第7章交换原理传送网技术

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。

现代交换原理知识点总结3个大题50分，选择题20分，填空题20分，判断题10分。

具体的内容还是根据老师上课讲的知识点，对着书本复习，这里只是总结了第1,2,3,5,7章的一部分知识点，第9章等老师讲完了自己复习吧，注意第9章有一个大题。

这里总结的知识点老师不一定就会考，大家就当做个参考吧。

有其他遗漏的大家就请看书和PPT吧。

第一章（选择题，填空题20-30分）：1.电信网的特点：速率恒定且单一；语音对丢失不敏感；语音对实时性要求较高；语音具有连续性；终端设备一般置于用户处，故将终端设备与交换设备之间的连接线叫做用户线，而将交换设备与交换设备的连接线叫做中继线。

2.网络拓扑结构：全网状形，部分网状，星形，树形，复合型，链形，环形，总线形3.电信网的组成：从逻辑结构上：电信网是由节点，链路和端点以及信令（协议）组成的。

从电信网功能结构上：完善的电信网则是由核心交换网，传输承载网，终端设备以及支撑系统组成的。

交换网和传输承载网是电信网的基础网；支撑系统是电信网的辅助网；电信网络框架结构（电信网分类）：基础网，支撑网和业务网4.电信网各子网的功能辅助网：管理网：整个电信网络的控制管理智能网：提供大量的智能业务数字同步网：保证网络设备的时钟同步信令网：控制传输信令的通道基础网：交换网：完成数据和话路的交换传输承载网：保证传输快速准确5.支撑网：为保证业务网正常运行，增强网络功能，提高全网的服务质量而设计的传递控制监测信号及信令信号的网络。

现代电信网包括3个支撑网：信令网，同步网，电信管理网6.信令网：信令是完成通信网的信号控制和接续过程的指令。

信令的分类有以下几种：一：按照信令的传送区域划分，划分为用户线信令和局间信令1、用户线信令是用户终端设备和交换机之间传送的信号。

2、局间信令是在交换机之间，或交换机与网管中心、数据库之间传送的信令。

二：按照信令传送通路与话路之间的关系，划分为随路信令和公共信道信令1. 随路信令（NO.1）随路信令是指用传送话路的通路来传送与该话路有关的各种信令，或传送信令的通路与话路之间有固定的关系。

第1章：绪论交换的基本概念，通信网的三要素：终端设备传输系统交换系统数据通信和话音通信的区别：1，通信对象不同，数据通信实现的是计算机和计算机之间，以及人与计算机之间的通信，而话音通信实现的是人与人之间的通信。

2，传输可靠性不同，数据通信要求更高，话音相对较小3，通信的平均持续时间和通信建立响应不同，数据通信持续时间要短，建立连接的时间也短。

话音通信过程相反。

4，通信过程中信息业务量特性不同电路交换和分组交换的优缺点电路交换的主要优点：1，信息传输时延小，对一次连续而言，传输时延固定不变。

2，信息的传输效率比较高3，信息的编码方法和信息格式有通信双方协调，不受网络的限制缺点：1，电路的连续时间较长，当传输较短信息时，通信通道建立的时间可能大于通信时间，网络利用率低2，电路利用低3，通信双方在信息传输，编码格式，同步方式，通信协议等方面要完全兼容，限制了各种不同速率，不同代码格式，不同通信协议的用户终端的互通4，有呼损，可能出现由于对方用户终端设备忙或交换网负载过重而呼叫不通第2章：交换单元与交换网络1）连接的三种表示形式（函数表示形式，排列表示形式，图像表示形式）及它们间的相互转换2）T、S接线器及TST网络的工作原理3）Clos无阻塞网络基本结构和条件Clos网络结构：两边各有r个对称的m*n矩形交换单元，中间是m个r*r 的正方型交换单元。

