信：分组网以X.25协议向用户提供标准接口，数据以分组为单位在网络内存储转发，使不同速率终端，不同协议的设备经网络提供的协议变换功能后实现互相通信。,3）信息传输可靠性高：在网络中每个分组进行传输时，在节点交换机之间采用差错校验

34、与重发的功能，因而在网中传送的误码率大大降低。而且在网内发生故障时，网络中的路由机制会使分组自动地选择一条新的路由避开故障点，不会造成通信中断。4）分组多路通信：由于每个分组都包含有控制信息，所以分组型终端可以同时与多个用户终端进行通信，可把同一信息发送到不同用户。5）计费与传输距离无关：网络计费按时长、信息量计费，与传输距离无关，特别适合那些非实时性，而通信量不大的用户。,分组交换的主要优点：第一，为用户提供了在不同速率、不同代码、不同同步方式、不同通信控制协议的终端之间能够相互通信的灵活的通信环境；第二，采用逐段链路的差错控制和流量控制，出现差错可以重发，提高了传送质量和可靠性；第三，利用

35、线路动态分配，使得在一条物理线飞可以同时提供多条信息通路。,分组交换的主要缺点：由于采用存储-转发方式工作，所以每个分组的传送延迟可达几百毫秒，而且在传送分组时需要交换机有一定的开销，故分组交换不适宜在实时性要求高、信息量大的场合使用；还由于技术比较复杂、网络管理功能强等原因，大型分组交换网的投资较大。,表22 电路交换和分组交换的比较,2.4.2 分组交换技术中的相关概念,一、资源分配1、通信线路的资源共享 分组交换的最基本思想就是实现通信资源的共享。2、如何分配传输资源（1）预分配资源技术 A.时分复用（TDM）B.频分复用（FDM）（2）动态分配资源技术-统计时分复用（STDM）在预分配

36、复用方式下，每个用户传输的数据都在特定的子信道中流动，接收端很容易把它们区分开来。（交织传输）,二、分组的形成 从上述分析可知，把一条实在的线路分成许多逻辑上的子信道，将线路上传输的数据组附加上逻辑信道号，就可以让来自不同数据源的数据组在一条线路上交织传输，接收端很容易将它们按逻辑信道号区分开来，实现了线路资源的动态分配。,1.分组的组合与分解 分组方式在线路上采用动态复用的技术来传送各个分组，带宽可以动态复用。用户在接入分组交换网时可以通过分组装拆设备（PAD，该设备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流组成分组，在集合信道上以分组交换复用。使多个用户可以

37、共享一个分组连接。用户采用PAD接入分组网的示意如图7-18。,图2-18 分组的形成,2.分组的交换 分组交换是将报文分成多个分组来独立传送，收到一个分组即可以发送，减少了存储的时间，因而分组交换的时延小于报文交换，如前图所示。一般终端送出的信息，经交换机的分组装拆功能构成分组，存储到分组交换机的存储器内，接着就可以和来自其他终端的分组一起，以动态复用的方式，通过一条高速传输线路进行传输，从而提高了传输线路利用率。如果是一个分组型终端，可以直接进入交换机而无须经过分组装拆设备。,三、交换虚电路的建立和释放,1.虚电路和逻辑信道的概念 虚电路是经过分组交换机主叫DTE和被叫DTE之间建立一种逻

38、辑连接。主叫或被叫的任何一方在任何时候都可以通过这种连接发送和接收数据，但是虚电路并不独占线路和交换机资源。在一条物理线路上可以同时通过许多条虚电路，当某一条虚电路没有数据要传输时，线路的传输能力可以为其他虚电路服务。同样，交换机的处理能力也可以用于为其他的虚电路 的服务。因此，线路和交换设备的资源能获得充分的利用。,虚电路和逻辑信道的主要区别在于:(1)虚电路是主叫DTE到被叫DTE之间建立的虚连接；而逻辑信道是在DTE与交换机接口或网内中继线上可以分配的，代表了信道的一种编号资源，一条虚电路是由每个逻辑信道号链接而成的。每条线路的逻辑信道号的分配是独立进行的。(2)一条虚电路具有呼叫建立、

