现代交换技术2010
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单一业务网
快速电 路交换 帧中继
ATM交换
多协议标记 交换MPLS
软交换
宽带交换方式
宽带综合业务网
下一代网络
电信网
电路交换
电路 交换
快速电 路交换
N-ISDN
分组交换 分组
交换
LAN
帧中继
B-ISDN /ATM
软交换 光交换
网桥
LAN 交换机 高速路 由器
路由器
多协议标 记交换 MPLS
WAN
路由器
用户电路——交换机与用户线之 间的接口，向用户 话机提供通话电流，向处理机提供 用户状态等。
出入中继——交换机之间的接口，或交换机与中继 线之间的接口。
收号器 ——接收用户所拨的电话号码。 扫描驱动电路 ——对话路设备的状态进行扫 描，以便送入CPU进行分析处理， CPU发出的指令经驱动电路控制话 路设备动作。 I/O设备 —— 键盘，显示器，打印机等。
—介绍本课程的基本概念和主要内容—
交换与通信网 通信网的种类及发展
交换技术的种类及发展
交换设备的组成
§1.4程控交换机的组成
用户电路
用户电路
交 换 网 络
出中继
中继线
入中继
收号器
话 路 部 分
扫描与驱动电路
存储器
中央处理器
I/O设备
控制 部分
一 、 程 控 交 换 机 的 基 本 结 构
二 目前程控交换机的组成
交换网络 外围接口电路 模拟用户电路 数字用户电路 中继单元 模拟中继单元 数字中继单元 操作管理和维护接口 控制系统：实现交换的控制和系统的维护管理。 信令系统：在交换系统各部件之间、用户与交换机之间、 交换机与交换机之间传送专用的控制联络信号 (信令)的发送接收设备。 网络连接设备：与其它网络(数据网，移动通信网)互连的 接 口设备。 其它辅助设备：电源，配线架 用户电路
报文交换 message switching
将整个报文信息（报文+目的地址+源地址）在 网络的每个节点处（交换局）都是先存储，等输出 线路空闲再转发，直至送达目的地。
特点：无需建立通路（无连接），实时性差，线 路利用率好（可在非高峰时期传送）
三、计算机网的交换方式——分组交换 packet switching
通信网越大，后者的优点越明显。
如N=100时， 交换式通信网需100根线 互连式通信网需100×99÷2=4950根线
终端 中继线
用户小交换机 用户线
市话交换机 汇接交换机
图1.3
大型通信网
结
论
交换设备是通信网的重要 组成部分，交换设备的好坏决定 了通信网的好坏。
第一章 绪论
—介绍本课程的基本概念和主要内容—
第六章 信令系统
第七章 ATM交换技术 复习 第八章 交换新技术
MPLS，软交换
教材及参考书目
《现代交换原理》第2版.金惠文等.电子工业出 版社，2005.4，21世纪高等学校电子信息类教 材 《现代通信交换技术》.王喆，罗进文.人民邮 电出版社，2008.6 《现代交换技术》.（第2版）张中荃主编.人民 邮电出版社，2009.3 《程控数字交换与现代通信网》.叶敏. 北京邮 电大学出版社1998.2
数据以分组为单位沿该路径顺序传送到达终点 （逐节点转发）。类似于电路交换，但通路不 是一直占用。
分组交换的特点：实时性较好，线路利用率高。 X.25分组交换网采用虚电路方式。Internet采用的是数据 报方式。
三种基本交换方式的比较
电路交换 通路建立时间 实时性 交互性 线路利用率 长 好 好 低 报文交换 中 差 差 中 分组交换 短 中 中 高
光→电 光 信 号 · · · · · · 光→电 电 交 换 电→光 光 信 号 · · · · · · 电→光 · · · 光 · · · 交 换 光 信 号
采用光交换的优点：
减少了光电转换的损伤。光信号的抗干扰能力远远高于电
信号。 提高了交换速度。电交换的速度受电子器件的速度限制。
第一章 绪论
协议处理
终端一致性
简单
要求
中
不要求
复杂
不要求
四、异步转移模式 ATM Asynchronous Transfer Mode
