认识通信第5章

认识通信博士教授中国通信学会会士四川省通信学会理事成都理工大学陈金鹰2第四章回顾信道共享解决信号远程传输的效率和成本探讨奠定信道共享的理论基础载波调制信道复用的原理时隙分配信道复用的原理频谱搬移时间分割码分多址信道复用的原理蜂窝小区信道复用的原理正交编码空间分割内容简介3第5章无处不在的通信网5.1伸向世界角落的电话网5.2分组交换激发的互联网时代5.3骨干网中的数据交换4信息时代对通信的愿景任何时间地点可得电话服务互联全球的计算机通信无尽功能的手机服务导致如下问题的提出交换节点的程控化传输信息的数据化网络管理的软件化5昂贵的电话费当1877年电话机问世后，人们很快发现，如果n个人之间要进行相互通话，需架设的电话连线数S为：5.1.1斯特罗格对话务员的猜疑当有100个人想安装电话时，需架设4950条电话线路。5.1伸向世界角落的电话网

6为了节省电话线路的投资，人们想出了一个解决办法。那就是将所有电话用户的线路集中到一个地方的设备上，再找一个接线员专门负责联通两个用户之间各自的连线，从而大大减少电话线路的数量。1878年电话发明人贝尔和格雷设计出第一台人工电话交换机，埃玛.M.娜特成为世界上第一位女性话务员。人工电话交换机的诞生7话务员通知主叫通话并退出监听链路人工电话交换机的工作过程主叫用户摇动磁石电话机的摇柄发请求呼叫信号磁石交换机上该用户号牌倒下，话务员用塞绳一端插入主叫插座塞孔接听并询问被叫话务员将塞绳另一端插入被叫插座塞孔，通过振铃搬键向被叫发振铃信号被叫摘机应答话务员可以通话1879年开始使用电话号码来帮助记忆用户话机8人工交换机的问题话务员需要记住几百个号码对应的用户名多用户同时呼叫时话务员只能按优先顺序接续话务员监听通话可能导致通信泄密话务员手工接续慢大型交换局需要话务员多91892年用斯特罗格发明的接线器制成的步进制自动电话交换机投入使用，这是世界上第一个使用自动电话机的电话局。步进制电话交换机的问世步进制电话交换机用选择器来完成电话的通话接续过程。选择器有旋转型选择器和上升旋转型选择器两种步进制电话交换机工作原理10如当主叫电话用户拨叫25号用户时，弧刷随即上升两步到达第二层弧线上，然后再旋转5步，最终停在25号接点的位置，使主叫用户同25号被叫用户的电话接通。在较大的电话局中，为能让步进制交换机完成对众多用户间的电话接续，一般需将多个选择器组合起来形成若干级，以分担选择出线和选择用户号码的任务。如果用户数在100号以内，只需两位拨号。装设一个100线的上升旋转型选择器（选择器用在这种位置时叫做终接器），就可以完成100号电话中的某一用户呼叫其他用户。但是每个用户必须有一个专用的终接器。11如组成数千门单局制的交换局时，假设用户所拨被叫号码为2345，则第一位脉冲“2”由第一选组器吸收选到第二千号组，第二位脉冲“3”由第二选组器吸收选接到第三百号组，第三、四位脉冲“4”和“5”由终接器吸收，在该百号组内选十位4和个位5，从而到达被叫用户。如被叫用户空闲，则发送振铃信号呼叫被叫用户，当用户摘机并应答后，双方用户即可通话。电话号码0、1开头的是专用的，不能分配给用户个人使用。0作用长途识别号的起始拨号，1作为特殊服务用的号码，如112、113、114、116、119等，9也作特殊号或备用。12①经供电桥路向双方用户供给通话电源；②具备灵活的通话复原方式，具备主叫控制、被叫控制、双方互不控制三种复原方式；③具有单式计次、复式计次的通话计次功能；④具有专用的配合设备，可圆满地完成长途全自动、半自动的来话和去话接续；⑤经配合设备可与其它制式交换机在电话网中配合工作；⑥具有特种服务业务功能，可自动接通各类特种服务业务设备；⑦具有自动测试系统，可配合测量台，完成对用户设备的测试；⑧可接入各类制式的用户电话交换机；⑨可接入投币式电话机。步进制自动交换机还具有的配合功能和辅助功能13接续速度慢、机件易磨损、杂音大、号码编排不灵活、线群利用度小,不具备迂回中继功能，难以构成经济、安全、灵活的电话网,尤其难以构成规模较大的电话网，也不适应数据、传真等通信业务的需要。电路简单，每个选择器都有各自的话路部分和控制部分，发生故障时影响面小步进制电话交换机的优点步进制电话交换机的缺点141926年为了克服步进制电话交换机的不足，瑞典制造出第一台大容量纵横制电话交换机。1929年，瑞典松兹瓦尔市建成了世界上第一个大型纵横制电话局。纵横制电话交换机的问世纵横接线器由纵线（入线）和横线(出线)组成。平时，纵线同横线互相隔离，但在每个交叉点处有一组接点。根据需要使一组接点闭合，就能使某一纵线与某一横线接通。纵横制电话交换机工作原理1510条纵线和10条横线有100个交叉点，控制这100个交叉点处的接点组的闭合，最多能接通10个各自独立的通路。16纵横制交换机仍未跳出机械动作的思路,耗费贵金属较多、制造成本高、机房占地面积大。采取交换和控制两种功能分离的方式，大大简化通话接续部分的电路，控制接线部分可以公用。接线器采用贵金属推压式接点，比步进制可靠、杂音小、通话质量好。其机件不易磨损、寿命长、障碍少、维护简单、功能多、组网灵活方便、容易实现长途电话自动化等优点。纵横制电话交换机的优点纵横制电话交换机的缺点175.1.2程控交换使电话费成白菜价1965年美国贝尔公司研制出了由计算机控制的世界上第一部程控电话交换机。人们根据需要把事先编制好的程序存入计算机，设备就能自动完成电话的交换功能。18（1）程控交换机的硬件系统由进行通话的话路系统和控制系统及外围设备、维护管理系统构成。程控交换机由硬件系统和软件系统构成1、程控电话交换机的构成19连接两个电话交换局之间的用户电话通信线路，用以完成两个不同电话交换局之间的电话用户线的连接。中继线离开某交换局的线路出中继线进入某交换局的线路入中继线连接模拟电话的中继线模拟中继线连接数字电话的中继线数字中继线将出中继线集中进行管理的设备出中继器对入中继线集中进行管理的设备入中继线20根据用户拨号请求实现用户之间数字通路的接续话路部分的主要任务数字交换网络为参与交换的数字信号提供接续通路用户电路用于A/D和D/A电话信号的变换，为用户提供馈电、过压保护、振铃、二/四线转换等辅助功能中继电路具有码型变换、时钟提取、帧同步等功能扫描器收集用户摘机、挂机等动作的状态信息网络驱动器执行数字交换网络中通路的建立和释放信令设备产生拨号音、忙音、回铃音等控制信号21根据外部用户与内部维护管理的要求执行控制程序控制相应硬件实现交换及管理功能控制部分的主要任务中央处理器控制、管理、监测和维护交换系统的运行程序和数据存储器分别存储交换系统的控制程序和执行过程中用到的数据维护终端包括键盘、显示器、打印机等设备远端接口在分散控制方式下实现远程控制连接其它外围设备包括磁盘机、维护终端设备、测试设备、时钟、录音通知设备、监视告警设备等22（2）程控交换机的软件系统编译程序连接装配程序调试程序局和用户数据生成程序操作系统数据库业务控制信令处理操作维护管理支援软件运行软件两大类组成支援软件运行软件话单话务统计告警系统控制112测试软件系统23程控交换机的各类软件及功能24将任何来自输入端PCM复用线上的任一时隙交换到任何输出端PCM复用线上的任一时隙中去程控交换机完成电话路由交换的基本单元2、程控电话交换机的接线器空分接线器(S接线器)时分接线器(T接线器)接线器空分交换方式时分交换方式程控交换机的电路交换系统25（1）S接线器入线在空间位置上选择出线并建立连接的交换方式，由电子交叉矩阵和控制存储器组成，完成不同入线和不同出线之间的交换。