【正文】 程的資源預(yù)留，預(yù)留的 資源包括交換節(jié)點中從入端口到出端口的 內(nèi)部通道 和交換節(jié)點間中繼線路上的 帶寬資源 ，以這種方式建立一條端到端的專用通信連接，這個連接通常占用固定的帶寬或時隙，有固定的傳輸速率。 第 2 章 現(xiàn)代通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù) 圖 交換網(wǎng)絡(luò)的工作原理 數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)1 1端口22 21 3 a…P C M 1b 21 3 2…P C M 12 222 21 b 2…P C M 222 21 3 2…P C M 2N N22 C 3 2…P C M N22 21 a c…P C M N… …輸入端口號轉(zhuǎn)發(fā)表時隙 / 標(biāo)記 輸出端口號 時隙 / 標(biāo)記12…N23…21N1…N322…2第 2 章 現(xiàn)代通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù) 在整個通信期間，不管實際有無數(shù)據(jù)傳輸，沿途的交換節(jié)點負(fù)責(zé)保持、監(jiān)視該連接，直到用戶明確地發(fā)出通信結(jié)束的信號，網(wǎng)絡(luò)才釋放被占用的資源，撤銷該連接。電路交換在連接建立時，預(yù)先分配固定帶寬資源的方式被稱為 靜態(tài)復(fù)用方式 。 電路交換的主要特點是 ：在連接建立階段，為用戶靜態(tài)地分配通信所需的全部網(wǎng)絡(luò)資源；并且在通信期間，資源將始終保持為該連接專用；在數(shù)據(jù)傳輸階段，交換節(jié)點只是簡單地將用戶信息在預(yù)先建立的連接上進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，節(jié)點處理時延可忽略不計，效率極高。電路交換 很適合實時性要求高的通信業(yè)務(wù)，傳統(tǒng)電話通信網(wǎng)就采用這種方式，它很好地解決了實時語音通信問題 。它的主要 缺點 是信道資源的利用率低。 第 2 章 現(xiàn)代通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù) 2．分組交換 分組交換方式主要用于 計算機間的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù) ，它的出現(xiàn)晚于電路交換，采用分組交換而不是電路交換來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，主要基于以下原因： (1) 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)有很強的突發(fā)性 ，采用電路交換方式，信道利用率太低。 (2) 電路交換只支持固定速率的數(shù)據(jù)傳輸，要求收發(fā)嚴(yán)格同步，不適應(yīng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中終端間 異步、可變速率的通信要求 。 (3) 語音傳輸 對時延 敏感、 對差錯 不敏感，而數(shù)據(jù)傳輸則恰好相反，用戶對一定的時延可以忍受，但關(guān)鍵數(shù)據(jù)細(xì)微的錯誤都可能造成嚴(yán)重的后果。 第 2 章 現(xiàn)代通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù) (4) 分組交換是針對數(shù)據(jù)通信而設(shè)計的，主要特點是：數(shù)據(jù)以分組為單位進(jìn)行傳輸，分組長度一般在 1000～ 2022字節(jié)左右；每個分組由用戶信息部分和控制部分組成，控制部分包含差錯控制信息，可以用于對差錯的檢測和校正； 交換節(jié)點以 “ 存儲 — 轉(zhuǎn)發(fā) ” 方式工作 ，可以方便地支持終端間異步、可變速率的通信要求；為解決電路交換方式信道資源利 用率低的缺點，分組交換引入了 統(tǒng)計時分復(fù)用技術(shù) 。 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)處理分組方式的不同，分組交換分為兩種類型，即 數(shù)據(jù)報 和 虛電路 。 第 2 章 現(xiàn)代通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù) 1) 數(shù)據(jù)報 數(shù)據(jù)報屬于 無連接方式 ，主要的優(yōu)點是：協(xié)議簡單，無需建立連接，無需為每次通信預(yù)留帶寬資源，電路交換中帶寬利用率低的問題自然也就解決了。同時，由于每一分組在網(wǎng)上都獨立尋路，因而 抵抗網(wǎng)絡(luò)故障的能力很強，特別適合于突發(fā)性強、數(shù)據(jù)量小的通信業(yè)務(wù) 。實際上，數(shù)據(jù)報方式最先是在冷戰(zhàn)時期美國軍方的計算機通信網(wǎng) ARPA Net上實現(xiàn)的，是現(xiàn)代 Inter的前身。 