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1、第第01章交换技术概述章交换技术概述第1页，本讲稿共80页第一章第一章 交换技术概述交换技术概述（一）教学内容：（一）教学内容：简要介绍程控交换的相关概念、交换技术简要介绍程控交换的相关概念、交换技术的分类、交换技术的发展过程和电话交换信令方式，为后面章的分类、交换技术的发展过程和电话交换信令方式，为后面章节提供整体认识节提供整体认识。（二）教学目标与要求：（二）教学目标与要求：通过对本课的学习，使学生了解通过对本课的学习，使学生了解程控交换的相关概念、交换技术的分类和电话交换信令方式。程控交换的相关概念、交换技术的分类和电话交换信令方式。（三）教学重点与难点：（三）教学重点与难点：交换技术的
2、分类和中国交换技术的分类和中国1号与号与7号信号信令的原理令的原理。（四）教学方法：（四）教学方法：讲授法。讲授法。第2页，本讲稿共80页1.1 交换的基本概念交换的基本概念1.2 交换技术分类交换技术分类1.3 交换技术的发展交换技术的发展1.4 电话交换信令方式电话交换信令方式第3页，本讲稿共80页1.1 交换的基本概念交换的基本概念1.1.1 交换的引入交换的引入通通信信的的目目的的是是实实现现信信息息的的传传递递。自自从从1876年年Bell.A.G发发明明电电话话以以来来，一一个个电电信信系系统统至至少少应应由由终终端端和和传传输输媒媒介介组组成成，如如图图1.1所示。所示。第4页，
3、本讲稿共80页终端终端终端终端传输媒介传输媒介电信号电信号电信号电信号消息消息图图1.1 点对点通信系统点对点通信系统第5页，本讲稿共80页当存在当存在多个终端多个终端时，人们希望其中任时，人们希望其中任意两个终端之间都可以进行点对点通信。意两个终端之间都可以进行点对点通信。由由此此可可见见，实实现现通通信信必必须须要要有有三三个个要要素，即素，即终端终端、传输传输和和交换交换。第6页，本讲稿共80页电话交换电话交换是电信交换中最基本的一种是电信交换中最基本的一种交换业务。它是指任何一个交换业务。它是指任何一个主叫用户主叫用户的信的信息，可以通过通信网中的息，可以通过通信网中的交换节点交换节点
4、发送给发送给所需的任何一个或多个所需的任何一个或多个被叫用户被叫用户。当电话用户分布的区域较广时，就需当电话用户分布的区域较广时，就需设置多个交换节点，交换节点之间用中继设置多个交换节点，交换节点之间用中继线相连，如线相连，如图图1.4所示。所示。第7页，本讲稿共80页图图1.4 采用多个交换节点采用多个交换节点 第8页，本讲稿共80页1.1.2 交换节点的基本功能交换节点的基本功能交换节点可控制以下四种接续类型：交换节点可控制以下四种接续类型：（1）本本局局接接续续：本本局局用用户户线线之之间间的的接续。接续。（2）出出局局接接续续：在在用用户户线线与与出出中中继继线之间的接续。线之间的接续
5、。（3）入入局局接接续续：在在入入中中继继线线与与用用户户之间的接续。之间的接续。第9页，本讲稿共80页（4）转接接续转接接续：在入中继线与出中：在入中继线与出中继线之间的接续。继线之间的接续。为完成上述的交换接续，交换节点必为完成上述的交换接续，交换节点必须具备的须具备的最基本的功能如下：最基本的功能如下：（1）能正确接收和分析从用户线或）能正确接收和分析从用户线或中继线发来的中继线发来的呼叫信号呼叫信号。第10页，本讲稿共80页（2）能正确接收和分析从用户线或中）能正确接收和分析从用户线或中继线发来的继线发来的地址信号地址信号。（3）能按目的地址正确地进行选路以）能按目的地址正确地进行选路
6、以及在中继线上及在中继线上转发转发信号。信号。（4）能控制）能控制连接的建立连接的建立。（5）能按照所收到的释放信号）能按照所收到的释放信号拆除连拆除连接接。第11页，本讲稿共80页1.2 交换技术分类交换技术分类众所周知，通信所传输的消息有多种众所周知，通信所传输的消息有多种形式，如符号、文字、数据、语音、图形形式，如符号、文字、数据、语音、图形以及图像等。以及图像等。第12页，本讲稿共80页1.2.1 模拟交换与数字交换模拟交换与数字交换通信所传输的消息虽然有多种形式，通信所传输的消息虽然有多种形式，但大致可归纳成但大致可归纳成两种类型：两种类型：连续消息连续消息和和离离散消息散消息。连续
