第一章——交换概论

电信网

电信网的结构

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电信网的三种支撑网络和主要作用:

  • 信令网:
    通信网的神经网络,提供高效、 可靠的信令服务;
  • 数字同步网:
    保证网络中各节点同步工作
  • 电信管理网:
    全面的、 有效的协调管理整个电信网。

交换

交换的概念

在电信网上,在通信的源点和目的点之间建立通信通道,并传送信息的机制。

  • 选路:
    每一个交换设备如何选择合适的出线,从而在交换网中建立最佳的从源点到目的点的信息通道
  • 交换:
    每个交换设备内部如何将入线的信息送到出线上

为什么要引入交换功能

  • 为了克服两两全互连的连接方式所存在的线路浪费、用户终端复杂的开关控制和增设用户终端困难等问题。
  • 如果在用户分布密集的中心安装一个设备——交换节点, 每个用户的终端设备不再是两两互连, 而是分别经由各自的一条专用通信线路连接到交换节点上。 这时 NN 个用户只需要$ N $条通信线路, 用户终端无需使用多路选择开关; 当增加新终端时,只需增加一条通信线路。

复用技术和寻址技术

复用

  • 频分复用
  • 码分复用
  • 波分复用
  • 时分复用(三种时分复用的特点或区别)
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    • 同步时分复用
      • 是位置信道:依据数字信号在时间轴上的位置区别各路信号
      • 各支路的信息比特率稳定
      • 信号经过复用器和分路器时会有传输时延,但时延不大。
    • 统计时分复用
      • 标志化信道:依据标志来区分各路信号
      • 分组长度可变,分组头起定界作用
      • 统计复用提高信道利用率;
      • 一定容量的排队存贮器,解决瞬间的出线冲突;
    • 异步时分复用
      • 标志化信道:依据标志来区分各路信号
      • 分组长度固定,分组头标志输出端
      • 统计复用提高信道利用率
      • 插入空信元保持信元同步
      • 较小容量的排队存贮器,解决瞬间的出线冲突

寻址

  • 有连接寻址:
    用户利用人机信令信号,把寻址要求通知信令网; 信令网在信源与信宿之间,利用网络资源建立连接; 然后传递信号; 呼叫结束,信令网释放网络资源。
  • 无连接寻址:
    在各个网络节点,根据信元中的目的地址数据,借助于路由器具有的地址知识,选择通往目的地的链路,在每个节点都进行竞争接入。

面向连接和面向无连接的工作方式比较

  • 面向连接的特点
    • 数据传输过程必须经过连接建立、信息传送与释放连接三个阶段
    • 只要连接成功就不会发生冲突, 数据传送可靠、 时延小, 且保持传输的顺序。
    • 对网络故障适应性差,网络故障时要重新连接。
  • 面向无连接的特点
    • 每个分组包含完整地址信息,独立寻找路由;
    • 分组到达的顺序不同, 传输时延大, 时延差别大;
    • 对网络故障适应性强。

目前通信网中的交换技术

  • 电路交换
  • 报文交换
  • 分组交换
  • 快速电路交换
  • 帧中继
  • ATM交换
  • IP交换
  • 光交换
  • 软交换

电路交换、分组交换和ATM交换的异同

工作方式 复用方式 差错控制 流量控制 带宽分配 支持的业务
电路交换 面向连接 同步时分复用 呼损 固定分配带宽 话音
分组交换 面向连接和无连接 统计时分复用 呼叫延迟 动态分配带宽 数据
ATM 交换 面向连接 异步时分复用 呼叫延迟 动态分配带宽 话音、数据、多媒体

**需要注意的是:**经管电路交换、分组交换和ATM交换都可以采用面向连接的方式,但它们是有不同的:

  • 电路交换的面向连接是物理连接
  • 分组交换的面向连接是逻辑连接(LCN)
  • ATM交换的面向连接是虚连接(VPI和VCI)

分组交换的两种工作方式的比较

  • 数据报
    • 面向无连接的工作方式。
    • 每个数据分组都包含终点地址信息,独立寻找路径,在网络终点需要重新排序。
    • 传输时延大,时延差别大,对网络故障适应性强。
  • 虚电路
    • 面向连接的工作方式,通信要经过 连接建立、数据传输、连接拆除 三个阶段
    • 是逻辑连接,分组头含有对应于所建立的逻辑信道标识
    • 传输时延小,时延差别小,分组有序到达,网络故障时要重新连接。

分组交换和中继的区别和联系

区别

帧中继 分组交换(x.25)
特点 速率高、时延小 速率低、时延大
最小单位 分组
信息传输 端到端确认信息 点到点确认信息
控制信令 公共信令 随路信令
协议栈 物理层、链路层 物理层、链路层、网络层
寻址和选路 二层(链路层)完成 三层(分组层)完成
差错控制 网络内部不需要差错控制 网络内部有差错控制

联系

  • 帧中继是分组交换的改进,都采用面向连接的交换技术
  • 都可以提供PVC(永久虚拟电路)和SVC(交换虚拟电路)业务
  • 均采用统计时分复用方式,可以动态分配带宽

PVC和SVC

  • PVC:固定的虚电路, 不需在呼叫时临时建立虚电路, 可直接进入数据传送阶段的方式。 属于专线。
  • SVC:用户通过发送呼叫请求分组来建立虚电路的方式。 是临时的虚电路。

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第二章——交换单元与交换网络

交换网络

  • 交换网络是交换设备的一个重要组成部分,用来提供交换所需的通路。由基本的交换单元组成。
  • 交换网络中的信号形式是数字的时分复用信号
  • 电路交换采用同步时分复用信号分组交换ATM交换采用统计时分复用信号

同步时分复用

  • 一帧同步时分复用信号为125usus
  • 子信道是位置信道
  • 子信道的速率是恒定的。

统计时分复用

  • 取消了帧的概念。
  • 子信道是标志信道
  • 子信道的速率动态变换

同步时分复用和统计时分复用的比较

  • 都是时分复用技术
  • 同步时分复用的各子信道速率固定且相等;统计时分复用的各子信道速率动态变化,各不相同。
  • 同步时分复用的子信道通过时间轴上的位置区分;统计时分复用的子信道通过标记区分。
  • 统计时分复用的线路利用率好,可以满足综合业务的要求。同步时分复用实时性好。

话音信号的同步时分复用——PCM30/32帧结构

PCM30/32帧的特点

  • 一帧为125us,即周期为125us
  • 一帧分为32个时隙TS0TS32TS_0-TS_{32}
  • TS0TS16TS_0和TS_{16}分别为帧同步时隙信令时隙,其余30路为话音信号
  • 每个话路8bit,则传输码率为8bit/125us=64Kbit/s8bit/125us = 64Kbit/s。一帧的传输码率为64Kbit/s×32=2Mbit/s64Kbit/s \times 32 = 2Mbit/s
  • 16帧为一复帧,周期125us×16=2ms125us\times 16 = 2ms
  • 一个信道复用了32个时隙称为PCM基群。PCM基群可以进一步复用,形成PCM高次群。

交换单元(同步时分复用)