按存储器配置方式不同输入控制方式输出控制方式按输入线配置按输出线配置26（2）T接线器通过时隙交换网络完成语音的时隙搬移。时分接线器由话音存储器和控制存储器组成，完成同一个入线上和出线上的时隙交换。按控制存储器对话音存储器控制方式不同输出控制方式输入控制方式顺序写入控制输出控制写入顺序输出27为了使数字交换网兼有空分交换和时隙交换的功能，扩大路由选择范围和交换机的容量，数字交换网常常由T接线器和S接线器的不同组合而成。组合形式有TST、STS、TSST、TSSST、SSTSS、TTT等。把输入端PCM0的TS205时隙的话音信号交换到输出端PCM15的TS35时隙中去28建立电路阶段传送语音拆除电路阶段3、程控电话交换机的呼叫建立过程用户摘机→送拨号音→收号→号码分析→接至被叫用户→振铃→被叫应答通话→话终挂机。（1）固定电话呼叫的建立过程利用电路交换进行电话通信必须经历除上述基本动作外，在接通主被叫通道和拆除通道期间，交换机还要对信道的接通使用时间进行计时，以便按通话时长进行话费计算。29①固定电话网的用户摘机并拨打移动用户的电话号码。②固定电话程控交换机分析用户所拨打的移动用户的号码，得知此用户是要接入移动用户网，然后将接续转接到移动网的关口移动交换中心（GMSC）。③关口移动交换中心分析用户所拨打的移动用户的号码,得到被呼用户所在的归属寄存器的地址，取得被呼用户的位置信息，得到被呼用户的所在地区，同时也得到与该用户建立话路的信息。④关口移动交换中心找到当前为被呼移动用户服务的移动交换中心。⑤由正在服务于被呼用户的移动交换中心得到呼叫的路由信息。正在服务于被呼用户的移动交换中心产生一个手机漫游号码（MSRN），给出呼叫路由信息。⑥移动交换中心与被呼叫的用户所在基站连接，完成呼叫。（2）固定电话呼叫移动手机的工作过程30移动用户拨被呼用户的号码，通过随机接入信道（RACH）向系统发送接入请求消息。移动交换中心分配给主叫一个专用信道，查看主呼用户的类别并标记此主叫用户示忙，若系统允许该主呼用户接入网络，则移动交换中心发证实接入请求消息。如果被呼叫用户是固定用户，则系统直接将被呼用户号码送入固定电话网（PSTN），固定电话网交换机将根据被叫号码将通道线路连接至目的地。移动交换中心再与固定电话网相连，之后就按平时的电话接续相同的方式由固定电话网接到被呼叫的用户端。如果被呼号是同一移动网中的另一个移动台，则移动交换中心以类似从固定网发起呼叫的处理方式，进行归属寄存器的请求过程，转接被呼用户的移动交换机，一旦接通被呼用户的链路准备好，网络便向主叫用户发出呼叫建立证实信号，并给主叫分配专用业务信道(TCH)。主叫用户等候被叫用户响应证实信号，从而完成移动用户主叫呼叫过程。（3）移动手机发起呼的工作过程315.1.3电话号码背后的秘密用户电话号码是一种不可再生的资源，一旦被某人占用，其他人就不能再用了。对电话号码的管理旨在确定电话号码资源的分配和使用规则。1、固定电话号码的分配规则等位制电话号码所有的区号根据国际电信联盟（ITU）的E.123和E.164标准所分配国内各地电话号码的长度均相同(如美国)不等位制电话号码国内各地电话号码的长度不相同（如我国）32ITU-T-E.164标准固定电话号码的组织结构为国际冠码+国际电话区号+国内电话区号+开放电话号码国际冠码+国际电话区号+封闭电话号码00按E.164分给各国的代码本国分配给各地区的代码地区分配各用户的代码00按E.164分给各国的代码本国分配给各地区用户的代码等位制电话号码不等位制电话号码33国际或国内接入号（冠码）国家区号按E.164分给各国的代码拨打国际电话国内非本地电话国际或国内接入号+国家区号+地区号+本地号码000中国为086美国为01地区号国家分配给各地区的成都为28深圳为755本地号码某一用户的本地号码84071111我国采用开放拨号系统，地区号码和用户电话号码长度采用不等位制，国内电话号码总长度为11位34国际接入号（冠码）中国国际长途电话区号成都地区长途区号成都电信公司第四分公司编号用户电话号码例如：如果从国外拨打成都理工大学校内用户的电话，其拨号为“0086288407xxxx”0086284xxxx8成都理工大学校内交换机编号07中国电信成都电信公司编号根据用户电话号码大致确定用户位置352、移动电话号码的分配规则移动用户的手机号码被称为MSISDNMSISDN＝CC＋NDC＋SN电信我国手机号码＝网络识别码＋国内目的地码＋用户号码4位4位3位11位市区镇133、149、153、173、177、180、181、189、199130、131、132、145、155、156、166、171、175、176、185、186134(0-8)、135、136、137、138、139、147、150、151、152、157、158、159、172、178、182、183、184、187、188、198移动联通虚拟运营商170、1717位国内目的地码365.1.4从骨干网到本地网的分级一个电话交换机可直接连接的用户数量总会是有限的，要解决更多用户的电话连接就需多个交换机。交换网是用中继线将各交换机互联使不同交换间的用户能通电话的网络。这样一来，电话网就形成了县区级、地市级、省级、国家级、全球级的分层网络电话交换网371、电话网的概念一种面向连接的、点对点的、可以进行交互式话音通信、开放电话业务的通信网。固定电话网移动电话网特点铁道、电力、航空、军队、公安等的内部用的电话网电话网（PSTN）公共交换电话网传递电话信息的通信网专用电话网382、本地电话网的概念完成电话汇接的交换局本地电话网(LTN)在一个统一号码长度的编号区内，由端局、汇接局、局间中继线、长市中继线，以及用户线、电话机组成的电话网。汇接局接收外地电话的电话局来话局去往外地电话的电话局去话局电信网上采用的汇接方式393、接入网的概念长度一般为几百米到几公里，故称为“最后一公里”接入网骨干传输网络到用户终端之间的所有设备普通电话铜线接入、光纤接入、有线电视电缆中的光纤同轴电缆混合接入、无线接入和以太网接入等方式。接入方式40电话网电视网互联网接入业务所提供的各种业务接入网的管理由电信管理网络(TMN)负责，以便统一协调管理不同的网元。