網(wǎng)絡編碼、復用和交換技術

第4-1

講CompanyLogo2網(wǎng)絡編碼、復用和交換技術編碼技術一復用技術二交換技術三2023/2/33一、編碼技術目的各種網(wǎng)絡都涉及傳輸模擬信號或數(shù)字信號，不論是模擬信號還是數(shù)字信號，在通過傳輸介質(zhì)傳輸時一般都需要進行編碼以提高信號傳輸效率或傳輸可靠性。。2023/2/341.1、數(shù)據(jù)編碼數(shù)字編碼這類編碼使用最經(jīng)常的是BCD（BinaryCodedDecimal）碼、格雷碼和余3碼，表1給出了這三種編碼。。2023/2/35數(shù)字編碼。表110個十進制數(shù)字的三種編碼十進制數(shù)BCD碼格雷碼余三碼01234567890000000100100011010001010110011110001001000000010011001001100111010101001100110100110100010101100111100010011010101111002023/2/361.1數(shù)據(jù)編碼字符編碼最常見的信息符號是字符，包括英文字母、阿拉伯數(shù)字和專用符號等。為了便于識別和統(tǒng)一使用，國際上對字符符號的代碼作了一些標準化的規(guī)定，例如ISO（InternationalOrganizationforStandardization）碼、EBCDIC（ExtendedBinaryCodedDecimalInterchangeCode）和ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）碼等。表2給出了部分字符對應的ASCII碼的二進制格式和十六進制格式。例如，字母M的ASCII代碼是1001101，用十六進制表示時，其代碼為4D。。2023/2/37字符編碼。表2部分字符的ASCII碼2023/2/381.2、數(shù)字信號編碼技術

對于傳輸數(shù)字信號來說，最普通且最容易的方法是用兩個不同的電壓值來表示兩個二進制值。用無電壓（或負電壓）表示0，而正電壓表示1。常用的數(shù)字信號編碼有：歸零碼不歸零編碼（NRZ），如圖3曼徹斯特編碼（ManchesterCode），如圖4差分曼徹斯特編碼（DifferentialManchesterEncoding），如圖5。2023/2/391.2、數(shù)字信號編碼技術。圖3

NRZ編碼圖4

曼徹斯特編碼2023/2/3101.2、數(shù)字信號編碼技術。圖5

差分曼徹斯特編碼2023/2/3111.3、數(shù)據(jù)壓縮編碼目的為了保證通信的有效性，進行數(shù)字通信時必須作壓縮處理，一般采用信源壓縮編碼，去除或減少信源數(shù)據(jù)中的冗余度，或者把能量集中起來以縮小所占頻帶。在傳輸和存儲數(shù)據(jù)量很大的視頻、圖像、聲音、文本等媒體信息時，對存儲器存儲容量、網(wǎng)絡通信信道帶寬以及計算機處理速度的需求也會急劇增大。單純用增加存儲器容量和通信信道帶寬以及提高計算機的運算速度的辦法并不解決問題。。2023/2/3121.3、數(shù)據(jù)壓縮編碼分類根據(jù)對編碼信息的恢復程度，數(shù)據(jù)壓縮編碼可分為無損壓縮編碼（又稱可逆壓縮編碼、無失真壓縮編碼或冗余壓縮編碼）有損壓縮編碼（又稱不可逆壓縮編碼、有失真壓縮編碼或熵壓縮編碼）。。2023/2/3131.3、數(shù)據(jù)壓縮編碼音頻編碼壓縮技術音頻壓縮編碼也分為無損編碼（熵編碼）和有捐壓縮編碼兩大類，其發(fā)展趨勢是：在一些應用環(huán)境下，追求盡可能低的傳輸速率；在另一些應用環(huán)境下，則追求盡可能高的保真度。話音數(shù)據(jù)壓縮編碼標準主要有G.711、G.721、G.728、GSM、GTIA和NSA，分別對應64、32、16、138、48和24kb/s傳輸速率。。