第5章 現(xiàn)代數(shù)字交換技術(shù)

第5章現(xiàn)代數(shù)字交換技術(shù)

5.1概述5.2程控交換技術(shù)5.3分組交換技術(shù)5.4ATM交換技術(shù)

5.1概述

交換技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了四個階段:

人工交換階段;

機電交換階段;

電子交換階段;

信息包交換階段。

●

人工交換階段磁石人工電話交換機和共電人工電話交換機。

人工電話交換機由信號燈、塞孔、搬鍵、塞繩等設(shè)備組成，并由話務(wù)員控制。用戶塞孔和繩路構(gòu)成交換機的話路系統(tǒng)，話務(wù)員構(gòu)成交換機的控制系統(tǒng)。

特點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低；但是容量小，效率低，占用人力較多。

●

機電交換階段步進(jìn)制電話交換機和縱橫制電話交換機。步進(jìn)制電話交換機采用全分散控制方式，選擇器的線弧接點和弧刷構(gòu)成交換機的話路系統(tǒng)，選擇器的控制電路構(gòu)成交換機的控制系統(tǒng)?？v橫制電話交換機采用集中控制方式，多級縱橫接線器構(gòu)成交換機的話路系統(tǒng)，記發(fā)器和標(biāo)志器構(gòu)成交換機的控制系統(tǒng)。

特點：電磁器件動作速度低，耗電量大。

●

電子交換階段模擬程控電話交換機和數(shù)字程控電話交換機。模擬程控電話交換機交換的是模擬信號，話路系統(tǒng)采用空間分隔方式，控制系統(tǒng)采用了計算機技術(shù)。

數(shù)字程控電話交換機交換的是數(shù)字（PCM）信號，話路系統(tǒng)采用時分復(fù)用技術(shù)，控制系統(tǒng)采用了計算機技術(shù)。特點：提高了通信質(zhì)量，為開通非電話業(yè)務(wù)提供了有利條件，為實現(xiàn)ISDN打下了基礎(chǔ)。

●

信息包交換階段

傳統(tǒng)的電路交換采用固定分配資源的復(fù)用方式，而適合于非電話業(yè)務(wù)的信息包交換采用動態(tài)統(tǒng)計分配資源的復(fù)用方式。特點：提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率、信息傳輸效率和服務(wù)質(zhì)量。5.2程控交換技術(shù)5.2.1數(shù)字程控交換原理

1數(shù)字交換的實質(zhì)公用通信網(wǎng)中數(shù)字話音信號采用PCM幀結(jié)構(gòu)方式傳輸，不同用戶的話音信息分別占用不同時隙，因此數(shù)字交換的實質(zhì)是對數(shù)字話音信號進(jìn)行時隙交換。時隙交換由數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)完成。圖5.1為時隙交換示意圖，PCM入端某個時隙信息需要交換到PCM出端的另一時隙，相當(dāng)于通過數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)將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)后出現(xiàn)在PCM出端的TSj時隙。圖5.1時隙交換的概念

數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)

A

B

B

A

1

2

3

4

TSj1

2

3

4

TSjTSi

TSi

圖5.2多復(fù)用線時隙交換示意圖一條復(fù)用線上只有32個時隙，通常通過增加數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的時分復(fù)用線來增加交換機的容量，多復(fù)用線數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)可以把任一輸入時分復(fù)用線上的任一時隙的信息交換到任一輸出時分復(fù)用線上的任一時隙中。圖5.2為多復(fù)用線時隙交換示意圖。

第1條復(fù)用線上的TSi時隙與第4條復(fù)用線上TSj時隙建立了雙向的交換連接：第1條復(fù)用線發(fā)端TSi時隙的用戶話音A交換到第4條復(fù)用線收端的TSj

時隙；第4條復(fù)用線發(fā)端TSj時隙的用戶話音B交換到第1條復(fù)用線收端的TSi時隙。數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)只能單向傳送信息，對于每個通話接續(xù)都應(yīng)建立來話、去話兩條通路。圖5.3為雙向通信示意圖。圖5.3雙向通信示意圖

數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)

終端

終端

2數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)基本功能：一條復(fù)用線上的時隙交換；復(fù)用線之間的相同時隙的空間交換。實現(xiàn)時隙交換功能的部件成為時間接線器，實現(xiàn)空間交換功能的部件稱為空間接線器。（1）時間接線器（T接線器）

T接線器利用存儲器在輸入時隙寫入，而在其他時隙讀出來完成時隙交換。圖5.4為T接線器原理示意圖，主要由話音存儲器（SM）和控制存儲器（CM）組成。

話音存儲器用來暫存話音信息，容量取決于復(fù)用線的復(fù)用度；控制存儲器用于暫存話音時隙的地址，容量取決于復(fù)用線的復(fù)用度。話音存儲器的存取方式：“順序?qū)懭?，控制讀出”或者“控制寫入,順序讀出”，分別對應(yīng)于輸出控制型和輸入控制型T接線器；控制存儲器的存取方式：“控制寫入,順序讀出”。圖5.4為T接線器原理示意圖，圖5.4(a）和(b）分別為輸出控制型和輸入控制型T接線器。

圖5.4T接線器原理示意(a)輸出控制型；(b)輸入控制型假設(shè)要求將TS30時隙的話音信息A交換到TS2時隙

圖5.4(a)：CPU根據(jù)要求在CM的2號單元寫“30”，TS30

的話音信息在TS30

時隙寫入到SM的30號單元。TS2時刻，讀出CM的2號單元內(nèi)容“30”作為SM的讀出地址，控制SM讀出30號單元內(nèi)容A，完成了話音信息從TS30交換到TS2。圖5.4(b)：CPU根據(jù)要求在CM的30號單元寫“2”，TS30時刻，讀出CM的30號單元內(nèi)容“2”作為SM的寫入地址，時隙TS30

的話音信息A寫入到SM的2號單元，TS2時刻，讀出SM的2號單元內(nèi)容A，完成了話音信息從TS30交換到TS2。

（2）S接線器圖5.5為S接線器原理示意圖，主要由電子交叉點矩陣和控制存儲器（CM）組成，控制存儲器的存取方式仍為“控制寫入，順序讀出”。

交叉點矩陣共有n個輸入端和n個輸出端，形成n×n矩陣，由n個CM控制。CM可控制同號輸入端的所有交叉點實現(xiàn)“輸入控制”，也可控制同號輸出端的所有交叉點實現(xiàn)“輸出控制”。矩陣的每條輸入（輸出）復(fù)用線上有N個時隙。圖5.5S接線器結(jié)構(gòu)示意

2

1

n

1

2

n

2

n

1

1

2

3

┇

┇n

控制存儲器

CM1CM2

……

CMn

TS3

TS2

TS1

TS1

TS2

TS3

A1

B1

C1

A2,C2

B2

An,Bn

Cn

HW1

HW2

HWn

┇

HW1'

HW2

HWn┇

輸入

輸出

1入

2入

1出

2出

n出

n入

''

