|
第五章电话网与电路交换技术
本章主要内容
- 电话网概述
- 电话网技术
- 数字电路交换技术
5.1 电话网概述
一.电话网的五级分层结构
- 我国电话网曾长期采用五级汇接的等级结构，其中一、二、三、四级（C1、C2、C3、
C4）为长途交换中心，第五级（C5）为本地交换中心。
二.长途网结构的演变
- 我国的长途网已从四级网演变为二级网，C1、C2合并为一级，称为DC1，C3、C4合并为
一级，称为DC2；
- DC1的职能主要是汇接所在省的省际长途电话、去话话务，以及所在本地网的长途终端话务；
- DC2的职能主要是汇接所在本地网的长途终端话务。
- 长途二级网络分别在省级交换中心DC1之间和省内交换中心DC2之间引入“固定无级”的路由选择方式；
- “固定”是指在路由选择时，按预先制定的路由和顺序进行选路；
- “无级”则是指在进行迂回路由的选择时，各交换中心不分等级。这种方式为我们今后实现真正的无级网奠定了基础，在无级网中所有的节点均为一个等级，动态无级网将是网络演变的方向。
三.本地网
- 本地电话网简称本地网，是在同一编号区范围内，由若干个端局，或由若干个端局和汇接局及局间中继线、用户线和话机终端等组成的电话网；
- 端局通过用户线与用户相连，它的职能是负责疏通本局用户的去话和来话话务；
- 汇接局与所管辖的端局相连，以疏通这些端局间的话务；汇接局还与其他汇接局相连，疏通不同汇接局间端局的话务；根据需要还可与长途交换中心相连，用来疏通本汇接区内的长途转话话务；
- 支局：在用户相对集中的地方，可设置隶属于端局的支局，经用户线与用户相连，但中继线只有一个方向，即到隶属的端局，用来疏通本支局用户的去话和来话业务。
5.2 电话网技术
路由的定义:
- 路由是网络中任意两个交换中心之间建立一个呼叫连接或传递信息的途径。
路由选择的定义
- 路由选择也称为选路，是一个交换中心呼叫另一个交换中心时在多个可选的路径中进行选择的过程。
路由选择结构
- 有级（分级）选路结构
– 如果在给定的交换节点的全部话务流中，到某一方向的呼叫都是按照同一个路由组依次
进行选路，并按顺序溢出到同组的路由上，而不管这些路由是否被占用；路由组中的最后一个路由为最终路由，呼叫不能再溢出。
- 无级选路结构
– 如果允许发自同一交换节点的呼叫在电路群之间相互溢出，则称为无级选路结构。
路由选择方式
- 固定选路方式
– 路由组的路由选择模式总是不变的，即交换机的路由表一旦制定后，在相当长的一段时
间内交换机按照表内指定的路由进行选路；
- 动态选路方式
– 路由组的选择模式是可变的，可根据预先设定的或根据网络状态的改变，周期性或非周
期性的自动调整路由。
电话网的编号计划
- 编号计划：指的是本地网、国内长途网、国际长途网、特种业务以及一些新业务等各种呼叫所规定的号码编排和规程；
- 为什么要制定编号计划-
– 使自动电话网正常运行的重要需求。
- 本地网中用户号码的组成
局号+用户号
- 长途电话用户编号方法
国内长途字冠+长途区号+本地号码
国际长途字冠+国家号码+长途区号+本地号码
举例
下列逻辑寻址起到了建立连接的作用，该连接起端在美国一个物理地点，终端位于中国北京海淀区学院路北京邮电大学软件学院：0086-10-6228-1982
– 0086：该呼叫是跨国呼叫，86是中国的国家号码；
– 10：表示该呼叫的物理地区码，10是北京的长途区号
– 6228：表示一个特定的海淀区交换局的交换机；
– 1982：表示端口及电路标识，与本地环路（用户线）有关，该用户线与位于软件学院物理位置的终端设备有关。
5.3 数字电路交换技术
- 电路交换技术的发展
– 1876年美国贝尔发明电话
– 交换技术引入电话网
– 电路交换技术发展的三个阶段
- 人工交换机（话务员）：1878年
- 机电自动交换
– 步进制史端乔交换机：拨号脉冲直接控制接线器；
- 速度慢、效率低、杂音大、机械磨损严重；
– 纵横制交换机：由标志器控制接线器；
- 电子交换机：半导体技术、微电子技术、数字技术；
- 程控交换机：计算机的诞生。
- 电路交换系统的分类
– 人工交换系统
– 自动交换系统
- 模拟交换系统：对模拟信号进行交换的设备；
– 机电式交换系统：步进制、纵横制
– 电子交换系统：空分式电子交换设备等
- 数字交换系统：对数字信号进行交换的设备。
- 数字程控交换节点的发展趋势
– 升级为窄带综合业务数字网中的交换节点
– 升级为智能网中的业务交换点（SSP）
– 升级为移动网中的移动交换中心（MSC）
