现代交换原理与实践 课件 第一章 概论

现代交换原理与实践第一章概论本章主要内容1.1交换的概念1.2交换方式1.3交换与路由1.4下一代网络和软交换1.1交换的概念1.1.1交换的引入1.1.2交换与通信网1.1.1交换的引入

交换机的作用相当于一个开关节点，英文为Switch交换机必须具备的基本功能包括：

能正确接收和分析从用户线或中继线发来的呼叫信号和地址信号

能按目的地址去正确进行选路，并在中继线上转发信号

能控制连接的建立与释放。1.1.2交换与通信网1876年贝尔发明了电话以后，出现了交换机。名

称年代特

点人工交换机1878借助话务员进行电话接续，效率低，容量受限步进制交换机（模拟交换）1892交换机进入自动接续时代。系统设备全部由电磁器件构成，靠机械动作完成“直接控制”接续。接线器的机械磨损严重，可靠性差，寿命低纵横制交换机（模拟交换）1938系统设备仍然全部由电磁器件构成。靠机械动作完成“间接控制”接续，接线器的制造工艺有了很大改进，部分地解决了步进制的问题空分式模拟程控交换机1965交换机进入电子计算化时代。靠软件程序控制完成电话接续，所交换的信号是模拟信号，交换网络采用空分技术时分式数字程控交换机1970交换技术从传统的模似信号交换进入了数字信号交换时代，在交换网络中采用了时分技术1969年12月，针对数据通信和计算机通信的分组交换网ARPANET投入使用，标志着以分组交换为特色的计算机网络进入了一个新的纪元。1983年出现了快速分组交换和异步时分交换的结合，从而诞生了ATM交换技术。1996年，美国Ipsilon公司提出了IP交换的概念。IETF在1997年年初成立了多协议标记交换（MPLS，MultipleProtocolLabelSwitch）工作组，综合了Cisco和Ipsilon公司等的IP交换方案，制定出一个统一完善的IP交换技术标准，即MPLS，并成为主流的宽带交换技术。

在21世纪的头几年里，世界主要运营网络的数据业务量就已经超过了话音业务量，在电信网中引入基于因特网理念设计的IP网，希望由此实现由电路交换网向分组网的过渡。

以软交换为核心并采用IP网传输的NGN具有网络结构开放、运行成本低等特点，能够满足未来业务发展的需求。

随着通信网技术的发展，出现了各种交换技术。不同通信网络由于所支持的业务特性不一样，其交换设备所采用的交换技术也各不相同。本章主要内容1.1交换的概念1.2交换方式1.3交换与路由1.4下一代网络和软交换1.2交换方式1.2.1电路交换1.2.2分组交换1.2.3ATM交换1.2.4IP交换1.2交换方式

常用的交换方式主要分为4种：源于电话通信的电路交换方式、源于数据通信的分组交换方式、源于宽带业务的ATM交换和与IP技术相结合的IP交换。1.2.1电路交换

电路交换是最早出现的一种交换方式，主要应用于电话通信网中，是一种面向连接的交换方式，基本过程包括三个阶段：

电路交换的主要特点包括：（1）实时通信（2）同步时分复用（3）无差错控制措施

电路交换的演进：（1）多速率电路交换（2）快速电路交换1.2.2分组交换

分组交换来源于报文交换，也是采用存储转发机制，它将报文分割为若干较小的数据包，称为分组。每个分组中都有一个分组头，含有可供选路的地址信息和其它控制信息。然后交换节点将所接收的分组暂时存储下来，在目的方向的路由上排队发送，接收端再将这些分组去掉分组头后，组装成原来的报文。由于分组交换以较小的分组为单位进行传输和交换，因而时延小、速度快。

分组交换可以分为两种工作方式：虚电路方式与数据报方式。虚电路方式的通信过程与电路交换相似，也是面向连接的工作方式。在用户数据传送前，先要通过发送呼叫请求分组建立端到端之间的通路，称为虚电路。一旦虚电路连接以后，属于同一呼叫的数据分组均沿这条虚电路传送，最后通过呼叫清除分组来拆除该虚电路。所谓虚电路，只是通信连接上的所有交换节点保存选路关系，并不独占线路资源，与电路交换的物理连接不一样，称为逻辑连接，按照统计时分复用的方式占用，从而更好的满足了数据通信的突发性要求。虚电路又包括交换虚电路（SVC）和永久虚电路（PVC）。数据报方式采用面向无连接的工作方式，类似报文交换。在呼叫前不需要事先建立连接，而是边传送信息边选路，并且各个分组依据分组头中的目的地址独立的进行选路。为了支持更快速的数据通信，人们提出了快速分组交换，它的基本思想是尽量简化协议，使其只包含最基本的核心网络功能。快速分组交换包括帧交换和帧中继。1.2.3ATM交换

