第4章 分組交換技術(shù)

第一章交換技術(shù)基礎(chǔ)第二章程控數(shù)字交換技術(shù)第三章信令系統(tǒng)第四章分組交換技術(shù)第五章移動交換技術(shù)第六章智能網(wǎng)第七章NGN與軟交換總目錄4.1分組交換原理4.2ATM交換技術(shù)本章目錄掌握分組交換的基本原理理解分組交換特點(diǎn)理解虛電路與數(shù)據(jù)報方式的原理理解ATM交換原理了解ATM交換特點(diǎn)了解ATM信元結(jié)構(gòu)理解虛信道（VC）、虛通道（VP）的概念理解ATM、電路交換及分組交換比較本章目標(biāo)電路交換的特點(diǎn)：帶寬固定同步和對稱性沒有差錯控制4.1分組交換技術(shù)數(shù)據(jù)通信的業(yè)務(wù)特征：突發(fā)性（可變比特率）異步和非對稱性差錯敏感性誤碼率要求高時延要求不高報文交換的特點(diǎn)：存儲轉(zhuǎn)發(fā)異步和非對稱性時延大（可變比特率）4.4.1分組交換技術(shù)的產(chǎn)生1.分組交換(包交換)概念：以“分組”為信息單位，以“存儲/轉(zhuǎn)發(fā)”方式在網(wǎng)絡(luò)中傳遞信息的交換方式。2.基本思想：將用戶信息分割成小的數(shù)據(jù)塊—分組（Packet）；分組具有統(tǒng)一格式，包含用于控制和選路信息；各分組以“存儲/轉(zhuǎn)發(fā)”的方式在網(wǎng)絡(luò)中傳遞。4.1.1分組交換基本概念說明：分組交換是為數(shù)據(jù)通信而設(shè)計的交換方式，采用分組交換的通信網(wǎng)稱為分組交換網(wǎng)。3.分組的形成來自終端的用戶數(shù)據(jù)可能是很長的報文，需要將該報文拆分成若干段，并加上分組頭，組成一個完整的分組（packet）。4.1.1分組交換基本概念用戶報文分組頭用戶數(shù)據(jù)交換節(jié)點(diǎn)A交換節(jié)點(diǎn)B交換節(jié)點(diǎn)C分組14.分組交換過程分組2分組3分組4分組5分組1分組2分組3分組4分組5傳輸時延發(fā)送時延處理與排隊時延4.1.1分組交換基本概念4.1.1分組交換基本概念5.分組交換網(wǎng)DTEDCEPSEPSEDCEDCEPSEDTE－數(shù)據(jù)終端設(shè)備DCE－數(shù)據(jù)電路終結(jié)設(shè)備PSE－分組交換設(shè)備4.1.2統(tǒng)計時分復(fù)用1.基本概念統(tǒng)計時分復(fù)用（也稱為異步時分復(fù)用）異步的含義是指可變的，不固定的。在給用戶分配資源時，不像同步時分那樣固定分配，而是按需動態(tài)分配。只有在用戶有數(shù)據(jù)傳送時才給它分配資源，因此線路的利用率更高。4.1.2統(tǒng)計時分復(fù)用2.工作原理緩沖器緩沖器1b1c1b2b3c2c32c1b1b21b32緩沖器c2c34.1.2統(tǒng)計時分復(fù)用3.技術(shù)特征動態(tài)地分配信道時隙和資源，線路利用率較高；附加時延：多個用戶同時傳送數(shù)據(jù)時，需要競爭排隊，引起排隊時延；數(shù)據(jù)丟失：若緩沖器溢出，則導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。問題？統(tǒng)計復(fù)用線上如何區(qū)分各用戶數(shù)據(jù)信息。4.1.3邏輯信道號（LCN）1.基本概念在統(tǒng)計時分復(fù)用中，對各用戶的數(shù)據(jù)使用標(biāo)記進(jìn)行區(qū)分。一條共享的物理線路上，就形成了邏輯上分離的多個子信道。這種子信道稱為邏輯信道，用邏輯信道號（LCN）標(biāo)識。邏輯信道號由邏輯信道群號及群內(nèi)邏輯信道號組成，二者統(tǒng)稱為邏輯信道號。4.1.3邏輯信道號（LCN）2.邏輯信道的形成過程終端255254201計算機(jī)進(jìn)程進(jìn)程進(jìn)程……復(fù)用器邏輯信道255254201ABC4.1.3邏輯信道號（LCN）3.邏輯信道號特點(diǎn)邏輯信道與呼叫（請求）一一對應(yīng)。邏輯信道只具有局部含義。邏輯信道號是一種客觀存在。4.1.4虛電路與數(shù)據(jù)報分組交換網(wǎng)采用兩種方式向用戶提供信息傳送服務(wù)1.數(shù)據(jù)報方式：在分組網(wǎng)內(nèi)根據(jù)每個分組的地址信息將數(shù)據(jù)分組由信源傳送到信宿。它繼承了報文交換的思路。交換節(jié)點(diǎn)對每一分組進(jìn)行單獨(dú)處理，采用“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”方式，根據(jù)分組中包含的目的地址信息和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為每個分組獨(dú)立尋找路由，屬于同一用戶的不同分組可能沿著不同的路徑到達(dá)終點(diǎn)，分組到達(dá)終點(diǎn)后應(yīng)按原來的順序組合用戶數(shù)據(jù)信息。因此，數(shù)據(jù)報提供面向無連接服務(wù)。2.虛電路方式：在用戶數(shù)據(jù)分組傳送前先通過發(fā)送呼叫請求分組建立端到端的虛電路，屬于同一呼叫的數(shù)據(jù)分組均沿著這一虛電路傳送，傳送完畢通過呼叫清除分組來拆除虛電路。它繼承了電路交換的思路。在這種方式中，用戶的通信過程需要經(jīng)過虛連接建立、分組傳輸、虛連接拆除三個階段。因此，虛電路提供的是面向連接服務(wù)。4.1.4虛電路與數(shù)據(jù)報1.數(shù)據(jù)報服務(wù)節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)3節(jié)點(diǎn)4終端A終端B

