507現(xiàn)代交換原理

1、1現(xiàn)代交換原理現(xiàn)代交換原理北京郵電大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2課程內(nèi)容課程內(nèi)容n交換概論交換概論n交換網(wǎng)絡(luò)交換網(wǎng)絡(luò)n程控數(shù)字電話交換與電話通信網(wǎng)程控數(shù)字電話交換與電話通信網(wǎng)n信令系統(tǒng)信令系統(tǒng)n分組交換與分組交換網(wǎng)分組交換與分組交換網(wǎng)nisdnisdn交換技術(shù)與交換技術(shù)與n-isdnn-isdnnatmatm交換技術(shù)與交換技術(shù)與b-isdnb-isdnnipip交換技術(shù)與下一代網(wǎng)絡(luò)（交換技術(shù)與下一代網(wǎng)絡(luò)（ngnngn）3參考參考書目書目現(xiàn)代電信交換基礎(chǔ)現(xiàn)代電信交換基礎(chǔ) 雷振明編著雷振明編著 人民郵電出版社人民郵電出版社atm交換技術(shù)交換技術(shù) 陳錫生編著陳錫生編著 人民郵電出版社人民郵電出版社分組交

2、換工程分組交換工程 杜治龍編著杜治龍編著 人民郵電出版社人民郵電出版社綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) 程時端編著程時端編著 人民郵電出版社人民郵電出版社4一、交換概論一、交換概論51. 電信交換的基本概念電信交換的基本概念2. 各種交換方式各種交換方式3. 電信交換系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)電信交換系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容6終端終端傳輸媒介傳輸媒介終端終端電信號電信號電信號電信號信息信息信息信息點對點通信點對點通信在電信系統(tǒng)中，只有兩個終端的通信稱為點對點通信。在電信系統(tǒng)中，只有兩個終端的通信稱為點對點通信。1、電信交換的基本概念、電信交換的基本概念7點對點通信舉例點對點通信舉例話音話音數(shù)據(jù)數(shù)

3、據(jù)8無交換的多個終端要實現(xiàn)相互間通信，必須以全互無交換的多個終端要實現(xiàn)相互間通信，必須以全互 連的方式兩兩相連。連的方式兩兩相連。若終端數(shù)為若終端數(shù)為n，則線對數(shù)為，則線對數(shù)為c2n= n(n-1)/2（當(dāng)終端（當(dāng)終端n=100時，線對數(shù)時，線對數(shù)=100x(100-1)/2=4950）無交換的多個終端的通信無交換的多個終端的通信(終端終端=5、線對數(shù)、線對數(shù)=10)9用戶間通過交換設(shè)備連接用戶間通過交換設(shè)備連接用戶環(huán)線用戶環(huán)線交換設(shè)備交換設(shè)備引入交換的終端間的通信引入交換的終端間的通信10多個交換節(jié)點組成的通信網(wǎng)多個交換節(jié)點組成的通信網(wǎng)引入交換的終端間的通信引入交換的終端間的通信中繼線中繼線

4、11所謂電信交換，就是在通信網(wǎng)上，負(fù)責(zé)在所謂電信交換，就是在通信網(wǎng)上，負(fù)責(zé)在通信的源和目的終端之間建立通信信道傳送通通信的源和目的終端之間建立通信信道傳送通信信息的機制，也就是根據(jù)目的地，在源和目信信息的機制，也就是根據(jù)目的地，在源和目的終端之間傳送通信信息。的終端之間傳送通信信息。電信交換的概念電信交換的概念12交換節(jié)點可控制的接續(xù)類型交換節(jié)點可控制的接續(xù)類型： 本局接續(xù)、出局接續(xù)、入局接續(xù)、轉(zhuǎn)接接續(xù)本局接續(xù)、出局接續(xù)、入局接續(xù)、轉(zhuǎn)接接續(xù)交換節(jié)點的基本功能交換節(jié)點的基本功能q 能按目的地址正確地進(jìn)行選路以及在中繼線上轉(zhuǎn)能按目的地址正確地進(jìn)行選路以及在中繼線上轉(zhuǎn)發(fā)信號發(fā)信號q 能控制連接的建立

