第2章 交换技术基础-2016
现代交换原理与技术第2章 交换技术基础
交换技术基础 目 录
交换节点的基本组成
交换网络、接口、控制系统、信令系统
交换单元及交换网络 信号数字化技术
模拟语音信号的数字化处理 图像与视频信号的数字化处理
信道共享与复用技术
空分复用 频分多路复用 时分多路复用
2017/7/11 1
第2章 交换技术基础 本章主要内容
通信过程中的信息业务量特性不同
统计表明，电话通信双方讲话的时间各占一半，即对于PCM话音 信号平均速率大约在32Kb/s,一般不会出现长时间信道中没有信 息传输；而数据通信量波动性较大。语音对时延比较敏感。宜采 用面向连接的交换技术。数据对带宽比较敏感，宜采用动态资源 分配技术，大多采用无连接的交换技术。
电话交换
电路交换（Circuit Switching），就是在两通信端之间建立一条专用 的（dedicated）实际路径。此路径由发送端开始，一站一站往目的 端串联起来。一旦建立两端之间的电路后，它将一直维持专用状态 （ 即他人无法使用），直到通信结束之后，这条专用路径才停止使用， 并让出供他人继续使用。目前的电话就是使用这种技术。
交换机的组成 交换单元的组成、描述交换单元外部性能的指标 交换单元的分类与几种典型的交换单元（开关阵列、T接线器 、S接线器） 交换网络的概念、作用，TST、STS交换网络的工作原理 模拟语音信号的数字化技术、图像与视频信号的数字化处理 信道共享与复用技术
空分复用 频分多路复用 时分多路复用
2017/7/11 7
2.1 引言
数据网络交换机
在计算机网络系统中，交换概念的提出是对于共享工备，HUB本身不能识 别目的地址，当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包 在以HUB为架构的网络上是以广播方式传输的，由每一台终端通过验 证数据包头的地址信息来确定是否接收。也就是说，在这种工作方式 下，同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯，如果发生碰撞还得 重试。这种方式就是共享网络带宽。 数据网络交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换 机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后 ，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬 件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速 将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在才广播到所有的端口 ，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部 MAC地址表中。
现代交换第2章--交换技术基础
2.2.1 交换单元及其数学描述
交换单元分类1
入
0┆
线
┆
M－1
┆
0出 N－1 线
（a）集中型（M >N）
入0 线 M－1
┆
┆0
出
┆
线
N－1
（c）扩展型（M <N）
入0 ┆
线 M－1 ┆
0
出
┆
┆
N－1
线
（b）分配型（M=N）
2.2.1 交换单元及其数学描述
交换单元分类2
入
0
线 M－1
┆┆ ┆┆
0
出
组成
由电子交叉矩阵和控制存储器（CM）构成
控制方式
输入控制：按入线配置控制存储器 输出控制：按出线配置控制存储器
开关阵列的应用实例——空间接线器（S接线器）
特点
S接线器是以时分方式工作的（各交叉点按复用时隙工作） S接线器在同步时分复用信号交换网络中不能单独使用 S接线器在输出控制方式下可实现同发和广播功能
功能
用来完成一条复用线上的时隙交换功能
组成
话音控制存储器（SM）:存储话音 控制存储器（CM） :存储SM的写入/读出地址
控制方式（对话音存储器的控制而言）
输出控制：顺序写入、控制读出（入线缓冲） 输入控制：控制写入、顺序读出（出线缓冲）
共享存储器型交换单元的应用实例 ——时间接线器（T接线器）
基本原理
总线按时隙轮流分配给入线控制部件和出线控制部件使用。
特点
受限于总线宽度、速度以及入线、出线控制部件的工作速率
总线型(共享媒体型) 交换单元示意图
1
入线控制
2 入线
入线控制
数据通信基础与交换技术
四、模拟信道和数字信道
模拟信道中传输的是模拟信号。
数字信道中传输的是离散方式的二进制数字脉冲 信号。
五、专用信道和公用信道
