第3章交换网络的结构及原理
第3章 计算机网络体系结构 Microsoft Word 文档
第3章计算机网络体系结构〖主要内容〗计算机网络体系结构概述，各层功能的简单介绍，主要介绍物理层和数据链路层及网络层。
〖教学重点〗OSI参考模型的七层功能，物理层概念，数据链路层的流量控制方法，HDLC概念。
计算机网络由多个互连的结点组成，结点之间要不断地交换数据和控制信息，要做到有条不紊地交换数据，每个结点就必须遵守一整套合理而严谨的结构化管理体系。
计算机网络就是按照高度结构化设计方法采用功能分层原理来实现的，即计算机网络体系结构的内容。
3.1 网络体系结构及协议的概念3.1.1 网络体系和网络体系结构网络体系（Network Architecture）：是为了完成计算机间的通信合作，把每台计算机互连的功能划分成有明确定义的层次，并规定了同层次进程通信的协议及相邻之间的接口及服务。
网络体系结构：是指用分层研究方法定义的网络各层的功能、各层协议和接口的集合。
3.1.2 计算机网络体系结构计算机的网络结构可以从网络体系结构、网络组织和网络配置三个方面来描述，网络组织是从网络的物理结构和网络的实现两方面来描述计算机网络；网络配置是从网络应用方面来描述计算机网络的布局、硬件、软件和和通信线路来描述计算机网络；网络体系结构是从功能让来描述计算机网络结构。
网络体系结构最早是由IBM公司在1974年提出的，名为SNA计算机网络体系结构：是指计算机网络层次结构模型和各层协议的集合结构化是指将一个复杂的系统设计问题分解成一个个容易处理的子问题，然后加以解决。
层次结构是指将一个复杂的系统设计问题分成层次分明的一组组容易处理的子问题，各层执行自己所承担的任务。
计算机网络结构采用结构化层次模型，有如下优点：●各层之间相互独立，即不需要知道低层的结构，只要知道是通过层间接口所提供的服务●灵活性好，是指只要接口不变就不会因层的变化（甚至是取消该层）而变化●各层采用最合适的技术实现而不影响其他层●有利于促进标准化，是因为每层的功能和提供的服务都已经有了精确的说明3.1.3 网络协议1.协议(Protocol)网络中计算机的硬件和软件存在各种差异，为了保证相互通信及双方能够正确地接收信息，必须事先形成一种约定，即网络协议。
第3章网络体系结构讲解
无连接服务
特点（类似于邮政系统服务模式）：
1、无连接服务中的数据传输过程不需要经过建立连接、连
接维护与终止连接三个过程；
计 算 机
2、无连接服务的每个分组都携带完整的目的结点地址，各 分组在系统中是独立传送的；
网 3、数据分组传输过程中，目的结点接收的数据分组可能出
络 现乱序、重复与丢失的现象；
4、无连接服务的可靠性不好，但是协议相对简单，通信效
络 • 接口数据单元IDU：PDU、PCI与ICI共同构成了IDU，它
为经过层间接口的数据单元。
• 服务数据单元SDU：下层接收到IDU后，从中除掉ICI， 此时的数据包称为SDU。
面向连接的服务
特点（类似于电话系统服务模式）： 1、数据传输过程必须经过建立连接、连接维护与终止连接
的三个过程；
计 2、面向连接服务的传输连接类似一个通信管道，发送者在 算 一端放入数据，接收者从另一端取出数据； 机 3、数据传输时，数据包不必携带目的结点的地址； 网 4、接收到的数据与发送方发出的数据在内容和顺序上保持 络 一致，传输可靠性好，但是协议复杂，通信效率不高。
数据链路层的功能
① 数据链路管理：通信的两个实体之间数据链路的建立、维 护与释放。
② 采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成 无差错的数据链路。
③ 数据链路层数据传送单位为帧。
思考：数据链路与物理线路有什么区别？
一、协议和体系结构
网络层 网络中通信的两个计算机之间要经过许多的节点和链路或几个 通信子网，由于网络层数据传送单位是分组，因此网络层的主
计 算 机 网 络
• 对等实体：不同计算机中同一层的实体叫做对等（Peer） 实体。
• 服务：网络中各层向上层提供的一组功能（操作）。 在网络中服务分为：面向连接的服务和无连接服务 服务定义了两层之间的接口，上层是服务的用户，下层是服 务的提供者。
三级网络技术考试复习资料 第3章 局域网基础
第3章局域网基础【考点一】局域网基本概念1.局域网的主要技术特点(1)局域网覆盖有限的地理范围，它适用于机关、公司、校园、军营、工厂等有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设备连网的需求。
(2)局域网具有高数据传输速率(10Mbps～1 000 Mbps)、低误码率、高质量的数据传输环境。
(3)局域网一般属于一个单位所有，易于建立、维护和扩展。
(4)决定局域网特性的主要技术要素是：网络拓扑、传输介质访问控制方法。
(5)局域网从介质访问控制方法的角度可以分为两类：共享介质局域网与交换式局域网。
2.局域网拓扑构型局域网在网络拓扑上主要采用了总线型、环型与星型结构；在网络传输介质上主要采用了双绞线、同轴电缆与光纤。
3.局域网传输介质类型与特点局域网常用的传输介质有：同轴电缆、双绞线、光纤与无线通信信道。
