第四章 交换与路由技术基础
交换的基本概念：
第四章 交换与路由技术基础
交换的基本概念：
第四章 交换与路由技术基础
4.2 交换基本原理 4.2.1 交换节点中传送的信号
1.同步时分复用信号
所谓时分复用，就是采用时间 分割的方法，把一条高速数字信道 分成若干低速数字信道，构成同时 传输多个低速信号的子信道。
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ATM技术是以分组传送模式为基础并 融合了电路传送模式高速化的优点发展而 成的。采用异步时分复用方式， 实现了 动态分配带宽，可适应任意速率的业务； 固定长度的信元和简化的信头，使快速交 换和简化协议处理成为可能，从而极大地 提高了网络的传输处理能力，使实时业务 应用成为可能。
第四章 交换与路由技术基础 分组交换的主要缺点： 为了保证分组能够正确传输，需加地址和控制信 息——分组头，故增大了开销，从而降低了传输 效率。 分组交换技术复杂，且要求交换机有较高的处理 能力。 传统的分组交换采用X.25协议，完成OSI模型的 低三层，即物理层、数据链路层和网络（分组） 层功能。 X.25数据链路层采用完全的差错控制（包括帧定 位、差错检验和纠正）；交换在第三层实现。 分组交换是数据通信与计算机相结合的产物， 分组交换网节点就是一部专用计算机。
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电路交换应用：
适合于通信量大，用户确定、连续占用信道的情 况，如话音传送、中低速文件传送、传真业务等； 固定电话网中的交换机； GSM网中的移动交换中心； 窄带综合业务数字网（N-ISDN）； 智能网（IN）中的业务交换点（SSP：Service Switching Point）； 不适合于具有突发性（以太网数据传输）、 断续占用信道、对差错敏感的数据业务。
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4.2 交换基本原理 4.2.1 交换节点中传送的信号
1.同步时分复用信号
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2 统计时分复用信号
把需要传送的信息分成很多小段， 称为分组。每个分组前附加标志码，标 志要去哪个输出端，即路由标记。各个 分组在输入时使用不同时隙，虽然使用 不同时隙，但标志码相同的分组属于一 次接续。所以，把它们所占的信道容量 看作一个子信道，这个子信道可以是任 何时隙。这样把一个信道划分成了若干 子信道，称为标志化信道。
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6. 光交换技术
光交换机
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6. 光交换技术
华为光端机OptiX OSN 7500 II 智能光交换系统
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6. 光2.3 开放系统互连参考模型与节点交换技术 1.开放系统互连参考模型（OSI） 在OSI中，将通信实体按其完成功能分为7层， 分别为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、 会话层、表示层和应用层。如图所示。
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分组交换：就是用分组装拆设备（PAD） 将用户数据分成等长数据块（称分组或 包），按照统计时分复用（动态分配）的 方法，按需分配信道，采用数据报或虚电 路方式，进行数据传输。
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分组交换的主要优点： 具有不同速率、不同格式、不同码型、不 同的同步方式和不同的通信控制规程的不 同类型数据终端之间可以进行通信； 信道利用率高； 信息的传输时延小，且变化范围不大，能 够较好地满足交互式实时通信的要求； 可靠性高。
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电路交换的缺点： 信道利用率低； 接续时间长； 有呼损； 不同类型用户终端之间不能通信等； 数据通信的特点； 具有突发性，信息断续占用信道； 不要求实时通信； 要求误码率低，等等。
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2. 分组交换 普遍采用基于存储－转发方式的各种交 换技术，从报文交换、分组交换到快速分 组交换等。 分组交换的本质就是存储转发,它将所 接收的分组暂时存储下来，在目的方向路 由上排队，当它可以发送信息时，再将信 息发送到相应的路由上，完成转发。其存 储转发的过程就是分组交换的过程.