7、消息：连续消息：指消息的状态是随时间连指消息的状态是随时间连续变化的，如强弱连续变化的语音等。续变化的，如强弱连续变化的语音等。离散消息：离散消息：指消息的状态是可数的或指消息的状态是可数的或离散的，如符号、文字和数据等。通常，离散的，如符号、文字和数据等。通常，将连续消息和离散消息分别称为模拟消息将连续消息和离散消息分别称为模拟消息和数字消息。和数字消息。第13页，本讲稿共80页一、模拟信号和数字信号一、模拟信号和数字信号对应于两种不同类型的消息对应于两种不同类型的消息,可以有可以有两种信号形式。即对应于模拟消息的是模两种信号形式。即对应于模拟消息的是模拟信号，对应于数字消息的是数字信号，拟
8、信号，对应于数字消息的是数字信号，如如图图1.6所示。所示。第14页，本讲稿共80页tu（a）模拟信号）模拟信号u0 1 0(b)数字信号数字信号00t00111图图1.6 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号第15页，本讲稿共80页1模拟信号模拟信号模拟信号是指代表消息的信号及其参模拟信号是指代表消息的信号及其参数（幅度、频率或相位）随着消息数（幅度、频率或相位）随着消息连续变连续变化化的信号，如图的信号，如图1.6（a）所示。所示。2数字信号数字信号数数字字信信号号是是指指信信号号幅幅度度并并不不随随时时间间作作连续的变化，而是连续的变化，而是取有限个离散值取有限个离散值的信号。的信号。第
9、16页，本讲稿共80页二、模拟通信和数字通信二、模拟通信和数字通信1模拟通信模拟通信以以模模拟拟信信号号为为传传输输对对象象的的传传输输方方式式称称为为模模拟拟传传输输,而而以以模模拟拟信信号号来来传传送送消消息息的的通信方式称为通信方式称为模拟通信模拟通信。第17页，本讲稿共80页2数字通信数字通信以以数数字字信信号号为为传传输输对对象象的的传传输输方方式式称称为为数数字字传传输输，以以数数字字信信号号来来传传送送消消息息的的通通信方式称为信方式称为数字通信数字通信。数数字字通通信信与与模模拟拟通通信信相相比比，具具有有抗抗干干扰扰性性强强、保保密密性性好好、设设备备易易于于集集成成化化以以
10、及及便便于于使使用用计计算算机机技技术术进进行行处处理理等等优优点点；其其主主要要缺缺点点是是所所用用的的信信道道频频带带比比模模拟拟通通信信所所用用的的信信道道频频带带宽宽得得多多，降降低低了了信信道道的的利利用用率。率。第18页，本讲稿共80页三、模拟交换和数字交换三、模拟交换和数字交换1模拟交换模拟交换以以模模拟拟信信号号为为交交换换对对象象的的交交换换称称为为模模拟拟交交换换，传传输输和和交交换换的的信信号号是是模模拟拟信信号号的的交换机称为交换机称为模拟交换机模拟交换机。2数字交换数字交换以以数数字字信信号号为为交交换换对对象象的的交交换换称称为为数数字字交交换换，传传输输和和交交换
11、换的的信信号号是是数数字字信信号号的的交换机称为交换机称为数字交换机数字交换机。第19页，本讲稿共80页1.2.2 布控交换与程控交换布控交换与程控交换布布控控就就是是布布线线逻逻辑辑控控制制（Wired Logic Control，WLC），布布控控交交换换是是利利用用逻逻辑辑电路进行控制电路进行控制的一种交换方式。的一种交换方式。程程 控控 就就 是是 存存 储储 程程 序序 控控 制制（Stored Program Control，SPC），程程控控交交换换是是利利用用计计算算机机软软件件进进行行控控制制（即即存存储储程程序序控控制制）的一种交换方式。的一种交换方式。第20页，本讲稿共8
12、0页1.2.3 电路交换与分组交换电路交换与分组交换一、电路交换一、电路交换1传统的电路交换传统的电路交换电电路路交交换换（Circuit Switching，CS）是是指指固固定定分分配配带带宽宽（传传送送通通路路），连连接接建建立立后后，即即使使无无信信息息传传送送也也占占用用电电路路的的一一种种交换方式。交换方式。第21页，本讲稿共80页2多速率电路交换多速率电路交换多多速速率率电电路路交交换换（Multi-Rate Circuit Switching，MRCS）是是基基于于传传统统电电路路交交换换的的一一种种改改进进方方式式，它它可可以以对对不不同同的的业业务务提提供供不不同同的的带带