交叉接點的控制過程:①CPU根據(jù)交換機路由選擇結(jié)果在CM寫入如圖5.5所示內(nèi)容；

②CM按順序讀出，控制交叉接點矩陣動作。如TS1時隙讀出個CM的1號單元內(nèi)容，1號CM的1號單元內(nèi)容為“2”，控制2號入端與1號出端接通；③TS2時隙按CM的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。

（3）TST交換網(wǎng)絡(luò)小容量的數(shù)字交換機可僅由構(gòu)成單級T的T接線器數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)，S接線器不具備時隙交換功能；要擴大容量須組合使用T接線器和S接線器：TST型和STS型數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)，目前大容量數(shù)字交換機的數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)通常采用TST交換網(wǎng)絡(luò)。

TST是三級交換網(wǎng)絡(luò)，兩側(cè)為T接線器（簡稱TA和TB），中間為S接線器，S級的出入線數(shù)由兩側(cè)T接線器的數(shù)量決定。圖5.6為TST交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖，每條復(fù)用線有32個時隙，TA

、TB話音存儲器各有32個單元，各級控制存儲器各有32個單元。

圖5.6TST網(wǎng)絡(luò)

TA接線器為輸出控制方式，TB接線器為輸入控制方式，S接線器為輸入控制方式。

HW1TS2時隙的話音A要和HW3TS31時隙的話音B進(jìn)行交換信息。AB方向：設(shè)CPU找到一空閑內(nèi)部時隙TS7，向HW1的CMA的7號單元寫入“2”，HW3′的CMB的7號單元寫入“31”，S級1號CMC的7號單元寫入“3”。

TS2時刻，話音信息A存入HW1的SMA的2號單元，TS7時刻，讀出CMA的7號單元內(nèi)容“2”作為SMA的讀出地址，控制SMA讀出2號單元信息A；讀出S級1號CMC的7號單元內(nèi)容“3”控制1號入線和3號出線接通；讀出HW3′的CMB的7號單元內(nèi)容“31”作為SMB的寫入地址，控制話音信息A寫入SMB的31號單元。TS31時刻，讀出

SMB的31號單元內(nèi)容A。

BA方向的路由選擇通常采用“反相法”（兩個方向相差半幀），BA方向的話音傳輸與

AB方向相似，只是內(nèi)部空閑時隙為TS23（32/2+7=23）。話終只要清除控制存儲器的相應(yīng)單元即可。

3呼叫處理基本過程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、投幣電話等;·調(diào)查話機類別，按鍵話機還是號盤話機。

（2）送撥號音，準(zhǔn)備收號

·交換機尋找一個空閑收號器以及它和主叫用戶間的空閑路由;·尋找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(jìn)行計數(shù);·將號首送分析程序。

（4）號碼分析

·分析號首決定呼叫類別（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;·檢查被叫用戶是否空閑。

（5）接至被叫用戶B·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）;·預(yù)占主、被叫用戶通話路由。（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，停振鈴和停送回鈴音;·建立A、B用戶間的通話路由;·啟動計費設(shè)備;·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，釋放路由;·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，經(jīng)過一定時限切斷通路，釋放路由;·停止計費;·向主叫用戶送忙音。

4程控交換系統(tǒng)的控制方式和結(jié)構(gòu)

基本控制方式：集中控制和分散控制。

1）集中控制每一臺處理機均能利用全部資源，能執(zhí)行所有控制功能，如圖5.7所示。

2）分散控制每臺處理機只能利用部分資源，只能執(zhí)行部分功能。

圖5.7集中控制系統(tǒng)

3）多處理機結(jié)構(gòu)絕大多數(shù)交換機都采用多處理機結(jié)構(gòu)，多處理機系統(tǒng)中，各處理機的分工方式大致有以下幾種：

●按功能分工不同處理機完成不同功能。

●按話務(wù)分工每一臺處理機完成一部分話務(wù)處理功能。

●主/備用方式為提高控制部件的可靠性，對每臺處理機配備有備用處理機。

5.2.2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，硬件又分為話路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，圖5.8為程控數(shù)字交換機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。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(yuǎn)端模塊）兩部分。圖5.8數(shù)字交換機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

é

用戶電路

數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)

用戶處理機

é

用戶電路

數(shù)字中繼

數(shù)字中繼

信號音收/發(fā)

數(shù)字中繼線

模擬中繼線

用戶處理機

遠(yuǎn)端模塊

用戶模塊

中央處理機

選組級

模擬中繼

數(shù)字中繼

PCM

用戶級

1）用戶模塊用戶模塊和遠(yuǎn)端模塊除實現(xiàn)用戶功能外，還進(jìn)行話務(wù)量的集中（或分散）。

圖5.9為用戶模塊結(jié)構(gòu)，一級T接線器組成的用戶級交換網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)話務(wù)量的集中（或分散）；信號提取、插入電路負(fù)責(zé)從信息流中提取（或插入）信令信息；網(wǎng)絡(luò)接口將信息碼流變換成數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)處理的碼流；掃描存儲器暫存用戶電路來的掃描信息；分配存儲器暫存給用戶電路的信號分配信息。圖5.9用戶模塊結(jié)構(gòu)

é

用戶電路

串ˉ并變換

é

用戶電路

用戶級交換網(wǎng)絡(luò)

并ˉ串變換

信號提取插入

網(wǎng)絡(luò)接口

收號器

串ˉ并變換

┆

┆

掃描存儲器

分配存儲器

微處理器

HW

HW

至數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)

2）用戶電路功能可歸納為BORSCHT功能:B（饋電）：對用戶話機饋電；

O（過壓保護(hù))：避免高壓損壞交換機；

R（振鈴控制)：防止振鈴高壓進(jìn)入交換機；

S（監(jiān)視）：監(jiān)視用戶線的狀態(tài)；

C（編/譯碼和濾波)：模/數(shù)轉(zhuǎn)換；

H（混合電路)：二/四線轉(zhuǎn)換；

T（測試)：測試用戶線。圖5.10為用戶電路功能框圖。圖5.10用戶電路功能框圖

3）模擬中繼和數(shù)字中繼

模擬中繼器是數(shù)字交換機和模擬局間中繼線的接口電路，圖5.11為模擬中繼器的基本功能框圖，模擬中繼器和用戶電路相比少了饋電和振鈴控制功能外，增加了忙/閑指示功能。數(shù)字中繼器是數(shù)字交換機和數(shù)字局間中繼線的接口電路，圖5.12為數(shù)字中繼器的功能框圖，主要功能有：碼型變換和反變換（HDB3碼與單極性不歸零碼之間的變換）;時鐘提取和幀同步;提取和插入隨路信令信號。

圖5.11模擬中繼器功能框圖圖5.12數(shù)字中繼器功能框圖

4）信號音的發(fā)送與接收交換機需向用戶發(fā)送各種信號音，向其他交換機發(fā)送和接收各種局間信令，這些信號都是音頻模擬信號，必須數(shù)字化后才能通過數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)。

各種信號音由用戶話機接收，用戶電路將數(shù)字音頻信號變換成模擬信號供話機自動接收；多音頻信號由接收器接收，常采用通過數(shù)字濾波器組后識別獲得。圖5.13為數(shù)字雙音頻信號接收器結(jié)構(gòu)框圖。圖5.13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)