a

b

c

a

b

c

a

c

b

a

b

c每個數(shù)據(jù)分組作為獨(dú)立的信息單位在網(wǎng)上傳輸。同一終端發(fā)出的數(shù)據(jù)分組之間在網(wǎng)上彼此無聯(lián)系，可以從不同的路由傳送，會引起失序，要靠序號字段來恢復(fù)原來的次序。每個分組中攜帶的信息稱為一個數(shù)據(jù)報。適用于短報文的數(shù)據(jù)通信，如詢問/響應(yīng)型、電子郵件型業(yè)務(wù)等1.數(shù)據(jù)報服務(wù)數(shù)據(jù)報服務(wù)特點(diǎn)非面向連接。根據(jù)分組頭地址就可以直接傳送數(shù)據(jù)，因此對于短報文通信效率比較高；分組交換機(jī)根據(jù)分組頭地址自由地選路，可以避開網(wǎng)絡(luò)中的擁塞路段，網(wǎng)絡(luò)傳送分組的可靠性更高，如果一個節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，分組可以通過其它路由傳送；數(shù)據(jù)報方式的缺點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)的開銷較大。由于分組在網(wǎng)內(nèi)按地址信息和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)向目的地方向傳送，分組的到達(dá)終點(diǎn)次序隨機(jī)，需要重新排序。每個分組的分組頭要包含詳細(xì)的目的地址。4.1.4虛電路與數(shù)據(jù)報2.虛電路服務(wù)在用戶數(shù)據(jù)分組傳送前先通過發(fā)送呼叫請求分組建立端到端的虛電路，分組在網(wǎng)內(nèi)沿虛電路進(jìn)行端到端的傳送。這樣，每個方向上的數(shù)據(jù)分組都有先后順序，不能延時太長。該方式采用統(tǒng)計復(fù)用技術(shù)，通信雙方之間好像存在一條供他們專用的電路，稱虛電路方式。虛電路指的是一條邏輯連接，而不是指一條專門的物理通路。同一條線路可能同時被多條虛電路使用。2.虛電路服務(wù)虛電路服務(wù)原理節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)3節(jié)點(diǎn)5節(jié)點(diǎn)4終端A終端C終端D終端B虛電路分類：交換虛電路（SVC)：使用前需要經(jīng)過呼叫來建立虛電路，使用完畢拆除。永久虛電路（PVC)：使用時不需要呼叫建立。在虛電路方式下，屬于同一個虛電路的數(shù)據(jù)分組在同一鏈路上使用相同的標(biāo)志碼，即邏輯信道號（LCN）。虛電路是由多個邏輯信道鏈接而成?？砂阉闯上冗M(jìn)先出的隊列，它保證了虛電路出端分組序號次序的一致。虛電路適用于長報文的數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信持續(xù)時間應(yīng)明顯大于呼叫建立時間，如文件傳送、傳真業(yè)務(wù)等。2.虛電路服務(wù)2.虛電路服務(wù)虛電路與邏輯信道節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)3節(jié)點(diǎn)5節(jié)點(diǎn)4終端A終端C終端D終端BLCN=99LCN=10LCN=50LCN=30LCN=15LCN=60LCN=75LCN=100LCN=30虛電路方式的特點(diǎn)面向連接。