001第一章交换技术基础

这些缺点便造成了 交换设备的诞生……
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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
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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
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程控交换机的发展
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电路交换
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程控交换机的基本原理是一种电路交换原理，主要包 括以下三个通信阶段：
电路的建立阶段。通过呼叫信令完成逐个节点的接续， 建立起一条端到端的通信电路
通信阶段。在已建立的端到端的直通电路上，透明地 传送和交换数字化的话音信号信息
电路的拆除阶段。结束一次通信时，拆除电路连接， 释放节点和信道资源
仅与各交换机连接的交换机称为汇接交换机。当通信距离 很远，通信网覆盖多个省市乃至全国范围时，汇接交换机 常称为长途交换机
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通信网
交换机之间的线路称为中继线
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汇接交换机 市话交换机 用户交换机 中继线 用户线
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通信网
汇接交换机 市话交换机
用户交换机 中继线 用户线
用户交换机PBX(Private Branch Exchange) : 常用于一个集团的内部。集团中的电话主要用于内部通信时，采 用PBX要比将所有话机都连到市话交换机上更经济
分组交换 定义：以分组为单位进行存储转发的方式 通信过程：
信息打包 数据分组 排队处理 信息转发 分组交换也叫数据包交换，处理机将要传送的数据
裁剪并封装成若干较短的、长度不等的数据块，并 在每个数据块中加上必需的控制信息（如初始分组、 源地址、目的地址、控制信息），然后按规定的格 式进行排列组成一个个数据分组
另一种功能是交换系统，好比一个信息转运站，它把 网络入端的信息根据需要分发到网络不同的出端上
经历了电路交换 报文交换 分组交换
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问题：假设有一火箭需通过铁路从制造厂运到发射场，现有三种方案： 专列专线、专列非专线、非专列非专线，现要求大家一起讨论这三种方 案的优劣
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数据通 信终端
R
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1. 电信网
传输设备：传输设备是传输媒介的总 称，它是电信网中的连接设备，是信 息和信号的传输通路
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卫星系统
数字微波系统
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1. 电信网
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交换设备：如果说传输设备是电信网络的神经系统，那么交换系 统就是各个神经的中枢，它为信源和信宿之间架设通信的桥梁。 其基本功能是根据地址信息进行网内链路的连接，以使电信网中 的所有终端能建立信号通路，实现任意通信双方的信号交换
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电路交换
电路的建立阶段 信令/消息
主叫：摘机-听拨号音-拨号-听回铃音
被叫：
振铃-应答
通信阶段 语音信号
电路的拆除阶段 信令/消息 主叫：前向拆线 被叫：后向拆线 另一方听 催挂音
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报文交换
报文交换
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报文交换的定义
信息以报文（逻辑上完整的信息段）为单位进行存储转发的方式 叫报文交换
通信网
汇接交换机 市话交换机
用户交换机 中继线 用户线
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通信网
汇接交换机 市话交换机
用户交换机 中继线 用户线
市话交换机: 网中直接连接电话机或终端的交换机,也称为本地交换机，相应 的交换局称为端局或市话局
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通信网
汇接交换机 市话交换机
用户交换机 中继线 用户线
汇接交换机:
M
HS
N2
N4
P2
P2
N1
P3
M
N6
HD
P3
N3
P3
N5 P2
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总结归纳
三种数据交换技术与三种火箭运输方案的对应关系 电路交换技术——甲线 报文交换技术——乙线 分组交换技术——丙线
可进行类比的项目 数据———火箭（即所需运输的货物） 中间交换设备———火车头 线路———铁路 线路利用率———铁路的使用率
交 换 机
Exchange
通信网
Exchange
Exchange
语音信号
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交换概念
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1.交换技术产生 1876年Bell发明了电话，从而开始了点到点的双向会
话通信 “沃森先生，请过来！我有事找你！” 最初的电话通信只能完成一部话机与一部话机的固定
通信。这种仅涉及两个终端的通信称为点对点通信
交换技术基础
中兴通讯NC教育管理中心
2019/6/16
目录
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交换概念 通信网与电话网
多路复用技术
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什么是通信？
• 自然科学的定义： 通信是人与人之间通过某种媒体进行的信息交
流与传递，从广义上说，无论采用何种方法， 使用何种媒质，只要将信息从一地传送到另一 地，均可称为通信。
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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
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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)
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通信的方式？
古代的烽火台、击鼓、驿站快马接力、旗语、 飞鸽传书、鱼腹裹素等等，古代的通信对远距 离来说，最快也要几天的时间
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现代通信以电信方式为主，如电报，电话，电 脑，电视等等，实现了即时通信。
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交换就是在公共网络的各终端用户之间，按所需目 的地来互传话音、数据、图像、视频的信息
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1. 电信网
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举例：两个电话用户或两个计算机用户互相通信需要经过的设备。
（终端可以是电话、计算机等）
终端
传输
交换
传输
终端
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1. 电信网
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基本的电信网由终端、传输和交换三类设备组成 终端设备：终端设备的主要功能是把待传送的信息
和在信道上传送的信号进行互相转换
电话业务 的终端
报文交换的通信过程
接收和存储报文（给报文加上报头符号和报尾符号） 将报文送到输出队列上排队输出线空闲时发送报文
例如，A用户向B用户发送信息，A用户不需要叫通B用户之间的电路， 而只需要与交换机接通，由交换机暂时把A用户要发送的报文接收并 存储起来，交换机根据报文中提供的B用户的地址在交换网中确定路 由，并将报文送到下一个交换机，最后送到终端用户B
传输媒介
终端
终端
图1.1 点对点通信
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点对点通信存在如下缺点：
1）传输线的数量随终端数的增加而急剧增加
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N x (N-1) / 2
用户数 电缆数
5
10
10 45
100 4950
1000 50万
图1.2 多用户全互连式连接
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点对点通信存在如下缺点：