要完成接入网各功能块的管理，及附加完成用户线的测试和故障定位。41光配线网(ODN)中不含有任何电子器件及供电电源，全部由光纤和光分路器等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。无源光纤网络（PON）接入技术无源光纤网络PON光网络单元使用了放大器、供电电源，使信号不能双向传输。有源光网络光网络42在无源光网络中采用以太网技术，支持1.25Gbps对称速率。EPON技术在无源光网络中采用ATM技术，最高速率为622Mbps。APON技术PON采用ITU-T定义的通用成帧规程（GFP）对Ethernet、TDM、ATM等多种业务进行封装映射，提供1.25Gbs和2.5Gbs下行速率和所有标准的上行速率。GPON技术434、国内长途电话网的概念长途电话网一种能提供不同编号区域的城市之间或省际之间用户的长途电话业务和接入国际长途电话业务的电话网一般与本地电话网在固定的几个交换中心完成汇接。在各城市都设一个或多个长途电话交换中心，各长途交换中心间由各级长途传输设施连接起来特点用以实现传输终端设备与交换设备、两交换局之间的传输线路。如架空明线、电缆、光缆、载波或数字传输系统以及无线传输设备、数字微波或卫星通信设备等。传输设施44我国四级网长途电话网的概念大区交换中心C1北京10、沈阳24、南京25、武汉27、成都28、西安29辅助中心广州20、上海21、天津22、重庆23大区交换中心和辅助中心长途电话区号只用2位45地级市长途交换中心C3长途区号由3位数字构成省级长途交换中心C2区县级长途交换中心C4长途区号由4位构成基干路由跨省长途电话接续路由选择先选用户话机本地区县级交换机路由地市级交换机的路由省级交换机的路由大区交换中心的路由465、国际长途电话网的概念国际长途电话网将世界各国的电话网相互连接起来进行国际间通话的电话网每个国家都需设一个或几个国际电话局进行国际去话和来话的连接我国的国际局北京、上海、广州国际局国际中心局CT1国际汇接局CT2国际出入局CT3国际长途通话由发话国的国内网、发话国的国际局、国际电路和受话国的国际局、受话国的国内电话网等组成475.1.5软交换对传统交换模式的终结电话网通信网数据网CATV网移动网都是针对某类特定业务设计特点问题传统的基于电路交换的网络体系结构中，业务与交换、控制与交换结构互不分离，缺乏开放性和灵活性，制约了向其他类型业务的扩展。481990s年朗讯的贝尔实验室提出软交换概念软交换概念软交换是基于分组网利用程控软件提供呼叫控制功能和媒体处理相分离的设备和系统软交换论坛的定义软交换的基本含义是将呼叫控制功能从媒体网关（传输层）中分离出来，通过软件实现基本呼叫控制功能，从而实现呼叫传输与呼叫控制的分离，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面。49提供连接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和呼叫详细记录等功能将网络资源、网络能力封装起来，通过标准开放的业务接口和业务应用层相连，可快速提供新的业务软交换的功能软交换的实现目标是在媒体设备和媒体网关的配合下，通过计算机软件编程的方式来实现对各种媒体流进行协议转换，并基于分组网络的架构实现IP网、ATM网、PSTN网等的互连，以提供和电路交换机具有相同功能并便于业务增值和灵活伸缩的设备。50①业务平面②控制平面软交换的结构③交换平面④接入平面软交换是实现传统程控交换机的呼叫控制功能的实体，但传统的呼叫控制功能是和业务结合在一起的，不同的业务所需要的呼叫控制功能不同，而软交换是与业务无关的，软交换提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制。515.1.6殊途同归的网络电话软交换技术使电话网与互联网融合，使互联网能像传输数据业务一样传输话音数据，导致了网络电话的普及。1、网络电话的VoIP实现方法网络电话VoIP将模拟声音信号经压缩与封包后，以数据封包的形式在互联网网络环境下进行语音信号的传输。52VoIP的传输过程(1)语音到数据的转换模拟语音信号量化为8、16位的数据包，以60、120、240ms为1帧(2)数据转换为IP数据包将语音码片以15ms为1帧，把各60ms的数据包分成4帧，按顺序编码(3)传送IP网络通道中的各节点根据每个IP数据的寻址信息，把该数据报逐站转发到目的地53(4)将IP包还原为语音数据目的地VoIP设备接收IP数据包，解压缩后还原为成帧的语音包(5)转换数字为模拟语音播放驱动器将缓冲器中的120×4=480个语音样点取出送入声卡，通过扬声器播出①延时400毫秒的基本原则IP电话系统遵循的基本原则②99.9999%可靠电信原则③多媒体应用发展原则④网络的开放原则⑤后方管理的保障原则54VoIP的种类PC到PCPC到电话电话到电话支持VoIP功能的协议栈软件电话硬件电话H.323SIPMEGACOMGCP定义在互联网上进行多媒体通信的协议及其规程用于多媒体会议、远程教学及互联网电话领域的会话初始化协议说明用于转换电路交换语音到基于分组数据包的通信流量的媒体网关，规定这种流量的服务逻辑的媒介网关控制器之间的联系将网关功能分解成负责媒体流处理的媒体网关及掌控呼叫建立与控制的媒体网关控制器552.网络电话的VoLTE实现方法网络电话VoLTE建立在第四代移动通信（LTE）中的多媒体子系统IMS基础上的语音提供方案电路交换CS是先建立一条专用电话通道，整个通信过程一直占用这个通道。分组交换PS把数据分割为数据包进行传输,在通信过程中并不会一直占用通道。1G时代2G/3G时代4G/5G时代IMS网络接收区分处理语音、信令数据包，并管理语音的信令包和媒体包。56IMS的网络构架查询呼叫会话控制功能（ICSCF）代理呼叫会话控制功能（PCSCF）服务呼叫会话控制功能（SCSCF）媒体网关控制功能（MGCF）即时通信媒体网关（IM-MGW）电话业务触发（AS）57VoLTE的基本电话接续流程②附着成功后从PGW得到IP地址并建立到IMS网络的信令承载①VoLTE终端手机接入LTE网络，进行LEE附着③VoLTE终端通过IMS信令承载注册到IMS网络④VoLTE终端通过客户端发起向另一VoLTE终端的高清语音或视频呼叫⑤IMS网络对被叫进行寻址呼叫，被叫振铃⑥被叫摘机，呼叫成功，双方进行通话583.网络电话的VoWiFi实现方法网络电话VoWiFi用户使用具有VoWiFi能力的智能终端，在WiFi环境下能够通过传统的拨号方式进行语音和视频通话的技术59把WiFi作为接入网接入IMS实现VoWiFi特点VoLTE和VoWiFi并存的4G网络结构通过运营商自己的WiFi经可信无线本地局域网WLAN接入网关（TWAG）接入的叫可信任WiFi通过家里或公共WiFi经演进型分组数据网关（ePDG）接入的叫不可信任WiFiTWAG、ePDG最后都接入IMS域60VoWiFi实现过程VoWiFi只是将WiFi作为接入网，最终接入IMS，它是运营商可以控制和管理的IP语音服务。