现代交换原理 第1章 概论
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现代交换原理第1章
1.2 电话通信
1. 电路交换 电路交换(Circuit Switching):一种直接交 换方式，是多个输入线和多个输 出线之间直接形成传输信息的物 理链路。
它要经过3步：建立连接（呼叫）, 通话 建立连接（呼叫） 通话, 建立连接 线路拆除（释放） 线路拆除（释放）。 在通信过程中，交换机为通信双方提供物理 电路连接。 电话交换是一种双向、点对点的线路交换业 务，它接收人类的自然语音并将其传输到用 户指定的目的地。 整个传输过程不失真、不时延。
2 .报文交换方式（Message Switching）
数据以报文方式进行交换传输。 采用存储---转发。 存储-转发交换（Store-and-Forward Switching）是一种不要求建立专用物理信道 的交换技术。 当发送方要发送信息时，应把目的地址先加 到报文中，然后从发送节点起，一个节点、 按地址把报文一个节点地转送到目的节点； 在转送过程中，中间节点要先把报文暂时存 储起来，然后在线路不忙时将报文转发出去。
电路交换特点：
（1）由于需要连接过程，建立连接需要时 间，故适合传输大量数据而传输少量数据 时效率不高； （2）连接一旦建立，便可以固定的速率传 输数据，除了传输延迟外，不再有别的延 迟； （3）一旦连接成功，就建立了一条临时专 线，即使不通话，也被占用，他人不可使 用。
电路交换 (Circuit Switching)
CTM 电 路 交 换 多 速 率 电 路 交 换 快 速 电 路 交 换 ATM 交 换 帧 中 继 分 组 交 换 报 文 交 换 PTM
换 交换
光交换 CTM-Circuit Transfer Mode PTM-Packet Transfer Mode ATM-Asynchronous Transfer Mode
现代交换原理与通信网技术——第1章交换概论
（2）无连接工作方式的特点：
l 没有连接建立过程，一边选路、一边传送信息。
l 属于同一个通信的信息沿不同路径到达目的地，该路径 事先无法预知，无法保证信息的有序性（发送信息顺序 与接收信息顺序不一致）。
l 信息传送的时延相比面向连接工作方式要大。
l 对网络故障不敏感。
分组交换具有以下6个特点
信息传送的最小单位是分组（Packet） 分组由分组头和用户信息组成，分组头含有选路和控制信息。
特点如图1.14所示。
图1.14虚电路方式特点
数据报采用无连接工作方式（CL—Connection Less）， 在呼叫前不需要事先建立连接，而是边传送信息边选路，
并且各个分组依据分组头中的目的地址独立地进行选路。
图1.15数据报方式特点
面向连接工作方式和无连接工作方式的特点
（1）面向连接工作方式的特点： 不管是面向物理的连接还是面向逻辑的连接，其通信 过程可分为三个阶段：连接建立、传送信息、连接拆 除。 一旦连接建立，该通信的所有信息均沿着这个连接路 径传送，且保证信息的有序性（发送信息顺序与接收 信息顺序一致） 信息传送的时延相比无连接工作方式要小。 一旦所建立的连接出现故障，信息传送就要中断，必 须重新建立连接，因此对故障敏感。
第1章 交换概论
本章将要讲述的内容:
什么是交换 为什么在通信网中一定要引入交换的功能 通信网中交换设备究竟完成哪些功能 在现有通信网中都有哪些交换方式 不同交换方式之间的区别是什么
1.1 交换的引入
一个最简单的通信系统是只有两个用户终端和连接这两个 终端的传输线路所构成的通信系统，这种通信系统所实现 的通信方式，我们称之为点到点通信方式，如图1.1所示。
1.2.4 分组交换 （PS:Packet Switching)
现代交换技术(第二版)课件第1章-交换技术概述
1.1
交换的基本概念
1.1.1 交换的引入
实际上，每个用户话机 只有一对连接线。 引入了一种交换设备。
电话 交换机
1.1.1
一、什么是交换
交换就是利用交换 设备（交换机），将所 有用户话机都用一对线 接到交换设备上，由交 换设备完成任意两个或 多个用户话机连通。
交换的引入
电话 交换机
1.1.1
荷时呼损率增加。 不适于突发业务和对差错敏感的数据业务。
（一）电路交换
基本工作过程分为三阶段：
呼叫建立、信息传送、连接释放。
交换节点A 交换节点B 交换节点C
建立
传送
释放
（一）电路交换
2、多速率电路交换
其基本思路是：在传统电路交换基础上，对不同的 业务提供不同的带宽（基本速率的整数倍）。
主要特点（缺点）： ►基本速率较难确定。 ►速率类型不能太多。 ►固定带宽分配，不适应突发业务的要求。 ►控制较复杂等。
噪音源
已调信号
基带信号
模拟通信系统模型图
模拟信道
主要缺点：抗干扰能力弱、保密性差、设备不易大规模集成
1.2.1
模拟交换与数字交换
二、模拟通信与数字通信 ► 数字通信：以数字信号来传送消息的通信方式。
信息源 信源编码器 信道编码器 调制器
模拟信号
数字信号
已调信号
传输媒质
噪音源
数字信道
受信者
信源译码器
程控交换与通信网
学时安排:
总学时 48， 理论 36， 实验 12
参考书：
《程控数字交换与交换网（第二版）》 ， 北京邮电大学出版社，叶敏编著。 《程控交换技术与设备（第二版）》，电 子工业出版社，劳文薇主编。
现代交换原理与技术第1章 交换技术及通信网概述
A
传输 1.交换2.发送 呼叫信号
传输
D
发送呼叫信号
1.作出反应 2.发送回应信号
2018/1/16
15 计算机与通信工程学院
1.2.1电路交换：交换机的分类
(1) 按信息表示形式分：模拟和数字交换机
交换机构对模拟信号进行交换，包括 人工交换台、步进制、纵横制、脉幅 调制等交换机。