2023/2/3141.3、數(shù)據(jù)壓縮編碼音頻編碼壓縮技術16kb/s自適應預測編碼（APC）的音質(zhì)相當于56kb/s的PCM，優(yōu)于16kb/s的ADPCM。增量調(diào)制（DM）編碼是具有二階量化的特殊DPCM，即PCM退化到lbit量化的極端情形。DM的預測值為lbit（0或1碼），在較低調(diào)制速率下很難跟上語音波形的快速變化，易出現(xiàn)過載現(xiàn)象，產(chǎn)生過載失真。為了彌補這一不足，自適應增量調(diào)制（ADM）采取幅度自適應補償措施，使解碼后的波形盡可能跟上波形的變化。。2023/2/3151.3、數(shù)據(jù)壓縮編碼音頻編碼壓縮技術自適應子帶編碼（SBC）根據(jù)語音譜低頻能量大、高頻能量小的特點，將輸入語音頻帶分成4個或更多個相鄰帶信息，用不同bit數(shù)（低頻分配多，高頻分配少）分別對這些子帶進行DPCM編碼。由于各子帶的能量大小隨時間變化，DPCM編碼不能保證SBC有高的信噪比（SNR）。按照子帶的能量隨時調(diào)整bit分配，得到自適應bit分配的SBC，可使各子帶的量化噪聲譜始終與語音譜相匹配。16kb/s子帶編碼速率的音質(zhì)優(yōu)于改進型ADPCM的音質(zhì)。。2023/2/3161.3、數(shù)據(jù)壓縮編碼音頻編碼壓縮技術線性預測編碼（LPC）是語音信號的混合編碼方式之一，它以線性預測技術構成的聲音模型為基礎。LPC不同于PCM等波形編碼方法，它根據(jù)人發(fā)聲機理的數(shù)字模型，通過線性預測算法，從語音波形中提取特征參數(shù)。LPC傳輸?shù)氖菂?shù)的編碼信息，不是波形本身。解碼時，根據(jù)同一數(shù)字模型，由解碼所得的這些參數(shù)加上增益系數(shù)、音調(diào)信息和噪音判決信息，一起合成語音。從波形上看，恢復后的語音與原始波形完全不一樣，只是在語音譜上接近原始語音。。2023/2/3171.3、數(shù)據(jù)壓縮編碼視頻編碼壓縮技術目前，視頻（圖像）壓縮編碼技術已基本成熟。ISO和CCITT分別制定了JPEG、MPEG和H.26I壓縮標準。JPEG是靜態(tài)圖像壓縮標準，包括編碼器、解碼器和數(shù)據(jù)格式，采用幀內(nèi)壓縮，壓縮比為20:1；MPEG是適用活動視頻的壓縮標準，采用幀間壓縮，壓縮比為100:1。其中MPEGl的數(shù)據(jù)速率為1.5Mb/s，適用于ISDN、LAN等；MPEG2的數(shù)據(jù)速率為4~8Mb/s，適用于包括寬影屏和HDTV在內(nèi)的高質(zhì)量電視廣播；H.261則是專門用于ISDN線路傳輸?shù)囊曨l壓縮標準。。2023/2/3181.3、數(shù)據(jù)壓縮編碼視頻編碼壓縮技術預測編碼通常采用線性預測法，對采樣值（像素）進行預測。為了提高預測精度，可利用相鄰幾個像素存在的相關性。對于靜止圖像，只作幀內(nèi)預測處理。對于活動圖像，還需要采用運動補償預測（即幀間預測）等措施。實際上，運動補償是對活動圖像進行動態(tài)跟蹤，去除視頻圖像幀間相關性的有效措施。預測編碼是圖像的基本編碼技術，廣泛用于電視圖像和動畫的壓縮編碼。。2023/2/3191.3、數(shù)據(jù)壓縮編碼視頻編碼壓縮技術MPEG4為新一代多媒體標準，提供了一整套能同時滿足制作者、服務商和終端用戶需求的編解碼技術。它主要包括視頻、音頻和系統(tǒng)三部分。其中，音視頻已不是MPEG1和MPEG2中音頻或視頻幀的概念，而是一個個AV（audiovisual）場景。這些AV場景由不同的AV對象（聽覺、視覺或視聽內(nèi)容的表示單元）組成。MPEG4標準就是圍繞如何對AV對象有效編碼，如何有效組織傳輸AV對象而制定的。MPEG4被稱為面向?qū)ο蟮木幋a技術，在未來網(wǎng)絡和多媒體通信系統(tǒng)中具有廣闊的應用前景。。2023/2/320差錯控制編碼概述目的差錯控制編碼是差錯控制技術的基礎，目的是為了發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡通信過程中的差錯并采取措施予以糾正，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。