第七章交换技术基础要点
ATM交换技术
第七章ATM交换技术本章教学基本要求：1．了解ATM的定义及信元结构；2．理解虚信道和虚通路；3．理解ATM协议分层结构；4．理解ATM交换的基本原理；5．理解ATM连接的建立和清除；6．掌握ATM交换机的组成；7．掌握ATM交换结构。
本章教学主要内容：一、ATM的基本概念二、B-ISDN/ATM协议三、ATM交换的基本原理四、ATM交换机的组成五、ATM交换结构六、ATM连接建立和清除一、ATM的基本概念1．ATM的定义ATM（Asynchronous Transfer Mode），即异步转移模式，被ITU-T定义为宽带综合业务数据网B-ISDN的信息传输模式。
术语“转移”包括了传输和交换两个方面，所以转移模式是指信息在网络中传输和交换的方式。
“异步”是指在接续和用户中带宽的分配方式。
因此，ATM就是在用户接入、传输和交换级综合处理各种通信量的技术。
2．ATM的信元结构ATM信元的长度是固定的，而且信元的长度较小，只有53字节，分为信头和净荷两部分，信头为5个字节，净荷为48个字节。
ATM信元的信头内容在用户-网络接口（UNI）和网络节点接口（NNI）中略有差别，如图7.1所示。
(1)GFC：一般流量控制，4比特。
仅用于UNI接口，用于控制ATM接续的业务流量，减少用户边出现的短期过载。
只控制产生于用户终端方向的信息流量，而不控制网络方向的业务流量。
(2)VPI：虚通道标识，其中NNI为12比特，UNI为8比特。
(3)VCI：虚通路标识，16比特，标识虚通道内的虚通路，VCI与VPI的组合来标识一个虚连接。
(4)PTI：净荷类型指示，3比特，用来指示信元类型。
(5)CLP：信元丢失优先级，1比特。
用于信元丢失级别的区别，CLP为1，表示该信元为低优先级，为0则为高优先级，当传输超限时，首先丢弃的是低优先级信元。
(6)HEC：信头差错控制，8比特，监测出有错误的信头，可以纠正信头中1比特的错误。
第7章 ATM交换技术
制作：邵黎
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第7章 ATM交换技术
三、ATM信元传送处理的基本原则
1．信息发送顺序
从字节1起始，8bit的字节以增序方式
发送；对于各域而言，首发比特是最高有
效位（the Most Significant Bit，MSB）。
对信息域不采取任何纠错和检错措施。
制作：邵黎
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第7章 ATM交换技术
缺省方式
纠正信头的 一位错码。
接收端信头差错控制方式
制作：邵黎
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第7章 ATM交换技术
3．信元定界方法
由于信元之间没有使用特别的分割 符，信元的定界也借助于信头差错控制 HEC字节实现。 三种不同的状态： 搜索态、预同步态和同步态。
PBX
PBX
NNI
专用UNI ATM网络 工作站
公用ATM交换机
高清晰度电视
家用电话
B-ISDN
制作：邵黎
9
第7章 ATM交换技术
异步转移模式ATM是一种采用异步时 分复用方式、以固定信元长度为单位、面 向连接的信息转移（包括复用、传输与交 换）模式。
信元的格式与业务类型无关，任何业 务的信息都经过分割后封装成统一格式的 信元。用户信息透明地穿过网络(即网络对 它不进行处理)。
ATM 交换机 UNI
制作：邵黎
8
电话 数据 图像
ATM 复用系统
第7章 ATM交换技术
公共电话
LAN
用户家区 专用UNI ATM交换机 专用UNI
d i g i t a l
d i g i t a l
现代交换技术_07分组交换技术
7．2 X ．25简介
在广域网中最先得到使用的分组网协议是 X ． 25 ， X．25协议定义了数据终端设备DTE和公用分组交换网之间 的接口。目前，传统的分组交换技术显得有些过时，但分 组交换是后来发展的各种数据交换技术（如帧中继、ATM 交换等）的基础，因此了解X．25协议的原理和技术对理 解帧中继、ATM交换技术是十分必要的。 X．25是在传输介质质量较差、终端智能较低、对通 信速率要求不高的历史背景下，由ITU-T的前身CCITT制 定的，包含复杂的差错控制和流量控制措施，能提供中低 速率的数据通信业务，主要用于广域互连