程控交換機的軟件分為運行軟件和支援軟件。

1）運行軟件系統(tǒng)運行軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，圖5.14為運行軟件系統(tǒng)的組成。

系統(tǒng)軟件：

(1)執(zhí)行管理程序（操作系統(tǒng)）管理計算機資源和控制程序的執(zhí)行

(2)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)重新組織以及恢復(fù)與再啟動處理

(3)故障診斷程序故障診斷

(4)輸入輸出和人——機通信程序人——機接口應(yīng)用軟件：

(1)呼叫處理程序交換狀態(tài)、資源、業(yè)務(wù)管理以及負(fù)荷控制

(2)維護(hù)和運行程序統(tǒng)計和分析話務(wù)量維護(hù)；測試用戶線和中繼線;監(jiān)察業(yè)務(wù)質(zhì)量；業(yè)務(wù)變更等。

2）支援軟件系統(tǒng)支援軟件系統(tǒng)包括以下軟件:(1)軟件開發(fā)支援系統(tǒng)建立源文件和目標(biāo)文件

(2)應(yīng)用工程支援系統(tǒng)提供交換局所需硬件和軟件的各項數(shù)據(jù)

(3)軟件加工支援系統(tǒng)按交換局要求生成并裝入各種特定程序和數(shù)據(jù)

(4)交換局管理支援系統(tǒng)管理交換局圖5.14運行軟件系統(tǒng)的組成交換機話路部分輸入/輸出設(shè)備執(zhí)行管理程序系統(tǒng)監(jiān)視和故障處理程序故障診斷程序輸入/輸出和人—機通信程序系統(tǒng)軟件呼叫處理程序維護(hù)和運行程序應(yīng)用軟件

3）程序設(shè)計語言不同交換機采用不同語言編寫程序，ITU—T建議應(yīng)用于程控交換的專用高級語言有：CHILL語言、SDL語言和MML語言

CHILL語言：CCITT高級語言的縮寫，主要用于軟件設(shè)計、程序編制、軟件檢驗等；

SDL語言：功能說明與描述語言，用于描述程控交換機的功能和邏輯過程。

MML語言：人—機對話語言，用于人—機對話的交互式人—機操作和命令維護(hù)。

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接時所采用的一種通信語言，程控交換網(wǎng)中的主要信令有：

(1)用戶信令和局間信令用戶信令是用戶話機和交換局之間的信令，包括用戶狀態(tài)信息和用戶撥號產(chǎn)生的數(shù)字信號；局間信令是交換局之間中繼線上傳遞的信令

(2)隨路信令和公共信道信令隨路信令是呼叫接續(xù)需要的信令通過所占中繼電路來傳送的信令；公共信道信令是利用交換局間一條專門的信令鏈路為多條話路集中傳送信令。圖5.15，圖5.16分別為隨路信令和公共信道信令方式示意圖。

(3)模擬信令和數(shù)字信令模擬信令是按模擬方式傳送信令；數(shù)字信令是按數(shù)字方式編碼傳送信令

(4)線路信令和記發(fā)器信令線路信令是出、入局線路設(shè)備間傳送的信令；記發(fā)器信令是交換設(shè)備間傳送的信令

(5)前向信令和后向信令前向信令是發(fā)端局至收端局的記發(fā)器或中繼電路信令；后向信令是收端局至發(fā)端局的信令

(6)逐段轉(zhuǎn)發(fā)和端到端傳送方式逐段轉(zhuǎn)發(fā)是逐段識別，校正后轉(zhuǎn)發(fā)；端到端方式轉(zhuǎn)接局只接通信令路由，然后透明傳輸圖5.15隨路信令方式示意圖5.16公共信道信令方式示意5.3分組交換技術(shù)

5.3.1概述

基本思想：通話內(nèi)容分成若干固定長度的數(shù)據(jù)塊(分組)，以分組為單位傳送，通話內(nèi)容通過不同路徑到達(dá)收端，終點站要對數(shù)據(jù)分組重新排序。分組交換優(yōu)點：

(1)用戶終端適應(yīng)性強；

(2)信息傳輸時延??；

(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(jì)性好。分組交換缺點：

(1)信息傳輸效率較低；

(2)實現(xiàn)技術(shù)復(fù)雜。5.3.2分組交換的基本原理1復(fù)用傳輸方式多路復(fù)用指將多個低速數(shù)據(jù)流合起來共用1條高速線路，目前多路復(fù)用分為兩類：固定分配資源和動態(tài)分配資源。

1)固定分配資源法（預(yù)分配法）網(wǎng)絡(luò)根據(jù)申請在傳輸前預(yù)先固定分配傳輸資源。

2)動態(tài)分配資源法（統(tǒng)計時分復(fù)用法）

網(wǎng)絡(luò)根據(jù)用戶需要分配傳輸資源。

3)傳輸方法統(tǒng)計時分復(fù)用方式中，用戶數(shù)據(jù)按一定單元長度隨機交織傳輸，圖5.17為統(tǒng)計時分復(fù)用原理框圖。用戶數(shù)據(jù)交織傳輸方法：

(1)比特交織；

(2)字節(jié)或字符交織；

(3)分組(或塊、幀)交織。圖5.18為三個終端的數(shù)據(jù)交織傳輸示意。圖5.17統(tǒng)計時分復(fù)用原理圖5.18交織傳輸示意

終端編號作為用戶數(shù)據(jù)“標(biāo)記”，STDM設(shè)備中的控制器執(zhí)行統(tǒng)計時分復(fù)用功能，處理過程為：

①將各終端數(shù)據(jù)存入輸入緩沖器以形成分組；

②給各分組加“標(biāo)記”；

③帶有標(biāo)記的數(shù)據(jù)分組進(jìn)發(fā)送隊列排隊并依次傳輸；

④各終端數(shù)據(jù)組在線路交織傳輸。

邏輯信道：實際不存在的完成子信道功能的信息流通路，線路邏輯信道號可獨立于終端編號，當(dāng)終端要求通信時由STDM設(shè)備分配。同一個終端，每次呼叫可分配不同邏輯信道號，但同一次呼叫連接中，某終端數(shù)據(jù)組的邏輯信道號應(yīng)相同。用邏輯信道號給終端數(shù)據(jù)組作“標(biāo)記”比用終端號更靈活方便，一個終端可同時通過網(wǎng)絡(luò)建立多個數(shù)據(jù)通路，圖5.19為用邏輯信道號“標(biāo)記”進(jìn)行交織傳輸?shù)氖疽鈭D。圖5.19用邏輯信道號作“標(biāo)記”進(jìn)行交織傳輸示意2分組的形成和傳輸

1)

分組的形成數(shù)據(jù)按一定長度分組，用戶數(shù)據(jù)前面是填寫邏輯信道號和其他控制信息的分組頭，這樣的數(shù)據(jù)組稱為分組，圖5.20為分組形成示意圖。

