各种交换方式地比较

多媒体作业

—通信工程0802

秦彩红多媒体通信技术一：各种交换方式的比较二：基于IP的宽带多媒体通信网络三：移动终端无线接入

各种交换方式的比较

在通信网中，交换功能是由交换节点即交换设备来完成的。不同的通信网络由于所支持的。不同的通信网络由于所支持的业务特新不同，其交换设备所采用的交换方式也各不相同，目前在通信网中所采用的或曾出现的交换方式主要有以下几种：

◎电路交换

◎多速率电路交换

◎快速电路交换

◎分组交换

◎帧交换

◎帧中继

◎ATM交换

◎IP交换

◎光交换

◎软交换

交换方式的分类电路交换原理与特点电路交换（„CircuitSwitching），又叫线路交换。电路交换需要为进行通信的终端之间提„ 这条传输供一条专用的信息传输通道， 通道可以传送用户信息。该传输通道既可以是物理路径也可以是„ 逻辑路径；既可以是永久连接也可以是 临时连接。它是一种直接的交换方式。

电路交换连接图

一、电路交换技术的发展与分类

1．电路交换技术的发展(1)人工交换：借助话务员人工操作来完成接续过程中的接线、拆线等动作。(2)机电交换：①步进制交换机：预选器、选组器和终接器。②纵横制交换机：标志器（控制话路设备工作，包括交换网络的接通和切断）和记发器（接收、存储及发送被叫用户号码）。(3)电子交换：数字电子计算机控制的交换机2．电话交换机的分类按接续方式分：人工交换机和自动交换机(1)人工交换机从通话电源的供给方式分：磁石式交换机和共电式交换机；(2)自动交换机从信息传递方式分：模拟交换机和数字交换机；从控制方式分：布控交换机和程控交换机；从电话通信范围分：局用交换机和用户交换机。二、数字程控交换机的硬件组成数字程控交换机的基本组成如图所示，它分为话路系统和控制系统两大部分。

1．话路系统(1)用户级由用户电路和用户集线器组成，主要任务是对电话用户线提供接口设备，将用户话机的模拟话音信号转换成数字信号，并将每个用户发出的较小的呼叫话务进行集中，然后送至数字交换网络，从而提高用户级和数字交换网络之间的链路利用率。(2)远端用户级

其功能与用户级相似，只是装在距离电话局较远的用户分布点上的话路设备。与用户级的差别在于，它通过数字中继设备和数字交换网络相连，这里的数字中继设备主要任务是码型转化和信令。由于距离较远需要HDB3码进行传输，同时需要有规定的信令（有的采用7号信令系统）。(3)选组级选组级即数字交换网络。(4)中继接口程控数字交换机与局间中继线之间必须有中继接口来配合工作，根据中继线的类型，有模拟中继接口和数字中继接口。(5)信令设备信令设备包括信号音发生器及多频信号接收器和发送器。2．控制系统(1)电话外设控制级：扫描和驱动(2)呼叫处理控制级：号码分析、路由选择和通路选择(3)维护测试级：主用于操作维护和测试3．其它设备磁带机、磁盘机、测试设备、录音通知设备、监视告警设备。三、电路交换系统的基本功能(1)连接功能

连接功能就是在需要通话的用户间建立一条通路，由交换机中的交换网络实现。(2)信令功能在呼叫建立过程中，离不开各种信令的传送和监视，信令是通信系统的控制指令。按信令的服务区域分：用户信令和局间信令按信令传递途径分：随路信令和共路信令(3)终端接口功能用户线和中继线均通过终端接口接至交换网，终端接口是交换设备与外界连接的部分，又称接口设备或接口电路。(4)控制功能连接功能和信令功能都是按接收控制功能的指令而工作。人工交换机由话务员控制，程控交换机由处理机控制。控制功能可分为低层控制和高层控制。①低层控制：与硬件设备直接相关的控制功能，即扫描和驱动。②高层控制：与硬件设备隔离的高一层呼叫控制，例如号码分析和路由选择。四、控制系统的基本结构1．对控制机构的要求(1)呼叫处理能力这是在保证规定的服务质量标准前提下，处理机能够处理的呼叫要求。这项指标通常用“最大忙时试呼次数”来表示，简称BHCA。衡量一台交换机的负荷能力时不仅要考虑话务量，还要考虑其处理能力。(2)可靠性用平均故障间隔时间和平均故障维修时间来衡量。(3)灵活性与适用性要求控制系统在整个工作寿命期间能跟上技术发展的步伐，能适应新的服务要求和技术发展。(4)经济性

2．控制系统的结构(1)集中控制①定义：在一个交换机的控制系统中，任一台处理机都可以使用系统中的所有资源（包括硬件资源和软件资源），执行交换系统的全部控制功能，则该控制系统就是集中控制系统。②优点：处理机能了解整个系统的状态和控制系统的全部资源，功能的改变只须在软件上进行，较易实现。③缺点：软件包括所有功能，规模很大，因此系统管理相当困难，系统也相当脆弱。