ATM是ITU-T建议在宽带综合业务数字网B-ISDN 中信息复用、传输、交换的方式。ATM可以看成是分组 交换和电路交换的结合，兼具两者的优点。 ATM是将消息分成固定长度的信元进行存储转发，采 用统计时分复用方式，即不同的业务根据信息速率的不 同决定信元的发送频率，以适应综合业务的需要。
第二章 内容
§2.1 交换网络中的信号形式及时隙交换概
念（背景知识） §2.2 具体交换单元介绍 §2.3 交换网络
§2.4 举例
§2.1 交换网络中的信号形式及 时隙交换概念
交换网络中的信号形式是数字的、时分复用信号。
电路交换采用 同步时分复用信号 分组交换和ATM交换采用 统计时分复用信号
什么是同步时分复用信号和统计时分复用信号？
有线电视网CATV—主要业务为视频（电视）信 号及话音、数据。 综合业务数字网—在一网中实现话音、数据、电 报、视频多种业务，而且象可视电话、图文电 视、视频点播传输的是多媒体信息，即一种业 务同时传输话音、图像、视频、文本的多媒体 信息。 此外还有移动通信网、微波通信网、无线寻 呼网等。
通信网的发展趋势：
电话网 各种单一业务通信网 综合业 务数字网ISDN（Integrated Services Digital Network） NGN下一代网络
第一章 绪论
—介绍本课程的基本概念和主要内容—
交换与通信网
通信网的种类及发展 交换技术的种类及发展
交换设备的组成
§1.3交换技术的发展及种类
现代交换技术
信息工程包括信息的检测、传输、 交换、处理、识别。
本课程即是介绍信息的交换技术。
信息传输：解决如何利用媒介传输信息。（点对点通信）
信息交换：解决处于同一通信网中的用户如何交 换信息。（网络通信）
章节安排
第一章 绪论 第二章 数字交换与交换网络 第三章 电路交换系统的硬件 第四章 电路交换系统的软件 第五章 分组交换与帧中继技术
五、 多协议标记交换MPLS
Internet已取得了巨大成功，但随着用户量的急剧增加， 由多层路由器构成的网络已趋于饱和，网络经常阻塞，用 户的业务质量得不到保证，为此需用ATM技术对传统的 Internet网络进行改进。 IP交换和标记交换就是ATM技术与IP路由技术结合的两 个产物，最后这两种产物技术统一成一个标准多协议标记 交换MPLS。
六、软交换Soft Switch
软交换技术是能够将现存网络融合成以IP 为中心同时可以支持语音、数据和多媒体 业务的下一代网络NGN的关键技术。
软交换的核心思想是通过软件的方式实现 原来电路交换机的控制、接续、业务处理 等功能。
七、光交换技术
光技术在信息的传输中已得到广泛应用，特别是在 B-ISDN中几乎所有的传输都采用光纤传输，而目前的交 换机都是电交换机，采用光交换已是迫切需要。光交换 技术处在研发阶段。
交换与通信网
通信网的种类及发展 交换技术的种类及发展
交换设备的组成
§1.2通信网的种类及发展
计算机数据网、有线电视网CATV、移动 通信网、微波通信网、无线寻呼网、综合 业务数字网ISDN。
现有的通信网：电话网、电报网、传真网、
通信网的种类
电话网—主要业务为电话、图文传真、低 速数据、慢速图像。 电报网—主要业务为电报和低速数据（电 子信箱） 传真网—主要利用电话网进行图文传真。 计算机数据网—主要业务为计算机数据、 分组话音、图像。计算机数据网有各种 类型，现存的计算机网如：公用分组交 换数据网、公用数字数据网、Internet、 金融网、教育科研网以及各种局域网。
小 结
交换设备是通信网的重要组成部分。交换设备负 责用户间路由的接续和释放。
常用的交换方式有：电路交换、报文交换、分组 交换、帧中继（局域网中使用）、异步转移模式 ATM、多协议标记交换MPLS。 本课程即是介绍交换设备的组成、各种交换方式 的原理和方法。
Basic telephone terminal
A basic phone can be made by using just four units
The bell
The hook switch
The keypad The speech circuit