局域网产品中使用的双绞可以分为两类：屏蔽双绞线(STP，Shielded Twisted Pair)与非屏蔽双绞线(UTP，Unshiekede Twisted Pair)。
【考点二】局域网介质访问控制方法目前被普遍采用并形成国际标准的介质访问控制方法主要有以下3种：(1)带有冲突检测的域波侦听多路访问(CSMA/CD)方法。
(2)令牌总线(Token Bus)方法。
(3)令牌环(Token Ring)方法。
1.IEEE 802模型与协议IEE 802委员会为局域网制定了一系列标准，统称为IEEE 802标准。
这些标准主要是：(1)IEEE 802.1标准，它包括局域网体系结构、网络互连，以及网络管理与性能测试。
(2)IEEE 802.2标准，定义了逻辑链路控制LLC子层功能与服务。
(3)IEEE 802.3标准，定义了CSMA/CD总线介质访问控制子层与物理层规范。
(4)IEEE 802.4标准，定义了令牌总线(Token Bus)介质访问控制子层与物理层规范。
(5)IEEE 802.5标准，定义了令牌环(Token Ring)介质访问控制子层与物理层规范。
计算机网络技术 第三章 计算机网络体系结构及协议
第三章 计算机网络体系结构及协议
3）常见的流量控制方案有：XON/XOFF方案和窗口机制。 ①XON/XOFF方案使用一对控制字符来实现流量控制，当接收方过载时， 可向发送方发送字符XOFF（DC3）暂停，待接收方处理完数据后，再向发送方发送 字符XON（DC1），使之恢复发送数据； ②窗口机制：其本质是在收到一个确定帧之前，对发送方可发送帧的数目加 以限制，这是由发送方调整保留在重发表中的待确认帧来实现的，如接收方来不及 处理，则接收方停止发送确认信息，发送表的重发表就增长，当达到重发表的限度 时，发送方就不再发送新帧直到收到确认信息为止。 发送窗口和接收窗口的大小可以不同，但接收窗口的尺寸不能大于发送窗口， 发送方和接收方的窗口尺寸不得大于信号范围的一半。发送窗口指发送方已发送但 尚未确认的帧序号队列的界，上下界分别称上下沿，上沿、下沿的间距称为窗口尺 寸。发送方每发一帧，待确认帧的数目加1，收到一个确认帧时，待确认帧的数目减 1.当重发表的计数值（待确认帧的数目）等于发送窗口尺寸时，停止发送新帧。 以滑动窗口的观点来统一看待空闲的RQ、Go-Back-N和选择重发，则①空闲 RQ：发送窗口=1，接收窗口=1；②Go-Back-N：发送窗口>1，接收窗口=1；③选择 重发：发送窗口>1，接收窗口>1.
第三章 计算机网络体系结构及协议
七、发送进程发送给接收进程中的数据， 实际上是经过发送方各层从上到下传送 到物理媒体，通过物理媒体传输到接收 方后，再经过从下到上各层的传递，最 后到达接收进程。
第三章 计算机网络体系结构及协议
八、物理层的传输单位是比特，它是指 在物理媒体之上为数据链路层提供一个 原始比特流的物理连接，它不是指具体 的物理设备，也不是指信号传输的物理 媒体，物理层的1建议是于1976年制定的DTE 如何与数字化的DCE交换信号的数字接 口标准。机械特性：采用15芯标准连接 器，定义了八条接口线；电气特性：类 似于RS-422的平衡接口；功能特性：按 同步传输的全双工或半双工方式运行。
第3章电路交换网络结构及工作原理
无阻塞网络的设计
设一个三级网络的 第一级有 第二级有 第三级有 m r k 个 n× r 个 r× j 交换器 个 m×k 交换器 交换器
则网络无阻塞的条件是： 则网络无阻塞的条件是：r≥n+j-1 clos证明 上述原则可以推广到任意奇数级网络， 上述原则可以推广到任意奇数级网络 ， 如果 把三级Clos网络的第二级中的每一个交换器 ， 都 网络的第二级中的每一个交换器， 把三级 网络的第二级中的每一个交换器 用一个三级Clos网络代替 ， 就可以得到一个五级 网络代替， 用一个三级 网络代替 Clos网络。 网络。 网络
1
关于电路交换
电路交换的基本任务是根据用户的呼叫请求提供端到端 的连接通路，这是依靠一系列交换机协同动作来实现的。 的连接通路，这是依靠一系列交换机协同动作来实现的。就 某一台交换机而言， 某一台交换机而言，它的任务只是按照要求将指定的输入端 口与输出端口接通。 口与输出端口接通。为了使每一个输入端口都能与任何一个 输出端口连接，在交换机的内部需要有一个交换网络， 输出端口连接，在交换机的内部需要有一个交换网络，又称 为“接续网络”。本章将讨论用于电路交换的交换网络的结 接续网络” 构及工作原理。交换网络可以分为空分交换网络 空分交换网络和 构及工作原理。交换网络可以分为空分交换网络和时分交换 网络 。 在现代的程控交换机中普遍采用的是数字时分交换 网络。 网络。但数字时分交换网络的结构与模拟空分交换网络是等 效的，所以我们将首先讨论模拟空分交换网络的结构。 效的，所以我们将首先讨论模拟空分交换网络的结构。然后 深入讨论数字时分交换网络的结构及接续原理。 深入讨论数字时分交换网络的结构及接续原理。
4
交换器设计举例
