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1、现代交换原理现代交换原理北京邮电高校计算机科学与技术学院1课程内容课程内容n交换概论交换概论n交换网络交换网络n程控数字电话交换与电话通信网程控数字电话交换与电话通信网n信令系统信令系统n分组交换与分组交换网分组交换与分组交换网nISDNISDN交换技术与交换技术与N-ISDNN-ISDNnATMATM交换技术与交换技术与B-ISDNB-ISDNnIPIP交换技术与下一代网络（交换技术与下一代网络（NGNNGN）2参考参考书目书目现代电信交换基础现代电信交换基础 雷振明编著雷振明编著 人民邮电出版社人民邮电出版社ATM交换技术交换技术 陈锡生编著陈锡生编著 人民邮电出版社人民邮电出版社分组交换
2、工程分组交换工程 杜治龙编著杜治龙编著 人民邮电出版社人民邮电出版社综合业务数字网综合业务数字网 程时端编著程时端编著 人民邮电出版社人民邮电出版社3一、交换概论一、交换概论41.电信交换的基本概念电信交换的基本概念2.各种交换方式各种交换方式3.电信交换系统的基本结构电信交换系统的基本结构本章主要内容本章主要内容5终端终端传输媒介传输媒介终端终端电信号电信号电信号电信号信息信息信息信息点对点通信点对点通信在电信系统中，只有两个终端的通信称为点对点通信。在电信系统中，只有两个终端的通信称为点对点通信。1、电信交换的基本概念、电信交换的基本概念6点对点通信举例点对点通信举例话音话音数据数据7无交
3、换的多个终端要实现相互间通信，必需以全互无交换的多个终端要实现相互间通信，必需以全互 连的方式两两相连。连的方式两两相连。若终端数为若终端数为n，则线对数为，则线对数为C2n=n(n-1)/2（当终端（当终端n=100时，线对数时，线对数=100X(100-1)/2=4950）无交换的多个终端的通信无交换的多个终端的通信(终端终端=5、线对数、线对数=10)8用户间通过交换设备连接用户间通过交换设备连接用户环线用户环线交换设备交换设备引入交换的终端间的通信引入交换的终端间的通信9多个交换节点组成的通信网多个交换节点组成的通信网引入交换的终端间的通信引入交换的终端间的通信中继线中继线10所谓电信
4、交换，就是在通信网上，负责在所谓电信交换，就是在通信网上，负责在通信的源和目的终端之间建立通信信道传送通通信的源和目的终端之间建立通信信道传送通信信息的机制，也就是依据目的地，在源和目信信息的机制，也就是依据目的地，在源和目的终端之间传送通信信息。的终端之间传送通信信息。电信交换的概念电信交换的概念11交换节点可限制的接续类型：交换节点可限制的接续类型：本局接续、出局接续、入局接续、转接接续本局接续、出局接续、入局接续、转接接续交换节点的基本功能交换节点的基本功能q能按目的地址正确地进行选路以及在中继线上转能按目的地址正确地进行选路以及在中继线上转发信号发信号q能限制连接的建立与拆除能限制连接
5、的建立与拆除交换节点必需具备的基本功能：交换节点必需具备的基本功能：能正确接收和分析从用户线或中继线发来的呼叫信能正确接收和分析从用户线或中继线发来的呼叫信号、地址信号号、地址信号12交换节点接续类型图示交换节点接续类型图示13几个概念几个概念交换交换通信网通信网交换设备交换设备传输设备传输设备终端设备终端设备用户线用户线中继线中继线出局呼叫出局呼叫入局呼叫入局呼叫本局呼叫本局呼叫转接呼叫转接呼叫主叫主叫被叫被叫主叫局主叫局被叫局被叫局端局端局汇接局汇接局142、各种交换方式、各种交换方式q电路交换电路交换q报文交换报文交换q分组交换分组交换q帧中继帧中继qATM交换交换qIP交换交换q光交换
6、光交换15CTM-Circuit Transfer ModePTM-Packet Transfer ModeATM-Asynchronous Transfer Mode各种交换方式各种交换方式IP交换交换多多速速率率电电路路交交换换快快速速电电路路交交换换ATMATM交交换换帧帧中中继继报报文文交交换换电电路路交交换换分分组组交交换换光交换光交换PTMCTM16交换节点交换节点A交换节点交换节点B交换节点交换节点C建立建立传送传送释放释放电路交换的基本过程电路交换的基本过程电路交换电路交换(Circuit Switching)17要要在在通通信信的的用用户户间间建建立立专专用用的的物物理理连连
