1、恩 德 ,現(xiàn)代通信系統(tǒng) Modern Communications Systems,第3章 現(xiàn)代數(shù)字交換技術(shù),第3章 現(xiàn)代數(shù)字交換技術(shù),3.1 概述 3.2 程控交換技術(shù) 3.3 分組交換技術(shù) 3.4 ATM交換技術(shù),3.1 概述,交換技術(shù)是以人工交換為開端的,從1878年在美國康涅狄格州紐好恩（NewhavenConnecticut）建成第一個人工電話交換局至今的120余年間,交換技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了四個重要階段。,第一個階段是人工交換階段。 第二個階段是機電式自動交換階段。 第三個階段是電子式自動交換階段。 第四個階段是信息包交換發(fā)展階段。,3.2 程控交換技術(shù),3.2.1 數(shù)字程控交換原理

2、1. 數(shù)字交換和數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò) 時隙交換的概念可用圖3.1示意說明,當(dāng)PCM入端某個時隙（對應(yīng)一用戶）信息需要交換（傳送）到PCM出端的另一時隙（另一用戶）中去時,相當(dāng)于通過數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)將時隙的內(nèi)容“搬家”。即PCM入端TSi時隙中的話音信息A經(jīng)過數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)后,在PCM出端的TSj時隙中出現(xiàn)。,圖3.1 時隙交換的概念,圖3.2 多復(fù)用線時隙交換示意圖,圖3.3 雙向通信示意圖,1）T接線器 T接線器實現(xiàn)時隙交換的原理是利用存儲器寫入與讀出時間（隙）的不同,即在輸入時隙寫入,而在其他時隙（通話另一用戶占用時隙）讀出來完成時隙交換的。,T接線器原理如圖3.4所示,主要由話音存儲器（SM）和控制存

3、儲器（CM）組成。SM用來暫存話音信息,其容量取決于復(fù)用線的復(fù)用度（圖中以32為例）。SM的存取方式有兩種:一種為“順序?qū)懭?控制讀出”;另一種為“控制寫入,順序讀出”。從而形成兩類T接線器:輸出控制型和輸入控制型,分別如圖3.4(a）和(b）所示。,圖3.4 T接線器原理示意 (a)輸出控制型；(b)輸入控制型,2）S接線器 S接線器的作用是完成不同復(fù)用線間的時隙交換,主要由電子交叉點矩陣和控制存儲器（CM）組成,其原理示意圖如圖3.5所示。 TS1TS3）,接線器的交叉接點控制過程如下: CPU根據(jù)交換機路由選擇結(jié)果在控制存儲器上寫入如圖3.5所示內(nèi)容。 控制存儲器按順序讀出,控制交叉接點

4、矩陣動作。 在TS2時隙則按控制存儲器2號單元讀出內(nèi)容控制交叉點的接通,交換TS2的話音信號。,圖3.5 S接線器結(jié)構(gòu)示意,3）TST交換網(wǎng)絡(luò) 在大型程控交換機中,數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的容量要求較大,只靠T接線器或S接線器是不能實現(xiàn)的,必須將它們組合起來,才能達到要求。 各級的分工如下: TA接線器負責(zé)輸入復(fù)用線的時隙交換; S接線器負責(zé)復(fù)用線之間的空間交換; TB接線器負責(zé)輸出復(fù)用線的時隙交換。,圖3.6 TST網(wǎng)絡(luò),圖3.6中,各接線器的工作方式為 TA接線器為輸出控制; TB接線器為輸入控制; S接線器為輸入控制。,2.呼叫處理基本過程 電話交換的基本任務(wù)是完成電話的接續(xù),進行呼叫處理,程控數(shù)字

5、交換機的呼叫處理任務(wù)是在呼叫處理（又稱交換處理）程序控制下完成的,下面介紹一個呼叫處理的基本過程。 (1）主叫用戶A摘機呼叫。 交換機檢測到用戶A摘機的狀態(tài); 交換機調(diào)查用戶A的類別,以區(qū)分一般電話、投幣電話、小交換機等等; 調(diào)查話機類別,弄清是按鍵話機還是號盤話機,以便接上相應(yīng)的收號器。,(2）送撥號音,準(zhǔn)備收號。 交換機找尋一個空閑收號器以及它和主叫用戶間的空閑路由; 找尋一個空閑的主叫用戶和信號音源間的路由,向主叫用戶送撥號音; 監(jiān)視收號器的輸入信號,準(zhǔn)備收號。,(3）收號。 由收號器接收主叫用戶所撥號碼; 收到第一位號后,停送撥號音; 對收到的號碼按位存儲; 對“應(yīng)收位”和“已收位”進

6、行計數(shù); 將號首送給分析程序進行分析（叫做預(yù)譯處理）。,(4）號碼分析。 在預(yù)譯處理中分析號首,以決定呼叫類別（本局、出局、長途、特服等）,并決定該收幾位號; 檢查這個呼叫是否允許接通（是否限制用戶等）; 檢查被叫用戶是否空閑,若空閑,則予以示忙。,(5）接至被叫用戶B。 測試并預(yù)占空閑路由,包括: 向主叫用戶送回鈴音路由; 向被叫用戶送鈴流回路（可能直接控制用戶電路振鈴,而不用另找路由）; 主、被叫用戶通話路由（預(yù)占）。,(6）向被叫用戶振鈴。 向用戶B送鈴流; 向用戶A送回鈴音; 監(jiān)視主、被叫用戶狀態(tài)。 (7）被叫應(yīng)答和通話。 被叫摘機應(yīng)答,交換機檢測到以后,停振鈴和停送回鈴音; 建立A、