④双机系统的工作方式a．同步双工方式（微同步方式）同步双工工作方式是由两台处理机，中间加一个比较器组成，如图3.2所示，两台处理机合用一个存储器（也可各自配备一个存储器，但要求两个存储器的内容保持一致，应经常核对数据和修改数据）优点：发现错误及时，中断时间短。缺点：双机进行指令比较占用一定机时，对偶然性故障，特别是对软件故障处理不十分理想，有时甚至导致整个服务中断。

同步双工方式

b．负荷分担（话务分担）方式话务分担工作方式的两台处理机各自配备一个存储器，在两台处理机之间有互相交换信息的通路和一个禁止设备，如图所示。优点：过载能力强。缺点：两台处理机经常需要保持联系，占用部分机时，故障不易发现。存贮器A

存贮器B

外围设备

外围处理机A外围处理机B禁止

负荷分担方式

c．主/备用方式这种方式的两台处理机，一台为主用机，另一台为备用机，如图3.4所示。主用机发生故障时，备用机接替主用机进行工作。备用方式有两种，即冷备用和热备用。冷备用：平时备用机不保留呼叫处理的数据，一旦因主机故障而倒向备用机时，数据全部丢失，一切正在进行的通话全部中断。热备用：平时主、备机都保留呼叫处理数据，一旦主机故障而倒向备用机时，呼叫处理的暂时数据不丢失，原来处于通话或振铃状态的用户不中断，损失的只是正在处理中的用户，例如：提机拨号码、正在拨号、无法挂机。

优点：硬件电路比较简单，软件也不太复杂；缺点：主备切换时，造成的损失较大。外围设备

处理机A

处理机B 主/备用方式

注意：冷、热备用可以从两个角度来理解，一是可靠性，二是呼叫处理的数据，这里是从第二个角度来考虑的。

(2)分散控制①定义：在一个交换机的控制系统中，任一台处理机只能使用系统中的部分资源，执行交换系统的部分功能，则该控制系统就是分散控制系统。②功能分配方式在分散控制系统中，处理机之间的功能分配可能是静态，也可能是动态。(a)静态分配：是指资源和功能的分配一次完成，各处理机根据不同分工配备些专门的硬件。（提高了稳定性，降低了灵活性）(b)动态分配：是指每台处理机可以执行所有功能，也可以控制所有资源，但根据系统的不同状态，对资源和功能进行最佳分配。（优点：当一台处理机故障时，可由其它处理机完成全部功能；缺点：动态分配非常复杂，降低了系统的可靠性）

③分散控制系统的分类a．单级多机系统每台处理机并行工作，它们有自己的专用存贮器，也可设置公用存贮器为各台处理机共用，多机之间的工作划分有容量分担和功能分担。(a)话务容量分担话务容量分担方式是每台处理机只分担一部分用户的全部呼叫处理任务，即承担了这部分用户的信号接口、交换接续和控制功能；每台处理机所完成的任务都是一样的，只是所面向的用户群不同而已。(b)功能分担功能分担方式是将交换机的信令与终端接口功能、交换接续功能和控制功能等基本功能，按功能类别分配给不同的处理机去执行；每台处理机只承担一部分功能，这样可以简化软件，若需增强功能，在软件上也易于实现。缺点是在容量小时，也必须配备全部处理机。

b．分级控制系统按照交换机控制功能的高低层次分别配置处理机，对于较低层次的，处理简单但任务繁重的控制功能，如用户扫描，摘挂机识别等采用外围处理机来完成；对高一层次的，处理较复杂，工作较少的控制功能，如号码分析、路由选择等采用呼叫处理机；对于处理更复杂，执行次数更少的故障诊断和维护管理等控制功能，则单独配置一台专用的主处理机，这就构成三级控制系统，如图所示。呼叫处理机 呼叫处理机 主处理机 外围设备

外围处理机

外围处理机处理机A 外围处理机

外围处理机

分级控制系统

注意：三级之间体现了功能分担，每一级内又采用了容量分担。

c．分布式控制系统分布式控制就是所有的呼叫控制功能和数字交换网络的控制功能都由同小用户群或小中继群相连的微处理机提供。这些小用户群或小中继群分别组成终端模块，每个终端模块都有一个终端控制单元，在控制单元中配备微处理机。如图所示。终端终端控电路制单元 终端终端控电路制单元 数字交换

