第七章交换技术基础要点

第七章ATM交换技术本章教学基本要求：1．了解ATM的定义及信元结构；2．理解虚信道和虚通路；3．理解ATM协议分层结构；4．理解ATM交换的基本原理；5．理解ATM连接的建立和清除；6．掌握ATM交换机的组成；7．掌握ATM交换结构。

本章教学主要内容：一、ATM的基本概念二、B-ISDN/ATM协议三、ATM交换的基本原理四、ATM交换机的组成五、ATM交换结构六、ATM连接建立和清除一、ATM的基本概念1．ATM的定义ATM（Asynchronous Transfer Mode），即异步转移模式，被ITU-T定义为宽带综合业务数据网B-ISDN的信息传输模式。

术语“转移”包括了传输和交换两个方面，所以转移模式是指信息在网络中传输和交换的方式。

“异步”是指在接续和用户中带宽的分配方式。

因此，ATM就是在用户接入、传输和交换级综合处理各种通信量的技术。

2．ATM的信元结构ATM信元的长度是固定的，而且信元的长度较小，只有53字节，分为信头和净荷两部分，信头为5个字节，净荷为48个字节。

ATM信元的信头内容在用户-网络接口（UNI）和网络节点接口（NNI）中略有差别，如图7.1所示。

(1)GFC：一般流量控制，4比特。

仅用于UNI接口，用于控制ATM接续的业务流量，减少用户边出现的短期过载。

只控制产生于用户终端方向的信息流量，而不控制网络方向的业务流量。

(2)VPI：虚通道标识，其中NNI为12比特，UNI为8比特。

(3)VCI：虚通路标识，16比特，标识虚通道内的虚通路，VCI与VPI的组合来标识一个虚连接。

(4)PTI：净荷类型指示，3比特，用来指示信元类型。

(5)CLP：信元丢失优先级，1比特。

用于信元丢失级别的区别，CLP为1，表示该信元为低优先级，为0则为高优先级，当传输超限时，首先丢弃的是低优先级信元。

(6)HEC：信头差错控制，8比特，监测出有错误的信头，可以纠正信头中1比特的错误。

交换技术基础一、 交换机原理1. 交换机的地址学习第二层交换主要是依靠网络主机NIC 上的物理硬件地址（MAC 地址）完成的。

第二层交换过程通过使用MAC 地址在底层实现了信息交换。

交换机通过使用大规模集成电路的ASIC 来进行全线速的数据建立与维护。

在二层交换中，交换机在数据传递过程中不检查第三层网络层的报头信息，而是直接由第二层数据链路帧结构中的MAC 地址来决定数据的传递方向。

这样所有交换过程几乎都没有软件的参与，效率提高。

交换机通过读取所传输的数据帧的源MAC 地址和记录帧进入的交换机的端口来学习网络上每台设备的地址。

然后，交换机将这些信息添加到它的转发数据库或MAC 地址表中。

地址是动态学习到的。

也就是说，当交换机读取到新的源地址是，它就学习到了新地址，交换机就会把该地址存储在内容可寻址存储器（CAM ，Content Addressable Memory ，即交换机的地址表）中。

当在CAM 中没有传送包的源地址时，它被学习并存储以备将来使用。

每次存储时，地址都被打上时间标记。

每次地址被引用或在CAM 中找到，它都将收到一个新的时间标记。

那些一段时间内还没有被引用的地址将从列表中移走。

通过移走过时的或老的地址，CAM 维护了一个精确和有用的转发地址数据库。

当更换一台设备的网络接口卡时，这一点就显得尤为重要。

我们以具体事例来说明交换机的地址学习过程。

交换机重新启动后，其MAC 地址表会被自动清空，即交换机初始化时MAC 地址表是空的。

已知交换机上连接四台主机，交换机处于刚开机的促使化状态，MAC 地址表为空，如下图所示。

这时，主机A 准备好了数据帧要发送给主机C ，A 发送的帧要将穿过交换机。

当这ACB D 0058.4c5c.1111 0058.4c5c.44440058.4c5c.33330058.4c5c.2222个帧穿过交换机的时候，交换机会查看它的MAC 地址，以发现源MAC 地址并将其和对应端口存储到交换机的MAC 地址表中。

