现代交换原理与技术 第2章 交换技术基础

2.1通信协议及网络分层2.3交换单元与交换网络2.4基本话务理论2.5通信网服务质量第二章交换技术基础2.2通信网交换基本技术2.1.1网络分层的概念2.1通信协议及网络分层2.1.2接口与服务2.1.3OSI与TCP/IP2.1.4OSI与节点交换技术的关系2.1.1网络分层的概念问题：为什么要分层??人类生产和社会活动中，有许多服务遵循“分层”法则，如邮政通信、客货运输与交通系统。既有分工又相互协作，为人们提供便捷的服务。对于通信网络，简单地说“分层”是为了简化系统的设计，提高系统运行的有效性、可靠性和可扩充性。相隔很远的甲乙二人计划通过电话讨论网络问题。完成这样的信息交流至少可以分为哪几层？2.1.1网络分层的概念2.1.1.1网络分层的原因降低网络设计的复杂度。方便异构设备间的互连互通。增强网络的可升级性。促进竞争和设备制造商的分工。不同网系的层数、命名和实现的功能各不相同，但其分层设计的思想是相同的，即下层为上层提供某种服务，同时屏蔽实现的细节。通信网协议体系结构是指网络分层结构和相应的协议构成的集合。4.1节2.1.1.2分层体系结构OSI参考模型TCP/IP参考模型传输层物理层网络层链路层会话层表示层应用层主机B主机AOSI七层参考模型传输层网络层链路层会话层表示层应用层物理层物理层网络层链路层物理层网络层链路层网络中间节点4.1节2.1.1.2分层体系结构TCP/IP的四层参考模型传输层物理层网络层链路层会话层表示层应用层传输层网际层网络接口层各种应用层协议物理层网络层链路层会话层表示层应用层4.1节OSITCP/IP传输层物理层网络层数据链路层应用层综合模型2.1.1.2分层体系结构分层结构中各层功能物理层数据链路层网络层传输层应用层4.1节2.1.1.2分层体系结构实体（Entity）是指每一层中任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。第N层实体通常由两部分组成：相邻层间的接口和第N层通信协议。位于不同系统的同层实体叫做对等层实体。实体与服务访问点2.1.1.2分层体系结构（N）（N）（N-1）（N+1）（N+1）Protocol（N-1）在同一系统中，相邻两层实体进行交互的地方称为服务访问点（SAP），服务只在服务访问点(SAP)处有效，第N+1层必须通过第N层的SAP才能使用第N层提供的服务。第N层可有多个SAP，每个SAP有惟一的地址来标识它。实体与服务访问点2.1.1.2分层体系结构上层使用下层服务时必须通过与下层的接口交换一些命令，这些命令被称为服务原语。OSI定义了四种原语类型：实体与服务访问点请求原语(Request)；指示原语(Indication)；响应原语(Response)；证实原语(Confirm)。2.1.1.2分层体系结构协议服务原语服务原语用户提供服务服务提供者第n层第n+1层用户SAPSAP2.1.1.3对等层间的通信对等层间交换的信息单元称为协议数据单元（PDU，ProtocolDataUnit）。应用层协议数据单元（APDU）传输层协议数据单元——段（Segment）网络层协议数据单元——分组或包（Packet）链路层协议数据单元——帧（Frame）物理层协议数据单元——比特流（Bit）。主机1向主机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用进程将请求数据下传到应用层加上应用层首部，成为应用层PDU2.1.1.3对等层间的通信WEB浏览请求计算机1AP2AP1计算机2应用层PDU再下传到运输层加上运输层首部，成为运输层报文主机1向主机2发送数据2.1.1.3对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2运输层报文再下传到网络层加上首部，成为IP数据报（分组）主机1向主机2发送数据2.1.1.3对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2IP数据报再下传到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为帧主机1向主机2发送数据2.1.1.3对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2数据帧再下传到物理层物理层把比特流传送到物理媒体主机1向主机2发送数据2.1.1.3对等层间的通信应用层(applicationlayer)5432154321物理传输媒体计算机1AP2AP1电信号（或光信号）通过物理媒体从发端物理层传到收端物理层计算机2主机1向主机2发送数据2.1.1.3对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2物理层收到比特流，上交给数据链路层主机1向主机2发送数据2.1.1.3对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2数据链路层剥去帧首部和尾部取出数据部分，上交给网络层主机1向主机2发送数据2.1.1.3对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层主机1向主机2发送数据2.1.1.3对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层主机1向主机2发送数据2.1.1.3对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交应用进程主机1向主机2发送数据2.1.1.3对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2收到AP1发来的浏览主页请求！