设话源数为1000，所产生的话务量为 例 设话源数为 ，所产生的话务量为112e，要求服务等级 ， (呼损率 为0.01，试设计满足要求的交换器。 呼损率)为 呼损率 ，试设计满足要求的交换器。 解：方法一 采用一个大型交换器。 采用一个大型交换器。 根据题意， 查表2.1得 根据题意，Em(112)=0.01 ，查表 得m=130，如图 。 ，如图(a)。 采用两个小型交换器。 方法二 采用两个小型交换器。 把话源分为两组，每组500个话源，话务量 ，服务等 个话源， 把话源分为两组，每组 个话源 话务量56e， 级仍为0.01， 即Em(56)=0.01，再查表得 ， 级仍为 ，再查表得m=70，如图 。 ，如图(b)。
《现代交换技术》第03章分组交换技术
3.7.2 我国公用分组数据交换网提供 的业务功能
基本业务功能
交换型虚电路(SVC) 永久型虚电路(PVC)
用户任选业务功能
主要有闭和用户群、反向计费、网络用户识别、 呼叫转移、虚拟专用网、广播服务、帧中继等 业务。
3.7.3 进入公用分组数据交换网的用 户终端种类及入网方式
3.5.2 光分组交换网络的分类
时隙网络
分组长度是固定的，并在时隙中传输。时隙的长 度应大于分组的时限，以便在分组的前后设置保 护间隔。
非时隙网络
分组的大小是可变的，而且在交换之前，不需要 排列，异步的，自由地交换每一个分组。
3.5.3 光分组交换技术的特点
大容量、数据率和格式的透明性、可配置性等特 点，支持未来不同类型数据
3.2 分组交换技术的基本概念
分组交换的概念类似于邮寄信件。 人们把写好的信放入信封，就如同划分分组；
在信封上写上地址，就如同在分组头里放入路 由信息；
投入邮筒，就如同交换机进行交换，再发往目 的地；
接到信件后打开阅读，就仿佛拆包后取出信息 一样。
3.2.1 分组交换技术
分组交换技术是将用户传送的数据划分成一 定的长度，每个部分叫做一个分组。
第三章 分组交换技术
分组(Packet)交换亦称包交换，是为 了适应计算机通信的需要而发展起来 的，是数据通信的重要手段之一。
3.1 数据通信网的交换方式
数据通信网的交换方式经历了电路交换、报 文交换和分组交换的发展过程
电路交换
是一种实时交换，在整个通信过程中自始至终 使用该条线路进行信息传输，其它计算机不能共 享链路。
能提供端到端的光通道或者无连接的传输 带宽利用效率高，能提供各种服务，满足客户的
交换路由工作原理
交换路由工作原理
交换路由工作原理是指在计算机网络中，交换路由器通过接收和转发数据包来完成数据传输的过程。
交换路由器是网络中的重要设备，用于连接不同的网络，并根据数据包的目的地址来决定最佳的传输路径。
以下为交换路由工作原理的三个关键步骤：
1. 数据包的接收与解析：当一个数据包到达交换路由器时，路由器首先会读取数据包的目的地址，并与路由表进行匹配。
路由表存储了网络的拓扑结构信息和目的地址与下一跳路由器的映射关系。
2. 路由选择与转发：根据路由表的匹配结果，交换路由器会选择一条最佳的路径来转发数据包。
最佳路径选择通常基于一些路由选择算法，例如最短路径优先（Shortest Path First）算法或开销加权（Cost Weighting）算法。
3. 数据包的转发与交付：在选择了最佳路径后，交换路由器会将数据包发送到相应的下一跳路由器。
下一跳路由器继续根据该数据包的目的地址来决定下一跳路由器，以此类推，直至数据包到达目的地。
通过这样的接收、解析、选择、转发和交付过程，交换路由器能够有效地实现网络中数据包的传输。
这种分布式的路由选择机制可以使数据包在网络中快速、正确地到达目的地，提高网络的性能和效率。
第3章 数字程控交换机的系统结构
3.3.3 存储器
中央控制系统中的存储器一般可划分为两个区域：数据存储 器和程序存储器。数据存储器也称暂时存储器，用来暂存呼 叫处理中的大量动态数据，可以写入和读出。
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3.4 数字程控交换机的常用外围设备
3.4.1 电话机
电话通信是通过声能与电能相互转换、并利用“电”这个媒 介来传输语言的一种通信技术。两个用户要进行通信，最简 单的形式就是将两部电话机用一对线路连接起来。 1. 当发话者拿起电话机对着送话器讲话时，声带的振动激励 空气振动，形成声波。 2. 声波作用于送话器上，使之产生电流，称为话音电流。 3. 话音电流沿着线路传送到对方电话机的受话器内， 4. 而受话器作用与送话器刚好相反，把电流转化为声波，通 过空气传至人的耳朵中。 以上就完成了最简单的通话过程。
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3.4 数字程控交换机的常用外围设备
2. CAS检测电路
3.3 数字程控交换机的控制系统
2. 话务分担工作方式 话务分担工作方式的两台处理机各自配备一个存储器，在两 台处 理机之间有互相交换信息的通路和一个禁止设备，如图 3-5所示。 3. 主/备用方式 这种方式的两台处理机，一台为主用机，另一台为备用机， 如图3-6所示。主用机发生故障时，备用机接替主用机进行 工作。备用方式有两种，即冷备用和热备用。
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3.2 数字程控交换机的用户话路