13、宽宽，包包括括基基本本速速率率（例例如如8kbit/s 或或 64kbit/s）及及其其整整数数倍倍；在在节节点点内内部部的的交交换换网网络络及及其其控控制制上上可可以以采采用用两两种种方方法法来来实实现现多多速速率率交交换换的的要要求求，即即采采用用多多个个不不同同速速率率的的交交换换网网络络和和采采用用一一个个统统一一的的多速率交换网络。多速率交换网络。第22页，本讲稿共80页3 3快速电路交换快速电路交换快速电路交换快速电路交换快快速速电电路路交交换换（Fast Circuit Switching，FCS）是是电电路路交交换换的的又又一一种种形形式式，是是为为了了克克服服传传统统电电路路
14、交交换中固定分配带宽的缺点和提高灵活性而提出的换中固定分配带宽的缺点和提高灵活性而提出的。二、分组交换二、分组交换为为了了克克服服电电路路交交换换中中各各种种不不同同类类型型和和特特性性的的用用户户终终端端之之间间不不能能互互通通、通通信信电电路路利利用用率率低低以以及及有有呼呼损损等等方面的缺点，提出了方面的缺点，提出了报文交换报文交换的思想。的思想。第23页，本讲稿共80页1分组交换中的相关概念分组交换中的相关概念（1 1）通信线路的资源共享）通信线路的资源共享）通信线路的资源共享）通信线路的资源共享分分组组交交换换的的最最基基本本思思想想就就是是实实现现通通信信资源的共享。资源的共享。（
15、2 2）交织传输）交织传输）交织传输）交织传输在在预预分分配配复复用用方方式式下下，每每个个用用户户传传输输的的数数据据都都在在特特定定的的子子信信道道中中流流动动，接接收收端端很容易把它们区分开来。很容易把它们区分开来。第24页，本讲稿共80页（3）分组的形成）分组的形成从从上上述述分分析析可可知知，把把一一条条实实在在的的线线路路分分成成许许多多逻逻辑辑上上的的子子信信道道，将将线线路路上上传传输输的的数数据据组组附附加加上上逻逻辑辑信信道道号号，就就可可以以让让来来自自不不同同数数据据源源的的数数据据组组在在一一条条线线路路上上交交织织传传输输，接接收收端端很很容容易易将将它它们们按按逻
16、逻辑辑信信道道号号区分开来，实现了线路资源的动态分配。区分开来，实现了线路资源的动态分配。第25页，本讲稿共80页（4）分组的交换）分组的交换分分组组交交换换是是将将报报文文分分成成多多个个分分组组来来独独立立传传送送，收收到到一一个个分分组组即即可可以以发发送送，减减少少了了存存储储的的时时间间，因因而而分分组组交交换换的的时时延延小小于于报文交换，如报文交换，如图图1.10和和图图1.11所示。所示。第26页，本讲稿共80页交换节点交换节点A交换节点交换节点B交换节点交换节点C传输时延传输时延存储时延存储时延处理与排队处理与排队时延时延分组分组1分组分组2分组分组3分组分组5分组分组4分组
17、分组1分组分组2分组分组3分组分组5分组分组4 图图1.10 分组交换的时延分组交换的时延 第27页，本讲稿共80页图图1.11 报报文文交交换换的的时时延延交换节点交换节点A交换节点交换节点B交换节点交换节点C报文报文报文报文传输时延传输时延存储时延存储时延处理与排处理与排队时延队时延第28页，本讲稿共80页分分组组交交换换的的主主要要优优点点是是：第第一一，为为用用户户提提供供了了在在不不同同速速率率、不不同同代代码码、不不同同同同步步方方式式、不不同同通通信信控控制制协协议议的的终终端端之之间间能能够够相相互互通通信信的的灵灵活活的的通通信信环环境境；第第二二，采采用用逐逐段段链链路路的
18、的差差错错控控制制和和流流量量控控制制，出出现现差差错错可可以以重重发发，提提高高了了传传送送质质量量和和可可靠靠性性；第第三三，利利用用线线路路动动态态分分配配，使使得得在在一一条条物物理线路理线路可以可以同时提供多条信息通路同时提供多条信息通路。第29页，本讲稿共80页2虚电路和数据报虚电路和数据报分分组组交交换换可可提提供供虚虚电电路路（Virtual Circuit，VC）和和 数数 据据 报报（Datagram，DG）两种服务方式。两种服务方式。（1）分组头）分组头数数据据报报（DG）方方式式的的每每个个分分组组头头要要包包含含详详细细的的目目的的地地址址，而而虚虚电电路路（VC）方
19、方式式由由于于预预先先已已建建立立逻逻辑辑连连接接，分分组组头头中中只只要要含含有有对对应应于于所所建建立立的的虚虚电电路路的的逻逻辑辑信信道道标识标识即可。即可。第30页，本讲稿共80页（2）选路）选路VC方式方式预先有预先有建立过程，有一定的建立过程，有一定的处理开销处理开销，但一旦虚电路建立，在端到端，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之间所选定的路由上的各个交换节点都具有映像表，存放出入逻辑信道的对应关系，有映像表，存放出入逻辑信道的对应关系，每个分组到来时每个分组到来时只需查找映像表，而不用只需查找映像表，而不用进行复杂的选路进行复杂的选路。（3 3）分组
