1、恩 德 ,现代通信系统 Modern Communications Systems,第3章 现代数字交换技术,第3章 现代数字交换技术,3.1 概述 3.2 程控交换技术 3.3 分组交换技术 3.4 ATM交换技术,3.1 概述,交换技术是以人工交换为开端的,从1878年在美国康涅狄格州纽好恩（NewhavenConnecticut）建成第一个人工电话交换局至今的120余年间,交换技术的发展经历了四个重要阶段。,第一个阶段是人工交换阶段。 第二个阶段是机电式自动交换阶段。 第三个阶段是电子式自动交换阶段。 第四个阶段是信息包交换发展阶段。,3.2 程控交换技术,3.2.1 数字程控交换原理1
2、. 数字交换和数字交换网络时隙交换的概念可用图3.1示意说明,当PCM入端某个时隙（对应一用户）信息需要交换（传送）到PCM出端的另一时隙（另一用户）中去时,相当于通过数字交换网络将时隙的内容“搬家”。即PCM入端TSi时隙中的话音信息A经过数字交换网络后,在PCM出端的TSj时隙中出现。,图3.1 时隙交换的概念,图3.2 多复用线时隙交换示意图,图3.3 双向通信示意图,1）T接线器T接线器实现时隙交换的原理是利用存储器写入与读出时间（隙）的不同,即在输入时隙写入,而在其他时隙（通话另一用户占用时隙）读出来完成时隙交换的。,T接线器原理如图3.4所示,主要由话音存储器（SM）和控制存储器（
3、CM）组成。SM用来暂存话音信息,其容量取决于复用线的复用度（图中以32为例）。SM的存取方式有两种:一种为“顺序写入,控制读出”;另一种为“控制写入,顺序读出”。从而形成两类T接线器:输出控制型和输入控制型,分别如图3.4(a）和(b）所示。,图3.4 T接线器原理示意 (a)输出控制型；(b)输入控制型,2）S接线器S接线器的作用是完成不同复用线间的时隙交换,主要由电子交叉点矩阵和控制存储器（CM）组成,其原理示意图如图3.5所示。TS1TS3）,接线器的交叉接点控制过程如下:CPU根据交换机路由选择结果在控制存储器上写入如图3.5所示内容。控制存储器按顺序读出,控制交叉接点矩阵动作。在T
4、S2时隙则按控制存储器2号单元读出内容控制交叉点的接通,交换TS2的话音信号。,图3.5 S接线器结构示意,3）TST交换网络在大型程控交换机中,数字交换网络的容量要求较大,只靠T接线器或S接线器是不能实现的,必须将它们组合起来,才能达到要求。 各级的分工如下:TA接线器负责输入复用线的时隙交换;S接线器负责复用线之间的空间交换;TB接线器负责输出复用线的时隙交换。,图3.6 TST网络,图3.6中,各接线器的工作方式为 TA接线器为输出控制; TB接线器为输入控制; S接线器为输入控制。,2.呼叫处理基本过程电话交换的基本任务是完成电话的接续,进行呼叫处理,程控数字交换机的呼叫处理任务是在呼
5、叫处理（又称交换处理）程序控制下完成的,下面介绍一个呼叫处理的基本过程。(1）主叫用户A摘机呼叫。交换机检测到用户A摘机的状态;交换机调查用户A的类别,以区分一般电话、投币电话、小交换机等等;调查话机类别,弄清是按键话机还是号盘话机,以便接上相应的收号器。,(2）送拨号音,准备收号。交换机找寻一个空闲收号器以及它和主叫用户间的空闲路由; 找寻一个空闲的主叫用户和信号音源间的路由,向主叫用户送拨号音; 监视收号器的输入信号,准备收号。,(3）收号。 由收号器接收主叫用户所拨号码; 收到第一位号后,停送拨号音; 对收到的号码按位存储; 对“应收位”和“已收位”进行计数; 将号首送给分析程序进行分析
6、（叫做预译处理）。,(4）号码分析。 在预译处理中分析号首,以决定呼叫类别（本局、出局、长途、特服等）,并决定该收几位号; 检查这个呼叫是否允许接通（是否限制用户等）; 检查被叫用户是否空闲,若空闲,则予以示忙。,(5）接至被叫用户B。测试并预占空闲路由,包括: 向主叫用户送回铃音路由; 向被叫用户送铃流回路（可能直接控制用户电路振铃,而不用另找路由）; 主、被叫用户通话路由（预占）。,(6）向被叫用户振铃。 向用户B送铃流; 向用户A送回铃音; 监视主、被叫用户状态。 (7）被叫应答和通话。 被叫摘机应答,交换机检测到以后,停振铃和停送回铃音; 建立A、B用户间的通话路由,开始通话; 启动计