上行通路和下行通道的用户级 T 接线器分别采用读出控制方 式和写入控制方式。LCMU和LCMD的内容分别代表话音存 储器（ SMU和 SMD）的读出地址和写入地址，所以控制存 储器的单元数是 128个单元，与各话音存储器的单元数一样。
3.2.3 数字用户电路
数字用户电路（Digital Line Circuit，DLC）是数字用户 终端设备与程控数字交换机之间的接口电路。 1．S接口 数字用户终端的数字信息采用四线制方式时，应采用 S 接口。 2．U接口 U 接口是在网络终端到电话局之间的 ISDN用户线采用二线 制市话电缆的接口设备。
数字交换机的话路部分(第三章)
数字交换机的话路部分
3章
3.1 数字交换机的系统结构
包括选组级、用户级(用户模块和远端模块)、数字/模拟中继设
备、信号收/发设备等，每部分由各自的处理机控制。
1、用户级 用户模块 用户接口：模拟/数字用户电路 N:1集线器：交换网络，集中或分散用户话务量，提高 线路及交换网的利用率。 将用户线信令，如用户状态变化、拨号等，转换成内部 信令，交由主控系统完成 PCM 呼叫处理，并将其指令下 达用户接口。 放置在母局，通过 PCM High Way(HW母线) 接至选组级。
至测试设备 内线测试：软件模仿用户终端的通话和呼叫
特殊用户电路还具有极性倒换、衰减控制、收费脉冲发送等功能 极性倒换开关：倒换用户环路a、b线上的馈电极性，通知被
叫摘机后，主叫开始计费等管理操作。 主叫号码传送：向被叫振铃间隙，将主叫号码传给被叫话机
VLSI超大规模集成电路(Very Large Scale Integration)，几毫米
2、收号器 判别用户用户所拨号码：DP脉冲拨号数字或DTMF数字音频信号 3、信号提取和插入电路 负责把处理机信令(回铃音、拨号音、忙音)从信息流中提取出来 或插入进去； 4、扫描存储器 扫描用户电路状态，暂存报告给处理机的用户信息，如摘/挂机 5、分配存储器 对扫描结果给予响应，暂存处理机向用户电路发送的命令信息； 6、网络接口 接至选组级数字交换网络的接口，PCM HW
1、用户级 远端模块 当交换机的服务范围很广时，为缩短本地回路的距离， 常在用户密集处设置，以实现用户级的远程化。 本质与用户模块相同，只是通过数字中继设备连到选组 级，传输质量满足用户远距离传输需要。 一般具有模块内交换功能：中继线故障时，块内用户 仍可通信，继续提供110、119等特种服务，保存最近24hr的 计费信息，恢复正常时传给母局(选组级)。
交换路由技术第三章ppt
网络设备配置与管理
5
局域网的三种帧交换方式
• 局域网交换机在传送数据时，采用帧交换 (Frame Switching)，该技术包括三种主要 的交换方式，即： • 存储转发(Store and Forward) • 伺机通过(Cut Through) • 自由分段(FragmentFree)。
2019年2月9日星期六
网络设备配置与管理
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基本原理
• 在交换式网络中，各主机的MAC地址是存 储在交换机的MAC地址表(也称MAC地址数 据库)中的。交换机在工作过程中，会向 MAC地址表不断写入新学到的MAC地址。 一旦交换机掉电或重新上电后，其内部的 MAC地址表会被自动清空或清空后又重新 建立。
2019年2月9日星期六
网络设备配置与管理
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查看交换机端口安全信息
• • • • • • Switch1#show mac-address-table Mac Address Table ------------------------------------------Vlan Mac Address Type Ports ---- ------------------ ----1 0001.64eb.d81b DYNAMIC Fa0/2 • 1 00d0.bc49.d378 STATIC Fa0/1
2019年2月9日星期六
网络设备配置与管理
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存储转发
• LAN switch复制整个帧到它的缓冲区里。 然后计算CRC。帧的长短可能不一样,所以 延时根据帧的长短而变化。 • 如果CRC不正确,帧将被丢弃;如果正确， LAN switch查找硬件目标地址然后转发它 们。 • 交换机需要解读数据帧的目的地址与源地 址，并在MAC地址列表中进行适当的过滤。
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。
第3章 计算机网络体系结构
第3章计算机网络的体系结构学习要点1.理解网络体系的概念2.理解网络协议的概念3.掌握ISO/OSI参考模型的层次结构和各层功能4.掌握TCP/IP体系结构的各层功能5.了解OSI与TCP/IP参考模型的区别6.了解TCP/IP主要的功能及特点3.1 网络体系结构的基本概念1.网络体系结构的形成计算机网络的体系结构采用了层次结构的方法来描述复杂的计算机网络，把复杂的网络互连问题划分为若干个较小的、单一的问题，并在不同层次上予以解决。