OSI一开始就按照电信网的思路来对待网络，坚持“网络提供 的服务必须是非常可靠的”这样一种观点，因此OSI在网络层(以 及其他的各个层次)采用了虚电路服务。 然而美国 ARPANET 的一些专家则认为，根据多年的实践证明， 不管用什么方法设计网络，网络(这可能由多个网络互连而成)提 供的服务并不可能做得非常可靠，用户主机仍要负责端到端的可 靠性。所以他们认为：让网络只提供数据报服务就可大大简化网 络层的结构。 当然，网络出了差错不去处理而让两端的主机来处理肯定会 延误一些时间，但技术的进步（光纤的出错的概率远小于电缆传 输）传输使得网络出错的概率已越来越小，因而让主机负责端到 端的可靠性不但不会给主机增加更多的负担，反而能够使更多的 应用在这种简单的网络上运行。因特网能够发展到今天这样的规 模，充分说明了在网络层提供数据报服务是非常成功的。 但是，随着因特网的迅速发展，要求因特网不仅要传输数据 信息，还需要传输对时间同步有严格要求的话音业务和视频业务， 这些业务对网络的服务质量有很高的要求，为了满足这些业务的 要求，在因特网上又出现了将无连接技术和面向连接技术紧密结 合的多协议标签交换MPLS。
现代交换原理第7章ATM交换技术
7.2.4 ATM协议参考模型
物理层
ATM层
ATM适配层(AAL)
高层
用户面
高层
控制面
管理面
面管理
层管理
7.2.4 ATM协议参考模型
B-ISDN协议参考模型由3个平面组成 用户面（User Plane）： 负责用户信息的传送，采用分层结构。 控制面（Control Plane）： 提供呼叫和连接的控制功能，主要涉及信令功能，也采用分层结构。 管理面（Management Plane）： 提供面管理与层管理两种管理功能。面管理实现与整个系统有关的管理功能，并完成各个面之间的协调功能；层管理实现网络资源与协议参数的管理，并处理各层中的操作与维护（OAM）信息流，面管理不分层，层管理是分层的。
7.1 ATM与B-ISDN的产生与发展
研究热点
ATM交换结构 ATM网的业务流控制 话音通过ATM（VOA） IP与ATM的融合 ATM与智能网（IN）的结合 光ATM交换
7.2 ATM基本原理
ATM特点：
01
添加标题
采用了固定长度的信元，并简化了信元头功能
02
添加标题
采用了异步时分复用方式
VPI
VPI
VCI
VCI
VCI
PT
HEC
CLP
1 2 3 4 5
字节
(1) UNI的信头结构 GFC（Generic Flow Control）：一般流量控制字段，4bit，用于接入流量控制。
7.2.1 ATM信元及其结构
7.2.1 ATM信元及其结构
VPI/VCI：选路信息，唯一标识一个逻辑子信道。 VPI（Virtual Path Identifier）：虚通道标志，8bit，可标识256条虚通道。 VCI（Virtual Channel Identifier）：虚信道标志，16bit，可标识65536条虚信道。 PT（Payload Type）：净荷类型，3bit，表示信息段传送的信息类型 CLP（Cell Loss Priority）：信元丢弃优先权，1bit，CLP=0，表示高优先级；CLP=1,表示低优先级，若遇到拥塞要丢弃信元时，CLP=1的信元将首先丢弃。 HEC（Head Error Control）：信头差错控制，8bit，检验信头是否出错，不检测信息段。
交换技术基础
维护管理程序（大部分） 故障诊断程序 （在外存中，平时不用， 需要时调入内存运行） 测试程序－交换机安装调测程序 非常驻程序
脱机程序
（非电话正常 接续所用程序）
软件支援程序－软件中心使用的程序
六、呼叫接续基本原理
本局内部呼叫接续过程：
用户线扫描监视及主叫摘机识别
去话分析 号码信息接收 号码分析 来话分析
隙又由8位二进制码组成，因此数字交换网络中 交换的数字信号实际上是交换一个个时隙。
数字交换网络的构成 数字交换网络由接线及复用器和分路器构成。
接线器 时间接线器 （T接线器）
空间接线器 （S接线器）
时间接线器 完成一条PCM复用线上各时隙信息的交换。
主要由话音存储器和控制存储器组成。话音 存储器是用来存储话音编码信息的；控制存 储器是用来寄存话音时隙地址的。
复用器及分路器 为提高时分复用线的复用度，扩大数字交换网络的 容量，在数字交换网的入端设有复用器，在出口设 有分路器。 交换网络利用复用器及串/并变换将多套PCM一次群
进行复接。当网络输出时经分路器完成分路及并/串
逆变换，恢复原PCM一次群。
五、程控数字交换机的软件
数字程控交换机软件的特点
实时性 并发性 可靠性
模拟用户电路功能 馈电 （B） 过压保护 （O）
振铃 （R）
监视 （S） 编译码 （C） 混合电路 （H） 测试 （T）
用户集线器 主要由一级T接线器组成，由单独的控制设备控制其 工作。 由于每对用户线忙时双向话务量很小，约为0.10—0.20Erl， 故程控交换机每个用户电路输出并不直接接入数字交换网 络，而是经过用户集线器进行话务集中后，再以数量较小， 但通话利用率却很高的链路接入数字交换网络。
第七章ATM交换技术
ATM信头功能有限，网络节点处理十分简单，提高了速度。
• 4、交换方式灵活