当建立不可信任或可信任WiFi网络连接时，验证、授权和记账(AAA)服务器会选择一个已经在归属位置寄存器(HLR)/HSS登记的接入点APN。PDN-GW（PGW）会从这个APN的地址池里为WiFi终端动态分配一个IP地址。这个终端设备的IP地址被VoWiFiSIP用户代理(UA)用于注册IMS网络的联系信息。与续工作与VoLTE接入相似。VoWiFi和VoIP的区别615.1.7IM田地里长出来的QQ微信1996年4个以色列青年开发出取名ICQ来的即时通信软件，并成立Mirabilis公司。年Mirabilis首席执行官ArikVardi27岁、总裁SefiVigiser26岁、首席技术官YairGoldfinger26岁、另外一个伙伴AmnonAmir24岁。1998年当ICQ注册用户数达到1200万时，被AOL看中，以2.87亿美元的天价买走。2008年ICQ有1亿多用户，主要市场在美洲和欧洲，已成为世界上最大的即时通信系统。621998年

腾讯成立于广东省深圳市。成立后即推出了“无线互联网解决方案”，1999年2月，正式推出腾讯第一个即时通信软件---腾讯即时通信（TencentInstantMessenger,简称TIM或腾讯QQ）。他们投标给广东电信，后来又送到其他好几个地方，却都没被看上。于是将其放到了自己的网站上，作为给用户的一项免费服务。这就是OICQ的雏形。一天，他们发现这套系统有100个人同时在线的时候，又惊又喜。用户数量的增加，公司需要为这套系统投入的也越来越多了，竟占到了公司成本的一半，却不能带来分毫利润。63腾讯董事长兼CEO马化腾让中北寻呼集团老总把腾讯买下来也未获成功。28岁的马化腾找到银行想用注册用户数量申请抵押贷款也失败。后来IDG和香港盈科数码接过了腾讯改了6个版本的商业计划书，各投入了110万美元，条件是腾讯在年底注册用户数达到400万。ICQ很后悔，把诺大的中国市场拱手相让。于是，ICQ状告OICQ侵权。为避其锋芒，腾讯将OICQ改成了QQ。腾讯的开始是在OICQ上做广告赚钱。后来找到中国移动，把OICQ系统放进移动公司的机房，腾讯交主机托管费。中国移动梦网业务收入的近一半被移动QQ独占，移动和联通为腾讯代收的信息费成了腾讯最主要的收入来源。64即时通信IM能够即时发送和接收互联网消息等的业务，是一种使人们能在网上识别在线用户并与他们实时交换消息的技术65主要采用协议目前的IM系统，如AOLIM、YahooIM和MSNIM，使用了不同的技术，而且它们互不兼容，没有即时通信的统一标准。IETF的对话初始协议（SIP）即时通信对话初始协议和表示扩展协议（SIMPLE）基于XML且开放的可扩展通信和表示协议（XMPP）Jabber协议网际转发聊天协议（IRCP）应用交换协议（APEX）显示和即时通信协议（PRIM）66SIMPLE协议为对话初始协议SIP指定了一整套的架构和扩展方面的规范，而SIP是一种网际电话协议，可用于支持IM的消息表示。XMPP用于流式传输准实时通信、表示和请求/响应服务等的XML元素，是基于XML且开放的可扩展通信和表示协议。Jabber是一种开放的、基于XML的协议，用于即时通信消息的传输与表示。Jabber支持用户使用其它协议访问网络，如AIM和ICQ、MSNMessenger和WindowsMessenger、SMS或E-mail。IRCP支持两个客户计算机之间、一对多（全部）客户计算机和服务器对服务器之间的通信。该协议为大多数网际即时通信和聊天系统提供了技术基础。67即时通信是一种基于互联网的通信技术，涉及到IP/TCP/UDP/Sockets、P2P、C/S、多媒体音视频编解码/传送、WebService等多种技术手段。无论即时通信系统的功能如何复杂，它们大都基于相同的技术原理，主要包括客户/服务器(C/S)通信模式和对等通信(P2P)模式。68用户A希望和用户B通信，必须先与IM服务器建立连接，从IM服务器获取到用户B的IP地址和端口号，然后A向B发送通信信息。IM通信过程B收到A发送的信息后，可以按照A的IP和端口直接与其建立TCP连接，与A进行通信。此后的通信过程中，A与B之间的通信则不再依赖IM服务器，而采用一种对等通信(P2P)方式。由此可见，即时通信系统结合了C/S模式与P2P模式，首先客户端与服务器之间采用C/S模式进行注册、登录、获取通信成员列表等，随后客户端之间可采用P2P通信模式交互信息。69互联网时代，人们学习、工作、生活处处依赖互联网，用新聊天机器人模型ChatGPT代考、写论文、编代码。5.2分组交换激发的互联网时代互联网络是海量科学家和工程师的贡献结晶，正是他们的共同努力探索，逐渐形成了今天的互联网手机使所有行业的男女老少统一成了低头族没有互联网就没有微信、QQ、ChatGPT70美国创建了国防部高级研究规划署简称阿帕(ARPA)，其核心机构之一是主要进行电脑图形、网络通信、超级计算机等研究的信息处理处。5.2.1谁是互联网之父1958年利克里德教授加入到了国防部高级研究规划署担任主任，全面主持网络研究室的工作。提出建立一个通信网络，把工作人员和机器联系起来。赞助几乎整个美国计算机科学领域研究经费的70%。1962年71泰勒第一个萌发了新型计算机网络试验的设想，完成了阿帕网（ARPAnet）的立项工作。阿帕网目的是建立一种网络，实现无论地处何方、无论是坦克装甲车还是飞机轮船航母，或使用不同操作系统的计算机，都可以共用该网络中的资源。罗伯茨正式进入阿帕，提出阿帕网的构想，即《多电脑网络与电脑间通信》、《资源共享的电脑网络》的报告。1967年第一个互联网之父阿帕网之父72阿帕网开始投入运行，运行后发现各个阿帕网的接口信息处理机IMP连接时，需要考虑用各种电脑都认可的信号来打开通信管道，数据通过后还要关闭通道。否则这些IMP不会知道什么时候应该接收信号或该结束接收。这是因为当时还缺少一种协调动作的通信协议。1969年加州大学洛杉矶分校克莱因罗克的一名研究生通过计算机，向位于几百英里外的斯坦福研究所的计算机发送了一条信息“LO”，这名学生原本打算发送“LOGIN”（登录），这是通过计算机网络第一次实现了数据传输。第二个互联网之父7311月，阿帕网通过租用电话线路将美国不同地区的4所大学的主机连成一个网络。通过这个网络来进行分组交换设备、网络通信协议、网络通信与系统操作软件等方面的研究。这4个节点就是最初的阿帕网的原型。1969年74罗伯特.卡恩开发，温顿.瑟夫参与制定出了阿帕网最初的通信协议，即网络控制协议（NCP）。1970年雷.