2)分組的傳輸分組裝配成傳輸幀進(jìn)行傳輸，X.25協(xié)議規(guī)定分組傳輸幀采用HDLC幀結(jié)構(gòu)。圖5.21為X.25分組傳輸幀格式，F(xiàn)、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，數(shù)據(jù)分組長度通常為128+3(分組頭)字節(jié)。圖5.20分組的形成圖5.21X.25分組傳輸幀格式

3)

分組裝配

分組由分組型終端或?qū)ｉT設(shè)備(分組拆裝設(shè)備）產(chǎn)生。圖5.22為分組的產(chǎn)生和傳送示意圖。

PAD為分組裝配和拆卸設(shè)備，幫助非分組終端生成分組；PT為分組傳輸設(shè)備，將分組裝配成幀的格式。圖5.22分組的產(chǎn)生和傳送3分組的交換分組交換網(wǎng)以CCITTX.25規(guī)程為基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)大部分采用虛電路(VirtualCircuit)連接方式，少部分采用數(shù)據(jù)報(Datagram)方式。

1）虛電路方式虛電路是兩個用戶終端在發(fā)送、接收數(shù)據(jù)前通過網(wǎng)絡(luò)建立的邏輯連接，用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)分組按順序由該邏輯通路到達(dá)終點，圖5.23為虛電路示意圖。圖5.23虛電路示意虛電路方式特點：

●

一次通信要經(jīng)歷呼叫建立、數(shù)據(jù)傳輸和呼叫清除三個階段；

●

數(shù)據(jù)分組中不包含終點地址，提高大數(shù)據(jù)量通信的傳輸效率；

●數(shù)據(jù)分組按建立的路徑順序通過網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)終點不需對數(shù)據(jù)分組重新排序；

●網(wǎng)絡(luò)線路中斷或設(shè)備出現(xiàn)故障時，需要重新呼叫建立新連接；

●可向用戶提供永久虛電路服務(wù)。

2）數(shù)據(jù)報方式每個數(shù)據(jù)分組當(dāng)作一份獨立報文，數(shù)據(jù)分組包含終點地址信息，分組交換機為每個數(shù)據(jù)分組獨立尋找路徑，網(wǎng)絡(luò)終點需要對數(shù)據(jù)分組重新排序。數(shù)據(jù)報方式特點：

●一次通信不需經(jīng)歷呼叫建立和呼叫清除階段;

●

數(shù)據(jù)分組傳輸時延大；

●網(wǎng)絡(luò)故障適應(yīng)力較強。

3)路由選擇首先根據(jù)某種準(zhǔn)則選擇傳輸路由，然后隨時監(jiān)測傳輸過程中網(wǎng)絡(luò)狀況，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況隨時調(diào)整分組路由，以保證分組到達(dá)終點。不同分組交換網(wǎng)可采用不同路由選擇方法。

(1)擴散式路由法分組從源點向其每個相鄰節(jié)點發(fā)送；節(jié)點接收到分組后先檢查是否已經(jīng)收到過該分組，如果收到過則拋棄，如果未收到過則把該分組發(fā)往除傳送過來那個節(jié)點之外的所有相鄰節(jié)點。圖5.24為擴散式路由示意圖。圖5.24擴散式路由示例

擴散式路由特點：

●路由選擇與網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無關(guān)，分組傳輸?shù)目煽啃院芨撸?/p>

●分組無效傳輸量大，網(wǎng)絡(luò)的額外開銷大；

●分組在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸流量增大，會加大節(jié)點的排隊時延。

(2)查表路由法每個節(jié)點用路由表確定從該節(jié)點到網(wǎng)絡(luò)任何終點應(yīng)選擇的路徑，分組到達(dá)節(jié)點后按照路由表規(guī)定路徑前進(jìn)。路由表中一個節(jié)點到另一個節(jié)點的多個路由按一定準(zhǔn)則排序成第1、2、3、…路由，分組首先選擇第1路由，故障或阻塞時選擇第2、3路由。常用的確定路由表的準(zhǔn)則：最短路徑算法、最小時延算法和最低成本（費用）算法。表5.1為按照最短路徑準(zhǔn)則對圖5.24所得路由表。

表5.1最短路徑路由表示例5.3.3分組交換的通信協(xié)議分組終端與網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議(X.25協(xié)議)；非分組終端與網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議(分組裝/拆協(xié)議)；網(wǎng)間互連協(xié)議。

1CCITTX.25協(xié)議

X.25協(xié)議是分組型終端與數(shù)據(jù)電路連接設(shè)備連接入網(wǎng)的接口標(biāo)準(zhǔn)。

1）X.25協(xié)議及其結(jié)構(gòu)

X.25協(xié)議分為三個層次結(jié)構(gòu)：物理層、鏈路層和分組層，圖5.25為X.25接口示意圖。圖5.25X.25接口示意M信源信宿通信處理器主機前端處理機智能能端主處理器網(wǎng)絡(luò)M:調(diào)制解調(diào)器接口X.25DTEDCEM交換或入口節(jié)點機線路

X.25協(xié)議三層對應(yīng)OSI模型的下三層，圖5.26為DTE／DCE接口協(xié)議分層示意圖，圖5.27為各層間信息流關(guān)系示意圖。

高層消息在X.25第三層分為128字節(jié)的數(shù)據(jù)塊，前面加上三字節(jié)的分組頭后送X.25第二層；第二層為分組加上HDLC標(biāo)題、幀校驗序列FCS以及幀標(biāo)志序列構(gòu)成傳輸幀；幀信號流送X.25第一層，最后送傳輸線路。圖5.26DTE/DCE接口協(xié)議分層DTEDCE系統(tǒng)或用戶級第三層第二層第一層第一層第二層第三層MMX.21X.21HDLC鏈路級X.25分組級端—端協(xié)議…圖5.27X.25各層信息結(jié)構(gòu)

2)X.25協(xié)議第一層

X.25第一層定義了DTE與DCE間的電氣接口和建立物理信息傳輸通路的過程，X.25物理層中采用的接口標(biāo)準(zhǔn)有：X.21、X.21bis和V系列協(xié)議。

圖5.28為X.21規(guī)定的DTE/DCE主要接口線：T、R(數(shù)據(jù)線)分別用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)；C(控制線)用于用戶終端向網(wǎng)絡(luò)表示摘、掛機狀態(tài)；I(指示線)用于網(wǎng)絡(luò)向用戶終端指示數(shù)據(jù)傳送階段開始、結(jié)束；S(信號碼元定時線)用于DCE向DTE提供碼元定時。圖5.28X.21主要接口線

X.21協(xié)議要點：

●

接口物理特性；

●

電氣特性；

●

同步比特串行傳輸；

●

點對點全雙工操作；

●

建立交換電路協(xié)議；

●

使用租用電路協(xié)議。

3）X.25協(xié)議第二層鏈路層也稱幀層，用ISOHDSL中規(guī)定術(shù)語和可選部分的一個子集。

(1)主要功能

●

差錯控制：采用循環(huán)冗余校驗，反饋重傳方式；

●

幀包封和解封；

●

幀同步；

●

檢查已收幀排列順序；

●

對正確收到數(shù)據(jù)塊給予確認(rèn)；

●

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以及多鏈路型MLP。

LAP規(guī)程：鏈路每端看作兩個分開的站—主站和次站，并有兩個獨立信道，信息只能以命令方式從主站流向次站，圖5.29為LAP結(jié)構(gòu)。

LAPB規(guī)程：鏈路每端看作主—次站的結(jié)合體，DTE可通過發(fā)命令起始雙向傳輸鏈路，圖5.30為LAP結(jié)構(gòu)。

圖5.29LAP結(jié)構(gòu)圖5.30LAPB結(jié)構(gòu)

