《當(dāng)代通信交換技術(shù)》課件

當(dāng)代通信交換技術(shù)本課件將深入探討當(dāng)代通信交換技術(shù)的理論基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢，涵蓋電路交換、分組交換、ISDN、SDH、IP、多媒體通信等重要內(nèi)容，并展望未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向。通信交換技術(shù)發(fā)展歷程1電路交換時代早期的通信網(wǎng)絡(luò)主要采用電路交換技術(shù)，例如電話網(wǎng)絡(luò)。電路交換需要建立一條物理連接，在通話期間一直保持連接狀態(tài)，效率較低，資源利用率不高。2分組交換時代隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，分組交換技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并逐漸成為主流。分組交換將數(shù)據(jù)分成一個個小的數(shù)據(jù)包，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，并在目的地重組，提高了網(wǎng)絡(luò)效率和資源利用率。3寬帶網(wǎng)絡(luò)時代近年來，寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，推動了高速數(shù)據(jù)傳輸和多媒體通信的應(yīng)用，帶來了全新的通信服務(wù)和應(yīng)用模式。電路交換技術(shù)定義電路交換是一種通信方式，在通信雙方建立連接之前，需要先建立一條專用的物理線路，并在通話期間保持連接狀態(tài)。這就好比打電話時，要先撥號接通對方，在通話過程中，這條線路一直被占用，即使沒有數(shù)據(jù)傳輸，也需要占用資源。特點(diǎn)電路交換的主要特點(diǎn)包括：實(shí)時性高傳輸效率高線路占用率高適用于實(shí)時通信電路交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)交換機(jī)交換機(jī)是電路交換網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，它負(fù)責(zé)建立、維護(hù)和釋放連接，實(shí)現(xiàn)不同用戶之間的通信。線路線路是指連接交換機(jī)和用戶終端之間的物理連接，用于傳輸數(shù)據(jù)。信令系統(tǒng)信令系統(tǒng)用于控制交換機(jī)之間的通信，實(shí)現(xiàn)呼叫建立、連接控制和釋放等功能。電路交換網(wǎng)絡(luò)信令呼叫建立當(dāng)用戶發(fā)起呼叫時，交換機(jī)之間通過信令系統(tǒng)協(xié)商，建立連接。呼叫控制信令系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制呼叫過程，包括呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫保持、呼叫等待等。呼叫釋放當(dāng)用戶結(jié)束通話時，信令系統(tǒng)負(fù)責(zé)釋放連接，回收線路資源。電路交換網(wǎng)絡(luò)呼叫處理1用戶撥號用戶撥號，交換機(jī)接收信號，識別目標(biāo)號碼。2連接建立交換機(jī)根據(jù)目標(biāo)號碼，查找相應(yīng)線路，建立連接。3數(shù)據(jù)傳輸建立連接后，數(shù)據(jù)開始傳輸，直到用戶結(jié)束通話。4連接釋放用戶結(jié)束通話，交換機(jī)釋放連接，回收線路資源。分組交換技術(shù)定義分組交換是一種通信方式，將數(shù)據(jù)分成一個個小的數(shù)據(jù)包，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，在目的地重組。特點(diǎn)分組交換的主要特點(diǎn)包括：數(shù)據(jù)傳輸效率高資源利用率高可支持多種通信業(yè)務(wù)易于擴(kuò)展分組交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分組交換機(jī)分組交換機(jī)負(fù)責(zé)接收、轉(zhuǎn)發(fā)和處理數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信。傳輸線路傳輸線路是指連接分組交換機(jī)之間的物理連接，用于傳輸數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)包是分組交換網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締卧瑪?shù)據(jù)信息和控制信息。分組交換網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP協(xié)議TCP/IP協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)的核心協(xié)議，它定義了網(wǎng)絡(luò)通信的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，包括數(shù)據(jù)傳輸、路由選擇、地址管理等。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的路由選擇，例如IP協(xié)議。傳輸層協(xié)議傳輸層協(xié)議負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的可靠傳輸，例如TCP協(xié)議。分組交換網(wǎng)絡(luò)路由選擇距離矢量路由協(xié)議距離矢量路由協(xié)議（例如RIP）基于距離信息進(jìn)行路由選擇，每個路由器維護(hù)一個距離表，記錄到其他路由器的距離。鏈路狀態(tài)路由協(xié)議鏈路狀態(tài)路由協(xié)議（例如OSPF）基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行路由選擇，每個路由器維護(hù)一個完整的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。