基本實現(xiàn)方法在發(fā)送端將被傳輸?shù)男畔⒏缴弦恍┍O(jiān)督碼元，這些多余的碼元與信息碼元之間以某種確定的規(guī)則相互關聯(lián)（約束）。接收端按照既定的規(guī)則檢驗信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關系，一旦傳輸發(fā)生差錯，則會破壞信息碼元與監(jiān)督碼元的關系，從而使接收端可以發(fā)現(xiàn)錯誤乃至糾正錯誤。。2023/2/321差錯控制方式?；旌霞m錯方式（HEC）差錯控制方式檢錯重發(fā)（ARQ）前向糾錯（FEC）2023/2/322差錯控制方式檢錯重發(fā)（ARQ）在接收端根據(jù)編碼規(guī)則進行檢查，如果發(fā)現(xiàn)規(guī)則被破壞，則通過反向信道要求發(fā)送端重新發(fā)送，直到接收端檢查無誤為止。由于反饋重發(fā)的次數(shù)與信道的干擾情況有關，若信道的干擾很頻繁，則系統(tǒng)就會經(jīng)常處于重發(fā)信息的狀況。因此，這種方式傳送信息的連貫性較差，電路也較復雜。由于這種方式僅要求發(fā)送具有檢錯能力的編碼，接收端只要檢查有無錯誤即可，故譯碼設備相對簡單。自動重發(fā)請求（AutomaticRepeatreQuest，ARQ）系統(tǒng)具有各種不同的重發(fā)機制：如停止等候重發(fā)、X.25協(xié)議的滑動窗口選擇重發(fā)等。ARQ系統(tǒng)需要反饋信道，效率較低，但是能達到很好的性能。。2023/2/323差錯控制方式前向糾錯（FEC）前向糾錯方式中，接收端收到信息序列后，糾錯譯碼器不僅能自動檢測傳輸中的錯誤，而且能自動糾正傳輸中的錯誤，把正確信息送給接收器。這種方式的優(yōu)點是信息不需存儲，不需反饋信道，能用于單向通信，適合用于不允許有延遲的實時通信系統(tǒng)中。其缺點是，所選擇糾錯碼必須與信道的噪聲干擾情況緊密對應；為了糾正較多的差錯，要求附加的監(jiān)督碼元較多，傳輸效率低，解碼設備很復雜。不過隨著編碼理論和大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，解碼設備有可能做得越來越經(jīng)濟，加之這種方式具有能夠?qū)崟r單向通信且控制電路簡單的優(yōu)點，因而實際應用越來越廣。。2023/2/324差錯控制方式混合糾錯方式（HEC）混合糾錯方式（HEC）結合了ARQ和前向糾錯機制，它是一種折中的方案。發(fā)送端發(fā)送的編碼不僅能發(fā)現(xiàn)差錯，而且還具有一定的糾錯能力。接收端接收后首先檢查差錯情況，如果差錯在編碼的糾錯能力以內(nèi)，則自動進行糾錯；如果錯誤較多，超出了編碼的糾錯能力，但能檢測出來，這時接收端可通過反饋信道要求發(fā)送端重傳有錯的信息。。2023/2/325二、復用技術所謂復用（Multiplexing）就是把低等級速率信號通過某種方式調(diào)制成一個高等級速率，也可以看作在同一介質(zhì)上同時傳輸多個有限帶寬信號的方法，所以又稱為多路復用。當通信線路能夠提供的傳輸能力比一路信息所需的傳輸需求高時，可以利用復用方式來共享線路以提高線路的利用率。2023/2/326二、復用技術分類頻分復用時分復用統(tǒng)計時分復用其他復用技術波分復用碼分復用空分復用字節(jié)間插復用極化波復用。2023/2/327二、復用技術頻分復用在介質(zhì)的有效帶寬超過要傳輸?shù)男盘査鑾挄r，可采用頻分多路復用技術。頻分多路復用是利用頻率變換或調(diào)制的方法，將若干路信號搬移到頻譜的不同位置，相鄰兩路的頻譜之間留有一定的頻率間隔，這樣排列起來的信號就形成一個頻分多路復用信號。發(fā)送設備將復用信號發(fā)送出去，傳輸?shù)浇邮斩艘院?