专用信道又称专线，它可以是自行架设的专门线 路，也可以是向电信部门租用的专线。
公用信道是一种公共交换信道，为大量用户提供 服务的信道，因此又被称为公共交换信道。
调制解调器的标准
（1）V.21标准：针对300bit/s的全双工FSK调制解 调器。
（2）V.22标准：针对 600bit／s和1200bit/s的全双 工4－PSK调制解调器。
（3）V.22biS标准：针对 1200bit/s和 2 400bit／s 全双工16－QAM/4－DPSK调制解调器的。
非归零编码的优点是简单、容易实现；缺点 是接收方和发送方无法保持同步。
为了保证收、发双方同步，必须在发送NRZ 码的同时，用另一个信道同时发送同步时钟信号，
二、曼彻斯特编码（Manchester）
由低电平跳变到高电平时，就表示数字 信号1；每位由高电平跳变到低电平时，就 表示数字信号0。
曼彻斯特编码中的中间电平跳跃，既代
（7）V.42biS标准：针对高于 14 400bit/s的 带有数据压缩和差错检测功能的全双工调 制解调器的。
2.3.串行传输与并行传输
并行传输
常用的并行方式是 将构成一个字符的代 码的若干位分别通过 同样多的并行信道同 时传输，例如计算机 的并行口常用于连接 打 印机，一个字符分 为8位，因此每次并行 传输8比特信号
2.1.数据通信的基本概念
2.1.1.信息、数据和信号 一、信息：
被传达的内容,本身是无形的,所以总是需要有 个载体才能被传送,进而被识别。
现代交换原理与技术练习及答案
现代交换原理与技术练习及答案现代交换原理与技术练习题第1章绪论一、填空题7-1“竹信”就就是用一根_________连结两个小竹筒，在竹筒得一方可以听见另一方小声说话得声音。
绳子7-2人类用电来传送信息得历史就是由_________开始得。
电报7-3电报（Telegraph）就是一种以_________________传送信息得方式，即所谓得数字方式。
符号（点、划）7-4“电信”就是使用有线、无线、光或其它_____________系统得通信。
电磁7-5在电信系统中，信息就是以电信号或___________信号得形式传输得。
光7-6交换设备得作用就就是在需要通信得用户之间_________________，通信完毕拆除连接，这种设备就就是我们今天常说得电路交换机。
建立连接7-7通信网由用户终端设备、_______________设备与传输设备组成。
交换7-8在由多台交换机组成得通信网中，信息由信源传送到信宿时，网络有___________连接与无连接两种工作方式。
面向7-9电路就就是在通信系统中两个终端之间（有时须通过一个或多个交换节点）为了完成_____________传递而建立得通信路径。
信息7-10物理电路就是终端设备之间为了传送信息而建立得一种________连接，终端之间可通过这种连接接收/发信息。
实7-11信息在通信网中得传送方式称为传送模式，它包括信息得复用、传输与________方式。
交换7-12时分复用，就就是采用___________分割得方法，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得信道。
时间7-13交换技术从传统得电话交换技术发展到综合业务交换技术在内得现代交换技术，经历了人工交换、机电交换与_________交换三个阶段。
电子7-14电路交换技术就是一种主要适用于_________业务得一种通信技术。
实时7-15分组交换采用得路由方式有数据报与_________两种。
2016计算机网络试题库：第二章数据通信基础知识
2016计算机⽹络试题库：第⼆章数据通信基础知识第⼆章数据通信基础知识⼀、选择题1、数据传输率单位的英⽂表⽰为( )。
bA．bbs B．b／s C．pbs D．pps2、两台计算机利⽤电话线路传输数据信号时必备的设备是( )。
A. 集线器B. 调制解调器C. 路由器D. ⽹络适配器B3、( )传递需要进⾏调制编码。
A．数字数据在数字信道上B．数字数据在模拟信道上C．模拟数据在数字信道上D．模拟数据在模拟信道上B4、通过改变载波信号⾓频率来表⽰数字信号1和0的⽅法叫做( )。
A. 绝对调相B. 振幅键控C. 相对调相D. 移频键控D5、利⽤模拟通信信道传输数据信号的⽅法称为( )。
A. 同步传输B. 基带传输C. 异步传输D. 频带传D6、( )是指在⼀条通信线路中可以同时双向传输数据的⽅法。
A. 单⼯通信B. 半双⼯通信C. 全双⼯通信D. 同步通信C7、在数字数据编码⽅式中，( )是⼀种⾃同步编码⽅式。