第 2 章 現(xiàn)代通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù) 數(shù)據(jù)報的主要缺點是： 由于沒有為通信建立相應(yīng)的連接并預(yù)留所需的帶寬資源，因此分組在網(wǎng)絡(luò)上傳輸時，需要攜帶全局有效的 網(wǎng)絡(luò)地址 ，在每一個交換節(jié)點，都要經(jīng)歷一次存儲、選路、排隊等待線路空閑，再被轉(zhuǎn)發(fā)的過程，因而 傳輸時延大，并存在時延抖動問題 ?？梢姅?shù)據(jù)報不適用于大數(shù)據(jù)量、實時性要求高的業(yè)務(wù)。目前，通信網(wǎng)上該方式 主要用于信令、控制管理信息和短消息 等 (例如 SS SNMP、 SMS等 )的傳遞， Inter的 IP技術(shù)也屬于此類。 第 2 章 現(xiàn)代通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù) 2) 虛電路 虛電路是一種 面向連接的分組交換方式 ，其設(shè)計目標(biāo)是將數(shù)據(jù)報和電路交換這兩種技術(shù)的優(yōu)點結(jié)合起來，以達(dá)到最佳的數(shù)據(jù)傳輸效果。 采用虛電路技術(shù)，用戶之間在通信之前，需要在源端和目的地端先建立一條連接，分組交換中把它叫做虛電路。虛電路一旦建立，所有的用戶分組都將在這一虛電路上傳送。建立連接是它與電路交換的相同之處，也是它與數(shù)據(jù)報的不同之處 。 第 2 章 現(xiàn)代通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù) 虛電路的一次通信過程也分為 三個階段 ： 虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸 和 虛電路釋放 。 與電路交換的不同之處在于 ：虛電路建立階段，網(wǎng)絡(luò)完成的工作只是確定兩個終端之間用戶分組傳輸應(yīng)走的路由， 并不進(jìn)行靜態(tài)的帶寬資源預(yù)留 ，沿途的交換節(jié)點只是將屬于該連接的分組應(yīng)如何進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的信息填寫到轉(zhuǎn)發(fā)表中。假如源端 沒有分組傳輸，虛電路不占用網(wǎng)絡(luò)帶寬資源 ；當(dāng)源端有分組要發(fā)送時，交換節(jié)點一般先對收到的分組進(jìn)行必要的協(xié)議處理，然后根據(jù)虛電路建立階段填好的轉(zhuǎn)發(fā)表將分組轉(zhuǎn)發(fā)至輸出端口排隊等待，一旦信道空閑，就將其發(fā)送出去，因而這樣一個連接被加上 “ 虛擬 ” 兩字。分組交換中，這種對物理線路帶寬資源的分配使用方式，稱為 統(tǒng)計時分復(fù)用 。相應(yīng)地，電路交換中對物理線路帶寬資源的分配使用方式叫 靜態(tài)時分復(fù)用 。 第 2 章 現(xiàn)代通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù) 圖 (a) 同步時分復(fù)用； (b) 異步時分復(fù)用 同步時分復(fù)用123N……N … 2 1 N … 2 1…時間時隙幀 幀(a )統(tǒng)計時分復(fù)用……信息 N 5 信息 2 3 信息 N 5 信息 1 2…時間時隙(b )標(biāo)志碼第 2 章 現(xiàn)代通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù) 3．幀中繼 幀中繼技術(shù)主要用于 局域網(wǎng)高速互連業(yè)務(wù) 。以 表的分組交換 技術(shù)出現(xiàn)在 20世紀(jì) 70年代，當(dāng)時長途數(shù)據(jù)傳輸還有很高的差錯率，為保證可靠的服務(wù)質(zhì)量，分組協(xié)議采用了 逐段的 差錯 控制和 流量 控制，這使得分組交換網(wǎng)交換時延大，無法為用戶提供更高的速率。例如 入速率是 64 kb/s。 為充分利用當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)高速度、低差錯和終端計算成本低的特點，幀中繼技術(shù)被提出，其主要設(shè)計思想如下： 第 2 章 現(xiàn)代通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù) (1) 將原來 由 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 承擔(dān) 的非常耗時的逐段差錯控制功能和流量控制功能刪除，網(wǎng)絡(luò) 只進(jìn)行差錯的檢測，發(fā)現(xiàn)差錯就簡單地丟棄分組 ， 糾錯工作和流量控制 由終端 來完成 ，使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點專注于高速的數(shù)據(jù)交換和傳輸，通過簡化網(wǎng)絡(luò)功能來提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度。 (2) 保留 ，但將虛電路的 復(fù)用和交換 從原來的 第三層移至第二層 來完成，通過減少協(xié)議的處理層數(shù)，來提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率。 (3) 呼叫控制分組 和 用戶信息分組 在各自 獨立的虛電路 上傳遞。 第 2 章 現(xiàn)代通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù) 經(jīng)過這樣的改進(jìn)，幀中繼的速率可以比傳統(tǒng)的分組網(wǎng)提高一個數(shù)量級， 典型接入速率可達(dá) 2 Mb/s。