网络 辅助控制单元 终端终端控电路制单元 终端终端控电路制单元 终端终端控电路制单元

终端终端控电路制单元 分布式控制有三种：功能分散：每对处理机负责一种功能；等级分散：每个处理机担任一定的角色，逐级下控；空间分散：每个处理机分配交换机已部分区域。五、电路交换的基本过程电路交换的基本过程可分为三个阶段： 连接建立、信息传送和连接拆除。电路交换的几种基本呼叫示意图电路交换技术的特点优点：1.面向连接，在通信前要通过呼叫在主叫和被叫用户之间建立一条物理连接。交换中心根据信令建立连接，连接一旦建立，不论通信的双方是否有信息传递，通信链路及有关的系统资源都一直被通信双方占用，不会出现拥塞。2.实时交换，时延和时延抖动都较小。因为在通信前先建立了连接，在通信过程中独占一个信道，所以这种交换方式的信息传送时延非常小，对一次接续而言，传输时延固定不变。3.交换处理简单，交换速度较高。因为交换机对用户数据不处理，不需要添加额外控制信息，即为“透明”传输，因此交换效率较高。

缺点：

1.线路利用率低。由于电路交换采用静态复用、预分配带宽并独享通信资源的方式，交换机根据用户的呼叫请求为用户分位置、恒定带宽的电路，通信双方独占固定资源，话路接通后，即使某一时刻无信息传输，也不能给其它用户使用，因此信道利用率很低。

2.传输速率单一。由于电路交换要求交换时隙具有周期性，所以规定信道速率只能取某些特定的值，如64kbit/s、2048kbit/s等，不能适应多种速率业务的接入要求，也不适于突发业务。

3.存在呼叫损失。在通信之前建立连接时，如果没有空闲的电路，呼叫就不能建立而遭受损失，因此交换机应配备足够的连接电路，使呼叫损失率(简称呼损率)不超过规定值。

4.无差错控制。在传送信息期间，网络不对用户信息进行误码校正等处理，没有任何差错控制措施，不利于可靠性要求高的数据业务。

综上所述，电路交换的要点是面向连接，在通信时需要先建立连接，在通信过程中独占一个信道。优点是实时性高，时延和时延抖动都较小；缺点是信道利用率低，且传输速率单一。电路交换主要适用于语音和视频这类实时性强的业务。多速率电路交换特点：适应多种业务需要，为不同业务提供不同带 宽，包括基本速率（如8kbit/s或64kbit/s）及 其整数倍。两种实现方法：

1、采用多个不同速率的交换网络

硬件较少，控制复杂2、采用一个统一的多速率交换网络

硬件较多，控制简单

缺点：基本速率较难确定、速率类型不能太多不适应突发业务、控制较复杂

快速电路交换特点：克服固定分配带宽的缺点，只在信息要传送时才分配带宽和有关资源。不为每个呼叫专门分配和保留所需带宽，提高了带宽利用率。时延大，控制复杂。分组交换（采用存储转发方式）报文交换：存储转发交换，不需要提供通信双方的物理连接，接收的报文暂时存储，根据目的地址在该路由上排队，等待有空闲电路时转发。有差错控制措施。分组交换：将用户信息分割为若干分组，每个分组按照选路信息分别转发。有差错控制，可靠性高，协议和控制复杂，时延大，用于非实时的数据业务。两种交换的区别：报文大，分组小，分组交换的时延小。

1．分组交换技术的产生

分组交换技术是伴随着计算机网络的发展而发展的。其概念最初是在1964年8月由保罗.巴伦（PaulBaran）在美国兰德（Rand）公司的“论分布式通信”的研究报告中提出来的。1965年英国国家物理实验室（NPL）的D.Davies构想了存储转发分组交换系统的原理，并与1967年公开发表了NPL关于分组交换的建议。随后D.Davies在NPL实现了具有单一分组交换节点的局域网。但直到1969年12月，美国国防部高级研究计划署（ARPA）资助的4结点分组交换网ARPANET投入运行，分组交换技术才真正第一次被应用到计算机网络中。自70年代中期以来,分组交换网开始在世界各国迅速普及。1975年，美国建立了世界上第一个开放的商用的分组交换网TELENET。1978年法国的公用分组交换网

TRANSPAC开放业务，随后欧洲其它国家也相继开放了公用分组交换网业务。在亚洲较早建立公用分组交换网是日本的DDX—P(1979年开放业务)，其后是新加坡、韩国、以及台湾、香港等国家和地区的分组交换网。80年代以后，几乎所有工业发达国家和部分发展中国家都已建立了自己国家的公用分组交换数据网络。这些网络已相互连接,形成了世界范围的公用分组交换数据网。与发达国家相比，我国的分组交换网络的研究与开发应用起步较晚，距世界先进水平还有一定的差距。1989年建成了我国第一个公用分组交换数据试验网(CNPAC)，到1993年9月建成了新的国家分组交换主干网(CHINAPAC)。CHINAPAC的组建，使我国分组交换技术的应用跨上一个新台阶。

2．资源分配(1)预分配资源技术：根据用户要求事先把线路的传输容量的一部分分配给他。例如时分复用和频分复用。(2)动态分配资源技术：根据用户实际需要分配线路资源。例如统计时分复用。