20、顺序）分组顺序）分组顺序）分组顺序VC方方式式中中，属属于于同同一一呼呼叫叫的的各各个个分分组组在在同同一一条条虚虚电电路路上上传传送送，分分组组会会按按原原有有顺序顺序到达终点，不会产生失序现象。到达终点，不会产生失序现象。第31页，本讲稿共80页（4 4）故障敏感性）故障敏感性）故障敏感性）故障敏感性VC方方式式对对故故障障较较为为敏敏感感，当当传传输输链链路路或或交交换换节节点点发发生生故故障障时时可可能能引引起起虚虚电电路路的的中断中断，需要重新建立。，需要重新建立。（5）应用）应用VC方方式式适适用用于于较较连连续续的的数数据据流流传传送送，其其持持续续时时间间显显著著地地大大于于呼
21、呼叫叫建建立立时时间间，如如文件传送文件传送、传真业务传真业务等。等。第32页，本讲稿共80页3路由选择路由选择路路由由选选择择是是指指选选择择从从源源点点到到达达终终点点的的信息传送路径信息传送路径。（1）扩散式路由法）扩散式路由法扩扩散散式式路路由由法法是是指指分分组组从从原原始始节节点点发发往往与与它它相相邻邻的的每每个个节节点点，接接收收该该分分组组的的节节点点检检查查它它是是否否已已经经收收到到过过该该分分组组，如如果果已已经经收收到到过过，则则将将它它抛抛弃弃；如如果果未未收收到到过过，则则该该节节点点便便把把分分组组再再发发往往其其所所有有相相邻邻的的节节点（除了该分组来源的那个
22、节点之外）。点（除了该分组来源的那个节点之外）。第33页，本讲稿共80页（2）查表路由法）查表路由法此此法法是是在在每每个个节节点点中中使使用用路路由由表表，它它指指明明从从该该节节点点到到网网络络中中的的任任何何终终点点应应当当选选择的路径。择的路径。第34页，本讲稿共80页（3）虚电路路由表法）虚电路路由表法虚电路方式是对虚电路方式是对一次呼叫确定路由一次呼叫确定路由，路由选择是在节点接收到呼叫请求分组之路由选择是在节点接收到呼叫请求分组之后执行的，在此之后到达的数据分组将沿后执行的，在此之后到达的数据分组将沿着由呼叫请求分组建立的路径通过网络。着由呼叫请求分组建立的路径通过网络。虚电路的
23、重连接（虚电路的重连接（Reconnect）是由是由以虚电路交换方式工作的网络提供的一种以虚电路交换方式工作的网络提供的一种功能。功能。第35页，本讲稿共80页三、帧交换三、帧交换通通常常的的分分组组交交换换是是基基于于X.25协协议议。X.25包包含含了了三三层层：第第一一层层是是物物理理层层，第第二二层层是是数数据据链链路路层层，第第三三层层是是分分组组层层，它它们们分分别别对对应应于于开开放放系系统统互互连连（Open System Interconnection，OSI）参参考考模模型型的的下下三三层层，每一层都包含了一组功能。每一层都包含了一组功能。第36页，本讲稿共80页四、快速分
24、组交换四、快速分组交换快快 速速 分分 组组 交交 换换（Fast Packet Switching，FPS）可可理理解解为为尽尽量量简简化化协协议议，只只具具有有核核心心的的网网络络功功能能，以以提提供供高高速速、高高吞吐量吞吐量、低时延低时延服务的交换方式。服务的交换方式。第37页，本讲稿共80页1.2.4 窄带交换与宽带交换窄带交换与宽带交换传传统统的的电电话话交交换换和和数数据据交交换换分分别别适适合合于于话话音音和和2Mbit/s以以下下的的数数据据交交换换，提提供供的的业业务务速速率率限限定定为为64kbit/s 或或n64kbit/s（n=230）的的业业务务交交换换，这这种种方
25、方式式称称为为窄窄带带交交换。换。第38页，本讲稿共80页1.3 交换技术的发展交换技术的发展1.3.1 电话交换技术的发展电话交换技术的发展一、机电式电话交换一、机电式电话交换自自从从1876年年Bell A.G发发明明电电话话以以后后，为为适适应应多多个个用用户户之之间间电电话话交交换换的的要要求求，在在1878年年就就出出现现了了第第一一部部人人工工磁磁石石电电话话交交换换机机。第39页，本讲稿共80页在在1892年年开通开通的第一部自动交换机是的第一部自动交换机是由由Strowger A.B于于1889年发明的年发明的步进制史步进制史端乔式自动交换机端乔式自动交换机。稍后稍后，开始，开