主机1向主机2发送数据2.1.1.3对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用程序数据应用层首部H510100110100101比特流110101110101主机1在层间的封装过程应用程序数据H5应用程序数据H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部主机1向主机2发送数据2.1.1.3对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机210100110100101比特流110101110101主机2物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应用程序数据主机1向主机2发送数据2.1.1.3对等层间的通信H3H4H5应用程序数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2数据链路层剥去帧首部和尾部后把数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应用程序数据主机1向主机2发送数据2.1.1.3对等层间的通信H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2网络层剥去分组首部后将分组的数据部分交给运输层主机1向主机2发送数据2.1.1.3对等层间的通信H5应用程序数据H4H5应用程序数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2运输层剥去报文首部后将报文数据部分交给应用层主机1向主机2发送数据2.1.1.3对等层间的通信应用程序数据H5应用程序数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用层剥去PDU首部后将应用程序数据交给应用进程主机1向主机2发送数据2.1.1.3对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2收到了AP1发来的应用程序数据！2.1.1.3对等层间的通信由于数据传输具有方向性，因此协议必须为从源端到目的端的连接规定工作方式，按其方向性可分为三种：2.1.1.3对等层间的通信单工通信：数据只单向传输。半双工通信：数据可以双向传输，但两个方向不能同时进行，只能交替传输。全双工通信：数据可以同时双向传输。ICISDUHeaderSDUICIPDUIDU第N＋1层第N层接口SAPSAP:ServiceAccessPointIDU:InterfaceDataUnitSDU:ServiceDataUnitPDU:ProtocolDataUnitICI:InterfaceControlInformatino2.1.2接口与服务一个IDU由SDU和一些控制信息(ICI)组成，其中SDU是要通过网络传到对等层的业务信息，ICI主要包含协助下一层进行相应协议处理的控制信息，它本身并不是业务信息的一部分。ICISDUHeaderSDUICIPDUIDU第N＋1层第N层接口SAP2.1.2接口与服务问题：分层结构中，协议与服务有什么关系??第N层第N层N+1层N+1层N－1层N－1层协议服务2.1.2接口与服务本层用户只能看见服务而无法看见下面的协议。下层协议对上层服务用户是透明的。协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。分层结构中，协议与服务的关系2.1.2接口与服务服务、接口、协议服务：下层为其上层提供的功能。说明本层做了什么工作，但并未说明如何做的。接口：下层告诉上层进程如何访问本层。包括所需参数及可能的结果等。协议：为了完成本层的功能，两个对等实体间遵循的通信规则集合。4.1节2.1通信协议及网络分层2.3交换单元与交换网络2.4基本话务理论2.5通信网服务质量第二章交换技术基础2.2通信网交换基本技术2.2网络交换基本技术2.2.1接口技术2.2.2信令技术2.2.3控制技术2.2.4互连技术交换节点抽象功能结构2.1网络交换基本技术网络接口控制信令用户线中继线交换节点功能结构接口2.2.1接口技术主要涉及硬件，部分功能可由软件或固件实现。完成信号变换、速率适配与控制等功能。电话交换机：模/数用户接口，模/数中继接口；N-ISDN交换机：2B+D和30B+D接口；移动交换机：与基站系统的接口；分组交换机：各种端口和物理媒体接口。2.2.2信令技术信令是为建立通信连接及实现控制与管理而传送的消息。用户与网络之间，网络节点之间，以至不同网络之间的互通，都需要通过信令来协调工作。2.2.3控制技术2.2.4互连技术实现任意入线与出线之间的互连是交换的基本功能。2.2.4互连技术节点交换网络具有一定的拓扑结构。（一）拓扑结构时分结构：共享媒体（总线或环）和存储器空分结构：单级或多级拓扑结构2.2.4互连技术选路策略主要针对多级空分交换网络。节点内部通路选路方案：逐级选择与条件选择自由选择与指定选择面向连接选路和无连接选路（二）选路策略2.2.4互连技术指完成选路后还必须实现的控制。（三）控制机理2.2.4互连技术多播（Multicast）也称为组播，是将某一信息源的数据同时传送到多个目的端。在IP网络中，多播一般通过多播IP地址来实现。（四）多播方法2.2.4互连技术阻塞是指在呼叫建立或用户信息传送时，由于网络拥塞而使呼叫不能建立或用户信息不能传送而遭受损失的现象。连接阻塞与传送阻塞（呼损率、丢失率）按照阻塞特性：阻塞网络与无阻塞网络。（五）阻塞特性2.2.4互连技术严格无阻塞：由ClosC提出（CLOS网）。网络在任何情况下都能无阻塞地建立连接。广义无阻塞：只有遵循特定的选路规则才能建立连接，实现网络的无阻塞要求。再配置无阻塞：是指通过对已建立连接的通路进行调整，以建立新的无阻塞连接。（五）阻塞特性2.2.4互连技术冗余结构具有两种工作方式：热备用方式负荷分担方式（六）可靠性保证2.1通信协议及网络分层2.3交换单元与交换网络2.4基本话务理论2.5通信网服务质量第二章交换技术基础2.2通信网交换基本技术2.3.1交换单元2.3.2交换网络2.3.3网络阻塞与CLOS网2.3.4同步时分交换网2.3交换单元与交换网络2.3.1交换单元交换单元是构成交换网络的基本部件。按照一定的拓扑结构和控制方式，由多个交换单元即可构成交换网络。对称交换单元（M=N）全连接交换单元部分连接交换单元（一）基本概念···M×N交换单元···入线出线控制端状态端12M12N2.3.1交换单元交换单元如何建立信息传送通道（连接）。对于同步时分复用信号（实连接）对于统计复用信号（虚连接）（二）内部通道······入线出线12M12N（a）同步时分复用信号·