目前幀中繼主要用于 LAN (局域網(wǎng) )間的高速互連、 VPN(虛擬專用網(wǎng)絡(luò) )的組建、遠(yuǎn)程高品質(zhì)視頻和圖像信息的傳遞 ，幀中繼曾被認(rèn)為是從窄帶到寬帶 ISDN的首選過渡技術(shù)。 第 2 章 現(xiàn)代通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù) 4． ATM ATM(Asynchronous Transfer Mode)即 異步傳送模式 ，其主要 設(shè)計目標(biāo) 是在一個網(wǎng)絡(luò)平臺上用分組交換技術(shù)來實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)、圖像等 業(yè)務(wù)的綜合傳送和交換 。 傳統(tǒng)的分組交換和幀中繼技術(shù)均是面向單業(yè)務(wù)來優(yōu)化設(shè)計的，完全照搬它們的體制難以實現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)的目標(biāo)，這是因為 不同類型的業(yè)務(wù)在實時性要求、服務(wù)質(zhì)量、差錯敏感度等諸多方面差異很大 ，甚至完全相反。對業(yè)務(wù)類型不加區(qū)分地采用統(tǒng)一的處理方式顯然是不行的。 為達(dá)到對綜合業(yè)務(wù)優(yōu)化的設(shè)計目標(biāo)，在技術(shù)上， ATM采用了以下設(shè)計策略： 第 2 章 現(xiàn)代通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù) (1) 固定長分組策略 。 ATM與傳統(tǒng)分組交換、幀中繼、 IP等最顯著的區(qū)別就是采用了固定長分組（信元）。采用固定長分組后，節(jié)點緩沖區(qū)的管理策略變得簡單了，固定長分組也便于用 硬件實現(xiàn)高速信元交換 。 (2) 繼承了傳統(tǒng)分組交換的統(tǒng)計復(fù)用和虛電路技術(shù)，但又作了改進(jìn)。這是因為分組交換和幀中繼主要承載非實時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而 ATM網(wǎng)絡(luò) 對實時、非實時兩類業(yè)務(wù)均需承載 ，ATM允許在建立一條新的虛連接時，同時向網(wǎng)絡(luò)提交詳細(xì)的服務(wù)質(zhì)量要求說明，這個說明實際是一個資源預(yù)留的請求，只要用戶業(yè)務(wù)量遵守事先的約定，網(wǎng)絡(luò)將提供有保證的服務(wù)質(zhì)量。 第 2 章 現(xiàn)代通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù) (3) ?ATM也 繼承了幀中繼 中不在核心網(wǎng)中進(jìn)行逐段的 流量控制和差錯控制的思想 ，相應(yīng)的工作都放到網(wǎng)絡(luò)邊緣的終端設(shè)備上來完成，網(wǎng)絡(luò)只對信元中的控制字段進(jìn)行必要的差錯處理。 (4) 引入 ATM適配層，即 AAL層，與特定類型業(yè)務(wù)相關(guān)的功能均在該層實現(xiàn)，以此來支持區(qū)分服務(wù)的能力 ，這對綜合業(yè)務(wù)目標(biāo)的實現(xiàn)來說至關(guān)重要，也是 ATM與其他面向單業(yè)務(wù)優(yōu)化設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)間的重要區(qū)別。 第 2 章 現(xiàn)代通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù) 主要交換技術(shù)的特點比較 分組交換 電路交換 數(shù)據(jù)報 虛電路 幀中繼 A T M 連接方式 面向連接 無連接 面向連接 面向連接 面向連接 比特率 固定 可變 可變 可變 可變 差錯控制 不具備 具備 具備 只檢錯，不糾錯 只對控制信息差錯控制 信道資源使用方式 靜態(tài)復(fù)用，利用率低 統(tǒng)計復(fù)用，利用率高 統(tǒng)計復(fù)用，利用率高 統(tǒng)計復(fù)用，利用率高 統(tǒng)計復(fù)用，利用率高 流量控制 無 較好 好 無 好 實時性 很好 差 較好 好 好 終端間的同步關(guān)系 要求同步 異步 異步 異步 異步 最佳應(yīng)用 實時話音業(yè)務(wù) 小批量，不 可靠的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 大批量、可靠的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 局域網(wǎng)互連 綜合業(yè)務(wù) 第 2 章 現(xiàn)代通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù) 面向連接型交換技術(shù)和無連接型交換技術(shù)各有什么優(yōu)缺點？ 分組交換分為哪兩種類型？簡述其各自的特點。 廣域通信網(wǎng)上使用的交換技術(shù)主要有哪些？簡述電路交換，數(shù)據(jù)報、虛電路、幀中繼和 ATM技術(shù)的最佳應(yīng)用場合？ 作 業(yè) 題