Modern keypads use dual-tone dialing The speech circuit adapts voice levels and isolates mic and speaker
第一章
作业
1 组成通信网的基本要素有哪些？各有什么 作用？
2 介绍电路交换、报文交换、分组交换的特 点，并比较三种基本交换的性能。 3 程控交换机由那些部件组成？
第二章 交换单元与交换网络
交换网络是交换设备的一个重要组成部分，用来提供
交换所需的通路。
什么是 交换网络？
交换网络是由基本的交换单元组成。
交换技术的发展可以从两个方面看：
交换的控制方式是随着电子技术的发展而 发展（设备方面）。 交换方式的发展是随着通信网的发展而发 展，不同业务的通信有不同的特点，其交 换方式也不同（理论方面）。
控制方式的发展：
人工交换 自动交换 机电式
电子式
交换方式的发展：
电路交换 报文交换
分组交换 三种基本 交换方式
1 信道共享与多路复用技术
为了提高信道的利用率，通常采用多路复 用技术，使多路信息在一个信道或一条传 输线路上传输。
多路复用技术 频分复用:将信道按频率分割为
多个子信道。 时分复用:将信道按时间分割为 多个子信道。 空分复用:将信道按空间分割为
多个子信道。
码分复用:将信道通过不同的扩 频码序列分割成多个子信道。
传输线路： 或称传输媒介，信息的传输通道。 如：电缆、光缆、无线电波。 交换设备： 负责在任意的两条用户之间建立和 （而后）释放一条通信链路。如： 交换机、路由器。
exchange
图1.1 用户间互连构 成通信网
Fig. 1.2 network constituted by exchange
说明： 在图1.2中，任意两个终端需要通信（交换信息）， 可由交换设备控制相应的开关接点接通，为两者提供一 条通信链路，当通信结束，则相应的开关接点断开，释 放通信链路。 比较： 互连式通信网可靠，不会出现通信阻塞，但成本 高（需 n×(n-1)/2根线）。 通过交换设备构成的通信网有可能出现阻塞（不 是一定会阻塞），成本低。
将报文分成若干个报文组（packet)，每个报文组要加上地址、 编号、校验码，然后以报文组为存储转发单位逐节点转发，到达 目的地再按编号组装成原报文。
分组交换有两种工作模式：数据报、虚电路方式。 数据报方式：以分组为基本单位逐节点转发，且不同分组 可 沿不同的路径传输，类似报文交换。
虚电路方式：首先网络在通信两端建立逻辑连接，然后用户
IP交换
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
计算机网
一、电话网中的交换方式—— 电路交换（circuit switching）
主叫方通过拨号的方式通知网络被叫方的电话 号码，网络根据被叫方的号码在主叫与被叫之 间建立一条通路
特点：通信之前先建立通路，通信时通路独占， 通信结束，通路释放。实时性好，线路利用率 差。
二、电报网的交换方式——
第一章 绪论
—介绍本课程的基本概念和主要内容—
交换与通信网 通信网的种类及发展
交换技术的种类及发展
交换设备的组成
§1.1交换与通信网
组成通信网的三个基本要素： 终端：
将消息（话音、图像、数据）转换 成媒介能够接受的电信号形式，同 时将来自传输媒介的电信号还原成 原始消息。如：电话机、 传真机、 计算机
f 频率
信道 1
f
不同用户在同 一时段发送， 占用不同频道
频率
不同用户占用 同一频道，在 不同时段发送
信道 2
信 道
信道 n
信 道 ２
１
信 道 n
a 时分复用示意图
时间 t
时间 t b 频分复用示意图
a 频分复用
b 时分复用
2 同步时分复用
同步时分复用的由来：话音信号的频率300HZ～3400HZ，取采 样频率为8KHZ，即采样周期为125us，采样值用8位二进制编码，8 位二进制占用的时间相对于125us很少，为了提高传输线的利用率， 将125us分成若干时隙，不同用户的采样值占用不同的时隙进行传输。 因为子信道在每一帧时间轴上的位置是固定的，所以称为同步 时分复用。同步时分复用信道又称位置信道，是通过时间轴上的位 置来区分子信道（话路）的。同步时分复用子信道的速率是恒定的。
