1、寬帶交換技術第1頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo引言：回顧在過去的十幾年中，計算機、電信和電視等領域的信息傳輸技術正在迅速發展。信息的獲取、傳送、存儲和處理之間的孤島隨著計算機網絡和交換技術的發展而逐漸消失。 第2頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo交換節點接續類型圖示第3頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo2、各種交換方式電路交換報文交換分組交換幀中繼ATM交換IP交換光交換第4頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo

2、 分組交換協議X.75X.25第5頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoCHINAPAC本地服務器PCPC路由器本地服務器PCPC路由器局域網互連使用CHINAPAC實現網絡互連第6頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo接入Internet本地服務器PCPC路由器CHINAPACInternet使用CHINAPAC接入Internet第7頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoCHINAFRN本地服務器PCPC路由器本地服務器PCPC路由器PSPDNPSPDN幀中繼的應用

3、Packet Switched Public Data Network ，分組交換公用數據網 CHINA FRAME RELAY 中國公用幀中繼網第8頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoDDN網絡第9頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoPSPDN,什么是PSPDN, 英文全稱: Packet Switched Public Data Network 中文解釋：分組交換公用數據網CHINA FRAME RELAY 中國公用幀中繼網 第10頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company

4、Logo新的寬帶交換技術曾經獨立發展的電話網、數據網、互聯網和電視網，無論是技術上還是所提供的服務上都在相互滲透、融合。在滲透、融合過程中，逐漸出現一些寬帶交換技術，能夠提供一個統一業務平臺，接受各種信息業務（如話音、數據、圖像等），從而高速率、高質量地完成信息傳送任務。 第11頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo交換方式同步傳送模式分組傳送模式電路交換多速率電路交換快速電路交換ATM交換快速分組交換幀交換分組交換交換方式又稱為傳送模式(Transfer Mode) 。第12頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Lo

5、go第13頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoCompany Logo14 ATM交換也叫異步轉移模式，是一種全新的交換技術，融合了電路交換和分組交換的優點。這里的“轉移模式”是對通信網絡中傳輸、復用和交換等過程的綜合表述，而“異步”則是針對“同步”而言的。利用ATM交換可以實現高速數據傳輸。 3.1 ATM交換第14頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoCompany Logo15ATM信元ATM對線路進行單元復用，用戶信息被分割成固定長度的信息塊，在信息塊錢裝配上相關控制信息后構成信元。ATM信元(Cel

6、l)實際上就是分組，只是為了區別于X.25的分組，才將ATM的信息單元叫做信元。ATM的信元具有固定的長度，從傳輸效率、時延及系統實現的復雜性考慮，原CCITT規定ATM信元長度為53字節。信元的結構如下圖所示。 第15頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoATM網絡 與其他網絡一樣，ATM網絡也是由節點、端點和鏈路組成。節點上設置有ATM交換機。端點就是在ATM網絡中能夠發送或接收信元的源站和目的站，它們可能是計算機或其他數據終端設備。端點和節點之間的接口叫UNI，節點和節點之間的接口叫NNI。ATM網絡示意圖如圖3-1所示。 第16頁，共78頁，2

7、022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoATM 網絡結構第17頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoCompany Logo18 ATM交換與分組交換相似，它也采用虛電路連接，但為了和分組交換有所區別，一般將ATM交換中的連接稱之為“虛連接”，其連接的建立過程和分組交換完全不同,而且,這種虛連接是由若干虛信道（VC）和虛通道（VP）相互連接而成。 虛連接第18頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoATM信元結構 ATM以信元為傳送信息的基本單位，信元是一種固定長度的數據分組。一個信元長5