3．分组的形成(1)报文的分组和组合分组的用户数据数据部分的长度是有一定限制的。用户的数据报文的长度如果超过了分组的用户数据部分的最大长度，就必需将该报文分成多个分组。每个分组的长度通常为128个字节，也可以根据通信线路的质量将每个分组的用户数据部分定义为32、64、256或1024个字节。分组的形成如图所示。

分组的形成与格式

(2)分组头格式分组有两大类：数据分组和控制分组。数据分组是用来承载用户数据的分组，控制分组是保证和控制数据分组在网络中正确传输和交换的分组。可以通过分组头信息区分分组类型，每个分组的分组头可为三部分：通用格式识别符、逻辑信道号和逻辑信道组号、分组类型识别符。如图所示：分组头格式

①通用格式识别符由分组头第1个字节的8～5位组成，第8个比特称为限定比特，用来区分传输的分组是用户数据分组还是控制信息分组。第7比特称为传送确认比特，用来表明分组的确认是由本地完成，还是进行端到端的确认。5、6两个比特称为模式比特，用来表示分组的顺序号按模8方式工作还是模128方式工作。②逻辑信道号和逻辑信道组号逻辑信道号和逻辑信道组号共12比特，理论上可以同时支持4096个呼叫，但实际支持的逻辑信道数取决于接口的传输速率、与应用有关的信息流的大小和时间分布。逻辑信道号在分组头的第2字节中，当编号大于256时，用逻辑信道组号扩充，扩充后的编号可达4096。

③分组类型识别符占用8比特，用来区分各种不同的分组，共分4类：

(a)呼叫建立分组。用于在两个DTE之间建立交换虚电路。这类分组包括：呼叫请求分组、入呼叫分组、呼叫接受分组和呼叫连接分组。

(b)数据传输分组。用于在两个DTE之间实现数据传输。这类分组包括：数据分组、流量控制分组、中断分组和在线登记分组。

(c)恢复分组。用于实现分组层的差错恢复。这类分组包括：复位分组、再启动分组和诊断分组。

(d)呼叫释放分组。用于在两个DTE之间断开虚电路。这类分组包括;释放请求分组、释放指示分组和释放证实分组。

4．数据报和虚电路分组交换可以有两种工作方式：虚电路和数据报。(1)虚电路方式①概念虚电路方式是指通信终端在开始通信之前，必须通过网络在通信的源和目的终端之间建立连接。这种连接建立以后，用户发送的数据(以分组为单位)将通过该路径顺序经网络传送到达终点。当通信结束时，用户发出拆除链接的请求，网络清除连接。

②特点（a)面向连接的工作方式。虚电路方式的通信具有严格的三个过程，即连接建立(呼叫建立)、数据传输和连接拆除(呼叫清除)。因此说它是面向连接的，当然这个连接是一个逻辑的连接，即虚连接。面向连接的工作方式对于长报文(大数据量)传输效率较高。

(b)分组按序传送。分组在传送过程中不会出现失序现象，分组发送的顺序与接收的顺序一致。因而虚电路方式适于传送连续的数据流。

(c)分组头简单。由于在传送信息之前已建立好连接，所以数据分组的分组头较简单，不需要包含目的终端的地址，只需要包含能够识别虚连接的标志即可完成寻址功能。信息传输的效率较高。

(d)对故障敏感。在虚电路方式中，一旦出现故障或虚连接中断，则通信中断，这有可能丢失数据，所以这种方式对故障比较敏感。(2)数据报方式①概念数据报方式类似于报文传输方式，将每个分组作为一份报文来对待，信息传输之前无需建立连接，每个数据分组中都包含终点地址信息，分组交换机为每一个数据分组独立地寻找路径，属于同一份报文的不同分组可能沿着不同的路径到达终点，因而会出现分组失序现象，进而需要在网络终点重新排序。

②特点(a)无连接的工作方式。数据报方式在信息传输之前无需建立连接，这种无连接工作方式对于短报文(小数据量)的传输效率较高。(b)存在分组失序现象。由于每个数据分组都是独立选路，所以属于同一个通信的不同分组有可能会沿着不同的路径到达终点，先传送的分组后到，后发送的分组先到。(c)分组头复杂。数据报方式的分组头比虚电路方式的分组头复杂，它包含目的终端地址，每个分组交换节点需要依此进行选路。(d)对网络故障的适应能力较强。由于对每个数据分组是独立选路，所以当网络出现故障时，只要到目的终端还存在一条路由，通信就不会中断。

5432154345321534215433123453124522154112虚电路方式逻辑连接（a）传送分组前先建立逻辑连接

（b）分组沿相同路径传送（a）无需建立源到目的之间的连接，直接发送分组数据报方式（b）分组沿不同路径传送(c)发送分组与接收分组顺序不一样

5．分组交换的原理图5.1表示了分组交换的工作原理。图中有4个终端A、B、C和D，分别为非分组终端和分组终端。分组终端是指终端可以将数据信息分成若干个分组，并能执行分组通信协议，可以直接和分组网络相接进行通信，图中B和C是分组终端。非分组终端是指没有能力将数据信息分组的一般终端，为了能够允许这些终端利用分组交换网络进行通信，通常在分组交换机中设置分组装拆(PAD)模块完成用户报文信息和分组之间的转换，图中A、D是非分组终端。在图中存在两个通信过程分别是终端A和终端C，以及终端B和终端D之间的通信。