26、始引入间接控制的原理引入间接控制的原理，用，用户的拨号脉冲由交换机内的公用设备户的拨号脉冲由交换机内的公用设备记发记发器器接收和转发，以控制接线器的动作。接收和转发，以控制接线器的动作。纵横制交换机纵横制交换机的出现，是电话交换技的出现，是电话交换技术进入自动化以后具有重要意义的术进入自动化以后具有重要意义的转折点转折点。第40页，本讲稿共80页纵横制的技术进步主要体现在两个方纵横制的技术进步主要体现在两个方面：面：一是采用了比较先进的一是采用了比较先进的纵横接线器纵横接线器，杂音小、通话质量好、不易磨损、寿命长、杂音小、通话质量好、不易磨损、寿命长、维护工作量减少；另一个是维护工作量减少；另
27、一个是采用公共控制采用公共控制方式方式，将将控制功能控制功能与与话路设备话路设备分开分开，使得，使得公共控制部分可以独立设计，功能增强，公共控制部分可以独立设计，功能增强，灵活性提高，接续速度快，便于汇接和选灵活性提高，接续速度快，便于汇接和选择迂回路由，可以实现长途电话交换自动择迂回路由，可以实现长途电话交换自动化。化。第41页，本讲稿共80页二、模拟程控交换二、模拟程控交换相相对对于于机机电电式式自自动动交交换换而而言言，程程控控交交换的换的优越性概括如下优越性概括如下:（1 1）灵活性大，适应性强）灵活性大，适应性强）灵活性大，适应性强）灵活性大，适应性强（2）能提供多种新服务性能）能提
28、供多种新服务性能（3）便于实现共路信令）便于实现共路信令（4）操作维护管理功能的自动化）操作维护管理功能的自动化（5）适应现代电信网的发展）适应现代电信网的发展第42页，本讲稿共80页三、数字程控交换三、数字程控交换数数字字程程控控交交换换普普遍遍采采用用7号号共共路路信信令令方方式式，这这就就是是说说，一一方方面面从从随随路路信信令令发发展展为为共共路路信信令令，另另一一方方面面又又从从适适用用于于模模拟拟网网的的6号号共共路路信信令令发发展展为为适适合合于于数数字字网网的的7号号共路信令共路信令。自自20世世纪纪80年年代代中中期期以以来来，数数字字程程控控交交换换节节点点的的功功能能在在
29、POTS的的基基础础上上不不断断增增强强，主要有以下主要有以下3个方面：个方面：第43页，本讲稿共80页（1）增强为窄带综合业务数字网中增强为窄带综合业务数字网中的交换节点的交换节点：在：在POTS交换系统中增加必要交换系统中增加必要的硬件和软件，可以增强为窄带综合业务的硬件和软件，可以增强为窄带综合业务数字网（数字网（Narrow band-ISDN，N-ISDN）的交换节点。的交换节点。（2）增强为智能网中的业务交换点：增强为智能网中的业务交换点：智能网智能网（Intelligent Network，IN）可以在可以在POTS的基础上提供很多先进的智能网业务，的基础上提供很多先进的智能网业
30、务，POTS交换系统通过功能增强可以成为智能交换系统通过功能增强可以成为智能网中的业务交换点（网中的业务交换点（Service Switching Point，SSP）。）。第44页，本讲稿共80页（3）增强为移动网中的移动交换局增强为移动网中的移动交换局：实现终端移动性以至个人移动性的个人化实现终端移动性以至个人移动性的个人化是电信网发展的又一主要方向，是电信网发展的又一主要方向，移动交换移动交换中心中心（Mobile Switching Center，MSC）实际上是在数字程控交换平台上增加实际上是在数字程控交换平台上增加无线无线接口接口和相应的和相应的移动交换性能移动交换性能。第45页，
31、本讲稿共80页1.3.2 分组交换技术的发展分组交换技术的发展一、早期的研究和试验一、早期的研究和试验1972年年10月，在第月，在第1届届计算机通信国际会计算机通信国际会议议（International Computer Communication Conference，ICCC）上。上。二、分组交换公用数据网二、分组交换公用数据网ARPANET和和一一些些专专用用分分组组交交换换网网的的试试验验，促促进进了了分分组组交交换换进进入入公公用用数数据据网网，形形成成分分 组组 交交 换换 公公 用用 数数 据据 网网（Packet Switched Public Data Network，PS