汤姆林森编写了一个小程序，可把程序的文件转移协议与另外一个程序的发信和收信能力结合起来，从而使一封信能够从一台主机发送达到另外一台，第一封电子邮件就此诞生。1971年电子邮件之父卡恩请瑟夫一起开发出了在开放系统下的所有网民和网管人员都在使用的传输控制协议（TCP）和互联网协议（IP）。1973年75经过改进的TCP/IP协议将TCP用来检测网络传输中差错，IP专门负责对不同网络进行互联，从此TCP/IP协议诞生。1977年阿帕网宣布将过去的网络控制协议(NCP)向新的传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)过渡。意味着从当初内部试验的阿帕网向更加开放的互联网的转型。1983年TCP/IP协议作为互联网（Internet）上所有电脑主机之间的共同协议，从此被作为一种必须遵守的规则被肯定和应用。同年，保罗.莫卡派乔斯发明域名系统(DNS)体系结构。761986年，美国国家科学基金会(NSF)利用阿帕网发展出来的TCP/IP通信协议，在全美国建立了6个超级计算机中心，资助了一个直接连接这些中心的主干网络，即国家科学基金网（NSFnet），并且允许研究人员对互联网进行访问，以使他们能够共享研究成果并查找信息。1986年771986年，美国国家科学基金会(NSF)利用阿帕网发展出来的TCP/IP通信协议，在全美国建立了6个超级计算机中心，资助了一个直接连接这些中心的主干网络，即国家科学基金网（NSFnet），并且允许研究人员对互联网进行访问，以使他们能够共享研究成果并查找信息。1986年阿帕网系统被关闭，国家科学基金网NFSnet于1990年6月彻底取代了阿帕网ARPAnet而成为互联网的主干网。1989年78博纳斯.李完成了将一台计算机上的文档通过超文本链接到互联网上，让身处世界各地的人能够轻松共享该文档。1991年夏天，他开发出了世界上第一个网页浏览器。能够进入寻常百姓家而不是只有专家才用的互联网从此诞生。1989年1995年，微软发布了自己的浏览器IE。1995年第三个互联网之父世界公认的互联网之父泰勒罗伯茨伯纳斯.李瑟夫卡恩克莱因罗克恩戈巴特79在通信双方之间建立一条固定的专用于语音传输的路径的交换5.2.2文件传输的数据路由交换电话交换一旦这样的路径被建立，在整个通话过程中这条通道将始终被独占，因而连接可靠、保密性强、实时性好，这种通信方式常被称为面向连接的通信方式。完成特点数字通信和计算机通信网络中要求传输文件数据。数据传输的特点是具有突发性，数据长度不同。如果为了传输只有几个字节的数据，也要建立一条专用信道，则对通信系统资源来说显得太浪费。80由唐纳德.戴维斯和保罗.巴兰发明了分组交换，提出了包交换的概念。1960s年克兰罗克博士发表了分组交换技术的论文，后来成了互联网的标准通信方式。1961年把用户文件分割成许多小段，然后再将这些小段加上一些称为包头的路由控制字节后，封装成一组组称为数据包的分组数据。每个待传输的数据包的包头中含有用来标识目该数据包要去的目的地址,然后将目的地相同的其他用户的数据包合在一起发送。分组交换完成81在多个数据终端设备（DTE）之间，为任意两个终端设备之间建立数据通信的临时通路。数据交换完成电路交换报文交换分组交换信元交换数据交换82在数据传输前，先象电话交换一样建立起收发两端之间点对点的通信链路，只是在链路上传输的不是电话而是数据。电路交换1、电路交换通信完毕，由通信双方的一方，向自己所属的交换机发出拆除线路的要求，交换机收到此信号后将此线路拆除，以供别的用户呼叫使用。电路交换链路建立与拆除过程83①呼叫建立时间长，并且存在呼损；②对传送信息没有差错控制；③除信令外，对通信信息不做任何处理，用户数据原封不动地传送；④线路利用率低，通信用户间必须建立专用的物理连接通路；⑤实时性较好；⑥适用于实时、大批量、连续的数据传输，如传真机传输数据或图文。电路交换的特点84发信端用户首先把要发送的数据编成报文，然后把一个目的地址附加在报文上，发往本地交换中心，在那里把这些报文完整地存储起来，再根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，一直逐个节点地转送到目的节点。报文交换2、报文交换报文中有目的地址和源地址。交换节点分析目的地址和选择路由，并让报文在该路由上排队。当本地交换机的输出口有空时，就将排队的报文转发到下一个交换机或交换节点，最后由收信端的交换机将电文传递到用户。报文交换存储转发过程85①传输可靠性高，可用差错校验和重发技术；②线路利用率高，可把多条低速电路集中后用高速电路传输，使多个用户共享一个信道；③使用灵活，可进行代码和速率变换等预处理，在类型、速率、协议不同终端间传输数据。④无电路的接续过程，一条电路可分配给不同用户使用，可多路复用，提高链路的利用率；⑤不需要、发两端同时处于激活状态，传送时延较长且变化大，不利于交互型实时业务；⑥对设备要求较高，交换机必须具有大容量存储、高速处理和分析报文的能力；⑦适合于电报和电子函件业务，目前这种技术仍用在如电子信箱等领域。报文交换的特点86把报文划分为一定长度的分组，以分组为单位进行存储转发的数据交换方式。不但具备报文交换方式提高电路利用率的优点，还克服了传输时延大的缺点。分组交换3、分组交换每个分组独立寻找路由，分组内包括带有目的主机地址分组头，可供选路的信息和其他控制信息。分组交换节点对所收到的各个分组分别处理，按其中的选路信息选择去向。每个分组在交换网内的传输路径可以不同，收到的分组顺序可能和发送顺序不同。采用存储转发技术，并进行差错检验、重发、返馈响应等操作，最后把接收的全部分组按顺序重新组合成原发端的数据。数据报传输过程87①信息的传输时延较小，且变化不大，能较好满足交互型通信的实时性要求。某分组发送给一个节点后，就可发送下一个分组；②经济性好，易于实现链路的统计时分多路复用，提高链路的利用率；③每个节点所需要的缓存器容量减小，有利于提高节点存储资源的利用率；④可靠性高，传输有差错时，只要重发一个或若干个分组，不必重发整个报文。⑤每个分组要附加一些控制信息，会使传输效率降低，尤其是当报文较长时更是如此；⑥实现技术复杂，交换机要分析处理各种类型的分组，要求交换机具有较强处理功能。分组交换的特点88（1）虚电路交换指两个用户的终端设备在开始互相发送和接收数据之前需要通过通信网建立逻辑上的路径，发送数据时，所有的分组都沿着这条虚电路按顺序传送。分组交换可提供服务方式虚电路交换数据报交换交换型虚电路（SVC）永久型虚电路(PVC)实体电路一旦建立就始终占用此电路，而不管是否传输数据。虚电路仅在传输数据时才占用实体电路，数据接收和发送顺序是相同的。