MLP規(guī)程：多條鏈路平行工作，將要傳送分組分散通過多個LAPB單鏈路傳輸，在LAPB單鏈路幀上加多鏈路控制字段MLC。

圖5.31為多鏈路幀結(jié)構(gòu)，MLC字段中V、S比特用作控制排序；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，MNH（S）表示高4位，MNL（S）表示低8位。圖5.31多鏈路幀結(jié)構(gòu)

4）X.25協(xié)議第三層第三層也稱分組層，為虛呼叫和永久虛電路指定DTE和網(wǎng)內(nèi)設(shè)備邏輯信道號，建立和拆除虛電路等。

(1)虛電路的建立

圖5.20為虛電路建立示意圖，DTE-A與DTE-B通信，DTE-A發(fā)呼叫請求分組；交換機A收到后根據(jù)被叫地址選擇通往交換機B的路由，并向交換機B發(fā)呼叫請求分組；交換機B收到后向DTE-B發(fā)呼叫請求分組；DTE-B可接受呼叫時回發(fā)接受分組；交換機B收到后向交換機A發(fā)接受分組；交換機A收到后向DTE-A發(fā)呼叫連通分組，建立起DTE-A與DTE-B間的虛電路。

圖5.32虛電路的建立表5.2呼叫請求分組格式表5.3呼叫接受分組格式

(2)數(shù)據(jù)通信階段

DTE間電文被分割成數(shù)據(jù)分組傳送，P(S)為發(fā)送數(shù)據(jù)分組的編號，P(R)為正準(zhǔn)備接收下一個數(shù)據(jù)分組編號。

(3)虛電路的釋放要求釋放一方發(fā)釋放請求分組，獲得交換機發(fā)來的釋放確認(rèn)分組即完成虛電路的釋放。圖5.33為DTE-A發(fā)釋放請求分組時的虛電路釋放過程，表5.5、表5.6分別為釋放請求分組格式和釋放確認(rèn)分組格式。表5.4數(shù)據(jù)分組格式圖5.33虛電路釋放過程釋放確認(rèn)釋放請求釋放確認(rèn)釋放確認(rèn)釋放指示DTE-A交換機A交換機BDTE-B表5.5釋放請求(指示)分組格式

表5.6釋放確認(rèn)分組格式

(4)分組格式的基本結(jié)構(gòu)

X.25協(xié)議定義了各種分組及其格式和功能，所有分組都有分組頭，圖5.34為分組頭格式。

GFI：Q區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)分組和控制分組(“0”為數(shù)據(jù)，“1”為控制信息)；D表示是否端到端確認(rèn)(“0”為非端到端確認(rèn)，“1”為端到端確認(rèn))；SS確定分組順序編號模式(“01”表模8，“10”表模128）；

LCGN、LCN：區(qū)分DTE-DCE接口中邏輯子信道，12位可提供4095個邏輯信道號；

分組類型識別符：區(qū)分不同的分組(呼叫建立分組，數(shù)據(jù)傳輸分組，恢復(fù)分組和釋放分組)。

圖5.34分組頭格式(a)分組頭格式；(b)GFI格式

(5)重置和再啟動

●出現(xiàn)與建立、釋放虛電路有關(guān)錯誤時可用重置規(guī)程清除相應(yīng)虛電路；

●數(shù)據(jù)傳送階段出現(xiàn)錯誤時可用重置規(guī)程來清除相應(yīng)虛電路；

●出現(xiàn)某些嚴(yán)重錯誤時可用再啟動規(guī)程清除所有虛電路。

(6)待續(xù)數(shù)據(jù)指示

數(shù)據(jù)分組格式中有1位待續(xù)數(shù)據(jù)分組指示位，“1”表后面還有數(shù)據(jù)分組，“0”表后面數(shù)據(jù)分組屬于另一報文。

(7)邏輯信道與虛電路

邏輯信道是DTE/DCE鏈路上以分組為單位時隙形成的時分多路信道；虛電路由多個不同鏈路的邏輯信道聯(lián)結(jié)形成的兩個DTE間的通路。表5.7為邏輯信道與虛電路的區(qū)別示意。

表5.7邏輯信道與虛電路的區(qū)別2分組裝/拆（PAD）協(xié)議

1）PAD基本功能

將非分組終端接入分組交換網(wǎng)，圖5.35為PAD轉(zhuǎn)換作用及分組網(wǎng)的協(xié)議關(guān)系。

CCITT制定了分組拆/裝標(biāo)準(zhǔn)：X.3協(xié)議、X.28協(xié)議和X.29協(xié)議，X.3協(xié)議規(guī)定PAD工作特性及提供給終端的基本功能；X.28協(xié)議確定非分組終端進(jìn)出分組交換網(wǎng)的規(guī)程，并規(guī)定終端控制PAD的命令；X.29協(xié)議規(guī)范了分組終端接入PAD的規(guī)程。

PAD基本功能：①將非分組終端的字符流裝配成分組；②將分組交換網(wǎng)的數(shù)據(jù)分組拆卸成字符流；③虛電路的建立和釋放；

④滿足一定條件時轉(zhuǎn)發(fā)分組或字符；⑤應(yīng)答PAD命令及PAD電文；⑥處理非分組終端的中斷信號。PD非分組終端X.3X.25分組終端X.28X.29A分組交換網(wǎng)(b)

參數(shù)1參數(shù)2參數(shù)18X.28X.3X.29數(shù)據(jù)字符數(shù)據(jù)分組分組終端PAD業(yè)務(wù)信號PAD電文非分組終端PAD命令信號按X.29變更參數(shù)(a)按X.28變更參數(shù)PAD…

圖5.35PAD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）X.3協(xié)議非分組終端通過PAD與分組交換網(wǎng)互連時，PAD由一組內(nèi)部參數(shù)來確定所執(zhí)行功能。

X.3協(xié)議共有22個參數(shù)，分為5類：

①異步接口控制；②數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送控制；③發(fā)送輸出控制；④發(fā)送輸入控制；⑤編輯功能。

3）X.28協(xié)議定義非分組終端與分組交換網(wǎng)之間的接口，規(guī)范四個過程：

(1)非分組型DTE與PAD間通路的建立過程；

(2)非分組型DTE與PAD間進(jìn)行字符交換和業(yè)務(wù)起始過程；

(3)非分組型DTE與PAD間控制信息交換過程；

(4)非分組型DTE與PAD間用戶數(shù)據(jù)交換過程。

4）X.29協(xié)議

規(guī)定PAD與分組終端間或PAD間接口規(guī)程，利用X.25分組能與分組終端以及PAD通信。

X.29協(xié)議中規(guī)定用X.25分組頭中的Q比特區(qū)分用戶數(shù)據(jù)和PAD報文（“0”表示用戶數(shù)據(jù)，“1”表示PAD報文）。