信元的长度小，可以用硬件和软件实现交换。
• 5、信元在网络中传送速度高
各节点只对信元的头部进行处理，信息字段保持不变。
ATM兼具电路和分组传送方式的优点 （1）ATM可以看作是电路传送方式的改进。
• ①电路传送方式中，时间划分为时隙，一个时隙传送一个用户 数据，按数据在时间位置进行区分。
物理层向上与ATM层交互信元，向下必须适配不同的传 输系统。
1．物理介质子层提供的物理接口 ITU-T和“ATM论坛”将物理接口分为三类，即基于SDH、
基于信元和基于PDH的接口。下面进行简要介绍。 （1） ITU-T制定的接口标准 ITU-T建议书I.432定义了两个基于光纤同步数字系列(SDH)
这种小而固定长度的数据单元减少了组装、拆卸信元及 信元在网络中排除等待的时延，确保更快、更简单的进行交 换和多路复用，从而支持高速的传输速率。
1 8
信元结构：定长，53个字节的信息段
从 第
字 节
位内
开发
始送
顺
序
二、ATM信元的信头格式 ATM信元在网络中的功能是由信头来实现的。网络中的各
个 节点根据信头来识别信元是属于哪一个连接。
数据通信具有一定的突发性（传输速率不恒定），因而电 路交换不适合数据业务传送的要求。虽然在技术上可以实现电 路交换的多速率、高速度的信息传送，但是信息的处理和控制 复杂，硬件设备成本很高。
• （2）分组交换技术
• 在分组交换通信网中，信息的传递以存储/转发的方式 进行，采用统计复用方法提高带宽的利用率，另一方 面为了保证数据传递的可靠性，在数据链路层采用逐 段转发、差错校正的控制措施。
交换技术基础
交换技术基础一、 交换机原理1. 交换机的地址学习第二层交换主要是依靠网络主机NIC 上的物理硬件地址（MAC 地址）完成的。
第二层交换过程通过使用MAC 地址在底层实现了信息交换。
交换机通过使用大规模集成电路的ASIC 来进行全线速的数据建立与维护。
在二层交换中，交换机在数据传递过程中不检查第三层网络层的报头信息，而是直接由第二层数据链路帧结构中的MAC 地址来决定数据的传递方向。
这样所有交换过程几乎都没有软件的参与，效率提高。
交换机通过读取所传输的数据帧的源MAC 地址和记录帧进入的交换机的端口来学习网络上每台设备的地址。
然后，交换机将这些信息添加到它的转发数据库或MAC 地址表中。
地址是动态学习到的。
也就是说，当交换机读取到新的源地址是，它就学习到了新地址，交换机就会把该地址存储在内容可寻址存储器（CAM ，Content Addressable Memory ，即交换机的地址表）中。
当在CAM 中没有传送包的源地址时，它被学习并存储以备将来使用。
每次存储时，地址都被打上时间标记。
每次地址被引用或在CAM 中找到，它都将收到一个新的时间标记。
那些一段时间内还没有被引用的地址将从列表中移走。
通过移走过时的或老的地址，CAM 维护了一个精确和有用的转发地址数据库。
当更换一台设备的网络接口卡时，这一点就显得尤为重要。
我们以具体事例来说明交换机的地址学习过程。
交换机重新启动后，其MAC 地址表会被自动清空，即交换机初始化时MAC 地址表是空的。
已知交换机上连接四台主机，交换机处于刚开机的促使化状态，MAC 地址表为空，如下图所示。
这时，主机A 准备好了数据帧要发送给主机C ，A 发送的帧要将穿过交换机。
当这ACB D 0058.4c5c.1111 0058.4c5c.44440058.4c5c.33330058.4c5c.2222个帧穿过交换机的时候，交换机会查看它的MAC 地址，以发现源MAC 地址并将其和对应端口存储到交换机的MAC 地址表中。
现代交换技术知识点梳理
第一章绪论（2学时）本章重点：电话交换网结构、电话机结构及工作原理、程控数字交换机的基本结构及工作原理。
本章难点：电话机的工作原理、程控数字交换机的工作原理。
2学时知识点层次教学要求互连通信网络I了解初级互通网络、交换机互连网络、电话交换网结构。
电话机结构及工作原理Ⅱ掌握电话机的基本结构及工作原理和通信过程。
交换机结构及工作原理Ⅲ熟悉程控数字交换机的基本结构及工作原理和通信过程。
交换技术的发展概况I了解交换技术的发展历程。
下一代网络的体系结构Ⅱ掌握下一代网络的体系结构及特点。
第二章电路交换技术（10学时）本章重点：电路交换系统的硬件结构、电路交换机的基本功能、时分交换单元、空分交换单元、TST交换网络、DSN交换网络、数据驱动的程序流程结构、时间表调度方式、信令处理程序、交换系统性能评价指标。
本章难点：电路交换机的基本功能、时分交换单元、空分交换单元、TST交换网络、DSN交换网络、数据驱动的程序流程结构、信令处理程序流程。
2学时知识点层次教学要求电路交换技术的特点I了解电路的定义和电路交换技术的特点。
电路交换机的分类I了解电路交换机常用的分类方法。