快速电 路交换 帧中继
ATM交换
多协议标记 交换MPLS
软交换
宽带交换方式
宽带综合业务网
下一代网络
电信网
电路交换
电路 交换
快速电 路交换
N-ISDN
分组交换 分组
交换
LAN
帧中继
B-ISDN /ATM
软交换 光交换
网桥
LAN 交换机 高速路 由器
路由器
多协议标 记交换 MPLS
WAN
路由器
用户电路——交换机与用户线之 间的接口，向用户 话机提供通话电流，向处理机提供 用户状态等。
出入中继——交换机之间的接口，或交换机与中继 线之间的接口。
收号器 ——接收用户所拨的电话号码。 扫描驱动电路 ——对话路设备的状态进行扫 描，以便送入CPU进行分析处理， CPU发出的指令经驱动电路控制话 路设备动作。 I/O设备 —— 键盘，显示器，打印机等。
—介绍本课程的基本概念和主要内容—
交换与通信网 通信网的种类及发展
交换技术的种类及发展
交换设备的组成
§1.4程控交换机的组成
用户电路
用户电路
交 换 网 络
出中继
中继线
入中继
收号器
话 路 部 分
扫描与驱动电路
存储器
中央处理器
I/O设备
控制 部分
一 、 程 控 交 换 机 的 基 本 结 构
二 目前程控交换机的组成
交换网络 外围接口电路 模拟用户电路 数字用户电路 中继单元 模拟中继单元 数字中继单元 操作管理和维护接口 控制系统：实现交换的控制和系统的维护管理。 信令系统：在交换系统各部件之间、用户与交换机之间、 交换机与交换机之间传送专用的控制联络信号 (信令)的发送接收设备。 网络连接设备：与其它网络(数据网，移动通信网)互连的 接 口设备。 其它辅助设备：电源，配线架 用户电路
报文交换 message switching
将整个报文信息（报文+目的地址+源地址）在 网络的每个节点处（交换局）都是先存储，等输出 线路空闲再转发，直至送达目的地。
特点：无需建立通路（无连接），实时性差，线 路利用率好（可在非高峰时期传送）
三、计算机网的交换方式——分组交换 packet switching
通信网越大，后者的优点越明显。
如N=100时， 交换式通信网需100根线 互连式通信网需100×99÷2=4950根线
终端 中继线
用户小交换机 用户线
市话交换机 汇接交换机
图1.3
大型通信网
结
论
交换设备是通信网的重要 组成部分，交换设备的好坏决定 了通信网的好坏。
第一章 绪论
—介绍本课程的基本概念和主要内容—
第六章 信令系统
第七章 ATM交换技术 复习 第八章 交换新技术
MPLS，软交换
教材及参考书目
《现代交换原理》第2版.金惠文等.电子工业出 版社，2005.4，21世纪高等学校电子信息类教 材 《现代通信交换技术》.王喆，罗进文.人民邮 电出版社，2008.6 《现代交换技术》.（第2版）张中荃主编.人民 邮电出版社，2009.3 《程控数字交换与现代通信网》.叶敏. 北京邮 电大学出版社1998.2
数据以分组为单位沿该路径顺序传送到达终点 （逐节点转发）。类似于电路交换，但通路不 是一直占用。
分组交换的特点：实时性较好，线路利用率高。 X.25分组交换网采用虚电路方式。Internet采用的是数据 报方式。
三种基本交换方式的比较
电路交换 通路建立时间 实时性 交互性 线路利用率 长 好 好 低 报文交换 中 差 差 中 分组交换 短 中 中 高
光→电 光 信 号 · · · · · · 光→电 电 交 换 电→光 光 信 号 · · · · · · 电→光 · · · 光 · · · 交 换 光 信 号
采用光交换的优点：
减少了光电转换的损伤。光信号的抗干扰能力远远高于电
信号。 提高了交换速度。电交换的速度受电子器件的速度限制。
第一章 绪论
协议处理
终端一致性
简单
要求
中
不要求
复杂
不要求
四、异步转移模式 ATM Asynchronous Transfer Mode
