第五章-信号的交换技术

个用户就要用2条通信线路（电话线），将自己的电话 机分别与另外的两个终端相连。但是如果不对现有的 电话机做任何改动的话，每个用户就要使用两个电话 终端（因为一部电话机只有一个外线入口）。按照这 样的规则可以计算出，当n个终端要实现相互之间的点 对点通信时，如果仍采用上述两部电话之间互连的方 法，则需要的线对数为m= n（n-1）/2，每个用户需要 n-1个电话终端。当终端数n=100时，则线对数= 100* （100-1）/2 =4950（条）。由此可见如果用这种终端 之间只通过传输线路两部之间互连的方法实现多个用 户的通信是不现实的，线路浪费很大。
三、软交换技术
随着IP电话技术的发展，通信业内基本上达成了未来电信网 络的核心将采用分组交换技术的共识，并且在这种共识之下，针 对目前IP电话技术所存在的缺点从技术角度进行了改进，首先是 将网关呼叫控制和媒体交换的功能相分离，并最终提出了软交换 的概念。 软交换技术虽然仍然采用分组网络作为承载网络，但是从技 术角度来讲，软交换技术仍然可以看作是交换技术发展的又一个 里程碑。传统的电路交换和分组交换网络在每个网络节点上都集 中了太多的智能，在电路交换网络中，网络节点不仅要负责呼叫 控制，处理所有和呼叫相关的信息，同时还需要负责进行话音通 路的建立，同时，在电路交换网络中，许多业务都需要在网络节 点上配置相关的业务逻辑，目前许多业务都需要在端局上作数据 ，这样也制约了业务的及时提供。在以H.323网络为代表的分组 交换网络中，如上所述网关设备也需要同时进行呼叫控制和媒体 流的建立，分组的处理时延较长并且对网络节点的要求也比较高 。
第五章ຫໍສະໝຸດ Baidu交换技术
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5.1 交换技术概述
5.1.1 基本概念 5.1.2 交换技术的发展
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交换概念的引入
通信的目的是在信息的源和目的之间传送信息，这个源和目的对
应的就是各种通信终端，比如两个人要想通话，最简单的就是各 自拿两个话机，用一条通信线路连接起来就可实现通话（不一定 要通过电信局哦）；同样，如果两个人要想传送文件，则可各自 使用一台计算机，通过串口，或并口电缆经RS-232接口；或者用 一条交叉双绞线通过以太网卡连接起来，均实现数据的传送。
5.1.1 基本概念
交换概念的引入

节省资源，降低网络建设成本； 降低控制的复杂度，提高网络可靠性
交换网络

拓扑结构 中继线、本地交换机、汇接交换机
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多用户间的互连
缺点： 1. 不经济，线路投资大，线路利用率低 2. 使用不方便，要将电话机和很多对线连接起来 3. 安装维护困难，当N个终端时，需要N(N-1)/2 个连线， 增加N+1 个终端时，必须增设N个线路。
网络交换技术发展历程
4．ATM技术 分组交换技术的广泛应用和发展，出现了传送话音业务的电 路交换网络和传送数据业务的分组交换网络两大网络共存的局面 ，语音业务和数据业务的分网传送，促使人们思考一种新的技术 来同时提供电路交换和分组交换的优点，并且同时向用户提供统 一的服务，包括话音业务、数据业务和图像信息，由此在20世纪 80年代末由原CCITT提出了宽带综合业务数字网的概念，并提出 了一种全新的技术——异步传输模式（ATM）。ATM技术将面向 连接机制和分组机制相结合，在通信开始之前需要根据用户的要 求建立一定带宽的连接，但是该连接并不独占某个物理通道，而 是和其他连接统计复用某个物理通道，同时所有的媒体信息，包 括语音、数据和图像信息都被分割并封装成固定长度的分组在网 络中传送和交换。
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交换设备的基本功能



寻址； 连接建立，路由选择； 计费、监视用户状态； 连接释放
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一台交换机组成的通信网
电话交换机必须具备下列功能