B. ⾮归零码C. ⼆进制编码D. 脉冲编码A8、已知声⾳的频率范围为300~3400 Hz，则电话线⼀条话路的带宽为( )。
A．3100Hz B．3400Hz C．3700Hz D．8000HzA9、采样定理指出采样频率⾄少为（）A两倍于信号带宽B两倍于信号的最⾼频分量频率CN倍于信号带宽DN倍于信号的最⾼频分量频率B10、脉冲代码调制变换的过程是( )。
A．采样、量化、编码B．量化、编码、采样C．计算、采样、编码D．编码、采样、编程A11、常⽤的传输介质中，带宽最宽、信号传输衰减最⼩、抗⼲扰能⼒最强的⼀类传输介质是( )。
A. 光纤B. 双绞线C. 同轴电缆D. ⽆线信道A12、有线介质将信号约束在⼀个物理导体之内，下⾯( )不属于有线传输介质.A. 双绞线B. 同轴电缆C. 光纤D. ⽆线电D13、光传输系统由光源、( )、检测器三个部分组成.A. 光纤传输介质B. 光信号C. 光栅D. 端设备A14、下列双绞线的叙述，不正确的是（）A它既可以传送模拟信号，也可以传送数字信号B安装⽅便，价格较低C不易受外部⼲扰，误码率较低D通常只⽤作建筑物内局域⽹的通信介质C15、单位时间内所传送的⼆进制信息的位数称为（）A信号传输率B数据传输率C信号传播率D误码率B16、下⾯关于光纤的叙述，不正确的是（）A频带很宽B误码率很低C不受电磁⼲扰D容易维护和维修D17、( )传输⽅式是指同⼀报⽂中的分组可以由不同传输路径通过通信⼦⽹。
现代交换技术第2章 交换网络
19
现代交换技术
第2章 交换网络
输出线
存：各个时隙的 入线标号 = “1”，接通：TSi时隙的入 线标号（如：1线）与 输出2线；
TSi时隙，对应存储 矩阵的第 i+1行 （交换信息，预先写入控制 存储器的行列交点）
（两张表）
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现代交换技术
存：各个时隙的 入线标号
第2章 交换网络
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现代交换技术
第2章 交换网络
2.2 交换控制单元
一、基于时分结构的典型交换单元 2、时间交换单元 举例：时隙内容A，要从输入时隙 i交换到输出时隙 j
输入控制方式：
... TSN-1 ...
i
帧 Tsi
(A)
用户信息存储器 0 ... TS0 ... TSN-1 ...
j
帧 TSj
(A)
...
时隙 时隙 时隙 时隙 ... TS0
标志 头1
TS0 话路1
标志 头0
TS0
标志 头2
TS0
标志 头0
...
话路0
本章后续部分将以时分复用电信号为对象，介绍一 些典型的交换单元及交换网络。
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现代交换技术
第2章 交换网络
2.2 交换控制单元
交换单元的功能是在控制信号的作用下在入线和出 线之间为呼叫请求建立适当接续，将入线上的信息送到 出线上去。
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现代交换技术
第2章 交换网络
2.2 交换控制单元
一、基于时分结构的典型交换单元 3、共享总线型交换单元 由入线控制部件，出线控制部件和总线组成，如下图示。入线 控制部件负责接收入线信号并进行信号格式转换，进行信息缓冲存 储，将缓冲信息在适当时刻送到总线上；出线控制部件负责从总线 上检测出属于自己的信号并加以缓冲存储，将缓冲信息进行格式转 换并由出线送出；总线通常由多条数据线和控制线组成，数据线负 责在入线控制部件和出线控制部件之间传送信号，控制线负责控制 各入线控制部件获得时隙和将信息发送到总线上以及控制出线控制 部件读取属于自己的信息。
路由与交换技术教学大纲
《路由与交换技术》课程教学大纲第一部分大纲说明一、制订教学大纲的依据本课程教学大纲依据信息工程系计算机网络技术专业及信息安全技术专业的专业培养目标及教学计划制定，符合社会对人才知识、能力、素质需求及地区经济发展的需要。
二、适用范围本教学大纲适用于信息工程系网络技术专业及信息安全技术专业学生。
三、课程的性质和任务交换机和路由器是构建大中型网络最核心、最重要的网络设备，这些设备必须根据网络应用的需求，进行合理正确的配置才能使用。
在组建网络时，除综合布线外，最重要的是对三层交换机和路由器进行配置，在日常的使用和管理维护过程中，也经常需要对交换机、路由器的配置进行调整。
这就要求网络管理人员必须充分熟悉和掌握交换机/路由器的配置和管理技术，以及将三层交换机或路由器当作防火墙或代理服务器的配置技术。
