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1、现代交换技术北京邮电大学计算机学院北京邮电大学计算机学院 通信技术中心通信技术中心第1页，本讲稿共51页1 电话交换系统2 数据交换系统3 宽带交换系统4 光交换系统第2页，本讲稿共51页1 电话交换系统点对点的电话通信电话交换机电话网第3页，本讲稿共51页点对点的电话通信点对点的电话通信发话器发话器受话器受话器受话器受话器发话器发话器电话机电话机电话机电话机电源电源电源电源发话器发话器受话器受话器受话器受话器发话器发话器电话机电话机电话机电话机电源电源二二四四转转换换二二四四转转换换第4页，本讲稿共51页多用户间的互连缺点：1.不经济，线路投资大，线路利用率低2.使用不方便，要将电话机和很多
2、对线连接起来3.安装维护困难，当N个终端时，需要N(N-1)/2 个连线，增加N+1 个终端时，必须增设N个线路。第5页，本讲稿共51页一台交换机组成的通信网电话交换机必须具备下列功能电话交换机必须具备下列功能 及时发现用户的呼叫请求；及时发现用户的呼叫请求；记录被叫用户号码；记录被叫用户号码；判别被叫用户当前的忙闲状态；判别被叫用户当前的忙闲状态；若被叫空闲，交换机应能选择一条空闲的链若被叫空闲，交换机应能选择一条空闲的链路临时将主叫、被叫用户话机连通，使双方路临时将主叫、被叫用户话机连通，使双方进入通话状态；进入通话状态；通话结束后，交换机必须及时进行拆线释放通话结束后，交换机必须及时进行
3、拆线释放处理；处理；同一时间内交换机要允许若干对用户同时同一时间内交换机要允许若干对用户同时进行通话且互不干扰。进行通话且互不干扰。使任意两个交换机所带的用户自由通话；使任意两个交换机所带的用户自由通话；第6页，本讲稿共51页电话交换机的发展电话交换机的发展 人工交换机人工交换机人工交换机人工交换机人工接续人工接续人工接续人工接续 步进制交换机步进制交换机步进制交换机步进制交换机 纵横制交换机纵横制交换机纵横制交换机纵横制交换机 电子交换机电子交换机电子交换机电子交换机布线逻辑布线逻辑布线逻辑布线逻辑 晶体管代替电磁继电器晶体管代替电磁继电器晶体管代替电磁继电器晶体管代替电磁继电器程序控制程序
4、控制程序控制程序控制 模拟程控模拟程控模拟程控模拟程控 数字程控数字程控数字程控数字程控自动交换机自动交换机机电式机电式交换机交换机第7页，本讲稿共51页程控交换机的组成基本组成话路设备控制系统用户电路的组成馈电、过压保护、振铃、监视、编译码与滤波、混合电路、测试第8页，本讲稿共51页程控交换机的分类根据服务范围分类局用交换机、用户交换机根据交换方式分类空分交换机、时分交换机根据话音信号分类模拟交换机、数字交换机第9页，本讲稿共51页电话网电话网 本地网本地网交换：交换：交换：交换：根据电话使用者的需求，把电话机连接在一起，使之能够根据电话使用者的需求，把电话机连接在一起，使之能够根据电话使用
5、者的需求，把电话机连接在一起，使之能够根据电话使用者的需求，把电话机连接在一起，使之能够 互相通信的功能互相通信的功能互相通信的功能互相通信的功能第10页，本讲稿共51页电话网电话网 长途网第11页，本讲稿共51页通信网通信网通信网 由由交换设备、传输设备、接入设备交换设备、传输设备、接入设备交换设备、传输设备、接入设备交换设备、传输设备、接入设备，结合信令过程、协议和支撑运行系统组成，结合信令过程、协议和支撑运行系统组成的网络。的网络。通信网的组成通信网的组成 接入设备接入设备接入设备接入设备固固定定电电话话机机、移移动动电电话话、传传真真机机等等各各类类用用户户终终端端，以以及及集集团团电