7、费设备,开始计费; 监视主、被叫用户状态。,(8）话终。 主叫先挂机: 交换机检测到主叫挂机后,释放复原路由; 停止计费; 向被叫用户送忙音。 被叫先挂机: 交换机检测到被叫挂机后,经过一定时限后,切断通路,释放复原路由; 停止计费; 向主叫用户送忙音。,3. 程控交换系统的控制方式和结构 1）集中控制设一台交换机的控制部分由n台处理机组成,它实现f项功能,每一项功能由一个程序来提供,系统有r个资源。2）分散控制在上述系统中,如果每台处理机只能利用资源的一部分,只能执行一部分功能,就称为分散控制。3）多处理机结构现在的交换机除了个别容量较小、较为简单的用户交换机外,绝大多数交换机都采用多处理机
8、结构。,(1）按功能分工。 在这种方式下,不同处理机完成不同功能。例如有: 控制用户模块（用户级）工作的用户处理机和控制交换网络（选组级）的中央处理机; 直接控制硬件工作的前台区域处理机和后台的中央处理机; 专门负责管理、调度或维护的处理机; 各个具体部件,如各种中继器、信号设备,甚至用户等都可能有专门处理机控制工作。,(2)按话务分工。在这种方式下,每一台处理机完成一部分话务处理功能。例如上述各种处理机可能每一种不止一台,它们之中的每一台可完成一部分话务处理功能。(3)备用工作。为提高控制部件的可靠性,有时对每台处理机配备有备用处理机（有时也采用n+1冗余）,这样就形成了主/备用工作方式。,
9、图3.7 集中控制系统,3.2.2 数字程控交换系统1.程控交换机的构成程控交换机由硬件和软件两大部分组成,其中,硬件主要分为话路系统和控制系统。其典型结构如图3.8所示。由图可见,程控交换机可分成选组级（由数字交换网络构成的控制系统）和用户级（用户模块和远端模块）两部分。每一部分都由自己的处理机进行控制,处理机之间通过通信信息进行联系。,图3.8 数字交换机的系统结构,1）用户模块用户模块和远端模块除了实现用户功能外,还包含有交换网络（用户交换网络）以进行话务量的集中（或分散）。,图3.9 用户模块结构,采用用户模块或远端模块会带来以下好处: 节省了线路投资,扩大了交换局的服务范围; 提高了
10、网络的灵活性,用户模块可容易地扩展成新局，现存局可采用集线器扩展; 改善了用户线传输质量,用户级至选组级这段采用高质量的PCM线路传输,缩短了用户线 的模拟部分,提高了传输质量; 用户可以较容易地实现高速数据通路连接; 提高了系统可靠性,系统采用分级控制,使整个控制系统的可靠性提高; 模块与选组级间可以采用公共信道信号。,2）用户电路数字程控交换机中用户电路的功能可归纳为BORSCHT7项功能,它们具体是:B（Batteryfeeding,馈电） O（Overvoltageprotection,过压保护) R（Ringingcontrol,振铃控制) S（Supervision,监视C（COD
11、EC&Filters,编/译码和滤波) H（Hybridcircuit,混合电路) T（Test,测试),图3.10 用户电路功能框图,3）模拟中继和数字中继模拟中继器是数字交换机和模拟局间中继线的接口电路,它用于和模拟交换机的连接。模拟中继器和用户电路都是和模拟线路相连接的,因此它们在功能上有很多相似之处。模拟中继器的基本功能框图如图3.11所示。,图3.11 模拟中继器功能框图,数字中继器的主要功能有:码型变换和反变换,主要是进行PCM传输线上的HDB3码和局内的单极性不归零码之间的变换;时钟提取和帧同步;提取和插入随路信令信号。,图3.12 数字中继器功能框图,4）信号音的发送与接收交换
12、机需要向用户发送各种信号音,如拨号音、忙音和回铃音等,也需要向其他交换机发送和接收各种局间信令,如多频信号。这些信号都是音频模拟信号,从图3.8可见,信号音收/发设备是接在数字交换网络上的,它通过数字交换网络所提供的路由来传送。,图3.13 数字双音频信号接收器结构,2. 数字程控交换软件系统 1）运行软件系统运行软件是交换机运行中直接使用的程序,它又分为系统软件和应用软件。运行软件系统的组成和分类如图3.14所示。,图3.14 运行软件系统的组成,(1) 执行管理程序（或称操作系统）。和其他计算机系统一样,操作系统用来管理计算机资源和控制程序的执行。(2)呼叫处理程序。呼叫处理程序实际上是直