《路由与交换技术》课程是计算机网络技术专业及信息安全专业必修的专业课。
旨在让学生了解常用网络设备的概念,工作原理及工作方式、技术指标和参数，所遵循的网络标准，在网络层中所使用的协议。
主要任务是通过学习能够使学生在已有的计算机网络知识的基础上，对当前计算机网络设备的主要种类和常用的网络协议有较清晰的概念，掌握如何使用配置网卡、网线、集线器、交换机、路由器和防火墙。
学会计算机网络操作和日常管理和维护的最基本方法。
尽快熟悉并掌握交换机和路由器的配置与管理技术。
四、课程的背景知识1．前导课程及主要知识：《计算机调试技术》、《计算机网络》、《专业英语》等。
2．后续课程及主要知识：《网络工程》、《网络安全》及相关课程设计和毕业设计等。
五、课程教学要求的层次１．熟练掌握：要求学生能够全面、深入理解和熟练掌握所学内容，并能够用其分析、初步设计和解答与网络应用相关的问题，能够举一反三。
２．掌握：要求学生能够较好地理解和掌握，并且能够进行简单分析和判断。
３．了解：要求学生能够一般地了解的所学内容。
第二部分教学媒体与教学过程建设本课程文字教材作为学习的主要媒体，着重反映课程知识的系统性和完整性，在形式上要便于学生自学。
《交换技术基础》PPT课件
10 精选PPT
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。
20 精选PPT
7.3 控制部件的呼叫处理能力－－BHCA
评价一台程控交换机的话务能力一般有两个基本参数： 话务量：通过交换网络可以同时连接的路由数 BHCA(Busy Hour Call Attempts)：忙时试呼次数，单位时间内 控制设备能够处理的呼叫数，表明控制部件对呼叫的处理能力。
按ITU-T建议，我国电话网全程(发端-收端交换机)呼损： 数字长途电话网≤0.098；数字市内电话网≤0.027。
16 精选PPT
7.2 交换网络的内部阻塞
前面讨论的呼损仅仅是由于出线全忙而引起的。 实际上，交换机的交换网络往往由若干级组成。 在入线和出线间还有内部各级之间的链路。 内部阻塞：当交换网络内部级间链路全忙时，由于入线找不到 空闲链路而不能达到空闲出线，导致呼叫损失的情况。
可见中间链路数增加一倍，使网络的内部时隙数为输入/输出 时隙数的2倍时(本例中链路数=32，内部时隙数=512)，网络内部 阻塞概率很低，近似为0。 输入端AB级扩散，输出端BC级集中，以增加设备、提高成本 为代价。交换网络在整个交换机的成本中所占的比重不大。对于 采用体积小、功耗小的大规模集成电路构成的数字交换网络来说 是可行的。
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
高级计算机网络 第2章 数据交换技术PPT课件
报文交换的特点
5. 可以建立报文传输的优先级。 6. 能够在网络上实现报文的差错控制和纠错处理。 7. 报文交换网络可以进行传输速率和代码格式的转换，
使两个传输速率不同且代码格式相异的工作站连接。 8. 发送给未工作的终端的报文可以被截取，或者存储
下来，或者转发给其他终端
由于报文交换存在的一些缺点，所以现在报文交换已经 很少有人使用了。
中继线 用户线 A
交换机 C
D
交换机
中继线 交换机
交换机 B
用户线
电路交换举例
❖C 和 D 通话只经过一个本地交换机 ❖通话在 C 到 D 的连接上进行
中继线 用户线 A
交换机
C
D
交换机
中继线 交换机
交换机 B
用户线
电路交换的特点
❖ 电路交换必定是面向连接的。 ❖ 电路交换的三个阶段：
▪ 建立连接 ▪ 通信 ▪ 释放连接
快速电 路交换
ATM交换
分组交换 帧中继
多协议标记 交换MPLS
三种基本 交换方式
宽带交换方式
软交换
单一业务网
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
帧中继
LAN 网桥
LAN 交 换机
WAN 路由器
高速路 由器
计算机网
B-ISDN /ATM
路由器
报文
1101000110101010110101011100010011010010
假定这个报文较长 不便于传输
分组交换的原理（2）
❖ 每一个数据段前面添加上首部构成分组。
武汉理工大学现代交换技术各章知识点