32、PDN）。）。第46页，本讲稿共80页三、分组交换系统的分代三、分组交换系统的分代从从技技术术发发展展来来看看，分分组组交交换换系系统统大大致致可以划分为可以划分为三代：三代：1第一代分组交换系统第一代分组交换系统第第一一代代分分组组交交换换系系统统实实质质上上是是用用计计算算机来完成机来完成分组交换功能。分组交换功能。2第二代分组交换系统第二代分组交换系统第第二二代代分分组组交交换换系系统统采采用用共共享享媒媒体体将将前前端端处处理理机机互互连连，计计算算机机主主要要用用于于虚虚电电路路的建立，不再成为系统中的瓶颈。的建立，不再成为系统中的瓶颈。第47页，本讲稿共80页比比较较完完善善的的第
33、第二二代代分分组组交交换换系系统统的的设设计计目标和技术特征目标和技术特征如下：如下：（1）高高度度模模块块化化和和多多处处理理机机分分布布式式控控制制结构；结构；（2）容量和应用）容量和应用系列化系列化的系统结构；的系统结构；（3）适应各种适应各种终端接口和网间接口；终端接口和网间接口；（4）先进的处理机先进的处理机和和高速处理高速处理能力。能力。3第三代分组交换系统第三代分组交换系统第48页，本讲稿共80页1.3.3 ATM交换技术的发展交换技术的发展一、早期的研究一、早期的研究1983年年出出现现的的快快速速分分组组交交换换（Fast Packet Switching，FPS）和和 异异
34、 步步 时时 分分（Asynchronous Time Division，ATD）交交换换的的结合结合，导致了，导致了ATM交换方式的产生。交换方式的产生。1983年年，美美国国贝贝尔尔实实验验室室提提出出了了FPS的的原原理理，研研制制了了原原型型机机，FPS源源自自分分组组交交换换，减减少少了了链链路路层层协协议议的的复复杂杂性性，以以硬硬件件来来实实现现协议的处理，从而大大提高了速度。协议的处理，从而大大提高了速度。第49页，本讲稿共80页二、公用二、公用ATM交换网交换网1公用公用ATM宽带试验网宽带试验网1994年年8月月投投入入运运营营的的美美国国北北卡卡罗罗来来纳纳信信息息高高速
35、速公公路路，是是美美国国第第一一个个在在州州的的范范围围 内内 采采 用用 ATM和和 SONET（Synchronous Optical NETwork）的的公公用用ATM宽宽带带网网，被被看看作作未未来来国国家家基基础础信信息息设设施施的的雏雏型型，用用于于远远程程教教学学、远远程程医医疗疗、商商务务、司司法法和和行行政政管管理理等等领领域域，可可以以支支持持ATM信信元元中中继继业业务务、交交换换型型多多兆兆比比特特数数据据业业务务、帧帧中中继继业业务以及电路仿真业务。务以及电路仿真业务。第50页，本讲稿共80页2公用公用ATM交换系统交换系统公公用用网网ATM骨骨干干交交换换系系统统必
36、必须须具具有有高高吞吞吐吐量量和和可可扩扩展展性性，吞吞吐吐量量通通常常为为40160Gbit/s，应应能能支支持持各各种种接接口口、业业务务和和连连接接类型。类型。三、研究热点与展望三、研究热点与展望1ATM交换结构交换结构自自从从提提出出ATM的的概概念念以以来来，ATM交交换换结结构构就就一一直直是是研研究究重重点点之之一一，包包括括拓拓扑扑结结构构、缓冲方式缓冲方式、控制机理控制机理、性能分析性能分析等。等。第51页，本讲稿共80页2ATM网的业务流控制网的业务流控制 如如何何能能有有效效而而公公平平地地分分配配带带宽宽等等资资源源，保保证证各各种种特特性性不不同同的的业业务务和和各各
37、种种呼呼叫叫连连接接的的服服务务质质量量，是是业业务务流流控控制制要要解解决决的的重要而复杂的问题。重要而复杂的问题。第52页，本讲稿共80页3话音通过话音通过ATMATM网的最终目标是实现包括话音在网的最终目标是实现包括话音在内的各种业务的内的各种业务的综合交换综合交换。由于话音。由于话音实时实时性强性强，对时延和时延抖动有严格要求，话，对时延和时延抖动有严格要求，话音通过音通过ATM（Voice Over ATM，VOA）的的技术仍在作进一步研究，以求得完善解决。技术仍在作进一步研究，以求得完善解决。第53页，本讲稿共80页4与智能网的结合与智能网的结合智智能能网网的的能能力力集集3（Ca