2.网络体系的分层结构图3-1 网络体系的层次结构模型3.层次结构中的相关概念（1）实体（2）协议：一个网络协议主要由以下3个要素组成：<1>语法（Syntax）：指数据与控制信息的结构或格式，如数据格式、编码及信号电平等；<2>语义（Semantics）：指用于协调与差错处理的控制信息，如需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答<3>定时（Timing）：指事件的实现顺序，如速度匹配、排序等。
（3）接口（4）服务（5）层间通信图3-2对等实体通信实例实际上，每一层必须依靠相邻层提供的服务来与另一台主机的对应层通信，这包含了下面两方面的通信：<1>相邻层之间通信<2>对等层之间通信3.2 开放系统互连参考模型1.OSI参考模型OSI参考模型采用了层次结构，将整个网络的通信功能划分成七个层次，每个层次完成不同的功能。
这七层由低层至高层分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层，如图所示。
2.OSI/RM各层的主要功能（1）物理层物理层（Physical Layer）处于OSI参考模型的最低层。
物理层的主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以便透明地传送“比特”流。
物理层传输的单位是比特（Bit），不去考虑比特流的意义和结构。
（2）数据链路层在物理层提供比特流传输服务的基础上，数据链路层（Data Link Layer）通过在通信的实体之间建立数据链路连接，传送以“帧”为单位的数据，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路，保证点到点（point-to-point）可靠的数据传输。
现代交换原理 第3章 交换单元与交换网络.ppt
主要内容
1. 交换网络的构成和分类 2. 交换单元
交换单元的基本概念 开关阵列与空间交换单元 共享存储器型的交换单元——时间交换单元 共享总线型的交换单元——数字交换单元
3. 交换网络
CLOS网络 TST网络 DSN网络 BANYAN网络
•3.1 引言
输出端口编号，
• 信道RAM的地址对应输入时隙，而内容对
应着输出时隙。
• 每个发送端口有数据RAM，也是控写顺读，
其地址对应输出时隙，而内容为语音抽样 编码值，端口间的信息交换通过时分复用 总线完成。
• 总线有控制总线，数据总线，端口总线，
信道总线。
数字交换单元（DSE）的工作原理
总线按时隙轮流分配给各个入线控制部件和出线控 制部件使用，其时隙的分配有一定的规则。
数字交换单元（DSE）
DPC
TS6
端口RAM 话路RAM
S
0
0
S
10
数据RAM 0
20
20
6 10
6 20
10
S 20 S
TS20
S
31
31
RX3
DSE内的通路
31 TX10
• 每个接受端口中有端口RAM和信道RAM, • 端口RAM和信道RAM是控写顺读， • 端口RAM的地址对应输入时隙，而内容为
串行码
PCM 0
PCM 1
复
:
用 器
PCM 7
TS=32 2.048Mb/s
并行码
T
TS=32x8=256 2.048Mb/s
串行码
PCM 0’
分
PCM 1’
路:
2G课件 第3章 移动通信的网络结构
交叠区面积
1．2πr2
0 ．73πr2
0．35πr2
由表3-1可见，在服务区面积一定的情况下，正六边形小 区所需的基站数最少，也就最经济。正六边形的网络形同 蜂窝，因此，把小区形状为六边形的小区制移动通信网称 之为蜂窝网。
3.2 信
令
在移动通信网中，除了传输用户信息（如话音信息）之外，为使全网 有秩序地工作，还必须在正常通话的前后和过程中传输很多其它的控 制信号，诸如一般电话网中必不可少的摘机、挂机、空闲音、忙音、 拨号、振铃、回铃以及无线通信网中所需的频道分配、用户登记与管 理、呼叫与应答、过区切换和发射机功率控制等等信号。这些与通信 有关的一系列控制信号统称为信令。 信令不同于用户信息，用户信息是直接通过通信网络由发信者传输到 收信者，而信令通常需要在通信网络的不同环节（基站、移动台和移 动控制交换中心等）之间传输，各环节进行分析处理并通过交互作用 而形成一系列的操作和控制，其作用是保证用户信息有效且可靠地传 输。因此，信令可看作是整个通信网络的神经中枢，其性能在很大程 度上决定了一个通信网络为用户提供服务的能力和质量。 严格地讲，信令是这样一个系统，它允许程控交换、网络数据库、网 络中其它“智能”节点交换下列有关信息：即呼叫建立、监控、拆除、 分布式应用进程所需的信息（进程之间的询问/响应，或用户到用户 的数据）、网络管理信息。
3.2.2 数字信令
1．数字信令的构成与特点 在传送数字信令时，为了便于接收端解码，要求数字信令 必须按一定格式编排。信令格式是多种多样的，不同通信 系统的信令格式也各不相同。常用的信令格式如图3-4所 示。它包括前置码（P）、字同步码（SW）、地址或数 据码（A或D）、纠错码（SP）等四部分。