第1章交换概念1.信网中为什么要引入交换功能?为实现多个在通终端之间的通信,引入交换节点.各个用户终端不在是两两互连 , 而是分别精油一条通信线路连接到交换节点上,在通信网中,交换就是通信的源和目的终端之间建立通信信道,实现通信信息传送的过程引入交换节点后, 用户终端只需要一对线与交换机相连,接生线路投资,组网灵活.2. 构成通信网的三要素是 :交换设备. 传输设备 , 用户终端.3. 目前通信网中存在的交换方式有哪几种?分别属于哪种传送模式?电路交换.多速率电路交换.快速电路交换. 分组交换.帧交换. 帧中继.ATM交换.IP交换.光交换.软交换.电路交换. 多速率电路交换 .快速电路交换. 属于电路传送模式, 分组交换 .帧交换. 帧中继/属于分组传送模式 ATM交换属于异步传送模式4.电路传送模式.分组传送模式,和异步传送模式的特点是什么? (1)信息传送的最小单元是时隙(2)面向连接的工作方式(3)同步时分复用(4)信息传送无差错控制(5)信息具有透明性(6)基于呼叫损失的流量控制分组特点: (1)面向连接的工作方式的特点(2)无连接的工作方式特点(3)统计时分复用(4)信息传送有差错控制(5)信息传送不具有透明性(6)基于呼叫延迟的流量控制异步传送特点: (1)固定长度单元的信元和简化的信头(2)采用了异步时分复用方式(3)采用了面向连接的工作方式5.电路交换. 分组交换的虚电路方式以及ATM交换都采用面向连接的工作方式,它们有何异同?相同点:都具有连接建立数据传送和链路拆除三个阶段. 不同; 电路交换的面向连接的工作方式是一条物理连接通路.而虚电路方式以及ATM交换方式都属于逻辑连接.6.同步时分复用和异步时分复用的特点是什么?同步时分复用的基本原理是把时间划分为等长的基本单位,一般称为帧,没帧再划分为更小单位叫时隙.对每一条同步时分复用的告诉数字信道,采用这种时间分割的方法.依据数字信号在每一帧的时间位置来确定它是第几路子信道.这些子信道又可以称为位置化信道.通过时间位置来识别每路信道异步时分复用是采用动态分配带宽的,各路通信按需使用. 异步时分复用将时间划分为等长的时间片,用于传送固定长度的信元.异步时分是依据信头标志X.Y.Z.来区别哪路通信信元，而不是靠时间位置来识别。
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。
现代交换技术第2章PPT课件
率
B=C损/C总
❖ 按负载计算的呼损H （忙时） H=A损/A入
呼叫处理能力
❖ BHCA (最大忙时试呼次数) 在保证规定的服务质量标准前提下,处理机
在最忙单位时间内处理的最大呼叫次数.
2.4 服务质量与服务保障
电话通信网服务质量
❖ 接续质量 是指用户通信被接续的速度和难易程度. 用接续呼损和接续时延衡量.用服务等级来规定
❖ IM存储器按存储单元顺序读出。
S型时分接线器
❖ S型时分接线器是空间型接线器(space switch)， 其功能是完成“空间交换”。即在一根入线中，可 以选择任何一根出线与之连通。
1 S型接线器的基本组成
❖ S型接线器由m×n交叉点矩阵和控制 存储器组成。在每条入线i和出线j之间都 有一个交叉点Kij，当某个交叉点在控制 存储器控制下接通时，相应的入线即可 与相应的出线相连，但必须建立在一定 时隙的基础上。
2
31
CM
读出控制方式的T接线器
❖ 话音存储器中每个存储单元内存入的 是发话人的话音信息编码，通常是8位编 码。话音信息编码按顺序写入。
❖ 中央处理机CPU根据用户要求，向控 制存储器发出“写”命令，将控制信息 写入控制存储器。存储的是读出地址。
❖二、写入控制方式
❖ T接线器采用写入控制方式时，如图 2.4所示，它的信息存储器IM的写入受控 制存储器控制，它的读出则是在定时脉 冲的控制下顺序读出。
❖ 话音存储器（SM）用于暂存经过PCM编码 的数字化话音信息，由随机存取存储器 （Random Access Memory，RAM）构成。
❖ 控制存储器（CM）也由RAM构成，用于 控制话音存储器信息的写入或读出。
第2章 交换技术基础
2.2.4 互连技术
（四）多播方法
多播（Multicast）也称为组播，是将某一信息源的数据
同时传送到多个目的端。
在IP网络中，多播一般通过多播IP地址来实现。 在ATM中，由于点对多点宽带通信业务的需要，多播 是一项重要而复杂的互连技术。不同的ATM交换机构 可采用不同的多播方法。
2.2.4 互连技术
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计算机 2 AP2 5 4 3 2 1
4
3 2
1
主机 1 向主机 2 发送数据
主机1在层间的封装过程
应用层首部 传输层首部 网络层首部 链路层 首部
H5
计算机 1 AP1 5
计算机 2 AP2 5 链路层 尾部 3 T2 2 1 4