2）每个终端都有N-1条线与其他终端相连接，因而每个终端需 要N-1个线路接 3）增加第N+1个终端时，必须增设N条线路 4）当终端间相距较远时，线路信号衰耗大
电路交换采用静态复用、预分配带宽并独享通信资源 的方式，即交换机根据用户的呼叫请求，为用户分配 固定位置、恒定带宽（通常是64kb/s）的电路
电路交换的通信过程分为三个阶段： 电路建立 消息传输 电路拆除
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电路交换
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A 用户线
交换机 中继线
交换机
C
D
中继线
交换机
用户线
B
交换机
电路交换
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2.通信网组成
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通信网络框架结构：基础网、支撑网和业务网
电话网
数据网
业务网
综合业务数字网 N-ISDN
通
移动网
B-ISDN
信
管
信令网
理
支撑网
同步网
网
基础网
交换网 传输网 接入网
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2.通信网
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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
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报文交换
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工作原理：报文交换技术不需要事先建立物理线路，它将发送的数据作 为一个整体发给中间交换设备。中间交换设备先将数据存储起来，然后 选择一条合适的空闲线路将数据转发给下一个交换设备，如此循环直至 数据发送到目的节点
M
HS
N2 N1 M
N4
M
M
N6
HD
N3
N5
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分组交换
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(1) 通路的建立时间长 (2) 宽带利用率低 (3) 不同类型和特性的用户 终端不能互通
分组交换
(1) 呼叫建立时刻不进行网络资源分配，电路资 源被多个用户所共享
(2) 带宽可变，用可变比特率传送信息 (3) 采用面向无连接的传输方式 (4)网络交换节点之间需要进行流量、差错控制
(1) 可向不同速率的数据终端提供 通信环境 (2) 带宽统计复用，信道利用率高 (3) 采用逐段链路的差错控制和流 量控制，出现差错可以重发，可靠 性高 (4) 线路动态分配，当网中线路或 设备发生故障时，“分组”可以自 动地避开故障点
特点 优点
缺点
甲线 速度最快
费用最高
乙线 丙线
费用较低
费用最低、速度较快，对火 车头要求低。
速度最慢、对火车头要求较 高
运输前后需对火箭进行拆分、 还原工作。
结论：这三种方案中是通过提高线路的利用率来有效地降低费用的
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电路交换
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电路交换
特点
电路交换是面向物理连接的交换。在发送消息前，必 须建立起点到点的物理通路
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最简单的通信网(communication network) 仅由一台交换机组成
交换机 用户环线
每一台通信终端通过一 条专门的用户环线(或简 称用户线)与交换机中的 相应接口连接。交换机 用 户 接 口 能在任意选定的两条用 户线之间建立和释放一 条通信链路
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当用户数量很多且分布的区域较广时，一台交换机不能覆盖所 有用户，这时就需要设置多台交换机组成如图所示的通信网
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终端
交换机
交换机
终端
消息传输 报文传输 分组数据传输
电路交换 报文交换
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分组交换
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交换技术 特点
电路交换
（1）呼叫建立时刻进行网络资源分配 （2）通信过程中执行端到端协议，数据透明 传输
（3）采用同步时分复用技术，带宽固定分配
优点
缺点
(1) 信息交换的时延小 (2) 对话音信息控制简单，当电路 接通之后，交换机的控制电路不再 干预消息的传输
数字信号： 离散信号，由许多脉冲组成，某 一参量只能取有限个数值，且 不直接与消息相对应
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数字信号的调制
脉冲编码调制（PCM）的模型
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模拟信号
低通 滤波器
发送端
抽样器
量化器
编码器
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PCM信号
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人工交换机 1878
步进制交换机 1892 纵横制交换机 1919 自动交换 空分模拟程控交换机 1965
时分数字程控交换机 1970
空分模拟
1 2 3
4
12 3
4 5 6
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交换方式
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交换系统的功能最终可归纳为两种不同的描述：一种 功能是在网络的入端和出端之间建立连接，即交换系 统好比一堆开关，当需要时把一个入端和一个出端连 接起来
(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
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目录
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交换概念 通信网与电话网
多路复用技术
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1. 电信网
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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
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分组交换 分组交换技术
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工作原理：分组交换技术是报文交换技术的改进，它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。在每个分组的前面加上一个分组头， 用以指明该分组发往何地址，然后由交换机根据每个分组的地址标志，将它 们转发至目的地，这一过程称为分组交换
分组交换技术是在数据网络中最广泛使用的一种交换技术
完成数据和话路的交换 保证传输快速准确
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电话网
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我国的电话网由原来的5级网（C1—C5）发展到现在的长途二级网加本地网的三 级结构
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电话网
长途两级网的等级结构
内部公开▲
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内部公开▲
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电话网
本地网的网络结构
端局
端局
端局
内部公开▲ 端局
端局
端局
汇接区1 汇接区2
（a ）去话汇接示意图
端局
端局
端局
汇接区1 汇接区2
端局
（b）来话汇接示意图
端局
端局
汇接区1 汇接区2
（c）来去话汇接示意图
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目录
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交换概念 通信网与电话网
多路复用技术
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内部公开▲
发信
信源编码器 信道编码器 传输媒介 信道译码器 信源译码器 收信
噪声
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模拟信号的数字化处理
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模拟信号： 数值上连续变化的信号，某一 种参量可以取无限多个数值， 且直接与消息相对应