交换机构对数字信号进行交换，包括用 于固定电话、移动电话语音交换的程控 数字交换机。
现代交换原理与技术
9
1.2 交换技术
ATM(Asynchronous Transfer Mode)
电 路 交 换
多 速 率 电 路 交 换
快 速 电 路 交 换
交 换
IP交换 软交换 IMS
ATM
帧 中 继
帧 交 换
分 组 交 换
报 文 交 换
PTM(Packet Transfer Mode) 光交换
2018/1/16 11 计算机与通信工程学院
1.2.1电路交换：技术演进
1876年贝尔发明电话。
最早的电话交换机，1878年英国人设计了磁石电话
交换机，采用Ring-Donw方式。 15年后步进制交换机问世，通过号盘话机拨号使直 流通断直接控制接续选择。 1919年后，纵横制交换机，采用记发器集中收号， 通过标志器驱动纵横接线器动作完成自动接续。
1.1.3 通信网的组成
交换设备
传输设备
终端设备
多个交换结点组成的通信网
2018/1/16 7 计算机与通信工程学院
1.1.3 构成通信网的三要素
通信网：由终端设备、交换设备、传输设备，结合信令过程、 协议和支撑运行系统组成的网络。
现代交换原理与通信网技术——第1章_交换概论
图1.14虚电路方式特点
数据报采用无连接工作方式（CL—Connection Less）， 在呼叫前不需要事先建立连接，而是边传送信息边选路，
并且各个分组依据分组头中的目的地址独立地进行选路。
图1.15数据报方式特点
面向连接工作方式和无连接工作方式的特点
（1）面向连接工作方式的特点：
不管是面向物理的连接还是面向逻辑的连接，其通信 过程可分为三个阶段：连接建立、传送信息、连接拆 除。 一旦连接建立，该通信的所有信息均沿着这个连接路 径传送，且保证信息的有序性（发送信息顺序与接收 信息顺序一致） 信息传送的时延相比无连接工作方式要小。
图1.10PCM30/32路同步时分复用系统
(4)信息传送无差错控制 (5)信息具有透明性 (6)基于呼叫损失制的流量控制
综述:
通过上述对电路交换特点的分析，我们不难看到：通 信网的业务特性决定了所采用的交换方式的特点，换 句话说，通信网采用的交换方式一定要适应其业务特 性。电话通信网中的话音业务，具有实时性强、可靠 性要求不高的特点，而电路交换不管是其面向连接的 特点，还是对信息无差错控制、透明传输以及基于呼 叫损失制的流量控制特点，都满足了话音业务的特性， 因而电话通信网采用电路交换方式。 电路交换由于无差错控制机制，因而对数据交换的可 靠性没有分组交换高，不适合对差错敏感的数据业务； 同时由于电路交换采用固定带宽分配方式，因而其电 路利用率低、不适合突发（burst）业务。电路交换适 合于实时性、恒定速率的业务。
1.2.8 IP交换
在这里我们所说的IP交换是指一类IP与ATM融合的技术它 主要有两大类：叠加模型、集成模型。 属于叠加模型的IP交换技术主要有CIP 、 IPOA和MPOA。 在叠加模式中，IP层运行于ATM层之上，实现信息传送 需要两套地址——ATM地址和IP地址、两种选路协议— —ATM选路协议和IP选路协议，还需要地址解析功能， 完成IP地址到ATM地址的映射。 属于集成模型的IP交换技术主要有IP交换、Tag交换和 MPLS。在集成模式中，只需要—种地址——IP地址， 一种选路协议——IP选路协议，无需地址解析功能，不 涉及ATM信令，但需要专用的控制协议来完成3层选路 到2层直通交换机构的映射。
现代交换原理第一章
路一旦建立，端到端所选的路由上各交换节点都有 映象表，存放出入信道对应关系，每个分组到来只 需查映象表，不需进行选路；数据报没有建立过程， 但每个分组要进行选路。 （3）分组顺序 虚电路同一呼叫的各分组在同一虚电路上传送， 分组会按原顺序到达终点，不产生失序现象；数据报 由于从不同路由到达终点，会引起失序，要重新排序。 （4）故障敏感性 虚电路对故障敏感，当链路或交换节点发生故障， 可能会引起虚电路中断，需重新建立，有些分组网具 有自动重建功能；数据报对故障防卫能力较强，可靠 性较高。
四
快速电路交换
基本工作原理： （1）在呼叫建立时，交换节点在相应路由上分配 所需的带宽，并记忆所分的带宽和去向；（实为建 虚电路） （2）用户发送信息时，通过检查呼叫标识确定此呼 叫所需带宽和去向，激活虚电路，建立物理连接； （3）用户没有信息时，释放传输通道。 特点： （1）交换节点不为每个呼叫专门分配和保留所需的 带宽，因此提高带宽使用率； （2）物理连接和拆除必须具有高速度，否则时延更 大。
（4）通信平均持续时间和建立请求响应不同： 数据用户通信时间大多数在50S以内，电话 通信平均时间在5MIN，数据通信信道建立 时间应在15S，而电话则在1S。 所以，数据通信必须使用专用高速网络。 二 电话网络进行数据传输 电话网络传输0.3 ~ 3.4KHz模拟话音信号，在其 上传输数字信号，必须使用MODEM。 由于目前中继线采用PCM数字信号传输话音，因 此要求发送端将数字信号变成模拟信号，经用户线送 到交换机，在发送局端再将模拟信号变成数字信号， 经网络交换传输后，在接收局端将数字信号变成模拟 信号，经收端用户线给MODEM解调，把模拟信号变 成数字信号。
三
电路交换 电路交换的数据网络： 70年代改造了用户线，允许直接进行数字信号 传输，形成数字接入、数字传输和数字交换的电路 交换数字网络CSDN（Circuit Switched Data Network)
现代交换原理 张毅 1-3章总结
流入话务量（A）：平均占用时长内负载源发生的平均呼叫次数，即呼叫强度。
完成话务量（ ）：平均占用时长内交换设备发生的平均占用次数，即结束强度。
按时间计算的呼损
按呼叫次数计算的呼损