路由選擇僅僅發(fā)生在虛電路建立時，在后續(xù)的數(shù)據(jù)傳送過程中，路由不再改變，因此可以減少節(jié)點(diǎn)不必要的控制和處理開銷；分組到達(dá)目的終端不需要重新排序。屬于同一呼叫的所有分組遵循同一路由，這些分組將以原有的順序到達(dá)目的地，終端不需要重新排序；額外開銷小。虛電路建立后，只需邏輯信道號就可以區(qū)分各個呼叫的信息，減少了每個分組的額外開銷；端到端的信息傳送方式。邏輯信道是基于段來劃分的，而虛電路則是端到端的。虛電路的缺點(diǎn)是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中線路或設(shè)備發(fā)生故障時，可能導(dǎo)致虛電路中斷，必須重新建立連接才能恢復(fù)數(shù)據(jù)傳輸。2.虛電路服務(wù)4.1.4虛電路與數(shù)據(jù)報3.虛電路和數(shù)據(jù)報的比較比較項(xiàng)目虛電路數(shù)據(jù)報建鏈過程必須有不需要目的地址僅在連接建立時使用，建鏈后，分組使用虛電路號每個分組都含有目的地址路由選擇在虛電路建立時進(jìn)行，所有分組均按同一路由傳送每個分組獨(dú)立選擇路由節(jié)點(diǎn)出故障經(jīng)由故障點(diǎn)的虛電路均中斷丟失分組，但可經(jīng)由其它路由分組順序總是按發(fā)送順序到達(dá)目的站到目的站時可能與發(fā)送順序不同差錯處理由通信子網(wǎng)負(fù)責(zé)由主機(jī)負(fù)責(zé)流量控制由通信子網(wǎng)負(fù)責(zé)由主機(jī)負(fù)責(zé)設(shè)想70年代銅線電路交換分組交換ISDN不成功諸網(wǎng)并存綜合網(wǎng)絡(luò)ISDN(N-ISDN)帶寬受限技術(shù)適應(yīng)性差不完全綜合4.2ATM交換4.2.1N-ISDN與B-ISDN80年代適合不同業(yè)務(wù)的信息傳遞技術(shù)90年代后期單一網(wǎng)絡(luò)B-ISDN線路帶寬和質(zhì)量大大提高解決了傳輸媒體問題ATM寬帶IP網(wǎng)光纖普及快速分組交換4.2.1N-ISDN與B-ISDN4.2ATM交換4.2.2ATM基本概念1.ATM定義異步分組交換（按需分配帶寬）信元就是分組各信元不需要嚴(yán)格按照一定的規(guī)律出現(xiàn)傳遞模式傳輸復(fù)用交換ATM（異步傳遞模式）：以長度固定且較短的信元作為信息的傳送、交換和復(fù)用的基本單位，并按分組交換的方式發(fā)送信息和建立用戶之間的連接。4.2.2ATM基本概念2.ATM基本特征信元作為交換、處理的基本單位采用標(biāo)記復(fù)用和標(biāo)記交換信元復(fù)用為異步時分復(fù)用面向連接的工作方式，支持無連接業(yè)務(wù)簡化的網(wǎng)絡(luò)功能和協(xié)議可通過丟棄信元緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞信道動態(tài)分配，支持可變速率和恒定速率業(yè)務(wù)4.2.3ATM信元結(jié)構(gòu)1.信元的基本組成由固定長度的53個字節(jié)組成。前5個字節(jié)稱為信頭,后48個字節(jié)稱為信息段(凈荷)。傳統(tǒng)分組交換ATM2.ATM信元格式信頭：在UNI上為GFC在NNI上為VPI123456-53