X.29協(xié)議主要功能：①適應(yīng)DCE和分組DTE間的X.25接口，與X.25規(guī)程配合使用；②用作PAD間的互通；

③規(guī)定交換PAD控制信息和用戶數(shù)據(jù)規(guī)程；④規(guī)定傳送用戶數(shù)據(jù)方式；⑤利用PAD報文對PAD進(jìn)行控制；⑥規(guī)定一次虛呼叫中傳送數(shù)據(jù)字段格式。

分組終端與PAD間控制信息按PAD報文方式傳送，X.29協(xié)議中規(guī)定了各類PAD報文的格式。表5.8為X.29協(xié)議PAD報文類型表5.8X.29協(xié)議PAD報文類型

3分組交換網(wǎng)的互連協(xié)議

網(wǎng)際互連需解決的主要問題:①要求相同通信協(xié)議；②有統(tǒng)一尋址方案、統(tǒng)一編號體制；③一致最大分組長度；④適配流量控制方法、流量控制參數(shù)；⑤考慮網(wǎng)間時延；⑥網(wǎng)間傳輸計費。圖5.36為兩個分組網(wǎng)通過X.75互連示意圖

圖5.36通過X.75的網(wǎng)間互連示意

X.75協(xié)議主要內(nèi)容:①協(xié)議分物理層、鏈路層和分組層；

②協(xié)議兩端是信號終端設(shè)備STE；③STE主要功能：分組信號過程和分組傳輸過程；④呼叫建立分組與釋放分組由一個STE透明傳送給下一個STE；⑤呼叫建立分組和釋放分組格式與X.25主要差別：X.75比X.25多一個網(wǎng)間業(yè)務(wù)字段，傳送網(wǎng)間有關(guān)計費和路由信息等。⑥X.75是DCE與DCE間接口，兩端對稱。表5.9為X.75網(wǎng)間呼叫請求分組格式

表5.9X.75網(wǎng)間呼叫請求分組格式5.3.4分組交換的實現(xiàn)技術(shù)分組交換網(wǎng)由分組交換機、網(wǎng)絡(luò)管理中心、遠(yuǎn)程集中器與分組拆裝設(shè)備、分組終端和傳輸線路組成。1分組交換機分組交換機分為中轉(zhuǎn)交換機和本地交換機兩類。

中轉(zhuǎn)交換機：通信容量大，信息處理能力較強，所有線路端口用作中繼端口，路由選擇功能強；

本地交換機：通信容量小，信息處理能力較低，大部分線路端口用作用戶端口，少數(shù)用作中繼端口，基本上無路由選擇功能或只有簡單路由選擇功能。

1)分組交換機主要功能①網(wǎng)絡(luò)基本業(yè)務(wù)；

②路由選擇；③流量控制；④X.25、X.75等多種接口規(guī)程協(xié)議功能；⑤局部維護(hù)、運行管理、故障報告與診斷、計費等功能。

2)硬件結(jié)構(gòu)

以我國公用分組交換骨干網(wǎng)采用的DPN-100系列設(shè)備為例。

DPN-100系列交換機采用模塊化結(jié)構(gòu)，中、小型交換機由2種基本模塊——資源模塊RM和訪問模塊AM組成；大型交換機由5種基本模塊——資源模塊RM、訪問模塊AM、中繼線模塊TM、網(wǎng)絡(luò)鏈路模塊NLM和DMS總線組成。圖5.37為DPN-100系列模塊示意,圖5.38為中、小型交換機結(jié)構(gòu)舉例。

圖5.37DPN―100系列模塊示意(a)中、小型交換機模塊；(b)大型交換機模塊圖5.38中、小型交換機結(jié)構(gòu)舉例

RM模塊提供路由選擇和交換控制功能；AM模塊提供用戶線接口和數(shù)據(jù)交換功能，可獨立完成模塊內(nèi)用戶間數(shù)據(jù)交換。

RM、AM模塊硬件結(jié)構(gòu)相似，圖5.39、5.40分別為RM模塊、AM模塊硬件結(jié)構(gòu)示意圖，每個RM、AM模塊由處理機板PE、外圍接口板PI、外圍總線擴展板PBE、公共存儲器CM、告警接口AI、電源變換器CONV和磁盤DISK等部件組成。圖5.39RM模塊硬件結(jié)構(gòu)圖5.40AM模塊硬件結(jié)構(gòu)

3)分組交換機主要性能①

端口數(shù)；②吞吐量（每秒處理分組數(shù)）；③每秒處理呼叫次數(shù)；④路由數(shù)（一般等于中繼端口數(shù)）；⑤平均分組處理遲延(傳送一個數(shù)據(jù)分組從輸入端口至輸出隊列所需平均處理時間）；⑥提供可選補充業(yè)務(wù)能力；⑦支持X.25等協(xié)議版本時間；⑧提供非標(biāo)準(zhǔn)接口能力。表5.10DPN-100交換機型號和主要性能2網(wǎng)絡(luò)管理中心

1）網(wǎng)絡(luò)管理方式分組交換網(wǎng)管理方式：集中管理方式和集中與分散結(jié)合管理方式，前者全網(wǎng)只設(shè)一個網(wǎng)絡(luò)管理中心，負(fù)責(zé)全網(wǎng)的管理工作，適用規(guī)模較小網(wǎng)絡(luò)；后者適用于規(guī)模較大網(wǎng)絡(luò)。圖5.41為集中與分散結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)管理方式示意圖，全網(wǎng)分成若干區(qū)，每區(qū)設(shè)置一個區(qū)域網(wǎng)絡(luò)管理中心NMC-R，全網(wǎng)管理中心NMC-C可管理全網(wǎng)的骨干網(wǎng)及各區(qū)域的NMC-R。圖5.41集中與分散相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)管理方式PSXPSXPSXPSXPSXPSXPSXPSXPSXPSXPSXPSXNMC-CNMC-RNMC-R骨干網(wǎng)NMC-RNMC-R：網(wǎng)絡(luò)管理中心PSX：分組交換機PAD：分組裝/拆設(shè)備二級網(wǎng)PADPADPAD

2)網(wǎng)絡(luò)管理中心功能

(1)網(wǎng)絡(luò)配置、用戶管理；

(2)日常運行數(shù)據(jù)收集、統(tǒng)計；

(3)路由選擇管理；

(4)控制軟件管理；

(5)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測、故障告警與網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)顯示；

(6)計費管理。

3)網(wǎng)絡(luò)管理中心構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)管理中心又稱為網(wǎng)絡(luò)控制中心NCC，由網(wǎng)絡(luò)管理機、網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備和外圍設(shè)備三部分組成。

3分組裝/拆設(shè)備和遠(yuǎn)程集中器

1)分組裝/拆設(shè)備分組裝/拆設(shè)備主要功能：規(guī)程轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)集中。