同步时分复用信号的交换需要通过复用线的交换时隙的交换来完成。

复用线交换——空间接线器(S接线器)

组成

  • 交叉矩阵
  • 控制存储器

工作方式

  • 输入控制:控制存储器上方标注入线序号,表格内填出线序号,左边填时隙
  • 输出控制:控制存储器上方标注出线序号,表格内填入线序号,左边填时隙

时隙交换——时间接线器(T接线器)

组成

  • 话音存储器
  • 控制存储器

工作方式

  • 输入控制:顺序写入,控制读出
  • 输出控制:控制写入,顺序读出

数字交换单元DSE

DSE是一种总线型交换单元,又称空时结合交换单元,既可实现时隙之间交换,又可实现复用线之间的交换。只适用于同步时分复用信号的交换。

结构

  • 16个双向端口的RX与TX
    • RX由输入同步器端口存储器信道存储器三个部分组成
    • TX由话音存储器端口比较器发送控制器三个部分构成
  • 3类总线
    • 16位的数据总线
    • 4位的端口总线
    • 5位的信道总线
  • 4类信道字
    • 选择信道字
    • 数据信道字
    • 置闲信道字
    • 换码信道字

总结

  • S接线器是通过多路转换开关实现空间交换
  • T接线器是通过话音存储器的缓冲来实现时间的交换
  • DSE利用总线的地址选择来实现空间交换,利用存储器(数据存储器)实现时间交换

交换网络

分类

按结构分

  • 单级交换网络
  • 多级交换网络

按功能分

  • 集中型交换网络:输出链路数<输入链路数
  • 分配型交换网络:输出链路数≈输入链路数
  • 扩展型交换网络:输出链路数>输入链路数

TST

  • 输入T级采用输出控制,输出T级采用输入控制
  • 输入T级采用输入控制,输出T级采用输出控制

DSN

组成

  • 入口级
  • 选组级

通路建立

  • 入射通路:自由方式
  • 反射通路:指定端口
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网络阻塞

  • 严格无阻塞网络
    无论网络处于何种状态,任何时候都可以在空闲的入端和出端之间建立连接。
  • 可重排无阻塞网络
    无论网络处于何种状态,任何时刻都可以在空闲的入端和出端之间直接或通过对已有的连接重选路由来建立连接。
  • 广义无阻塞交换网络
    给定网络存在固有阻塞的可能,但通过精巧的选路方法,所有阻塞均可避免(选路不合理可能会出现阻塞)

试题

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第三章——数字程控电话交换与电话通信网

数字程控交换机系统结构

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  • 控制子系统
  • 话路子系统
    • 中央级交换网络用户级交换网络
      交换网络主要完成交换的功能,即在某条入线与某条出线之间建立连接,从而实现不同线路端口上的话音交换
    • 接口设备

接口设备

接口类型

  • 用户侧接口:V类和Z类
  • 网络侧接口:A类、B类和C类
  • 数字接口:A、B、V类
  • 模拟接口:C、Z类

用户电路

用户电路是用户终端设备与交换机的接口

  • 模拟用户电路
  • 数字用户电路

功能:

  • B(Battery feeding)馈电
  • O(Overvoltage protection)过压保护
  • R(Ringing control)振铃控制
  • S(Supervision)监视
  • C(CODEC & filters)编译码和滤波
  • H(Hybird circuit)混合电路
  • T(Test)测试

中继电路

中继电路是交换机和中继线的接口设备

  • 数字中继电路
  • 模拟中继电路

功能:

  • 码型变换
  • 帧定位
  • 帧同步
  • 复帧同步
  • 时钟提取
  • 提取和插入信号

信令收发设备

数字音频信号的产生、发送和接收

复用前后时隙转换

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  • 一个时隙的传输速率是2048bit/s,n=4
  • 串并变换会让时隙的传输速率/比特数,即2处传输速率为2048/8=256bit/s
  • 复用会让传输速率×PCM线数,即256×4=1024bit/s
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如果复用器输入线数为n,依次编号为01n10、1、…、n-1,且i号输入线上的TSjTS_j信号经复用器串并变换和复用后,在输出线上第kk个时隙输出,即在TSkTS_k出现,则有k=j×n+ik=j×n+i

控制子系统

基本要求

  • 呼叫处理能力——最大忙时试呼次数BHCA
    • 系统开销
    • 固有开销
    • 非固有开销
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  • 高可靠性

控制方式(构成方式)

  • 集中控制
    处理机可以对交换系统内的所有功能及资源实施统一控制。特点如下
    • 控制关系简单,处理机间通信接口简单
    • 单个处理机上的应用软件复杂、庞大。
    • 系统可靠性较低。
  • 分散控制
    每个处理机只完成交换机的部分功能及控制部分资源。
    • 全分散控制
      处理机之间不分等级,不存在控制与被控制关系,各处理机有自主能力。
    • 分级分散控制
      处理机之间是分等级的,高级别的处理机控制低级别的,协同完成整个系统的功能。

工作方式

  • 功能分担方式
    多个处理机分别负责完成不同的功能
  • 话务分担方式
    多个处理机分别负责完成一部分话务功能
  • 冗余方式
    • 双机冗余配置
      • 同步方式
        主、备用机同步工作
      • 互助方式
        主备用机之间负荷均分
      • 主/备方式
        主用机在线运行,而备用机处于待机状态
    • N+m冗余配置
      有N个处理机在线运行,m个处理机处于备用状态

电话通信网

电话通信网是由本地电话网长途电话网构成的。

国内长途电话网的路由选择

  • 静态路由选择
    即事先设定好各种路由和选路顺序,选路方式固定不变
  • 动态路由选择
    根据全网状况动态跟新路由表

编号计划

  • 国内长途呼叫的拨号号码及其流程为:0(国内长途字冠)+X1X2X3X4(长途区号)+PQRSABCD(本地网电话号码)0(国内长途字冠)+ X1 X2 X3 X4(长途区号)+PQRSABCD(本地网电话号码),其中长途区号一般为1~4位,用X1X1X2X3X4X1-X1 X2 X3 X4来表示。
  • 国际长途呼叫的拨号号码及其流程为:00(国际长途字冠)+I1I2I3(国家号码)+X1X2(国家内长途区号)+PQRSABCD(本地网电话号码)00(国际长途字冠)+ I1 I2 I3(国家号码)+X1 X2 (国家内长途区号)+PQRSABCD(本地网电话号码),其中国家号码为1~3位,可用I1I1I2I3I1-I1 I2 I3来表示。国家内长途区号编号各个国家不尽相同,这里举例为2位编号。

国内长途自动交换网采用不等位编号逐步向等位编号过渡的策略,目前国内长途区号有2~4位三种位长编号,其规律为:

  • 首位为“2”的长途区号,号码长度为两位,即2X。
  • 首位为3”、“4”、“5”、“7”、“8”、“9“3”、“4”、“5”、“7”、“8”、“9”的长途区号长度为三位或四位,其中第二位为奇数时号码长度为三位,如:3X1X3 X_1 XX1X_1为奇数1,3,5,7,9;XX为0~9;第二位为偶数时,号码长度为三位或四位,如:3X2X3 X_2X3X2XX3 X_2XXX2X_2为偶数0、2、4、6、8;XX为0~9。目前四位区号的数量逐步减少,三位区号的数量逐步增加。​
  • 首位为“1”的长途区号号码分为两类;一类作为长途区号,一类作为网号或业务的接入码。其中“10”为两位,其余号码根据需要分别为两位、三位或四位。
  • 首位为“6”的长途号码除60,61留作台湾使用外,其余号码为62X~69X 共80个号码作为三位区号使用。

习题

号码分析分析的是主教所拨的号码去话分析是分析的主叫用户数据来话分析是对被叫用户数据进行分析。

  • RTX 路由索引
  • NRTX 下一次路由索引
  • TGN 中继线群号
  • TN 中继线号

第四章——信令系统

信令的基本概念

什么是信令?