及时发现用户的呼叫请求； 记录被叫用户号码； 判别被叫用户当前的忙闲状态； 若被叫空闲，交换机应能选择一条空闲 的链路临时将主叫、被叫用户话机连通， 使双方进入通话状态； 通话结束后，交换机必须及时进行拆线 释放处理； 同一时间内交换机要允许若干对用户同 时进行通话且互不干扰。 使任意两个交换机所带的用户自由通话；
网络交换技术发展历程
1．电路交换技术
这种方式的优点是在通信过程中可以保证 为用户提供足够的带宽，并且实时性强，时延 小，交换设备成本较低，但同时带来的缺点是 网络的带宽利用率不高，一旦电路被建立，不 管通信双方是否处于通话状态，分配的电路都 一直被占用。
网络交换技术发展历程
2．分组交换技术 电路交换技术主要适用于传送和话音相关的业务 ，这种网络交换方式对于数据业务而言，有着很大的 局限性。首先数据通信具有很强的突发性，峰值比特 率和平均比特率相差较大，如果采用电路交换技术， 若按峰值比特率分配电路带宽则会造成资源的极大浪 费，如果按照平均比特率分配带宽，则会造成数据的 大量丢失。其次是和语音业务比较起来，数据业务对 时延没有严格的要求，但需要进行无差错的传输，而 语音信号可以有一定程度的失真但实时性一定要高。
三、软交换技术
软交换技术提出的一个新的概念就是将呼叫控制、承 载建立、业务逻辑相分离，各实体之间通过标准的协 议进行连接和通信，在网上可更加灵活地提供业务。 其中的软交换设备实际上是一个基于软件的分布式交 换/控制平台，是实现传统程控交换机“呼叫控制”功 能的实体。它将呼叫控制功能从传统的网关中分离出 来，公开业务、控制、接入和交换间的协议，从而真 正实现多厂家的网络运营环境，并可方便地引入多种 业务。
网络交换技术发展历程
3．报文交换技术 报文交换技术和分组交换技术类似，也是采用存储转发机制 ，但报文交换是以报文作为传送单元，由于报文长度差异很大， 长报文可能导致很大的时延，并且对每个节点来说缓冲区的分配 也比较困难，为了满足各种长度报文的需要并且达到高效的目的 ，节点需要分配不同大小的缓冲区，否则就有可能造成数据传送 的失败。在实际应用中报文交换主要用于传输报文较短、实时性 要求较低的通信业务，如公用电报网。报文交换比分组交换出现 的要早一些，分组交换是在报文交换的基础上，将报文分割成分 组进行传输，在传输时延和传输效率上进行了平衡，从而得到广 泛的应用。
二、电路交换技术和分组交换技术 的融合
2．IP电话技术 综合交换机主要是采用对电路交换机进行改造的方式来支持分组交 换的方式，在探索电路交换技术和分组交换技术融合的过程中，人们同 时也希望能够利用分组网络来传送话音业务，此时基于Web应用的出现 ，Internet网络以惊人的速度发展起来，并最终发展成为一个全球性的网 络，人们使用Internet网络来得到各种服务。Internet网络是基于IP技术 ，属于分组交换技术，采用尽力而为的方式，对每个分组根据路由信息 和网络情况独自进行传输和选路。Internet网络主要用来传送数据业务， 伴随着Internet的巨大成功，已使IP技术成为未来信息网络的支柱技术， 基于TCP/IP的网络技术不仅成为传送数据业务的主导技术，而且传统的 电信运营商开始尝试使用IP技术来传送话音业务。现在传统的电信运营 商一般都组建了自己的IP网络，除了在IP网络上提供目前利润相对较低 的数据业务之外，运营商希望能够充分利用现有资源向用户提供丰富的 业务，最主要的是话音业务，目前话音业务仍然属于运营上最主要的收 入来源，最早出现的在分组网上传送语音业务的应用就是IP电话技术。
交换概念的引入
正是出于这种因素的考虑，一种基于中心接点
的电话交换概述浮出了水面。它采用中心电话 交换机集中接入，各用户的通信终端不是相互 连，而是均连到交换机上，由交换机完成用户 终端之间的通信连接，用户终端只需要一条线 对与交换机相连即可。 这样，各用户只需要一个终端设备就可实现 多用户间的相互通信，大大简化了线路配置， 实现方式也更加容易。多计算机之间的通信也 可采用这一方式，只是将电话终端换为计算机 终端，电话交换机换为计算机网络交换机。
网络交换技术发展历程
4．ATM技术 ATM另一个突出的特点就是提出了保证QoS的完 备机制，同时由于光纤通信提供了低误码率的传输通 道，所以可以将流量控制和差错控制移到用户终端， 网络只负责信息的交换和传送，从而使传输时延减少 ，ATM非常适合传送高速数据业务。从技术角度来讲 ，ATM几乎无懈可击，但ATM技术的复杂性导致了 ATM交换机造价极为昂贵，并且在ATM技术上没有推 出新的业务来驱动ATM市场，从而制约了ATM技术的 发展。目前ATM交换机主要用在骨干网络中，主要利 用ATM交换的高速和对QoS的保证机制，并且主要是 提供半永久的连接。
交换概念的引入
当然，在实际的电信网络中，不可能就只有一台电话