每个交换单元都与下一级的各个交换单元有连接且仅有一条连接。

m,n,r是整数决定了交换单元的容量，称为网络参数记作C（m,n,r）三级clos网络无阻塞的条件：m>=2n-1.4）Banyan网的构成方法、自由选路的概念以及阻塞情况判断第3章：电路交换技术及接口电路电路交换呼叫接续过程：三个阶段：1，呼叫建立2，消息传输3，话终释放电路交换系统的基本功能：连接、信令、终端接口、控制功能。

模拟用户接口的七大功能：能对7个基本功能做简单解释。

1、馈电：所有连接在交换机上的电话分机用户，都由交换机向其馈电。

第一章1. 在通信网中为什么要引入交换功能?为实现多个终端之间的通信,引入交换节点.各个用户终端不在是两两互连 , 而是分别精油一条通信线路连接到交换节点上,在通信网中,交换就是通信的源和目的终端之间建立通信信道,实现通信信息传送的过程引入交换节点后, 用户终端只需要一对线与交换机相连,接生线路投资,组网灵活.2. 构成通信网的三要素是:交换设备. 传输设备 , 用户终端.3. 目前通信网中存在的交换方式有哪几种?分别属于哪种传送模式?电路交换.多速率电路交换.快速电路交换.分组交换.帧交换.帧中继.ATM交换.IP交换.光交换.软交换. 电路交换. 多速率电路交换 .快速电路交换. 属于电路传送模式, 分组交换 .帧交换. 帧中继/属于分组传送模式ATM交换属于异步传送模式4.电路传送模式.分组传送模式,和异步传送模式的特点是什么?(1)信息传送的最小单元是时隙(2)面向连接的工作方式(3)同步时分复用(4)信息传送无差错控制(5)信息具有透明性(6)基于呼叫损失的流量控制分组特点: (1)面向连接的工作方式的特点(2)无连接的工作方式特点(3)统计时分复用(4)信息传送有差错控制(5)信息传送不具有透明性(6)基于呼叫延迟的流量控制异步传送特点: (1)固定长度单元的信元和简化的信头(2)采用了异步时分复用方式(3)采用了面向连接的工作方式5.电路交换.分组交换的虚电路方式以及ATM交换都采用面向连接的工作方式，它们有何异同？相同点:都具有连接建立数据传送和链路拆除三个阶段. 不同; 电路交换的面向连接的工作方式是一条物理连接通路.而虚电路方式以及ATM交换方式都属于逻辑连接.6.同步时分复用和异步时分复用的特点是什么？同步时分复用的基本原理是把时间划分为等长的基本单位,一般称为帧,没帧再划分为更小单位叫时隙.对每一条同步时分复用的告诉数字信道,采用这种时间分割的方法.依据数字信号在每一帧的时间位置来确定它是第几路子信道.这些子信道又可以称为位置化信道.通过时间位置来识别每路信道异步时分复用是采用动态分配带宽的,各路通信按需使用. 异步时分复用将时间划分为等长的时间片,用于传送固定长度的信元.异步时分是依据信头标志X.Y.Z.来区别哪路通信信元，而不是靠时间位置来识别。

交换是按照通信两端传输信息的要求，用人工或设备自动完成的方法，动态地把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术的统称。

交换的方式经历了电路交换、数据交换和IP 交换三个主要阶段，期间实现了从模拟信号到数字信号，从窄带到宽带的跨越。

从传统意义上讲，真正的交换是在第二层（数据链路层）实现的，俗称第二层交换。

由于第二层交换技术不处理网络层的IP地址，不处理高层协议的端口地址，它只需要数据包的物理地址即MAC地址。

IP交换也称为第三层交换，顾名思义，就是在OSI的第三层（网络层）实现数据的交换。

更确切的说，第三层交换就是利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能，在网络模型的第三层实现了数据包的高速转发。