，接收方利用濾波器再把各路信號區(qū)分開來。。2023/2/328二、復用技術頻分復用以電話系統(tǒng)為例來說明頻分多路復用的原理一路電話的標準頻帶是0.3KHz至3.4KHz，若在一對導線上傳輸若干路這樣的電話信號，接收端將無法把它們分開。采用調(diào)制技術就可以把各個相同頻帶的話路信號搬移到信道的不同頻段上傳輸。在接收端，借助適當?shù)膸V波器進行分路解調(diào)，就可以分別接到各處的電話而互不干擾。圖6給出了一個利用頻分復用來傳輸三路電話信號的示例。。2023/2/329二、復用技術。圖4.5利用頻分復用傳輸電話信號圖6

利用頻分復用傳輸電話信號2023/2/330二、復用技術頻分復用除傳統(tǒng)意義上的頻分復用（FDM）外，還有一種是正交頻分復用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM）。OFDM實際上是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術，全部載波頻率有相等的頻率間隔，并且各個載波的信號頻譜是正交的。由于OFDM使用無干擾正交載波技術，單個載波間無需保護頻帶，這使得可用頻譜的使用效率很高。另外，OFDM技術可動態(tài)分配子信道中的數(shù)據(jù)，為提高數(shù)據(jù)吞吐量，多載波調(diào)制器可以分配更多的數(shù)據(jù)到噪聲小的子信道上。。2023/2/331二、復用技術時分復用時分復用就是將提供給整個信道的傳輸時間劃分成若干時間片（簡稱時隙），并將這些時隙分配給每一個信號源使用，每一路信號在自己的時隙內(nèi)獨占信道傳輸數(shù)據(jù)。幀由時間片構成，將時隙的一個完整循環(huán)稱為幀。時分復用可以采用兩種方式實現(xiàn)：同步時分復用和異步時分復用。。2023/2/332二、復用技術時分復用同步時分復用中時隙事先規(guī)劃分配好且固定不變，優(yōu)點是時隙分配固定，便于調(diào)節(jié)控制，缺點是當某信號源沒有數(shù)據(jù)傳輸時，它所對應的信道會出現(xiàn)空閑，而其他繁忙的信道無法占用這個空閑的信道，因此信道利用率較低。與頻分復用技術一樣，時分復用技術有非常廣泛的應用，包括電話系統(tǒng)和廣播電視系統(tǒng)。。2023/2/333二、復用技術統(tǒng)計時分復用（STDM)STDM又稱為智能復用器，它不給每個終端分配專門的時隙，而是根據(jù)終端的需要，動態(tài)地按需分配時隙，即有數(shù)據(jù)要發(fā)送的終端才分得時隙。與同步時分復用不同的是，在異步時分復用中所有輸入線路的速率之和可能比信道容量大。當所有時隙全被占用而仍有新用戶終端需要分配時隙時，就得采取排隊或競爭方法。。2023/2/334二、復用技術統(tǒng)計時分復用（STDM)特點及應用STDM需要比較復雜的尋址和控制能力，需要有保存輸入排隊信息的緩沖器。因此，設備成本較高。STDM的主要應用場合包括數(shù)字電視節(jié)目復用器和分組交換網(wǎng)等。分組交換網(wǎng)中有的支持統(tǒng)計復用，有的不支持統(tǒng)計復用，例如SDH就不支持統(tǒng)計復用，其帶寬是固定不變的，支持統(tǒng)計復用技術的主要有幀中繼和ATM。。2023/2/335二、復用技術統(tǒng)計時分復用（STDM)。A5A4A3A2A1D2D1B2B1C3C2C1E2E1圖8統(tǒng)計時分復用示例2023/2/336二、復用技術波分復用所謂的波分復用（WavelengthDivisionMultiplexing,WDM）本質(zhì)上也是頻分復用而已。WDM將1根光纖轉換為多條虛擬光纖，每條虛擬光纖獨立工作在不同波長上，這樣極大地提高了光纖的傳輸容量。由于WDM技術的經(jīng)濟性與有效性，使之成為當前光纖通信網(wǎng)絡擴容的主要手段。波分復用技術作為一種系統(tǒng)概念，包括3種復用方式，即1310nm和1550nm波長的波分復用、粗波分復用（CWDM）和密集波分復用（DWDM）。。