規(guī)程轉(zhuǎn)換指非分組終端簡單接口規(guī)程與X.25協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)集中把各終端字符數(shù)據(jù)流裝配成分組，在PAD至交換機的中、高速線路上統(tǒng)計交織復(fù)用。

2)遠(yuǎn)程集中器遠(yuǎn)程集中器的功能是遠(yuǎn)程集中用戶終端，圖5.42為遠(yuǎn)程集中器工作示意圖。分組終端根據(jù)遠(yuǎn)程集中器的X.25端口能力建立多條虛電路，非分組終端只能通過PAD建立1條虛電路。圖5.42RCU工作示意圖

4分組終端分組終端指具有分組裝/拆功能的終端，可分為兩類：具有分組裝/拆功能，以X.25協(xié)議為接口規(guī)程與分組交換網(wǎng)直通的終端設(shè)備PT(X.25)；具有分組裝/拆功能，不與分組交換網(wǎng)直通，通過公用電話網(wǎng)或者電路交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)以X.32協(xié)議為接口規(guī)程與分組交換網(wǎng)相連的終端設(shè)備。

5傳輸線路分組交換網(wǎng)傳輸線路：PCM數(shù)字信道，速率為64kb/s、128kb/s和2Mb/s；利用調(diào)制解調(diào)器加模擬信道構(gòu)成的數(shù)字信道，速率主要有9.6kb/s、48kb/s和64kb/s。5.3.5幀中繼技術(shù)

1幀中繼概念

幀中繼實現(xiàn)鏈路層的邏輯鏈路復(fù)用和連接，提供以下功能：

(1)公用、專用系統(tǒng)提供多通信結(jié)構(gòu)連接；

(2)提供高速傳輸；

(3)提供按需帶寬分配；

(4)處理多規(guī)程傳輸信息來保護(hù)用戶現(xiàn)有投資。

2幀結(jié)構(gòu)和傳輸方式幀中繼傳送網(wǎng)中，幀長度可變，最長可達(dá)1000字節(jié)以上，每幀含“數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識符”DLCI，從源DTE到宿D(zhuǎn)TE間所有途經(jīng)節(jié)點根據(jù)DLCI指明出口信道。圖5.43為使用DLCI標(biāo)識的幀格式示意圖5.43幀中繼幀格式用戶信息：X.25分組或其他格式，在網(wǎng)中透明傳輸；

幀標(biāo)志F、地址字段DLCI、幀校驗序列FCS：幀中繼節(jié)點校驗，發(fā)現(xiàn)錯誤即丟棄分組，錯誤分組由終點和源點設(shè)備間負(fù)責(zé)檢錯重發(fā)。地址字段DLCI：包括流量控制和校驗信息，圖5.44為幀中繼幀的地址字段。C/R為命令/響應(yīng)指示位，EA為擴展地址位，F(xiàn)ECN為前向顯式擁塞通知位，BECN為后向顯式擁塞通知位，DE為丟棄核準(zhǔn)位。3FR與PAC、DDN的性能比較

表5.11為分組交換PAC、幀中繼FR和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信網(wǎng)DDN三種傳輸方式的性能比較。

圖5.44幀中繼幀的地址字段表5.11PAC、FR與DDN性能比較5.4ATM交換技術(shù)

5.4.1ATM的基本概念和工作原理

ATM技術(shù)是寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)B-ISDN的信息交換方式，采用分組交換原理，以固定長度的信元Cell來傳送信息，可適應(yīng)各種速率業(yè)務(wù)。1信息交換方式與ATM概念

1）電路交換方式數(shù)字通信中電路交換傳輸主要用同步轉(zhuǎn)移模式STM實現(xiàn)，圖5.45為同步轉(zhuǎn)移模塊示意圖，信道通路是周期性出現(xiàn)的時隙。圖5.45同步轉(zhuǎn)移模塊(STM)示意圖

2）分組交換方式將用戶信息劃分成可變長度的分組，每個分組前加分組頭指明分組的傳送地址，交換機存儲這些分組并在有空閑通路時根據(jù)分組地址標(biāo)志轉(zhuǎn)發(fā)至目的地。

3）ATM方式概念用戶信息（話音、數(shù)據(jù)及圖像數(shù)字信息）被分割成固定長度的信息塊，信息塊前裝配相關(guān)的控制信息構(gòu)成信元Cell。信元由5字節(jié)的信頭Header和48字節(jié)的用戶信息塊組成，圖5.46為異步轉(zhuǎn)移模式ATM示意圖。圖5.46異步轉(zhuǎn)移模式ATM示意圖

異步轉(zhuǎn)移模式ATM中各用戶信元是異步時分復(fù)用，圖5.47為ATM信元復(fù)用示意圖。不同信息源的信元匯集在一個緩沖器排隊，隊列中信元逐個輸出到傳輸線路，在傳輸線路上形成首尾相接的信元流。某時刻線路排空隊列中所有信元，線路上就出現(xiàn)空信元；某時刻線路上找不到可傳送信元的機會，而隊列充滿緩沖區(qū)時，后面來的信元就可能丟失，導(dǎo)致降低業(yè)務(wù)質(zhì)量。圖5.47ATM信元和復(fù)用2ATM交換原理

通信開始時先建立虛電路，以后將虛電路標(biāo)志寫入信頭，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)虛電路標(biāo)志交換傳送。

1）ATM交換節(jié)點

ATM網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點提供信元交換功能，完成虛電路的交換，同一虛電路上所有信元都選擇同樣路由，經(jīng)過同樣通路到達(dá)目的地。圖5.48為一個ATM交換節(jié)點示意圖，交換節(jié)點包含m條輸入復(fù)用線和n條輸出復(fù)用線，這些復(fù)用線上傳輸著復(fù)用信元流，信元流的空信元到達(dá)節(jié)點入口被舍棄。圖5.48ATM交換節(jié)點設(shè)信元虛電路標(biāo)志為A，從輸入復(fù)用線Ei到達(dá)節(jié)點，選擇路由為輸出復(fù)用線Sj

，節(jié)點內(nèi)空分矩陣在信元到達(dá)時將Ei與Sj連通，信元到達(dá)Sj后虛電路標(biāo)志變?yōu)锽，實現(xiàn)了虛電路的交換。

2）ATM信元交換圖5.49為ATM信元交換原理，建立一個虛電路時，對應(yīng)輸入復(fù)用線的“接續(xù)路由表”記入選路比特RB；信元到達(dá)后查對信頭標(biāo)記“i”，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)各交換模塊根據(jù)RB將信元發(fā)往指定方向。

圖5.49ATM交換原理3ATM的特點

①免除差錯控制和流量控制，簡化網(wǎng)絡(luò)控制；②采用面向連接工作方式；③簡化信頭功能；④采用長度較小的固定長度信元。

ATM是B-ISDN的理想交換傳送方式。5.4.2ATM協(xié)議結(jié)構(gòu)