3.1.3 服务区形状
交换技术第3章
数字中继的基本功能
帧定位（再定时） 使输入的码流相位和局内的时钟相位同步。 帧和复帧同步信号插入
因为在交换网络输出的信号中，不包含帧和复帧的同步信 号，故在发送时，应将帧和复帧的同步信号插入，这样就
形成了完整的帧和复帧的结构。
数字中继的基本功能
双/单 码型变换 帧同步 复帧同步 告警检测 指示 帧定位 信令 提取 信令 接收 数字 交换 网络
链路
集中级
集中比为：3：1
（3）数字终端
常称为数字中继，是连接数字局之间的数字中继线与数字交 换网络的接口电路，它的输入端和输出端都是数字信号，因 此，不需要进行模/数和数/模转换。可适配一次群或高次群的 数字中继线。 具有码型变换、时钟提取、帧同步、帧定位、信令插入和提 取、告警检测等功能。
音频信号-附
交换机到用户： 各种信号音（单频，信号源450Hz或 950Hz的正弦波） 交换机到交换机（随路）： 局间信号（MFC，Multi-Frequency Compelled，多频互控） 前向信号频率：1380Hz, 1500Hz, 1620Hz, 1740Hz, 1860Hz, 1980Hz（6中取2） 后向信号频率：1140Hz, 1020Hz, 900Hz, 780Hz, （4 中取2） 用户到交换机： 拨号信息（直流脉冲、DTMF）
带通滤 波器
T,R
O
B,S
H
平衡 网络
编 译 码 器
振铃 测试
扫描
低通滤 波器
用户电路板
（2）用户集中级
一般用户不可能同时进行呼叫，所以为了节省成本，设置集中 级。 完成话务集中，将一群用户经用户集中级后以较少的链路接 至交换网络，提高链路的利用率。 集中比一般为2：1至8：1 如果用户集中级和用户电路设置在远端，常称为远端模块。 远端用户级和母局间用PCM（Pulse-code Modulation，脉冲 编码调制）链路连接，链路数与远端用户级容量及话务负荷 有关。
第3章 数据通信与网络
2．数据报方式 ． 数据报是一种无连接（ 数据报是一种无连接（Connectionless：CL）的 ： ） 网络服务方式。在数据报方式中， 网络服务方式。在数据报方式中，每个分组是单独 传送的，就像报文交换中的报文一样。 传送的，就像报文交换中的报文一样。每个分组称 为一个数据报， 为一个数据报，每个数据报都包含源和目的节点的 地址信息。当一个节点收到一个数据报后， 地址信息。当一个节点收到一个数据报后，根据数 据报中的地址信息和当前网络的工作状态， 据报中的地址信息和当前网络的工作状态，为每个 数据报选择传输路径。 数据报选择传输路径。当某个站点要发送一个报文 时，先把报文拆成若干个带有序号和地址信息的数 据报，依次发送到网络节点上。因此， 据报，依次发送到网络节点上。因此，数据报经过 网络可能会有不同的路由， 网络可能会有不同的路由，不能保证按顺序到达接 收端， 收端，接收端必须对已收到的且属于同一报文的数 据报重新排序。 据报重新排序。
H6 H5
H1
H4
H2
H3
2．数据传输阶段 ． 通过通信子网的物理电路连接建立以后， 在H1与H4通过通信子网的物理电路连接建立以后， 与 通过通信子网的物理电路连接建立以后 数据就可以在主机H1与 之间进行实时 之间进行实时、 数据就可以在主机 与 H4之间进行实时、 双向的 交换。在整个数据传输过程中， 交换。在整个数据传输过程中，所建立的电路必须 保持连接状态。 保持连接状态。 3．电路拆除阶段 ． 数据传输结束后，要进行线路拆除即终止连接， 数据传输结束后，要进行线路拆除即终止连接，以 便释放电路。由某一方（ 或 ）发出“ 便释放电路。由某一方（H1或H4）发出“释放请 求包” 另一方同意结束传输拆除线路时， 求包”，另一方同意结束传输拆除线路时，发送 释放应答包” 然后逐点拆除到对方节点， “释放应答包”；然后逐点拆除到对方节点，结束 此次通信。被拆除的线路空闲后， 此次通信。被拆除的线路空闲后，可被其它通信使 用。
第三章：电路交换技术
阶段2和3--消息传输&话终释放
（2）消息传输 主、被叫终端间通过用户线及交换机内部建立的通路和中继 线进行通信。
（3）话终释放 ①任何一方挂机表示向本地交换机发出终止通信的信令。 ②使通路涉及的各交换机释放其内部链路和占用的中继
线，供其他呼叫使用。
[回顾]电话呼叫建立和呼叫释放流程图
先看下建立阶段相关信令：
【回顾】电话呼叫建立和呼叫释放流程图（续1）
4：发端交换机根据被叫号码进行号码分析，确定被 叫所在的交换局，然后在发端交换机与终端交换机 之间选择一条空闲的中继电路，向终端交换机发"占 用"信令，我要占用刚才选择好的空闲中继线。 5：终端交换机（终端局）同意中继线占用，向发端 交换机（发端局）发送“占用确认信令”。 6：发端交换机（发端局）向终端交换机发送“选择 路由信令（被叫号码信令）”，以供终端交换机选 择被叫。
• 电路交换的基本过程包括“电路建立阶段”、“通话阶段”、“电路释放阶段”三个过程。
2020/7/9
类似于通信 网工作方式 的：CO实
连接
原理
4
2.1电路交换的原理