2023/2/337二、復用技術碼分復用碼分復用（CodeDivisionMultiplexing,CDM）是通過不同的編碼來區(qū)分各路原始信號的一種復用方式，用于多址接入時將其稱為碼分多址（CDMA）。由于每個用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，各用戶可以在同一時間使用同樣的頻帶進行通信而互不干擾。CDMA的特點是所有子信道在同一時間可以使用整個信道進行數(shù)據(jù)傳輸，它能共享信道與時間資源，因此，信道的效率高，系統(tǒng)的容量大。CDMA基于擴頻技術，將需傳送的具有一定信號帶寬的信息數(shù)據(jù)用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼（PN）進行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去；接收端使用完全相同的偽隨機碼，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號（即解擴），以實現(xiàn)信息通信。。2023/2/338二、復用技術空分復用空分復用（SpaceDivisionMultiplexing,SDM）通常指多對電線或光纖共用1條電纜或光纜的復用方式，這要求光纖或電線的直徑很小，可以將多條光纖或多對電線做在一條纜內(nèi)?？辗謴陀每梢怨?jié)省外護套材料，又便于使用。另外，在無線通信中，可以通過使用定向波束天線技術服務不同的用戶來實現(xiàn)空分復用，以便增加系統(tǒng)的容量，但是這種系統(tǒng)實現(xiàn)起來比較復雜。。2023/2/339二、復用技術字節(jié)間插復用字節(jié)間插復用（BIDM，ByteIntertextureDivisionMultiplexing）是SDH中低級別的同步傳送模塊（STM,SynchronousTransportModule）向高級別同步傳送模塊復用的一種方式，高級別的STM是低級別STM速率的4倍。字節(jié)間插是指有規(guī)律地從4個低級別STM中抽出1個字節(jié)放進高級別的STM中。借助于AU-PTR（管理單元指針）和字節(jié)間插的規(guī)律性，可以方便地定位低速信號在高速信號中的位置。。2023/2/340二、復用技術極化波復用（PWDM)極化波復用（PolarizationWavelengthDivisionMultiplexing）是衛(wèi)星系統(tǒng)中采用的一種復用技術，即一個饋源能同時接收兩種極化方式的波束，如垂直極化和水平極化，左旋圓極化和右旋圓極化。。2023/2/341三、交換技術數(shù)據(jù)從源節(jié)點傳輸?shù)侥康墓?jié)點需要經(jīng)過若干個中間節(jié)點的轉接，這涉及到數(shù)據(jù)交換技術。一般不采用兩點之間以直通方式占有線路，而采用交換方式，使傳輸線路為多個用戶公用，以提高傳輸線路和傳輸設備的利用率，降低系統(tǒng)費用。數(shù)據(jù)交換有電路交換、報文交換、分組交換三種主要交換方式，其中分組交換是專為數(shù)據(jù)信息的交換而提出的。隨著電信網(wǎng)向綜合化、高速化方向發(fā)展，又相繼出現(xiàn)了一些分組交換的改進類型，如幀中繼和ATM交換等。。2023/2/342三、交換技術電路交換（CircuitSwitching）傳統(tǒng)的電話通信普遍采用電路交換方式。電路交換是在需要通信的雙方之間動態(tài)地建立一條專用通信線路的交換方式，包括電路（呼叫）建立、信息傳送（通話）和連接釋放（拆鏈）三個階段，如圖9所示。。2023/2/343三、交換技術電路交換（CircuitSwitching）。交換節(jié)點A交換節(jié)點C交換節(jié)點B交換節(jié)點D圖9