圖5.50為ATM協(xié)議參考模型示意圖，是一個立體分層模型。

縱向看三個功能面：用戶面、控制面和管理面。

用戶面：提供用戶數(shù)據(jù)傳輸功能；控制面：提供呼叫和連接控制功能；

管理面：提供面管理、層管理功能，面管理實現(xiàn)與整個系統(tǒng)有關(guān)的管理功能；層管理實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源和相關(guān)協(xié)議參數(shù)管理功能。橫向看四個功能層：物理層、ATM層、ATM自適應(yīng)層和高層。

物理層：完成信息傳輸功能；

ATM層：完成信元交換、信元復(fù)用/分解和選路；

ATM自適應(yīng)層：適配ATM層和高層，以適應(yīng)高層需要；

高層：根據(jù)不同業(yè)務(wù)特點完成高層功能。圖5.50ATM協(xié)議參考模型物理層ATM層ATM自適應(yīng)層高層高層控制面用戶面管理面層管理面管理

1)物理層PL

物理層又劃分為兩個子層：物理媒介子層PM和傳輸會聚子層TC，圖5.51為物理層劃分情況示意圖。

物理媒介子層：在物理介質(zhì)上有效、可靠地傳送和接收信息；

傳輸會聚子層：傳輸幀的生成與恢復(fù)；傳輸幀的自適應(yīng)；信元定界；信頭差錯控制和信元速率解耦。圖5.51PL子層劃分

2)ATM層

ATM層為ATM信元流建立傳送通路。

（1）虛信道VC和虛路徑VP

虛信道：是一個邏輯信道，由信頭中的虛信道標(biāo)志VCI識別，虛信道上傳送的ATM信元具有相同的虛信道標(biāo)志；

虛路徑：由具有相同通道的虛信道組成，由信頭中的虛路徑標(biāo)志VPI識別。每個VP可用復(fù)用方法容納多達(dá)65536個VC，同一個VP的不同VC有相同的VPI，圖5.52為傳輸通道、VP和VC的關(guān)系示意圖。

圖5.52傳輸通道、VP和VC的關(guān)系（2）信頭格式

ATM信頭格式：用戶——網(wǎng)絡(luò)接口UNI和網(wǎng)絡(luò)——網(wǎng)絡(luò)接口NNI，圖5.53為這兩種信頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

GFC：一般流量控制，4比特；

VPI、VCI：信元選擇的虛路徑和虛信道信息，VCI占16比特，UNI的VPI占8比特，NNI的VPI占12比特；

PT：標(biāo)明信元信息屬性，2比特；

RES：備用比特，1比特；

CLP：表示信元優(yōu)先度，“0”表示高優(yōu)先度，“1”表低優(yōu)先度，1比特；

HEC：CRC校驗，提高信頭傳輸可靠度，8比特。圖5.53信頭結(jié)構(gòu)(a)UNI信頭；(b)NNI信頭

（3）VP交換和VC交換

ATM交換可分為兩類：VP交換和VC交換。

VP交換：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。圖5.54為VP交換原理示意，VP交換可單獨進(jìn)行，是傳輸通道中某等級數(shù)字復(fù)用線的交叉連接（VP交換過程中VCI值不變）。圖5.54VP交換

VC交換：VC交換需與VP交換同時進(jìn)行，交換時交換節(jié)點終止VC連接和VP連接，信元中VCI和VPI同時被修改為新值。圖5.55為VC交換的原理示意圖，一個VC連接終止時，相應(yīng)的VP連接也終止，該VP連接上的VC連接，可加入到不同方向的新的VP連接。

圖5.55VC交換（4）ATM層主要功能

●信元復(fù)用、分路；

●信元交換；

●

信頭產(chǎn)生、提?。?/p>

●

一般流量控制。

3)ATM自適應(yīng)層AALAAL介于ATM層和高層之間，使ATM層能適應(yīng)不同類型業(yè)務(wù)需要，支持用戶面、控制面和管理面高層功能。

1）業(yè)務(wù)分類

ITU-T定義了4類AAL業(yè)務(wù)，如表5.12所示。

2）AAL子層

AAL層分為兩個子層：會聚子層CS和裝拆子層SAR。

CS子層：消息識別、時鐘恢復(fù)；

SAR子層：發(fā)端將CS子層處理后高層信息單元切割成ATM信元，收端將ATM信元重組成高層信息單元。表5.12AAL業(yè)務(wù)分類

3）AAL規(guī)范要點

AAL協(xié)議規(guī)范的主要功能：

●

向高層傳送固定或可變比特率的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元；

●

對AAL1和AAL2業(yè)務(wù)，在源和目的地之間傳送定時信息；

●

在源和目的地間傳送數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)信息，在接收端恢復(fù)源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；

●

需要時可指出AAL無法恢復(fù)的丟失信息或差錯。5.4.3ATM交換實現(xiàn)技術(shù)1ATM交換機及其分類

ATM交換機按網(wǎng)絡(luò)中位置及完成功能分為五類：接入交換機、節(jié)點交換機、交叉連接設(shè)備、專用網(wǎng)節(jié)點交換機和ATM局域網(wǎng)交換機，圖5.56為ATM交換機類型示意圖。

公用網(wǎng)中有接入交換機、節(jié)點交換機和交叉連接設(shè)備。接入交換機將各種業(yè)務(wù)終端連入ATM網(wǎng)；節(jié)點交換機完成VP/VC變換；交叉連接設(shè)備在主干網(wǎng)完成VP交換。

ATM網(wǎng)中有專用網(wǎng)節(jié)點交換機和ATM局域網(wǎng)交換機。專用網(wǎng)節(jié)點交換機完成P-UNI和P-NNI的信令處理；ATM局域網(wǎng)交換機完成局域網(wǎng)業(yè)務(wù)的接入。圖5.56ATM交換機類型

接入交換機專用網(wǎng)節(jié)點交換機UNIUNINNINNIP-UNILANATM局域網(wǎng)交換機路由器NNIBICIBICIATM公用網(wǎng)ATM專用幀中繼

POTSN-ISDN

LAN

DXI

FUNIP-UNIP-NNI專用網(wǎng)節(jié)點交換機節(jié)點交換機節(jié)點交換機節(jié)點交換機2ATM交換機的功能模塊圖5.57為ATM交換機的功能模塊示意圖，可為三大模塊：接口模塊、交換模塊和控制模塊。接口模塊：為交換機提供對外接口，又分為ATM接口模塊和業(yè)務(wù)接口模塊；交換模塊：提供信元交換通路；控制模塊：完成ATM信令處理，資源管理和流量控制中的連接控制，以及設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)管理等功能。圖5.57ATM交換機的功能模塊3ATM交換機的性能參數(shù)

ATM交換機的性能參數(shù)分為兩類：描述控制模塊的性能參數(shù)和描述交換模塊的性能參數(shù)。

描述控制模塊的性能參數(shù)：能同時處理的最大呼叫個數(shù)、被接納的概率、每分鐘能處理的呼叫個數(shù)、連接建立所需的時間和連接拆除所需的時間；描述交換模塊的性能參數(shù)：分為描述交換模塊語義透明性的性能參數(shù)和描述交換模塊時間透明性的性能參數(shù)。前者包括信元丟失率、信元誤插率，后者包括時延抖動。5.4.