7、B用戶間的通話路由,開始通話; 啟動計費設(shè)備,開始計費; 監(jiān)視主、被叫用戶狀態(tài)。,(8）話終。 主叫先掛機: 交換機檢測到主叫掛機后,釋放復(fù)原路由; 停止計費; 向被叫用戶送忙音。 被叫先掛機: 交換機檢測到被叫掛機后,經(jīng)過一定時限后,切斷通路,釋放復(fù)原路由; 停止計費; 向主叫用戶送忙音。,3. 程控交換系統(tǒng)的控制方式和結(jié)構(gòu) 1）集中控制 設(shè)一臺交換機的控制部分由n臺處理機組成,它實現(xiàn)f項功能,每一項功能由一個程序來提供,系統(tǒng)有r個資源。 2）分散控制 在上述系統(tǒng)中,如果每臺處理機只能利用資源的一部分,只能執(zhí)行一部分功能,就稱為分散控制。 3）多處理機結(jié)構(gòu) 現(xiàn)在的交換機除了個別容量較小、較為

8、簡單的用戶交換機外,絕大多數(shù)交換機都采用多處理機結(jié)構(gòu)。,(1）按功能分工。 在這種方式下,不同處理機完成不同功能。例如有: 控制用戶模塊（用戶級）工作的用戶處理機和控制交換網(wǎng)絡(luò)（選組級）的中央處理機; 直接控制硬件工作的前臺區(qū)域處理機和后臺的中央處理機; 專門負責(zé)管理、調(diào)度或維護的處理機; 各個具體部件,如各種中繼器、信號設(shè)備,甚至用戶等都可能有專門處理機控制工作。,(2)按話務(wù)分工。 在這種方式下,每一臺處理機完成一部分話務(wù)處理功能。例如上述各種處理機可能每一種不止一臺,它們之中的每一臺可完成一部分話務(wù)處理功能。 (3)備用工作。 為提高控制部件的可靠性,有時對每臺處理機配備有備用處理機（有

9、時也采用n+1冗余）,這樣就形成了主/備用工作方式。,圖3.7 集中控制系統(tǒng),3.2.2 數(shù)字程控交換系統(tǒng) 1.程控交換機的構(gòu)成 程控交換機由硬件和軟件兩大部分組成,其中,硬件主要分為話路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。其典型結(jié)構(gòu)如圖3.8所示。由圖可見,程控交換機可分成選組級（由數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的控制系統(tǒng)）和用戶級（用戶模塊和遠端模塊）兩部分。每一部分都由自己的處理機進行控制,處理機之間通過通信信息進行聯(lián)系。,圖3.8 數(shù)字交換機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),1）用戶模塊 用戶模塊和遠端模塊除了實現(xiàn)用戶功能外,還包含有交換網(wǎng)絡(luò)（用戶交換網(wǎng)絡(luò)）以進行話務(wù)量的集中（或分散）。,圖3.9 用戶模塊結(jié)構(gòu),采用用戶模塊或遠端模塊會帶來

10、以下好處: 節(jié)省了線路投資,擴大了交換局的服務(wù)范圍; 提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性,用戶模塊可容易地擴展成新局，現(xiàn)存局可采用集線器擴展; 改善了用戶線傳輸質(zhì)量,用戶級至選組級這段采用高質(zhì)量的PCM線路傳輸,縮短了用戶線 的模擬部分,提高了傳輸質(zhì)量; 用戶可以較容易地實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通路連接; 提高了系統(tǒng)可靠性,系統(tǒng)采用分級控制,使整個控制系統(tǒng)的可靠性提高; 模塊與選組級間可以采用公共信道信號。,2）用戶電路 數(shù)字程控交換機中用戶電路的功能可歸納為BORSCHT7項功能,它們具體是: B（Batteryfeeding,饋電） O（Overvoltageprotection,過壓保護) R（Ringingcon

11、trol,振鈴控制) S（Supervision,監(jiān)視 C（CODEC 時鐘提取和幀同步; 提取和插入隨路信令信號。,圖3.12 數(shù)字中繼器功能框圖,4）信號音的發(fā)送與接收 交換機需要向用戶發(fā)送各種信號音,如撥號音、忙音和回鈴音等,也需要向其他交換機發(fā)送和接收各種局間信令,如多頻信號。這些信號都是音頻模擬信號,從圖3.8可見,信號音收/發(fā)設(shè)備是接在數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)上的,它通過數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)所提供的路由來傳送。,圖3.13 數(shù)字雙音頻信號接收器結(jié)構(gòu),2. 數(shù)字程控交換軟件系統(tǒng) 1）運行軟件系統(tǒng) 運行軟件是交換機運行中直接使用的程序,它又分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。運行軟件系統(tǒng)的組成和分類如圖3.14所示。

12、,圖3.14 運行軟件系統(tǒng)的組成,(1) 執(zhí)行管理程序（或稱操作系統(tǒng)）。 和其他計算機系統(tǒng)一樣,操作系統(tǒng)用來管理計算機資源和控制程序的執(zhí)行。 (2)呼叫處理程序。 呼叫處理程序?qū)嶋H上是直接負責(zé)電話交換的軟件,它完成以下功能: 交換狀態(tài)管理 交換資源管理 交換業(yè)務(wù)管理 交換負荷控制,(3)系統(tǒng)監(jiān)視和故障處理程序。 系統(tǒng)監(jiān)視和故障識別 故障分析與處理 系統(tǒng)重新組織 恢復(fù)與再啟動處理,4)故障診斷程序。 故障診斷程序?qū)Πl(fā)生故障的設(shè)備進行故障診斷,確定故障的部位,打印出診斷結(jié)果,維護人員可根據(jù)診斷結(jié)果更換插件板。 (5)維護和運行程序。 話務(wù)量的觀察、統(tǒng)計和分析，其結(jié)果可以送入外存,也可打印輸出 對用

13、戶線和中繼線定期進行例行維護、測試; 業(yè)務(wù)質(zhì)量的監(jiān)察:監(jiān)察用戶通話業(yè)務(wù)的狀況和質(zhì)量,如監(jiān)視呼叫信號、通話接續(xù)是否完成或異常情況等。,業(yè)務(wù)變更處理 計費及打印用戶計費賬單 負荷控制,對話務(wù)量過載進行處理 進行人機通信,對操作員鍵入的控制命令進行編輯和執(zhí)行。 2）支援軟件系統(tǒng) 程控交換機的軟件系統(tǒng)極為龐大復(fù)雜,需要有一套“支援系統(tǒng)”在整個軟件壽命期內(nèi)來完成各項大量的設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)、維護和管理交換機軟件等的復(fù)雜任務(wù)。支援系統(tǒng)大體上包括以下方面的軟件: (1)軟件開發(fā)支援系統(tǒng)。,(2)應(yīng)用工程支援系統(tǒng) (3)軟件加工支援系統(tǒng)。軟件加工支援系統(tǒng) (4)交換局管理支援系統(tǒng) 3）程序設(shè)計語言 程控交換機的