爱尔兰公式
线束利用率
第二章交换单元及网络
2.1模拟信号数字化和时分复用基础
模拟信号数字化的三个步骤：采样、量化和编码
时分多路复用，把时间分成均匀的时间间隔，将每一路信号的传输时间分配在不同时间间隔内，以达到互相分开的目的。
空间交换单元：由电子交叉矩阵和控制存储器构成，按照控制存储器配置的不同划分为输入控制方式和输出控制方式。
时间交换单元：用来实现在一条复用线上时隙之间交换的基本功能，有两种控制方式，顺序写入，控制读出和控制写入，顺序读出。
总线型交换单元：包括入线控制部件、出现控制部件和总线。总线上的信号是一个同步时分多路复用信号，所有输入信号将被复合成为一个信号。
分组交换方式：链路利用率高，可靠性高，但时延大
1.4话务理论基础
话务量表示话务负荷，由呼叫强度、占用时长、考察时间组成。
话务量强度定义为
一天中通信设备最繁忙的一个小时称为忙时，忙时的话务量称为忙时话务量。
线束中出线数代表线束的大小，称为线束容量M。每条入线能够到达的出现范围称为利用度D。
全利用度线束（D=M），部分利用度线束（D<M）
程序的执行级别可划分为三级：故障级、周期级和基本级。
程控交换机软件系统的调度机制：周期级任务的调度，基本级任务的调度
3.6呼叫处理程序的基本原理
要设计一个能达到预定目标的呼叫处理程序非常复杂，工作量巨大，测试量更大。呼叫处理程序的设计代表程控交换机系统的设计水平，呼叫处理程序的运行效果体现了程控交换机的质量。
完成话务量（ ）：平均占用时长内交换设备发生的平均占用次数，即结束强度。
按时间计算的呼损
按呼叫次数计算的呼损
爱尔兰公式
线束利用率
第二章交换单元及网络
2.1模拟信号数字化和时分复用基础
模拟信号数字化的三个步骤：采样、量化和编码
时分多路复用，把时间分成均匀的时间间隔，将每一路信号的传输时间分配在不同时间间隔内，以达到互相分开的目的。
空间交换单元：由电子交叉矩阵和控制存储器构成，按照控制存储器配置的不同划分为输入控制方式和输出控制方式。
时间交换单元：用来实现在一条复用线上时隙之间交换的基本功能，有两种控制方式，顺序写入，控制读出和控制写入，顺序读出。
总线型交换单元：包括入线控制部件、出现控制部件和总线。总线上的信号是一个同步时分多路复用信号，所有输入信号将被复合成为一个信号。
分组交换方式：链路利用率高，可靠性高，但时延大
1.4话务理论基础
话务量表示话务负荷，由呼叫强度、占用时长、考察时间组成。
话务量强度定义为
一天中通信设备最繁忙的一个小时称为忙时，忙时的话务量称为忙时话务量。
线束中出线数代表线束的大小，称为线束容量M。每条入线能够到达的出现范围称为利用度D。
全利用度线束（D=M），部分利用度线束（D<M）
程序的执行级别可划分为三级：故障级、周期级和基本级。
程控交换机软件系统的调度机制：周期级任务的调度，基本级任务的调度
3.6呼叫处理程序的基本原理
要设计一个能达到预定目标的呼叫处理程序非常复杂，工作量巨大，测试量更大。呼叫处理程序的设计代表程控交换机系统的设计水平，呼叫处理程序的运行效果体现了程控交换机的质量。
现代交换技术 第一章 概论
电路交换
交换技术
存储转发交换
报文交换 分组交换
X.25 帧中继 ATM
IP
光交换
图1.3 交换方式的分类
第一章 概论
1.2 交换方式
交换意味着源与目的地址之间的连接，交换方 式是交换节点为了完成交换功能所采用的互通技术， 在传统意义上交换方式分为电路交换、包交换和分 组交换这里简要介绍以下几种通信网上正在使用和 研究的交换方式。
该分组发往何地址，然后由交换机根据每个分组的地址标志，将他们转 发至目的地，这一过程称为分组交换。进行分组交换的通信网称为分组 交换网。
分组交换实质上是在“存储—转发”基础上发展起来的。它兼有电 路交换和报文交换的优点。分组交换比电路交换的电路利用率高，比报 文交换的传输时延小，交互性好。
第一章 概论
分组交换的主要缺点是： (1)由网络附加的传输信息较多，对长报文通信的传输效率比较低。 (2)技术实现复杂。
分组交换主要应用在数据通信网络中，满足数据通信的高可靠性，延时要求 不高的技术特点。
电路交换：专列 报文交换：渡轮 分组交换：大巴
第一章 概论
3．帧中继
帧中继是一种用于连接计算机系统的面向分组的通信方法。 它主要用在公共或专用网上的局域网互联以及广域网连接。大多数 公共电信局都提供帧中继服务，把它作为建立高性能的虚拟广域连接的 一种途径。帧中继是进入带宽范围从56Kbps到1．544Mbps的广域分组 交换网的用户接口。 帧中继特点： （1）帧中继采用带宽控制技术，可实现以高于预约速率的速率发送数据。 （2）相对分组交换技术，由于取消了中间节点的差错效验，传输速率大 大提高。
第一章 概论
什么是交换？
个人理解：交换，是指信息的转发和传递。
现代交换原理-重点及复习内容
现代交换原理-重点及复习内容《现代交换原理》第1章概论全互连式的缺点(P1)：1、线对数量随终端数的平方增加。
2、当终端相距较远时，两地间需要大量的长途线路。
3、每个终端都有(N-1)对线与其他终端连接，因而每个终端需要(N-1)个线路接口。
4、增加第(N+1)个终端时，必须增设N对线路。
因此，全互连式仅适合于终端数目较少，地理位置相对集中，且可靠性要求很高的场合。
有了交换设备(P2)：1、尽管增加了交换设备费用，但它的利用率很高，相比之下，总的投资费用将下降。
2、易于组成大型网络数据通信和语音通信的区别(P3)1、通信对象不同。
2、传输可靠性不同。
一般而言，数据通信的比特差错率必须控制在10^-8以下，而话音通信比特差错率可高达10^-3。
3、通信的平均持续时间和通信建立请求响应不同。
4、通信过程中信息业务量特性不同。