6、电话话、用用户户小小交交换机、集群设备、接入网等换机、集群设备、接入网等 交换设备交换设备交换设备交换设备各类交换机和交叉连接设备各类交换机和交叉连接设备 传输设备传输设备传输设备传输设备用用户户线线路路、中中继继线线路路和和信信号号转转换换设设备备，如如：双双绞绞线线、电电缆缆、基基站站无无线线收收发设备、光缆、光电转换器、卫星、微波等发设备、光缆、光电转换器、卫星、微波等第12页，本讲稿共51页BTSBSCMSCVLRHLREIRMSCVLRSMSgateway UmA-bisAGMSCPSTN移动通信网络移动通信网络BTSBSC UmA-bisA 主叫被叫第13页，本讲稿共51页电话交换
7、系统的特点电话交换系统的特点 呼叫建立时向网络申请资源，建立一条从主叫到被叫的通路；呼叫建立时向网络申请资源，建立一条从主叫到被叫的通路；呼叫结束时释放该通路。如果申请不到资源，则发生呼叫结束时释放该通路。如果申请不到资源，则发生呼损呼损。通信过程中，双方始终占有这条通路，保证数据快速传递。通信过程中，双方始终占有这条通路，保证数据快速传递。支持实时的、交互的通信，但线路利用率低。支持实时的、交互的通信，但线路利用率低。只提供透明传输。对通路上的通信内容，交换系统不进行差错控只提供透明传输。对通路上的通信内容，交换系统不进行差错控制。制。实质：通信双方间存在一条电路实质：通信双方间存在一条电路
8、电路交换电路交换第14页，本讲稿共51页现代通信网的三大支撑网现代通信网的三大支撑网数字同步网数字同步网数字同步网数字同步网 保证网络中的各节点同步工作保证网络中的各节点同步工作保证网络中的各节点同步工作保证网络中的各节点同步工作信令网信令网信令网信令网 通信网的神经系统通信网的神经系统通信网的神经系统通信网的神经系统电信管理网电信管理网电信管理网电信管理网 完成电信网和电信业务的性能管理、配置管理、故障管理、完成电信网和电信业务的性能管理、配置管理、故障管理、完成电信网和电信业务的性能管理、配置管理、故障管理、完成电信网和电信业务的性能管理、配置管理、故障管理、计费管理、安全管理计费管理、安
9、全管理计费管理、安全管理计费管理、安全管理第15页，本讲稿共51页通信网信令系统的基本功能通信网信令系统的基本功能 建立通路建立通路 拆除通路拆除通路电话网电话网用户线信令局间信令局间信令第16页，本讲稿共51页信令信令信令 电话网中为用户建立和拆除连接，需要网中各个相关设备协调工作，为此在电话网中为用户建立和拆除连接，需要网中各个相关设备协调工作，为此在各个设备间传输的控制信号和规约称为信令。各个设备间传输的控制信号和规约称为信令。用户信令用户信令 用户线信令是用户和交换机之间的信令，在用户线上传送。主要包括用用户线信令是用户和交换机之间的信令，在用户线上传送。主要包括用户向交换机发送的监视
10、信令和选择信令，交换机向用户发送的铃流和忙户向交换机发送的监视信令和选择信令，交换机向用户发送的铃流和忙音等音信号。音等音信号。局间信令局间信令 局间信令是交换机之间（市局间信令是交换机之间（市-市、市市、市-长、长长、长-长）、交换机与网管中长）、交换机与网管中心、数据库（心、数据库（HLRHLR、VLRVLR）之间的信令，在局间中继线上传送，）之间的信令，在局间中继线上传送，用来控制呼叫用来控制呼叫接续和拆线。接续和拆线。第17页，本讲稿共51页呼叫处理的一般过程摘机检测拨号号码分析接续、被叫用户振铃被叫用户摘机、计费挂机第18页，本讲稿共51页 甲甲乙乙用户线用户线市话发市话发端分局端分
11、局市话收市话收端分局端分局局间中继线局间中继线用户线用户线主叫摘机主叫摘机拨号音拨号音拨号拨号占用占用占用证实占用证实数字（被叫号码）数字（被叫号码）证实证实振铃音振铃音拨号拨号回铃音回铃音摘机摘机应答应答通话通话市话呼叫接续示意图市话呼叫接续示意图第19页，本讲稿共51页2 数据交换系统数据通信和话音通信的区别数据通信和话音通信的区别数据通信和话音通信的区别数据通信和话音通信的区别？通信对象不同通信对象不同通信对象不同通信对象不同 传输可靠性要求不同传输可靠性要求不同传输可靠性要求不同传输可靠性要求不同 通信的平均持续时间不同通信的平均持续时间不同通信的平均持续时间不同通信的平均持续时间不同