异步传送模式（ATM）作为宽带综合业务数字网（B-ISDN）的核心技术，并在相当长的一段时间内被认为是未来宽带通信网最佳的复用、传输和交换模式。ATM具有以下特点：

（1）采用固定长度的信元

（2）面向连接

（3）异步时分复用

分组交换和帧中继的时分复用也是属于异步时分复用，所不同的是，ATM交换中给用户分配的信元和时隙的长短是固定的，而分组交换和帧中继根据具体的网络确定分组的长度和时间片的大小，因此不固定。

ATM信元结构ATM中传输通道、虚通路（VP）和虚信道（VC）的关系电路交换、分组交换和ATM交换比较1.2.4IP交换IP交换可提供两种信息传送方式：一种是ATM交换式传输；另一种是基于逐跳转发方式的IP传输。IP交换的核心思想就是对用户业务流进行分类。

对于连续的、业务量大的数据流、实时性要求较高的用户业务数据流直接进行交换传输，用ATM虚电路来传输；而对于持续时间短的、业务量小、突发性强的数据流采用IP分组存储转发方式进行传输。因此，IP交换是基于数据流驱动的。

实现IP交换的模型主要有重叠模型和集成模型两大类。本章主要内容1.1交换的概念1.2交换方式1.3交换与路由1.4下一代网络和软交换1.3交换与路由交换机是电信网的核心设备在计算机网中，路由器是网络的核心设备。

路由器也是进行信息的转移，从广义上来说，同属于交换范畴。只不过，路由器采用面向无连接的信息交互方式，属于面向数据应用的分组交换。

交换和路由主要的区别如下：

（1）虽然交换技术可以是无连接的，但是电信网中应用的交换技术基本上都是面向连接的。

（2）正因为电信交换是面向连接的，因此它需要有完善的信令机制。（3）为了保持所建立的连接，在呼叫进行过程中，交换机必须保存在信令控制过程中确定的连接信息，因此称交换机是有状态的。路由器虽然也保存并不断更新当前有效的路由表，但是路由表的信息只和分组的目的地址有关，而和具体的呼叫没有关系，因此路由器是无状态的。（4）由于交换连接是固定的，即使在虚连接的情况下，同一呼叫数据包的传送路径也是完全相同的，因此其数据传送有序性有保证，端到端时延、时延抖动，丢包率等性能指标也易于控制，因此交换具有QoS保证。而在路由技术中，同一呼叫的数据分组，可能经由不同的路径到达目的地，它只能保证可达性，难以保证传送有序性和性能指标。本章主要内容1.1交换的概念1.2交换方式1.3交换与路由1.4下一代网络和软交换1.4下一代网络和软交换

下一代网络（NGN）是集语音、数据、图像、视频等多媒体业务于一体的全新网络，是传统电信技术发展和演进的一个重要里程碑，标志着新一代网络时代的到来。泛指的下一代网络实际上包容了所有新一代网络技术，也往往特指下一代业务网，特别是以软交换为控制层，兼容所有三网技术的开放式体系架构。

下一代网络在很大程度上，借鉴了传统通信网的技术和结构理念，然后根据IP网络开放性的特点，提出相应的解决方案。

下一代网络将是一个以软交换为核心、光网络和分组型传送技术为基础的开放式融合网。

从总体趋势上看，下一代网络的核心层功能结构将趋向扁平化的两层结构，即业务层上具有统一的IP通信协议，传送层上具有巨大的传输容量。核心网的发展趋势将更加倾向于传送层和业务层独立发展，并分别优化。而在网络边缘则倾向于多业务、多体系的融合，允许多协议业务接入，能以最经济的成本和高度的灵活性，可靠且持续地支持一切已有的和将有的业务和信号。下一代网络应具有以下特点：（1）呼叫控制层和业务层独立于承载层，强调开放性。（2）业务驱动的网络。（3）基于分组交换技术的融合异构网络。（4）具有高速的网络层和链路层。

下一代网络将是一个以软交换为核心、光网络和分组型

传送技术为基础的开放式融合网。