利用电话网络进行数据传输的缺点(P4)：1、在电话网络中进行数字信号传输至少需要经过A/D和D/A两次变换，增加了信号传输的开销。
2、数据量很大时信道无法满足传输要求。
3、数据量很小时会浪费网络传输资源。
电路交换的主要优缺点(P5)：电路交换的主要优点①信息的传输时延小，且对一次接续而言，传输时延固定不变。
②交换机对用户的数据信息不存储、分析和处理传用户数据信息时不必附加许多控制信息，交换机在处理方面的开销比较小信息传输效率比较高。
③信息的编码方法和信息格式由通信双方协调，不受网络的限制。
电路交换的主要缺点①电路接续时间较长。
②电路资源被通信双方独占，电路利用率低。
③不同类型的终端（终端的数据速率、代码格式、通信协议等不同）不能相互通信。
④有呼损。
报文交换(P5)：基本原理是“存储—转发”。
1、报文交换的主要优点①可使不同类型的终端设备之间相互进行通信。
②在报文交换的过程中没有电路接续过程，且线路利用率高。
③无呼损。
④可实现同文报通信，即同一报文可以由交换机转发到不同的收信地点。
精品课件-现代交换原理与技术课件-赵瑞玉-第1章 现代交换原理与技术
• 1.通话设备：分为送话器和受话器，即话筒和听筒，主要完 成声电转换。
• 2.信号设备：分为发信设备和受信设备。发信设备一般采用 双音多频（Dual Tone Multi Frequency）方式，它用高、低 两个不同的频率来代表一个拨号数字，DTMF的号码表示方法 如表1.1所示。 受信设备完成信号的接收，现在一般采用电 子振铃器，振铃电流是90±15V，25±3Hz。
是不是中国 所有的电话 用户都连接 在一个交换 机上？在中 国难道只有 一个交换机
存在吗
通信网中涉及到了以下几个基本概念
• （1）市话交换机 • （2）汇接交换机 • （3）中继线 • （4）用户线
1.1.2 交换机完成的四种接续类型
• （1）本局接续：本局用户线之间的接续，通信的主被叫都 在同一个局。
3. 每个终端都有N-1对线与其它终端相接，因而每个终端需要N-1个 线路接口。
4. 增加第N+1个终端时，必须增设N对线路。
• 当用户数量增多时，为了解决这些问题，可以在用户分布密 集的中心安装一个设备，把每个用户的电话机或其他终端设 备都连接在这个设备上
• 交换（switching），即接续，就是在通信的源和目的之间 建立通信信道，实现信息传送的过程。
最早的语音通信来设计的。语音通信的特点是对差错率要求
不高（因为人对语音的误差有一定的容错能力），但是对实
时性要求较高，否则一句话需要很长时间才传到对方，用户
的通话体验就会很差。
• 针对语音通信的这个基本要求，电路交换采用面向连接的、 独占电路的方式来满足实时性的要求。电路交换主要包括建 立连接、通信和释放连接三个过程，建立连接阶段是根据用 户所拨的电话号码，由交换机负责连接一条电路，在通话阶 段该电路由该用户独占，即使他们不讲话，不传输信息，该 电路也不能分配给其他用户使用，其示意图如图1.10所示。
• 2.信号设备：分为发信设备和受信设备。发信设备一般采用 双音多频（Dual Tone Multi Frequency）方式，它用高、低 两个不同的频率来代表一个拨号数字，DTMF的号码表示方法 如表1.1所示。 受信设备完成信号的接收，现在一般采用电 子振铃器，振铃电流是90±15V，25±3Hz。
是不是中国 所有的电话 用户都连接 在一个交换 机上？在中 国难道只有 一个交换机
存在吗
通信网中涉及到了以下几个基本概念
• （1）市话交换机 • （2）汇接交换机 • （3）中继线 • （4）用户线
1.1.2 交换机完成的四种接续类型
• （1）本局接续：本局用户线之间的接续，通信的主被叫都 在同一个局。
3. 每个终端都有N-1对线与其它终端相接，因而每个终端需要N-1个 线路接口。
4. 增加第N+1个终端时，必须增设N对线路。
• 当用户数量增多时，为了解决这些问题，可以在用户分布密 集的中心安装一个设备，把每个用户的电话机或其他终端设 备都连接在这个设备上
• 交换（switching），即接续，就是在通信的源和目的之间 建立通信信道，实现信息传送的过程。
最早的语音通信来设计的。语音通信的特点是对差错率要求
不高（因为人对语音的误差有一定的容错能力），但是对实
时性要求较高，否则一句话需要很长时间才传到对方，用户
的通话体验就会很差。
• 针对语音通信的这个基本要求，电路交换采用面向连接的、 独占电路的方式来满足实时性的要求。电路交换主要包括建 立连接、通信和释放连接三个过程，建立连接阶段是根据用 户所拨的电话号码，由交换机负责连接一条电路，在通话阶 段该电路由该用户独占，即使他们不讲话，不传输信息，该 电路也不能分配给其他用户使用，其示意图如图1.10所示。
现代交换原理(全套课件488P)
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现代交换原理
第1章 概论
1.2 通信交换的基本技术
三、信令技术
任何通信网的正常通信都必须有信令来控制。在交换式通信网 络中，要使终端、交换机和传输系统协同运行，要实现任意用户之 间的呼叫连接并完成交换功能，以及要维持网络本身的正常运行， 都必须在信令的控制下有条不紊地进行。 信令过程是予以规范化的一系列协议。 针对各种不同的具体通信系统，可以有不同的信令过程及信令 方式。 不同角度划分： 1）用户信令与局间信令 2）随路信令与共路信令 3）监视信令、地址信令和维护管理信令
本书将主要介绍一些典型或先进的交换技术，具体包括：电路 交换、数字程控交换、分组交换和帧中继、ATM交换、多层交换以及 光交换。考虑到软交换作为下一代网络的核心技术，也将介绍软件 换技术。另外，鉴于交换网络及信令技术是交换技术的核心组成， 也将以独立章节专门介绍该两方面的内容。