- 数字交换机工作方式
– 时分交换：不同时隙间的信息交换
– 空分交换：不同线路之间的信息交换
交换机的分类及功能
- 本地交换机
- 中继交换机
- 国际交换机
- 用户专用小交换机（PBX）
- 虚拟交换机（CENTREX）
本地交换机
- 2/4线变换
- 模拟/数字变换
- 被叫号码分析、处理呼叫、建立连接
- 提供各种铃流和供电
- 计费
中继交换机
- 与本地交换机相连
- 通过PDH/SDH等传输系统相连
- 交换机之间使用七号信令通信
- 网络路由的选择
国际交换机
- 国际交换中心与一个或多个国内长途中心相连；
- 通过海底光缆、卫星和微波相连；
- 完成不同国家标准之间的转换。
用户专用小交换机(PBX)
- 提供业务
– 会议呼叫、呼叫转移、语音信箱、优先级呼叫、呼叫限制、缩位呼叫；
- 面临的问题：
– 分机用户不能实现直接拨入DID(Direct InwardDialing)、直接向外拨号DOD(Direct Outward Dialing)等通信方式；
– 受中继线数量限制，业务量大时电话难以接通；
– 机器日常维护和故障造成的通信阻断；
– 话务、机务人员的日常开支和社会、医疗，福利保险开支；
– 设备老化技术落后带来的设备更新、技术升级等问题。
虚拟交换机（CENTREX）
- 虚拟用户交换机是数字程控交换机的一项新功能。它能将原先建立在用户端的小交换机网纳入大网，即在用户端不装任何小交换机，而只是在电话局公用交换机中调用一部分用户号码，通过
软件编号，使这些用户成为既可对外“分散交换”，又可对内“集中交换”的分机用户群。
CENTREX提供的业务
- 基本业务包括：群内呼叫／呼出、群外呼入、发话筛选、话务员及话务员登入／撤销、闭合用户群、区分振铃（对于群内呼叫或群外呼入采用不同的振铃音）、来话转接、呼叫代答（同组代答和指定代答）、呼叫前转（无应答、无条件、遇忙）。
- 补充业务的种类与公用电话网上普通电话所具有的补充业务基本相同。
CENTREX的特点
- 组网灵活；
- 使用方便，提供业务种类多；
- 与公网技术同时进步；
- 节省投资、可提供专业化服务；
- 可实现家庭办公；
- 业务更新方便快捷、适应性强；
- 方便管理分机用户。
第六章数据网与分组交换技术
本章主要内容
6.1 数据网概述
6.2 分组交换技术
6.3 帧中继技术
6.4 数字数据技术
6.5 N-ISDN技术
6.6 局域网技术概述
6.7 以太网技术
6.8 IP互联网技术
6.9 ATM技术
6.1 数据网概述
数据通信系统模型
- DTE：数据终端设备（Data Terminal Equipment），数据网中信息传输的源点和终点，主要功能是向网中输出数据和从网中接收数据；
- DCE：数据电路端接设备（Data Circuit terminating Equipment），用来连接数据通信网和DTE的设备，具有一定的数据处理和数据传输控制功能。
数据网网络特征
– 以传输数据为主
– 普遍采用存储转发方式的分组交换
数据网的分类
- 按传输距离分类
– 局域网LAN<10km（Local Area Network）
– 城域网10km<MAN<100km（Metropolitan Area Network）
– 广域网WAN>100km （Wide Area Network）
- 按传输方式分类
– 交换式网络：用户之间的通信要经过交换设备；
– 广播式网络（广播通信）：没有中间交换节点。
- 按拓扑结构分类
– 环型网：双环结构，可靠性高；
– 星型网：中心节点为瓶颈；
– 总线型网：所有节点连在公共总线上；
– 网状网：任何两个节点间有直达线路；
– 树型网：分级控制；
– 复合型网：骨干网采用网状网，本地网采用星型网；- 按拓扑结构分类
– 环型网：双环结构，可靠性高；
– 星型网：中心节点为瓶颈；
– 总线型网：所有节点连在公共总线上；
– 网状网：任何两个节点间有直达线路；
– 树型网：分级控制；
– 复合型网：骨干网采用网状网，本地网采用星型网；
数据网的硬件组成
- 数据终端设备（DTE）：主机、终端；
- 数据电路端接设备（DCE）：编解码器、Modem、终端适配器、集中器、复用器等；
- 数据传输与交换设备：交换机、中继器、网桥、路由器、数字交叉连接设备等；
- 传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤、无线电、微波、红外线等。
数据网的软件组成