ATM是ITU-T建议在宽带综合业务数字网B-ISDN 中信息复用、传输、交换的方式。ATM可以看成是分组 交换和电路交换的结合，兼具两者的优点。 ATM是将消息分成固定长度的信元进行存储转发，采 用统计时分复用方式，即不同的业务根据信息速率的不 同决定信元的发送频率，以适应综合业务的需要。
第二章 内容
§2.1 交换网络中的信号形式及时隙交换概
念（背景知识） §2.2 具体交换单元介绍 §2.3 交换网络
§2.4 举例
§2.1 交换网络中的信号形式及 时隙交换概念
交换网络中的信号形式是数字的、时分复用信号。
电路交换采用 同步时分复用信号 分组交换和ATM交换采用 统计时分复用信号
什么是同步时分复用信号和统计时分复用信号？
有线电视网CATV—主要业务为视频（电视）信 号及话音、数据。 综合业务数字网—在一网中实现话音、数据、电 报、视频多种业务，而且象可视电话、图文电 视、视频点播传输的是多媒体信息，即一种业 务同时传输话音、图像、视频、文本的多媒体 信息。 此外还有移动通信网、微波通信网、无线寻 呼网等。
通信网的发展趋势：
电话网 各种单一业务通信网 综合业 务数字网ISDN（Integrated Services Digital Network） NGN下一代网络
第一章 绪论
—介绍本课程的基本概念和主要内容—
交换与通信网
通信网的种类及发展 交换技术的种类及发展
交换设备的组成
§1.3交换技术的发展及种类
现代交换技术
信息工程包括信息的检测、传输、 交换、处理、识别。
本课程即是介绍信息的交换技术。
信息传输：解决如何利用媒介传输信息。（点对点通信）
信息交换：解决处于同一通信网中的用户如何交 换信息。（网络通信）
章节安排
第一章 绪论 第二章 数字交换与交换网络 第三章 电路交换系统的硬件 第四章 电路交换系统的软件 第五章 分组交换与帧中继技术
五、 多协议标记交换MPLS
Internet已取得了巨大成功，但随着用户量的急剧增加， 由多层路由器构成的网络已趋于饱和，网络经常阻塞，用 户的业务质量得不到保证，为此需用ATM技术对传统的 Internet网络进行改进。 IP交换和标记交换就是ATM技术与IP路由技术结合的两 个产物，最后这两种产物技术统一成一个标准多协议标记 交换MPLS。
六、软交换Soft Switch
软交换技术是能够将现存网络融合成以IP 为中心同时可以支持语音、数据和多媒体 业务的下一代网络NGN的关键技术。
软交换的核心思想是通过软件的方式实现 原来电路交换机的控制、接续、业务处理 等功能。
七、光交换技术
光技术在信息的传输中已得到广泛应用，特别是在 B-ISDN中几乎所有的传输都采用光纤传输，而目前的交 换机都是电交换机，采用光交换已是迫切需要。光交换 技术处在研发阶段。
交换与通信网
通信网的种类及发展 交换技术的种类及发展
交换设备的组成
§1.2通信网的种类及发展
计算机数据网、有线电视网CATV、移动 通信网、微波通信网、无线寻呼网、综合 业务数字网ISDN。
现有的通信网：电话网、电报网、传真网、
通信网的种类
电话网—主要业务为电话、图文传真、低 速数据、慢速图像。 电报网—主要业务为电报和低速数据（电 子信箱） 传真网—主要利用电话网进行图文传真。 计算机数据网—主要业务为计算机数据、 分组话音、图像。计算机数据网有各种 类型，现存的计算机网如：公用分组交 换数据网、公用数字数据网、Internet、 金融网、教育科研网以及各种局域网。
小 结
交换设备是通信网的重要组成部分。交换设备负 责用户间路由的接续和释放。
常用的交换方式有：电路交换、报文交换、分组 交换、帧中继（局域网中使用）、异步转移模式 ATM、多协议标记交换MPLS。 本课程即是介绍交换设备的组成、各种交换方式 的原理和方法。
Basic telephone terminal
A basic phone can be made by using just four units
The bell
The hook switch
The keypad The speech circuit
Modern keypads use dual-tone dialing The speech circuit adapts voice levels and isolates mic and speaker