  • 信令是通信网中规范化的控制命令,它的作用是控制通信网中各种通信连接的建立和拆除,并维护通信网的正常运行。

信令的分类

  • 按照信令所完成的功能来划分

    • 监视信令
      监视通信信令具有监视功能,用来监视线路的忙闲状态。
    • 路由信令
      路由信令具有选择接续方向、确定通信路由的功能。
    • 管理信令
      管理信令具有操作维护功能,用于通信网的操作、管理和维护,从而保证通信网的正常运行。
  • 按照信令所工作的区域来划分

    • 用户信令
      用户信令是在用户终端和交换节点之间的用户线上传送的信令,即用户-网络接口(UNI)信令。可进一步分为
      • 状态信令
        反映用户线忙闲状态的信令,也就是用户线的监视信令
      • 地址信令
        用于选择路由、接续被叫,也就是用户线的路由信令。
      • 音信令
        业务节点通过用户线向通信终端发送的各种音信号和铃流,以提示或通知终端采取相应的动作。
    • 局间信令
      局间信令是通信网中各个交换节点之间传送的信令,即网络接口(NNI)信令。
    • 用户信令和局间信令对比:
      用户信令相比局间信令要简单
      局间信令相比用户信令要复杂
  • 按照信令传送通路来划分

    • 随路信令
      随路信令是信令和用户信息在同一通路上传送的信令。中国1号信令是随路信令
      • 共路性:信令和用户信息在同一通信信道上传送
      • 相关性:信令通道与用户信息通道在时间位置上具有相关性
    • 公共信道信令
      公共信道信令的信令通路和用户信息通路是分离的,信令是在专用的信令通道上传送的。
      • 分离性:信令和用户信息在各自的通信信道上传送
      • 独立性:信令通道与用户信息通道之间不具有时间位置的关联性,彼此相互独立。

信令方式

信令构成信令交互时要遵守一定的规约和规定,这些规约和规定就是信令方式。包括:

  • 信令的结构形式
    信令的结构形式是指信令所能传递信息的表现形式,它一般可分为未编码编码二种结构形式。
    • 未编码信令
      未编码信令是按照脉冲的个数、脉冲的频率、脉冲的时间结构等来表达不同的信息含义的。
    • 编码信令
      • 模拟型多频制信令
      • 数字型二进制信令(No.7信令)
  • 信令的传送方式
    • 端到端方式
    • 逐段转发方式
    • 混合方式
  • 信令的控制方式
    • 非互控方式
      在信令发送过程中,信令发送端发送信令不受接收端的控制,不管接收端是否收到,可自由的发送信令。
    • 半互控方式
      在信令发送过程中,信令发送端每发一个信令,都必须等到接收端返回的证实信令或响应信令后,才能接着发下一个信令,也就是说发送端发送信令受到接收端的控制。
    • 全互控方式
      全互控方式是指信令在发送过程中,发送端发送信令受到接收端的控制,接收端发送信令也要受到发送端的控制。

No.7信令系统

No.7的特点

  • No.7信令采用公共信道方式。
  • No.7信令是基于分组交换的数据报方式,其信息传送的最小单位是信令单元(SU),基于统计时分复用方式。
  • 由于话路与信令通道分开,所以必须要对话路进行单独的导通检验。
  • 必须要设置备用设备,以保证可靠性。

为什么说 No. 7 信令网是一个分组数据传送网?

No.7信令传送模式采用的是分组传送模式中的数据报方式,其信息传送的最小单位——信令单元(SU)就是一个个分组,并且基于统计时分复用方式。

7号信令系统结构

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No.7信令的基本功能结构由**消息传递部分(MTP)用户部分(UP)**组成。

  • 信令数据链路功能(MTP1)
    对应OSI七层协议的物理层,它定义了数据链路即传输媒体的物理、电气和功能特性以及链路接入节点的方法。
  • 信令链路功能(MTP2)
    对应OSI七层协议的数据链路层,它规定了在一条信令链路上传送信令消息的功能及相应程序,以保证信令点之间消息的可靠传送。
  • 信令网功能(MTP3)
    属于OSI七层协议的网络层,它规定了在信令点之间传送管理消息的功能和程序。
  • 用户部分(UP)
    其主要功能是控制各种基本呼叫的建立和释放。用户部分(UP)可以是电话用户部分(TUP)、**数据用户部分(DUP)ISDN用户部分(ISUP)**等。

为什么MTP3不是完整的对应网络层

  • No.7信令的MTP3属于OSI参考模型中的网络层,但它只具有部分网络层功能。MTP3存在着不能跨网直接寻址,不能提供端到端的信令传递,不能传递与电路无关的信令,不支持逻辑连接等缺陷。
  • SCCP弥补了MTP3的不足,加强了消息传递功能,具有传送与电路无关的信息能力,可满足ISDN的多种补充业务的信令要求以及为传送信令网的维护运行和管理数据信息提供可能。SCCP与MTP3一起构成了网络业务部分

7号信令的基本信令单元

  • 消息信令单元(MSU)
    用来传送第四级用户级的信令消息或信令网管理消息
  • 链路状态单元(LSSU)
    用来表示链路状态
  • 插入信令单元(FISU)
    用于链路空或链路拥塞时来填补位置

信令单元的结构

  • 相同部分:
    • F:标志码,标识每个SU的开始或结束。
    • CK:校验码
    • LI:长度表示语,用于指示LI和CK间的字节数
    • FIB:前向指示比特
    • FSN:前向序号
    • BIB:后向指示比特
    • BSN:后向序号
  • 不同部分:

    • LSSU有状态字段SF

    • MSU有业务信息字段SIO和信令信息字段SIF

如何区分这三个信令单元,以及他们各由那一层协议处理?