電路交換與分組交換對比指標(biāo)電路交換分組交換連接方式專用線路共享線路數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時傳輸非實(shí)時傳輸資源利用率低高網(wǎng)絡(luò)效率低高可擴(kuò)展性低高綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）定義綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）是一種通信網(wǎng)絡(luò)，它可以同時傳輸語音、數(shù)據(jù)和圖像等多種業(yè)務(wù)，并提供統(tǒng)一的數(shù)字接口，方便用戶接入和使用。特點(diǎn)ISDN的主要特點(diǎn)包括：數(shù)字傳輸綜合業(yè)務(wù)統(tǒng)一接口靈活擴(kuò)展ISDN技術(shù)原理信令通道用于控制和管理呼叫過程。1數(shù)據(jù)通道用于傳輸用戶數(shù)據(jù)。2網(wǎng)絡(luò)接口用戶終端通過網(wǎng)絡(luò)接口接入ISDN網(wǎng)絡(luò)。3ISDN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1用戶終端用戶通過用戶終端接入ISDN網(wǎng)絡(luò)。2NT1NT1負(fù)責(zé)將用戶終端的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將其發(fā)送到ISDN網(wǎng)絡(luò)。3交換機(jī)交換機(jī)負(fù)責(zé)連接用戶終端和網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)不同用戶之間的通信。ISDN業(yè)務(wù)與應(yīng)用同步數(shù)字體系（SDH）定義同步數(shù)字體系（SDH）是一種高速數(shù)字傳輸技術(shù)，它可以傳輸大量數(shù)據(jù)，并提供高可靠性和高可用性。特點(diǎn)SDH的主要特點(diǎn)包括：高速傳輸同步傳輸高可靠性可擴(kuò)展性SDH技術(shù)原理1幀結(jié)構(gòu)SDH采用固定長度的幀結(jié)構(gòu)，每個幀包含多個時隙，用于傳輸不同的數(shù)據(jù)流。2復(fù)用機(jī)制SDH采用復(fù)用機(jī)制，將多個低速數(shù)據(jù)流組合成高速數(shù)據(jù)流，提高傳輸效率。3同步傳輸SDH采用同步傳輸方式，所有節(jié)點(diǎn)使用同一個時鐘，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐叫院蜏?zhǔn)確性。SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1終端設(shè)備終端設(shè)備負(fù)責(zé)將用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為SDH信號，并將其發(fā)送到SDH網(wǎng)絡(luò)。2SDH交叉連接設(shè)備SDH交叉連接設(shè)備負(fù)責(zé)連接不同線路，實(shí)現(xiàn)不同用戶之間的通信。3SDH傳輸設(shè)備SDH傳輸設(shè)備負(fù)責(zé)將SDH信號傳輸?shù)侥康牡?。SDH的傳輸與接口光纖傳輸SDH主要采用光纖傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。接口標(biāo)準(zhǔn)SDH定義了多種接口標(biāo)準(zhǔn)，例如STM-1、STM-4等，用于不同設(shè)備之間的連接。分組交換網(wǎng)的演進(jìn)1幀中繼技術(shù)幀中繼技術(shù)是分組交換技術(shù)的擴(kuò)展，它在數(shù)據(jù)包的基礎(chǔ)上增加了幀頭，用于控制和管理數(shù)據(jù)傳輸。2異步傳輸模式（ATM）異步傳輸模式（ATM）是一種高速分組交換技術(shù)，它采用固定長度的數(shù)據(jù)包，提高傳輸效率。3互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）是當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的核心協(xié)議，它定義了網(wǎng)絡(luò)通信的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，支持多種通信業(yè)務(wù)和應(yīng)用。幀中繼技術(shù)定義幀中繼技術(shù)是一種分組交換技術(shù)，它在數(shù)據(jù)包的基礎(chǔ)上增加了幀頭，用于控制和管理數(shù)據(jù)傳輸。特點(diǎn)幀中繼技術(shù)的主要特點(diǎn)包括：簡單高效可擴(kuò)展性強(qiáng)適用于數(shù)據(jù)通信異步傳輸模式（ATM）定義異步傳輸模式（ATM）是一種高速分組交換技術(shù)，它采用固定長度的數(shù)據(jù)包，提高傳輸效率。特點(diǎn)ATM技術(shù)的主要特點(diǎn)包括：高速傳輸高帶寬支持多種業(yè)務(wù)高可靠性ATM技術(shù)特點(diǎn)固定長度的單元ATM使用固定長度的單元（稱為信元），每個信元都包含53字節(jié)的數(shù)據(jù)，提高傳輸效率。面向連接的傳輸ATM采用面向連接的傳輸方式，在數(shù)據(jù)傳輸之前，需要建立連接，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｌ摂M通道ATM使用虛擬通道技術(shù)，將數(shù)據(jù)包分配到不同的虛擬通道，實(shí)現(xiàn)不同用戶之間的通信。ATM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1用戶網(wǎng)絡(luò)接口用戶終端通過用戶網(wǎng)絡(luò)接口接入ATM網(wǎng)絡(luò)。2ATM交換機(jī)ATM交換機(jī)負(fù)責(zé)連接用戶終端和網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)不同用戶之間的通信。3ATM傳輸設(shè)備ATM傳輸設(shè)備負(fù)責(zé)將ATM信號傳輸?shù)侥康牡?。ATM的服務(wù)質(zhì)量控制帶寬控制ATM網(wǎng)絡(luò)可以通過帶寬控制，保證不同業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量。