8、3字節，前面5個字節稱作信頭，后面48個字節稱作信息段。信頭中是關于這個信元的路徑信息和一些其他的控制信息，用戶要傳送的信息則放在信息段中。 第19頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoATM方案的特點 一是簡化協議，取消鏈路層的差錯控制和流量控制。 二是采用硬件實現分組轉發和并行處理技術。 三是采用固定長度的小分組。 四是采用面向連接的分組交換方式。 第20頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo2.1 ATM信元及其結構 1）信元結構： 信元由5字節信頭和48字節信息段（凈荷）組成。發送次序8 7 6 5 4

9、 3 2 1 比特 15 6.53發送次序信頭（5字節）信息段（48字節）第21頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo2）UNI的信頭結構：GFC（Generic Flow Control）： 一般流量控制字段（4個比特）及相應的GFC功能用于接入的流量控制。由于B-ISDN的UNI接入的終端數量可以很多，需要控制流向網絡的流量，以避免網絡的短期過載。GFC比特 8 7 6 5 4 3 2 1VPIVPIVCIVCIVCIPTHECCLP1 2 3 4 52.1 ATM信元及其結構 第22頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Comp

10、any LogoVPI/VCI（Virtual Path Identifier/Virtual Channel Identifier）： 選路信息。PT（Payload Type）： 有3個比特，表示凈荷類型。CLP（Cell Loss Priority）： 表示信元丟失優先級，只有一個比特，CLP=0，表示高優先級；CLP=1,表示低優先級，若遇到擁塞要丟棄信元時，CLP=1的信元將首先丟棄。HEC（Head Error Control）： 為1個字節，用于信頭差錯控制。2.1 ATM信元及其結構 第23頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo3）NN

11、I的信頭結構： NNI信頭不需要GFC字段，從而使VPI擴展為12比特。比特 8 7 6 5 4 3 2 1VPIVPIVCIVCIVCIPTHECCLP1 2 3 4 52.1 ATM信元及其結構 第24頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoCompany Logo25虛通路(VC)和虛通道(VP) VC (Virtual Channel) 虛信道：用來在兩個端點用戶間建立一個單向的邏輯連接，以便單向傳送用戶信元。由VCI（虛信道標識符）來識別信元屬于哪一個虛信道。 VP (Virtual Path) 虛通道：用來描述一組虛信道通過網絡的單向路由，由

12、若干虛信道組成。由VPI（虛通道標識符）表示。 第25頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoVP與VC的概念第26頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoCompany Logo27VP交換和VC交換 (1) VP交換僅對信元的VPI進行處理和變換，或者說經過VP交換，只有VPI值改變，VCI值不變。 (2) VC交換同時對VPI、VCI進行處理和變換，也就是經過VC交換，VPI和VCI的值同時改變。 第27頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoCompany Logo2

13、8 ATM交換過程主要包括以下幾個方面：1.路由選擇2.標記轉換3.信元排隊4.發送ATM交換過程第28頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoATM交換的基本原理 雖然ATM交換是異步時分交換，但其原理與程控數字交換機有很多相似之處。ATM交換以固定長度的信元為交換的基本單元，通過識別信頭中的VPI值和VCI值來區分不同用戶或不同業務的信元，并根據在連接建立階段設定的路由表，改變VPI和VCI值，從而將某條輸入線上的信元交換到某條輸出線上。由此可見，ATM交換和程控數字交換的基本差別是：ATM交換以虛通道和虛信道的標記值代替了程控數字交換機中的時隙序號

14、，并通過標記值來反映用戶信元的路由信息。第29頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoATM交換示意圖 第30頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo路由選擇 路由選擇表示任一入線的信息可被交換到任一出線，具有空間交換的特征。路由選擇加上信頭變換，才能實現ATM交換結構的交換功能。路由選擇是在連接建立階段確定的，為了實現路由選擇，應該建立路由翻譯表。在路由表翻譯中從入線的VPI/VCI應能查到出線號碼以及新的VPI/VCI值。第31頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo信頭