13、接负责电话交换的软件,它完成以下功能:交换状态管理 交换资源管理交换业务管理 交换负荷控制,(3)系统监视和故障处理程序。 系统监视和故障识别 故障分析与处理 系统重新组织 恢复与再启动处理,4)故障诊断程序。故障诊断程序对发生故障的设备进行故障诊断,确定故障的部位,打印出诊断结果,维护人员可根据诊断结果更换插件板。 (5)维护和运行程序。话务量的观察、统计和分析，其结果可以送入外存,也可打印输出 对用户线和中继线定期进行例行维护、测试;业务质量的监察:监察用户通话业务的状况和质量,如监视呼叫信号、通话接续是否完成或异常情况等。,业务变更处理 计费及打印用户计费账单 负荷控制,对话务量过载进行
14、处理 进行人机通信,对操作员键入的控制命令进行编辑和执行。2）支援软件系统程控交换机的软件系统极为庞大复杂,需要有一套“支援系统”在整个软件寿命期内来完成各项大量的设计、开发、生产、维护和管理交换机软件等的复杂任务。支援系统大体上包括以下方面的软件:(1)软件开发支援系统。,(2)应用工程支援系统 (3)软件加工支援系统。软件加工支援系统 (4)交换局管理支援系统 3）程序设计语言程控交换机的程序可以采用各种语言编写,不同的交换机采用不同的语言。 CHILL语言（CCITTHighLevelLanguage）是CCITT高级语言的缩写,主要用来进行软件设计、程序编制、软件检验等。,SDL语言（
15、SpecificationandDescriptionLanguage）是功能说明与描述语言,是一种图像语言,用来描述程控交换机的功能和逻辑过程。在软件设计的初期,往往先用SDL语言确定对软件系统的功能要求后,再进行编制程序的详细设计。MML语言（ManMachineLanguage）是用于人机对话的一种交互式人机操作和维护命令语言。,3.信令方式简介信令是通信网中各交换局在完成各种呼叫连接时所采用的一种通信语言。在程控交换网中的主要信令方式有以下6种。(1)用户信令和局间信令。(2)随路信令和公共信道信令。(3)模拟信令和数字信令。(4)线路信令和记发器信令。 (5)前向信令和后向信令。(6
16、)逐段转发和端到端传送方式。,图3.15 随路信令方式示意,图3.16 公共信道信令方式示意,3.3 分组交换技术,3.3.1概述 分组交换的主要优点有以下6点。(1)对用户终端的适应性强。 (2)信息传输时延减小。 (3)线路利用率高。 (4)可实现分组多路通信。 (5)可靠性高。,(6)经济性好。 分组交换的主要缺点有以下两点。 (1)信息传输效率较低。 (2)实现技术复杂。,3.3.2 分组交换的基本原理在本节中,将对分组交换的基本原理、基本方法和基本技术作概要的介绍,这其中主要有分组交换方式的复用传输方式、分组的形成和传输以及分组交换的过程等。 1.复用传输方式 1)固定分配资源法2)
17、动态分配资源法,图3.17 统计时分复用原理,3) 传输方法 采用统计时分复用时,用户数据交织传输的方法有三种: (1)比特交织。 (2)字节或字符交织。 (3)分组(或块、帧)交织。 图3.18为三个终端的数据交织传输示意。,图3.18 交织传输示意,线路的逻辑信道号可以独立于终端的编号,逻辑信道号作为线路的一种资源可以在终端要求通信时由STDM设备分配给它。对同一个终端,每次呼叫可以分配给不同的逻辑信道号,但在同一次呼叫连接中,来自某一个终端的数据组的逻辑信道号应该相同。用线路的逻辑信道号给终端的数据组作“标记”比用终端号更加灵活方便,这样,一个终端可以同时通过网络建立起多个数据通路(如图
18、3.19中终端4同时建立了三个通路)。,图3.19 用逻辑信道号作“标记”进行交织传输示意,2. 分组的形成和传输在分组传输时,需将分组装配成传输帧进行传输,由X.25协议规定分组传输帧采用HDLC帧结构。X.25分组传输帧格式如图3.21所示。其中,F、A、C分别为帧标志、传输地址和控制字段，FCS为帧校验字段。在HDLC帧结构中的信息段放的是数据分组,其长度通常为128+3(分组头)字节,当然也可以是其他商定的长度。,图3.20 分组的形成,图3.21 X.25分组传输帧格式,3. 分组的交换分组交换网是以CCITTX.25规程为基础的,为了与其匹配,在网络内大部分都采用虚电路(Virtu
