第1部分-交換技術(shù)概論

現(xiàn)代交換技術(shù)主講：交換設(shè)備是通信網(wǎng)的重要組成部分，交換技術(shù)是通信網(wǎng)的核心部分現(xiàn)有交換方式：電路交換、多速率電路交換、快速電路交換分組交換、快速分組交換（幀中繼交換和ATM交換）、IP交換、光交換、下一代網(wǎng)絡(luò)和軟交換光交換問題：什么是通信?通信是指按約定規(guī)則進行的信息傳送。Communication,Com.或Comm.。

Telecommunication，Telecom.1.1電信交換的基本概念

1、交換的引入

通信（交換信息）的目的是在信息的源和目的之間傳送信息，這個源和目的對應(yīng)的就是各種通信終端，比如兩個人要想通話，最簡單的就是各自拿兩個話機，用一條通信線路連接起來就可實現(xiàn)通話，如圖1.1所示；圖1.1同樣，兩個人要想傳送文件，可各自使用一臺計算機，通過串口線經(jīng)RS232口連接起來，實現(xiàn)信息的傳送，如圖1.1b所示。圖1.1b當(dāng)信息以電信號的形式傳送時，由此構(gòu)成的就是電信系統(tǒng)一個電信系統(tǒng)至少應(yīng)當(dāng)由發(fā)送或接收信息的終端和傳輸信息的媒介組成，如圖1.2所示。圖1.2點到點的通信方式的系統(tǒng)構(gòu)成

終端將包含信息的消息，如話音、數(shù)據(jù)、圖像等，轉(zhuǎn)換成可以被傳輸媒介接收的電信號，同時將來自傳輸媒介的電信號還原成原始消息；傳輸媒介則把電信號從一個地點傳送到另一個地點這種只涉及兩個終端的通信叫做點對點通信。圖1.2點到點的通信方式的系統(tǒng)構(gòu)成

點到點通信系統(tǒng)信源發(fā)送端變換器信道反變換器信宿噪聲源接收端終端電信號電信號消息消息傳輸媒介終端點到點通信系統(tǒng)種類繁多，但還不能稱為通信網(wǎng)。如何實現(xiàn)多個用戶之間的通信？最簡單、最直接的方式就是兩兩互相連接。（一）點到點通信1234561.1交換與通信網(wǎng)當(dāng)有多個終端，并希望他們中的任何兩個都可以進行點對點通信時，最簡單、最直接的方法就是把所有的終端兩兩相連，如圖1.3所示，這樣的一種連接方式稱為全互連方式

全互連方式很簡單，也很直接，但存在下列問題：圖1.3用戶間全互連如何實現(xiàn)多個用戶之間的通信？123456連接線對的數(shù)量隨終端數(shù)的平方增加，當(dāng)存在N個終端時，需要的連接線對數(shù)為：N(N-1)/2當(dāng)這些終端分別位于相距很遠的兩地時，兩地之間需要大量的長途線路當(dāng)增加到第N+1個終端時，必須增設(shè)N對線路每個終端都有N-1對線與其他終端相連接，因而每個終端都需要有N-1個線路接口全互聯(lián)方式存在的問題上述問題將隨著用戶數(shù)量的增加而變得更加突出，為此，可以考慮在用戶分布密集的中心安裝一臺設(shè)備，把每個用戶的電話機或其他終端設(shè)備用各自專用的線路連接到這臺設(shè)備上，如圖1.4所示。這臺設(shè)備相當(dāng)于一個開關(guān)，當(dāng)任意兩個用戶需要通信時，該設(shè)備可以立即將這兩個用戶之間的通信線路連通（稱為”接續(xù)“），讓用戶進行通信；當(dāng)用戶通信完畢后，該設(shè)備又可以立即把兩個用戶之間的連接線斷開。圖1.4引入交換節(jié)點如何實現(xiàn)任意兩個用戶之間的通信？由此可以看出，這臺設(shè)備能夠完成任意兩個用戶之間交換信息的任務(wù)，所以稱之為交換設(shè)備或交換機，也可以看成是一個交換節(jié)點當(dāng)引入交換設(shè)備后，用戶之間的通信方式就由點對點通信轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄐ啪W(wǎng),也即我們常說的交換式網(wǎng)絡(luò)圖1.4引入交換節(jié)點416235開關(guān)設(shè)備作業(yè)