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现代交换原理
第1章 概论
6
现代交换原理
第1章 概论
1.2 通信交换的基本技术
一、接口技术
交换机一般都具有用户接口和中继接口，分别对应用户线和中 继线。 主要作用： 1）一方面将来自终端或其它交换机的各种传输信号转换成统一的 交换机内部工作信号，并按信号的性质分别将予以规范化的信令传 送给控制模块，将用户消息传送给互连网络，以便控制模块或互连 网络进行处理或接续 2）另一方面是将来自于交换机的信令或用户消息转换成适合用户 线或中继线传输的信号并通过这些线路发送出去。 针对处理的信号性质、不同类型的交换机所具有的接口技术也不完 全相同。
7
现代交换原理
第1章 概论
1.2 通信交换的基本技术
二、互连技术
交换机一般都具有互连网络（或称交换网络），任务是实现任 一入线与任一出线之间信号的接续互连 。 互连技术主要包括： （1）拓扑结构 交换网络都具有一定的拓扑结构。对于不同的交换机，其交换 网络的拓扑结构要依据交换方式、服务质量等因素来确定。拓扑结 构可分为时分结构、空分结构、时空分混合结构等。 （2）选路策略 对于具有多级空分拓扑结构的交换网络，一入端和一出端之间 在该网络内部可能存在多条并行通路，所以也需要为一个呼叫请求 选择一条合适的通路。
现代交换原理
华中科技大学 电子与信息工程系 汪小燕
21
二、交换技术的分类
2.1
按交换器所接续的信号进行分 类： 模拟交换与数字交换， 电交换与光交换， 窄带交换与宽带交换。
华中科技大学 电子与信息工程系 汪小燕 22
二、交换技术的分类
2.2按交换所承载的业务进行分类：
话音交换(电话交换)， 数据交换， 图象交换及多媒体信息交换等。
2.4 使用全互联方法存在的问题：
---N2问题
连线数随终端数的平方增加；N(N-1)/2 长途线路费用大； 每个终端需N-1个线路接口;总共需要N(N-1) 个线路接口 增加第N+1个终端时，需增设N条线路。
华中科技大学 电子与信息工程系 汪小燕 10
一、交换与通信
2.5 最终解决方案--解决多个终端中任何两个都可以进 行点对点通信问题的最佳方法就是 在通信系统中引入交换节点设备。 (P2图1.2)
华中科技大学 电子与信息工程系 汪小燕 35
二、交换技术的分类
5.4 分组交换的缺点:
附加信息多，长报文效率低;---合理分组； 技术复杂，随时分析处理，要求交换机要有 较高的处理能力。
华中科技大学 电子与信息工程系 汪小燕
36
第一章 概论
交换与通信
交换技术的分类
现代交换技术的发展 课程介绍
华中科技大学 电子与信息工程系 汪小燕
37
三、现代交换技术的发展
1. 当前形势:
(１)革命性的技术；－－－IC;传输；无线； 高速路由； (２)网络融合的趋势－－－数字；光；IP (３)市场开放和市场竞争---新旧的包容与支 持；个性化的功能和业务 (４)对新形势的认识－－－调整和放慢网络 基础设施的建设速度, 将重点逐渐转向业务收 入和业务开发上。
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二、交换技术的分类
2.1
按交换器所接续的信号进行分 类： 模拟交换与数字交换， 电交换与光交换， 窄带交换与宽带交换。
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二、交换技术的分类
2.2按交换所承载的业务进行分类：
话音交换(电话交换)， 数据交换， 图象交换及多媒体信息交换等。
2.4 使用全互联方法存在的问题：
---N2问题
连线数随终端数的平方增加；N(N-1)/2 长途线路费用大； 每个终端需N-1个线路接口;总共需要N(N-1) 个线路接口 增加第N+1个终端时，需增设N条线路。
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一、交换与通信
2.5 最终解决方案--解决多个终端中任何两个都可以进 行点对点通信问题的最佳方法就是 在通信系统中引入交换节点设备。 (P2图1.2)
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二、交换技术的分类
5.4 分组交换的缺点:
附加信息多，长报文效率低;---合理分组； 技术复杂，随时分析处理，要求交换机要有 较高的处理能力。
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第一章 概论
交换与通信
交换技术的分类
现代交换技术的发展 课程介绍
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三、现代交换技术的发展
1. 当前形势:
(１)革命性的技术；－－－IC;传输；无线； 高速路由； (２)网络融合的趋势－－－数字；光；IP (３)市场开放和市场竞争---新旧的包容与支 持；个性化的功能和业务 (４)对新形势的认识－－－调整和放慢网络 基础设施的建设速度, 将重点逐渐转向业务收 入和业务开发上。
现代交换原理与技术 (1)
方法，把一条高速数字信道分成若干条低 速数字信道，构成同时传输多个低速数字 信号的信道。
同步时分复用是指将一个时间段划分
为若干基本时间单位，我们将这个时间段 称之为帧，基本时间单位称之为时隙。
图1-9 两种复用方式比较
对同步时分复用信号的交换实际上是
对信息所在位置的交换，即时隙的内容在 时间轴上的移动，称为同步时分交换。
报文交换（Message Switching， MS）——适用于报文信息的传送。