19、alCircuit)连接方式,下面将重点讨论这种交换传输方式。除了虚电路方式外,另外还有一种称为数据报(Datagram)的交换传输方式。,图3.22 分组的产生和传送,1)虚电路方式所谓虚电路,是指两个用户终端在开始互相发送和接收数据之前,需要通过网络建立起逻辑上的连接(并非存在一条物理的链路),一旦这种连接建立之后,通信终端间就在网络中保持一个已建立的数据通路,用户发送的数据(以分组为单位)将按顺序由这个逻辑上的数据通路到达终点,如图3.23所示。,图3.23 虚电路示意,2) 数据报方式数据报方式是将每一个数据分组当作一份独立的报文一样看待,每一个数据分组都包含终点地址的信息,分组交换机
20、为每一个数据分组独立地寻找路径,因此一份报文包含的不同分组可能沿着不同的路径到达终点,在网络的终点需要进行重新排序。,3)路由选择分组交换网的最重要的特点之一是数据分组能够在网络中通过多条路径从源点到达终点,而选择什么路径最合适就成了分组交换机必须决定，并影响其特性的问题。这个问题与城市之间的交通问题很相似。比如说,从一个城市乘车到另一个城市,假若中间还要路过一些其他城市,就可能存在许多可到达的线路,所以有必要事先选择一条最佳线路。,(1)扩散式路由法。采用扩散式方法时网络预先并不确定一个固定路径,而是采用扩散式方法传送分组,其传送规则是这样的:分组从源点向其每个相邻节点发送;节点接收到分组后
21、,首先检查它是否已经收到过该分组,如果已经收到过,则将其抛弃;如果未收到过,则节点做接收到记忆,再把这个分组发往除了该分组传送来的那个节点之外的所有相邻节点。,图3.24 扩散式路由示例,(2) 查表路由法。查表路由法在每个节点中使用路由表确定从该节点到网络的任何终点应当选择的路径,分组到达节点后按照路由表规定的路径前进。,表3.1 最短路径路由表示例,3.3.3 分组交换的通信协议 1.CCITTX25协议 1）X25协议及其结构X25协议是CCITT于1976年10月通过的,它主要涉及分组交换网的下三层:物理层、链路层和分组层。如果DTE与节点之间的线路是模拟的,则应将调制解调器也包括在D
22、CE之内,如图3.25所示。,图3.25 X.25接口示意,X25协议包含三层,它们对应于OSI模型的下三层,亦即规范了DTE与DCE同层间交换信息的方式。它们的层次结构和对应关系如图3.26所示,各层之间信息流关系如图 3.27所示。,图3.26 DTE/DCE接口协议分层,图3.27 X.25各层信息结构,2) X25协议第一层X25第一层（即物理层）定义了DTE与DCE之间的电气接口和建立物理信息传输通路的过程。在X25物理层中采用的接口标准有:X21、X21bis和V系列协议,其中，后两个实际上是兼容的,所以可以认为X25采用两类接口标准。,图3.28 X.21主要接口线,X21协议主
23、要作了如下具体规定: 接口的物理特性:插接件的类型及插芯的分配; 电气特性:平衡双流接口; 同步比特串行传输; 点对点全双工操作; 建立交换电路的协议; 使用租用电路的协议。,3）X25协议第二层链路层也称为帧层,它与点对点数据链路控制规程相对应。X25链路层采用ISO的HDSL中规定的术语和可选部分的一个子集。 (1)主要功能。差错控制:采用循环冗余校验,反馈重传方式;帧的包封和解封;帧的同步;检查已收到的接收帧的排列顺序,以免重收或漏收;,对于正确收到的数据块要给予确认;链路建立、拆除和复位控制;流量控制。(2)协议要点。帧结构:与HDLC帧结构兼容;操作方式:对称型（LAP）、平衡型（L
24、APB）和多链路型（MLP）。,图3.29 LAP组构,如图3.30所示,DTE可通过发出一个命令而将双向传输的链路起始,进行双向传输,不会发生LAP规程可能发生的死锁现象。,图3.30 LAPB组构,为了能在接收端正确地接收排序,需要在原LAPB单链路帧上加上多链路控制字段MLC,其位置如图3.31所示。图中,MLC段中V、S比特作控制排序用;R、C比特用作链路复位联络;MNH(S)和MNL(S)作链路编号用,一共有12位,MNH(S)表示高4位,MNL(S)表示低8位。,图3.31 多链路帧结构,4）X25协议第三层 (1)虚电路的建立。 (2)数据通信阶段。 (3)虚电路的释放。 (4)