14、程序可以采用各種語言編寫,不同的交換機采用不同的語言。 CHILL語言（CCITTHighLevelLanguage）是CCITT高級語言的縮寫,主要用來進行軟件設(shè)計、程序編制、軟件檢驗等。,SDL語言（SpecificationandDescriptionLanguage）是功能說明與描述語言,是一種圖像語言,用來描述程控交換機的功能和邏輯過程。在軟件設(shè)計的初期,往往先用SDL語言確定對軟件系統(tǒng)的功能要求后,再進行編制程序的詳細設(shè)計。 MML語言（ManMachineLanguage）是用于人機對話的一種交互式人機操作和維護命令語言。,3.信令方式簡介 信令是通信網(wǎng)中各交換局在完成各種呼叫連

15、接時所采用的一種通信語言。在程控交換網(wǎng)中的主要信令方式有以下6種。 (1)用戶信令和局間信令。 (2)隨路信令和公共信道信令。 (3)模擬信令和數(shù)字信令。 (4)線路信令和記發(fā)器信令。 (5)前向信令和后向信令。 (6)逐段轉(zhuǎn)發(fā)和端到端傳送方式。,圖3.15 隨路信令方式示意,圖3.16 公共信道信令方式示意,3.3 分組交換技術(shù),3.3.1概述 分組交換的主要優(yōu)點有以下6點。 (1)對用戶終端的適應(yīng)性強。 (2)信息傳輸時延減小。 (3)線路利用率高。 (4)可實現(xiàn)分組多路通信。 (5)可靠性高。,(6)經(jīng)濟性好。 分組交換的主要缺點有以下兩點。 (1)信息傳輸效率較低。 (2)實現(xiàn)技術(shù)復(fù)雜

16、。,3.3.2 分組交換的基本原理 在本節(jié)中,將對分組交換的基本原理、基本方法和基本技術(shù)作概要的介紹,這其中主要有分組交換方式的復(fù)用傳輸方式、分組的形成和傳輸以及分組交換的過程等。 1.復(fù)用傳輸方式 1)固定分配資源法 2)動態(tài)分配資源法,圖3.17 統(tǒng)計時分復(fù)用原理,3) 傳輸方法 采用統(tǒng)計時分復(fù)用時,用戶數(shù)據(jù)交織傳輸?shù)姆椒ㄓ腥N: (1)比特交織。 (2)字節(jié)或字符交織。 (3)分組(或塊、幀)交織。 圖3.18為三個終端的數(shù)據(jù)交織傳輸示意。,圖3.18 交織傳輸示意,線路的邏輯信道號可以獨立于終端的編號,邏輯信道號作為線路的一種資源可以在終端要求通信時由STDM設(shè)備分配給它。對同一個終端

17、,每次呼叫可以分配給不同的邏輯信道號,但在同一次呼叫連接中,來自某一個終端的數(shù)據(jù)組的邏輯信道號應(yīng)該相同。用線路的邏輯信道號給終端的數(shù)據(jù)組作“標(biāo)記”比用終端號更加靈活方便,這樣,一個終端可以同時通過網(wǎng)絡(luò)建立起多個數(shù)據(jù)通路(如圖3.19中終端4同時建立了三個通路)。,圖3.19 用邏輯信道號作“標(biāo)記”進行交織傳輸示意,2. 分組的形成和傳輸 在分組傳輸時,需將分組裝配成傳輸幀進行傳輸,由X.25協(xié)議規(guī)定分組傳輸幀采用HDLC幀結(jié)構(gòu)。X.25分組傳輸幀格式如圖3.21所示。其中,F、A、C分別為幀標(biāo)志、傳輸?shù)刂泛涂刂谱侄?，F(xiàn)CS為幀校驗字段。在HDLC幀結(jié)構(gòu)中的信息段放的是數(shù)據(jù)分組,其長度通常為12

18、8+3(分組頭)字節(jié),當(dāng)然也可以是其他商定的長度。,圖3.20 分組的形成,圖3.21 X.25分組傳輸幀格式,3. 分組的交換 分組交換網(wǎng)是以CCITTX.25規(guī)程為基礎(chǔ)的,為了與其匹配,在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)大部分都采用虛電路(VirtualCircuit)連接方式,下面將重點討論這種交換傳輸方式。除了虛電路方式外,另外還有一種稱為數(shù)據(jù)報(Datagram)的交換傳輸方式。,圖3.22 分組的產(chǎn)生和傳送,1)虛電路方式 所謂虛電路,是指兩個用戶終端在開始互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前,需要通過網(wǎng)絡(luò)建立起邏輯上的連接(并非存在一條物理的鏈路),一旦這種連接建立之后,通信終端間就在網(wǎng)絡(luò)中保持一個已建立的數(shù)據(jù)通路,用

19、戶發(fā)送的數(shù)據(jù)(以分組為單位)將按順序由這個邏輯上的數(shù)據(jù)通路到達終點,如圖3.23所示。,圖3.23 虛電路示意,2) 數(shù)據(jù)報方式 數(shù)據(jù)報方式是將每一個數(shù)據(jù)分組當(dāng)作一份獨立的報文一樣看待,每一個數(shù)據(jù)分組都包含終點地址的信息,分組交換機為每一個數(shù)據(jù)分組獨立地尋找路徑,因此一份報文包含的不同分組可能沿著不同的路徑到達終點,在網(wǎng)絡(luò)的終點需要進行重新排序。,3)路由選擇 分組交換網(wǎng)的最重要的特點之一是數(shù)據(jù)分組能夠在網(wǎng)絡(luò)中通過多條路徑從源點到達終點,而選擇什么路徑最合適就成了分組交換機必須決定，并影響其特性的問題。這個問題與城市之間的交通問題很相似。比如說,從一個城市乘車到另一個城市,假若中間還要路過一些

