现代交换原理 思考与练习题答案教学提纲

现代交换原理思考与练习题答案
思考与练习题
第一章
1. 电话网提供的电路交换方式的特点是什么？
电路交换方式的特点是：两终端使用同一条物理链路和固定时隙，在通信中始终占有该条链路和固定时隙进行通信。

电路交换方式：
由主叫、被叫、用户线、交换局、中继线组成一条PCM话音通道；
主叫通过拨号通知网络，网络根据拨号进行电路交换，称为呼叫建立过程，主、被叫占用建立的电路进行通话；
主、被叫任何一方挂机后，网络释放通话信道。

2. 简述数据通信与话音通信的主要区别。

（1）对象不同：数据通信实现计算机之间以及人与计算机间通信，电话通信是人和人间通信。

数据通信过程需要严格的通信协议和标准；
（2）传输可靠性不同：数据通信码组中，一个比特在传输过程发生错误，接收端会产生不同含义，因此比特差错率控制在10-8以下，而话音比特差错率在10-3；
（3）信息业务量特性不同：电话通信一般不会出现长时间没有信息传输，PCM 话音信号平均速率在32KB/S，数据通信数据传输速率在30B/S ~ 1MB/S之间；
（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1.5S，而电话则在15S。

所以数据通信必须使用专用高速网络。

3. 为什么分组交换是数据通信的较好的方式？
因为电路交换不利于实现不同类型的数据终端之间的相互通信，而报文交换信息传输时延又太长，不满足许多数据通信系统的实时性要求，分组交换技术较好地解决了这些矛盾。

主要体现在：
1、向用户提供不同速率、不同代码、不同同步方式、不同通信控制协议的
数据终端之间能够相互通信的灵活的通信环境。

2、在网络轻负载情况下，信息的传输时延较小，而且变化范围不大，能够
较好满足计算机交互业务的要求。

3、实现线路动态统计服用，通信线路（包括中继线路和用户环路）的利用
率很高，在一条物理线路上可以同时提供多条信息通路。

4、可靠性高。

5、经济性好。

4. 如何理解ATM交换方式综合了电路交换和分组交换的优点？
ATM交换方式具有电路交换处理简单的特点，支持实时业务,网络内不对数据作复杂处理（数据透明传输），采用端到端通信协议。

它同时具有分组交换支持变比特率业务特点，对链路上传输的业务进行统计时分复用。

5. 电话交换机发展经历哪几代？试简述每代的主要特点？
1. 机电式电话交换
（1）采用纵横接线器，杂音小、寿命长；
（2）采用公共控制方式，将控制功能与话路设备分离，公共控制部分功能增强，接续速度快，便于汇接和选择迂回路由，实现长途自动化。

2 . 模拟程控交换
（1）提供多种新业务
（2）便于实现共路信令
（3）管理维护实现自动化
（4）适应现代电信网的发展
3. 数字程控交换
（1）体积小、网络容量大、速度快、可靠性高。

（2）便于采用数字中继，可灵活组网，数字中继不用A/D 转换，方便组成综合数字网。

（3）适应综合业务数字网ISDN的发展。

第二章
1. 试解释同步时分复用信道和统计时分复用信道两概念，扼要指出其技术特点。

同步时分复用信道是将信道用时间划分为若干个时隙，每个时隙成为一个子信道，是恒速的，一个子信道传递一个话路的信息。

对于信号的交换实际是话路所在位置的交换，即时隙的内容在时间轴上的移动。

统计时分复用信道是把需要传送的信息分成很多小段，称为分组，每个分组前附加标志码，标志要去哪个输出端，即路由标记。

各分组在输入时使用不同的时隙，标志码相同的分组属于一次接续。

所以把它们所占的信道容量看作一个子信道，这个子信道可以是任何时隙。

此时一个信道中的信息与它在时间轴上位置没有必然联系，将这样的子信道合成为一个信道用的复用器为统计复用器。

统计复用器中必须有一个存储器将接收到的信息按先后顺序分组发送，称为统计复用。

所以信号的交换实际就是按照每个分组信息前的路由标记将其分发到出线上去。

2 . 分别写出N = 8时以下各种连接的连接函数的排列表示：
（1）间隔交叉连接（三种）；
（2）均匀洗牌连接、子洗牌连接σ(1)及逆均匀洗牌连接；
（3）蝶式连接和子蝶式连接β(1)。