电路交换呼叫接续过程Ⅱ掌握电路交换呼叫接续过程的三阶段和信令交互关系。
电路交换系统的硬件结构Ⅲ熟悉程控数字交换机的硬件功能组织结构。
电路交换机的基本功能Ⅲ熟悉程控数字交换机各组成模块的基本功能。
2学时知识点层次教学要求数字交换网络I了解数字交换网络的作用和特点。
共享存储器时分交换单元Ⅲ熟悉共享存储器型时分交换单元的电路组织结构。
空分型交换单元Ⅲ熟悉空分型交换单元的电路组织结构。
共享总线型时分交换单元Ⅲ熟悉共享总线型时分交换单元的电路组织结构。
CLOSE交换网络模型Ⅱ掌握CLOSE交换网络模型及3级可重排无阻塞CLOSE网络。
2学时知识点层次教学要求TST网络工作原理Ⅱ掌握TST网络工作原理及建立双向通路过程。
TST网络电路组织结构Ⅲ熟悉TST交换网络电路组织结构。
第7章 交换技术基础(程控数字交换技术-叶敏版)
7.369 73.69 8.522 75.75
9.685 77.48 10.78 80.85
回本节
7.2 交换网络的内部阻塞
链路 在入线和出线之间还有内部各级之间的 连线，叫做“链路”。 内部阻塞 由于交换网络内部级间链路不通而导致 呼叫损失掉的情况叫做交换网络的“内部 阻塞”。
第七章 交 换 技 术 基 础
7.4 可靠性设计
系统的正常运行时间可用平均故障间隔时间 （MTBF：Mean Time Between Failures）表示。 总的运行时间应是正常运行时间MTBF加上平 均故障检修时间（MTTR：Mean Time To Repair）。 可用性A可简写为：
A MTBF MTBF MTTR
第七章 交 换 技 术 基 础
7.3.1 计算BHCA的基本模型
〈例〉某处理机用于呼叫处理的时间开销平 均为0.85（称它为占有率），固有开销 a=0.29,处理一个呼叫平均需要32ms，则可得
3210 0.85 0.29 N 3600
(0.85 0.29) 3600 N 63000 次/小时 3 32 10
第七章 交 换 技 术 基 础
1 2
1 5 6 10 11
15
15
1
50
51
100
1
50
51
100
图7-3 全利用度线束
图7-4 部分利用度线束
回本节
7.1.3 爱尔兰呼损公式及其应用
爱尔兰呼损公式 在已知话务量和规定呼损情况下要计算出线需 要使用呼损公式，爱尔兰公式只适用于明显损失 制全利用度系统。 爱尔兰公式： n
呼损概率 （1）呼损：如果用户在一次呼叫时，由 于在交换网络中找不到空闲出线而未能完 成通话，把它叫做“呼叫损失”，简称 “呼损”。主要是由出线全忙造成的。 （2）有两种对待呼损的不同处理方式： 明显损失制和等待制。
第7章 交换技术基础
评价一个交换系统设计水平和服务能力的重要指标。
13
7.3 控制部件的呼叫处理能力——BHCA
处理机单位时间内用于呼叫处理的时间开销t通常用一个 线性模型来估算：
t = a +bN
a：与呼叫处理次数（话务量）无关的固有开销；
bN：与呼叫处理次数有关的非固有开销；
b：处理一次呼叫的平均非固有开销； N：单位时间内所处理的呼叫总数，即BHCA；
A = 0.1Erl 10 = 1Erl
n=2
11
爱尔兰图：
书例：107页
n
0.1% 0.2% 0.3%
A
例：某交换机有1000个用户，每用户平均原发话务量为0.1Erl， 其中30%为出局呼叫，求出需要要多少出入中继，内部交换 网络多少条？（呼损率小于0.2%）
12
7.3 控制部件的呼叫处理能力——BHCA
第7章
交换技术基础
7.1 话务量基本概念
7.3 控制部件的呼叫处理能力——BHCA
1
7.1 话务量基本概念
7.1.1 话务量定义
1. 什么叫话务量
话务量（A）是从数量上表明用户占用交换网络和交换机程度的
量，用以下两个参数衡量： 单位时间内用户通话次数的多少（C）； 每次通话所占用的时间（t）； 话务量的公式：
5
7.1.1 话务量定义
4. 原发话务量和完成话务量
原发话务量(Ao)：加入到交换网络的输入线上的话务量；
完成话务量(AC)：在输出端送出的话务量；
损失话务量：原发话务量 － 完成话务量； 三者的关系如下：
AC = AO (1-B) = AO - AOB
6
7.1.2 线束（群）的概念
7第7章-ATM交换技术
引言
异步转移模式(ATM)旳产生 设想一种新旳方案，即具有电路互换那样控制
简朴、实时性好旳特点，又具有分组互换旳统 计复用那样资源利用率高旳特点。 ATM方案：
VCI1 VCI2
图7.9 虚连接和VC及VP交换
ATM旳虚连接过程
虚信道连接（VCC） 虚通路连接（VPC）
UNI
VC交换机 VPI＝1 VCI＝1
NNI VP交换机
VPI＝2 VCI＝45
UNI NNI
VC交换机
VPI＝5 VCI＝45
VPI＝20 VCI＝30
图7.10 VCC和VPC连接过程