20、其他城市,就可能存在許多可到達的線路,所以有必要事先選擇一條最佳線路。,(1)擴散式路由法。 采用擴散式方法時網(wǎng)絡(luò)預(yù)先并不確定一個固定路徑,而是采用擴散式方法傳送分組,其傳送規(guī)則是這樣的: 分組從源點向其每個相鄰節(jié)點發(fā)送; 節(jié)點接收到分組后,首先檢查它是否已經(jīng)收到過該分組,如果已經(jīng)收到過,則將其拋棄;如果未收到過,則節(jié)點做接收到記憶,再把這個分組發(fā)往除了該分組傳送來的那個節(jié)點之外的所有相鄰節(jié)點。,圖3.24 擴散式路由示例,(2) 查表路由法。 查表路由法在每個節(jié)點中使用路由表確定從該節(jié)點到網(wǎng)絡(luò)的任何終點應(yīng)當(dāng)選擇的路徑,分組到達節(jié)點后按照路由表規(guī)定的路徑前進。,表3.1 最短路徑路由表示例,3

21、.3.3 分組交換的通信協(xié)議 1.CCITTX25協(xié)議 1）X25協(xié)議及其結(jié)構(gòu) X25協(xié)議是CCITT于1976年10月通過的,它主要涉及分組交換網(wǎng)的下三層:物理層、鏈路層和分組層。 如果DTE與節(jié)點之間的線路是模擬的,則應(yīng)將調(diào)制解調(diào)器也包括在DCE之內(nèi),如圖3.25所示。,圖3.25 X.25接口示意,X25協(xié)議包含三層,它們對應(yīng)于OSI模型的下三層,亦即規(guī)范了DTE與DCE同層間交換信息的方式。它們的層次結(jié)構(gòu)和對應(yīng)關(guān)系如圖3.26所示,各層之間信息流關(guān)系如圖 3.27所示。,圖3.26 DTE/DCE接口協(xié)議分層,圖3.27 X.25各層信息結(jié)構(gòu),2) X25協(xié)議第一層 X25第一層（即物

22、理層）定義了DTE與DCE之間的電氣接口和建立物理信息傳輸通路的過程。在X25物理層中采用的接口標(biāo)準(zhǔn)有:X21、X21bis和V系列協(xié)議,其中，后兩個實際上是兼容的,所以可以認為X25采用兩類接口標(biāo)準(zhǔn)。,圖3.28 X.21主要接口線,X21協(xié)議主要作了如下具體規(guī)定: 接口的物理特性:插接件的類型及插芯的分配; 電氣特性:平衡雙流接口; 同步比特串行傳輸; 點對點全雙工操作; 建立交換電路的協(xié)議; 使用租用電路的協(xié)議。,3）X25協(xié)議第二層 鏈路層也稱為幀層,它與點對點數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程相對應(yīng)。X25鏈路層采用ISO的HDSL中規(guī)定的術(shù)語和可選部分的一個子集。 (1)主要功能。 差錯控制:采用循

23、環(huán)冗余校驗,反饋重傳方式; 幀的包封和解封; 幀的同步; 檢查已收到的接收幀的排列順序,以免重收或漏收;,對于正確收到的數(shù)據(jù)塊要給予確認; 鏈路建立、拆除和復(fù)位控制; 流量控制。 (2)協(xié)議要點。 幀結(jié)構(gòu):與HDLC幀結(jié)構(gòu)兼容; 操作方式:對稱型（LAP）、平衡型（LAPB）和多鏈路型（MLP）。,圖3.29 LAP組構(gòu),如圖3.30所示,DTE可通過發(fā)出一個命令而將雙向傳輸?shù)逆溌菲鹗?進行雙向傳輸,不會發(fā)生LAP規(guī)程可能發(fā)生的死鎖現(xiàn)象。,圖3.30 LAPB組構(gòu),為了能在接收端正確地接收排序,需要在原LAPB單鏈路幀上加上多鏈路控制字段MLC,其位置如圖3.31所示。圖中,MLC段中V、S比

24、特作控制排序用;R、C比特用作鏈路復(fù)位聯(lián)絡(luò);MNH(S)和MNL(S)作鏈路編號用,一共有12位,MNH(S)表示高4位,MNL(S)表示低8位。,圖3.31 多鏈路幀結(jié)構(gòu),4）X25協(xié)議第三層 (1)虛電路的建立。 (2)數(shù)據(jù)通信階段。 (3)虛電路的釋放。 (4)分組格式的基本結(jié)構(gòu)。 (5)重置和再啟動。 (6)待續(xù)數(shù)據(jù)指示。 (7)邏輯信道與虛電路。,圖3.32 虛電路的建立,表3.2 呼叫請求分組格式,表3.3 呼叫接受分組格式,表3.4 數(shù)據(jù)分組格式,圖3.33 虛電路釋放過程,表3.5 釋放請求(指示)分組格式,表3.6 釋放確認分組格式,圖3.34 分組頭格式 (a)分組頭格式；

25、(b)GFI格式,表3.7 虛電路與邏輯信道的區(qū)別,2. 分組裝/拆（PAD）協(xié)議 1）PAD及其功能 由此可見,PAD的基本功能可歸納如下: 將來自非分組終端的字符流裝配成適當(dāng)?shù)姆纸M,以便通過分組交換網(wǎng)進行交換傳輸; 將來自分組交換網(wǎng)的數(shù)據(jù)分組拆卸成字符流,以便將用戶數(shù)據(jù)字段等用戶信息傳送給非分組終端; 虛電路的建立和釋放：在一個主機供若干終端共享的分時系統(tǒng)中,通常都是終端發(fā)起與主計算機的通信,PAD將按終端的要求建立和釋放虛電路;,當(dāng)滿足一定條件時,進行分組或字符的轉(zhuǎn)發(fā)。例如,當(dāng)終端發(fā)來的用戶數(shù)據(jù)字符裝滿一個數(shù)據(jù)分組時,就轉(zhuǎn)發(fā)到主計算機; 對PAD命令及PAD電文進行相應(yīng)的應(yīng)答; 對來自非