5、與拆除能控制連接的建立與拆除交換節(jié)點必須具備的基本功能交換節(jié)點必須具備的基本功能：q 能正確接收和分析從用戶線或中繼線發(fā)來的呼叫能正確接收和分析從用戶線或中繼線發(fā)來的呼叫信號、地址信號信號、地址信號13交換節(jié)點接續(xù)類型圖示交換節(jié)點接續(xù)類型圖示14幾個概念幾個概念交換交換通信網(wǎng)通信網(wǎng)交換設(shè)備交換設(shè)備傳輸設(shè)備傳輸設(shè)備終端設(shè)備終端設(shè)備用戶線用戶線中繼線中繼線出局呼叫出局呼叫入局呼叫入局呼叫本局呼叫本局呼叫轉(zhuǎn)接呼叫轉(zhuǎn)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匯接局匯接局152、各種交換方式、各種交換方式q電路交換電路交換q報文交換報文交換q分組交換分組交換q幀中繼幀中繼qatm交換交換qi

6、p交換交換q光交換光交換16ctm-circuit transfer modeptm-packet transfer modeatm-asynchronous transfer mode各種交換方式各種交換方式ip交換交換多多速速率率電電路路交交換換快快速速電電路路交交換換atmatm交交換換幀幀中中繼繼報報文文交交換換電電路路交交換換分分組組交交換換光交換光交換ptmctm17交換節(jié)點交換節(jié)點a交換節(jié)點交換節(jié)點b交換節(jié)點交換節(jié)點c建立建立傳送傳送釋放釋放電路交換的基本過程電路交換的基本過程電路交換電路交換 (circuit switching)18要在通信的用戶間建立專用的物理連接通路。（固

7、定要在通信的用戶間建立專用的物理連接通路。（固定分配帶寬）分配帶寬） 對傳送的信息無差錯控制措施。對傳送的信息無差錯控制措施。 對通信信息不作處理對通信信息不作處理( (信令除外信令除外) )，而是原封不動地傳，而是原封不動地傳送，用作低速數(shù)據(jù)傳送時不進(jìn)行速率、碼型的變換。送，用作低速數(shù)據(jù)傳送時不進(jìn)行速率、碼型的變換。用基于呼叫損失制的方法來處理業(yè)務(wù)流量，過負(fù)荷時用基于呼叫損失制的方法來處理業(yè)務(wù)流量，過負(fù)荷時呼損率增加，但不影響已建立的呼叫。呼損率增加，但不影響已建立的呼叫。 電路交換的特點電路交換的特點19 公用電信網(wǎng)的電報自動交換是報文交換的典型應(yīng)用，公用電信網(wǎng)的電報自動交換是報文交換的典

8、型應(yīng)用，有的專用數(shù)據(jù)網(wǎng)也采用報文交換方式。有的專用數(shù)據(jù)網(wǎng)也采用報文交換方式。報文交換報文交換（message switching）基本的報文交換動作是存儲報文、分析報文中的收基本的報文交換動作是存儲報文、分析報文中的收報人地址和報文轉(zhuǎn)發(fā)。報人地址和報文轉(zhuǎn)發(fā)。有多個報文送往同一地點時，要排隊按順序發(fā)送。有多個報文送往同一地點時，要排隊按順序發(fā)送。報文傳送中有檢錯和糾錯措施報文傳送中有檢錯和糾錯措施20 采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式的分組交換與報文交換采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式的分組交換與報文交換的不同在于：分組交換將用戶要傳送的信息分的不同在于：分組交換將用戶要傳送的信息分割為若干個分組（割為若干個分組（packet

9、），每個分組中有），每個分組中有一個分組頭，含有可供選路的信息和其他控制一個分組頭，含有可供選路的信息和其他控制信息。信息。分組交換分組交換（ps：packet switching）21 報文交換的時延報文交換的時延 分組交換的時延分組交換的時延分組交換和報文交換比較分組交換和報文交換比較22虛電路虛電路(vc：virtual circuit)方式方式數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)報(dg：datagram)方式方式 分組交換的兩種方式分組交換的兩種方式23 所謂虛電路方式，就是在用戶數(shù)據(jù)傳送前先要通過發(fā)送呼叫請求分所謂虛電路方式，就是在用戶數(shù)據(jù)傳送前先要通過發(fā)送呼叫請求分組建立端到端之間的虛電路；一旦虛電路建立

10、后，屬于同一呼叫的數(shù)據(jù)組建立端到端之間的虛電路；一旦虛電路建立后，屬于同一呼叫的數(shù)據(jù)分組均沿著這一虛電路傳送，最后通過呼叫清除分組來拆除虛電路。分組均沿著這一虛電路傳送，最后通過呼叫清除分組來拆除虛電路。 它不同于電路交換中的物理連接，而是邏輯連接。它不同于電路交換中的物理連接，而是邏輯連接。交換虛電路交換虛電路(svc：switched virtual circuit) 用戶通過發(fā)送呼叫請求分組來建立虛電路的方式。用戶通過發(fā)送呼叫請求分組來建立虛電路的方式。永久虛電路永久虛電路(pvc：permanent virtual circuit) 應(yīng)用戶預(yù)約，由網(wǎng)絡(luò)運營者為之建立固定的虛電路，而不需