89（2）数据报交换要求每个数据分组均带有发信端和收信端的全网络地址，节点交换机对每一分组确定传输路径，同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通信子网，这样同一报文的不同分组到达目的节点时分组的接收顺序和发送顺序可能不同，可能出现乱序、重复或丢失的现象，因此，在到达接收站之后还需对数据报进行排序重组，才能恢复成原来的报文。数据报文传输延迟较大，较适合于突发性通信、传输只包含单个分组的短电文，如状态信息、控制信息等，不适合长报文和会话式通信。90因特网（Internet）广域网（WAN）局域网（LAN）5.2.3数据在互联网上怎样传输按计算机网络连接的区域和范围分计算机网络分类以太网（Ethernet）异步传输模式网（ATM）光纤分布式数据接口网（FDDIN）按照传输技术来分我们日常登陆互联网用的是电信运营商、公司、机构、用户连接起来的网络的总称，采用的技术主要是ICP/IP技术，所有设备包括电脑上的接口（网卡）、WiFi接口、交换机、路由器、网线等都是互联网的组成部分。91因特网协议是含众多协议的协议簇因特网协议因TCP和IP协议最具代表性，故因特网协议常被简称为TCP/IP协议。SLIP协议PPP协议IP协议ICMP协议ARP协议TCP协议UDP协议FTP协议DNS协议SMTP协议复杂的IP协议簇92互联网根据用户应用软件和硬件实体的功能不同，对完成不同功能的模块进行分层管理。1、因特网的分层管理93协议标准完全开放，可以供用户免费使用，且独立于特定的计算机硬件与操作系统TCP/IP协议的特点网络地址统一分配，网络中每一设备和终端都具有一个唯一地址独立于网络硬件系统，可运行在广域网，更适合互联网高层协议标准化，可提供多种可靠网络服务94因特网络通信的过程源主机发数据封装应用程序成报文给报文添加控制头应用层传输层给数据报加头有端口号的应用程序网络层有主机号网络号数据组装IP数据报成帧数据离开源主机数据以比特流的形式在通信线路上传输物理层链路层接收端按网络地址、主机地址、端口地址接收数据95数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧，并以比特流的形式传给网络硬件（物理层），数据就离开源主机。传输层将收到的数据单元加上本层的控制信息，形成报文段、数据报，再交给网络层。当源主机发出数据时，数据在源主机中从上层向下层传送。源主机中的应用进程先将数据交给应用层，应用层加上必要的控制信息就成了报文流，向下传给传输层。网络层加上本层的控制信息，形成IP数据报，传给数据链路层。96接入网络的设备上的网卡的物理地址（MAC地址）是数据包在该计算机的发送和接收地址。数据包经广播发给该局域网或子网内所有主机，每台主机接收并读取数据包首部里的目标MAC地址，如和自己相同就做下一步处理，否则丢弃。（1）链路层的功能定义主机的身份，即MAC地址。数据链路层对电信号进行分组并形成具有特定意义的数据帧。97（2）网络层的功能网络层中的网际控制报文协议(ICMP)是用来报告网络上的某些出错信息。定义网络IP地址、区分网段、子网内MAC寻址、对不同子网数据包进行路由，实现终端节点间的点对点通信。ARP是在32位IP地址和48位局域网地址之间执行翻译的协议。32位IP地址前面部分代表网络地址，后面为该主机在局域网中的地址。具有相同网络地址和不同主机地址的计算机所构成的网络称子网，子网的网络地址一定相同。IP包的格式98（3）传输层的功能定义端口，标识应用程序身份，实现端口到端口的通信，TCP协议可以保证数据传输的可靠性。数据包从一个主机的某个应用程序发出，由对方主机的应用程序接收。而每台电脑运行着很多应用程序，故主机无法确定哪个应用程序接收这个数据包传输层引入UDP协议来给每个应用程序标识身份。用UDP协议为每个应用程序指定唯一的端口号，并且规定网络中传输的数据包必须加上端口信息，当数据包到达主机以后，就可以根据端口号找到对应的应用程序了。99TCP报文的数据格式UDP协议比较简单，但它没有确认机制，数据包一旦发出，无法知道对方是否收到，故可靠性较差。传输控制协议TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的通信协议。TCP是有确认机制的UDP协议，每发出一个数据包都要求确认，如果有一个数据包丢失，就收不到确认，发送方就必须重发这个数据包。100（4）应用层的功能定义数据格式并按照对应的格式解读数据基于TCP协议的有文件传输协议FTP，超文本传输协议HTTP；基于UDP的协议有简化的FTP协议、网络管理协议SNMP、域名服务DNS、网络文件共享NFS和SAMBA等。有了这些规范以后，当对方接收到请求以后就知道该用什么格式来解析，然后对请求进行处理，并按照请求方要求的格式将数据返回，请求端接收到响应后，就按照规定的格式进行解读。101包2、因特网数据的处理流程每分层都对所发数据附加首部因特网各层的数据一种通用性术语数据链路层中包的单位IP和UDP等网络层以上分层中包的单位应用协议中数据的单位TCP数据流中的信息消息段数据包帧包首部为协议提供信息上一层的包是下层的数据102协议所要用到的首部首部的结构由协议的具体规范详细定义网络中传输的数据上一层传过来的数据数据包的首部明确标明了协议应该如何读取数据看到首部就能够了解该协议必要的信息以及所要处理的数据103①应用程序处理由应用层的FTP、HTTP、SMTP、DNS、TFTP程序对用户A的数据I’mDeeson进行编码处理。②TCP模块的处理传输层的TCP负责建立连接、发送数据以及断开连接，为应用程序分配端口号。在应用层数据前端附加一个TCP首部。以用户A向用户B发送邮件为例子说明数据的处理流程104③IP模块的处理网络层的IP在TCP首部前端加上自己的IP首部，给出目的主机地址和网络地址。IP包生成后，参考路由控制表决定接受此IP包的路由或主机。④数据链路接口发送的处理链路层给这些IP包数据附加上以太网首部并进行发送处理，生成的以太网数据包将通过物理层传输给接收端。105⑤数据链路接口接收的处理主机收到以太网包后，先从以太网包首部找到MAC地址判断是否为发给自己的包，若不是则丢弃。若是则从以太网包首部中的类型确定数据类型，再传给相应的模块，如IP、ARP等。⑥IP模块的处理IP模块接收到数据后，从包首部中判断此IP地址是否与自己的IP地址匹配，如匹配则根据首部的协议类型将数据发送给对应的模块。106⑦TCP模块的处理在TCP模块中，首先会计算一下校验和，判断数据是否被破坏。然后检查是否在按照序号接收数据。最后检查端口号，确定具体的应用程序。数据被完整地接收以后，会传给由端口号识别的应用程序。⑧应用程序的处理端口号相同的接收端应用程序会直接接收发送端发送的数据用户B。通过解析数据，还原发送端相应的内容。