非分组终端A发出带有接收终端C地址标号的报文，分组交换机甲将此报文分成两个分组，存入存储器并进行路由选择，决定将分组1直接传送给分组交换机乙，将分组2通过分组交换机丙传输给分组交换机乙，路由选择完毕，同时相应路由有空闲，分组交换机将两个分组从存储器中取出送往相应的路由。在其他相应的交换机也进行同样的操作。如果接收终端接收的分组是经由不同的路径传输而来的，分组之间的顺序会被打乱，接收终端必须有能力将接收的分组重新排序，然后递交给相应的处理器。另外一个通信过程是在分组终端B和非分组终端D之间进行。分组传输过程与A-C间传输相似，在接收端局通过装拆设备将分组组装成报文传输给非分组终端。

分组交换的工作原理分组交换的工作原理5.1分组交换的工作原理

6．永久虚电路和交换虚电路分组交换网提供的虚电路交换方式有两种：一种是交换虚电路(SVC)，又称为虚呼叫，另一种是永久虚电路(PVC)。(1)交换虚电路交换虚电路是指虚电路只在通信过程中存在，在数据传送之前要建立逻辑连接，也叫做虚连接或虚电路，在数据传送结束后需要拆除虚连接。(2)永久虚电路永久虚电路方式是指在两个用户之间存在一条永久的虚连接(按用户预约，由网络运营管理者事先建好)，不论用户之间是否在通信，这条虚连接都是存在的。用户之间若要通信则直接进入数据传输阶段，如同专线，不用经历虚电路的建立和拆除阶段。

7．虚电路和逻辑信道(1)定义①逻辑信道：两端点之间建立数据分组传送连接的标志，即对某个通信分配的标识，主要用途是在交换传送过程中能正确识别分组所属和正确转交。②虚电路：源端到目的端所历经的各个逻辑信道的组合，一条虚电路可由多段逻辑信道组成。

(2)二者的区别表5.1虚电路和逻辑信道的区别虚电路

逻辑信道两个DTE之间端-端连接DTE与DCE之间的局部实体每个DTE可以使用不同逻辑信道一个逻辑信道只能分配一个虚电路虚电路只是在建立后才存在，而永久虚电路固定存在逻辑信道总是存在，或是被分配到虚电路上，或者“准备好”状态（空闲）帧交换随着数据业务的发展，需要更快速、可靠的数据通信，分组交换可支持中低速率的数据通信，但无法支持高速的数据通信，究其原因主要是由复杂的协议处理导致的。为满足高速数据通信的需要，人们提出了帧交换（FS:frameswitching）方式。帧交换简化了协议，其协议只有物理层和数据链路层，去掉了三层协议功能，从而加快了处理速度。由于在二层上传送的数据单元为帧，所以称其为帧交换。帧中继帧中继（FR:framerelay）与帧交换方式相比，期协议进一步简化，不仅没有三层协议功能，而且对二层协议也进行了简化。它只保留了二层数据链路层的核心功能，如真的定界、同步、传输差错检测等，没有流量控制、重发等功能，以达到为用户提供高吞吐量、低时延特性，并适合突发性的数据业务的目的。

1．帧中继的基本概念帧中继是在开放系统互连（OSI）参考模型第二层，即数据链路层上使用简化的方式传送和交换数据单元的一种方式。由于在数据链路层的数据单元一般称作帧，故称为帧中继。其重要特点之一是将X.25分组网中通过分组节点间的重发、流量控制来纠正差错和防止拥塞的处理过程进行简化，将网内的处理移到网外系统中来实现，从而简化了节点的处理过程，缩短了处理时间，这对有效利用高速数字传输信道十分关键。帧中继是一种快速分组技术，它采用动态分配传输带宽和可变长的帧的技术，它适用于处理突发性信息和可变长度帧的信息，是局域网互连的最佳选择。