7、接接通通路路。（固固定定安排带宽）安排带宽）对传送的信息无差错限制措施。对传送的信息无差错限制措施。对对通通信信信信息息不不作作处处理理(信信令令除除外外)，而而是是原原封封不不动动地地传传送，用作低速数据传送时不进行速率、码型的变换。送，用作低速数据传送时不进行速率、码型的变换。用用基基于于呼呼叫叫损损失失制制的的方方法法来来处处理理业业务务流流量量，过过负负荷荷时时呼损率增加，但不影响已建立的呼叫。呼损率增加，但不影响已建立的呼叫。电路交换的特点电路交换的特点18 公用电信网的电报自动交换是报文交换的典型应用，有的专用数据网也接受报文交换方式。报文交换报文交换（Message Switch
8、ing）基本的报文交换动作是存储报文、分析报文中的收基本的报文交换动作是存储报文、分析报文中的收报人地址和报文转发。报人地址和报文转发。有多个报文送往同一地点时，要排队按依次发送。有多个报文送往同一地点时，要排队按依次发送。报文传送中有检错和纠错措施报文传送中有检错和纠错措施19 接受存储转发方式的分组交换与报文交换的不同在于：分组交换将用户要传送的信息分割为若干个分组（packet），每个分组中有一个分组头，含有可供选路的信息和其他限制信息。分组交换分组交换（PS：Packet Switching）20 报文交换的时延报文交换的时延 分组交换的时延分组交换的时延分组交换和报文交换比较分组交换
9、和报文交换比较21虚电路虚电路(VC：Virtual Circuit)方式方式数据报数据报(DG：Datagram)方式方式 分组交换的两种方式分组交换的两种方式22 所谓虚电路方式，就是在用户数据传送前先要通过发送呼叫恳求分所谓虚电路方式，就是在用户数据传送前先要通过发送呼叫恳求分组建立端到端之间的虚电路；一旦虚电路建立后，属于同一呼叫的数据组建立端到端之间的虚电路；一旦虚电路建立后，属于同一呼叫的数据分组均沿着这一虚电路传送，最终通过呼叫清除分组来拆除虚电路。分组均沿着这一虚电路传送，最终通过呼叫清除分组来拆除虚电路。它不同于电路交换中的物理连接，而是逻辑连接。它不同于电路交换中的物理连接
10、，而是逻辑连接。交换虚电路交换虚电路(SVC(SVC：Switched Virtual Circuit)Switched Virtual Circuit)用户通过发送呼叫恳求分组来建立虚电路的方式。用户通过发送呼叫恳求分组来建立虚电路的方式。永久虚电路永久虚电路(PVC(PVC：Permanent Virtual Circuit)Permanent Virtual Circuit)应用户预约，由网络运营者为之建立固定的虚电路，而不需在呼应用户预约，由网络运营者为之建立固定的虚电路，而不需在呼叫时临时建立虚电路，可干脆进入数据传送阶段的方式。叫时临时建立虚电路，可干脆进入数据传送阶段的方式。虚电
11、路虚电路23 数据报不须要预先建立逻辑连接，而是依据每个分组头中的目的地址对各个分组独立进行选路。数据报数据报24DG方式的每个分组头中要包含具体的目的地方式的每个分组头中要包含具体的目的地址址VC方式由于预先已建立逻辑连接，分组头中方式由于预先已建立逻辑连接，分组头中只要含有对应于所建立的只要含有对应于所建立的VC的逻辑信道标识的逻辑信道标识虚电路与数据报的比较虚电路与数据报的比较分组头分组头25VC方式预先有建立过程，但一旦虚电路建立，在端方式预先有建立过程，但一旦虚电路建立，在端到端之间所选定的路由上的各个交换节点都具有映象到端之间所选定的路由上的各个交换节点都具有映象表，存放出入逻辑信
12、道的对应关系，每个分组到来时表，存放出入逻辑信道的对应关系，每个分组到来时只要查找映象表，而不须要进行困难的选路。只要查找映象表，而不须要进行困难的选路。DG方式则不须要有建立过程，但对每个分组都要独方式则不须要有建立过程，但对每个分组都要独立地进行选路。立地进行选路。虚电路与数据报的比较虚电路与数据报的比较选路选路26VCVC方式中，属于同一呼叫的各个分组在同一条虚电方式中，属于同一呼叫的各个分组在同一条虚电路上传送，分组会按原有依次到达终点，不会产生路上传送，分组会按原有依次到达终点，不会产生失序现象。失序现象。DGDG方式中，各个分组由于是独立选路，可以从不同方式中，各个分组由于是独立选
13、路，可以从不同的路由转送，会引起失序。的路由转送，会引起失序。虚电路与数据报的比较虚电路与数据报的比较分组依次分组依次27VC方式对故障较为敏感，当传输链路或交换方式对故障较为敏感，当传输链路或交换节点发生故障时可能引起虚电路的中断，须节点发生故障时可能引起虚电路的中断，须要重新建立。要重新建立。（有些分组网具有再连接功能，出现故（有些分组网具有再连接功能，出现故障时可自动建立新的虚电路，并做到不丢失障时可自动建立新的虚电路，并做到不丢失用户数据）用户数据）DG方式中各个分组可选择不同路由，对故障方式中各个分组可选择不同路由，对故障的防卫实力较强，从而牢靠性较高。的防卫实力较强，从而牢靠性较高