分组交换（Packet Switching，PS）— 适于计算机分组数据信息的交换，如PDN、 LAN等。
（5）按服务范围划分
有长途网、本地网、广域网、城域网 和局域网。
（6）按收信者是否运动划分
有移动通信网和固定通信网。
当某一时间段某条物理电路没有信息 传送时，线路的传输能力不能为其他终端 服务。
因此，物理电路具有资源独占的特点。
虚电路：虚电路是终端设备之间为了 传送信息而建立的一种逻辑连接，终端之 间可通过这种连接接收/发送信息。
但是，当某一时间段某条虚电路没有 信息传送时，线路的传输能力可以为其他 终端服务。
2．信息网络的业务特点
（1）各种业务信息的传输要求具有不同的 速率。 （2）各种业务信息的传输要求具有不同的 突发率。
（3）各种业务信息的传输具有不同的误差 要求。
（4）各种业务信息的传输具有不同的时延 要求。
现代交换原理与技术
第 1 章 绪论
1.1
交换与通信网
1.2
交换技术
【本章内容简介】 绪论是本课程的奠 基部分，也是对课程整体的概述。
本章从交换与通信网的概念出发，阐 述了交换设备在通信网中的地位以及电信 网络常用的交换技术。
同步时分复用是指将一个时间段划分
为若干基本时间单位，我们将这个时间段 称之为帧，基本时间单位称之为时隙。
图1-9 两种复用方式比较
对同步时分复用信号的交换实际上是
对信息所在位置的交换，即时隙的内容在 时间轴上的移动，称为同步时分交换。
报文交换（Message Switching， MS）——适用于报文信息的传送。
分组交换（Packet Switching，PS）— 适于计算机分组数据信息的交换，如PDN、 LAN等。
（5）按服务范围划分
有长途网、本地网、广域网、城域网 和局域网。
（6）按收信者是否运动划分
有移动通信网和固定通信网。
当某一时间段某条物理电路没有信息 传送时，线路的传输能力不能为其他终端 服务。
因此，物理电路具有资源独占的特点。
虚电路：虚电路是终端设备之间为了 传送信息而建立的一种逻辑连接，终端之 间可通过这种连接接收/发送信息。
但是，当某一时间段某条虚电路没有 信息传送时，线路的传输能力可以为其他 终端服务。
2．信息网络的业务特点
（1）各种业务信息的传输要求具有不同的 速率。 （2）各种业务信息的传输要求具有不同的 突发率。
（3）各种业务信息的传输具有不同的误差 要求。
（4）各种业务信息的传输具有不同的时延 要求。
现代交换原理与技术
第 1 章 绪论
1.1
交换与通信网
1.2
交换技术
【本章内容简介】 绪论是本课程的奠 基部分，也是对课程整体的概述。
本章从交换与通信网的概念出发，阐 述了交换设备在通信网中的地位以及电信 网络常用的交换技术。
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31
用户线数大大减少
9
交换概念
交换：在通信的源和目的终端之间建立通信 信道，实现信息传递的过程。
交换机：能在任意选定的两条用户线之间建 立和（而后）释放一条通信链路。
？讨论：如何扩大范围？
10
多个交换节点组成的通信网
用户交换机
市话交换机
中继线
汇接交换机
11
几个概念
交换设备：即交换机，完成交换的功能。 终端设备：完成用户消息与电信号的转换，以及电信
每新增加一个用户的处理 问题。
若终端数为n，则线对数为 n(n-1)/2 （当终端n=100时，线对数=100X(100-1)/2=4950）
8
引入交换的终端间通信
用户间通过交换机连接
用户线
出现交换机， 完成各个用户
之间的接续
交换机
● 优点
1 n(n - 1) 变为 n ；
2
5000条
100条；
14
语音业务与数据业务区别
语音业务—电话网—电话通信—电路交换 数据业务—数据网—数据通信—分组交换等
通信方式 通信对象 电话通信 人 数据通信 计算机
实时性 高 低
可靠性 低 高
持续时间 5分钟 1-50秒
15
电路交换 (Circuit Switching)
主要用于电话通信网中，完成电话交换 电话通信过程—打电话过程 三个阶段
卞佳丽等编著 北邮出版社
《ATM交换技术》
陈锡生编著 人民邮电出版社
《分组交换工程》
杜治龙编著 人民邮电出版社
《综合业务数字网》
程时端编著 人民邮电出版社
3
一、交换概论
4
本章主要内容
1.电信交换基本概念 2.各种交换方式
5
1、电信交换的基本概念
点对点通信：只有两个终端的通信。
消息
电信号
电信号
现代交换原理
河北工程大学信息与电气工程学院 通信与信息工程系 付佳
1
课程内容
交换概论 交换单元与交换网络 电路交换技术 分组交换技术 信令系统 ATM交换技术 IP交换技术 光交换技术 软交换技术
第一章 第二章 第三、四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章
2 2
参考书目
《现代交换原理与通信网技术》
速 速 交中 组 文
率 电 换继 交 交
电路
换换
路交
交换
换
IP交换、光交换、软交换
CTM - Circuit Transfer Mode(电路传送模式) PTM - Packet Transfer Mode(分组传送模式) ATM - Asynchronous Transfer Mode(异步传送模式)
交换设备是通信网的核心，决定了通信网的类型。
12
2、各种交换方式
电路交换 报文交换 分组交换 帧中继 ATM交换 IP交换 光交换 软交换
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。
13
CTM
电 路 交 换
各种交换方式
PTM
多 快 ATM 帧 分 报
号的发送和接收。 用户线：用户终端设备与交换机之间的线路。 中继线：交换机之间的线路。 传输设备：完成信号的远距离传输，由用户线、中继