39、数据传输和呼叫释放过程。永久虚电路可以在预约时由网路建立，也可以通过预约予以清除；而逻辑信道是一种客观存在，它有占用和空闲的区别，但不会消失。逻辑信道一般定义了一些状态，它们是:“准备好”状态:在逻辑信道上没有呼叫存在，逻辑信道号未分配。,2.虚电路的三种状态-“呼叫建立”状态：正处在呼叫建立过程中，逻辑信道号已分配。-“数据传输”状态：可以通过逻辑信道发送和接收数据。-“呼叫释放”状态：呼叫正处在断开的过程中。所有网路资源被释放，逻辑信道返回到“准备好”状态。虚电路的释放过程与建立过程相似，只是主动要求释放方必须首先发出释放请求分组，并获得交换机发来的确认信号便算释放了，虚呼叫所占用的所有逻

40、辑信道都成为“准备好”状态。,3.虚电路方式的特点(1)一次通信具有呼叫建立、数据传输和呼叫释放三个阶段。数据分组中不需要包含终点地址，对于数据量较大的通信传输效率高。(2)数据分组按建立的路径顺序通过网路，在网路终点不需要对数据重新排序，分组传输时延小，而且不容易产生数据分组的丢失。（3）当网路中由于线路或设备故障时，可能导致虚电路的中断，需要重新呼叫，建立新的连接。但是，现在许多采用虚电路方式的网路，已能提供呼叫重新连接的功能。当网路出现故障时，将由网路自动选择并建立新的虚电路，不需要用户重新呼叫，并且不丢失用户数据。,四、路由选择问题 在组织任何通信网路时，为了网路的可靠性及适应网内业务

41、量的变化，两个主要交换机之间一般都安排有多条路由。因此路由选择问题，就是在网内任何两个数据终端间的呼叫建立过程中，交换机在多条路由中选择一条较好的路由。获得这种较好路由的方法称为路由算法。所谓较好的路由算法，应该使报文通过网路的平均延迟时间较短，平衡网内业务量的能力较强。如：固定路由算法、自适应路由算法。这就是说，路由选择问题不只是考虑走最短的路由，还要考虑通信资源的综合利用及网路结构变化的适应能力，从而使全网的通过量最大。,五、流量控制,1.流量控制的原因（1）为了实现双方不同速率的数据终端之间的互通，要控制速率较高的终端进入分组网的流量，即控制进入虚电路的分组数。（2）分组交换机的缓冲存储

42、器处理能力是动态分配的，通信线路的资源也是动态分配的，当某一时刻某一局部区域的待通信业务量过大时，就会超过交换机与通信线路的承受能力，而使很多分组丢失，丢失的分组要重传，更加重了网络的负担，最终导致全网通信量急剧下降。（网络的“拥塞现象”）,2.流量控制的目的 流量控制的目的是为了保证网络内的数据流量的平滑均匀、提高网络的吞吐能力和可靠性、防止网络拥塞现象的发生。路由选择和流量控制是分组交换必须的技术。路由选择是在呼叫建立过程中交换机在多条路由中选择一条较好路由，其算法有静态固定路由算法和动态的自适应路由算法。流量控制一般是在各级别(层)实现，以保证网路内数据流量平滑均匀、提高吞吐量、防止阻塞

43、现象的发生。,六、分组交换的协议 人和人之间要能对话必须使用相同的语种、语音、语义及语法。同样，计算机与计算机之间通信也必须遵守一纽协商一致的规则，即互换信息的格式、涵义、过程的连接和信息交换的节拍等，这个规则称为通信协议或规程。国际标准化组织(ISO)制定了开放系统互连参考模型(OSI/RM)，将系统划分为物理层、链珞层、网络层、传输层、会话层、表示层及应用层七层，规定了各层协议的功能及向上层提供的服务。X.25是最成熟的协议，它基本上概括了OSI的1-3层的功能，也是计算机分组交换网的协议。,一、分组交换的网络结构 分组交换网一般由分组交换机、网络管理中心、远程集中器、分组装拆设备、分组终

44、端/非分组终端和传输线路等基本设备组成。1.分组交换机功能：提供网络的基本业务：交换虚电路和永久虚电路，及其他补充业务，如闭和用户群，网路用户识别等。在端到端计算机之间通信时，进行路由选择，以及流量控制。能提供多种通信规程，数据转发，维护运行，故障诊断，计费与一些网络的统计等。,2.4.3 分组交换的网络结构,2网络管理中心（NMC）网络配置管理与用户管理，日常运行数据的收集与统计。路由选择管理，网路监测，故障告警与网路状态显示。根据交换机提供的计费信息完成计费管理。3远程集中器（RCU）允许分组终端和非分组终端接入，有规程变换功能，可以把每个终端集中起来接入至分组交换机的中、高速线路上交织复