第一章绪论（2学时）本章重点：电话交换网结构、电话机结构及工作原理、程控数字交换机的基本结构及工作原理。

本章难点：电话机的工作原理、程控数字交换机的工作原理。

2学时知识点层次教学要求互连通信网络I了解初级互通网络、交换机互连网络、电话交换网结构。

电话机结构及工作原理Ⅱ掌握电话机的基本结构及工作原理和通信过程。

交换机结构及工作原理Ⅲ熟悉程控数字交换机的基本结构及工作原理和通信过程。

交换技术的发展概况I了解交换技术的发展历程。

下一代网络的体系结构Ⅱ掌握下一代网络的体系结构及特点。

第二章电路交换技术（10学时）本章重点：电路交换系统的硬件结构、电路交换机的基本功能、时分交换单元、空分交换单元、TST交换网络、DSN交换网络、数据驱动的程序流程结构、时间表调度方式、信令处理程序、交换系统性能评价指标。

本章难点：电路交换机的基本功能、时分交换单元、空分交换单元、TST交换网络、DSN交换网络、数据驱动的程序流程结构、信令处理程序流程。

2学时知识点层次教学要求电路交换技术的特点I了解电路的定义和电路交换技术的特点。

电路交换机的分类I了解电路交换机常用的分类方法。

电路交换呼叫接续过程Ⅱ掌握电路交换呼叫接续过程的三阶段和信令交互关系。

电路交换系统的硬件结构Ⅲ熟悉程控数字交换机的硬件功能组织结构。

电路交换机的基本功能Ⅲ熟悉程控数字交换机各组成模块的基本功能。

2学时知识点层次教学要求数字交换网络I了解数字交换网络的作用和特点。

共享存储器时分交换单元Ⅲ熟悉共享存储器型时分交换单元的电路组织结构。

空分型交换单元Ⅲ熟悉空分型交换单元的电路组织结构。

共享总线型时分交换单元Ⅲ熟悉共享总线型时分交换单元的电路组织结构。

CLOSE交换网络模型Ⅱ掌握CLOSE交换网络模型及3级可重排无阻塞CLOSE网络。

2学时知识点层次教学要求TST网络工作原理Ⅱ掌握TST网络工作原理及建立双向通路过程。

TST网络电路组织结构Ⅲ熟悉TST交换网络电路组织结构。

交换基础知识培训在当今数字化的时代，交换技术作为网络通信的重要组成部分，对于构建高效、稳定和安全的网络环境起着至关重要的作用。

无论是企业的内部网络，还是大规模的互联网基础设施，交换技术都在默默地发挥着其核心作用。

因此，了解交换基础知识成为了网络技术领域中不可或缺的一环。

一、交换技术的基本概念交换，简单来说，就是在网络中转发数据的过程。

它的主要作用是将数据从一个端口转发到另一个端口，以实现网络设备之间的通信。

在传统的网络中，集线器（Hub）是一种常见的设备，但它只是简单地将所有接收到的数据广播到所有连接的端口，这不仅效率低下，还容易导致网络拥塞。

而交换机（Switch）则不同，它能够根据目标设备的MAC 地址（Media Access Control Address，媒体访问控制地址），有针对性地将数据转发到正确的端口，从而提高了网络的效率和性能。

二、交换机的工作原理交换机的工作基于 MAC 地址表。

当一个设备连接到交换机的某个端口时，交换机会自动学习该设备的 MAC 地址，并将其与对应的端口记录在 MAC 地址表中。

当有数据帧进入交换机时，交换机首先查看数据帧的目标 MAC 地址，然后在 MAC 地址表中查找对应的端口，最后将数据帧只转发到该端口，而不是像集线器那样广播到所有端口。

例如，假设在一个网络中有计算机 A、B、C 分别连接到交换机的端口 1、2、3。

当计算机 A 要向计算机 B 发送数据时，交换机接收到来自 A 的数据帧，通过查看帧中的目标 MAC 地址（即 B 的 MAC 地址），然后在其 MAC 地址表中找到 B 所连接的端口 2，最后将数据帧准确地转发到端口 2，从而实现了 A 与 B 之间的通信。

三、交换技术的分类交换技术可以分为多种类型，常见的包括以太网交换、ATM 交换和帧中继交换等。

以太网交换是目前应用最为广泛的一种交换技术。

它基于以太网协议，支持不同的速率（如 10Mbps、100Mbps、1000Mbps 甚至更高），并且可以实现全双工通信，大大提高了网络的带宽和效率。