线及其他相关传输系统设备构成。 通信网：通信网是一种使用交换设备，传输设备，将
地理上分散用户终端设备互连起来实现通信和信息交 换的系统。 通信网三要素：交换设备、传输设备和用户终端设备。
采用很短的信元可以减少交换节点内部的缓 冲器容量以及排队时延和时延抖动。
信元的长度固定，则有利于简化交换控制和 缓冲器管理。
28
IP交换
IP over ATM有两种模式： 叠加模型：CIP、LANE、MPOA 集成模型：IP交换、Tag交换、MPLS29ຫໍສະໝຸດ 光电光信号
光电
光 信 号
光交换
电
光电 电光
对通信信息不作处理(信令除外)， 而是原封不动地传送。
用基于呼叫损失制的方法来处理 业务流量，过负荷时呼损率增加， 但不影响已建立的呼叫。
18
报文交换（Message Switching）
报文：报文交换中信息传递的基本单位
源地址 目的地址
用户信息
结束标志)
报头
正文
报尾
！注意：将用户所有信息打包成一个报文
建立连接 信息传递 拆除连接
连接：交换机根据被叫号码在主、被叫之间 建立的一条专用物理通道。
16
电路交换过程
面向物理连接
你好！
用户A
N1
N2 N3
● 建立连接阶段 ● 信息传递阶段 ● 拆除连接阶段
用户B N5
N4
17
面向物理连接 信道专用 透明传输
无差错控制 呼损制
电路交换特点
在通信的用户间建立专用的物理 连接通路。（固定分配带宽）
公用电信网的电报自动交换是报文交换的典型应用， 有的专用数据网也采用报文交换方式。
19
报文交换
基本原理：存储—转发
N2
无连接
用户A
N1
N3
N4
用户B N5
20
报文交换的特点
无连接 信道共享 无呼损 实时性差
21
电路交换信道利用率低，而报文交换实时性差， 不满足许多数据通信系统的实时性要求。
？讨论：针对数据通信的特点和要求，如何改进 电路交换和报文交换方式来满足数据通信的要求？
数据通信特点： 突发性 可靠性高 时延要求不高
22
分组交换（PS：Packet Switching）
分组交换将用户要传送的信息分割为若干个 分组（packet），每个分组中有一个分组 头，含有可供选路的信息和其他控制信息。
光
交
信
换
光 电 电光
号
光 交 换
光 信 号
30
小结——电信交换概论
1、在通信网中为什么要引入交换的概念？ 2、目前交换技术主要有那几种，分别属于那种传送模式？ 3、电路交换、报文交换和分组交换的原理及特点。 4、基本概念：交换、交换机、交换设备、传输设备、终
端设备、用户线、中继线、面向连接方式、面向物理连 接、面向逻辑（虚）连接、无连接方式等。
分组头(标题) 地址、信息类型、编号
各个包分别独立传输
不定长的数据包
分组 长度 可选
23
分组交换的两种工作方式
数据报(DG：Datagram)方式 虚电路(VC：Virtual Circuit)方式
24
数据报
数据报不需要预先建立逻辑连接，而是按照 每个分组头中的目的地址对各个分组独立进 行选路。 无连接
终端
传输媒介
终端
消息
点对点通信系统
6
点对点通信举例
话音
用拨号吗？
称连接两个话机的这一对线为一条线路。
数据
多个用户如何通信？
7
无交换的多个终端的通信
以全互连的方式两两相连。
● 优点 可靠性高
● 缺点
用户数增多时： 用户线数急剧增多；
每个用户如何确定与其他 用户通话的问题；
(终端=5、线对数=10)
数据传送阶段协议大为简化
分组交换：X.25协议-OSI的1、2、3层 信息传送单位：分组
帧中继：协议-OSI的1、2（核心功能）层 信息传送单位：帧
27
ATM交换-异步传送模式
固定长度的信元 信元(cell)只有53个字节(byte)，其中开头5
个字节称为信头(cell header)，其余48个字节为 信息域，或称为净荷(pay load)。
N2
用户A
N1
N3
N5
N4
用户B
25
虚电路
虚电路方式，就是在用户数据传送前先建立端到 端之间的虚电路；一旦虚电路建立后，属于同一呼 叫的数据分组均沿着这一虚电路传送，呼叫结束后 拆除虚电路。
注意：虚电路不同于电路交换中的物理连接，而是
逻辑连接。
面向虚（逻辑）连接
N2
用户A N1
N3
N5
用户B
26
帧中继（Frame Relay）
用户线数大大减少
9
交换概念
交换：在通信的源和目的终端之间建立通信 信道，实现信息传递的过程。
交换机：能在任意选定的两条用户线之间建 立和（而后）释放一条通信链路。
？讨论：如何扩大范围？
10
多个交换节点组成的通信网
用户交换机
市话交换机
中继线
汇接交换机
11
几个概念
交换设备：即交换机，完成交换的功能。 终端设备：完成用户消息与电信号的转换，以及电信
每新增加一个用户的处理 问题。
若终端数为n，则线对数为 n(n-1)/2 （当终端n=100时，线对数=100X(100-1)/2=4950）
8
引入交换的终端间通信
用户间通过交换机连接
用户线
出现交换机， 完成各个用户
之间的接续
交换机
● 优点
1 n(n - 1) 变为 n ；
2
5000条
100条；
14
语音业务与数据业务区别
语音业务—电话网—电话通信—电路交换 数据业务—数据网—数据通信—分组交换等
通信方式 通信对象 电话通信 人 数据通信 计算机
实时性 高 低
可靠性 低 高
持续时间 5分钟 1-50秒
15
电路交换 (Circuit Switching)
主要用于电话通信网中，完成电话交换 电话通信过程—打电话过程 三个阶段
卞佳丽等编著 北邮出版社
《ATM交换技术》
陈锡生编著 人民邮电出版社
《分组交换工程》
杜治龙编著 人民邮电出版社
《综合业务数字网》
程时端编著 人民邮电出版社
3
一、交换概论
4
本章主要内容