26、分組終端的中斷信號進行處理。,圖3.35 PAD轉(zhuǎn)換作用及分組網(wǎng)的協(xié)議關(guān)系 (a)PAD轉(zhuǎn)換作用；(b)分組交換網(wǎng)與不同終端的協(xié)議,2）X3協(xié)議 非分組終端在通過PAD與分組交換網(wǎng)互連期間,PAD所執(zhí)行的功能是由一組內(nèi)部參數(shù)來確定的。X3協(xié)議是通過規(guī)定PAD基本功能和用戶可選功能,及控制其工作的參數(shù)來規(guī)范PAD工作的。X3協(xié)議共有22個參數(shù),可分成5類: 異步接口控制; 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送控制; 發(fā)送輸出控制; 發(fā)送輸入控制; 編輯功能。,3）X28協(xié)議 分組交換網(wǎng)通過PAD向非分組終端提供通信服務(wù),X28協(xié)議定義了非分組終端與分組交換網(wǎng)之間的接口,它具體規(guī)范了下面4個過程。 (1)非分組型DTE與PA

27、D之間通路的建立過程。 (2)非分組型DTE與PAD之間進行字符交換和業(yè)務(wù)起始過程。 (3)非分組型DTE與PAD之間控制信息的交換過程。 (4)非分組型DTE與PAD之間用戶數(shù)據(jù)交換過程。,4）X29協(xié)議 X29協(xié)議的主要功能為 適應(yīng)于DCE和分組型DTE之間的X25接口與X25規(guī)程配合使用; 用作PAD之間的互通; 規(guī)定交換PAD控制信息和用戶數(shù)據(jù)的規(guī)程; 規(guī)定傳送用戶數(shù)據(jù)的方式; 利用PAD報文對PAD進行控制; 規(guī)定在一次虛呼叫中傳送數(shù)據(jù)字段的格式。,表3.8 X29協(xié)議PAD報文類型,3.分組交換網(wǎng)的互連協(xié)議 網(wǎng)際互連通常是很復(fù)雜的,一般需要解決的主要問題有: 要求相同的通信協(xié)議,不

28、僅原則相同,而且細節(jié)應(yīng)相同; 有統(tǒng)一的尋址方案、統(tǒng)一的編號體制; 一致的最大分組長度; 進行流量控制方法、流量控制參數(shù)的適配; 考慮網(wǎng)間的時延,以保證分組在規(guī)定時限內(nèi)可靠傳送; 進行網(wǎng)間傳輸?shù)挠嬞M。,圖3.36 通過X.75的網(wǎng)間互連示意,X75協(xié)議的主要內(nèi)容有: 與X25一樣也分成物理層、鏈路層和分組層。 X25是DTE與DCE間的接口,兩端分別是DTE和DCE,而X75是把被連接網(wǎng)的虛電路連接起來,它的兩端是信號終端設(shè)備（STE）,分別位于兩被連接網(wǎng)的交換機內(nèi),如圖3.36所示。 STE的主要功能是:分組信號過程和分組傳輸過程。 在呼叫建立和釋放過程中,X75的呼叫建立分組與釋放分組由一個

29、信號終端設(shè)備透明地傳送給下一個信號終端設(shè)備,它不對源點主機發(fā)出的X25呼叫請求分組作出任何響應(yīng),如回送呼叫接受分組等。,X75的呼叫建立和釋放分組與X25在格式上的主要差別是,X75比X25多一個網(wǎng)間業(yè)務(wù)字段,用于傳送網(wǎng)間有關(guān)計費和路由信息等。 X25是DTE與DCE之間的接口,兩端是不對稱的。而X75是DCE與DCE之間的接口,是通過DCE內(nèi)的信號終端設(shè)備STE來實施的,因而兩端是對稱的。,表3.9 X.75網(wǎng)間呼叫請求分組格式,3.3.4 分組交換的實現(xiàn)技術(shù) 1.分組交換機 分組交換機是分組交換網(wǎng)的樞紐。根據(jù)分組交換機在分組交換網(wǎng)中所起的作用不同,分組交換機可分成中轉(zhuǎn)交換機和本地交換機兩類

30、。 1)分組交換機的主要功能 按照分組交換機在分組交換網(wǎng)中的作用,可以認為分組交換機主要完成如下功能: 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的基本業(yè)務(wù),即虛呼叫、永久虛電路和可選補充業(yè)務(wù),并對諸如閉合用戶群、快速選擇、網(wǎng)絡(luò)用戶識別等功能提供支持。,進行路由選擇,以便根據(jù)一定的準(zhǔn)則在兩個DTE之間選擇一條較合適的傳輸路由。 進行流量控制,以便不同速率的終端也能進行互相通信。 實現(xiàn)X.25、X.75等多種接口規(guī)程協(xié)議功能。 完成局部的維護、運行管理、故障報告與診斷、計費與一些網(wǎng)路的統(tǒng)計等功能。,2) 硬件結(jié)構(gòu) 一般而言,不同類型或不同公司的交換機產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)是不同的,但近來隨著模塊化設(shè)計和軟件工程技術(shù)的發(fā)展,多數(shù)分組交換機都趨

31、于采用同一硬件結(jié)構(gòu),以便各種不同類型的交換機部件可以互換,減少電路板種類,便于維護。,DPN100系列是加拿大北方電信公司(NT-Northern Telecom)推出的。DPNCD*2100系列交換機采用模塊化結(jié)構(gòu),無論是中型交換機還是小型交換機都由兩種基本模塊資源模塊(RM)和訪問模塊(AM)組成,如圖3.37(a)所示。DPN100系列的大型分組交換機由5種基本模塊組成,除了RM和AM模塊外,還有中繼線模塊(TM)、網(wǎng)絡(luò)鏈路模塊(NLM)和DMS總線,其連接關(guān)系如圖3.37(b)所示。,圖3.37 DPN100系列模塊示意 (a)中、小型交換機模塊；(b)大型交換機模塊,對于中、小型分組