14、。虚电路与数据报的比较虚电路与数据报的比较故障敏感性故障敏感性28VC方式适用于较连续的数据流传送，其持续时方式适用于较连续的数据流传送，其持续时间应显著地大于呼叫建立的时间，如文件传送、间应显著地大于呼叫建立的时间，如文件传送、传真业务等。传真业务等。DG方式则适用于面对事务的询向响应型数方式则适用于面对事务的询向响应型数据业务。据业务。虚电路与数据报的比较虚电路与数据报的比较应用应用29 分组交换基于分组交换基于X.25X.25协议，该协议包含了协议，该协议包含了3 3层，第一层物理层，其次层数据链路层，层，第一层物理层，其次层数据链路层，第三层分组层，对应于第三层分组层，对应于OSIOS
15、I模型的下三层。模型的下三层。分组交换协议分组交换协议物理层X.25分组层LAPB123物理层网络层数据链路层30 分组交换协议分组交换协议X.75X.2531RMAMRMRMRMAMAMAMAMAMAMCHINAPAC网络模型AM32银行提款机CHINAPAC银行主机ATM1ATM2POS1ATMnPOS2POSn银行提款机与CHINAPAC的链接33CHINAPAC本地服务器PCPC路由器本地服务器PCPC路由器局域网互连运用CHINAPAC实现网络互连34接入Internet本地服务器PCPC路由器CHINAPACInternet运用CHINAPAC接入Internet35数据传送阶段协
16、议大为简化数据传送阶段协议大为简化分组交换：分组交换：X.25X.25协议协议-OSIOSI的的1 1、2 2、3 3层层 信息传送单位：分组信息传送单位：分组帧中继：协议帧中继：协议-OSIOSI的的1 1、2 2（核心功能）层（核心功能）层 信息传送单位：帧信息传送单位：帧帧中继（帧中继（Frame RelayFrame Relay）36X.25X.25和帧中继处理流程比较和帧中继处理流程比较37CHINAFRN本地服务器PCPC路由器本地服务器PCPC路由器PSPDNPSPDN帧中继的应用帧中继的应用38 面对连接的电路交换和无连接的分组交换的主要区分体现在以下几个方面：在交换形式上 在
17、通路建立和网络资源安排上 在差错限制上 在业务流量限制上 呼叫损失制、呼叫延迟制CTM与与PTM的比较的比较39在对信息的损伤方面在对信息的损伤方面电路交换具有较好的时间透亮性电路交换具有较好的时间透亮性分组交换具有较好的语义透亮性分组交换具有较好的语义透亮性在支持多种业务方面在支持多种业务方面分组交换有更大的敏捷性，可实现多速率交换，并允分组交换有更大的敏捷性，可实现多速率交换，并允很多种业务共享网络资源。很多种业务共享网络资源。在交换速率方面在交换速率方面电路交换可达到高速率的交换；而分组交换的交换速电路交换可达到高速率的交换；而分组交换的交换速率受到了限制。率受到了限制。在设备的困难性方
18、面在设备的困难性方面分组交换须要一套困难的队列管理机制，而电路交换分组交换须要一套困难的队列管理机制，而电路交换则须要困难路由选择算法。则须要困难路由选择算法。CTM与与PTM的比较的比较40固定长度的信元固定长度的信元 信元信元(cell)(cell)只有只有5353个字节个字节(byte)(byte)，其中开头，其中开头5 5个字节称为信头个字节称为信头(cell header)(cell header)，其余，其余4848个字节为个字节为信息域，或称为净荷信息域，或称为净荷(pay load)(pay load)。接受很短的信元可以削减交换节点内部的缓冲接受很短的信元可以削减交换节点内部
19、的缓冲器容量以及排队时延和时延抖动。器容量以及排队时延和时延抖动。信元的长度固定，则有利于简化交换限制和缓信元的长度固定，则有利于简化交换限制和缓冲器管理。冲器管理。ATM交换交换-异步传送模式异步传送模式4142信头简化信头简化 ATM ATM信元的信头功能有限，主要是虚连接的信元的信头功能有限，主要是虚连接的标识，还有优先级标记、信头的差错检验等。标识，还有优先级标记、信头的差错检验等。面对连接面对连接 ATM ATM接受面对连接的方式。即用户信息传送接受面对连接的方式。即用户信息传送前，先要有连接建立过程，在信息传送结束后，前，先要有连接建立过程，在信息传送结束后，要拆除连接。它不是物理
