网络分类及交换基本功能

交换与路由技术是网络的重要组成部分,采用不同交换路由技术的节点交换设备可组成提供不同业务的通信网络。本章主要讲述典型网络分类、组网技术基础、各种节点交换技术,节点交换技术与OSI模型的关系,网络技术以及节点交换系统的基本功能。    
节点交换
(1)典型网络分类及组网基本技术要素
1.典型网络分类
       典型网络指目前正在运营的主要网络,要区分不同的典型网络,关键在于该网络使用的交换技术。因此将目前主要的运营网路种类、各种运营网络提供的主要业务、使用的交换设备及交换技术列在表1中,其中,移动通信网的内容与无线传输技术不好分开,故可参阅第10章中的相关内容。另外,还有一些典型的运营网络未列在表中,如以太网和有线电视网(CATV)等。
表1    典型网络分类
典型网络分类
       以太网是一种总线型计算机局域网,占据了计算机局域网市场80%以上的份额。由于它的结构及技术较为复杂,很难简单地概括在表1中,故其相关内容可参阅第6.3节中的详细介绍。
       有线电视源于共用天线系统(MATV)。MATV采用几个具有良好接收效果的天线接收电视信号,经滤波、放大处理后,用同轴电缆分配给各用户。在MATV的基础上引入卫星转播节目等多种节目源,并加大用户覆盖范围,形成以同轴电缆为传输媒体的闭路电视网(CCTV)。随着CCTV规模的不断扩大,在主干线路上使用光缆,分配网络仍用同轴电缆,形成了光纤与电缆混合作为传输媒体的HFC有线电视网,并可进一步扩大为现代有线电视网(CATV)。有线电视网虽然用户数量巨大,实时性和带宽能力也很好,但它是单向分配型网络,与此处介绍的运营有所不同,故本书不再作具体介绍。当然,CATV也可改造成为具有双向通信功能、交换功能和网管功能的宽带网络,但要付出较大的投资。
  2. 组网基本技术要素
       在规划、建设、维护、运营一种典型网络时,通常会从其基本技术要素入手,下面简要介绍基本技术要素的概念,详细资料可参阅各种具体典型网络中的相关内容。
      (1)网络结构
       网络结构指网络中终端与节点、节点与节点之间的连接方式。包括:
       • 网状网(格状网)——效率高、管理复杂、成本高;
       • 分级网——效率低、管理简单、成本低。
       在我国,大多数通信网络为分级网,且其中大部分为三级网,同级中也使用网状网(格状网)。在计算机局域网中通常多使用星型、总线型、环型、树型等网络结构。
     (2)编号计划
       网络中所有终端与节点都必须有编号来识別身份,编号是交换和路由的基础,具有重要的网络寻址功能,不同的网络中使用的编号方式不同。
     (3)计费方式
       各种网络中使用自己的计费方式。
       其他技术要素还包括路由选择、流量控制等。
二、交换在网络中的作用
       交换设备是通信网络的重要组成部分,随着通信网现代化进程的加快,新技术、新设备和新的标准不断出现。交换系统也从单一的链路接续变为集信息交换、信息处理和信息数据库为一体的大型复杂设备。通信交换的基本含义就是在通信网上建立起四通八达的立交桥.以达到快速、经济并满足服务质量要求的信息转移的目的。由于交换设备最先应用于电话网中,所以本小节以电话网为例,讨论交换是如何引入网络的及其作用如何。
1.交换的引入
       通信的目的是实现任意时间、任意地点和任意用户之间信息的传递。在最初的仅涉及两个终端的单向或交互通信的点对点通信系统中,信息以电信号的形式传输。系统至少由终端和电线(电缆)组成,如图4.1所示。终端将含有信息的消息,如话音、图像、计算机数据等转换为电信号形式,同时将来自电线(电缆)的电信号还原成原始消息;电线(电缆)则把电信号从一个地点传送至另一个地点。
电信号传输系统
图1  电信号传输系统
       当存在多个终端,且希望它们中的任何两个都可以进行点对点通信时,最直接的方法是把所有终端两两相连,如图2所示。这样的一种连接方式称为全互连式。全互连式存在下列缺点:
       • 当存在N个终端时,需要N(N—1)/2条连线,连线数量随终端数的平方增加,通常称为N2问题;
       • 当这些终端分别位于相距很远的两地时,两地间需要大量的长途线路;
       • 每个终端都有N-1根连线与其他终端相接.因而每个终端需要N—1个线路接口;
       • 增加第N+1个终端时,必须增设N条线路。
       因此在实际中,全互连式仅适合于终端数目较少、地理位置相对集中且可靠性要求很高的场合。
       当用户数量增加,用户分布范围较广时,需要在用户分布密集的中心安装一个设备,把每个用户终端设备都用各自专用的线路连接在这个设备上,如图3所示。由图可知,中心设备用交叉点“X”示意,每一个交叉点表示一个开关接点。当任意两个用户之间要交换信息时,该设备就把连接这两个用户的开关接点合上,也就是说,将这两个用户的通信线路连通。当两个用户通信完毕,才把相应的接点断开,两个用户间的连线也就断开了。所以,该设备能够完成任意两个用户之间交换信息的任务,称其为交换设备。引入了交换设备,对N个用户只需要N对线就可以满足要求,线路的投资费用大大降低。
用户间互连图用户间通过交换设备连接
图2  用户间互连图                             图3  用户间通过交换设备连接
       引入交换设备后,交换设备就和连接在其上的用户终端设备以及它们之间的传输线路构成了最简单的通信网,并可由多个交换设备构成实用的大型通信网,如图4所示。
       图中直接与电话机或终端连接的交换机称为本地交换机或市话交换机,相应的交换局称为端局或市话局;仅与各交换机连接的交换机称为汇接交换机。当距离很远时,汇接交换机也称为长途交换机。用户终端与交换机之间的线路称为用户线,其接口称为用户接口,交换机之间的线路称为中继线.其接口称为网络接口。 
由多个交换节点组成的通信网
图4   由多个交换节点组成的通信网
       图4中的用户交换机(PBX)常用于一个集团的内部。PBX与市话交换机之间的中继线数目常远比PBX所连接的用户线数目少,因此当集团中的电话主要用于内部通信时,采用PBX要比将所有话机都连至市话交换机更经济。当PBX具有自动交换能力时,又称为PABX。
       由上述的分析可以看出,作为通信网中心节点的交换设备,或称交换系统,在通信网中占有重要地位。
2. 交换的基本功能
       从图3中一个简单的由开关构成的中心交换设备进行信息交换的过程可知,交换的基本功能就是在连接交换设备上的任意的入线和出线之间建立连接,或者说是将入线上的信息分发到出线上去。这样,任何一个主叫用户的信息,无论是话音、数据、文本、图像等,均可通过在通信网中的交换节点发送到所需的任何一个或多个被叫用户。
对于一个交换节点,至少应具备下述功能:
      • 能正确接收和分析来自用户侧或网络侧接口的呼叫信令;
      • 能正确接收和分析来自用户侧或网络侧接口的地址信令;
      • 能按照目的地址正确地进行路由选择,并通过网络侧接口转发信号;
      • 能控制连接的建立;
      • 能按照要求拆除连接。
 

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