32、交換機,RM與AM模塊的連接關(guān)系如圖3.38所示。一個交換機的RM之間用中繼線(Trunk)連接,AM與RM之間和AM與AM之間的連接線稱為鏈路(Link),AM與用戶之間的連接線稱為用戶線(在DPN100中稱為Line)。用戶線的工作速率可達64kb/s,鏈路的工作速率可達192kb/s。,圖3.38 中、小型交換機結(jié)構(gòu)舉例,RM與AM模塊具有相似的硬件結(jié)構(gòu),但它們分別執(zhí)行不同的軟件,提供不同的功能,RM和AM的硬件結(jié)構(gòu)分別如圖3.39和圖3.40所示。,圖3.39 RM模塊硬件結(jié)構(gòu),圖3.40 AM模塊硬件結(jié)構(gòu),3)分組交換機的主要性能 通常,分組交換機的主要性能由下列參數(shù)衡量: 端口數(shù),

33、包括同步端口數(shù)和異步端口數(shù)。 吞吐量,表示交換機每秒能處理的分組數(shù)(DPPS)。在研究該指標(biāo)時,必須明確分組長度,通常為128字節(jié)/分組。 每秒能處理的呼叫次數(shù)。在一般情況下,該指標(biāo)指的是在不傳送數(shù)據(jù)分組時給出的值。,路由數(shù),表示該交換機能與其他交換機相連接并能進行路由選擇的值。一般它等于中繼端口數(shù)。 平均分組處理遲延,是指在傳送一個數(shù)據(jù)分組從輸入端口至輸出隊列所需的平均處理時間,這個指標(biāo)也與分組長度有關(guān),所以應(yīng)先確定分組長度。 提供給用戶可選補充業(yè)務(wù)的能力。 支持X.25等協(xié)議的版本時間。 提供非標(biāo)準(zhǔn)接口的能力,如SDLC、BSC等。,表3.10 DPN100交換機型號和主要性能,2. 網(wǎng)路

34、管理中心 1）網(wǎng)路管理方式 網(wǎng)路管理中心在網(wǎng)中的配置取決于網(wǎng)路管理方式。目前在分組交換網(wǎng)中主要有兩種管理方式:一種是集中管理方式,在全網(wǎng)中只設(shè)置一個網(wǎng)路管理中心,由它負責(zé)全網(wǎng)的管理工作,這種方式一般在網(wǎng)路規(guī)模較小時使用;另一種是集中與分散相結(jié)合的管理方式,這種方式一般在網(wǎng)路規(guī)模較大時使用。圖3.41給出了一個集中與分散相結(jié)合的網(wǎng)路管理方式的例子。,圖3.41 集中與分散相結(jié)合的網(wǎng)路管理方,2)網(wǎng)路管理中心的功能 (1)網(wǎng)路配置管理與用戶管理。 (2)日常運行數(shù)據(jù)的收集與統(tǒng)計。 (3)路由選擇管理。 (4)控制軟件管理。 (5)網(wǎng)路監(jiān)測、故障告警與網(wǎng)路狀態(tài)顯示。 (6)計費管理。,3) 網(wǎng)路管理

35、中心的構(gòu)成 網(wǎng)路管理中心又稱為網(wǎng)路控制中心(NCC),它是為保證網(wǎng)路連續(xù)工作和提高網(wǎng)路的有效性而設(shè)置的。網(wǎng)路管理中心通常由三部分組成,即網(wǎng)路管理機、網(wǎng)路終端設(shè)備和外圍設(shè)備。,3.分組裝/拆設(shè)備和遠程集中器 1)分組裝/拆設(shè)備 (1)規(guī)程轉(zhuǎn)換。 (2)數(shù)據(jù)集中。 2)遠程集中器,圖3.42 RCU工作示意圖,4.分組終端 具有分組裝/拆功能的終端稱為分組終端,簡稱PT。分組終端可分成以下兩類: 以X.25協(xié)議為接口規(guī)程可與分組交換網(wǎng)直通的、具有分組裝/拆功能的終端設(shè)備,稱為PT(X.25)。 終端具有分組裝/拆功能,但它不是與分組交換網(wǎng)直通,而是通過公用電話網(wǎng)(SPTN)或電路交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(C

36、SPDN)以X.32協(xié)議為接口規(guī)程與分組交換網(wǎng)相連。,5.傳輸線路 目前,分組交換網(wǎng)中中繼傳輸線路主要有以下兩種形式: PCM數(shù)字信道,其速率為64kb/s、128kb/s和2Mb/s。 利用調(diào)制解調(diào)器加上模擬信道構(gòu)成的數(shù)字信道,速率主要有9.6kb/s、48kb/s和64kb/s。,3.3.5 幀中繼技術(shù)簡介 1. 幀中繼概念 幀中繼(FR-FrameRelay)技術(shù)是隨數(shù)據(jù)通信的發(fā)展,在分組交換技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 (1)要求傳輸速率高。 (2)信息傳輸?shù)耐话l(fā)性大。 (3)各類LAN通信規(guī)程的包容性好。,2. 幀結(jié)構(gòu)和傳輸方式 在FR傳送網(wǎng)中,幀的長度是可變的,最大長度可達1000字節(jié)以

37、上,每個幀含有“數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識符”(DLCI),從源DTE到宿D(zhuǎn)TE之間所有途經(jīng)節(jié)點根據(jù)DLCI指明出口信道,使用DLCI標(biāo)識的幀格式如圖3.43所示。,圖3.43 幀中繼幀格式,圖3.44 幀中繼幀的地址字段,3. FR與PAC、DDN的性能比較 表3.11給出了分組交換(PAC)、幀中繼(FR)和數(shù)字數(shù)據(jù)通信網(wǎng)(DDN)三種傳輸方式的性能比較,供大家參考。,表3.11 PAC、FR與DDN性能比較,3.4 ATM交換技術(shù),3.4.1 ATM的基本概念和工作原 1.信息交換方式與ATM概念 1）電路交換方式 在數(shù)字通信中,電路交換傳輸主要是應(yīng)用同步轉(zhuǎn)移模式(STM-SynchronousT