----当节点为帧中继交换机时，可构 成帧中继网（FR：Frame Relay）
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5.异步转移模式（ATM: Asynchronous Transfer Mode)
ATM交换技术主要有以下几个特点： 信元（ATM的分组单元）长度固定（53字节）。 帧长可变，信息插入位置是随机的，无周期性。 传输速率可变，根据时隙中的标记来识别信号、 进行交换，不需要同步信号进行时隙定位。 继承了电路交换中速率固定的独立性； 又具有分组交换对任意速率的适应性。
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分组交换与报文交换比较（报文时延大）
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第四章 交换与路由技术基础 3.快速电路交换（FCS:Fast Circuit Switching) 在快速电路交换中，当呼叫建立时，在 呼叫连接上的所有交换节点要在相应的路由 上分配所需的带宽，与电路交换不同的是交 换节点只记住所分配的带宽和相应路由连接 关系，而不完成实际的物理连接。当用户真 正要传送信息时，才根据事先分配的带宽和 建立的连接关系，建立物理连接；当没有信 息传送时，则拆除该物理连接。
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报文交换： （1）报文交换的基本原理 技术的提出： 报文交换（Message Switching）是根据电报的特点提 出来的。 电报传送的特点： 基本上只要求单向连接； 一般允许有一定的延迟； 如果传输中有差错，则必须纠正。 报文交换：采用统计时分复用和存储—转发方式，交换的 逻辑单位是报文。
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交换与路由技术是网络的重要组成部分，采 用不同交换路由技术的节点交换设备可组不同业 务的通信网络。
本章主要内容： 1. 典型网络分类 2. 组网技术基础 3. 各种节点交换技术 4. 节点交换技术与OSI模型的关系 5. 网络技术 6. 节点交换系统的基本功能。
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4.1.2 交换在网络中的作用 交换的引入 在最初的仅涉及两个终端的单向或 交互通信的点对点通信系统中，信息以 电信号的形式传输。系统至少由终端和 电线(电缆)组成，如图4.1所示。
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引入交换设备后，交换设备就和连接 在其上的用户终端设备以及它们之间的传 输线路构成了最简单的通信网，并可由多 个交换设备构成实用的大型通信网，如图 4.4所示。 1、利用汇接交换机互连多个端局交换机， 疏导本交换区各交换机之间的互通业务。 2、用户交换机，在信令方式上相当于用户 电话机。
电话通信的特点 是交互式实时通信，对时延和时延抖动 敏感，而对误码差错不敏感。 在通信过程中，交换机不需要对信息进 行差错检验和纠正，但要求交换机处理 时延小。 有时，将传输信道统称为电路。
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电路交换过程
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电路交换的特点：
(1)信息传送的最小单位是时隙； (2)面向连接的工作方式（物理连接）； (3)同步时分复用（固定分配带宽）如下图
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4.具有五层协议的体系结构
TCP/IP 是四层的体系结构：应用层、运输 层、网际层和网络接口层。 但最下面的网络接口层并没有具体内容。 因此往往采取折中的办法，即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用一种只有五层协议的 体系结构 。
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第四章 交换与路由技术基础 比较：
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6. 光交换技术
是在20世纪80年代发展起来的一种新的宽带交换技术。 光交换是以光的形式直接实现各用户之间的信息交换，信 息通过光交换单元时，不需要经过光电、电光转换。 实现光交换的主要设备是光交换机，应用光波技术进行交 换，光交换网络有空分交换、时分交换和波分交换。 优点： 可提高通信质量和可靠性； 可减少设备和降低网络成本； 具有宽带特性，不受电磁干扰； 大大提高了交换单元的吞吐量，交换速度和交换容量大。
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4.2.2 电路交换与分组交换 1、电路交换 电路交换的发展： 电路交换（CS：Circuit Switching）技 术是最早出现的一种交换方式，起源于电 话交换系统，现已有一百多年的历史，目 前主要应用于电话网中，也可用于数据通 信。
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分组交换综合了电路交换和报文交换的优 点，保持了一定的信道利用率和较小时延。 分组：将一份较长的报文信息分成若 干个较短的、按一定格式组成的等长度的 数据段，再加上包含有目的地地址、分组 编号、控制比特等的分组头，形成一个统 一格式的交换单位，称为“报文分组”，简称 “分组”（Packet）、数据包、信息包。
第四章 交换与路由技术基础 3.OSI与节点交换技术
帧中继及帧中继网相当于OSI模型的低2 层： 物理层和数据链路层，并对数据链路 层进行了简化； ATM协议相当于OSI模型的低2层，但比 帧中继还简化； 以太网协议也使用OSI模型的低2层，但 它的数据链路层比较复杂； IP网使用OSI模型的低4层协议。
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交换的基本功能：
能正确接收和分析来自UNI（用户侧）或（NNI 网络侧接口）的呼叫信令； 能正确接收和分析来自UNI或NNI的地址信令； 能按照目的地址正确地进行路由选择，并通过 NNI转发信号； 能控制连接的建立； 能按照要求拆除连接。
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我国电路交换基于PCM30/32路同步时 分复用系统，每秒钟传送8000个帧，每帧 32个时隙，每个时隙8比特，每路通信信道 （TS）为64kbit/s恒定速率，即对每路通 信所分配的带宽是固定的。在信息传送阶 段不管有无信息传送，都占用这个TS子信 道，直到通信结束。