第三层交换=第二层交换+第三层转发。

IP交换技术可以操作在网络协议的第三层，作为一种路由设备并起到路由作用。

它的速度极快。

第三层交换机通过软件控制学习到路由以后就可以按IP地址由硬件直接转发数据包，大大提高了数据包的处理速度，解决了路由器的瓶颈问题。

IP交换技术是将ATM交换作为一种高速转发技术来应用。

在ip交换技术中，IP路由协议用来产生路由表和确定数据转发路径。

一旦确定了转发路径，就可以引入ATM交换对数据进行高速转发。

关键技术：（1）直接路由（Explicit Routing）IP交换采用直接路由技术，即通路中第一个节点选择路径，该通路子序列的交换采用第一次交换所选的路径。

如在ATM网络中，IP交换只对数据流的第一个数据包进行路由地址处理，按路由转发。

随后按已经计算的路由建立VC（Virtual Channel），以后的数据包沿VC直接传送，不再经过路由器，从而将数据包的转发速度提高到第二层交换的速度。

有的IP交换技术采用类似ATM交换的快速标记交换，中间节点无需查找网络层的IP地址，路由器只在传入的信息中解析包的标记，而对包本身不做改动，当标记取得后，立即发送包，这种做法效率较高。

（2）2)QoS和宽带管理。

1.通信网组成：终端设备，交换设备，传输设备。

2.分组交换的概念：采用“存储——转发”方式，把报文截成许多比较短的、被规格化了的“分组”进行交换和传输。

分组交换的二种工作方式：数据报方式和虚电路方式。

①分组交换采用了存储转发技术。

将欲发送数据以组为单位进行分割，再加上一些必要的控制信息，朝着目的地发送过去。

各分组包可以通过不同的路径到达目的地。

②分组交换在被使用的时候，在传送数据之前可以先不建立连接，传送到哪条链路上才占用了该链路的信道资源，这种不建立连接而随时可以发送信息的方式，我们称为无连接。

③分组交换也可以使用面向连接的服务，例如X.25网络、帧中继网络或ATM网络都是属于分组交换网。

这种面向连接的分组交换网在传送用户数据之前必须先建立连接,数据传送完毕后还必须释放连接。

3.ATM信元：由53个字节的固定长度数据块组成。

其中前5个字节是信头，后48个字节是与用户数据相关的信息段。

4.PSTN：公用交换电话网。

5.信令的控制方式：非互控方式（脉冲方式）、半互控方式、全互控方式。

信令的传送方式：端到端方式、逐段转发方式、混合方式。

信令按其功能可分为：线路信令、路由信令和管理信令。

信令按服务区域分为：用户信令和局间信令。

信令按传递途径的方式分为：随路信令和共路信令。

信令的概念:是指通信系统中的控制指令6.S接线器、T接线器（1）S接线器功能：完成对传送同步时分复用信号的不同复用线之间的交换功能，而不改变其时隙位置。

组成：电子交叉矩阵和控制存储器（CM）。

按控制存储器配置的不同，将其工作方式划分为：输入控制方式、输出控制方式。

特点：S接线器是以时分方式工作的（各交叉点按复用时隙工作）S接线器在同步时分复用信号交换网络中不能单独使用S接线器在输出控制方式下可实现同发和广播功能（2）T接线器功能：完成在一条复用线上时隙交换的基本功能。