- 协议软件：实现网络协议功能的软件；
- 网络操作系统：多任务操作系统；
- 管理软件：实现网络管理功能的软件；
- 交换与路由软件：为通信各部分之间建立和维护传输信息所需的路径；
- 网络应用软件：网络环境下直接面向用户的应用程序。
协议的定义
- 协议：是通信双方达成的一致约定。两个实体要想成功的通信，它们之间交流什么、怎样交流及何时交流，都必须遵从彼此约定的一些规则，这些规则的集合称为协议，协议的关键成分包括：
– 语法（Syntax）：数据格式、编码及信号电平等；
– 语义（Semantic）：用于协调和差错处理的控制信息；
– 通信同步规则。
协议的功能
– 分段与重组（Segmentation and reassembly）
– 封装（Encapsulation）
– 连接控制（Connection control）
– 流量控制（Flow control）
– 差错控制（Error control）
– 寻址（Addressing）
– 复用（Multiplexing）
– 附加服务（Additional services）
TCP/IP 协议的体系结构
- TCP/IP 协议栈定义了四个层次
–网络接口层
- 定义各种介质物理连接的特性
- 定义在不同介质上信息帧的格式
–IP（Internet protocol） 层
- 转发和路由功能：根据分组的目的IP 地址，将分组从源端转发到目的地。
- 路由器（router）：TCP/IP 网络中专用的IP分组转发设备。
–TCP/UDP （传输层）
- TCP 提供面向连接的、可靠的传输服务
- UDP 提供无连接的、不可靠的传输服务
–应用层
- Telnet、Web、FTP、e-Mail (SMTP)……
6.2 分组交换技术
分组交换的产生和定义
- 分组交换（X.25）始于70年代的数据交换网络，X.25协议包括OSI协议模型的下三层，采用动态统计时分复用技术，线路利用率高；
- 缺点：协议处理复杂、数据传送时延大，因此不能满足实时通信、高速通信要求，应用范围有限。
- 定义：采用“存储—转发”的方式，把报文截成若干个比较短的、规格化了的“分组”（或称包）进行交换和传输。
分组交换网的组成
- 分组交换网的组成
– 分组交换机
- 转接交换机：容量大，线路端口数多，具有路由选择功能，主要与其他交换机互连；
- 本地交换机：容量小，只有局部交换功能，不具备路由选择功能；可接至数据终端，也可接至转接交换机，但只能与一个转接交换机相连。
– 远程集中器（RCU）：包括PAD；
– 传输链路与设备
– 网络管理中心（NMC）
分组交换网的结构
- 分级结构：两级结构，一级骨干网采用网状网型或不完全网状型网连接，二级交换网可用星型结构。
分组交换网的组成和结构
分组交换网的入网方式
- 电话拨号入网：用户采用X.28异步规程或X.32同步规程，用一个调制解调器通过公用电话网（PSTN）连到分组交换网上；
- 专线入网：专线用户可租用市话模拟线或数字数据专线，采用X.28异步或X.25同步规程连到分组交换网上。
分组交换节点的工作原理
- 分组进入交换节点，节点的CPU对分组进行测试，包括对分组网络层目的地址的检验；
- 分组被安排在正确的出线，并进入相应的队列等待发送；
- 由交换节点选择正确的出线的过程称为路由选择；
影响分组在网络中的延时的因素
- 在交换节点的CPU和出链路队列中的排队时间；
- 交换节点的CPU处理时间；
- 分组传输时间。
路由选择方式
- 路由选择方式
– 表控路由选择：要求每个节点存储并保存一张路由选择表，这种方式常用；
– 无表路由选择：适用于网络无法保持路由选择表的情况，每个分组的路由不需查表确定，用
随机路由等选择方式进行路由选择。
- 最佳路径：时间最短或费用最小的原则。
- 路由选择算法：网络层软件的一部分，负责确定所收到分组应传送的外出线路
– 非自适应路由选择算法（静态路由选择）
– 自适应路由选择算法（动态路由选择）
非自适应算法
- 非自适应算法（又称静态路由算法）：事先脱线（off-line）计算好，在网络启动时下载到路由器。
– 最短路由选择（Shortest path）：从多条路由中计算出距离最短的一条，常用Dijkstra算法；
– 泛洪路由算法（Flooding）：当收到一个分组，结点就向除了分组到来的链路以外的所有链路上发。泛洪算法的信息开销大，一种解决办法是限制长度（跳数），另一种是选择性泛洪（只向正确方向的链路泛洪）；