38、pabilities-3，CS-3）的的目目标标是是将将智智能能网网（IN）与与B-ISDN结合。结合。5光交换光交换光光交交换换一一直直作作为为下下一一代代的的交交换换技技术术而而在不断地研究，光交换是研究的重点。在不断地研究，光交换是研究的重点。第54页，本讲稿共80页1.3.4 IP交换技术的发展交换技术的发展一、发展背景一、发展背景近近年年来来，Internet在在全全球球范范围围内内快快速速增增长长，从从1989年年开开始始，大大约约每每隔隔56周周，Internet上上的的主主机机数数就就翻翻一一番番，呈呈指指数数级级增增长。长。第55页，本讲稿共80页（1）Internet骨干网
39、的骨干网的传送容量太小，传送容量太小，带宽资源不足带宽资源不足，现有，现有路由器寻址速度低，路由器寻址速度低，吞吐量不够吞吐量不够，同时，同时用户接入速率太低用户接入速率太低。（2）当用户数量急剧增加时，路由器当用户数量急剧增加时，路由器网络性能将下降网络性能将下降，这时路由器虽然可以保，这时路由器虽然可以保证优先级较高的数据传输，但由于它采用证优先级较高的数据传输，但由于它采用无连接的无连接的IP（Internet Protocol），），因而不因而不能使服务质量（带宽、优先级等）与商业能使服务质量（带宽、优先级等）与商业上的优先级对应起来。上的优先级对应起来。第56页，本讲稿共80页（3）
40、路由器网络规模的进一步增大）路由器网络规模的进一步增大要求路由器支持大数量的端口，然而目前要求路由器支持大数量的端口，然而目前一般的路由器只支持一般的路由器只支持10个端口，即使是大个端口，即使是大型路由器也只能支持型路由器也只能支持50个端口，即个端口，即路由器路由器的端口数受到限制的端口数受到限制。第57页，本讲稿共80页（4）规模较大的路由器网络大多采）规模较大的路由器网络大多采用用分层结构分层结构，并且大的节点也采用上述，并且大的节点也采用上述可可堆叠式配置堆叠式配置，以支持大量用户接入。，以支持大量用户接入。（5）当当前前Internet所所使使用用的的IPv4协协议议对对实实时时业
41、业务务、灵灵活活的的路路由由机机制制、流流量量控控制制和和安全性能安全性能的的支持不够支持不够，地址资源也短缺地址资源也短缺。第58页，本讲稿共80页二、二、IP交换交换IP交交换换（IP Switch）是是Ipsilon公公司司提提出出的的专专门门用用于于在在ATM网网上上传传送送IP分分组组的的技技术术，它它克克服服了了Classical IP Over ATM的的一一些些缺缺陷陷（如如在在子子网网之之间间必必须须使使用用传传统统路路由由器器等等），提提高高了了在在ATM上上传传送送IP分分组组的的效效率率，是是目目前前一一种种典典型型的的属属于于集集成成模模型型的的技技术。术。第59页，
42、本讲稿共80页用用ATM传传送送IP技技术术构构造造宽宽带带Internet骨骨干干网网具具有有许许多多明明显显的的优优势势，主主要要包包括括下下述几方面：述几方面：（1 1）网络性能大幅度提高）网络性能大幅度提高）网络性能大幅度提高）网络性能大幅度提高（2 2）设备费用降低）设备费用降低）设备费用降低）设备费用降低（3 3）服务质量得到保证）服务质量得到保证）服务质量得到保证）服务质量得到保证（4 4）可靠性大大增强）可靠性大大增强）可靠性大大增强）可靠性大大增强（5 5）大大增加了可管理性）大大增加了可管理性）大大增加了可管理性）大大增加了可管理性（6 6）提高了可扩充性）提高了可扩充性）
43、提高了可扩充性）提高了可扩充性第60页，本讲稿共80页三、标记交换技术三、标记交换技术标标记记交交换换是是Cisco推推出出的的一一种种基基于于传传统统路由器的路由器的ATM承载承载IP技术技术。标标记记交交换换是是一一种种多多层层交交换换技技术术，它它把把ATM第第二二层层交交换换技技术术和和第第三三层层路路由由技技术术结结合合起起来来，能能充充分分利利用用ATM的的QoS特特性性支支持持多多种种上上层层协协议议，能能在在各各种种物物理理平平台台上上实实现现，是是一一种种性性能能比比较较优优越越的的IPOA（IP Over ATM，ATM上的上的IP）技术。技术。第61页，本讲稿共80页四、
44、四、IP/ATM集成交换集成交换由由于于Internet的的迅迅速速发发展展，基基于于IP网网络络的的应应用用日日益益广广泛泛。IP与与ATM的的结结合合已已成成为研究的热点和发展趋势。为研究的热点和发展趋势。第62页，本讲稿共80页1.4 电话交换信令方式电话交换信令方式1.4.1 信令的概述信令的概述在在交交换换机机各各部部分分之之间间或或者者交交换换机机与与用用户户、交交换换机机与与交交换换机机之之间间，除除传传递递话话音音、数数据据等等信信息息外外，还还必必须须传传送送各各种种专专用用的的附附加加性性质质的的控控制制信信号号，以以保保证证交交换换机机协协调调动动作作，完完成成用用户户呼