107用来识别TCP/IP网络中互连的主机和路由器网络层中的IP地址3、应用程序数据传输端口的识别用来识别同一台计算机中进行通信的不同应用程序传输层中的端口号在以太网中需同时能够识别目标端口号和目的主机号108源自IP地址为2的客户端A的计算机中的数据包①和数据包②通过端口号、IP地址、协议号进行通信的过程发往IP地址为0的服务器中的目标端口号同为80的应用程序httpd1和httpd2109服务器根据应用程序Web浏览器源端口号2001和Web浏览器画面2源端口号2002来加以区分数据的来源。数据包①和数据包③的目标端口号80和源端口号2001完全相同，但它们各自的源IP地址不同，分别来自IP地址为2的客户端A和IP地址为1的客户端B。相同不同110当IP地址和端口号全都一样时，还可以通过协议号TCP和UDP来区分端口号的获得既定的端口号通过时序分配标准既定的端口号指每个应用程序都有其指定的端口号。例如HTTP、FTP、TELNET等广为使用的应用协议中所使用的端口号就是固定的，这些端口号被称为知名端口号，分布在0～1023之间；分布在1024～9151之间被正式注册的端口号可用于任何通信用途。111客户端应用程序的端口可交给操作系统进行动态分配。动态分配的端口号范围在49152～65535之间。端口号由其使用的传输层协议决定。故不同的传输层协议可以使用相同的端口号。采用时序分配的端口号112IP寻址路由（最终节点为止的转发）IP分包与组包IP协议大致分为三大作用模块4、IP地址的分配方法用于从连接到网络中的所有主机中识别出要与其进行通信的目标地址网络层的地址信息，一般叫做IP地址IPv4的地址由4组8位共32位二进制数组成，每组以“.”分隔开，用十进制表示IP协议的版本IPv6的地址由8组16位共128位二进制数组成，每组用：隔开，连0用：：隔开113（1）IPv4的IP地址的网络标识和主机标识4个数字0/24的IP地址后面的/24表示从头到第24位为止的二进制数属于网络标识，剩余的8位为主机标识。前3个数字（24位）为IP地址的网络标识主机标识114每个网络段配置不同的网络标识值不允许重复同一网段内IP地址的主机标识不允许重复出现相同段内相连的主机必须有相同的网络地址以太网数据链路中通过设置网络地址和主机地址，在相互连接的整个网络中保证每台主机的IP地址都不会相互重叠IP地址具有唯一性地址为0的主机发送的IP包被转发到路由器D时，正是利用目标IP地址的网络标识192.168.130进行路由，将其转发到路由器C。115完成网络层的中继任务通过路由决定数据的转发对不同的网络之间的数据包进行存储、分组转发处理路由器构成了基于TCP/IP的国际互联网络的主体脉络或骨架可以分析各种不同类型网络传来的数据包的目的地址，把非TCP/IP网络的地址转换成TCP/IP地址，或者反之。网关设备116（2）IPv4的IP地址的分类根据IP地址中从第1位到第4位数的不同，IP地址分为4类网络标识A、B、C、D类除去网络标识后剩余部分主机标识IP地址网络标识可容纳主机地址16,777,214个65,534个254个无主机标识常用于多播不可全为0或1117（2）子网掩码子网掩码是将原来A、B、C类等中的主机地址部分用作子网地址，将原网络分为多个物理网络的一种机制将IP地址与子网掩码的地址分别用两行来表示对应IP地址网络标识部分的位全部为1子网掩码用32位二进制方式表示的数字对应IP地址主机标识的部分则全部为0网掩码表示方式在每个IP地址后面追加网络地址的位数用/隔开118进行路由控制IP地址的网络地址部分5、IP地址与路由控制网络地址与下一步应该发送至哪个路由器的地址路由器中的路由控制表用于记录如果路由控制表中存在多条相同网络地址的记录，就选择一个最为吻合的网络地址发送IP包时首先确定IP包首部中的目标地址再从路由控制表中找到与该目标地址具有相同网络地址的记录根据该记录将IP包转发给相应的下一个路由器119IP地址为0的主机A要将数据包发往目标IP地址为0的主机B主机A与主机B的数据转发路由控制表与IP包发送主机A的路由表中没有通往这个0的IP地址的记录，于是被安排将数据包发送到默认IP地址/0所指向的下一个路由器1的地址。120路由器1搜索自己的路由表，发现要将数据发给网络地址为/24的网络，下一个路由器的网络地址应为，由于将数据包转发给网络地址为的路由器2。121路由器2搜索自己的路由表，发现要将数据发给网络地址为/24的网络，下一个网络地址应为，由于将数据包转发给网络地址为10.1.2的网络。该网络主机号为10的主机B发现是传给自己的数据便进行接收。122由于TCP/IP是一种面向无连接的技术，对话音、视频等实时性要求较高的数据，在网络拥塞情况的传输时延不够理想，因此人们提出了面向连接异步传输模式（ATM）技术。5.3骨干网中高速数据的交换5.3.1文件传输的数据路由交换ATM信元53个字节固定长度分组前面5个字节为信元头，主要完成寻址的功能话音、数据、图象等所有的数字信息48个字节123ATM技术简化了交换过程，去除了不必要的数据校验，采用易于处理的固定信元格式，交换速率可达622Mbps采用了一些有效的业务流量监控机制，对网上用户数据进行实时监控，把网络拥塞发生的可能性降到最小对不同业务赋予不同的特权，如语音的实时性特权最高，一般数据文件传输的正确性特权最高，网络对不同业务分配不同的网络资源，这样，不同的业务都能在ATM网络中传输特点ATM集交换、复用、传输为一体，采用异步时分复用方式，通过信息的首部或标识头来区分不同信道124ATM网络由相互连接的ATM交换机构成ATM网络构成连接方式交换机与终端之间连接交换机与交换机之间连接1253位GFC域，完成用户与网络接口时进行流量控制，以减少网络过载的可能性。1、信元头中各字段的功能虚通道标识符VPI域，对UNI有8位，可标识256条不同的虚通道；对NNI有12位，可标识4096条不同的虚通道虚通路标识符VCI，UNI和NNI各有16位，可标识65536条不同的虚通路，最大实际可用虚通路数可在接口初始化时协商确定。VCI用于标志一个VPI群中的唯一呼叫，在呼叫建立时分配，呼叫结束时释放。1263位净荷类型识别域PTI，指示信息字段的信息是用户信息还是网络信息。1位CLP为信元抛弃优先级域，为1时表示当网络拥塞时可以抛弃该信元。8位的HEC为信头差错控制域，用于信元头差错控制与信元间定界。48字节的信元为用户数据域，用于数据的传输。127VPI和VCI独立编号并唯一地标识一条虚通路2、ATM网络中的虚通道与虚通路交换ATM信元单向传输路由虚通道（VP）虚通路（VC）描述用一条物理链路可复用多条虚道VP每条虚通道VP又可复用多条虚通路VC128信元头中的VPI/VCI规定的相同的数据源走相同的链路3、信元交换的虚连接工作方式完成链路交换的关键是翻译表，如输入链路I1中的x、y、z时隙，由翻译表指定与输出链路Q1、Qq、Q2中的时隙k、m、l相接，翻译表中的内容是通过解读信元头中的VPI/VCI信息得到的，当信元传输完后，新的信元头修改翻译表，为新的信元提供链路，故这种连接不是固定的，称为虚连接。