特点 顾客独占通信信道，实时响应好，能确保 传送时延要求，但不适应变比特业务应用，慢速 业务挥霍资源，迅速业务难以实现。
引言
分组互换旳特点， 在分组互换通信网中，信息旳传递都是以分组
为单位进行传播、复接和互换旳。分组互换一 方面采用统计复用措施提升带宽旳利用率，另 一方面为了确保数据传递旳可靠性，在数据链 路层采用逐段转发、差错校正旳控制措施。这 种控制措施确保了数据旳正确传递，但同步也 致使传播数据产生附加旳随机时延。
ATM旳虚电路
虚电路，就是将一条物理通道划提成一定数量旳 组/群，称作虚通路(VP)，再把每个VP细提成 若干虚信道(VC)，分别用VPI、VCI进行标识。
VPI
VPI
VCI
VPI
传输路径
VPI
VCI
VPI
VPI
VCI
图7.8 VPI与VCI的概念
ATM旳虚连接
交换技术基础
一种基于MAC（网卡的硬件地址）识别， 能完成封装转发数据包功能的网络设备。 交换机可以“学习”MAC地址，并把其存 放在内部地址表中，通过在数据帧的始发 者和目标接收者之间建立临时的交换路径， 使数据帧直接由源地址到达目的地址。
VLAN的中文名为“虚拟局域网”。VLAN是一 种将局域网设备从逻辑上划分成一个个网 段，从而实现虚拟工作组的数据交换技术。 这一技术主要应用于交换机和路由器中， 但主流应用还是在交换机之中。但又不是 所有交换机都具有此功能，只有支持VLAN 协议的第二层以上交换机才具有此功能。 可以实现划分广播域的功能。
VTP域也称为VLAN管理域，有一个以上共享 VTP域名互相连接的交换机组成。也就是说， VTP域是一组VTP域名相同并通过中继链路相 互连接的交换机。 VTP域的要求： 1、域内的每台交换机都必须使用相同的域名。 2、Catalyst交换机必须是相邻的，即相邻的交 换机需要具有相同的域名。 3、在所有Catalyst交换机之间，必须配置中继 链路(trunk)。
园区网络中，工程师可能需要在每台设备上配置 相同的vlan信息，并要求保持同步，这是十分耗费 时间的工作，使用VTP可以轻松达到这个目的。
链路聚合，是指将多个物理端口捆绑在一起， 成为一个逻辑端口，以实现出/ 入流量在各成 员端口中的负荷分担，交换机根据用户配置的 端口负荷分担策略决定报文从哪一个成员端口 发送到对端的交换机。当交换机检测到其中一 个成员端口的链路发生故障时，就停止在此端 口上发送报文，并根据负荷分担策略在剩下链 路中重新计算报文发送的端口，故障端口恢复 后再次重新计算报文发送端口。链路聚合在增 加链路带宽、实现链路传输弹性和冗余等方面 是一项很重要的技术。
交换技术基础
通信网
汇接交换机 市话交换机
用户交换机 中继线 用户线
长途交换设备仅涉及交换机之间的通信，而市内交换设备既 涉及到交换设备之间的通信又涉及到交换设备与终端的通信
通信网
汇接交换机 市话交换机
用户交换机 中继线 用户线
由此可见，交换机在通信网中起着非常重要的作用，它就像公路中的立 交桥，可以使路上的车辆(信息)安全、快捷地通往任何一个道口(交换机 输出端口)
2.通信网组成
• 通信网络框架结构：基础网、支撑网和业务网
业务网
通
信
管
理
支撑网
网
基础网
电话网 数据网 综合业务数字网 移动网
信令网 同步网
N-ISDN B-ISDN
交换网 传输网 接入网
2.通信网
整个电信网络的控制管理 提供大量的智能业务
保证网络设备的时钟同步 控制传输信令的通道 完成数据和话路的交换 保证传输快速准确
(1) 对实时性业务支持不好 (2) 附加的控制信息较多， 传输速率较低
(3) 协议和控制复杂
目录
交换概念 通信网与电话网
多路复用技术
1. 电信网
• 从逻辑上 • 电信网是由节点（Node）、链路（Link）和端点（End）以及信令（协议）组成的
• 从物理上 • 完善的电信网则是由交换网、传输承载网和终端设备以及支撑系统组成的
这些缺点便造成了 交换设备的诞生……
• 最早的自动电话交换机在1892年11月3日投入使用 • 由美国人阿尔蒙.B.史瑞乔提出步进制自动电话交换机
人工交换机 1878
步进制交换机 1891
纵横制交换机 1919
空分模拟程控交换机 1965
时分数字程控交换机 1970
现代交换技术课件第七章ATM交换
信元的传输和处理
传输方式
ATM信元采用异步传输方式，通过统计复用实现高带宽利用率。
处理流程
信元的处理包括信元复用、交换和去复用等步骤，其中交换是ATM网络的核心功能。
信元的交换和路由
交换方式
ATM交换机采用存储转发方式进行 信元交换，通过高速缓存存储信元并 实现快速交换。
路由选择
根据信元头的路由信息，ATM交换机 选择合适的输出端口将信元转发至目 的地。
移动通信网络
无线传输环境
移动通信网络面临无线传输环境的挑战，ATM技术能够提供可 靠的无线传输解决方案。
灵活的接入方式