電路交換的基本過程2023/2/344三、交換技術電路交換（CircuitSwitching）優(yōu)點一是傳輸延遲小，唯一的延遲是物理信號的傳播延遲；該優(yōu)點得益于一旦建立物理連接，便不再需要交換開銷；二是一旦線路建立，便不會發(fā)生沖突；該優(yōu)點來自于獨享物理線路。缺點首先是建立物理線路所需的時間比較長；其次是電路利用率低；最后是電路交換無差錯控制措施，數(shù)據(jù)交換的可靠性不高。。2023/2/345三、交換技術報文交換（MessageSwitching）報文交換（MessageSwitching）不同于電路交換，報文中除了用戶要傳送的信息以外，還有目的地址和源地址，根據(jù)目的地址，報文在網(wǎng)絡中一個節(jié)點傳至另一個節(jié)點，直到目的計算機。交換節(jié)點將所接收的報文暫時存儲，分析其目的地址和選擇路由，并在路由上排隊，等待有空閑電路時才發(fā)送到下一交換節(jié)點，因此這種交換方式也被稱作“存儲傳發(fā)”方式。圖10給出了報文交換的基本過程和時延的構成。。2023/2/346三、交換技術。交換節(jié)點A交換節(jié)點B交換節(jié)點C報文報文傳輸時延存儲時延處理和排隊時延圖10報文交換過程及其時延2023/2/347三、交換技術與電路交換相比，報文交換有很多優(yōu)點：①線路利用率較高，因為通信線路可以被許多報文共享使用;②可把一個報文發(fā)送到多個目的地;③發(fā)送器和接收器不必同時處于可用狀態(tài)。在通信線路可用之前，或接收器準備好接收之前，中間節(jié)點可以暫時存儲報文;④可以把不同傳輸速率的通信線路組合在一起使用;⑤中間節(jié)點可對報文進行某種處理，如代碼、格式等的變換等。。2023/2/348三、交換技術報文交換（MessageSwitching）報文交換（MessageSwitching）的主要缺點：報文傳輸?shù)难舆t較大；不能滿足實時和交互式通信的要求；每個站點都必須具有路徑選擇功能，以決定將報文從哪一條路徑發(fā)送出去。。2023/2/349三、交換技術分組交換（PacketSwitching）分組交換（PacketSwitching）結合了電路交換和報文交換的特點，通信雙方以分組為單位交換數(shù)據(jù)。分組是一個具有固定長度的數(shù)據(jù)單元，而報文的長度不固定，因此可以把每個長度較長的報文分解成若干個長度固定的較短分組。圖11給出了分組交換的基本過程。。2023/2/350三、交換技術分組交換（PacketSwitching）。交換節(jié)點A交換節(jié)點A交換節(jié)點A圖11分組交換的基本過程2023/2/351三、交換技術相比于報文交換，分組交換有以下優(yōu)點：減少時延，分組的傳輸延時明顯小于報文延時，因為當?shù)谝粋€分組發(fā)送給節(jié)點后，接著可以發(fā)送隨后的其他分組，大大減少了數(shù)據(jù)的傳輸時延。每個節(jié)點上所需緩存容量減少了，有利于提高節(jié)點存儲資源的利用率。分組較小，傳輸錯誤率較低，并且當傳輸有錯時，只要重傳一個分組而不需重發(fā)報文，大大減少了系統(tǒng)資源的浪費?？梢苑奖愕亻_始新的傳輸，例如將緊急報文迅速發(fā)送出去，不會因傳輸優(yōu)先級較低的長報文而堵塞高優(yōu)先級報文的傳輸。。2023/2/352三、交換技術分組交換也帶來一些問題：首先，分組在各節(jié)點存儲轉發(fā)時因要排隊總會造成一定時延，當網(wǎng)絡業(yè)務量過大時，這種時延可能會很大。其次，各分組必須攜帶的控制信息也造成了一定的額外開銷。此外，整個分組交換網(wǎng)的管理與控制也比較復雜。。2023/2/353三、交換技術分組交換可提供兩種服務方式：數(shù)據(jù)報（Datagram）方式類似于報分交換，不需要預先建立邏輯連接，而是按照每個分組頭中的目的地址對各個分組獨立進行選路虛電路（VirtualCircuit，VC）方式類似于電路交換，在用戶數(shù)據(jù)傳送之前先要通過發(fā)送呼叫請求分組建立端到端之間的虛電路。。