第一章
作业
1 组成通信网的基本要素有哪些？各有什么 作用？
2 介绍电路交换、报文交换、分组交换的特 点，并比较三种基本交换的性能。 3 程控交换机由那些部件组成？
第二章 交换单元与交换网络
交换网络是交换设备的一个重要组成部分，用来提供
交换所需的通路。
什么是 交换网络？
交换网络是由基本的交换单元组成。
交换技术的发展可以从两个方面看：
交换的控制方式是随着电子技术的发展而 发展（设备方面）。 交换方式的发展是随着通信网的发展而发 展，不同业务的通信有不同的特点，其交 换方式也不同（理论方面）。
控制方式的发展：
人工交换 自动交换 机电式
电子式
交换方式的发展：
电路交换 报文交换
分组交换 三种基本 交换方式
1 信道共享与多路复用技术
为了提高信道的利用率，通常采用多路复 用技术，使多路信息在一个信道或一条传 输线路上传输。
多路复用技术 频分复用:将信道按频率分割为
多个子信道。 时分复用:将信道按时间分割为 多个子信道。 空分复用:将信道按空间分割为
多个子信道。
码分复用:将信道通过不同的扩 频码序列分割成多个子信道。
传输线路： 或称传输媒介，信息的传输通道。 如：电缆、光缆、无线电波。 交换设备： 负责在任意的两条用户之间建立和 （而后）释放一条通信链路。如： 交换机、路由器。
exchange
图1.1 用户间互连构 成通信网
Fig. 1.2 network constituted by exchange
说明： 在图1.2中，任意两个终端需要通信（交换信息）， 可由交换设备控制相应的开关接点接通，为两者提供一 条通信链路，当通信结束，则相应的开关接点断开，释 放通信链路。 比较： 互连式通信网可靠，不会出现通信阻塞，但成本 高（需 n×(n-1)/2根线）。 通过交换设备构成的通信网有可能出现阻塞（不 是一定会阻塞），成本低。
将报文分成若干个报文组（packet)，每个报文组要加上地址、 编号、校验码，然后以报文组为存储转发单位逐节点转发，到达 目的地再按编号组装成原报文。
分组交换有两种工作模式：数据报、虚电路方式。 数据报方式：以分组为基本单位逐节点转发，且不同分组 可 沿不同的路径传输，类似报文交换。
虚电路方式：首先网络在通信两端建立逻辑连接，然后用户
IP交换
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
计算机网
一、电话网中的交换方式—— 电路交换（circuit switching）
主叫方通过拨号的方式通知网络被叫方的电话 号码，网络根据被叫方的号码在主叫与被叫之 间建立一条通路
特点：通信之前先建立通路，通信时通路独占， 通信结束，通路释放。实时性好，线路利用率 差。
二、电报网的交换方式——
第一章 绪论
—介绍本课程的基本概念和主要内容—
交换与通信网 通信网的种类及发展
交换技术的种类及发展
交换设备的组成
§1.1交换与通信网
组成通信网的三个基本要素： 终端：
将消息（话音、图像、数据）转换 成媒介能够接受的电信号形式，同 时将来自传输媒介的电信号还原成 原始消息。如：电话机、 传真机、 计算机
f 频率
信道 1
f
不同用户在同 一时段发送， 占用不同频道
频率
不同用户占用 同一频道，在 不同时段发送
信道 2
信 道
信道 n
信 道 ２
１
信 道 n
a 时分复用示意图
时间 t
时间 t b 频分复用示意图
a 频分复用
b 时分复用
2 同步时分复用
同步时分复用的由来：话音信号的频率300HZ～3400HZ，取采 样频率为8KHZ，即采样周期为125us，采样值用8位二进制编码，8 位二进制占用的时间相对于125us很少，为了提高传输线的利用率， 将125us分成若干时隙，不同用户的采样值占用不同的时隙进行传输。 因为子信道在每一帧时间轴上的位置是固定的，所以称为同步 时分复用。同步时分复用信道又称位置信道，是通过时间轴上的位 置来区分子信道（话路）的。同步时分复用子信道的速率是恒定的。