组成：话音存储器（SM,存储话音）和控制存储器（CM,存储SM的写入/读出地址）。

第一章1.在通信网中为什么要引入交换功能?为实现多个终端之间的通信,引入交换节点.各个用户终端不在是两两互连 , 而是分别精油一条通信线路连接到交换节点上,在通信网中,交换就是通信的源和目的终端之间建立通信信道,实现通信信息传送的过程引入交换节点后, 用户终端只需要一对线与交换机相连,接生线路投资,组网灵活.2.构成通信网的三要素是:交换设备. 传输设备 , 用户终端.3.目前通信网中存在的交换方式有哪几种?分别属于哪种传送模式?电路交换.多速率电路交换.快速电路交换. 分组交换.帧交换. 帧中继.ATM交换.IP交换.光交换.软交换.电路交换. 多速率电路交换 .快速电路交换. 属于电路传送模式, 分组交换 .帧交换. 帧中继/属于分组传送模式 ATM交换属于异步传送模式4.电路传送模式.分组传送模式,和异步传送模式的特点是什么?(1)信息传送的最小单元是时隙(2)面向连接的工作方式(3)同步时分复用(4)信息传送无差错控制(5)信息具有透明性(6)基于呼叫损失的流量控制分组特点: (1)面向连接的工作方式的特点(2)无连接的工作方式特点(3)统计时分复用(4)信息传送有差错控制(5)信息传送不具有透明性(6)基于呼叫延迟的流量控制异步传送特点: (1)固定长度单元的信元和简化的信头(2)采用了异步时分复用方式(3)采用了面向连接的工作方式5.电路交换. 分组交换的虚电路方式以及ATM交换都采用面向连接的工作方式,它们有何异同?相同点:都具有连接建立数据传送和链路拆除三个阶段. 不同; 电路交换的面向连接的工作方式是一条物理连接通路.而虚电路方式以及ATM交换方式都属于逻辑连接.6.同步时分复用和异步时分复用的特点是什么?同步时分复用的基本原理是把时间划分为等长的基本单位,一般称为帧,没帧再划分为更小单位叫时隙.对每一条同步时分复用的告诉数字信道,采用这种时间分割的方法.依据数字信号在每一帧的时间位置来确定它是第几路子信道.这些子信道又可以称为位置化信道.通过时间位置来识别每路信道异步时分复用是采用动态分配带宽的,各路通信按需使用. 异步时分复用将时间划分为等长的时间片,用于传送固定长度的信元.异步时分是依据信头标志X.Y.Z.来区别哪路通信信元，而不是靠时间位置来识别。

第7篇以太网交换技术第28章以太网交换基本原理1. XYZ 公司网络如图所示。

其中Router 上没有配置任何逻辑接口；所有的主机之间均可以正常通信。

则此网络中有_____个广播域。

（请填写阿拉伯数字）Answer: 2* 主要理解hub、router和switch的功能，hub是集线器，虽说是星型结构，但是内部是总线结构，所有接口共享带宽，所以它属于同一广播域；switch是交换机，图中所示L2是二层交换机，二层交换可以隔离冲突域，但是不能隔离广播域；router是路由器，路由器是三层设备，路由器默认是不转发广播的，所以此题的广播域只有两个2. XYZ 公司网络如图所示。

其中Router 上没有配置任何逻辑接口；所有的主机之间均可以正常通信。

则此网络中有_____个冲突域。

（请填写阿拉伯数字）Answer: 6*主要理解hub、router和switch的功能，hub是集线器，虽说是星型结构，但是内部是总线结构，所有接口共享带宽，所以它属于同一冲突域；switch是交换机，图中所示L2是二层交换机，二层交换可以隔离冲突域，但是不能隔离广播域；router是路由器，路由器是三层设备，路由器默认是不转发广播的，但路由器的每隔接口是一个冲突域。

3. 二层以太网交换机在MAC 地址表中查找与帧目的MAC 地址匹配的表项，从而将帧从相应接口转发出去，如果查找失败，交换机将______。

A. 把帧丢弃B. 把帧由除入端口以外的所有其他端口发送出去C. 查找快速转发表D. 查找路由表Answer: B* 1、无论是单播、组播、广播帧，如果帧的目的MAC地址在MAC地址表中存在，且表项所关联的端口与接收到帧的端口相同时，则交换机对此帧进行过滤，即不转发此帧；2、对于未知的单播帧(即帧的MAC地址在交换机MAC地址表中无相应表项)、组播帧、广播帧，则除源端口外的其它端口转发出去。

4. 交换机上的以太帧交换依靠MAC 地址映射表，这个表可以通过______来建立。

第7章定时与同步目标：掌握数字网的同步方式。

掌握主从同步方式中，节点从时钟的三种工作模式的特点。

了解SDH的引入对网同步的要求。

知道SDH网主从同步时钟的类型。

数字网中要解决的首要问题是网同步问题，因为要保证发端在发送数字脉冲信号时将脉冲放在特定时间位置上（即特定的时隙中），而收端要能在特定的时间位置处将该脉冲提取解读以保证收发两端的正常通信，而这种保证收/发两端能正确的在某一特定时间位置上提取/发送信息的功能则是由收/发两端的定时时钟来实现的。