应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据
计算机 2 AP2 5 4
4
3 2
IP 数据报再下传到数据链路层
3 2 1
加上链路层首部和尾部，成为帧
1
主机 1 向主机 2 发送数据
计算机 1 AP1 5
计算机 2 AP2 5 4 3
4
3 2
数据帧再下传到物理层 物理层把比特流传送到物理媒体
2 1
1
主机 1 向主机 2 发送数据
计算机 1 AP1 5
控制技术关系到整个交换系统的容量、性能和 服务质量，互连、接口及信令功能的实现都与
控制技术密切相关。
有效的控制是网络节点实现信息传递的重要保
障。交换节点具有集中和分散两种控制方式，
区别在于处理机控制结构的配置方案不同。
2.2.4 互连技术
实现任意入线与出线之间的互连是交换系统的基 本功能。按照交换方式要求，节点内互连网络可 以提供实连接或虚连接。
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
第二章 交换技术基础
T(输出控制) AB CMA0
S(输入控制) CMB0 0
T(输入控制)
0
A 0
TS2
A
7 0 2 31 A 31
2 31 A B TS23
0
TS2 B
A
0
31
SMA 1 7 7
SMB0 1 SMB7
1 B 7 0 31 TS31 B 0 A TS7 0 31 A 31 0 TS31 A
引言 交换单元 交换网络 信号数字化技术
交换节点的基本组成 交换节点泛指通信网中的各类交换机，它 是由交换网络（SN）、通信接口、控制单 元以及信令单元等部分组成。
图2-1
交换节点的组成
交换网络又称为接续网络，它是交换节点 的核心。 交换网络的任务是实现各入线和出线上信 号的传送或接续。
1、交换单元 交换单元是构成交 换网络的最基本部 件，它是完成交换 功能最基本的单元， 用若干个交换单元 按照一定的拓扑结 构和控制方式就可 以构成交换网络。
第1级T接线器：负责输入PCM复用线的时 隙交换。 S接线器：负责PCM复用线之间的空间交 换交换；S级的出入线数决定于两侧T接线 器的数量。 第2级T接线器：负责输出PCM复用线的时 隙交换。
反相法 为减少选路次数，简化控制，可使两个方 向的内部时隙具有一定的对应关系，通常 可相差半帧，俗称反相法，来确定内部时 隙。 设： N=一帧的时隙数 Na=A到B方向的内部时隙数 Nb=B到A方向的内部时隙数 则： Nb= Na +N/2
有一T接线器，所连接的PCM复用线上1帧 内的时隙数为512，现要将信息“S”由 TS4交换到TS123上去，分别采用输入控 制和输出方式，试画出T接线器的工作原理 图，并分别回答SM和CM的存储容量和字 长是多少？
交换技术基础第二章同步时分交换网络知识
➢ 交叉点矩阵：控制话音信息是否通过。 ➢ 控制存储器：存储器的数量等于出／入线数，每个控制存储所含有
的单元数等于出入线的复用时隙数。
控制方式：
➢ 输出控制：按每条入线设置控制存储器。CM控制写入、顺序读 出。
➢ 输入控制：按每条出线设置控制存储器。CM控制写入、顺序读出。 可以广播。
内部时隙的选择 ➢ 反相法 ➢ 奇偶法
11/21/2020
21
SM-A1
2a
CM-A1
72
SM-B1
CM-B1
b
2
263
2
SM-A32 0
511
b
CM-A32 263 32
17
CM-B32
263
511
CM-C1
CM-C32
7
511
SM-B32 0
a
511
11/21/2020
22
1. T-S组合型—T-S-T网络
a
511
24
4thhomework（2006/9/20）
P62: 2.5 补充:接上题: 1.采用控制存储器合用方式。 2.如果输入侧和输出侧的T单元都使用输出控 制,会有什么缺点？
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25
2. T/S 结合型
T/S结合型的多级交换网络
1
1
1
1
8 8
1
1
16
8
16
1
1
16
16
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4
1. 时间交换单元
功能：实现一对复用线上的时隙交换 基本结构 ➢ 话音存储器（SM）：存放8比特的语音编码，容量取决于复用线
上的时隙数。 ➢ 控制存储器（CM）：存放时隙号，容量等于话音存储器的容量。 控制方式 ➢ 输出控制：SM顺序写入、控制读出；CM控制写入、顺序读出。 ➢ 输入控制：SM控制写入、顺序读出；CM控制写入、顺序读出。