2023/2/354三、交換技術分組交換可提供兩種服務方式：數(shù)據(jù)報（Datagram）方式每個數(shù)據(jù)報都有完整的發(fā)送端地址和接收端地址，中間節(jié)點存儲分組，并根據(jù)分組中的目的站地址選擇一條可用的線路將分組轉發(fā)出去。這些具有相同目的站地址分組可能會按不同的路徑，并以與發(fā)送時不同的分組順序到達目的站。所以分組到達目的站后，接收方必須采取措施將這些分組重新進行排序。數(shù)據(jù)報不用建立和釋放連接，直接將信息組裝成一定長度的分組進行傳送，成功傳送數(shù)據(jù)的可能性很大，但也難免出現(xiàn)丟失。如果一個分組未能成功傳送到目的站，那么目的站將向源站發(fā)出一個“發(fā)送未成功”的指示，通知源站重發(fā)分組。。2023/2/355三、交換技術分組交換可提供兩種服務方式：虛電路（VirtualCircuit，VC）方式虛電路不同于電路交換中的物理連接，它是一種邏輯連接。虛電路并不獨占線路，在一條物理線路上可以同時建立多個虛電路，也就是說建立多個邏輯連接，以達到資源共享的目的。由于傳輸路線并不是一條物理存在的專用通路，所以稱其為虛電路。虛電路有兩種類型：交換虛電路（SwitchedVirtualCircuit，SVC）和永久虛電路（PermanentVirtualCircuit，PVC）。2023/2/356三、交換技術分組交換可提供兩種服務方式：數(shù)據(jù)報（Datagram）方式和VC的比較：數(shù)據(jù)報中每個分組頭要包含詳細的目的地址，而虛電路中分組頭中只需含有對應于所建立的VC的邏輯信道標識。VC需要連接建立過程，有一定的處理開銷，一旦虛電路建立，每個分組到來時只要查找各個交換節(jié)點存放的出入邏輯信道的對應關系表，而不需進行復雜的選路。數(shù)據(jù)報方式則不需要連接建立過程，但對每個分組都要獨立地進行選路。VC方式中，屬于同一呼叫的各個分組在同一條虛電路上傳送，分組會按原順序到達終點，不會產(chǎn)生失序現(xiàn)象。數(shù)據(jù)報方式中，由于各個分組是獨立選路，可以從不同的路由轉送，會引起失序。。2023/2/357三、交換技術分組交換可提供兩種服務方式：數(shù)據(jù)報（Datagram）方式和VC的比較：VC方式對故障較為敏感，當傳輸鏈路或交換節(jié)點發(fā)生故障時可能引起虛電路的中斷，需要重新建立。數(shù)據(jù)報方式中各個分組可選擇不同路由，對故障的容忍能力較強，可靠性較高。VC方式適用于傳送較連續(xù)的數(shù)據(jù)流，如文件傳送、傳真業(yè)務等。數(shù)據(jù)報方式則適用于面向事務的詢問/響應型數(shù)據(jù)業(yè)務。。2023/2/358三、交換技術三種交換技術的比較：若所要傳送很大的數(shù)據(jù)量，且傳送時間遠大于呼叫建立時間，則宜采用預先分配傳輸帶寬的電路交換。報文交換和分組交換不需要預先分配傳輸帶寬，因而可提高整個網(wǎng)絡的信道利用率。分組交換比報文交換的時延小，但要求節(jié)點交換機必須具有更強的處理能力。對于計算機之間的突發(fā)式的數(shù)據(jù)通信，分組交換更為合適。另外，當端到端通路由很多段鏈路組成時，采用分組交換傳送數(shù)據(jù)比用電路交換顯然要好些。這是因為采用電路交換時，只要整個通路中有一段鏈路不可用，通信就不能進行。而分組交換可以將數(shù)據(jù)一段一段地像接力賽跑那樣傳遞下去。表3對電路交換、報文交換和分組交換方式進行了比較。。2023/2/359三、交換技術 表3三種交換方式的比較性能 電路交換 報文交換 分組交換 虛電路數(shù)據(jù)報建立時延 有 無 有 無帶寬占用 固定分配 統(tǒng)計復用 統(tǒng)計復用 統(tǒng)計復用實時性 實時 非實時 非實時 交互速率適配 無 可以 可以 可以碼型變換 無 可以 可以 可以差錯控制 端點進行 有 有 有健壯性 差 好 較差 好傳輸開銷 無 小 較大 大復雜性 低 高 中 高交換單位 流 報文 分組 分組適應信息 實時、批量文件、郵件 突發(fā) 突發(fā)、交互。