ATM技术可以支持多种接入方式，如DSL、Cable Modem等， 满足不同用户的需求。
高效的资源管理
ATM技术采用高效的资源管理机制，能够实现动态的带宽分配 和流量控制，提高网络性能和资源利用率。
信元交换
将信元从一个交换单元转移到另一个交换单元，完成 信元的交换和路由。
01
ATM交换关键技 术
信元格式与信元头
信元格式
ATM信元采用固定长度的53字节，其 中48字节用于用户数据，5字节用于 信元头。
信元头
信元头包含多个字段，如VPI（虚通 道标识符）、VCI（虚通道连接标识 符）、PTI（优先级和类型标识符）等 ，用于标识和路由信元。
ATM交换单元
交换单元
ATM交换机的基本组成单 元，负责信元的交换和路 由。
输入/输出模块
负责将信元接入交换机或 从交换机送出。
控制单元
负责信元的路由选择和交 换。
ATM交换原理
信元识别
通过信元头的VPI/VCI字段识别不同的虚通道和虚路 径。
路由选择
交换基础知识培训
交换基础知识培训在当今数字化的时代，交换技术作为网络通信的重要组成部分，对于构建高效、稳定和安全的网络环境起着至关重要的作用。
无论是企业的内部网络，还是大规模的互联网基础设施，交换技术都在默默地发挥着其核心作用。
因此，了解交换基础知识成为了网络技术领域中不可或缺的一环。
一、交换技术的基本概念交换，简单来说，就是在网络中转发数据的过程。
它的主要作用是将数据从一个端口转发到另一个端口，以实现网络设备之间的通信。
在传统的网络中，集线器（Hub）是一种常见的设备，但它只是简单地将所有接收到的数据广播到所有连接的端口，这不仅效率低下，还容易导致网络拥塞。
而交换机（Switch）则不同，它能够根据目标设备的MAC 地址（Media Access Control Address，媒体访问控制地址），有针对性地将数据转发到正确的端口，从而提高了网络的效率和性能。
二、交换机的工作原理交换机的工作基于 MAC 地址表。
当一个设备连接到交换机的某个端口时，交换机会自动学习该设备的 MAC 地址，并将其与对应的端口记录在 MAC 地址表中。
当有数据帧进入交换机时，交换机首先查看数据帧的目标 MAC 地址，然后在 MAC 地址表中查找对应的端口，最后将数据帧只转发到该端口，而不是像集线器那样广播到所有端口。
例如，假设在一个网络中有计算机 A、B、C 分别连接到交换机的端口 1、2、3。
当计算机 A 要向计算机 B 发送数据时，交换机接收到来自 A 的数据帧，通过查看帧中的目标 MAC 地址（即 B 的 MAC 地址），然后在其 MAC 地址表中找到 B 所连接的端口 2，最后将数据帧准确地转发到端口 2，从而实现了 A 与 B 之间的通信。
三、交换技术的分类交换技术可以分为多种类型，常见的包括以太网交换、ATM 交换和帧中继交换等。
以太网交换是目前应用最为广泛的一种交换技术。
它基于以太网协议，支持不同的速率（如 10Mbps、100Mbps、1000Mbps 甚至更高），并且可以实现全双工通信，大大提高了网络的带宽和效率。
交换技术基础-2
AC A0 (1 E ) A0 A0 E
(7.3)
式中：AC ——完成话务量，它是交换网络输出端送出的话 务量；
A0 —— 原发话务量，它是加入到交换网络输入线上的话务 量；
E ——呼损； A0E ——损失话务量(完成话务量与原发话务量之差)。
第7章 电信网规程 呼叫损失还可用爱尔兰呼损的计算公式表示为
第7章 电信网规程 【例7.1】 设一个用户在2小时内共发生了5次呼叫，各 次呼叫的保持时间依次为 800 s 、 300 s 、 700 s 、 400 s 和 50 s。求该用户的话务量(A)和话务流量(Al)。
解：
800 300 700 400 50 t 450 s 0.125 (h) 5
解：查爱尔兰呼损表可得交换机所承受的总话务量
A = 15.249 Erl。
第7章 电信网规程
7.2 程控数字交换机对控制设备的要求
程控数字交换机的控制系统与一般计算机的控制系统相 比具有接口种类多、输入数据量大、信号处理实时性强等特 点，因此对控制设备的要求应包含对呼叫处理能力的要求、 对可靠性的要求和对控制设备灵活性及适用性的要求等。 (1) 对呼叫处理能力的要求。呼叫处理能力用BHCA(Busy Hour Call Attempts)来衡量，其意义是忙时呼叫次数，表示处 理机在最忙的1小时(1 h)能处理的最大呼叫次数。 (2) 对可靠性的要求。电话通信应具有不间断的特点，这 就要求交换机控制设备的故障率应尽可能地低。一旦出现故 障，要求处理故障的时间尽可能地短。 (3) 对控制设备灵活性及适用性的要求。要求控制系统能 适应新的服务要求和技术发展。
算控制部件的呼叫处理能力。根据这个模型，忙时处理机
用于呼叫处理的时间开销为
交换技术基础