2．帧中继的协议结构和帧格式(1)协议结构帧中继的协议是以OSI参考模型为基础的，仅包含两层参考模型，即物理层和数据链路层的核心功能，协议模型如图所示。

帧中继的协议模型

①帧中继的两个操作平面控制平面（C平面）用于建立和释放逻辑连接，传送并处理呼叫控制消息；控制平面（C平面）包括三层。第三层规范使用ITU-T的建议Q.931/Q.933定义了帧中继的信令过程，包括提供永久虚连接PVC业务的管理过程，交换虚连接SVC业务的呼叫建立和拆除过程。第二层的Q.921协议是一个完整的数据链路协议—D信道链路接入规程LAPD，它在平面中为Q.931/Q.933的控制信息提供可靠的传输。C平面协议仅在用户和网路之间操作。

b．用户平面（U平面）用于传送用户数据和管理信息。用户平面（U平面）使用了ITU-TQ.922协议，即帧方式链路接入规程LAPF。帧中继只用到了Q.922中的核心部分，称为DL-Core。②数据链路层核心部分的功能帧中继数据链路层核心功能用来支持帧中继承载业务，其主要功能如下：a.帧定界、同步和透明传输；b.用地址字段实现帧多路复用和解复用；c.对帧进行检测，确保0比特插入前/删除后的帧长是整数个字节；d.对帧进行检测，确保其长度不至于过长或过短；e.检测传输差错，将出错的帧舍弃（帧中继不进行重发）；f.拥塞控制。

(2)帧格式在帧中继接口（用户线接口和中继线接口），数据链路层传输的帧由4种字段组成：标志字段F，地址字段A，信息字段I和帧校验序列字段FCS。帧中继的帧结构如图5.11所示。可以看出，帧中继的帧格式和LAPB的格式类似，主要的区别是帧中继的帧格式中没有控制字节C。帧格式中各字段的含义如下：帧中继的帧结构

①标志字段F标志字段是一个01111110的比特序列，用于帧同步、定界（指示一个帧的开始和结束），帧结构中其余部分为比特填充区。②地址字段A地址字段一般为2个字节，也可扩展为3或4个字节，用于区分同一通路上的多个数据链路的连接，以实现帧的复用/解复用。如图5.12所示。地址字段包括字段扩展比特EA、命令响应指示比特C/R、帧可丢失比特DE、前向显示拥塞比特FECN、后向显示拥塞比特BECN、数据链路连接标示符DLCI和DLCI扩展/控制指示比特D/C共7个组成部分。

帧中继地址字段结构

③信息字段I信息字段I包含的是用户数据，可以是任意的比特序列，它的长度必须是整数个字节，LAPF信息字节的最大默契长度为260个字节，网络应能支持协商的信息字段的最大字节数至少为1598，用来支持例如LAN互联之类的应用，以尽量减少用户设备分段和重装用户数据的需要。④帧校验序列字段FCS帧校验序列字段能检测出任何位置上3bit以内的错误、所有奇数个错误、16bit之内的连续错误和数据量的突发性的错误。

3．帧中继交换原理帧中继起源于分组交换技术，它取消了分组交换技术中的数据报方式，而仅采用虚电路方式，向用户提供面向连接的数据链路层服务。类似于分组交换，帧中继也采用统计复用技术，但它是在链路层进行统计复用的，以“虚电路”(VC)机制为每一帧提供地址信息，每一条线路和每一个物理端口可容纳许多虚电路，用户之间通过虚电路进行连接。在每一帧的帧头中都包含虚电路号--数据链路连接标识符(DLCI)，这是每一帧的地址信息。帧中继中，由多段DLCI的级连构成端到端的虚连接（X.25中称为虚电路），可分为交换虚连接SVC和永久虚连接PVC。目前帧中继网只提供永久虚电路(PVC)业务，每一个节点机中都存在PVC转发表，当帧进入网络时，节点机通过DLCI值识别帧的去向。DLCI只具有本地意义，它并非指终点的地址，而只是识别用户与网络间以及网络与网络间的逻辑连接(虚电路段)。

帧中继的虚电路是由多段DLCI的逻辑连接链接而构成的端到端的逻辑链路。当用户数据信息被封装在帧中进入节点机后，首先识别帧头中的DLCI，然后再PVC转发表中找出对应的下段PVC的号码DLCI，从而将帧准确地送往下一节点机。在帧中继网中，一般都由路由器负责构成帧中继的帧格式。如图所示，路由器在帧内置DLCI值，将帧经过本地UNI接口送入帧中继交换机，交换机首先识别到帧头中的DLCI，然后在相应的转发表中找出对应的输出端口和输出的DLCI，从而将帧准确地送往下一个节点机。如此循环往复，直至送到远端UNI处的用户，途中的转发都是按照转发表进行的。在图5.13中，已建立了三条PVC：PVC1为路由器1到路由器2：33—40；PVC2为路由器1到路由器3：40—43—55—24；PVC3为路由器1到路由器4：10—20-30；

帧中继交换原理分组交换、帧交换、帧中继技术特点比较分组交换帧交换帧中继信息传送最小单位分组帧帧协议OSI1、2、3（x.25）OSI1、2OSI1、2（核心）信息与信令传送信道不分离分离分离交换类型ATM交换异步转移模式ATM(AsynchronousTransferMode)是国际电信联盟ITU(InternationalTelecommunicationsUnion)提出的作为B-ISDN的传送交换模式标准。在综合业务环境下，不同业务对网络的要求不同，例如语音业务要求端-端时延必须在允许的一定范围内(通常<50ms)，而数据业务则可以容忍一定的时延，且对时延变化不如语音那么敏感；语音业务的冗余量大，错几个比特，对语音质量不会有多大影响，但是数据业务则要求误码率极小。显然，单纯电路交换方式和分组交换方式都不能满足综合业务环境的使用要求。