25、分组格式的基本结构。 (5)重置和再启动。 (6)待续数据指示。 (7)逻辑信道与虚电路。,图3.32 虚电路的建立,表3.2 呼叫请求分组格式,表3.3 呼叫接受分组格式,表3.4 数据分组格式,图3.33 虚电路释放过程,表3.5 释放请求(指示)分组格式,表3.6 释放确认分组格式,图3.34 分组头格式 (a)分组头格式；(b)GFI格式,表3.7 虚电路与逻辑信道的区别,2. 分组装/拆（PAD）协议 1）PAD及其功能 由此可见,PAD的基本功能可归纳如下:将来自非分组终端的字符流装配成适当的分组,以便通过分组交换网进行交换传输;将来自分组交换网的数据分组拆卸成字符流,以便将用户数
26、据字段等用户信息传送给非分组终端;虚电路的建立和释放：在一个主机供若干终端共享的分时系统中,通常都是终端发起与主计算机的通信,PAD将按终端的要求建立和释放虚电路;,当满足一定条件时,进行分组或字符的转发。例如,当终端发来的用户数据字符装满一个数据分组时,就转发到主计算机;对PAD命令及PAD电文进行相应的应答;对来自非分组终端的中断信号进行处理。,图3.35 PAD转换作用及分组网的协议关系 (a)PAD转换作用；(b)分组交换网与不同终端的协议,2）X3协议非分组终端在通过PAD与分组交换网互连期间,PAD所执行的功能是由一组内部参数来确定的。X3协议是通过规定PAD基本功能和用户可选功能
27、,及控制其工作的参数来规范PAD工作的。X3协议共有22个参数,可分成5类:异步接口控制;数据转送控制;发送输出控制;发送输入控制;编辑功能。,3）X28协议分组交换网通过PAD向非分组终端提供通信服务,X28协议定义了非分组终端与分组交换网之间的接口,它具体规范了下面4个过程。(1)非分组型DTE与PAD之间通路的建立过程。(2)非分组型DTE与PAD之间进行字符交换和业务起始过程。(3)非分组型DTE与PAD之间控制信息的交换过程。(4)非分组型DTE与PAD之间用户数据交换过程。,4）X29协议 X29协议的主要功能为适应于DCE和分组型DTE之间的X25接口与X25规程配合使用;用作P
28、AD之间的互通;规定交换PAD控制信息和用户数据的规程;规定传送用户数据的方式;利用PAD报文对PAD进行控制;规定在一次虚呼叫中传送数据字段的格式。,表3.8 X29协议PAD报文类型,3.分组交换网的互连协议 网际互连通常是很复杂的,一般需要解决的主要问题有: 要求相同的通信协议,不仅原则相同,而且细节应相同; 有统一的寻址方案、统一的编号体制; 一致的最大分组长度; 进行流量控制方法、流量控制参数的适配; 考虑网间的时延,以保证分组在规定时限内可靠传送; 进行网间传输的计费。,图3.36 通过X.75的网间互连示意,X75协议的主要内容有:与X25一样也分成物理层、链路层和分组层。 X2
29、5是DTE与DCE间的接口,两端分别是DTE和DCE,而X75是把被连接网的虚电路连接起来,它的两端是信号终端设备（STE）,分别位于两被连接网的交换机内,如图3.36所示。 STE的主要功能是:分组信号过程和分组传输过程。在呼叫建立和释放过程中,X75的呼叫建立分组与释放分组由一个信号终端设备透明地传送给下一个信号终端设备,它不对源点主机发出的X25呼叫请求分组作出任何响应,如回送呼叫接受分组等。,X75的呼叫建立和释放分组与X25在格式上的主要差别是,X75比X25多一个网间业务字段,用于传送网间有关计费和路由信息等。 X25是DTE与DCE之间的接口,两端是不对称的。而X75是DCE与D
30、CE之间的接口,是通过DCE内的信号终端设备STE来实施的,因而两端是对称的。,表3.9 X.75网间呼叫请求分组格式,3.3.4 分组交换的实现技术1.分组交换机分组交换机是分组交换网的枢纽。根据分组交换机在分组交换网中所起的作用不同,分组交换机可分成中转交换机和本地交换机两类。 1)分组交换机的主要功能按照分组交换机在分组交换网中的作用,可以认为分组交换机主要完成如下功能:实现网络的基本业务,即虚呼叫、永久虚电路和可选补充业务,并对诸如闭合用户群、快速选择、网络用户识别等功能提供支持。,进行路由选择,以便根据一定的准则在两个DTE之间选择一条较合适的传输路由。进行流量控制,以便不同速率的终
31、端也能进行互相通信。实现X.25、X.75等多种接口规程协议功能。完成局部的维护、运行管理、故障报告与诊断、计费与一些网路的统计等功能。,2) 硬件结构一般而言,不同类型或不同公司的交换机产品的结构是不同的,但近来随着模块化设计和软件工程技术的发展,多数分组交换机都趋于采用同一硬件结构,以便各种不同类型的交换机部件可以互换,减少电路板种类,便于维护。,DPN100系列是加拿大北方电信公司(NT-Northern Telecom)推出的。DPNCD*2100系列交换机采用模块化结构,无论是中型交换机还是小型交换机都由两种基本模块资源模块(RM)和访问模块(AM)组成,如图3.37(a)所示。DP