45、呼叫叫的的处处理理、接接续续、控控制制与与维护管理等功能。维护管理等功能。第63页，本讲稿共80页1.4.2 信令的类型信令的类型一、带内信令一、带内信令 在在电电话话交交换换局局间间，在在话话音音频频带带（3003400Hz）之之内内传传送送的的信信令令称称为为带带内内信信令令；在话音频带之外传送的信令称为在话音频带之外传送的信令称为带外信令带外信令。带内信令的特点如下述：带内信令的特点如下述：第64页，本讲稿共80页（1）带内信令）带内信令可用于任何形式的电可用于任何形式的电路路，凡是能，凡是能传送话音传送话音的电路均能传送带内的电路均能传送带内信令。信令。（2）采用带内信令）采用带内信令
46、不会将呼叫接至不会将呼叫接至有故障的话音电路上有故障的话音电路上，因为话音电路有故，因为话音电路有故障时，信令也无法传递，因而也不可能建障时，信令也无法传递，因而也不可能建立接续。立接续。第65页，本讲稿共80页（3）带内信令可使用的）带内信令可使用的频带较宽频带较宽，可以采用速度快、具有自检能力的多频编可以采用速度快、具有自检能力的多频编码信号码信号。（4）采用带内信令时，）采用带内信令时，容易受到话容易受到话音电流的干扰音电流的干扰，因为线路信号设备跨接在，因为线路信号设备跨接在话音电路上，很容易受到话音电流的干扰，话音电路上，很容易受到话音电流的干扰，有时甚至会将话音误认为是信令而导致错
47、有时甚至会将话音误认为是信令而导致错误的动作，因此，要采取必要的措施加以误的动作，因此，要采取必要的措施加以防护。防护。第66页，本讲稿共80页二、随路信令二、随路信令简简单单地地说说，与与话话音音信信息息采采用用同同一一信信道道（或通路）传送的信令（或通路）传送的信令称为随路信令称为随路信令。脉脉冲冲编编码码调调制制系系统统将将模模拟拟话话音音编编码码为为数数字字信信号号，然然后后将将多多路路的的信信号号进进行行复复用用变变为为单单一的一的数字流数字流（如（如PCM30/32）。）。其其中中，所所有有话话音音信信道道线线路路的的状状态态（环环路路或或断断开开）通通过过一一个个信信令令信信道道
48、传传送送，其其他他用用于于接续控制接续控制的信号通过相应的的信号通过相应的话音信道话音信道传送传送。第67页，本讲稿共80页三、分组信令三、分组信令分分 组组 信信 令令 是是 基基 于于 开开 放放 系系 统统 互互 连连（OSI）模模型型（如如图图1.13所所示示）的的、为为数数据据通信系统提供消息通信的信令。通信系统提供消息通信的信令。第68页，本讲稿共80页表示层表示层会话层会话层传送层传送层网络层网络层链路层链路层物理层物理层应用层应用层7654321图图1.13 OSI七七层层模模型型第69页，本讲稿共80页（l）物理层提供机械、电气、功能和物理层提供机械、电气、功能和程序上的方法
49、，以激活、维持和去激活在程序上的方法，以激活、维持和去激活在数据路链实体之间进行比特传输的物理连数据路链实体之间进行比特传输的物理连接。接。（2）数据链路层提供网络实体中有关）数据链路层提供网络实体中有关建立、维持和释放数据链路连建立、维持和释放数据链路连 接，以及传接，以及传送数据路链业务数据单元的功能和程序的送数据路链业务数据单元的功能和程序的方法。方法。第70页，本讲稿共80页（3）网络层提供建立、维持和终止网）网络层提供建立、维持和终止网络连接的方法，以及在传送实体之间交换络连接的方法，以及在传送实体之间交换网络业务数据单元至网络连接中的功能和网络业务数据单元至网络连接中的功能和程序。
50、程序。（4）传送层提供采用会话层的通信实）传送层提供采用会话层的通信实体之间的透明数据传送，并且使得它不受体之间的透明数据传送，并且使得它不受如何获得可靠和有效的数据传送的具体方如何获得可靠和有效的数据传送的具体方法的影响。法的影响。第71页，本讲稿共80页（5）会话层为表示层提供通信的方法，）会话层为表示层提供通信的方法，它包括在两个表示层实体之间的连接，以它包括在两个表示层实体之间的连接，以支持按序的数据交换和连接的释放。支持按序的数据交换和连接的释放。（6）表表示示层层是是指指在在进进行行通通信信中中的的应应用用实实体体信信息息的的表表示示方方法法，它它提提供供通通信信的的应应用用实体，