45、用。4分组装拆设备（PAD）将来自异步终端（非分组终端）的字符信息去掉起止比特后组装成分组，送入分组交换网。在接受端再还原分组信息为字符，发送给用户终端。随着分组技术的发展，RSU与PAD的功能已没什么差别。,5分组终端/非分组终端（PT/NPT）分组终端是具有X.25协议接口，能直接接入分组交换数据网的数据通信终端设备。它可通过一条物理线路与网络连接，并可建立多条虚电路，同时与网上的多个用户进行对话。对于那些执行非X.25协议的终端和无规程的终端称为非分组终端，非分组终端需经过分组装拆设备，才能连到交换机端口。通过分组交换网络，分组终端之间，非分组终端之间，分组终端与非分组终端之间都能互相通

46、信。6传输线路是构成分组数据交换网的主要组成部分之一。目前，中继传输线路有PCM数字信道，数字数据传输，也有利用ATM连接及其卫星通道。用户线路一般有数字数据电路或市话模拟线。,二、分组交换网络业务1.分组交换网提供的业务功能 分组交换网可以向用户提供基本业务功能、任选业务功能和许多新业务功能。（1）基本业务功能 是指分组交换网向所有网上的用户提供的基本业务功能,即在用户之间建立信息通路(在分组交换网上称这种通路为虚电路)以透明地传送信息。分组交换网上的虚电路有两种方式:交换虚电路(SVC)和永久虚电路(PVC)。交换虚电路(SVC)指在两个用户之间建立的临时逻辑连接。永久虚电路(PVC)指在

47、两个用户之间建立的永久性的逻辑连接。用户一开机，一条永久虚电路就自动建立起来了。,其中:SVC指在两个用户之间建立的临时逻辑连接。它的建立与打电话的情形类似，按主叫用户的要求临时在主叫用户与被叫用户之间建立虚电路。使用这种方式通信的用户，一次完整的通信过程分为3个阶段：呼叫建立、数据传送和呼叫拆除。它适用于数据传送量小、随机性强的场合。PVC指在两个用户之间建立的永久性的逻辑连接。用户一开机，一条永久虚电路就自动建立起来了。它如同租用专线一样，在两个用户之间建立固定的通路。它的建立由网络管理中心预先根据用户的需求而设定，因此，在用户使用中,只有数据传送阶段，而无呼叫建立和拆除阶段。它适用于两个

48、用户的通信比较频繁、通信量较大的场合。,（2）任选业务功能 是为了满足用户的特殊要求而向用户提供的特殊业务功能。主要有闭合用户群、反向计费、网络用户识别、呼叫转移、虚拟专用网、广播服务、帧中继等业务。（3）增值新业务功能 分组交换网作为数据通信的基础网，利用其网络平台可以开发各种增值新业务功能，如：电子信箱(E-mail)、传真存储转发(FAX S&F)、电子数据互换(EDI)、可视图文(Videotex)和数据库检索等。,三、中国公用分组交换网(CHINAPAC)简介1、中国公用分组交换网(CHINAPAC)概况 CHINAPAC是我国最早出现的数据通信网络之一。CHINAPAC是一种基于X

49、.25技术的包交换(Packet Switching)网络,因此也被简称为X.25网络或X.25。到目前为止,CHINAPAC的骨干网已覆盖国内绝大部分省会城市和直辖市,省级网络也已通达到国内大部分的县一级行政区划,CHINAPAC目前也是国内用户接入端口最多、覆盖面最大的数据通信网络。,2、用户进网方式-电话拨号入网用户采用X.28规程或X.32规程，用一个调制解调器通过公用电话网（PSTN）连到分组交换网上。-专线入网专线用户可租用市话模拟线或数字数据专线，采用X.28或X.25规程。方便地进入CHINAPAC。,3、应用-分组交换在商业中的应用 分组交换在商业中的应用较广泛。如银行系统在

50、线式信用卡（POS机）的验证。由于分组交换提供差错控制的功能，保证了数据在网络中传输的可靠性。首先，各大商场内部形成局域网，网上的服务器提供卡的管理作用，用户刷卡后，通过服务器上的X.25分组端口或路由器设备连到商业增殖网，它与金卡网络结算中心通过数字专线连接。商业增殖网主要完成来自各大商场的数据线路汇接及对商场销售情况的统计等。结算中心又同各大银行的主机系统连接，实现对信用卡的验证和信用卡的消费。,-分组交换在其它领域中的应用分组交换网的利用率高，传输质量好，能同时多路通信的特点，因此它的经济性能也较好。在一些全国性的集团公司中，总公司把指示下达给全国各地分公司甚至国外的机构，利用分组交换就