延遲控制ATM網(wǎng)絡(luò)可以通過延遲控制，保證實(shí)時業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量。抖動控制ATM網(wǎng)絡(luò)可以通過抖動控制，保證語音和視頻業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量?；ヂ?lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）定義互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）是當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的核心協(xié)議，它定義了網(wǎng)絡(luò)通信的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，支持多種通信業(yè)務(wù)和應(yīng)用。特點(diǎn)IP協(xié)議的主要特點(diǎn)包括：無連接傳輸面向數(shù)據(jù)包可擴(kuò)展性強(qiáng)支持多種網(wǎng)絡(luò)IP技術(shù)原理123IP地址IP地址是網(wǎng)絡(luò)中每個設(shè)備的唯一標(biāo)識，用于識別設(shè)備的位置。數(shù)據(jù)包IP數(shù)據(jù)包包含數(shù)據(jù)信息和控制信息，用于傳輸數(shù)據(jù)。路由選擇IP協(xié)議使用路由選擇算法，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)設(shè)備。IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的路由選擇，包括IP協(xié)議、ICMP協(xié)議、ARP協(xié)議等。傳輸層傳輸層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的可靠傳輸，包括TCP協(xié)議、UDP協(xié)議等。應(yīng)用層應(yīng)用層負(fù)責(zé)與用戶交互，提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，包括HTTP協(xié)議、FTP協(xié)議、SMTP協(xié)議等。IP路由協(xié)議RIP協(xié)議RIP協(xié)議（路由信息協(xié)議）是一種距離矢量路由協(xié)議，它基于距離信息進(jìn)行路由選擇。OSPF協(xié)議OSPF協(xié)議（開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議）是一種鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，它基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行路由選擇。BGP協(xié)議BGP協(xié)議（邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議）是一種用于連接不同自治系統(tǒng)的路由協(xié)議，它負(fù)責(zé)跨越不同網(wǎng)絡(luò)的路由選擇。IP業(yè)務(wù)質(zhì)量控制帶寬控制IP網(wǎng)絡(luò)可以通過帶寬控制，保證不同業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量。延遲控制IP網(wǎng)絡(luò)可以通過延遲控制，保證實(shí)時業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量。丟包率控制IP網(wǎng)絡(luò)可以通過丟包率控制，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴６嗝襟w通信技術(shù)定義多媒體通信技術(shù)是指融合語音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻等多種媒體的通信技術(shù)，為用戶提供更加豐富的通信服務(wù)。特點(diǎn)多媒體通信技術(shù)的主要特點(diǎn)包括：多種媒體融合實(shí)時交互高帶寬需求應(yīng)用廣泛多媒體編解碼技術(shù)1壓縮技術(shù)多媒體編解碼技術(shù)采用壓縮技術(shù)，減少數(shù)據(jù)量，提高傳輸效率。2解壓縮技術(shù)多媒體編解碼技術(shù)采用解壓縮技術(shù)，還原原始數(shù)據(jù)，保證多媒體信息的完整性和質(zhì)量。3標(biāo)準(zhǔn)化多媒體編解碼技術(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)化，保證不同設(shè)備之間兼容性，方便互操作。多媒體會議系統(tǒng)視頻會議視頻會議系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻和音頻的實(shí)時交互，方便不同地點(diǎn)的人員進(jìn)行會議交流。在線教育在線教育系統(tǒng)可以利用多媒體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)，方便用戶進(jìn)行學(xué)習(xí)和交流。遠(yuǎn)程醫(yī)療遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)可以利用多媒體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷、治療和咨詢，方便用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)。多媒體通信網(wǎng)絡(luò)1IP網(wǎng)絡(luò)IP網(wǎng)絡(luò)是目前多媒體通信的主流網(wǎng)絡(luò)，它可以支持多種多媒體業(yè)務(wù)和應(yīng)用。2ATM網(wǎng)絡(luò)ATM網(wǎng)絡(luò)具有高速傳輸和高可靠性特點(diǎn)，適用于多媒體通信。3無線網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)絡(luò)可以提供移動性和靈活性的多媒體通信服務(wù)。