15、變換 信頭變換主要是指VPI/VCI值的變換，即入VPI/VCI變換為出VPC/VCI。VPI/VCI的變換體現了標記交換的重要概念，意味著入線上某邏輯信道中的信息被傳送到出線上的另一邏輯信道中去。這與電路交換中的時隙交換有些相似，因為各個邏輯信道的信元也占用著不同的時間位置；但是應該注意到，時隙交換是固定的時隙位置之間的交換，例如入線1上時隙2中的信息當連接建立后總是被交換到出線3的時隙5中去，而VPI/VCI的變換雖然在虛連接建立后也存在固定的映射關系，然而相應的信元并不出現在入線或出線的固定的時隙位置上 第32頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Log

16、o信元排隊 由于是統計復用的異步時分交換，在連接建立后的傳送信息階段，經常會發生在同一時刻有多個信元爭搶公用資源的情況，例如爭搶出線或交換結構中的內部鏈路。因此，ATM交換結構需要設置緩沖器，提供排隊功能，以免在發生資源爭搶時丟失信元。緩沖器的設置方式是ATM交換結構設計中的重要問題，在很大程度上影響到交換結構的性能和復雜性。把具有新VPI/VCI值的信元存儲到相應的隊列中。第33頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoATM交換機的結構 第34頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoATM交換機的分類 在公用網中

17、，有接入交換機、節點交換機和交叉連接設備。接入交換機在網絡中的位置相當于電話網中的用戶交換機，它位于ATM網絡的邊緣，將各種業務終端連入ATM網中。節點交換機的地位類似于現有電話網中的局用交換機，它完成VP/VC交換，要求交換容量較大，但接口類型比接入交換機簡單，只有標準的 ATM接口，主要是NNI接口，還有UNI接口或B-ICI接口，信令方面，只要求處理ATM信令。交叉連接設備與現有電話網中的交叉連接設備作用相似，它在主干網中完成VP交換，不需要進行信令處理，從而實現極高速率的交換。 第35頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoATM交換模塊的分類

18、第36頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoATM協議參考模型 第37頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoATM協議參考模型下三層功能第38頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo3.2 ATM與IP的融合 經過多年的努力，ATM的市場應用進展緩慢，沒有像預期的那樣得到廣泛的認同，電信網的發展受到影響。與此相對照的是，基于IP技術的互聯網卻得到了空前的發展，諸如WWW、Email等業務已深入到千家萬戶，并已開始涉足通信業務。互聯網的高速發展已清晰表明IP將是未來通信網絡

19、的主宰。因此，如何使ATM技術融入IP技術，如何將路由和交換結合起來，如何解決IP的無連接和ATM的面向連接的矛盾，以支持規模日益增長的互聯網和多媒體業務，這些已成為目前研究的熱點。 第39頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo互聯網的形成 點到點的通信方式 第40頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo局域網互聯通信結構 共享介質的局域網（LAN）技術以一種方便、廉價和可靠的方法解決了近距離計算機間互聯通信的問題。局域網技術不是將一臺計算機與另一臺計算機直接互聯，而是使用硬件來互聯多臺計算機。網絡是不依賴于計算

20、機本身而獨立存在的，即使連接到局域網上的某臺計算機不在運行，其他計算機之間照樣可以進行通信。 第41頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo不同類型局域網之間的互聯 路由器被用來連接兩個計算機網絡，這兩個網絡可以是同種類型的也可以是不同種類型的。第42頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo路由器的作用 一個機構可以根據自己的需要選擇適當的網絡技術，然后由路由器把所有的網絡連成一個互聯網。網絡互聯的目的是通過異構網絡實現通用服務。為了給互聯網中所有計算機提供通用服務，路由器必須能夠把一個網絡中的源計算機發出的信息轉

21、發到另一個網絡中的目標計算機。這一任務是很復雜的，因為組成互聯網的各個子網所使用的幀格式和編址方案不盡相同。這樣，為了實現通用服務，在計算機和路由器上都需要配置協議軟件。 第43頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo路由器機架 第44頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoTCP/IP協議 在人類社會交往中，除非兩人會講同一種語言，否則這兩人是不可能進行交流的。這一道理也同樣適用于計算機通信，因此在互聯網中，也為互聯通信定義了一系列協議，這些協議簡稱為“傳輸控制協議/網絡互聯協議”（TCP/IP）。 TCP/IP