畫圖2、交換的概念根據(jù)IEEE的定義，交換機的作用是在任意選定的兩條用戶線之間建立和（而后）釋放一條通信鏈路。換句話說，交換機應(yīng)能為連接到本機的任意兩個用戶之間建立一條通信鏈路，并能隨時根據(jù)要求釋放該鏈路。2、交換的概念從廣義講，任何數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)都可稱為交換最簡單的通信網(wǎng)僅包含一臺交換機，如上圖1.4所示，每個用戶（電話機或通信終端）通過一條專用的用戶環(huán)線（簡稱用戶線）與交換機中的相應(yīng)接口相連接。實際的用戶線是一對絞合的塑膠線。由一臺交換機組成的通信網(wǎng)

不足：（1）用戶多時連接管理復(fù)雜性急劇上升；（2）用戶分布區(qū)域大時用戶線投資代價占主要部分。交換機用戶接口用戶環(huán)線圖1.5用戶通過交換機互連組成通信網(wǎng)交換機負責(zé)監(jiān)測各個用戶狀態(tài)，需要時在兩用戶之間建立和釋放通信連路每個通信終端通過一對專門的用戶環(huán)線連到交換機的線路接口交換式通信網(wǎng)交換式通信網(wǎng)組網(wǎng)示意圖用戶交換機市話交換機匯接交換機用戶線中繼線多臺交換機組成的通信網(wǎng)絡(luò)多臺交換機組成的通信網(wǎng)絡(luò)

通信網(wǎng)圖1.6多臺交換機組成的通信網(wǎng)匯接交換機端局交換機用戶交換機中繼線用戶線端局交換機利用匯接交換機互連多個端局交換機，疏導(dǎo)本交換區(qū)各交換機之間的互通業(yè)務(wù)。用戶交換機，在信令方式上相當(dāng)于用戶電話機3、交換節(jié)點的基本功能實現(xiàn)任意入線與任意出線之間的互連是交換系統(tǒng)最基本的功能，交換節(jié)點應(yīng)可以控制一下4種接續(xù)類型本局接續(xù)：指在本局范圍內(nèi)各用戶線之間的接續(xù)出局接續(xù)：指用戶線與出中繼線之間的接續(xù)入局接續(xù)：指入中繼線與用戶線之間的接續(xù)轉(zhuǎn)接接續(xù)：指入中繼線與出中繼線之間的接續(xù)

3、交換節(jié)點的功能監(jiān)視功能：發(fā)現(xiàn)和判斷用戶的呼叫請求

。信令功能：接收和分析地址信號

，按目的地址選路，并轉(zhuǎn)發(fā)信號。連接功能：按需實現(xiàn)任意端口之間的信息傳送

?？刂乒δ埽嚎刂七B接的建立與釋放。通信網(wǎng)定義通信網(wǎng)是由一定數(shù)量的節(jié)點（包括端系統(tǒng)、交換機）和連接這些節(jié)點的傳輸系統(tǒng)有機地組織在一起的，按照約定的規(guī)則或協(xié)議完成任意用戶間信息交換的通信體系。用戶使用它可以克服空間、時間等障礙來進行有效的信息交換。構(gòu)成通信網(wǎng)的要素（1）終端（2）傳輸系統(tǒng)（傳輸設(shè)備+線路）（3）交換節(jié)點（4）業(yè)務(wù)節(jié)點

交換設(shè)備是點，傳輸是邊，點是網(wǎng)絡(luò)的核心，所以交換設(shè)備是通信網(wǎng)的核心，其基本作用是為網(wǎng)絡(luò)中的任意用戶之間構(gòu)建通話連接

電話、傳真、計算機、視頻終端和PBX等，它們是信息的產(chǎn)生者和使用者。主要功能：

1）用戶信息的處理用戶信息的發(fā)送和接收，并將信息轉(zhuǎn)換成適合傳輸?shù)男盘栆约跋鄳?yīng)的反變換。

2）信令信息的處理產(chǎn)生和識別連接建立、業(yè)務(wù)管理等控制信息。終端（Terminal）交換節(jié)點（SwitchingNode

）通信網(wǎng)的核心設(shè)備，負責(zé)集中、轉(zhuǎn)發(fā)用戶終端信息，但并不產(chǎn)生和使用這些信息。主要功能：

(1)接入功能。

(2)連接功能。

(3)信令功能。

(4)其它控制功能。路由信息更新與維護、計費、話統(tǒng)和維護管理等。網(wǎng)絡(luò)接口接口控制信令用戶線中繼線交換節(jié)點功能結(jié)構(gòu)傳輸系統(tǒng)（TransmissionSystem