通过LI字段可区分三种信令单元,其中MSU:LI>2,LSSU:LI=1、2,FISU:LI=0

常用电话用户消息的功能

  • 初始地址消息
    • IAM:它含有下一交换局为建立呼叫,确定路由所需的有关消息.
    • IAI:除了IAM所携带内容外还有主叫用户电话号码和原被叫号码
  • 后续地址消息
    • SAM一次可以传送多位号码
    • SAO一次只能传送一位电话号码.
  • 一般后相请求消息(GRQ)
  • 一般前向建立消息(GSM)
  • 地址全消息
    地址全消息(ACM)是后向表示呼叫发送的消息,用来被叫用户所需的全部地址信息已收齐,并可传送有关被叫空闲及是否计费等信息.
  • 后向建立不成功消息组
    后向建立不成功消息组(UBM)是后向发送的消息,用来向去话局表示呼叫不能成功建立,并说明呼叫失败原因.
    • 空号(UNN)
    • 用户忙信号(SSB)
  • 应答消息
    • 应答计费消息(ANC)
    • 应答免费消息(ANN)
  • 后向拆线信号
    后向拆线信号(CBK)是后向发送的信号,表示被叫用户已挂机.
  • 前向拆线信号
    前向拆线信号(CLF)是前向信号.CLF是最先执行的信号,所有交换局收到CLF信号都必须释放电路并发出释放监护信号(RLG)以对CLF作出相应.
  • 主叫挂机信号
    主叫挂机信号(CCL)是前向信令,表示主叫用户已挂机.采用被叫控制释放方式时.若主叫用户挂机,去话局不能发送前向拆线信号(CLF),而发送CCL信号,通知来话局主叫用户已挂机:只有收到来话局发出的后向拆线信号(CBK)后,去话局才能发送CLF信号并释放电路.
  • 释放监护信号
    释放监护信号(RLG)是后向发送的信号.当来话局收到CLF信号时,应立即发送RLG信号作出响应并释放电路.
  • 用户空闲
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  • 呼叫至被叫用户忙等情况
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  • 追查恶意呼叫
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7号信令网

组成

信令网是由信令点(SP)信令转接点(STP)信令链路三部分组成的。

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信令的工作方式

使用公共信道信令传送局间话路群的信令时,根据通话电路和信令链的关系,可以采用下面三种工作方式:

  • 直联工作方式
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  • 准直联工作方式
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  • 非直联工作方式。
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信令网结构

信令网的结构按照不同等级可分为
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  • 无级信令网
  • 分级信令网。

中国No.7信令网结构

我国No.7信令网采用三级信令网结构,即由高等级信令转接点(HSTP)低等级信令转接点(LSTP)信令点(SP)及其信令链路组成。

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  • HSTP采用二个平行的A、B平面网,A、B平面内部的各个HSTP间分别为网状相连。A、B平面之间成对的HSTP间相连。
  • 第二级的LSTP与HSTP和SP间的连接方式为分区固定连接方式。每个LSTP通过信令链至少要分别连接至A、B平面内成对的HSTP,LSTP至A、B平面两个HSTP的信令链路组间采用负荷分担方式工作。
  • 每个SP至少连至两个STP(HSTP、LSTP),若连至HSTP时,应分别固定连至A、B平面内成对的HSTP,SP至两个HSTP的信令链路组间采用负荷分担方式工作,SP至两个LSTP的信令链路组间也采用负荷分担方式工作。
  • 每个信令链路组中至少应包括两条信令链路。

我国电话网和信令网的对应关系

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  • HSTP设在C1、C2交换中心,C1和C2长途局直接与HSTP相连,HSTP汇接C1、C2及所属LSTP的信令。
  • LSTP设在C3交换中心,同一分信令区内的长途局应与本区内的每对LSTP相连,LSTP汇接C3、C4、C5信令点的信令。我国电话网与信令网的对应关系如图

路由选择

路由种类

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  • 正常路由
  • 迂回路由

路由选择原则

  • 最短路径
    就是在确定至各个目的信令点的路由时,选择不经过信令转接点的直达信令路由或经信令转接点次数最少的信令路由;
  • 负荷分担
    就是同一等级的信令路由之间和每一条信令路由的信令链路组之间均匀分担信令业务。

简要说明国际信令网和我国国内信令网中信令点编码的编号计划。

  • 国际信令点的编码采用 14bit, 其中, 3bit 大区识别编码字段用于识别世界各大区,8bit 区域网识别编码字段用于识别每个大区内的各个国家或地区的编码, 3bit 信令点识别编码字段用于识别区域网中的各个信令点。
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  • 我国信令点编码采用 24bit, 由主信令区编码 8bit、 分信令区编码 8bit、 信令点编码8bit 三部分组成。
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第五章——分组交换与分组交换网

分组交换

什么是分组交换

将要传送的数据按一定的长度分成多个数据段,这些数据段称为“分组”,发送端把这些“分组”分别发送出去。到达目的地,目的交换机将一个个“分组”按顺序装好,还原成原文件发送给收端用户,这一过程称为分组交换。

分组交换的两种方式和特点

  • 数据报
    • 面向无连接的工作方式。
    • 每个数据分组都包含终点地址信息,独立寻找路径,在网络终点需要重新排序。
    • 传输时延大,时延差别大,对网络故障适应性强。
  • 虚电路
    • 面向连接的工作方式,通信要经过 连接建立、数据传输、连接拆除 三个阶段
    • 它不同于电路交换中的物理连接,而是逻辑连接
    • 分组头中只含有对应于所建立的逻辑信道标识
    • 传输时延小,时延差别小,分组有序到达,网络故障时要重新连接。

虚电路的两种交换方式

交换虚电路SVC

用户通过发送呼叫请求分组来建立虚电路的方式。 是临时的虚电路。

永久虚电路PVC

应用户预约, 由网络运营商为之建立固定的虚电路, 而不需在呼叫时临时建立虚电路, 可直接进入数据传送阶段的方式。 属于专线。

分组交换如何进行路由选择

分组交换网中可以将路由选择算法分为非自适应路由选择算法自适应路由选择算法两大类。

  • 非自适应(静态)路由选择算法
    非自适应路由选择算法也叫静态路由选择策略, 其特点是算法简单、 开销较小, 但性能差、 效率低, 适于拓扑结构很少变化的网络。 静态路由选择策略包括泛洪式路由选择法固定路由表法随机路由选择法

  • 自适应(动态)路由选择算法
    自适应路由选择算法又称为动态路由选择策略, 即节点的路由表根据网络的负载和链路的状态而不断地变化, 适合于拓扑结构经常变化的网络。 动态路由选择策略包括独立路由选择集中式路由选择分布式路由选择等策略。

分组交换如何进行流量控制

  • 证实法:发送方发送一个分组之后等待证实之后再发送新的分组;
  • 预约法:发送端在向接收端发送分组之前,先向接收端预约缓冲存储区,根据接收端所允许发送分组的数量发送分组,从而有效地避免接收端发生死锁。
  • 许可证法:许可证法就是在网络内设置一定数量的“许可证”,许可证的状态分为空载和满载,不携带分组时为空载,携带分组为满载。分组需要在节点等待得到空载的许可证后才能被发送

X.25协议

X.25协议是数据终端设备DTE和数据电路终接设备DCE之间的接口协议;任何要接入到分组交换网的终端设备必须在接口处满足协议的规定

协议体系结构

  • 物理层:功能如下:

    • DTE和DCE之间的数据传输;
    • 在设备之间提供控制信号;
    • 为同步数据流和规定比特速率提供时钟信号
    • 提供电气地;
    • 提供机械的连接器
  • 数据链路层——LAPB
    X.25的数据链路层协议采用的是HDLC(高级数据链路控制规程)的一个子集——LAPB(Link Access Procedure Balanced,平衡型链路访问规程)协议。

    功能:

    • DTE和DCE之间的数据传输;
    • 发送和接收端信息的同步;
    • 传输过程中的检错和纠错;
    • 有效的流量控制;
    • 协议性错误的识别和告警;
    • 链路层状态的通知。
  • 分组层

    • 在X.25接口为每个用户呼叫提供一个逻辑信道;
    • 通过逻辑信道群号(LCGN)和逻辑信道号(LCN)来区分与每个用户呼叫有关的分组;
    • 为每个用户的呼叫连接提供有效的分组传输,包括顺序编号、分组的确认和流量控制过程;
    • 提供交换虚电路(SVC)和永久虚电路(PVC)的连接;
    • 提供建立和清除交换虚电路连接的方法;
    • 监测和恢复分组层的差错。

帧的类型和结构

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可分为三类帧

  • 信息帧(I帧)
  • 监控帧(S帧)
  • 无编号帧(U帧)

所有帧均包含标志F、地址字段A、控制字段C、帧检验序列FCS,部分帧还包含信息字段I。

如何区分三类帧

  • 信息帧的识别标志是C字段的第1比特为“0”;
  • 监控帧的识别标志是C字段的第1比特位和第2比特位分别为“1”和“0”;
  • 无编号帧的识别标志是C字段的第1比特位和第2比特位均为“1”。

数据链路层工作原理

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虚电路和逻辑信道的区别和联系

  • 虚电路是主叫 DTE 到被叫 DTE 之间建立的虚连接, 而逻辑信道是在 DTE-DCE 接口或网内中继线上可以分配的, 代表子信道的一种编号资源, 一条虚电路是由多个逻辑信道链接而成的。 每一条线路的逻辑信道号的分配是独立进行的。
  • 一条虚电路具有呼叫建立、 数据传输和呼叫清除过程。 永久虚电路可以在预约时由网络建立, 也可以通过预约予以清除。 而逻辑信道号是一种客观存在, 它有占用和空闲的区别, 但是不会消失。

X.25分组交换和帧中继的区别和联系

区别

帧中继 分组交换
特点 速率高、时延小 速率低、时延大
最小单位 分组
信息传输 端到端确认信息 点到点确认信息
控制信令 公共信令 随路信令
协议栈 物理层、链路层 物理层、链路层、网络层
寻址和选路 二层(链路层)完成 三层(分组层)完成
其他 网络内部不需要差错控制 传输线必须是光纤 需要差错控制

联系

  • 帧中继是分组交换的改进,都采用面向连接的交换技术
  • 都可以提供PVC(永久虚拟电路)和SVC(交换虚拟电路)业务
  • 均采用统计十分复用方式,可以动态分配带宽

第七章——ATM交换

基本原理

为什么说 ATM 技术是融合了电路传送模式和分组传送模式的特点?

  • ATM 技术是以分组传送模式为基础并融合了电路传送模式的优点发展而来, 兼具分组交换的灵活性和电路传送模式面向连接的优点。

ATM交换的特点

  • 采用了固定长度的信元并简化了信头功能;
  • 采用了异步时分复用方式;
  • 采用了面向连接的工作方式;
  • 采用了标准化的ATM协议。

ATM信元结构——特点1

信元本质上类似分组交换的分组,但为了和分组区别,称为信元

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  • ATM信元是固定长度的分组,固定长度53byte
  • 前5个字节为信头,后48个字节为净荷

ATM信头结构

  • UNI(用户-网络接口)的ATM信头结构
  • NNI(网络节点接口)的ATM信头结构

UNI和NNI的信头结构对比

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  • GFC:通用流量控制,用来在UNI接口上提供用户到网络方向上的流量控制。
  • VPI:虚通道标识。
  • VCI:虚信道标识。
  • PT:净荷类型,表示48字节的信息段所承载的信息类型。
  • CLP:信元丢弃优先权,当网络发生拥塞时,首先丢弃CLP=1的信元。
  • HEC:信头差错控制,用来检验信头在传输中是否出错。

其中, UNI 信元格式种包括 4bit 的 GFC, 而 NNI 信元格式中无需流量控制。

采样异步时分复用(ATD)方式——特点2

在信元中的VPI和VCI的作用

在信元结构中, VPI 和 VCI 是最重要的两部分。 这两部分合起来构成一个信元的路由信息, 表示这个信元从哪里来, 到哪里去。 ATM 交换机就是根据各个信元上的 VPI 和 VCI来决定把它们送到哪一条线路上去。

面向连接的工作方式——特点3

什么是VP(虚通道)和VC(虚信道)?它们的关系是什么?

  • 把一条ATM传输通道分割成速率不同的各个子信道,以适应不同的通信要求。这些子信道就是虚通道VP和虚信道VC。VP用信头中的VPI进行标识,VC用信头中的VCI进行标识。
  • 将物理媒介划分为若干个子信道,称之为虚通道VP,又将 VP 子信道进一步划分为若干个子信道,称之为虚信道VC。

虚通道连接VPC和虚信道连接VCC、VP链路和VC链路、VPC端点和VCC端点

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VP交换和VC交换的区别和联系

区别

  • VP交换是指仅变换VPI值而不改变VCI值的交换
  • VC交换是指VPI值与VCI值都要进行改变的交换。

联系

  • 都是ATM中面向连接的交换方式
  • 虚信道是按照虚通道来划分的,因此虚信道交换时,虚通道也要进行交换

虚信道连接VCC的两种建立方式

  • 永久虚连接PVC:通过预定或预分配的方法建立的永久或半永久连接,传送信息前不需要建立虚连接,结束时也不需要拆除连接。
  • 交换虚连接SVC:传送信息前需要建立连接,在传送信息结束时需要拆除这个连接。

ATM协议参考模型——特点4

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ATM的由三个平面组成

  • 用户面:负责用户信息的传送,采用分层结构;
  • 控制面:提供与呼叫和连接有关的控制功能,涉及的主要是信令功能,控制面也具有分层结构;
  • 管理面:
    • 面管理:实现了与整个系统有关的管理功能,并实现所有面之间的协调,面管理不分层
    • 层管理:实现网络资源与协议参数的管理,并处理操作维护(OAM)信息,层管理采用分层结构。

ATM协议参考模型中物理层的作用

ATM 参考模型中物理层负责通过物理媒体正确、 有效地传送信元。 为了实现信元无差错的传输, 物理层又被分为 物理媒体子层(PM)传输汇聚子层(TC), 它们分别保证在物理媒体和信号级上对信元的正确传送。

信元的定界和扰码是什么?如何完成?