11、在呼叫應(yīng)用戶預(yù)約，由網(wǎng)絡(luò)運營者為之建立固定的虛電路，而不需在呼叫時臨時建立虛電路，可直接進(jìn)入數(shù)據(jù)傳送階段的方式。時臨時建立虛電路，可直接進(jìn)入數(shù)據(jù)傳送階段的方式。虛電路虛電路24 數(shù)據(jù)報不需要預(yù)先建立邏輯連接，而是按照數(shù)據(jù)報不需要預(yù)先建立邏輯連接，而是按照每個分組頭中的目的地址對各個分組獨立進(jìn)行選每個分組頭中的目的地址對各個分組獨立進(jìn)行選路。路。 數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)報25dg方式的每個分組頭中要包含詳細(xì)的目的地方式的每個分組頭中要包含詳細(xì)的目的地址址vc方式由于預(yù)先已建立邏輯連接，分組頭中方式由于預(yù)先已建立邏輯連接，分組頭中只要含有對應(yīng)于所建立的只要含有對應(yīng)于所建立的vc的邏輯信道標(biāo)識的邏輯信道標(biāo)識虛電

12、路與數(shù)據(jù)報的比較虛電路與數(shù)據(jù)報的比較分組頭分組頭26vc方式預(yù)先有建立過程，但一旦虛電路建立，在端方式預(yù)先有建立過程，但一旦虛電路建立，在端到端之間所選定的路由上的各個交換節(jié)點都具有映到端之間所選定的路由上的各個交換節(jié)點都具有映象表，存放出入邏輯信道的對應(yīng)關(guān)系，每個分組到象表，存放出入邏輯信道的對應(yīng)關(guān)系，每個分組到來時只要查找映象表，而不需要進(jìn)行復(fù)雜的選路。來時只要查找映象表，而不需要進(jìn)行復(fù)雜的選路。dg方式則不需要有建立過程，但對每個分組都要獨方式則不需要有建立過程，但對每個分組都要獨立地進(jìn)行選路。立地進(jìn)行選路。虛電路與數(shù)據(jù)報的比較虛電路與數(shù)據(jù)報的比較選路選路27vcvc方式中，屬于同一呼叫

13、的各個分組在同一條虛電方式中，屬于同一呼叫的各個分組在同一條虛電路上傳送，分組會按原有順序到達(dá)終點，不會產(chǎn)生路上傳送，分組會按原有順序到達(dá)終點，不會產(chǎn)生失序現(xiàn)象。失序現(xiàn)象。dgdg方式中，各個分組由于是獨立選路，可以從不同方式中，各個分組由于是獨立選路，可以從不同的路由轉(zhuǎn)送，會引起失序。的路由轉(zhuǎn)送，會引起失序。虛電路與數(shù)據(jù)報的比較虛電路與數(shù)據(jù)報的比較分組順序分組順序28vc方式對故障較為敏感，當(dāng)傳輸鏈路或交換方式對故障較為敏感，當(dāng)傳輸鏈路或交換節(jié)點發(fā)生故障時可能引起虛電路的中斷，需節(jié)點發(fā)生故障時可能引起虛電路的中斷，需要重新建立。要重新建立。 （有些分組網(wǎng)具有再連接功能，出現(xiàn)故障時可自動（有些

14、分組網(wǎng)具有再連接功能，出現(xiàn)故障時可自動建立新的虛電路，并做到不丟失用戶數(shù)據(jù)）建立新的虛電路，并做到不丟失用戶數(shù)據(jù)）dg方式中各個分組可選擇不同路由，對故方式中各個分組可選擇不同路由，對故障的防衛(wèi)能力較強，從而可靠性較高。障的防衛(wèi)能力較強，從而可靠性較高。虛電路與數(shù)據(jù)報的比較虛電路與數(shù)據(jù)報的比較故障敏感性故障敏感性29vc方式適用于較連續(xù)的數(shù)據(jù)流傳送，其持續(xù)方式適用于較連續(xù)的數(shù)據(jù)流傳送，其持續(xù)時間應(yīng)顯著地大于呼叫建立的時間，如文件傳時間應(yīng)顯著地大于呼叫建立的時間，如文件傳送、傳真業(yè)務(wù)等。送、傳真業(yè)務(wù)等。dg方式則適用于面向事務(wù)的詢向響應(yīng)型數(shù)方式則適用于面向事務(wù)的詢向響應(yīng)型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。據(jù)業(yè)務(wù)。虛電路