841＊GFC/VPI＊VPIVPIVCIVCIVCIPTICLPHEC凈荷說明：NNI信頭不需要GFC字段，可使VPI擴(kuò)展為12比特。信頭各字段說明：GFC：一般流量控制（4比特）:用于允許多個設(shè)備在共享媒體配置上使用一個UNI。由于當(dāng)前的ATM標(biāo)準(zhǔn)只支持點(diǎn)對點(diǎn)配置，無論是ITU-TSS還是ATM論壇都沒有定義關(guān)于這個段的使用。GFC的缺省值是無定義的0000。VPI：虛通道標(biāo)識（8比特）當(dāng)前信元的VPI。VPI支持最多256個VP通過UNIVCI：虛信道標(biāo)識（16比特）當(dāng)前信元的VCI。每個穿過UNI的VP支持最多65536個VC。VPI/VCI對告知ATM網(wǎng)絡(luò)如何交換一個信元PTI：凈荷類型標(biāo)志（3比特）PTI編碼含義000用戶數(shù)據(jù)單元未經(jīng)歷擁塞

AUU=0001用戶數(shù)據(jù)單元未經(jīng)歷擁塞

AUU=1010用戶數(shù)據(jù)單元經(jīng)歷擁塞

AUU=0011用戶數(shù)據(jù)單元經(jīng)歷擁塞

AUU=1100段的OAMF5信元101端到端的OAMF5信元110資源管理單元111保留信頭各字段說明：CLP：信元丟棄優(yōu)先率（1比特）表示信元丟失優(yōu)先級，只有一個比特，CLP=0，表示高優(yōu)先級；CLP=1,表示低優(yōu)先級，若遇到擁塞要丟棄信元時，CLP=1的信元將首先丟棄。HEC：信頭差錯控制（8比特）信頭差錯控制信號單元定界信頭各字段說明：4.2.4虛信道VC與虛通道VPVPI/VCI:信元的邏輯路由地址

VPI:虛通路標(biāo)志

VCI:虛信道標(biāo)志存在兩種類型的連接：VCC:VCConnection虛信道連接VPC:VPConnection虛通路連接物理鏈路VP1VPnVP2VC1VC1VC2VCnVCnVC2VC2VC1在一個給定的接口，復(fù)用在一條鏈路上的許多不同的VP，用它們的VPI來識別。復(fù)用在一個VP中的不同的VC，用它們的VCI來識別。在一個給定的接口上，屬于兩個不同的VP的兩個VC，可具有相同的VCI。VC1VC1VC2VCnVCnVC2VC2VC1VP1VPnVP2鏈路、VP、VC之間的關(guān)系4.2.4虛信道VC與虛通道VP4.2.5ATM交換原理以固定長度的信元作為交換的基本單位，通過識別信頭中的VPI值和VCI值來區(qū)分不同用戶業(yè)務(wù)的信元，并根據(jù)在連接建立階段所設(shè)定的路由表改變VPI值和VCI值，從而將某條輸入線上的信元交換到某條輸出線上。路由選擇：在輸入鏈路上接收信元，并提取信元中的信頭，以確定這些信元從那條輸出鏈路上發(fā)送出去；標(biāo)記交換：根據(jù)路由表把輸入信元信頭中的VPI和VCI制轉(zhuǎn)換成相應(yīng)輸出鏈路上的新值；信元排隊：把具有新VPI和VCI值的信元存儲到相應(yīng)的隊列之中；發(fā)送：按信元的到達(dá)次序從隊列中取出信元并把它發(fā)送到相應(yīng)的輸出端口。具體交換過程為：ConnectionTable Port VPI/VCI Port VPI/VCI 1 0/37 3 0/7