ATM是在分组交换技术上发展起来的快速分组交换技术，它是以信元为基本单位的复用、交换、传输技术。“信元”是ATM所特有的分组，语音、数据、视像等所有的数字信息被分成长度一定的数据块。ATM的信元在传输线上不与固定时隙对应，其信息按信头中的标志来区分，即信道是动态占用的。

ATM交换的要点是虚连接和固定分组，优点是融合了电路交换高实时性和分组交换高效率，具有支持不同QoS等级的能力，并能提供流量控制和拥塞控制，可以广泛运用于现代通信网。一、ATM的基本概念1．ATM的定义ATM（AsynchronousTransferMode），即异步转移模式，被ITU-T定义为宽带综合业务数据网B-ISDN的信息传输模式。术语“转移”包括了传输和交换两个方面，所以转移模式是指信息在网络中传输和交换的方式。“异步”是指在接续和用户中带宽的分配方式。因此，ATM就是在用户接入、传输和交换级综合处理各种通信量的技术。

2．ATM的信元结构ATM信元的长度是固定的，而且信元的长度较小，只有53字节，分为信头和净荷两部分，信头为5个字节，净荷为48个字节。ATM信元的信头内容在用户-网络接口（UNI）和网络节点接口（NNI）中略有差别，如图7.1所示。(1)GFC：一般流量控制，4比特。仅用于UNI接口，用于控制ATM接续的业务流量，减少用户边出现的短期过载。只控制产生于用户终端方向的信息流量，而不控制网络方向的业务流量。(2)VPI：虚通道标识，其中NNI为12比特，UNI为8比特。(3)VCI：虚通路标识，16比特，标识虚通道内的虚通路，VCI与VPI的组合来标识一个虚连接。

(4)PTI：净荷类型指示，3比特，用来指示信元类型。(5)CLP：信元丢失优先级，1比特。用于信元丢失级别的区别，CLP为1，表示该信元为低优先级，为0则为高优先级，当传输超限时，首先丢弃的是低优先级信元。(6)HEC：信头差错控制，8比特，监测出有错误的信头，可以纠正信头中1比特的错误。HEC还被用于信元定界。

ATM信元的信头格式

3．虚信道与虚通路ATM技术中最重要的特点就是信元的复用、交换和传输过程，均在虚信道（VC）上进行。(1)虚信道（VC）与虚通路（VP）①VC虚信道是ATM网络链路端点之间的一种逻辑联系，是在两个或多个端点之间传送ATM信元的通信通路，由VCI标识，可用于用户到用户、用户到网络、网络到网络的信息转移。

②VP虚通路是在给定参考点上具有同一虚通道标识符的一组虚通路。虚通路在传输过程中，组合在一起构成虚通道，二者关系如图7.2所示。因此ATM网络中不同用户的信元是在不同的VP、VC中传送的，而不同的VP/VC则是利用各自的VP标识（VPI）和VC标识（VCI）进行区分。

图

传输通道、虚通道VP、虚通路VC的关系

(2)虚信道连接（VCC）与虚通路连接（VPC）虚信道连接（VCC） 虚通道连接（VPC） VC链路 VC链路 VC链路 VCIX VCIy

VCIZ VP链路 VP链路 VP链路 VPIX VPIy

VPIZ

VCC与VPC的关系

①VCCVCC端点之间的VC级端到端的连接，由多条VC链路串接而成，VCI（虚信道标识）用来识别一条VC。②VPCVPC端点之间的VP级端到端的连接，由多条VP链路串接而成，VPI（虚通道标识）用来识别一条VP。VCC端点是VCC的起点和终点，是ATM层及其上层交换信元净荷的地方，也就是信息产生的源点和被传送的目的点。VPC端点是VPC的起点和终点，是VCI产生，变换或终止的地方。注意：VCI值改变时，支持它的VPI一定相应地变化；而VPI值改变时，其中的VCI不一定变化。换句话说，VP可以单独交换，而VC交换必然和VP交换一起进行。

(3)VC交换与VP交换①VP交换交换机将一条VP上所有的VC链路上的ATM信元全部转送到另一条VP，交换过程中不改变VCI值。如图所示。VP交换

②VC交换交换机在不同的虚通道VP和虚通路VC质检进行ATM信元交换，所有VPI/VCI在交换后都改为新值。如图所示。VC交换

二、ATM交换的基本原理

ATM交换是指ATM信元从输入端的逻辑信道到输出端的逻辑信道的消息传递。输出信道的确定是根据连接建立信令的要求在众多的输出信道中进行选择来完成的。ATM逻辑信道具有两个特征：物理端口（线路）编号和VP与VC标识符。为了提供交换功能，输入物理端口必须与输出物理端口相关联；输入VPI/VCI与输出的VPI/VCI相关。