12、 信息的业务量特征不同信息的业务量特征不同信息的业务量特征不同信息的业务量特征不同数据通信使用的交换方式数据通信使用的交换方式数据通信使用的交换方式数据通信使用的交换方式 电路交换电路交换电路交换电路交换 报文交换报文交换报文交换报文交换 分组交换分组交换分组交换分组交换第20页，本讲稿共51页2 数据交换系统数据通信和话音通信的区别数据通信和话音通信的区别数据通信和话音通信的区别数据通信和话音通信的区别？通信对象不同通信对象不同通信对象不同通信对象不同 传输可靠性要求不同传输可靠性要求不同传输可靠性要求不同传输可靠性要求不同 通信的平均持续时间不同通信的平均持续时间不同通信的平均持续时间不同
13、通信的平均持续时间不同 信息的业务量特征不同信息的业务量特征不同信息的业务量特征不同信息的业务量特征不同数据通信使用的系统数据通信使用的系统数据通信使用的系统数据通信使用的系统 电路交换电路交换电路交换电路交换 报文交换报文交换报文交换报文交换 分组交换分组交换分组交换分组交换第21页，本讲稿共51页电路交换7070年代提出改造用户线允许直接进行数字信号的传输，构成以年代提出改造用户线允许直接进行数字信号的传输，构成以数数字接入、数字传输、数字交换字接入、数字传输、数字交换 为特征的电路交换数据网络为特征的电路交换数据网络CSDNCSDN。数据通信的电路交换过程类似于电话交换网的电话交换数据通
14、信的电路交换过程类似于电话交换网的电话交换用户的数据信息透明传输，信息的传输效率较高用户的数据信息透明传输，信息的传输效率较高电路资源被通信双方独占，电路利用率低电路资源被通信双方独占，电路利用率低有呼损，即可能出现由于对方用户终端设备忙或交换网负载有呼损，即可能出现由于对方用户终端设备忙或交换网负载过重而呼叫不通过重而呼叫不通第22页，本讲稿共51页2 数据交换系统数据通信和话音通信的区别数据通信和话音通信的区别？通信对象不同通信对象不同 传输可靠性要求不同传输可靠性要求不同 通信的平均持续时间不同通信的平均持续时间不同 信息的业务量特征不同信息的业务量特征不同数据通信使用的系统数据通信使用
15、的系统 电路交换电路交换 报文交换报文交换 分组交换分组交换第23页，本讲稿共51页报文交换采用采用 存储存储转发转发 ，以报文为单，以报文为单位进行交换位进行交换无呼损，不需要叫通对方就可发送无呼损，不需要叫通对方就可发送报文报文提高了线路的利用率提高了线路的利用率交换机需有大的存储容量交换机需有大的存储容量不适用于即时交互式数据通信不适用于即时交互式数据通信报文交换方式原理第24页，本讲稿共51页2 数据交换系统数据通信和话音通信的区别数据通信和话音通信的区别？通信对象不同通信对象不同 传输可靠性要求不同传输可靠性要求不同 通信的平均持续时间不同通信的平均持续时间不同 信息的业务量特征不同
16、信息的业务量特征不同数据通信使用的系统数据通信使用的系统 电路交换电路交换 报文交换报文交换 分组交换分组交换第25页，本讲稿共51页分组交换（1）采用 存储转发，与报文交换以报文为单位交换不同，分组交换采用分组packet为单位分组是将报文截成许多短的、规格化了的分组分组，便于交换机处理。第26页，本讲稿共51页分组交换工作原理第27页，本讲稿共51页分组交换（2）两种工作模式数据报Datagram每个数据分组都包含终点地址信息，独立寻找路径，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。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。传输时延大，
17、时延差别大，对网络故障适应性强。虚电路Virtual Circuit类似电路交换，通信要经过类似电路交换，通信要经过 连接建立、数据传输、连接建立、数据传输、连接建立、数据传输、连接建立、数据传输、连接拆除连接拆除连接拆除连接拆除 三个阶段三个阶段第28页，本讲稿共51页分组交换（3）特点 分组分组分组分组 实时性比报文交换高实时性比报文交换高 线路统计复用，通信线路的利用率高线路统计复用，通信线路的利用率高 可靠性高，分段进行差错校验，分组自动选择路由可靠性高，分段进行差错校验，分组自动选择路由 技技术术复复杂杂，每每个个分分组组要要有有附附加加信信息息，编编码码效效率率低低；处处理理多速率