电路交换的概念始于电话交换。 1：在电路交换过程中，主叫终端发出呼叫请求，交换机根据网络的资源情况按照主叫的要求试 图连通被叫终端，检测被叫终端状态，并征求被叫用户意愿。 2：如果被叫用户同意接受呼叫，交换机就在主、被叫之间建立一条连接通路，供通信双方传送 消息。 3：该连接通路在通信期间始终保持，直到通信结束才释放建立的连接。其过程如下图所示。
要素3：交换机
主要功能概述： ● 将信源的信息按照用户的要求，找到相应的链路连通到信宿。 ● 也就是说，在信源和信宿之间建立一条连接，以便信源与信宿之间进行通信， 通信结束，拆除该连接。 ● 在电话网中，电话交换机完成对语音信号的交换接续，便于组建大型网络。
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第3章 交换网络的结构与原理
在二级接线器结构中，由于第一级的每一个接线器与第 二级的每一个接线器之间仅存在一条内部链路，因此任何时 刻在一对接线器之间只能有一对出、入线接通。例如，当第 一级第1个接线器的1号入线与第二级第2个接线器的m号出线 接通时，第一级第1个接线器的其他入线都无法再与第二级 第2个接线器的其余出线接通。这种虽然入、出线空闲，但 因没有空闲级间链路而无法接续的现象称为交换网络的内部 阻塞。
Bi = [1 -(1 -a)2]n
不难想象，当网络的内部链路数(如图3-6所示的第二级n) 达到一定的数量时，可以完全消除内部阻塞。下面我们来分 析图3-7所示的三级无阻塞交换网络。
第3章 交换网络的结构与原理
在图3-7中，第一级有2个3 × 5接线器，第二级有5个2 × 2接线器，第三级有2个5 × 3接线器。现假设第一级接线器A 的一条空闲入线要与第三级接线器C的一条空闲出线接通。 在最坏的情况下，当接线器A的入线希望接通时，它的其余2 条入线已占用了其5条出线中的2条，于是这条入线尚有3条出 线与接线器C相通。再假设接线器C的其余2条出线均已被占 用，而它们使用的入线又恰好是A、C之间剩余3条链路中的2 条，于是A、C之间还存在1条通路。这种只要交换网络的出、 入线中有空闲线，则必存在内部空闲链路的网络称为无阻塞 网络或Clos网络。
第3章 交换网络的结构与原理
第3章 交换网络的结构与原理
3.1 交换网络的结构 3.2 数字交换网络的接续原理 3.3 多级交换网络
第3章 交换网络的结构与原理
3.1 交换网络的结构
从外部看，交换网络相当于一个由若干入线和若干出线 构成的开关矩阵，如图3-1所示。
第3章 交换网络的结构与原理
在图3-1中，由每条入线 和出线构成的交叉接点 类似于开关电路，平时 是断开的，当选中某条 入线和出线时，对应的 交叉接点才闭合。实际 中的开关矩阵叫接线器， 接线器的入线接主叫用 户接口电路，出线接被 叫用户接口电路或各种 中继接口电路。
(6) 当CM第K个单元中的值为j时，输入的第j时隙将被 转移到输出的第k时隙。由此引起的延时为
D = k -j(TS)
例如，当k = 3，j = 1时，信号交换的延时为 D =3 -1 = 2(TS) = 7.8 µs
再如，当k = 1，j = 3时，信号交换的延时为 D =(32 -j) + k = (32 -3) + 1 = 30TS = 117 µs
第3章 交换网络的结构与原理
2) 控制存储器
控制存储器(CM，Control Memory)又称为地址存储器， 其作用是寄存话音信息在SM中的单元号，如某话音信息存 放于SM的2号单元中，那么在CM的单元中就应写入“2”。通 过在CM中存放地址，从而控制话音信号的写入或读出。一 个SM的单元号占用CM的一个单元，故CM的单元数等于SM的 单元数。CM每单元的字长则由SM总单元数的二进制编码字 长决定。
例如，某T接线器的输入端PCM复用度为128，则SM的 单元数应是128个，每单元的字长是8 bit，CM单元数应是 128个，每单元的字长是7 bit。
第3章 交换网络的结构与原理
2. 时间(T)接线器的工作方式
如果话音存储器(SM)的写入信号受定时脉冲控制，而读 出信号受控制存储器(CM)控制，我们称其为输出控制方式， 即SM是“顺序写入，控制读出”。反之，如果话音存储器(SM) 的写入信号受控制存储器(CM)控制，而读出信号受定时脉冲 控制，我们称其为输入控制方式，即SM是“控制写入，顺序 读出”。
第3章 交换网络的结构与原理 图3-6 混合级交换网络
第3章 交换网络的结构与原理 图3-7 三级无阻塞交换网络
第3章 交换网络的结构与原理
3.2 数字交换网络的接续原理
数字交换实质上就是把PCM系统有关的时隙内容在时 间位置上进行搬移，因此数字交换也叫做时隙交换。当连 接数字交换网络只有一套PCM系统时，交换仅在这条总线 的30个话路时隙之间进行。为了扩大数字信号的交换范围， 要求数字交换网络还应具有在不同PCM总线之间进行交换 的功能。具体来说，数字交换网络应具有如下功能：
示。 检测都比较简单。但是，为了控制投资，连接户外的用户电缆线路采用二线
制式来大幅减少电缆芯线，使得能够在一对铜线上传输双方向的信号。这两 部分之间的二线转四线功能就需要一个混合线圈来完成。