）為信息傳送提供通道，并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的互連。包括線路接口、傳輸媒介、交叉連接設(shè)備等。其主要目標是提高物理線路的利用率，采用復(fù)用技術(shù)，如頻分、時分、碼分、波分復(fù)用等。為保證交換節(jié)點正確接收和識別傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，交換節(jié)點必須與傳輸系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致，保持幀同步和位同步、遵守相同的體制(如SDH、WDM)等。業(yè)務(wù)節(jié)點（ServiceNode

）業(yè)務(wù)控制點(SCP)、智能外設(shè)（IP）、語音信箱（VMS），以及因特網(wǎng)上各種服務(wù)器等。由連接在網(wǎng)絡(luò)邊緣的計算機、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成。

(1)實現(xiàn)獨立于交換節(jié)點的控制邏輯。

(2)實現(xiàn)對交換節(jié)點業(yè)務(wù)控制。

(3)提供智能化、個性化、差異化服務(wù)?；緲I(yè)務(wù)的呼叫建立、執(zhí)行控制在交換節(jié)點實現(xiàn)，但很多新的電信業(yè)務(wù)則轉(zhuǎn)移到業(yè)務(wù)節(jié)點中。舉例：電話交換網(wǎng)的一般結(jié)構(gòu)

No.7信令網(wǎng)匯接交換機端局交換機端局交換機端局交換機圖1.7傳統(tǒng)電話交換網(wǎng)的一般體系結(jié)構(gòu)信令鏈路語音/數(shù)據(jù)鏈路用戶環(huán)路用戶環(huán)路，常以模擬方式傳送300-3400Hz話音信號。專門用來傳送各交換機之間通信操作和維護信令的數(shù)據(jù)通信的分組交換網(wǎng)絡(luò)。采用PCM時分復(fù)用，每個用戶占用64kbit/s帶寬，常以2Mbit/s或更高速率的復(fù)用群傳送話音/數(shù)據(jù)。通信網(wǎng)的類型按信號方式劃分：模擬通信網(wǎng)和數(shù)字通信網(wǎng)。按服務(wù)區(qū)域劃分：本地/長途或LAN/MAN/WAN。

按業(yè)務(wù)類型劃分：電話通信網(wǎng)(PSTN、PLMN)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)(X.25、FR、Internet)。按服務(wù)對象劃分：公用通信網(wǎng)和專用通信網(wǎng)。按活動方式劃分：固定通信網(wǎng)和移動通信網(wǎng)。信息格式通信網(wǎng)中傳送的信息主要由兩大類：話音信息數(shù)據(jù)信息1.4各種交換方式

在電信網(wǎng)中交換設(shè)備所采用的交換方式有以下幾種：

電路交換多速率電路交換

快速電路交換分組交換

幀交換快速分組交換

ATM交換IP交換

光交換下一代網(wǎng)絡(luò)和軟交換

1.4各種交換方式

圖中將各種交換方式按其傳送模式的不同分為電路傳送模式（CTM-CircuitTransferMode）、分組傳送模式（PTM-PacketTransferMode）、異步轉(zhuǎn)移模式（ATM-AsynchronousTransferMode）。

圖1.8多種交換方式

傳送模式：指網(wǎng)絡(luò)采用的復(fù)用、傳輸和交換技術(shù)，即信息從一點“傳遞”到另一點所采用的傳送方式1.電路交換(CircuitSwitching)

電路交換的基本過程見圖所示圖1.9電路交換過程示意圖電路交換具有嚴格的三個階段：連接建立、信息傳送、連接釋放。電路交換是固定分配帶寬，連接建立后，即使無信息傳送也虛占電路，電路利用率低；要預(yù)先建立連接，有一定的連接建立時延，通路建立后可實時傳送信息，傳輸時延一般可以不計；無差錯控制措施，對于數(shù)據(jù)交換的可靠性沒有分組交換高；電路交換適合于電話交換、文件傳送、高速傳真等實時業(yè)務(wù)，不適合突發(fā)(burst)業(yè)務(wù)和對差錯敏感的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。電路交換具有以下的特點：