18、、多格式，协议复杂，交换机的处理能力要求高。多速率、多格式，协议复杂，交换机的处理能力要求高。第29页，本讲稿共51页3 宽带交换系统业务发展的需要宽带交换技术快速电路交换快速分组交换帧中继异步转移模式ATMIP交换标记交换第30页，本讲稿共51页快速电路交换有信息传送时快速建立通道，没有信息传送时立即释放通道线路利用率高线路利用率高带宽为基本速率的整数倍带宽为基本速率的整数倍系统必须能在非常短的时间内建立和拆除连接，交换机的信令处理能力要求极高第31页，本讲稿共51页快速分组交换帧中继帧中继的产生 传输环境的变化传输环境的变化 高速数据传输的需求高速数据传输的需求帧中继（分组交换的改进）取消
19、原网络完成的逐段链路的差错控制，由网络的边缘完成；取消原网络完成的逐段链路的差错控制，由网络的边缘完成；交交换节点只进行差错检查换节点只进行差错检查 基本数据单元为帧，实现不同协议的数据的封装和传输基本数据单元为帧，实现不同协议的数据的封装和传输 在链路层引入在链路层引入数据链路连接标示符数据链路连接标示符DLCIDLCI，完成分组交换的虚，完成分组交换的虚电路功能电路功能 用于用于LANLAN之间的互联之间的互联第32页，本讲稿共51页帧中继的虚电路帧中继的虚电路入线入线入线入线DLCIDLCI出线出线出线出线DLCIDLCI1 111111 15050入线入线入线入线DLCIDLCI出线出
20、线出线出线DLCIDLCI1 112121 111111 115152 22020入线入线入线入线DLCIDLCI出线出线出线出线DLCIDLCI1 150501 16262入线入线入线入线DLCIDLCI出线出线出线出线DLCIDLCI1 120201 12525123FRS4第33页，本讲稿共51页帧中继的虚电路入线入线入线入线DLCIDLCI出线出线出线出线DLCIDLCI1 111111 15050入线入线入线入线DLCIDLCI出线出线出线出线DLCIDLCI1 112121 111111 115152 22020入线入线入线入线DLCIDLCI出线出线出线出线DLCIDLCI1 1
21、50501 16262入线入线入线入线DLCIDLCI出线出线出线出线DLCIDLCI1 120201 12525123FRS4第34页，本讲稿共51页帧中继的应用 上海分公司上海分公司局域网局域网 LAN 北京总部北京总部局域网局域网 LAN广州分公司广州分公司局域网局域网 LAN第35页，本讲稿共51页异步转移模式ATM综合电路交换和分组交换的优点特点 存贮转发，适应不同速率要求存贮转发，适应不同速率要求 采用信元方式采用信元方式第36页，本讲稿共51页异步转移模式ATM综合电路交换和分组交换的优点综合电路交换和分组交换的优点特点特点 存贮转发，适应不同速率要求存贮转发，适应不同速率要求
22、采用信元方式采用信元方式 面向连接并且预约资源，面向连接并且预约资源，减少时延差，保证传输有序，但减少时延差，保证传输有序，但有呼损有呼损 取消逐段链路的差错控制、流量控制取消逐段链路的差错控制、流量控制 支持各种电信业务支持各种电信业务第37页，本讲稿共51页异步转移模式ATM综合电路交换和分组交换的优点特点 存贮转发，适应不同速率要求存贮转发，适应不同速率要求 采用信元方式采用信元方式 面向连接并且预约资源，面向连接并且预约资源，减少时延差，保证传输有序，但有减少时延差，保证传输有序，但有呼损呼损 取消逐段链路的差错控制、流量控制取消逐段链路的差错控制、流量控制 支持各种电信业务支持各种电