数据帧要去往的MAC地址 交换机端口
03-D2-E8-20-A1-11
1
03-D2-E8-20-A1-22
2
交换机工作原理
（4）经过上述数据帧的转发，此时交换机的转发表已经有了主机A的MAC地址——端口、主机C 的MAC地址——端口两条映射，那么经过若干次数据帧的转发后，交换机的转发表逐渐增加项 目条数，如表所示。此时，当主机D给主机B发送数据帧时，交换机从端口4收到该数据帧后，首 先将数据帧中的源MAC地址（主机D的MAC地址）与端口4做映射更新。接着，交换机根据数据 帧中的目的MAC地址（B的MAC地址），查找转发表，发现转发表中有主机B的MAC地址和端口 2的映射关系，于是，该数据帧从端口2转发出去，如图所示。
小结
1.了解制图标准； 2.掌握建筑施工图的阅读方法； 3.掌握计算机绘制建筑施工图
的方法和技巧。
致力于提供IT专业 全教学生命周期解决方案
交换机工作原理
1.3 以太网交换机的工作过程: （1）图中的交换机的端口1、2、3、4分别连接了主机A、B、C、D。初始情况下，交换机的转 发表为空，如表所示。
数据帧要去往的MAC地址 交换机端口
2-E8-20-A1-11
1
交换机工作原理
（3）当主机B给主机C发送数据帧时，交换机从端口2收到该数据帧后，首先将数据帧中的源 MAC地址（主机B的MAC地址）与端口2做映射，并将该映射写入转发表中，如表所示。接着， 交换机根据数据帧中的目的MAC地址（C的MAC地址），查找转发表，发现转发表中没有主机C 的MAC地址和端口的映射关系，于是，该数据帧被泛洪，如图所示。
数据帧要去往的MAC地址 03-D2-E8-20-A1-11 03-D2-E8-20-A1-22 03-D2-E8-20-A1-33 03-D2-E8-20-A1-44
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具有随机性和波动性。
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用户的电话呼叫完全是随机的，因此话务量是一个随机变量。
时间T内的话务量A：
A=C×t 其中，C——T内发生的呼叫次数； t——每次呼叫的平均占用时间。 话务量的单位为爱尔兰Erl 或小时呼TC。 也可用分钟呼(cm)或百秒呼(ccs)表示： 1Erl=1TC=60 cm=36 ccs
7.1 话务量基本概念
7.1.1 话务量定义
1、什么叫话务量 电话用户进行通话要占用电话交换机的资源(交换网络、 中继线、处理机、信令设备等)。 用户通话次数的多少和每次通话时间都从数量上说明了用户 需要使用电话的程度，或者说交换机资源被占用的程度。
话务量：从数量上表明用户或中继线占用交换机资源的程度，
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4、原发话务量和完成话务量 原发话务量：流入到交换网络的输入线上的话务量。 Ao ——Offered traffic 完成话务量：在输出端送出的话务量，已完成接续。 Ac——Carried traffic 损失话务量：原发话务量与完成话务量之差，即由于交换 网络有阻塞而遭受损失的话务量。 AoB—Lost traffic
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话务量强度(话务流量)：单位时间内流过的话务量
A1=A/T=C×t / T (7-2) 考虑交换局的机线数量时，总是以忙时话务量为基本数据。 通常所说的话务量，即指电话局在忙时的话务量强度， 是一个平均值——随机性。
例、设一个用户在2hr内共呼叫5次，每次呼叫的保持时间为
(7-1)
例、某交换机在一小时内共发生250次用户呼叫，每次呼叫的平均 占用时间为3分钟。则在这一小时内该交换机承受的话务量为： A=Ct=250×3/60=12.5Erl
交换系统能承受的话务量由交换网络可同时连接的话路数决定
现代局用数字交换机的话务量可达数万Erl以上。
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2、忙时、忙时呼叫和忙时话务量 交换局一昼夜期间所承受的话务量，即平均同时占用数， 是变化的——波动性。 一昼夜时间内，话务最繁忙的一小时称为忙时。
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Байду номын сангаас
7.1.3 爱尔兰呼损公式及其应用 对于交换节点，若呼叫到达是泊松过程，中继线是全利用度 线束，系统发生呼叫阻塞时，按明显损失制处理，则该系统达到 统计平衡状态时，可使用爱尔兰公式：
En ( A) An n！ Ai i！
i 0
n