38、ransferMode)來實現(xiàn)的。,圖3.45 同步轉(zhuǎn)移模塊(STM)示意圖,2）分組交換方式 分組交換是將用戶的信息劃分成一些可變長度的分組,在每個分組的前面加一個分組頭(標(biāo)題),用以指明該分組傳送的地址,然后由交換機將這些分組存儲起來,在有空閑通路時,根據(jù)各個分組的地址標(biāo)志將它們轉(zhuǎn)發(fā)至目的地。,3）ATM方式概念 ATM技術(shù)是以分組交換傳送模式為基礎(chǔ),并融合了電路交換傳送模式高速化的優(yōu)點發(fā)展而成的。ATM方式克服了電路交換模式不能適應(yīng)任意速率業(yè)務(wù),難以導(dǎo)入未來新業(yè)務(wù)的缺點;簡化了分組交換模式中的協(xié)議,并用硬件對簡化的協(xié)議進行處理和實現(xiàn);交換節(jié)點不再對信息進行差錯控制,從而極大地提高了網(wǎng)絡(luò)的

39、通信信息的處理能力。,圖3.46 異步轉(zhuǎn)移模式(ATM)示意圖,如圖3.47所示,若在某個時刻線路排空了隊列中所有信元,則此時線路上就出現(xiàn)未分配信元(空信元,圖中信頭用表示者)。反過來,若在某時刻線路上找不到可傳送信元的機會(線路上信元已分配完),而隊列已充滿緩沖區(qū),這時后面來的信元就可能丟失,信元丟失會導(dǎo)致業(yè)務(wù)質(zhì)量降低。為了盡量減少信元丟失對業(yè)務(wù)質(zhì)量的影響,在信元的信頭中寫有優(yōu)先度標(biāo)志,首先被丟棄的總是那些優(yōu)先度低、不太重要的信元。,圖3.47 ATM信元和復(fù)用,2. ATM交換原理 ATM網(wǎng)絡(luò)包括一些節(jié)點,在這些節(jié)點中提供信元的交換功能,稱為交換節(jié)點。實際上,交換節(jié)點完成的只是虛電路的交換

40、。因為同一虛電路上的所有信元都選擇同樣的路由,經(jīng)過同樣的通路到達目的地,所以在接收端,這些信元到達的次序總是和發(fā)送端的發(fā)送次序相同。一個交換節(jié)點包含若干條輸入復(fù)用線和輸出線(二者數(shù)量可以不等)。,圖3.48 ATM交換節(jié)點,為了更清楚地了解ATM信元交換的過程,再結(jié)合圖3.49加以說明。圖3.49描述了信元在ATM網(wǎng)內(nèi)交換傳送的過程。當(dāng)一個虛電路建立時,在與其對應(yīng)的輸入復(fù)用線的“接續(xù)路由表”中就記入了選路比特RB,用它來表示哪個虛電路通過哪條交換路由接續(xù)。信元到達后,查對信頭中的標(biāo)記“i”,用它來識別虛電路。將RB和交換機內(nèi)部識別符x裝入信頭后把信元發(fā)往交換網(wǎng)。網(wǎng)內(nèi)各交換模塊具有自律選路功能,

41、它根據(jù)RB將信元發(fā)往指定的方向。,圖3.49 ATM交換原理,3. ATM的特點 ATM的基本特點有: 免除了差錯控制和流量控制,大大簡化了網(wǎng)絡(luò)控制。 面向連接的工作方式。 簡化了信頭功能。 采用長度較小的固定長度信元。,3.4.2 ATM協(xié)議結(jié)構(gòu) 圖3.50為ATM協(xié)議的參考模型,它是一個立體分層模型,從縱向看由三個功能面:用戶面(userplane)、控制面(controlplane)和管理面(managementplane)組成,它們的主要功能如下: 用戶面:采用分層結(jié)構(gòu)提供用戶數(shù)據(jù)傳輸功能。 控制面:提供呼叫和連接的控制功能,涉及的主要是信令功能,它也采用分層結(jié)構(gòu)。,管理面:提供兩類管

42、理功能: 面管理(planemanagement):主要是協(xié)調(diào)各面之間的運行,實現(xiàn)與整個系統(tǒng)有關(guān)的管理功能,面管理不分層。層管理(layermanagement):實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源和相關(guān)協(xié)議參數(shù)的管理功能,它也采用分層結(jié)構(gòu)。,從橫向看,ATM協(xié)議模型按功能又可分成四層: 物理層(PL-PhysicalLayer):完成傳輸信息的功能。 ATM層(ATMlayer):它是ATM協(xié)議中最重要的一層,主要完成信元交換、信元復(fù)用/分解和選路,這些工作是通過對信元頭進行處理而實現(xiàn)的。 ATM自適應(yīng)層(AAL-ATMAdaptationLayer):AAL介于ATM層和高層之間,主要是為它們做適配工作,以適應(yīng)

43、高層的需要。高層(HighLayer):根據(jù)不同的業(yè)務(wù)特點完成高層功能,如完成對信息編碼等服務(wù)性功能。,圖3.50 ATM協(xié)議參考模型,圖3.51 PL子層劃分,1) 物理層 物理層進一步又劃分成兩個子層:物理媒介子層和傳輸會聚子層，其劃分情況如圖3.51所示。 (1）物理媒介子層(PM-PhysicalMediumsublayer)。 （2）傳輸會聚子層(TC-TransmissionConvergencesublayer)。,2) ATM層 ATM層和傳輸媒介無關(guān),它給ATM信元流建立起一條傳送通路,這個通路是建立在虛信道和虛路徑概念上的。 （1）虛信道和虛路徑。 （2）信頭格式。 （3）