15、與數(shù)據(jù)報的比較虛電路與數(shù)據(jù)報的比較應(yīng)用應(yīng)用30 分組交換基于分組交換基于x.25協(xié)議，該協(xié)議包含了協(xié)議，該協(xié)議包含了3層，第一層層，第一層物理層，第二層數(shù)據(jù)鏈路層，第三層分組層，對應(yīng)于物理層，第二層數(shù)據(jù)鏈路層，第三層分組層，對應(yīng)于osi模型的下三層。模型的下三層。 分組交換協(xié)議分組交換協(xié)議物理層x.25分組層lapb123物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層31 分組交換協(xié)議分組交換協(xié)議x.75x.2532rmamrmrmrmamamamamamamchinapac網(wǎng)絡(luò)模型am33銀行提款機chinapac銀行主機atm1atm2pos1atmnpos2posn銀行提款機與chinapac的鏈接34chin

16、apac本地服務(wù)器pcpc路由器本地服務(wù)器pcpc路由器局域網(wǎng)互連使用chinapac實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連35接入internet本地服務(wù)器pcpc路由器chinapacinternet使用chinapac接入internet36數(shù)據(jù)傳送階段協(xié)議大為簡化數(shù)據(jù)傳送階段協(xié)議大為簡化分組交換：分組交換：x.25x.25協(xié)議協(xié)議-osi-osi的的1 1、2 2、3 3層層 信息傳送單位：分組信息傳送單位：分組幀中繼：協(xié)議幀中繼：協(xié)議-osi-osi的的1 1、2 2（核心功能）層（核心功能）層 信息傳送單位：幀信息傳送單位：幀幀中繼（幀中繼（frame relayframe relay）37x.25x.25

17、和幀中繼處理流程比較和幀中繼處理流程比較38chinafrn本地服務(wù)器pcpc路由器本地服務(wù)器pcpc路由器pspdnpspdn幀中繼的應(yīng)用幀中繼的應(yīng)用39 面向連接的電路交換和無連接的分組交換的主要區(qū)別面向連接的電路交換和無連接的分組交換的主要區(qū)別體現(xiàn)在以下幾個方面：體現(xiàn)在以下幾個方面： 在交換形式上在交換形式上 在通路建立和網(wǎng)絡(luò)資源分配上在通路建立和網(wǎng)絡(luò)資源分配上 在差錯控制上在差錯控制上 在業(yè)務(wù)流量控制上在業(yè)務(wù)流量控制上 呼叫損失制、呼叫延遲制呼叫損失制、呼叫延遲制ctm與與ptm的比較的比較40在對信息的損傷方面在對信息的損傷方面電路交換具有較好的時間透明性電路交換具有較好的時間透明性

18、分組交換具有較好的語義透明性分組交換具有較好的語義透明性在支持多種業(yè)務(wù)方面在支持多種業(yè)務(wù)方面分組交換有更大的靈活性，可實現(xiàn)多速率交換，并允分組交換有更大的靈活性，可實現(xiàn)多速率交換，并允許多種業(yè)務(wù)共享網(wǎng)絡(luò)資源。許多種業(yè)務(wù)共享網(wǎng)絡(luò)資源。在交換速率方面在交換速率方面電路交換可達(dá)到高速率的交換；而分組交換的交換速電路交換可達(dá)到高速率的交換；而分組交換的交換速率受到了限制。率受到了限制。在設(shè)備的復(fù)雜性方面在設(shè)備的復(fù)雜性方面分組交換需要一套復(fù)雜的隊列管理機制，而電路交換分組交換需要一套復(fù)雜的隊列管理機制，而電路交換則需要復(fù)雜路由選擇算法。則需要復(fù)雜路由選擇算法。 ctm與與ptm的比較的比較41固定長度的

19、信元固定長度的信元 信元信元(cell)只有只有53個字節(jié)個字節(jié)(byte)，其中開頭，其中開頭5個字節(jié)個字節(jié)稱為信頭稱為信頭(cell header)，其余，其余48個字節(jié)為信息域，或稱個字節(jié)為信息域，或稱為凈荷為凈荷(pay load)。q采用很短的信元可以減少交換節(jié)點內(nèi)部的緩沖器容量以及排隊時延和時延抖動。q信元的長度固定，則有利于簡化交換控制和緩沖器管理。atm交換交換-異步傳送模式異步傳送模式4243信頭簡化信頭簡化 atm信元的信頭功能有限，主要是虛連接的標(biāo)識，信元的信頭功能有限，主要是虛連接的標(biāo)識，還有優(yōu)先級標(biāo)志、信頭的差錯檢驗等。還有優(yōu)先級標(biāo)志、信頭的差錯檢驗等。面向連接面向連