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。
以太网交换机的基本参数
2.3 交换容量: 交换容量是指网络设备接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量，它是网络
设备设计时决定的参数，常常用来衡量交换机的转发能力。 交换容量的衡量标准： （1）盒式交换机交换容量≥“端口速率×端口数×2”时，可实现全双工无阻塞转发数据。 （2）箱式交换机整机交换容量=“线2.2 模块化硬件设计: 模块化设计可以提高设备的灵活性与扩展性，在实现硬件冗余与更换方面比较便捷，模块化
设计常常分为简单模块化和全模块化。 （1）简单模块化。简单模块化设计一般在中低端设备中用的比较多，一般采用固化端口+扩展插 槽方式设计，例如盒式设备。 （2）全模块化。全模块化设计一般在高端设备中用的比较多，电源、线卡（端口接入）、引擎 （控制中心）、风扇等都可以采用此设计，例如箱式设备。
《局域网交换机和路由器的配置与管理》
网络互联设备基础实验
交换技术基础
•1.交换机工作原理 •2.以太网交换机的基本参数
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a
B(HW127TS31) TS24(8*30+0=24) B TS255(8*31+7=255) TS2
CMA0
CMB15 255# 0# CMB0 24#
2
130#
交换网络
• • HW0TS3 CMA0 • TS2 a •
1
a SMA0 2# CMS15 0# SMB15 TS255 2#
TS1 PCM0 PCM1 TS14 TS1 01 TS14 10 PCM0 PCM1
•
2- 1
PCM0 TS1 PCM1
•
1 01 PCM0 TS1
CM0
0 1 1
PCM1 TS1
控制存储器
2
14
•
PCM1 TS14 10
31 CM0 CM1
PCM0 TS14
输入控制方式
43
接线器性能
• – 1 – • • – IM PCM TS2 TS31 96 T 2 2*60/125*10-6 =9.6*105 PCM (125us) IM
交叉接点矩阵
01 TS14 10 PCM0 PCM1
0 1 1
0 1 1
控制存储器
14 2 14 2
控制存储器
31 CM0 CM1
31 CM1 CM0 41
输入控制方式
输出控制方式
S型接线器
• – CM PCM • – CM PCM CM PCM CM CM PCM CM
42
S型接线器
交叉接点矩阵
29
T型接线器
• B0-B7 • R/W • • R/W 1 R/W 0 A0-A7 B0-B7 DI0-DI7
30
T型接线器
• • CP • • • • • • A0-A7 DI0-DI7 0 1 R/W 0 1 0 BO-B7 0
31
T型接线器
• CP • • • • • • • A0-A7 B0-B7 B0-B7 R/W 1 1 B0-B7 B0-B7 0 0
37
S型接线器
• S ” • (space switch)， “
38
S型接线器
• S • i m×n j Kij，
•
39
S型接线器
•
•
40
S型接线器
交叉接点矩阵
TS1 PCM0 PCM1 TS14 TS1 01 TS14 10 PCM0 PCM1 PCM0 PCM1 TS14 TS1 TS1
T型接线器
• • -D7 • • 8 8 8 D0
串行工作，每个脉冲不能输出一个完整的数据，每8个CP脉冲才 能处理一个数据 并行工作才每个CP脉冲可以输出一个完整的数据，即每个CP脉冲 可以处理一个数据
20
T型接线器
• • • •
D0 HW0
/ 8 1
D0 HW0 8à1 D0 D0 话 音 存 储 器 D7
• 1 • a • b • A à B • • • • TS8 SM 1# A (CM) TS1 1 B CPU 8# a (SM) ”1” A(TS1) A B B(TS8)
12
T型接线器
• BàA • • • B TS1 b CPU ”8” b TS8 8# 8# 1#
特点： 1个时隙为125us 每个时隙采样一次 每次样值用8位表示
数字交换的基本思想 交换的是核心是8位组-与存 储单元长度相似 如何控制时序？
4
数字交换原理
• – – • • • •
地址 内容
5
T型接线器
SM 0 1 2 3 b TS 8 c a 8 a c c TS 15
时序，即32路话音 某个话路的采样值
TS24 255 24
. . . (16) . . .