44、VP交換和VC交換。 （4）ATM層主要功能。,每個VP可以用復(fù)用方式容納多達65356個VC,屬于同一VP的不同的VC擁有相同的VPI。傳輸通道、虛路徑和虛信道是ATM中的三個重要概念,它們?nèi)咧g的關(guān)系可由圖3.52說明。,圖3.52 傳輸通道、VP和VC的關(guān)系,圖3.53是這兩種信頭的結(jié)構(gòu)圖,字段VPI和VCI為信元所選擇的虛路徑和虛信道信息,表示路由,VCI占16比特,UNI的VPI取8比特,NNI的VPI為12比特;PT字段長2比特,為屬性信息,標(biāo)明信元所載信息的屬性;RES為一個備用比特,供將來使用;CLP表示信元的優(yōu)先度,CLP0表示高優(yōu)先度,CLP=1表示低優(yōu)先度,其對應(yīng)的信元

45、可能首先被網(wǎng)絡(luò)丟棄;字段HEC為8比特長的CRC校驗碼,用來提高信頭的傳輸可靠度。,圖3.53 信頭結(jié)構(gòu) (a)UNI信頭；(b)NNI信頭,VP交換時,交換節(jié)點根據(jù)VP連接的目的地,將輸入信元的VPI值改為可將信元導(dǎo)向接收端的新VPI值賦予信頭并輸出。在VP交換過程中,VCI值不變,VP交換的原理可由圖3.54解釋。VP交換可以單獨進行,這時物理實現(xiàn)比較簡單,通常只是傳輸通道中某個等級數(shù)字復(fù)用線的交叉連接。,圖3.54 VP交換,VC交換需要與VP交換同時進行,在交換時,交換節(jié)點終止VC連接和VP連接,信元中的VCI和VPI將同時被改為新值,其原理如圖3.55所示。當(dāng)一個VC連接終止時,相應(yīng)

46、的VP連接也就終止了,在這個VP連接上的VC連接可以各奔東西,加入到不同方向的新的VP連接中去。,圖3.55 VC交換,3) ATM自適應(yīng)層 AAL介于ATM層和高層之間,它是為了使ATM層能適應(yīng)不同類型業(yè)務(wù)的需要而設(shè)置的。AAL不僅支持用戶面的高層功能,也支持控制面和管理面的高層功能。 （1）業(yè)務(wù)分類。 （2）AAL子層。 （3）AAL規(guī)范要點。,表3.12 AAL業(yè)務(wù)分類,3.4.3 ATM交換實現(xiàn)技術(shù) 1.ATM交換機及其分類 ATM交換機按其在網(wǎng)絡(luò)中的位置及其完成的功能可以分為圖3.56所示的幾類。由于這些交換機的應(yīng)用場合不同,完成的功能也略有差異,因此主要區(qū)別表現(xiàn)在接口種類、交換容量

47、、處理的信令方面。,圖3.56 ATM交換機類型,2. ATM交換機的功能模塊 由于ATM交換機在不同網(wǎng)絡(luò)中的地位不同,從而它們的主要功能各異,但從基本結(jié)構(gòu)上看,都可分成圖3.57中所示的幾個功能模塊。,圖3.57 ATM交換機的功能模塊,3. ATM交換機的性能參數(shù) ATM的基本目的是能很好地提供綜合業(yè)務(wù)的能力,因此,ATM必須能滿足各種業(yè)務(wù)對交換的不同要求。在信息速率方面,要能適應(yīng)從每秒幾十兆比特到每秒幾個比特的交換;在連接方面,要能提供點到點連接、點到多點連接以及廣播方式,以適應(yīng)各種類型的業(yè)務(wù)。另外,還要提供靈活有效的流量控制機制,在保證業(yè)務(wù)質(zhì)量的前提下,達到最高的資源利用率。,3.4.

48、4 ATM支持IP的方法 1.經(jīng)典的IPoverATM（CIPOA） 1）引言 IPoverATM是IETF（InternetEngineeringTaskForce,互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組）為實現(xiàn)IP在ATM中傳輸而制訂的協(xié)議,它將傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)連接到ATM,支持IP終端間的數(shù)據(jù)通信。,2）IPoverATM的結(jié)構(gòu) IETF的RFC1577標(biāo)準(zhǔn)中,“ClassiclIPoverATM（CIPOA）”描述了ATM發(fā)展初期如何用ATM在“典型”IP網(wǎng)絡(luò)中代替局域網(wǎng)以及路由器間的IP鏈路,實現(xiàn)IP數(shù)據(jù)在ATM網(wǎng)絡(luò)上的傳輸。CIPOA的結(jié)構(gòu)也采用了客戶/服務(wù)器的模型,其基本結(jié)構(gòu)如圖3.58所示。,圖3.5

49、8 CIPOA結(jié)構(gòu),3）CIPOA的功能 CIPOA傳送網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要完成兩個功能:地址解析和數(shù)據(jù)包封裝。 (1）地址解析（ARP）。 CIPOA的地址解析實現(xiàn)的是IP地址到相應(yīng)ATM地址的轉(zhuǎn)換。如圖3.59所示,兩個路由器通過ATM網(wǎng)連接,如果路由器A的LAN接口收到一個數(shù)據(jù)包,就查看自己的路由表,以確定把這個數(shù)據(jù)包通過哪個端口轉(zhuǎn)發(fā)到哪個路由器。,圖3.59 CIPOA地址解析,(2）數(shù)據(jù)包封裝。 數(shù)據(jù)包封裝是將IP數(shù)據(jù)幀進行封裝,將其轉(zhuǎn)換成適配的ATM信元,或者實現(xiàn)其反變換。如圖3.60所示,在發(fā)送端將LIS客戶從高層接收的IP數(shù)據(jù)幀進行適當(dāng)?shù)姆庋b,用AAL5協(xié)議進行適配,生成ATM信元;或者將從ATM網(wǎng)絡(luò)接收的ATM信元按照AAL5重組,拆掉發(fā)送端加入的封裝,恢復(fù)IP數(shù)據(jù)幀,提交高層協(xié)議處理。,圖3.60 CIPOA數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換,IPOA對IP數(shù)據(jù)包默認的封裝格式是LLC/SNAP（Logical Link Control/SubNetwork Attachment Point）,封裝的主要目的是實現(xiàn)在同一個ATM虛連接VC上傳送多種協(xié)議數(shù)據(jù)包。發(fā)送端在IP數(shù)