定界:识别信元边界的过程

如何定界:基于正确的HEC(信头差错控制)的搜索。

扰码:防止信元的信息段中出现“伪HEC”码,在发送端应对信息进行扰码

ATM协议参考模型中ATM层的作用

ATM 层的功能非常重要, 包括以下 4 种主要功能:

  • 信元复用和解复用。 在源端点负责对来自各个虚连接的信元进行复用, 在目的端点对接收的信元流进行解复用。
  • VPI/VCI 翻译。 负责在每个 ATM 节点对信头进行标记/识别, ATM 虚连接是通过 VPI和 VCI 来识别的。
  • 信头的产生和提取。 负责在源端点产生信头(除 HEC 域外), 在目的端点翻译信头。
  • 一般流量控制。 在源端点负责产生 ATM 信头中的一般流量控制域, 而在接收点则依靠它来实现流量控制。

ATM适配层(AAL)支持的4种业务类型和特点,以及AAL4种协议类型和功能

根据:

  • 业务的传输速率,即比特率(恒定、 可变)
  • 信元和信宿之间定时关系(实时、 非实时)
  • 连接方式(面向连接、 面向非连接)

上述三个业务特征参数,定义类4类业务

A类 B类 C类 D类
源与终端的定时关系 要求 要求 不要求 不要求
比特率 固定 可变 可变 可变
连接方式 面向连接 面向连接 面向连接 无连接
典型例子 ATM网络 中传输的 64kbit/s 话音业务 可变比特率的图象和音频业务 面向连接的数据传送和信令传送业务 无连接的数据传送 业务

为了支持这四类业务,提出了四种AAL协议类型:

  • AAL1—— AAL1 的功能包括用户信息的分段与重组、 丢失和错误信元的处理、 信元到达时间的处理以及在接收端恢复源时钟频率。(A类)
  • AAL2——适用于可变比特率信息的传送, 此外, 还在源和目的地之间传送定时信息。(B类)
  • AAL3/4——适用于数据传输, 这些数据对丢失敏感而对时延不敏感。 AAL3/4 具有可变长度用户数据的分段与重组及误码处理等功能。从应用层到达 CS 子层的报文最大可达 65535字节。 首先将其填充为 4 的整数倍字节。 接着加上头和尾信息。 在 CS 子层对报文进行了重构, 并加上了头和尾信息后, 便将报文传送给 SAR 子层, 由 SAR 子层将报文分为最大 44 字节的数据片。(C类AAL3和D类AAL4)
  • AAL5——适用于 ATM 信令, 提供高速的数据传送, 类似于简化了的 AAL3/4。 虽然 AAL3/4对每个报文只增加 4 字节的头信息, 但它还要为每个信元增加 4 字节的头信息, 因而使有效净荷的容量减少到 44 字节, 对于长的报文, 无效数据占 8%。 AAL5 的每个报文有一个稍大的尾部(8 字节), 但每个信元无额外开销。 信元中没有顺序号, 可以通过长的校验和来弥补,从而可以检测丢失的、 误插的或错误的信元, 而不需要使用顺序号。 到目前为止, AAL 5 是实现最为广泛的 AAL。(C类)

ATM交换技术

ATM交换完成的三个基本功能

  • 选路
    选路就是选择物理端口的过程,即信元可以从某个入线端口交换到某个出线端口的过程,选路具有空间交换的特征。

  • 信头翻译
    将信元的输入信头值(入VPI/VCI)变换为输出信头值(出VPI/VCI)的过程。

  • 排队
    给ATM交换网络设置一定数量的缓冲器,用来存储在竞争中失败的信元,避免信元的丢失。

ATM交换系统

组成

  • 信元传输子系统
    • 交换网络
    • 接口设备
      • 输入侧接口设备
      • 输出侧接口设备
  • 控制子系统

ATM交换网络

分类

  • 时分交换网络
    • 共享媒体
    • 共享存储器
  • 空分交换网络
    • 单通路
    • 多通路

控制机机理

竞争

当每个输入端口在一个时隙内同时发送一个信元时,这些信元的目的地址按照VPI/VCI会随机分布到各个出线上去,就会出现竞争。

  • 出线竞争:指两个或两个以上信元同时交换到同一个输出端口,出线竞争不可消除
  • 内部竞争:指两个或两个以上信元同时争用交换网络内部链路,可以消除
缓冲策略
  • 内部缓冲
  • 外部缓冲
选路
  • 自选路由:路由信息(翻译表)一般放在交换网络每个输入端口处。信元进入交换网络之前给它加上选路标签,然后交换网络会自动根据这些选路标签的信息来选择路由。
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  • 表格控制选路:路由信息一般放在各个交换单元(SE)内部,各个SE按照自己的翻译表中的信息来完成选路。
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第八章——IP 交换与 MPLS 交换技术

IP与ATM的融合模型

重叠模型

重叠模型是把 ATM 网络看成另一种承载 IP 数据分组的异型子网, 将 IP 层直接叠加在 ATM 层之上, 这样 IP 数据分组封装在 ATM 信元中, 使得 IP 数据分组的转发速度提高到了 ATM 信元交换的级别上。

集成模型

集成模型是把 ATM 层和 IP 层看成是同样的对等层, 这样可以消除复杂的网络间映射, 只保留一套 IP 地址和一种 IP 选路协议, 结合了 IP 路由的灵活性和 ATM 交换的快速性, 并保障了QoS; 它继承了 IP 协议的应用广泛和 ATM 交换的大容量和高速度, 从无连接方式转变为面向连接方式, 使用短的标记替代长的 IP 地址进行 IP 数据分组的转发, 达到了快速高效的目标。

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IP交换——集成模型1

驱动方式——数据流驱动

**IP交换是基于数据流驱动的。**在IP交换中将流分为两类:

  • 端口到端口的流:具有相同源IP地址、源端口号、目的IP地址和目的端口号的一个IP数据分组序列。
  • 主机到主机的流:具有相同源IP地址、目的IP地址的一个IP数据分组序列。

标签交换——集成模型2

驱动方式——拓扑驱动

在数据流传送之前预先建立二层的直通连接,并将选路拓扑映射到直通连接上。

标签

标签是数据分组上附加的一个字段,在标签交换中,对三层分组头进行分析后,将其映射到一个固定长度的、无结构的值中,这个值就叫做标签。

转发等价类

转发等价类FEC:forwarding equivalence class)是一组具有相同特性的数据分组,这一组数据分组以相似的方式在网络中转发,FEC可被看作是具有相同选路决策的一类数据分组。

Tag交换必备组件和相应功能

标签边缘路由器

标签边缘路由器TER:tag edge routers)位于标签交换网络的边缘。它负责给进入到标签交换网络的数据分组加上标签,并负责将离开标签交换网络的数据分组的标签去除,对数据分组进行第三层转发。