32、N100系列的大型分组交换机由5种基本模块组成,除了RM和AM模块外,还有中继线模块(TM)、网络链路模块(NLM)和DMS总线,其连接关系如图3.37(b)所示。,图3.37 DPN100系列模块示意 (a)中、小型交换机模块；(b)大型交换机模块,对于中、小型分组交换机,RM与AM模块的连接关系如图3.38所示。一个交换机的RM之间用中继线(Trunk)连接,AM与RM之间和AM与AM之间的连接线称为链路(Link),AM与用户之间的连接线称为用户线(在DPN100中称为Line)。用户线的工作速率可达64kb/s,链路的工作速率可达192kb/s。,图3.38 中、小型交换机结构举例,R
33、M与AM模块具有相似的硬件结构,但它们分别执行不同的软件,提供不同的功能,RM和AM的硬件结构分别如图3.39和图3.40所示。,图3.39 RM模块硬件结构,图3.40 AM模块硬件结构,3)分组交换机的主要性能通常,分组交换机的主要性能由下列参数衡量:端口数,包括同步端口数和异步端口数。吞吐量,表示交换机每秒能处理的分组数(DPPS)。在研究该指标时,必须明确分组长度,通常为128字节/分组。每秒能处理的呼叫次数。在一般情况下,该指标指的是在不传送数据分组时给出的值。,路由数,表示该交换机能与其他交换机相连接并能进行路由选择的值。一般它等于中继端口数。平均分组处理迟延,是指在传送一个数据分
34、组从输入端口至输出队列所需的平均处理时间,这个指标也与分组长度有关,所以应先确定分组长度。提供给用户可选补充业务的能力。支持X.25等协议的版本时间。提供非标准接口的能力,如SDLC、BSC等。,表3.10 DPN100交换机型号和主要性能,2. 网路管理中心1）网路管理方式网路管理中心在网中的配置取决于网路管理方式。目前在分组交换网中主要有两种管理方式:一种是集中管理方式,在全网中只设置一个网路管理中心,由它负责全网的管理工作,这种方式一般在网路规模较小时使用;另一种是集中与分散相结合的管理方式,这种方式一般在网路规模较大时使用。图3.41给出了一个集中与分散相结合的网路管理方式的例子。,图
35、3.41 集中与分散相结合的网路管理方,2)网路管理中心的功能 (1)网路配置管理与用户管理。 (2)日常运行数据的收集与统计。 (3)路由选择管理。 (4)控制软件管理。 (5)网路监测、故障告警与网路状态显示。 (6)计费管理。,3) 网路管理中心的构成网路管理中心又称为网路控制中心(NCC),它是为保证网路连续工作和提高网路的有效性而设置的。网路管理中心通常由三部分组成,即网路管理机、网路终端设备和外围设备。,3.分组装/拆设备和远程集中器 1)分组装/拆设备 (1)规程转换。 (2)数据集中。 2)远程集中器,图3.42 RCU工作示意图,4.分组终端具有分组装/拆功能的终端称为分组终
36、端,简称PT。分组终端可分成以下两类:以X.25协议为接口规程可与分组交换网直通的、具有分组装/拆功能的终端设备,称为PT(X.25)。终端具有分组装/拆功能,但它不是与分组交换网直通,而是通过公用电话网(SPTN)或电路交换公用数据网(CSPDN)以X.32协议为接口规程与分组交换网相连。,5.传输线路目前,分组交换网中中继传输线路主要有以下两种形式:PCM数字信道,其速率为64kb/s、128kb/s和2Mb/s。利用调制解调器加上模拟信道构成的数字信道,速率主要有9.6kb/s、48kb/s和64kb/s。,3.3.5 帧中继技术简介1. 帧中继概念 帧中继(FR-FrameRelay)
37、技术是随数据通信的发展,在分组交换技术基础上发展起来的。 (1)要求传输速率高。(2)信息传输的突发性大。(3)各类LAN通信规程的包容性好。,2. 帧结构和传输方式在FR传送网中,帧的长度是可变的,最大长度可达1000字节以上,每个帧含有“数据链路连接标识符”(DLCI),从源DTE到宿DTE之间所有途经节点根据DLCI指明出口信道,使用DLCI标识的帧格式如图3.43所示。,图3.43 帧中继帧格式,图3.44 帧中继帧的地址字段,3. FR与PAC、DDN的性能比较 表3.11给出了分组交换(PAC)、帧中继(FR)和数字数据通信网(DDN)三种传输方式的性能比较,供大家参考。,表3.1