第3章 交换网络的结构与原理 图3-8 用户消息通过数字交换网络发送与接收的过程
第3章 交换网络的结构与原理
第3章 交换网络的结构与原理
对于输入控制方式来说，其交换过程为：第一步， CPU根据交换要求，在CM单元内写入话音信号在SM的地 址(CM单元号对应主叫用户所占用的时隙号)上；第二步， 在CM控制下，将话音信息写入SM的相应单元(SM单元号 对应被叫用户所占用的时隙号)中；第三步，在CP控制下， 按顺序读出SM中的话音信息。
第3章 交换网络的结构与原理
2. 多级接线器结构
多级接线器结构可以克服单级接线器结构存在的问题。 图3-2所示为n × nm的二级接线器结构，第一级接线器A的 入线数与出线数相等，是一个n × n的接线器，如果第一级 接线器A的n条出线接至n个1 × m的第二级接线器B的入线， 则第一级的每条入线将有nm条出线，于是1 + n个接线器便 构成了一个n × nm的交换网络。
第3章 交换网络的结构与原理
2) 采用混合级交换网络
图3-6给出了一种混合级交换网络。
图3-6的前两级是如图3-3所示的二级网络，但第二级 网络的nm条出线并未像图3-4那样连到nm个接线器，而是 仅连接了m个接线器。不难看出，第一级中任何一个接线 器与第三级中的任一接线器之间现在有了n条链路，因此网 络的内部阻塞率下降为
二级接线器结构的每条内部链路被占用的概率可近似为
a A nm
(3.1)
式中，A——整个交换网络的输入话务量。
第3章 交换网络的结构与原理
交换网络的内部阻塞率应等于所需链路被占用的概率， 则二级接线器结构的内部阻塞是：
Bi2 = a
(3.2)
当进一步增加网络的输入线数时，可依照相同的方法 将二级接线器结构扩展为三级或更多级。图3-4所示为一个 三级接线器结构。
图3-1 交换网络示意图
第3章 交换网络的结构与原理
3.1.1 交换网络的线束利用度 交换网络的线束利用度分为两种不同的情况：全利用度
线束和部分利用度线束。 1. 全利用度线束 任一条入线可以到达任一条出线的情况叫全利用度线束。 2. 部分利用度线束 任一条入线只能到达部分出线的情况叫部分利用度线束。 可见，与部分利用度线束相比，全利用度线束的接通率
第3章 交换网络的结构与原理 图3-4 一个nmk×nmk的三级接线器结构
第Hale Waihona Puke 章 交换网络的结构与原理在三级接线器结构中，任何一个第一级接线器与一个第 三级接线器之间仍然只存在一条通路，但这条通路却是由 两条级间链路级联而成的。因此，当假设每条内部链路被 占用的概率是a时，每条链路空闲的概率是1 -a。两条链路 均空闲，则级联链路空闲的概率便为(1 -a)2。因此，三级 接线器结构的内部阻塞率为
需要强调的是，上述两种控制方式只针对话音存储器 (SM)，对于控制存储器(CM)来说，其工作方式都是“控制写 入，顺序读出”，即CPU控制写入，定时脉冲控制读出。
例如，某主叫用户的话音信号(A)占用TS10发送，通过T 接线器交换至被叫用户的TS50接收。图3-9(a)、(b)给出了两 种工作方式的示意图。
(3) CPU只需修改CM单元内的内容，就可改变信号交换 的对象。但对于某一次通话来说，占用T接线器的单元是固 定的，这个“占用”直至通话结束才释放。
第3章 交换网络的结构与原理
(4) 话音信号在SM中存放的时间最短为3.9 μs，最长 为125 μs。
(5) CM各单元的数据在每次通话中只需写一次。
第3章 交换网络的结构与原理
图3-9 T接线器的工作方式 (a) 输出控制方式；(b) 输入控制方式
第3章 交换网络的结构与原理
要把TS10的内容交换到TS50中去，只要在TS10到来时， 把它的内容先寄存到SM中，等到TS50到来时，再把该内容取 走即可。通过这样一存一取，即可实现不同时隙内容的交换。
高，但出线的效率低。
第3章 交换网络的结构与原理
3.1.2 交换网络的结构设计 交换网络的结构分单级接线器结构和多级接线器结构。 1. 单级接线器结构 单级接线器结构如图3-1所示，一个n × m的接线器存在
n × m个交叉接点。如果交换网络的n和m数值很大，则交叉 接点数必然变得很大。在数字交换中，这意味着对存储器的 存取速率要求很高。
Bi3 = 1 -(1 -a)2
(3.3)
比较式(3.2)和式(3.3)不难发现：
Bi3 > Bi2
可见，增加级数虽然扩大了交换网络可接续的容量，但也增
加了网络的内部阻塞率。
第3章 交换网络的结构与原理
3. 减小内部阻塞率的方法 减小内部阻塞率的方法通常有两种：扩大级间链路数 和采用混合级交换网络。 1) 扩大级间链路数 扩大级间链路数的方法如图3-5所示。
对于输出控制方式来说，其交换过程为：第一步，在定 时脉冲CP控制下，将HW线上的每个输入时隙所携带的话音 信息依次写入SM的相应单元中(SM单元号对应主叫用户所占 用的时隙号)；第二步，CPU根据交换要求，在CM的相应单 元中填写SM的读出地址(CM单元号对应被叫所占用的时隙 号)；第三步，在CP控制下，按顺序在输出时隙(被叫所占的 时隙)到来时，根据SM的读出地址，读出SM中的话音信息。
第3章 交换网络的结构与原理
(1) 在同一条PCM总线的不同时隙之间进行交换；