– 基于网络流量最小延迟的路由算法：对某一给定的链路根据负载量与平均流量，由排队模型计算出该链路的平均分组延迟。由所有链路的平均延迟可计算出流量加权的平均值，从而得到整个网络的平均分组延迟。路由选择是找出产生网络最小延迟的路由。
自适应算法
- 自适应算法根据网络拓扑结构和业务量的变化动态计算路由，又称为动态路由算法：
– 距离矢量路由选择算法：让每个路由器维护一张表（即向量），表中给出了到每个目的地的最短距离和路由，通过与相邻路由器交换信息来更新表的信息，使用的算法通常是Bellman-ford算法和Ford-fulkerson算法；
– 链路状态路由选择算法：根据定期更新的链路状态各路由器用Dijkstra算法来找出最短路径；
– QoS-routing：根据多个QoS参数（跳数、距离、延迟、带宽、丢失率）的组合计算满足QoS要求的路由。优点是：能满足QoS要求，同时防止路由震荡。缺点是：路由计算和路由表存储开销大，这是目前的一个研究热点。
最短路由选择算法
-- 最短路径问题：如果从网络中某一节点（称为源点）到达另一节点（称为终点）的路径可能不止一条，如何找到一条路径使得沿此路径上各边上的权值总和达到最小。
-- 问题解法
-- 边上权值非负情形的单源最短路径问题
— Dijkstra算法√ (仅讲此算法)
--所有顶点之间的最短路径
— Floyd算法× (不讲)
迪杰斯特拉(Dijkstra)算法
-- 问题的提法： 给定一个带权有向图D与源点v，求从v 到D中其它顶点的最短路径。限定各边上的权值大于或等于0。
-- 为求得这些最短路径, Dijkstra提出按路径长度的递增次序, 逐步产生最短路径的算法。首先求出长度最短的一条最短路径，再参照它求出长度次短的一条最短路径，依次类推，直到从顶点v到其它各顶点的最短路径全部求出为止。
① 初始化： S ← { v0 }; dist[j] ← Edge[0][j], j = 1, 2, …, n-1; // n为图中顶点个数
② 求出最短路径的长度：
寻找一个不在S中的节点vk ，其dist[k]值为最小；
S ← S U { k };
③ 修改：
dist[i] ← min{ dist[i], dist[k] + Edge[k][i] }, 对于每一个i ∈ V- S ;
④ 判断：若S = V, 则算法结束，否则转②。
分组交换网的流量控制
- 涉及范围：发送端和接收端之间的点对点通信量的控制；
- 发生条件：发送端发送速率>接收端接收处理速率；
- 目标：使发送端发送数据的速率不能使接收端来不及接收。
分组交换网的拥塞控制（Congestion control）
- 涉及范围：是一个全局性的过程，涉及网络中的所有主机、路由器等设备；
- 发生条件： Σ对资源的需求>可用资源；
- 目标：使网络能够承受现有的网络负荷；
- 监测网络拥塞的指标：平均分组延时、超时重传分组数、平均队列长度等。
分组交换网的分组格式
- GFI：占第1字节的5-8位
– 第8位是限定位（也称为Q位），用来区分用户数据和网络信息。Q=1，数据部分是高层控制信息；Q=0，数据是发给用户的数据；
– 第7位是传送确认位（D位），用于分组的确认。D=1，需要确认；否则，D=0。
– 第6、5位用于区分分组编号的模数，第6位为1，表示分组编号是模128，是扩展情况；第5位为1，表示模8编号，是正常情况。
- 逻辑信道标识：LCGN(4位)+LCN(8位)=12位，形成4096条逻辑信道。逻辑信道号标识在DTE/DCE接口上具有本地意义；
- 数据分组类型标识：占第3字节的8个bit，用于区分分组的类型和功能。X.25建议，分组分为6类，如果不扩展，共17种。这些分组类用于区分DTE/ DCE之间的呼叫建立和撤除的请求、指
示、确认，以及数据报、业务信号、诊断等；
- 地址长度和地址：只有呼叫建立和数据报两类有地址长度和地址字段。共1个字节，前、后4
位分别用于主、被呼DTE长度地址指示。地址字段用于表示DTE的地址，由整数个字节构成，不是整数字节，则所差半个字节补0；
- 与数据分组类型有关的信息：用户自选的业务信息，自选业务与数据类型有关，目前X.25有近30种自选业务，如：反向计费、呼入受阻或呼出受阻等；
- 用户数据：X.25规定用户数据字段的标准值为128字节。经协商可以选择16~1024字节的长度。通常，用户数据需要分块，收端要重组，后续数据标识位M用于重组，M=1表示一个分组的用户数据部分已装满，并意味着后面还有数据；M=0表示一个分组的用户数据部分未装满，并意味着后面无数据。
|