下一代互聯(lián)網(wǎng)（IPv6）定義下一代互聯(lián)網(wǎng)（IPv6）是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的最新版本，它擴(kuò)展了IP地址空間，支持更廣泛的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和服務(wù)。特點(diǎn)IPv6的主要特點(diǎn)包括：更大的地址空間更高的安全性更好的服務(wù)質(zhì)量更靈活的網(wǎng)絡(luò)管理IPv6技術(shù)特點(diǎn)1128位地址IPv6使用128位地址，可以提供更大的地址空間，滿足未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求。2自動配置IPv6支持自動地址配置，簡化了網(wǎng)絡(luò)部署和管理。3內(nèi)置安全機(jī)制IPv6內(nèi)置了安全機(jī)制，提高了網(wǎng)絡(luò)安全性，減少安全風(fēng)險。IPv6網(wǎng)絡(luò)部署1基礎(chǔ)設(shè)施升級需要升級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和操作系統(tǒng)，支持IPv6協(xié)議。2地址分配需要分配IPv6地址，并進(jìn)行地址管理。3服務(wù)遷移需要將現(xiàn)有服務(wù)遷移到IPv6網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行測試和驗(yàn)證。IPv6與IPv4互聯(lián)雙棧技術(shù)雙棧技術(shù)是指設(shè)備同時支持IPv4和IPv6協(xié)議，實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議之間的互聯(lián)。隧道技術(shù)隧道技術(shù)是指將IPv6數(shù)據(jù)包封裝在IPv4數(shù)據(jù)包中傳輸，實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議之間的互聯(lián)。軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）定義軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）是一種新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它將網(wǎng)絡(luò)控制平面與數(shù)據(jù)平面分離，通過軟件定義網(wǎng)絡(luò)行為，實(shí)現(xiàn)靈活、可編程的網(wǎng)絡(luò)管理。特點(diǎn)SDN的主要特點(diǎn)包括：集中控制可編程性靈活擴(kuò)展快速部署SDN技術(shù)原理控制平面控制平面負(fù)責(zé)控制網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，包括路由選擇、流量控制、安全策略等。1數(shù)據(jù)平面數(shù)據(jù)平面負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，包括交換機(jī)、路由器等設(shè)備。2南向接口南向接口用于連接控制平面和數(shù)據(jù)平面，實(shí)現(xiàn)控制指令的發(fā)送和狀態(tài)信息的接收。3SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)控制器控制器是SDN網(wǎng)絡(luò)的核心，它負(fù)責(zé)管理網(wǎng)絡(luò)資源，并制定網(wǎng)絡(luò)策略。交換機(jī)交換機(jī)是數(shù)據(jù)平面設(shè)備，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，并接收控制器的指令。應(yīng)用應(yīng)用通過控制器，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和控制，實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)功能。SDN網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)OpenFlow協(xié)議OpenFlow協(xié)議是SDN網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，它定義了控制器和交換機(jī)之間的通信接口。網(wǎng)絡(luò)虛擬化網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)可以將物理網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的靈活分配和管理。網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）技術(shù)可以將網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的靈活部署和擴(kuò)展。網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）定義網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）是一種新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它將網(wǎng)絡(luò)功能從專用硬件設(shè)備中分離出來，運(yùn)行在通用服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的靈活部署和擴(kuò)展。特點(diǎn)NFV的主要特點(diǎn)包括：降低成本提高效率靈活擴(kuò)展快速部署NFV技術(shù)特點(diǎn)1虛擬化NFV采用虛擬化技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)功能從硬件設(shè)備中分離出來，運(yùn)行在通用服務(wù)器上。2軟件定義NFV采用軟件定義的方式，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的靈活控制和管理