因此，网同步的目的是使网中各节点的时钟频率和相位都限制在预先确定的容差范围内，以免由于数字传输系统中收/发定位的不准确导致传输性能的劣化（误码、抖动）。

7.1 同步方式解决数字网同步有两种方法：伪同步和主从同步。

伪同步是指数字交换网中各数字交换局在时钟上相互独立，毫无关联，而各数字交换局的时钟都具有极高的精度和稳定度，一般用铯原子钟。

由于时钟精度高，网内各局的时钟虽不完全相同（频率和相位），但误差很小，接近同步，于是称之为伪同步。

主从同步指网内设一时钟主局，配有高精度时钟，网内各局均受控于该全局（即跟踪主局时钟，以主局时钟为定时基准），并且逐级下控，直到网络中的末端网元——终端局。

一般伪同步方式用于国际数字网中，也就是一个国家与另一个国家的数字网之间采取这样的同步方式，例如中国和美国的国际局均各有一个铯时钟，二者采用伪同步方式。

主从同步方式一般用于一个国家、地区内部的数字网，它的特点是国家或地区只有一个主局时钟，网上其它网元均以此主局时钟为基准来进行本网元的定时，主从同步和伪同步的原理如图7-1所示。

图7-1伪同步和主从同步原理图为了增加主从定时系统的可靠性，可在网内设一个副时钟，采用等级主从控制方式。

两个时钟均采用铯时钟，在正常时主时钟起网络定时基准作用，副时钟亦以主时钟的时钟为基准。

当主时钟发生故障时，改由副时钟给网络提供定时基准，当主时钟恢复后，再切换回由主时钟提供网络基准定时。

现代交换原理-重点及复习内容《现代交换原理》第1章概论全互连式的缺点(P1)：1、线对数量随终端数的平方增加。

2、当终端相距较远时，两地间需要大量的长途线路。

3、每个终端都有(N-1)对线与其他终端连接，因而每个终端需要(N-1)个线路接口。

4、增加第(N+1)个终端时，必须增设N对线路。

因此，全互连式仅适合于终端数目较少，地理位置相对集中，且可靠性要求很高的场合。

有了交换设备(P2)：1、尽管增加了交换设备费用，但它的利用率很高，相比之下，总的投资费用将下降。

2、易于组成大型网络数据通信和语音通信的区别(P3)1、通信对象不同。

2、传输可靠性不同。

一般而言，数据通信的比特差错率必须控制在10^-8以下，而话音通信比特差错率可高达10^-3。

3、通信的平均持续时间和通信建立请求响应不同。

4、通信过程中信息业务量特性不同。

利用电话网络进行数据传输的缺点(P4)：1、在电话网络中进行数字信号传输至少需要经过A/D和D/A两次变换，增加了信号传输的开销。

2、数据量很大时信道无法满足传输要求。

3、数据量很小时会浪费网络传输资源。

电路交换的主要优缺点(P5)：电路交换的主要优点①信息的传输时延小，且对一次接续而言，传输时延固定不变。

②交换机对用户的数据信息不存储、分析和处理传用户数据信息时不必附加许多控制信息，交换机在处理方面的开销比较小信息传输效率比较高。

③信息的编码方法和信息格式由通信双方协调，不受网络的限制。

电路交换的主要缺点①电路接续时间较长。

②电路资源被通信双方独占，电路利用率低。

③不同类型的终端（终端的数据速率、代码格式、通信协议等不同）不能相互通信。

④有呼损。

报文交换(P5)：基本原理是“存储—转发”。

1、报文交换的主要优点①可使不同类型的终端设备之间相互进行通信。

②在报文交换的过程中没有电路接续过程，且线路利用率高。

③无呼损。

④可实现同文报通信，即同一报文可以由交换机转发到不同的收信地点。