38、1 PAC、FR与DDN性能比较,3.4 ATM交换技术,3.4.1 ATM的基本概念和工作原 1.信息交换方式与ATM概念 1）电路交换方式在数字通信中,电路交换传输主要是应用同步转移模式(STM-SynchronousTransferMode)来实现的。,图3.45 同步转移模块(STM)示意图,2）分组交换方式分组交换是将用户的信息划分成一些可变长度的分组,在每个分组的前面加一个分组头(标题),用以指明该分组传送的地址,然后由交换机将这些分组存储起来,在有空闲通路时,根据各个分组的地址标志将它们转发至目的地。,3）ATM方式概念ATM技术是以分组交换传送模式为基础,并融合了电路交换传送模
39、式高速化的优点发展而成的。ATM方式克服了电路交换模式不能适应任意速率业务,难以导入未来新业务的缺点;简化了分组交换模式中的协议,并用硬件对简化的协议进行处理和实现;交换节点不再对信息进行差错控制,从而极大地提高了网络的通信信息的处理能力。,图3.46 异步转移模式(ATM)示意图,如图3.47所示,若在某个时刻线路排空了队列中所有信元,则此时线路上就出现未分配信元(空信元,图中信头用表示者)。反过来,若在某时刻线路上找不到可传送信元的机会(线路上信元已分配完),而队列已充满缓冲区,这时后面来的信元就可能丢失,信元丢失会导致业务质量降低。为了尽量减少信元丢失对业务质量的影响,在信元的信头中写有
40、优先度标志,首先被丢弃的总是那些优先度低、不太重要的信元。,图3.47 ATM信元和复用,2. ATM交换原理 ATM网络包括一些节点,在这些节点中提供信元的交换功能,称为交换节点。实际上,交换节点完成的只是虚电路的交换。因为同一虚电路上的所有信元都选择同样的路由,经过同样的通路到达目的地,所以在接收端,这些信元到达的次序总是和发送端的发送次序相同。一个交换节点包含若干条输入复用线和输出线(二者数量可以不等)。,图3.48 ATM交换节点,为了更清楚地了解ATM信元交换的过程,再结合图3.49加以说明。图3.49描述了信元在ATM网内交换传送的过程。当一个虚电路建立时,在与其对应的输入复用线的
41、“接续路由表”中就记入了选路比特RB,用它来表示哪个虚电路通过哪条交换路由接续。信元到达后,查对信头中的标记“i”,用它来识别虚电路。将RB和交换机内部识别符x装入信头后把信元发往交换网。网内各交换模块具有自律选路功能,它根据RB将信元发往指定的方向。,图3.49 ATM交换原理,3. ATM的特点 ATM的基本特点有: 免除了差错控制和流量控制,大大简化了网络控制。 面向连接的工作方式。 简化了信头功能。 采用长度较小的固定长度信元。,3.4.2 ATM协议结构 图3.50为ATM协议的参考模型,它是一个立体分层模型,从纵向看由三个功能面:用户面(userplane)、控制面(control
42、plane)和管理面(managementplane)组成,它们的主要功能如下:用户面:采用分层结构提供用户数据传输功能。控制面:提供呼叫和连接的控制功能,涉及的主要是信令功能,它也采用分层结构。,管理面:提供两类管理功能:面管理(planemanagement):主要是协调各面之间的运行,实现与整个系统有关的管理功能,面管理不分层。层管理(layermanagement):实现网络资源和相关协议参数的管理功能,它也采用分层结构。,从横向看,ATM协议模型按功能又可分成四层:物理层(PL-PhysicalLayer):完成传输信息的功能。ATM层(ATMlayer):它是ATM协议中最重要的一
43、层,主要完成信元交换、信元复用/分解和选路,这些工作是通过对信元头进行处理而实现的。ATM自适应层(AAL-ATMAdaptationLayer):AAL介于ATM层和高层之间,主要是为它们做适配工作,以适应高层的需要。高层(HighLayer):根据不同的业务特点完成高层功能,如完成对信息编码等服务性功能。,图3.50 ATM协议参考模型,图3.51 PL子层划分,1) 物理层 物理层进一步又划分成两个子层:物理媒介子层和传输会聚子层，其划分情况如图3.51所示。(1）物理媒介子层(PM-PhysicalMediumsublayer)。（2）传输会聚子层(TC-TransmissionCon