20、连接，而是一种虚连接要拆除连接。它不是物理连接，而是一种虚连接(VC(VC：Virtual Connection)Virtual Connection)。ATM交换交换43异步时分交换异步时分交换 同步时分（时间位置、物理信道）同步时分（时间位置、物理信道）(STDSTD：Synchronous Time Division)Synchronous Time Division)异步时分（标记、物理信道）异步时分（标记、物理信道）(ATDATD：Asynchronous Time Division)Asynchronous Time Division)ATM交换交换44 ATM ATM技术是以分组
21、传送模式为基础并融技术是以分组传送模式为基础并融合了电路传送模式高速化的优点发展而成合了电路传送模式高速化的优点发展而成的。的。ATMATM克服了克服了STMSTM不能适应随意速率业务，不能适应随意速率业务，难以导入未知新业务的缺点；简化了分组难以导入未知新业务的缺点；简化了分组通信中的协议，并由硬件对简化的协议进通信中的协议，并由硬件对简化的协议进行处理，交换节点不再对信息进行流量限行处理，交换节点不再对信息进行流量限制和差错限制，从而极大地提高了网络的制和差错限制，从而极大地提高了网络的传输处理实力。传输处理实力。ATM交换交换45IP over ATM有两种模式：有两种模式：叠加模型：叠
22、加模型：CIP、LANE、MPOA集成模型：集成模型：IP交换、交换、Tag交换、交换、MPLSIP交换交换46电交换光 电光 电光 电光 电电 光光 电电 光光信号光信号光交换光信号光信号光交换光交换473、电信交换系统的基本结构、电信交换系统的基本结构交换网络限制系统接口接口接口接口用户线中继线48互连技术互连技术交换网络的拓扑结构、选路策略、限制机理、多播方交换网络的拓扑结构、选路策略、限制机理、多播方式、堵塞特性、故障防卫式、堵塞特性、故障防卫接口技术接口技术模拟用户接口、数字用户接口、模拟中继接口、数字模拟用户接口、数字用户接口、模拟中继接口、数字中继接口中继接口信令技术信令技术用户
23、信令、局间信令用户信令、局间信令限制技术限制技术限制系统的结构方式、处理机间的通信方式、多处理限制系统的结构方式、处理机间的通信方式、多处理机结构机结构电信交换的基本技术电信交换的基本技术49交换设备交换设备终端设备终端设备传输设备传输设备4、现代通信网技术综述、现代通信网技术综述通信网的组成通信网的组成50通信网的分层结构通信网的分层结构骨干传送网骨干传送网接入网接入网传送网传送网应用层应用层SN1业务网业务网1SNn业务网业务网n业务网业务网CPE/CPN支支撑撑网网51电信网电信网通信业务通信业务主要特点主要特点电话通信网（PSTN）模拟电话、中低速率（56kbit/s）应用广泛分组交换
24、网（X.25）中低速数据（64kbit/s）应用广泛可靠性高综合业务数字网（N-ISDN）电话、传真、数据等综合业务（642048kbit/s）灵活方便节省开支帧中继网（FRN）中高速数据（642048kbit/s）传输速率高灵活、价格低数字数据网（DDN）中高速数据（642048kbit/s）应用广泛传输速度高价格高业务网的种类（业务网的种类（1）52业务网的种类（业务网的种类（2）电信网电信网通信业务通信业务主要特点主要特点数字移动通信网（GSM、CDMA）（GPRS）（3G）电话、低速数据（816kbit/s）电话、中速数据100kbit/s多媒体 2Mbit/s应用广泛移动通信VSAT
25、卫星网电话、中低速数据（128kbit/s）建网快成本高宽带综合业务数字网（B-ISDN）多媒体 155.52Mbit/s宽带综合业务下一代网络（NGN）多媒体、高速数据（Gbit/s）发展方向、高效灵活、综合、开放、多业务53电信网的支撑网电信网的支撑网 No.7信令网 数字同步网 电信管理网（TMN）54通信网的技术发展通信网的技术发展n通信技术数字化n通信业务综合n通信网络宽带化n通信服务个人化n网络管理智能化n网络互通融合化55小结小结电信交换概论电信交换概论1 1、在通信网中为什么要引入交换的概念？、在通信网中为什么要引入交换的概念？2 2、目前交换技术主要有那几种，分别属于那种传送模、目前交换技术主要有那几种，分别属于那种传送模式？式？3 3、B-ISDNB-ISDN为什么接受为什么接受ATMATM技术作为其传输、复用和交换技术作为其传输、复用和交换 的核心技术？的核心技术？4 4、电信交换系统的基本结构是怎样的？其主要技术有、电信交换系统的基本结构是怎样的？其主要技术有哪些？哪些？5 5、基本概念：面对连接方式、无连接方式、基本概念：面对连接方式、无连接方式 同步时分交换、异步时分交换同步时分交换、异步时分交换56