1.电信交换基本概念 2.各种交换方式
5
1、电信交换的基本概念
点对点通信：只有两个终端的通信。
消息
电信号
电信号
现代交换原理
河北工程大学信息与电气工程学院 通信与信息工程系 付佳
1
课程内容
交换概论 交换单元与交换网络 电路交换技术 分组交换技术 信令系统 ATM交换技术 IP交换技术 光交换技术 软交换技术
第一章 第二章 第三、四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章
2 2
参考书目
《现代交换原理与通信网技术》
速 速 交中 组 文
率 电 换继 交 交
电路
换换
路交
交换
换
IP交换、光交换、软交换
CTM - Circuit Transfer Mode(电路传送模式) PTM - Packet Transfer Mode(分组传送模式) ATM - Asynchronous Transfer Mode(异步传送模式)
交换设备是通信网的核心，决定了通信网的类型。
12
2、各种交换方式
电路交换 报文交换 分组交换 帧中继 ATM交换 IP交换 光交换 软交换
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。
13
CTM
电 路 交 换
各种交换方式
PTM
多 快 ATM 帧 分 报
号的发送和接收。 用户线：用户终端设备与交换机之间的线路。 中继线：交换机之间的线路。 传输设备：完成信号的远距离传输，由用户线、中继
线及其他相关传输系统设备构成。 通信网：通信网是一种使用交换设备，传输设备，将
地理上分散用户终端设备互连起来实现通信和信息交 换的系统。 通信网三要素：交换设备、传输设备和用户终端设备。
采用很短的信元可以减少交换节点内部的缓 冲器容量以及排队时延和时延抖动。
信元的长度固定，则有利于简化交换控制和 缓冲器管理。
28
IP交换
IP over ATM有两种模式： 叠加模型：CIP、LANE、MPOA 集成模型：IP交换、Tag交换、MPLS29ຫໍສະໝຸດ 光电光信号
光电
光 信 号
光交换
电
光电 电光
对通信信息不作处理(信令除外)， 而是原封不动地传送。
用基于呼叫损失制的方法来处理 业务流量，过负荷时呼损率增加， 但不影响已建立的呼叫。
18
报文交换（Message Switching）
报文：报文交换中信息传递的基本单位
源地址 目的地址
用户信息
结束标志)
报头
正文
报尾
！注意：将用户所有信息打包成一个报文
建立连接 信息传递 拆除连接
连接：交换机根据被叫号码在主、被叫之间 建立的一条专用物理通道。
16
电路交换过程
面向物理连接
你好！
用户A
N1
N2 N3
● 建立连接阶段 ● 信息传递阶段 ● 拆除连接阶段
用户B N5
N4
17
面向物理连接 信道专用 透明传输
无差错控制 呼损制
电路交换特点
在通信的用户间建立专用的物理 连接通路。（固定分配带宽）
公用电信网的电报自动交换是报文交换的典型应用， 有的专用数据网也采用报文交换方式。
19
报文交换
基本原理：存储—转发
N2
无连接
用户A
N1
N3
N4
用户B N5
20
报文交换的特点
无连接 信道共享 无呼损 实时性差
21
电路交换信道利用率低，而报文交换实时性差， 不满足许多数据通信系统的实时性要求。
？讨论：针对数据通信的特点和要求，如何改进 电路交换和报文交换方式来满足数据通信的要求？
数据通信特点： 突发性 可靠性高 时延要求不高
22
分组交换（PS：Packet Switching）
分组交换将用户要传送的信息分割为若干个 分组（packet），每个分组中有一个分组 头，含有可供选路的信息和其他控制信息。
光
交
信
换
光 电 电光
号
光 交 换
光 信 号
30
小结——电信交换概论
1、在通信网中为什么要引入交换的概念？ 2、目前交换技术主要有那几种，分别属于那种传送模式？ 3、电路交换、报文交换和分组交换的原理及特点。 4、基本概念：交换、交换机、交换设备、传输设备、终
端设备、用户线、中继线、面向连接方式、面向物理连 接、面向逻辑（虚）连接、无连接方式等。
分组头(标题) 地址、信息类型、编号
各个包分别独立传输
不定长的数据包
分组 长度 可选
23
分组交换的两种工作方式
数据报(DG：Datagram)方式 虚电路(VC：Virtual Circuit)方式
24
数据报
数据报不需要预先建立逻辑连接，而是按照 每个分组头中的目的地址对各个分组独立进 行选路。 无连接
终端
传输媒介
终端
消息
点对点通信系统
6
点对点通信举例
话音
用拨号吗？
称连接两个话机的这一对线为一条线路。
数据
多个用户如何通信？
7
无交换的多个终端的通信
以全互连的方式两两相连。
● 优点 可靠性高
● 缺点
用户数增多时： 用户线数急剧增多；
每个用户如何确定与其他 用户通话的问题；
(终端=5、线对数=10)
数据传送阶段协议大为简化
分组交换：X.25协议-OSI的1、2、3层 信息传送单位：分组
帧中继：协议-OSI的1、2（核心功能）层 信息传送单位：帧
27
ATM交换-异步传送模式
固定长度的信元 信元(cell)只有53个字节(byte)，其中开头5
个字节称为信头(cell header)，其余48个字节为 信息域，或称为净荷(pay load)。
N2
用户A
N1
N3
N5
N4
用户B
25
虚电路
虚电路方式，就是在用户数据传送前先建立端到 端之间的虚电路；一旦虚电路建立后，属于同一呼 叫的数据分组均沿着这一虚电路传送，呼叫结束后 拆除虚电路。
注意：虚电路不同于电路交换中的物理连接，而是
逻辑连接。
面向虚（逻辑）连接
N2
用户A N1
N3
N5
用户B
26
帧中继（Frame Relay）