2023/2/360三、交換技術IP交換（IPSwitching）IP交換（IPSwitching）是Ipsilon公司提供的專門用于在ATM網(wǎng)上傳送IP分組的技術，它克服了ATM上的傳統(tǒng)式IP規(guī)范的一些缺陷，如在子網(wǎng)之間必須使用傳統(tǒng)路由器等，提高了在ATM上傳送IP分組的效率，是目前一種可行、較好的IPOA（IPOVERATM）技術。。2023/2/361三、交換技術IP交換（IPSwitching）IP交換的核心是IP交換機，由ATM交換機、IP交換機控制器組成。IP交換機控制器主要由路由軟件和控制軟件組成。ATM交換機的一個ATM接口與IP交換機控制器的ATM接口相連接，用于控制信號和用戶數(shù)據(jù)的傳送。在ATM交換機與IP交換機控制器間使用的控制協(xié)議為RFC1987通用交換機管理協(xié)議（GSMP），該協(xié)議使得IP交換機控制器能對ATM交換機進行完全控制。在IP交換機之間運行的協(xié)議是RFC1953Ipsilon流管理協(xié)議（IFMP），該協(xié)議用于在兩個IP交換機之間傳送數(shù)據(jù)。。2023/2/362三、交換技術IP交換（IPSwitching）IP交換的核心是IP交換機，由ATM交換機、IP交換機IP交換的基本概念是流的概念，一個流是從ATM交換機輸入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交換的核心是把輸入的數(shù)據(jù)流分為以下2種類型：持續(xù)期長、業(yè)務量大的用戶數(shù)據(jù)流和持續(xù)期短、業(yè)務量小、呈突發(fā)分布的用戶數(shù)據(jù)流。對于前一類數(shù)據(jù)流，在ATM交換機硬件中直接進行交換，對多媒體數(shù)據(jù)，它們常常要求進行廣播和多發(fā)送通信，把這些數(shù)據(jù)流在ATM交換機中進行交換，也能利用ATM交換機硬件的廣播和多發(fā)送能力。對于后一類數(shù)據(jù)流，通過IP交換機控制器中的IP路由軟件進行傳輸，即與傳統(tǒng)路由器一樣，按照逐跳和存儲轉發(fā)方式發(fā)送的，采用這種方法省去了ATM虛連接建立的開銷。。2023/2/363三、交換技術IP交換（IPSwitching）IP交換分為以下6步進行：在IP交換機內(nèi)的ATM輸入端口從上游節(jié)點接收到輸入業(yè)務流，并把這些業(yè)務流送往IP交換機控制器中的路由軟件進行處理。IP交換機控制器根據(jù)輸入業(yè)務流的TCP或UDP信頭中的端口號碼進行流分類。對于持續(xù)期長、業(yè)務量大的用戶數(shù)據(jù)流，IP交換機將直接利用ATM交換機硬件進行交換；對于持續(xù)期短、業(yè)務量小、呈突發(fā)分布的用戶數(shù)據(jù)流，將通過IP交換機控制器中的IP路由軟件進行一跳接一跳和存儲轉發(fā)發(fā)送。。2023/2/364三、交換技術IP交換（IPSwitching）IP交換分為以下6步進行：一旦一個業(yè)務流被標識為直接ATM交換，IP交換機控制器將要求上游節(jié)點把該業(yè)務流放在一條新的虛通路上。如果上游節(jié)點同意建立虛通路，則該業(yè)務流就在這條虛通路上進行傳送。同時，下游節(jié)點也要求IP交換機控制器為該業(yè)務流建立一條呼出的虛通路。通過第（3）和（4）步，該業(yè)務流被分離到特定的呼入通路和特定的呼出通路上。通過旁路路由，IP交換機控制器指示ATM交換機完成直接交換。。2023/2/365三、交換技術標記交換（TagSwitching）標記交換（TagSwitching）由Cisco公司提出，是一種多層交換技術，