1．信元交换的过程ATM交换系统执行三种基本功能：信头翻译、路由选择和排队(1)信头翻译信头翻译主要是指VPI/VCI值的变换，即入VPI/VCI变换为出VPI/VCI。VPI/VCI的变换体现了信元交换的重要概念，意味着入线上某逻辑信道中的信息被传送到出线上的另一逻辑信道中去。为了实现信头变换，应建立翻译表。

(2)路由选择路由选择表示任一入线的信息可被交换到任一出线，具有空间交换的特征。信头变换加上选路功能，才能实现ATM交换结构的交换功能。这也就是说，在翻译表中从入线的VPI/VCI应能查到出线号码以及新的VPI/VCI值。这些是在连接建立阶段写入的。(3)排队由于是统计复用的异步时分交换，在连接建立后的传送信息阶段，经常会发生在同一时刻有多个信元争抢公用资源的情况，例如争抢出线或交换结构中的内部链路。因此，ATM交换系统需要有排队功能，以免在发生资源争抢时丢失信元。

2．举例说明

ATM交换的基本原理

通信前利用呼叫建立信令为每个呼叫分配逻辑信道，指定信头值为x、y、z等，以及用户所在链路号存入路由表，同时将输出链路和分配的信头值存入对应表项。通信中，每个信元头部完全抵达后，检查无误则依据链路号和信头值通过硬件检索路由表，获得输出链路及新的信头值，控制交换机构将信元转交对应链路排队，插入新信头值后传送给下一站。3．信元排队ATM交换结构的基本排队机制有内部排队、输入排队、输出排队和环回排队。如图所示。

基本排队方式

(1)内部排队在交换机构内部设置缓存器队列，效率很高，但对存储器速率要求也很高，且存储器管理复杂。(2)输出排队输出排队是在每条出线上设置缓冲器，效率较高，同样对存储器速率也有较高要求很高。(3)输入排队输入排队是在交换结构的每条入线上设置缓冲器，通常遵循FIFO排队规则。实现简单，会有信元延迟，交换机负荷能力较低。(4)环回排队综合改进结构，附加独立的环回队列缓存区，输出冲突的信元环回等下一信元周期再输出，吞吐率高，较低丢失率，但延时较大，交换结构复杂。IP交换随着Internet的飞速发展，IP技术得到广泛应用，ATM最为B-ISDN的核心技术具有很高带宽、快速交换和可靠服务质量保证的优点，因此将最先进的ATM交换技术和应用最普及的IP技术融合起来，成为宽带网络发展的方向。

1．IP交换中的流流是IP交换的基本概念，流是从ATM交换机输入端口输入的一系列有先后关系的IP包，它将由IP交换机控制器的路由软件处理。IP交换的核心是把输入的数据分为两种类型。(1)持续期长、业务量大的用户数据流，包括文件传输协议(FTP)、远程登陆(Telnet)、超文本传输协议（HTTP）数据、多媒体音频、视频等数据。这些用户数据流，是在ATM交换机硬件中直接交换(即快速通道)；可以在ATM交换机中交换时利用ATM交换机硬件的广播和组播能力。(2)持续期短、业务量小、呈突发分布的用户数据流，包括域名服务器(DNS)查询、简单邮件传输协议(SMTP)数据、简单网络管理协议(SNMP)查询等。这些用户数据流，可通过IP交换机控制器中的IP路由软件传输，采用逐跳(Hop-by-hop)和存储转发方法，省去了建立ATMVCC的开销。这种传输方式也称为慢速通信。

2．IP交换机的构成IP交换机是IP交换的核心。它由IP交换控制器和ATM交换机组成。如图所示。

IP交换机的结构

(1)IP交换控制器IP交换控制器是系统的控制处理器。交换控制器既实现传统路由器的IP选路和转发功能，也运行流分类识别、GSMP和IFMP协议。通过流分类识别软件判定数据流的特性，以决定是采用ATM交换方式，还是采用传统的IP传输方式。IP交换控制器通过GSMP协议对ATM交换机进行控制，从而实现连接管理、端口管理、统计管理、配置管理和事件管理等功能。当IP交换机之间进行通信时，采用IFMP协议，用以标记IP交换机之间的数据流，即传递分配标记信息和将标记与特定IP流相关联的信息，从而实现基于流的第二层交换。(2)ATM交换机ATM交换机硬件保持原状，去掉ATM高层信令和控制软件，用一个标准的IP路由软件来取代，同时支持GSMP协议，用于接受IP交换控制器的控制。

3．IP交换的工作原理IP交换机通过传统的IP方式和通过ATM交换机的直接交换方式来实现IP分组的传输。其工作过程可分为4个阶段，如图所示。

(1)默认操作与数据流的判别在系统开始运行时，输入端口输入的业务流是封装在信元中的传统IP数据包，该信元通过默认通道传送到IP