24
TA15 SMA15 HW120 S/P HW127 b 0 130 b b W ITS130 0 130 255 255 130 CMA 0 15 CMS0 2 255 0 CMS15 0 2 255
TB15 SMB15 a a TS255 R P/S
写入控制方式的T型接线器
…
TS 2 TS 1 TS 0
16
T型接线器
• • 2 TS1àTS8 • 1# • 8# “8” “1” • CPU “ ”
17
T型接线器
• T • 8 PCM • 8 、 T (CM) 16 PCM (SM) HW(Highway)
在当时电子器件的条件下，如何不增加电子器件的动作速度，提高 系统的容量？
a ITS2
ITS255 255
a W 255 CMB15
TS255
HW127
130
48
交换网络
• • A • B • – TS2+256/2=TS130 A(HW0TS3) b HW0TS3 HW127TS31 TS2 TS130 TS24 (8*30+0=24) TS255(8*31+7=255) a B(HW127TS31)
51
交换网络
HW0 a TS3 S/P HW7 a 写入控制 TA0 SMA0 0 2 a a W 2 CMA0 ITS2 输出控制 S 16*16 0 24 b ITS130 255 读出控制 TB0 SMB0 HW0 b b ITS24 R 130 CMB0 . . . (16) . . . P/S HW7
18
T型接线器
SM HW0 TS3 HW1 TS3 HW7 TS3 TS0 TS0 255 CM 0 TS0 0 . . . HW0 HW1
HW7
利用串并变换，可在不增加 原来电子器件工作速度的情 况下，将容量提升8倍、16倍 采用了复用器和分路器
A0-A7
. . . 255
8端输入的T型接线器
19
a TS 8 b TS 1
b
…
TS 2 TS 1 TS 0 31
时序，即32路话音
W 定 时 8 脉 冲 A4～A0 15 31 0 1 R 8 1 2 CM
6
理解这种设计的巧妙性！
话音存储器的地址
读出控制方式的T型接线器
T型接线器
• T • • • (Time Switch) (Speech Memory, SM) (Control Memory, CM) T
49
交换网络
• A CMS15 “ • • CMA0 a S CMA0 255# A TS2 a TS24 SMA0 24# TA0 24# “ ” TB15 ” 2# 0# 2# 24# 15# 0# CMS15 2#
50
交换网络
• • • 2-3 16 T HW0TS3 HW0TS3 à HW127TS31 T-S-T 16*16 HW127TS31 S 16 T
HW120
a ITS2
ITS255 255
HW127
255
2 CMB15
52
交换网络
• • A • CPU TS130 – # – – 130# CMS0 130# 15#
53
A(HW0TS3) b HW0TS3 HW127TS31 “ 24# CMS15 2# CMA15 255# ” 2#
44
交换网络
• •
45
交换网络
• T-S-T – — • • – – T-S-T
46
交换网络
• 2-2 16 T HW0TS3 • • S T-S-T 16*16 HW127TS31 S 16 T
HW0TS3 à HW127TS31
•
CPU
•
47
交换网络
HW0 a TS3 S/P HW7 a 读出控制 TA0 SMA0 0 24 a a R 24 CMA0 ITS2 输出控制 S 16*16 0 24 b ITS130 255 写入控制 TB0 SMB0 HW0 b b ITS24 W 24 CMB0 . . . (16) . . . P/S HW7
8条高速线 路上的数据 同时进入移 动器
HW7
D7
D7
HW7
D0
D0 HW0 8à1 D7
D7
D7 HW7
CP
要求每个脉冲均可以将数据存入锁 CP CP ∧ TD 存器，但要求每87 个数据后存一次
21
• HW0 TS0-TS0 • HW1 TS0-TS1 • HW2 TS0-TS2 • … • HW7 TS0-TS7 • • • • HW 8 HW 32 3 A2A1A0 8 HW
时序
A0 . . A1 写 入 控 制 读 出 控 制 . . +
+ RAM 256*1
RAM 256*1
RAM 256*1
A7
. .
+
R/W + DI0 DI1 输入数据 由串/并变换电路来 DI7
读出地址
B7 B1 B0 来自控制存储器
28
T型接线器
• DI0-DI7 • • DO1-DO7 • A0-A7 • 8 • • A0-A7 488ns 125us
TS24 255 2
. . . (16) . . .
130
TA15 SMA15 HW120 S/P HW127 b 0 24 b b R 255 CMA ITS130 0 130 255 0 255 CMS0 2 255 0 CMS15 2 0 24 255
TB15 SMB15 P/S
HW120 a
S/P
TS24
15#
CMB15
P/S
HW127TS3
54
交换网络
• CMS15 a • CMB15 TS255 • P/S 2# SMB15 SMB15 255# SMB15 255# HW127 a TS31 a B 0 0# 15#