其中，A－－原发话务量（爱尔兰）；n－－输出线数 En(A)－－呼损，同时有n个呼叫的概率，即n条出线全被占用， 拒绝新呼叫造成的呼损。
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线束按以下标准分为两类：
线束容量M——输出线数量 利用度D——每条输入线能达到的输出线范围 1、全利用度线束 线束中的任意一条出线能被任一条入线所达到，M=D， 只要有空闲出线即可接续，数字交换机采用。
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2、部分利用度线束 任意一条输入线不能达到所有出线中的任意一条，只能达到 部分出线，D<M。 可能产生内部阻塞，即使输出线空闲也不能立即实现接续。 对应明显损失制和等待制两种情况。
可用于开局时，在已知话务量和规定QoS的情况下计算所需
输出线数；也可用于故障诊断和确定忙时。
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例1：一个交换机，其交换网络接1000个用户终端，每个用户 忙时话务量为0.1Erl，该交换机能提供123条话路同时接受123个 呼叫。求该交换机的呼损和线路利用率。 解：∵电路交换采用明显损失制 且，123条话路可同时接受123个呼叫→M=D全利用度线束 →符合爱尔兰公式应用条件 交换机的总话务量为 Ao=0.1 Erl×1000=100 Erl； 输出线数n=123；查爱尔兰表，可得呼损 E123(100)=0.3%。 话务流量损失 Ao×E=0.3%×100=0.3 Erl； 完成话务量Ac=Ao×(1-E)=99.7% ×100=99.7 Erl 通过了该交换机内的123条话路 ∴每条话路负荷99.7/123=0.8 Erl话务量，即 忙时出线利用率 {((1-0.3%)×100Erl)/123}×100%=80%。
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3、呼损概率 呼叫损失(呼损)：在用户的一次呼叫过程中，由于在交换网络 中找不到空闲输出线或控制系统过负荷，而未能完成呼叫接续。 呼损是偶然事件，所以叫做呼损概率。 对待呼损有两种不同处理方式： (1)明显损失制：如果用户呼叫不能立即接通时，公用交换设备 不再受理这次呼叫，用户立即听到忙音，表示本次呼叫遭到损失 需重新摘机呼叫，如电路交换； (2)等待制：用户呼叫不能立即接通时，不是立即听忙音而是等待 公用交换设备空闲时给予接续。接通顺序按排队系统。 不需重新呼叫，如分组交换，客服电话。
第
7章
交换技术基础
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目前，电话业务仍是电信业务的主要内容。设计电话局交换 设备(交换网)及局间中继线配备数量时主要根据设备所要承受的 电话业务量(话务量)及规定的QoS (阻塞程度) 。 QoS：交换设备未能完成接续的电话呼叫业务量与用户发出的 电话呼叫量之比，即呼叫损失率。呼损越低，服务质量越高。 研究话务量、呼损与交换设备数量间固有关系的理论即为话务 理论。最早从事话务量研究的丹麦学者 A.K.Erlang在1909年发表了话务理论的经典著作。
明显损失制中，Ac=Ao(1-B)=Ao-AoB 其中， B——呼损，正常情况下很小，如规定1％或5‰，因此 通常在工程中不严格区分Ac或Ao；但设备超负荷时较大。
等待制中，Ac=Ao
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7.1.2 线束的概念 交换网络是若干输入线和能被这些输入线达到的若干输出线之 间的交叉矩阵。输出线可以组成一个或几个线束，满足： 入线上发生呼叫时，能接续到指定路由的一条空闲出线上去 任意一对输入-输出线上只允许有一个呼叫。
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数字程控交换技术出现后，话务交换网络可实现无呼损。 影响交换系统QoS的因素除公用设备的数量外，还有处理机
的处理能力。 通信业务从语音拓展到数据、多媒体后，将输入信息统称 通信呼叫。话务理论发展为通信业务量理论，研究QoS与所需 通信设备间的关系。
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800s,300s,700s,400s,50s。求该用户的话务量A和话务量强度A1 解： ∵T=2hr，C=5，t=(800+300+700+400+50)/5=450s=0.125hr ∴A=C×t=0.625Erl ∴ A1=A/T=0.625/2=0.315Erl (≤1，表现单个用户的占用率)