标签交换路由器

标签交换路由器TSR:tag switch routers)位于标签交换网络的内部,负责根据标签来转发数据分组。

什么是FIB、TIB和TDP

FIB——转发信息库

TIB——标签信息库

TIB存储着有关数据分组按照标签转发的相关信息,这些信息包括输入端口号、输出端口号、输入标签、输出标签、目的网段地址等。

TDP——标签分发协议

标签交换设备(包括TSR和TER)使用TDP向其相邻节点通知标签关联信息和更新标签信息库。

标签交换的工作原理

第一步——先进行标签分配建立TIB

下游分配
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  • 由标准路由协议确定转发路由TER1、TSR1、…、TER2,并根据标签分发协议TDP采用下游分配方式进行标签分配,建立标签信息库TIB。
  • 首先由出口TER2给A-B路由对应的TIB表项分配输入标签5,然后通过端口5把标签5关联信息发送给上游的TSR3
  • TSR3通过端口6接收到标签5关联信息后,找到A-B路径的相应表项后,将输出标签5填入到输出标签字段,在输入标签字段分配一个标签4并通过端口1将标签关联信息4发送给上游节点TSR2
  • 依次类推,TSR1将标签关联信息2通过端口7发送给上游入口节点TER1后,TER1在TIB中A-B路径对应表项的输出标签字段填入输出标签2,至此整个通路的标签交换设备都建立了TIB,完成标签分配过程。
上游分配
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  • 由标准路由协议确定转发路由TER1、TSR1、…、TER2,并根据标签分发协议TDP采用上游分配方式进行标签分配,建立标签信息库TIB
  • 首先由入口TER1给A-B路由对应的TIB表项分配输出标签2,由端口1把标签2关联信息转发给下游节点TSR1
  • TSR1通过端口7接收到标签2关联信息后,查找A-B路由对应表现并将输入标签2填入输入标签字段,然后在输出标签字段分配标签1并通过端口3将标签1关联信息发送给下游节点TSR2.
  • 以此类推,直到TSR3通过端口6将标签5关联信息发送给最下游节点TER2,TER2通过端口5接收后查找A-B路由对应的TIB表项,将输入标签5填入输入标签字段,至此整个通路的所有交换设备都建立了TIB,完成标签分配过程

下游按需分配

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下游按需分配与下游分配过程相似,所不同的是只在上游TSR提出标签分配请求时,下游TSR才分配标签。

第二步——数据传输

  • TER1接收到要转发的路径A-B的数据分组时,给数据分组加上标签2后由端口1转发到下一个节点的TSR1
  • TSR1通过端口7接收到数据分组,查找相应的TIB表项,将数据的标签2替换成标签1后通过端口3转发给下一个节点TSR2
  • 以此类推,直到TSR通过端口6将带有标签5的数据分组转发给TER2,TER2通过端口5接收数据分组并去掉标签,然后把数据分组交给上层应用,从而完成数据分组的传送过程。

多协议标记交换MPLS——集成模型3

多协议的体现

  • 对上兼容IPv4、IPv6等多种主流网络层协议,将各种传输技术统一在一个平台之上;
  • 对下支持ATM、PPP、SDH、DWDM等多种链路层协议,从而使得多种网络的互连互通成为可能。

MPLS网络的基本概念

MPLS标记边缘路由器——LER

LER位于MPLS网络边缘与其它网络或用户相连,执行全部的第三层路由的功能, 完成和相应标记的映射和去除。

MPLS标记核心路由器——LSR

LSR具有第三层转发分组和第二层交换分组的功能, 通过 LDP 建立标记信息库 LIB, 完成标记交换实现分组转发的过程。

标记交换路径——LSP

是MPLS网络为具有一些共同特性的分组通过网络而选定的一条通路,由入口的LER、一系列LSR和出口的LER以及它们之间由标记所标识的逻辑信道组成。

两种LSP的建立方式

  • 独立控制方式
    个LSR可以独立地为FEC分配标记并将映射关系向相邻LSR分发
  • 有序控制方式
    一个LSR为某FEC分配标记当且仅当该LSR是MPLS网络的出口LER,或者该LSR收到某FEC目的地址前缀的下一跳LSR发来的对应此FEC的标记映射。

标记分发协议——LDP

是MPLS的控制协议,用于LSR之间交换信息,完成LSP的建立、维护和拆除等功能。

标记信息库——LIB

LSP的建立实质上就是在LSP的各个LSR的LIB中,记录某一FEC在交换节点的入出端口和入出标记的对应关系。

标记映射

就是将标记分配给FEC,也叫标记绑定。一个FEC可以对应多个标记,但一个标记只能对应一个FEC。

MPLS交换节点的结构

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组成:

  • 控制单元
  • 转发单元
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MPLS的驱动方式

  • 拓扑驱动
  • 请求驱动
  • 数据驱动

目前,在MPLS网络中,拓扑驱动应用的较为广泛。

MPLS交换原理

第一步——建立连接

假定所建立的LSP对应的转发等价类为FECx

下游按需分配
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  • 由标准路由协议确定转发路由LER和LSR,在标记分发协议LDP控制下完成标记的下游按需分配
  • 入口LER0查找路由表,获得FECx的下一跳是LSR1,向LSR1发送标记请求
  • LSR1记录LER0的标记请求,并查找路由表,向下一跳LSR2发送标记请求
  • 同理,LSR记录标记信息,并向下一跳LER1发送标记请求
  • 出口LER1为FECx的LIB相应表项分配输入标记2,并将相应的路由信息填入改表项,通过端口5将标记2和FECx的映射发送给上游节点LSR2
  • LSR2从端口6接收到LER1发送的映射信息,将输出标记2填入相应LIB表项的输出字段,为FECx分配输入标记8填入相应LIB表项的输入字段,并将映射信息发送给上游节点LSR1
  • 以此类推,LSR1将映射信息发送给入口LER0,LER0为FECx分配输出标记5并将相关信息填入LIB相应表项的输出字段,至此完成LSP的建立。
下游分配
  • 由标准路由协议确定转发路由LER和LSR,在标记分发协议LDP控制下完成标记的下游分配
  • 出口LER1为FECx的LIB相应表项分配输入标记2,并将相应的路由信息填入该表项,通过端口5将标记2和FECx的映射发送给上游节点LSR2
  • LSR2从端口6接收到LER1发送的映射信息,将输出标记2填入相应LIB表项的输出字段,为FECx分配输入标记8填入相应LIB表项的输入字段,并将映射信息发送给上游节点LSR1
  • 以此类推,LSR1将映射信息发送给入口LER0,LER0将输出标记5和相关信息填入LIB相应表项的输出字段,至此完成LSP的建立。
上游分配
  • 由标准路由协议确定转发路由LER和LSR,在标记分发协议LDP控制下完成标记的上游分配
  • 入口LER0为FECx分配输出标记5并与相关信息一同填入LIB相关表项的输出字段,通过端口1将标记5和FECx的映射发送给下游节点LSR1
  • LSR1从端口7接收到LER0发送的映射,将标记5和相关信息填入FECx对应的LIB表项的输入字段,然后给FECx分配标记8并与相关信息一同填入对应表项的输出字段,最后通过端口3将标签8和FECx的映射发送给LSR2
  • 以此类推,出口LER1接收到LSR发送的映射,将标签2填入LIB相应表项的输入字段,至此完成LSP的建立