44、vergencesublayer)。,2) ATM层 ATM层和传输媒介无关,它给ATM信元流建立起一条传送通路,这个通路是建立在虚信道和虚路径概念上的。（1）虚信道和虚路径。（2）信头格式。（3）VP交换和VC交换。（4）ATM层主要功能。,每个VP可以用复用方式容纳多达65356个VC,属于同一VP的不同的VC拥有相同的VPI。传输通道、虚路径和虚信道是ATM中的三个重要概念,它们三者之间的关系可由图3.52说明。,图3.52 传输通道、VP和VC的关系,图3.53是这两种信头的结构图,字段VPI和VCI为信元所选择的虚路径和虚信道信息,表示路由,VCI占16比特,UNI的VPI取8比特,
45、NNI的VPI为12比特;PT字段长2比特,为属性信息,标明信元所载信息的属性;RES为一个备用比特,供将来使用;CLP表示信元的优先度,CLP0表示高优先度,CLP=1表示低优先度,其对应的信元可能首先被网络丢弃;字段HEC为8比特长的CRC校验码,用来提高信头的传输可靠度。,图3.53 信头结构 (a)UNI信头；(b)NNI信头,VP交换时,交换节点根据VP连接的目的地,将输入信元的VPI值改为可将信元导向接收端的新VPI值赋予信头并输出。在VP交换过程中,VCI值不变,VP交换的原理可由图3.54解释。VP交换可以单独进行,这时物理实现比较简单,通常只是传输通道中某个等级数字复用线的交
46、叉连接。,图3.54 VP交换,VC交换需要与VP交换同时进行,在交换时,交换节点终止VC连接和VP连接,信元中的VCI和VPI将同时被改为新值,其原理如图3.55所示。当一个VC连接终止时,相应的VP连接也就终止了,在这个VP连接上的VC连接可以各奔东西,加入到不同方向的新的VP连接中去。,图3.55 VC交换,3) ATM自适应层AAL介于ATM层和高层之间,它是为了使ATM层能适应不同类型业务的需要而设置的。AAL不仅支持用户面的高层功能,也支持控制面和管理面的高层功能。 （1）业务分类。（2）AAL子层。（3）AAL规范要点。,表3.12 AAL业务分类,3.4.3 ATM交换实现技术
47、1.ATM交换机及其分类 ATM交换机按其在网络中的位置及其完成的功能可以分为图3.56所示的几类。由于这些交换机的应用场合不同,完成的功能也略有差异,因此主要区别表现在接口种类、交换容量、处理的信令方面。,图3.56 ATM交换机类型,2. ATM交换机的功能模块 由于ATM交换机在不同网络中的地位不同,从而它们的主要功能各异,但从基本结构上看,都可分成图3.57中所示的几个功能模块。,图3.57 ATM交换机的功能模块,3. ATM交换机的性能参数 ATM的基本目的是能很好地提供综合业务的能力,因此,ATM必须能满足各种业务对交换的不同要求。在信息速率方面,要能适应从每秒几十兆比特到每秒几
48、个比特的交换;在连接方面,要能提供点到点连接、点到多点连接以及广播方式,以适应各种类型的业务。另外,还要提供灵活有效的流量控制机制,在保证业务质量的前提下,达到最高的资源利用率。,3.4.4 ATM支持IP的方法1.经典的IPoverATM（CIPOA） 1）引言IPoverATM是IETF（InternetEngineeringTaskForce,互联网工程任务组）为实现IP在ATM中传输而制订的协议,它将传统的IP网络连接到ATM,支持IP终端间的数据通信。,2）IPoverATM的结构IETF的RFC1577标准中,“ClassiclIPoverATM（CIPOA）”描述了ATM发展初期如何用ATM在“典型”IP网络中代替局域网以及路由器间的IP链路,实现IP数据在ATM网络上的传输。CIPOA的结构也采用了客户/服务器的模型,其基本结构如图3.58所示。,图3.58 CIPOA结构,3）CIPOA的功能CIPOA传送网络协议主要完成两个功能:地址解析和数据包封装。(1）地址解析（ARP）。CIPOA的地址解析实现的是IP地址到相应ATM地址的转换。如图3.59所示,两个路由器通过ATM网连接,如果路由器A的LAN接口收到一个数据包,就查看自己的路由表,以确定把这个数据包通过哪个端口转发到哪个路由器。,