22、協議實際上是一個協議族，TCP和IP是其中最著名的兩個協議，其他協議包括用戶數據報協議（UDP）、互聯網控制報文協議（ICMP）以及地址解析協議（ARP）等。 第45頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo計算機網絡協議 第46頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo兩種網絡的對比 第47頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo融合方案 第48頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo重疊模型 重疊模型是將IP網絡層傳送映射到ATM傳遞網

23、絡中去。其結構特點是，高性能的ATM交換機構成寬帶骨干網，周圍是速度較低的路由器。由路由器構成的IP網絡提供數據包的路由智能，確定下一跳路由器，然后將數據包轉換成ATM信元，經由ATM交換機建立的虛信道(VC)傳遞到選定的下一跳。 這種方案保持IP和ATM網絡結構、協議和技術不變，著力于解決兩個不同層次網絡之間的數據映射、地址映射和控制協議映射。 第49頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo集成模型 集成模型將第3層的選路功能與第2層的轉發功能集成在同一個系統中實現，常稱為交換/路由器。轉發采用ATM交換結構，但是交換結構的路由表(也就是分組轉發表)建

24、立及其資源分配是由IP路由協議驅動的，從而兼具IP選路的靈活性、健壯性和ATM交換的高速度、高帶寬的優點。 第50頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo數據驅動 數據驅動又稱為流驅動。所謂“流”是指在給定的源和目的地端之間傳送的一系列IP數據包。對于具有較長保持時間的流，或者是承載實時業務、具有QoS要求的流，如果不是由路由器逐跳傳送，而是由ATM直通虛連接來傳送，網絡吞吐量和傳送性能必將顯著提高。因此，數據驅動就是在IP數據流到來時，實時判定流的性質，根據一定判據確定是否需要建立ATM虛連接來傳送這一數據流。如有需要，就要選定VC，啟動虛連接建立過程

25、，并將流標識與VCI相關聯。 第51頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo控制驅動 控制驅動是用控制協議預先生成和保持IP路由與ATM虛信道之間的關聯，它又可以分為拓撲驅動和預留驅動兩類。拓撲驅動是將路由協議所確定的路由映射為ATM的VC連接，預留驅動是將網絡資源預留的請求映射為ATM的VC連接。 第52頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo3.3 IP交換 IP交換是Ipsilon公司提出專門用于在ATM網上傳送IP分組的技術，其目的是使IP更快更好地提供業務質量支持。IP交換技術打算拋棄面向連接的ATM軟件

26、，而在ATM硬件的基礎之上直接實現無連接的IP選路。第53頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo流的分類 IP交換的基本概念是流，流是從ATM交換機端口輸入的一系列有先后關系的IP包，它將由IP交換機控制器的路由軟件來處理，IP交換的實質是基于信息流的傳輸方案，首先將流分成不同類型，然后針對不同類型的流進行不同的處理。對于持續時間長、業務量大的用戶數據流，利用ATM虛通道進行傳輸，因此傳輸時延小、容量大；而對于持續時間短、業務量小，E呈突發分布的用戶數據流，可使用IP路由軟件進行傳輸。第54頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Com

27、pany LogoIP交換中使用的協議 IP交換中使用通用交換管理協議(GSMP)和流量管理協議(IFMP)兩種協議。GSMP用于IP交換機控制器中，用來完成直接ATM交換；IFMF用于IP交換機、IP交換網關或IP主機中，用來把現有網絡或主機接入IP交換網絡中，或用來控制數據傳送。第55頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoIP交換機結構 IP交換的核心是IP交換機，如圖3-13所示。它由ATMA交換機、IP交換控制器組成。IP交換機控制器主要由路由軟件和控制軟件組成，在IP交換機控制器中使用GSMP軟件和IFMP軟件來完成IP的直接交換。 第56頁