1.要在通信的用戶間建立專用的物理連接通路。

2.對傳送的信息無差錯控制措施。

3.對通信信息不作處理(信令除外)，而是原封不動地傳送，用作低速數(shù)據(jù)傳送時不進行速率、碼型的變換。

4.用基于呼叫損失制的方法來處理業(yè)務(wù)流量，過負荷時呼損率增加，但不

影響已建立的呼叫。電路交換優(yōu)缺點優(yōu)點傳輸時延小，實時性好不作處理的“透明”傳輸，交換機的處理開銷小缺點電路資源獨占，電路利用率低電路接續(xù)時間長，網(wǎng)絡(luò)利用率低有呼損，即可能出現(xiàn)由于被叫方終端設(shè)備忙或通信網(wǎng)絡(luò)負荷過重而呼叫不通的情況通信終端必須一致，限制了不同速率、不同代碼格式、不同通信協(xié)議的用戶終端直接互通2.報文交換的基本概念

報文交換（MessageSwitching）又稱為存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換，與電路交換的原理不同，不需要提供通信雙方的物理連接，而是將所接收的報文暫時存儲。報文中除了用戶要傳送的信息以外，還有目的地址和源地址。圖1.10是報文交換的原理圖。公用電信網(wǎng)的電報自動交換是報文交換的典型應(yīng)用，有的專用數(shù)據(jù)網(wǎng)也采用報文交換方式。圖1.10報文交換的原理圖報頭報文報尾

3.分組交換的概念分組交換的思想是從報文交換而來的，采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)（storeandforward）方式的分組交換（PS：PacketSwitching）與報文交換的不同在于：分組交換將用戶要傳送的信息分割為若干個分組（packet），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信息。圖1.11分組的形成分組交換和報文交換比較見圖所示

圖1.12分組交換和報文交換比較分組交換可提供兩種連接方式，一種是虛電路（VC：VirtualCircuit）方式，另一種是數(shù)據(jù)報（DG：Datagram）方式。

分組交換的兩種方式:

虛電路:

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。它不同于電路交換中的物理連接，而是邏輯連接。

虛電路的兩種方式：

(1)交換虛電路(SVC：SwitchedVirtualCircuit)

用戶通過發(fā)送呼叫請求分組來建立虛電路的方式。

(2)永久虛電路(PVC：PermanentVirtualCircuit)

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，可直接進入數(shù)據(jù)傳送階段的方式。數(shù)據(jù)報:

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行選路。分組頭

選路

分組順序

虛電路與數(shù)據(jù)報的比較分組頭

DG方式的每個分組頭中要包含詳細的目的地址。

VC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VC的邏輯信道標識。選路

VC方式預(yù)先有建立過程，有一定的處理開銷，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，而不需要進行復(fù)雜的選路。建立映象表要有一定的存儲器開銷。

DG方式則不需要有建立過程，但對每個分組都要獨立地進行選路。分組順序

VC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終點，不會產(chǎn)生失序現(xiàn)象。

DG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。網(wǎng)絡(luò)工作方式在通信網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)將信息由信源傳送至信宿具有兩種工作方式面向連接（CO:connectionOriented）無連接（CL:Connectionless）交換技術(shù)的發(fā)展概況原始通信烽火臺初始通信

1876年貝爾發(fā)明電話，點到點 連接，人工接續(xù)機電式自動交換通信

1889年發(fā)明步進制交換機，隨后出現(xiàn)機動制交換機（用硬件控制接續(xù)過程）1932年出現(xiàn)縱橫制交換機網(wǎng)絡(luò)自動化長途網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)自動化交換技術(shù)的發(fā)展概況模擬程控交換

1965年AT&T推出第一臺程控交換機，空分開關(guān)模擬交換。數(shù)字傳輸脈沖編碼調(diào)制－－PCM的產(chǎn)生。數(shù)字程控交換

1970年首先在法國開通第一臺數(shù)字程控交換機。開