第二步——数据传输

  • 入口LER0接收到数据分组后,将数据分组映射到LSP上,即映射为FECx;在添加SHIM垫片时分配标记5,然后封装成标记分组;最后通过端口1将标记分组转发给下一个节点LSR1
  • LSR1从端口7接收标记分组,并从SHIM垫片中获得输入标记5,通过查找LIB表得到输出端口3和输出标记8,用标记8替换标记5并从端口3转发给下一个节点LSR2
  • 以此类推,直到出口LER1从端口5接收标记分组,从SHIM垫片中获得输入标记2,查找对应LIB表项得到输出标记为空,此时弹出标记,即将SHIM垫片取出,并将分组交给网络层通过路由表查找下一跳地址并转发。

第三步——拆除连接

1.采用计时器的方式拆除连接

在生存时间内收到此标记的更新消息,则标记依然有效并更新定时器;否则,标记将被取消。

2.不设置计时器

网络中拓扑结构发生变化或者网络某些链路出现故障等原因,可能促使LSR通过LDP消息取消标记,拆除LSP。

MPLS相关技术简介

服务质量QoS

1.综合服务模型

综合服务模型通过信令协议——资源预留协议(RSVP)在路径上各节点间协商QoS要求,并进行资源分配,从而建立传输通道。

2.差分服务模型

用户网络上仍采用RSVP协议,而在骨干网上则不再采用RSVP,这样就降低了路由器和网络的负担。

流量工程

在MPLS流量工程中将采用**“基于约束的选路方式”**,也就是要根据业务所需要的资源和网络中可用的资源进行选路。

MPLS流量工程采用CR-LDP扩展的RSVP控制协议创建并维护通过网络的隧道。运行IGP协议,在网络内交换链路状态,以确定网络中的可用资源。网络入口LER将根据资源请求和可用资源计算选取的隧道通路。

第九章——下一代网络和软交换

软交换

含义

将呼叫控制功能从承载和业务中分离出来,通过软件实现基本呼叫控制功能,包括呼叫选路、管理控制、连接控制(建立/拆除会话)和信令互通,从而实现业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载分离,为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面。

下一代网络NGN

NGN的体系结构和每一层的功能

NGN可以从功能上分为四个相对独立的层次,从下至上依次是

接入层

利用各种接入设备为各类终端设备和网络提供访问 NGN 网络资源的入口功能, 负责将不同类型的终端用户接入到核心传输网络, 并实现不同信息格式之间的转换。

传输层

传输层负责提供各种信令流和媒体流传输的通道, 完成信息传输。

控制层

控制层是 NGN 体系结构的核心控制层次, 主要提供呼叫控制、 接入协议适配、 互联互通等功能, 并为业务层提供访问底层各种网络资源的开放接口。

业务层

业务层的主要功能是创建、 执行和管理 NGN 的各项业务, 包括多媒体业务、 增值业务和第三方业务等。

NGN的特点

  • 采用分层的、全开放的体系结构和标准接口,具有独立的模块化结构。
  • 下一代网络是业务驱动的网络,应实现业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载分离。
  • 下一代网络是基于统一协议的分组网络体系,NGN可使用IP协议,使得基于IP的业务都能在不同网上实现互通,支持各种业务和用户任意接入
  • 可与现有网络互通。
  • 支持移动性。
  • 电信级的硬件平台。

NGN支持的主要协议

媒体网关控制协议——MGCP

MGCP是软交换设备和媒体网关之间或软交换与MGCP终端之间的通信协议,用于完成软交换对媒体网关的控制,处理软交换与媒体网关的交互,控制媒体流的连接、建立、释放。

会话启动协议——SIP(Session Initiation Protocol)

SIP的功能实体

1.SIP用户代理(UA)
  • User Agent Client (UAC) ,用于发起一个呼叫请求
  • User Agent Server (UAS) ,用于对呼叫请求进行回应
2.SIP网络服务器
  • RegisterServer 注册服务器: 接收用户的注册请求,记录终端的IP地址,记录用户的当前位置信息,是实现号码移动性的基础
  • ProxyServer 代理服务器:完成路由功能,将SIP用户请求,发送到下一跳代理或用户
  • RedirectServer 重定向服务器:提供地址解析服务,类似于DNS
  • LocationServer 位置服务器:配合代理服务器和重定向服务器提供可能的被叫用户的地址(或位置)

SIP的7种信令

请求
  • INVITE:用于邀请用户或者服务参与一个会话。
  • ACK:对INVITE请求的响应消息的确认,ACK和INVITE请求一起使用
  • BYE:用于结束会话。
  • OPTIONS:用于查询服务器的相关消息和功能。
  • CANCEL:用于取消正在进行的请求,但不取消已经完成的请求。
  • REGISTER:在注册服务器上注册用户代理
响应
  • 1XX:通知服务器或代理正在执行处理,终端应该INVITE 发起呼叫,并对会话进行描述
    • 100:Trying
    • 180: Ringing
  • 2XX:请求成功
    • 200:OK
    • 3XX:重定向响应,终端应向新地址发起新请求
    • 4XX:请求失败,终端的请求被拒绝
    • 5XX:服务器内部错误造成请求不能被响应
    • 6XX:全局错误,所有未来的对该用户的请求都将失败

SIP流程举例

  • 注册流程
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  • 注销流程
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  • 基本呼叫建立过程
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  • 正常呼叫释放过程
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  • 被叫忙呼叫释放
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  • 被叫无应答流程一
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  • 被叫无应答流程二
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  • 跨域呼叫过程
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  • SIP网络与PSTN网络互通
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信令传输适配协议——SIGTRAN

功能

  • 在可靠的IP传输的基础上,承载高层的信令协议;
  • 提供与PSTN接口上相同级别的业务;
  • 提供透明传输。

第十章——IMS技术

IP多媒体子系统(IP Multimedia Subsystem,IMS)

IMS的概念和特点

概念

  • 是叠加在分组交换(PS)域上的用于支持多媒体业务的子系统,目的是在基于全IP的网络上为移动用户提供多媒体业务。
  • IP是指IMS可以实现基于IP的传输、基于IP的会话控制和基于IP的业务实现,实现承载、业务与控制的分离。
  • 多媒体是指语音、数据、视频、图片、文本等多种媒体组合,可以支持多种接入方式。
  • 子系统是指IMS依赖于现有网络技术和设备,最大程度重用现有网络系统。

特点

  • 接入无关,支持多种固定/移动接入方式的融合
  • 采用归属地控制
  • 提供丰富而动态的组合业务
  • 基于 SIP 的会话控制。
  • 统一策略控制
  • 多种安全接入机制共存

IMS和软交换的联系与区别

联系

  • IMS 和软交换都基于 IP 分组网
  • 都实现了控制与承载的分离
  • 大部分的协议都相似或者完全相同, 许多网关设备和终端设备可以通用。

区别

  • 在软交换控制与承载分离的基础上,IMS更进一步的实现了呼叫控制层和业务控制层的分离。
  • IMS起源于移动通信网络的应用,因此充分考虑了对移动性的支持,并增加了外置数据库——归属用户服务器(HSS),用于用户鉴权和保护用户业务触发规则。
  • IMS全部采用SIP作为呼叫控制和业务控制的信令,而在软交换中,SIP只是可用于呼叫控制的多种协议的一种,更多的使用MGCP和H.248协议