20、接 atm采用面向連接的方式。即用戶信息傳送前，先采用面向連接的方式。即用戶信息傳送前，先要有連接建立過程，在信息傳送結(jié)束后，要拆除連接。它要有連接建立過程，在信息傳送結(jié)束后，要拆除連接。它不是物理連接，而是一種虛連接不是物理連接，而是一種虛連接(vc：virtual connection)。atm交換交換44異步時分交換異步時分交換 同步時分（時間位置、物理信道）同步時分（時間位置、物理信道） (std(std：synchronous time division) synchronous time division) 異步時分（標(biāo)記、物理信道）異步時分（標(biāo)記、物理信道） (atd(atd：a

21、synchronous time division)asynchronous time division)atm交換交換45 atmatm技術(shù)是以分組傳送模式為基礎(chǔ)并融合了技術(shù)是以分組傳送模式為基礎(chǔ)并融合了電路傳送模式高速化的優(yōu)點發(fā)展而成的。電路傳送模式高速化的優(yōu)點發(fā)展而成的。atmatm克克服了服了stmstm不能適應(yīng)任意速率業(yè)務(wù)，難以導(dǎo)入未知不能適應(yīng)任意速率業(yè)務(wù)，難以導(dǎo)入未知新業(yè)務(wù)的缺點；簡化了分組通信中的協(xié)議，并由新業(yè)務(wù)的缺點；簡化了分組通信中的協(xié)議，并由硬件對簡化的協(xié)議進(jìn)行處理，交換節(jié)點不再對信硬件對簡化的協(xié)議進(jìn)行處理，交換節(jié)點不再對信息進(jìn)行流量控制和差錯控制，從而極大地提高了息進(jìn)行流

22、量控制和差錯控制，從而極大地提高了網(wǎng)絡(luò)的傳輸處理能力。網(wǎng)絡(luò)的傳輸處理能力。atm交換交換46ip over atm有兩種模式：有兩種模式：疊加模型：疊加模型：cip、lane、mpoa集成模型：集成模型：ip交換、交換、tag交換、交換、mplsip交換交換47電交換光 電光 電光 電光 電電 光光 電電 光光信號光信號光交換光信號光信號光交換光交換483、電信交換系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、電信交換系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)交換網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)接口接口接口接口用戶線中繼線49互連技術(shù)互連技術(shù)交換網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、選路策略、控制機理、多播方交換網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、選路策略、控制機理、多播方式、阻塞特性、故障防衛(wèi)式、阻塞特性、故

23、障防衛(wèi)接口技術(shù)接口技術(shù)模擬用戶接口、數(shù)字用戶接口、模擬中繼接口、數(shù)字模擬用戶接口、數(shù)字用戶接口、模擬中繼接口、數(shù)字中繼接口中繼接口信令技術(shù)信令技術(shù)用戶信令、局間信令用戶信令、局間信令控制技術(shù)控制技術(shù)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式、處理機間的通信方式、多處理控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式、處理機間的通信方式、多處理機結(jié)構(gòu)機結(jié)構(gòu)電信交換的基本技術(shù)電信交換的基本技術(shù)50交換設(shè)備交換設(shè)備終端設(shè)備終端設(shè)備傳輸設(shè)備傳輸設(shè)備4、現(xiàn)代通信網(wǎng)技術(shù)綜述、現(xiàn)代通信網(wǎng)技術(shù)綜述通信網(wǎng)的組成通信網(wǎng)的組成51通信網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)通信網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)骨干傳送網(wǎng)骨干傳送網(wǎng)接入網(wǎng)接入網(wǎng)傳送網(wǎng)傳送網(wǎng)應(yīng)用層應(yīng)用層sn1sn1業(yè)務(wù)網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)1 1snnsnn業(yè)務(wù)網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)n n業(yè)務(wù)網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)cpe/cpncpe/cpn支撐網(wǎng)支撐網(wǎng)52電信網(wǎng)電信網(wǎng)通信業(yè)務(wù)通信業(yè)務(wù)主要特點主要特點電話通信網(wǎng)（pstn）模擬電話、中低速率（ 56kbit/s ）應(yīng)用廣泛分組交換網(wǎng)（x.2