129①交互式虚连接（SVC）每次通信前根据用户请求，利用控制信令确定路由、服务类别和传输质量（QoS）、建立链接表、通信结束后释放信道资源。两种虚连接的工作方式②永久虚连接（PVC）根据用户的租赁要求，预先配置好网络，建立固定的传输路径和相应的链接表，用户随时可以传输数据。130③ATM具有不同的速率，分别为25Mbps、51Mbps、155Mbps、622Mbps，从而为不同的应用提供不同的速率，并且MAN传输速度能够达到10Gbps。④ATM使用相同大小的信元，方便预计和保证应用所需要的带宽。信元交换的ATM主要优点①ATM使用相同的数据单元，可实现广域网和局域网的无缝连接。②ATM支持VLAN（虚拟局域网）功能，可以对网络进行灵活的管理和配置。131ATM每48字节的数据就要加5字节包头，使数据传输的效率减低5.3.2复杂一点的多协议标记交换一种在开放的通信网上利用标签引导数据高速、高效传输的技术，即多协议标记交换（MPLS）网络技术提出132MPLS包头结构1、MPLS的基本概念20位的标签用于转发的指针3位实验域现通常用做服务类（CoS）1位的S用作栈底标识，S=1为栈底8位生存期字段(TTL)对生存期值编码133由运行MPLS协议的交换节点构成的区域数据传输发生在标签交换路径（LSP）上MPLS网络标签交换路径LSP是每一个沿着从源端到终端的路径上的结点的标签序列LSP中的每个节点由标签交换路由器（LSR）组成，根据数据传送的方向，相邻的标签交换路由器分别称为上游标签交换路由器和下游标签交换路由器。标签交换路径静态标签交换路径动态标签交换路径1342、MPLS网中IP分组的转发过程A、B为边缘节点LER，R1、R2、R3、R4、R5、R6为内部节点核心标签交换路由器ILSR。135MPLS运行可分为自动路由表生成和IP分组传送执行两个阶段，在实际运行时这两个阶段是交叉进行。136②运行标记分配协议LDP

使MPLS域内节点间建立邻接关系，按可达目的地址分类划分转发等价类FEC，创建标签交换路径LSP，沿标签交换路径对转发等价类分配标记，在各标签交换路由器上生成转发路由表。（1）自动路由表生成阶段①建立MPLS域上各节点之间的拓扑路由在域内运行开放式最短路径优先协议（OSPF），使域内各节点都具有全域的拓扑结构信息；管理层在全域均匀分配流量，优化网络传输性能。域间主要运行边界网关协议（BGP），对邻域和主干核心网络提供和获取可达信息。③对路由表进行维护和更新137②域内下一跳核心标签交换路由器ILSR从输入端口接收到标记分组用标记作为指针，查找转发路由表，取出新标记，标记分组用新标记替代旧标记，新的标记分组由指定的输出端口发送给下一跳。（2）在MPLS域上传送IP分组①终端I的IP分组进入MPLS域的边缘节点A

标签边缘路由器LER读出IP分组组头，查找相应的转发等价类及其所映射的标签交换路径LSP，加上标记，成为标记分组，向指定的端口输出。③MPLS域的出口标签交换路由器LSR接收到空的标记分组读出IP分组的组头，将IP分组从指定的端口输出。138移动MPLSIP网络中注册及标记交换路径建立过程3、移动MPLSIP技术将MPLS与移动技术相融台，实现高速可靠的手机IP服务，出现了移动MPLSIP技术①假设移动节点（手机）由归属网络移动到外地网络，外地代理便广播消息，移动节点接收到消息后，得知自己处在外地网络并获得转交地址。随后向外地代理发送注册请求消息，外地代理收到注册请求消息对其认证并交互信息。外地代理更新其路由信息，并在路由信息中增加移动节点的归属代理的路由信息。①139②外地代理根据更新后的路由信息把移动节点的注册和请求信息送给归属代理。归属代理得到移动节点的注册信息和请求信息以及移动节点的转交地址，查找其标记栈，并把移动节点的归属地址作为转发等价类（FEC）。归属代理根据标记分发协议（LDP）为归属代理到外地代理的路径分发标记，并向外地代理发送标记请求信息，此时把移动节点的转交地址作为FEC。③外地代理收到标记请求信息后，向归属代理回送标记匹配消息，归属代理收到标记匹配消息后更新其移动节点在标记栈中的进入信息。③②140④归属代理通过标记交换路径向外地代理发送注册回应信息，外地代理收到注册回应后，更新其标记栈，并增加外地代理到归属代理的标记交换路径信息，注册便告成功。这样，就在归属代理到外地代理之间建立起一条标记交换路径。④141①由通信节点向移动节点传送的数据包，首先被归属代理截获，归属代理通过分析数据包的包头，为其分配标记，并查找自己的标记栈，确定数据包转发的出口。如果移动节点仍然在归属网络，则出口标记为空，数据包被送往IP层，通过IP层的路由协议向移动节点传送数据分组。移动MPLSIP网络中数据包的传送过程②如果移动节点在外地网络，数据包则通过归属代理到外地代理的标记交换路径传送分组到外地代理。①②142③外地代理收到数据包后把它送往IP层，按IP层的路由协议转发至移动节点。④当移动节点向通信节点传送数据包时，不必经过归属代理转交，可以在外地代理和通信节点之间建立单向标记交换路径来传送，也可以根据单纯的IP路由协议来传送。③④143网络电话的接续过程144针对分组业务流量的突发性和统计复用传送要求，在IP业务和底层光传输媒质之间设置一个层面5.3.3广泛采用的分组传送网分组传送网（PTN）一种光传送网络架构技术特点以分组业务为核心并支持低成本多业务提供秉承光传输优势，包括高可用性、可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的OAM和网管、可扩展、较高的安全性等T-MPLS技术PBT技术145数据平面PTN设备功能模块和系统结构PTN设备组成OAM、保护、交换、同步、QoS等模块路由、信令、资源管理等模块控制平面管理平面146基于SDH的T-MPLS（MoS）1、T-MPLS技术的基本概念基于T-MPLS技术的PTN产品基于以太网的T-MPLS（MoE）基于OTH的T-MPLS（MoO）基于PDH的T-MPLS（MoP）基于RPR的T-MPLS（MoR）147内层为T-MPLSPW(伪线)层，标识用户业务的类型T-MPLS是面向连接的分组传输技术，利用一组20位MPLS标签来标识一个端到端的转发中的路径(LSP)。LSP分为两层外层为T-MPLS(隧道)层，标识业务转发路径148伪线(PW)是一种通过分组交换网络(PSN)把一个仿真业务的关键要素从一个分组设备(PE)运载到另一个或多个其他PEs的机制,多个伪线可集中分配在一个标签交换通道(LSP)中。T-MPLS网络垂直分层通道层通路层段层物理媒质层通道层或叫电路层(TMC)表示业务的特性，例如连接类型、拓扑类型、业务类型等，提供T-MPLS传送网