28、，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo交換原理 IP交換機將數據流的初始分組交給標準的路由模塊處理。當IP交換機看到一個流中有足夠的分組，認為它是長期的，就同相鄰的IP交換機或邊緣設備建立流標記，后續的分組就可以高速地標記交換，將緩慢的路由模塊旁路。特別地，IP交換網關或邊緣設備負責從非標記分組到標記分組，并分組到ATM數據的轉換。每個將現有網絡設備連到IP交換機的IP交換網關或邊緣設備在啟動時建立一個到IP交換控制器的虛信道作為缺省的轉發信道，從現有網絡設備接收到分組時，邊緣設備通過缺省轉發信道將分組傳送給IP交換控制器。第57頁，共78頁，2022年

29、，5月20日，19點0分，星期三Company LogoIP交換機中的ATM連接第58頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo3.4 MPLS交換 IETF提出的多協議標記交換(MPLS)以Cisco的標簽交換為基礎，并吸收其他各種方案的優點，是ATM與IP融合的最佳解決方案之一，屬于集成模型。MPLS有效地解決了傳統的路由器數據包的轉發效率不能滿足實際需要的問題，并明確規定了一整套協議和操作過程，最終在IP網內通過ATM或幀交換實現快速分組交換。 第59頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoMPLS的基本概念

30、MPLS并不是針對某一種特定網絡層的技術，它可以運行于X.25、ATM、幀交換等多種網絡，使得不同網絡的傳輸技術統一在同一個MPLS平臺上。MPLS目前主要解決支持IPv4和IPv6協議，以后逐步擴展到支持多種其他協議。 在MPLS網絡中，只在網絡入口邊緣，對接收到的每個分組，根據包頭信息進行一次分類處理，并分配一個相應的標記，在網絡的中間節點不再進行重復性工作。各分組包在后續的節點只需分析標記含義，沿著由標記確定的路徑進行轉發，而不需要將分組包拆包到網絡層。在網絡出口邊緣，去掉分組包的標記后輸出。MPLS簡化了轉發機制，提高了分組包的傳輸效率。第60頁，共78頁，2022年，5月20日，19

31、點0分，星期三Company LogoMPLS的專業術語 1.標記 2.轉發等價類(FEC)3.標記交換路徑(LSP)4.標記分發協議（LDP）5.標記邊緣路由器(LER) 6.標記交換路由器(LSR)7.標記信息庫（LIB）8.流 第61頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoMPLS的網絡結構 第62頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company LogoMPLS標記格式 第63頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo標記交換路由器結構 第64頁，共78頁，2022年，5月20日，19點

32、0分，星期三Company Logo3.5 軟交換 現在的電信網，包括電話網和數據網，采用的是電路交換技術和分組交換技術，承載數據業務效率較低，已難以適應日益增長的數據業務的需求。互聯網采用IP交換技術承載數據業務，相對電信網而言，無論效率還是利用率都比較高，但面對指數增長的IP業務量也暴露出擴展性、安全性、通信質量、移動性等方面的問題。因此，無論是電信網還是互聯網，都難以適應未來通信發展的主流變化。 為建設個可持續發展的網絡，既有IP交換的優勢又保持與電信網相同的服務質量，既保證運營商在獲取目前話音業務收益的同時，又能在未來的數據業務、多媒體業務中占有一定的市場份額，經過電信運營商、設備廠商及電信科技工作者的多年探討，提出了軟交換技術方案。第65頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo傳統交換網的基本結構 第66頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo軟交換網的基本結構 第67頁，共78頁，2022年，5月20日，19點0分，星期三Company Logo軟交換的基本思想 軟交換的基本思想是把呼叫處理和業務控制功能從傳輸層中分離出來，通過