23、信业务第38页，本讲稿共51页异步转移模式ATM综合电路交换和分组交换的优点特点 存贮转发，适应不同速率要求存贮转发，适应不同速率要求 采用信元方式采用信元方式 面向连接并且预约资源，面向连接并且预约资源，减少时延差，保证传输有序，但减少时延差，保证传输有序，但有呼损有呼损 取消逐段链路的差错控制、流量控制取消逐段链路的差错控制、流量控制 支持各种电信业务支持各种电信业务第39页，本讲稿共51页X.25X.25分组分组 帧中继帧中继FR FR 异步转移模式异步转移模式 ATM ATM 的比较的比较3 32 21 13 32 21 13 32 21 13 32 21 1终端终端交换节点完全差错控
24、制完全差错控制完全差错控制完全差错控制3 32b2b2a2a1 1有限差错控制有限差错控制有限差错控制有限差错控制2a2a1 12a2a1 13 32b2b2a2a1 1完全差错控制完全差错控制3 32 21b1b1a1a1b1b1a1a1b1b1a1a3 32 21b1b1a1a完全差错控制完全差错控制X.25X.25分组分组分组分组异步转移模式异步转移模式 ATMATM帧中继帧中继帧中继帧中继FRFR第40页，本讲稿共51页电路交换、分组交换、ATM的关系电路交换物理信道固定时隙透明传输实时控制简单分组交换虚信道不定长、多速率统计复用非实时控制复杂ATM定长、多速率实时、控制复杂第41页，
25、本讲稿共51页ATM核心网（Core Networks）第42页，本讲稿共51页IP交换IPIP交换认为路由器是交换认为路由器是IPIP网中的最大瓶颈，希网中的最大瓶颈，希望借助望借助ATMATM技术来完全替代传统的路由器技术来完全替代传统的路由器技术技术IPIP交换是在交换是在ATMATM交换机硬件的基础上附加交换机硬件的基础上附加一个一个IPIP路由软件及控制交换器组成路由软件及控制交换器组成两种数据流两种数据流 持续期长、业务量大的用户数据流由持续期长、业务量大的用户数据流由ATMATM交换机交换机交换机交换机交换交换FTP FTP 多媒体视频、音频多媒体视频、音频 持续期短、业务量小、
26、呈突发分布的用户数据流由持续期短、业务量小、呈突发分布的用户数据流由IPIP路由路由路由路由交换交换DNS SNMP SMTPDNS SNMP SMTPIP交换控制器ATM交换机IP 交换机突发业务面向流业务第43页，本讲稿共51页标记交换基于传统路由器的基于传统路由器的ATMATM承载承载IPIP的技术的技术把数据的传递从路由变为交换把数据的传递从路由变为交换建立标记信息库建立标记信息库TFIBTFIB，IPIP地址地址出口标记；出口标记；硬件方式完成硬件方式完成TFIBTFIB的检索和数据转发。的检索和数据转发。第44页，本讲稿共51页4 光交换系统光技术在传输系统中广泛应用 目前的交换设
27、备多为电交换目前的交换设备多为电交换电电交交换换光光-电电光光-电电光光-电电电电-光光电电-光光电电-光光电电信信号号电电信信号号光光交交换换光光信信号号光光信信号号第45页，本讲稿共51页4 光交换系统光技术在传输系统中广泛应用 目前的交换设备多为电交换目前的交换设备多为电交换光交换优点光交换优点 减少光电转换的损伤、提高交换速度、成本降低减少光电转换的损伤、提高交换速度、成本降低光交换方式 空分交换空分交换 波分交换波分交换 时分交换时分交换 自由空间交换自由空间交换第46页，本讲稿共51页空分交换采用半导体的光开关入线 1 2 31 2 3 出线第47页，本讲稿共51页波分交换波长互换光分束器滤波器波长转换器光波复用器滤波器1.n波长转换器1nij第48页，本讲稿共51页时分交换光延迟器分路器合路器1 12 23 34 41 12 23 34 42 23 31 14 4光延迟线第49页，本讲稿共51页自由空间交换空间光调制器 1 2 3 1 2 3第50页，本讲稿共51页通信发展趋势发展趋势终端的数字化、智能化、多功能化传输设备的数字化、宽带化交换设备数字化、宽带化通信网的数字化、综合化、智能化、个人化第51页，本讲稿共51页