交换机来负责全市、全国的电话接入的。它是由许多 电话交换机（交换节点）相互冗余连接组成的交换网 络。 交换节点可控制的接续类型有4种：本局接续、出 局接续、入局接续和转接接续。交换节点必须具备的 基本功能如下： 能正确接收和分析从用户线，或中继线发来的呼叫 信号、地址信号 能按目的地址正确地进行选路以及在中继线上转发 信号 能控制连接的建立与拆除
电路交换技术和分组交换技术的融合
1．综合交换机技术 虽然ATM技术没有让人们实现“综合业务”的梦 想，但人们一直在寻找一种途径试图实现在一个网络 上提供各种业务，电信运营商也希望能够充分利用现 网资源，尽量为用户提供丰富的业务。首先提出的技 术就是综合交换机技术，主要是通过对现有的电路交 换网络进行改造，来达到同时支持电路交换和宽带交 换（包括ATM交换和IP交换）的目的。许多厂家也先 后开发了综合交换机，并且相关的行业标准《综合交 换机技术规范》也已经制定和颁布。综合交换机具有 窄带交换机的功能，同时还要具有宽带交换机的功能 。
二、电路交换技术和分组交换技术 的融合
但是IP电话的成功应用和相当程度的市场占有份额让人们看到业务 融合的曙光，人们逐渐认识在分组网上可以传送话音业务，并且 可以达到较为理想的通信效果。并且分组交换具有很多潜在的性 能优点，一个优点是高效利用传输通道的通信能力，尤其是对突 发传输更是如此。尽管语音所表现出的突发性没有交互式数据那 么突出，但还是以突发期/静音期的方式表现出一定的突发性。平 均突发期的长度取决于所使用的静音侦测器，在典型的电话交谈 中，单个语音源只有大约35-45%的时间里是活动的。另外一个优 点是统计复用，这样呼叫阻塞是所需平均带宽，而不是峰值带宽 的函数。因此在传输控制，计费等方面的可以更灵活。正因为这 些优点，因特网语音应用，尤其是IP电话，已经成为“三网合一 ”大潮中最引人注目的应用之一。
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网络交换技术发展历程
1．电路交换技术
网络交换技术共经历了四个发展阶段，电 路交换技术、报文交换技术、分组交换技术和 ATM技术。电路交换技术的基本特点是采用面 向连接的方式，在双方进行通信之前，需要为 通信双方分配一条具有固定带宽的通信电路， 通信双方在通信过程中将一直占用所分配的资 源，直到通信结束，并且在电路的建立和释放 过程中都需要利用相关的信令协议。
网络交换技术发展历程
2．分组交换技术
分组交换技术就是针对数据通信业务的特点而提出的一种交 换方式，它的基本特点是面向无连接而采用存储转发的方式，将 需要传送的数据按照一定的长度分割成许多小段数据，并在数据 之前增加相应的用于对数据进行选路和校验等功能的头部字段， 作为数据传送的基本单元即分组。采用分组交换技术，在通信之 前不需要建立连接，每个节点首先将前一节点送来的分组收下并 保存在缓冲区中，然后根据分组头部中的地址信息选择适当的链 路将其发送至下一个节点，这样在通信过程中可以根据用户的要 求和网络的能力来动态分配带宽。分组交换比电路交换的电路利 用率高，但时延较大。

这种最简单的通信方式叫做点到点的通信方式，也就是只有两 个终端和连接两个终端的传输线路的通信方式。如果仍采用这种 点对点通信方式，当有多个终端要实现相互之间的通信，例如三 部电话终端要相互通信，则任意两部电话之间均要通过电话线分 别连接起来。
交换概念的引入
采用点对点通信方式的三个用户之间相互通信时，每