见作业题目
3. 如何用多路选择器构成集中型交换单元？例如利用8 选1 的多路选择器构成8×4的交换单元。

见作业题目
4. 试比较共享存储器型单元与总线型交换单元在结构上的异同。

？
相同点：
共享存储器型交换单元与总线型交换单元都具有各自的写入和读出缓冲器而且都采用不同的控制方式；两者均适用于同步时分复用信号、分组时分复用信号和异步时分复用信号三种信号。

相异点：
共享存储器型交换单元的存储器被划分为N个区域，N路输入数字信号分别送入存储器的N个不同区域，再分别送出。

存储器的写入和读出采用不同的控制，以完成交换。

总线型交换单元包括入线控制部件、出线控制部件和总线三部分。

交换单元的每条入线都经过各自的入线控制部件与总线相连，每条出线也经过各自出线控制部件与总线相连。

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，分配到的输入部件将输入信号送到总线上。

5. 有一空分接线器，有8 条入线和8 条出线，编号为0 ~ 7 。

如图所示，每条出、入线上有256个时隙，控制存储器如图(b)示。

现要求时隙8 接通A点，时隙17接通B 点，试就输入控制和输出控制两种情况，在控制存储器的问号处填上相应的数字。

见作业题目
6. 有一时间接线器，如图所示，设话音存储器有256个单元，现要进行如下时隙交换TS8→TS35，试在问号处填入适当数字。

见作业题目
7. 什么是严格无阻塞网络？什么是可重排无阻塞网络？什么是广义无阻塞网络？
严格无阻塞网络，不管网络处于何种状态，任何时刻都可以在交换网络中建立一个连接。

可重排无阻塞网络，不管网络处于何种状态，任何时刻都可以在一个交换网络中直接或对已有的连接重选路由建立一个连接，只要这个连接的起点和终点是空闲的。

广义无阻塞网络，指给定的网络存在固有阻塞可能，但有可能存在着一种精巧的选路方法，使得所有阻塞均可避免。

真正实用的广义无阻塞网络是非常少见的。

8. TST交换网络要求实现第0个T 接线器输入时隙TS8与第31个T接线器输出时隙TS500交换信息，内部时隙选用TS7和TS263，输入侧T接线器采用控制写入、顺序读出方式，输出侧采用顺序写入、控制读出方式， S接线器为32 ×32矩阵，编号为0~32，采用输出控制方式。

试画出双方通话时交换网络原理图。

指出图中SMA、SMB、CMA、CMB、 CMC的容量是多少，即各需要多少单元？
见作业题目
9. 指出4层平面结构的DSN中，网络地址ABCD最大取值各为多少？
A：4 bits，终端模块编号，表示终端模块所连接的入口级DSE的输入端口号共12个。

B：2 bits，第1 级DSE号，表示第1 级DSE的4条出线应连接到第2 级DSE 输入端口号。

由于第 1级成对DSE连接到第2 级DSE的端口号分别为n 和n+4，这里n 为0 ~ 3，所以只需要2 bits来区分4 个地址。

C：3 bits，第2 级的DSE号，表示第2 级DSE出线应连接第3 级DSE输入端口号，共8个地址。

D：4 bits，对应第4 级，表示第3 级DSE的出线应连接的第4 级DSE的输入端口号，共16个地址。

10. 列出4 ×4的BANYAN网络的全部路径，从而说明它的唯一路径的特点。

在4 ×4的BANYAN网络中，若第一级和第二级之间构成均匀洗牌连接，它的每一条入线和每一条出线都有一条路径，并且只有一条路径。

如下图所示。

11. 试说明2 ×2 BATCHER比较器与2 ×2 交换单元有何异同。

相同点：
在结构上：两者都具有两条入线和两条出线
相异点：
在工作方式上：
2 ×2交换单元具有两种状态：平行连接和交叉连接，分别完成不同编号的入线与出线间的连接，达到两条任意入线和任意出线进行交换的目的。

2 ×2比较器，实际上是一个两入线 / 两出线比较交换单元，将入线上的两个数字进行比较后，高地址信元送到高端 (H)，低地址信元送到低端(L)，仅有一个信元时送到低端。

在构成的网络上：
比较器构成的排序网络可对进入该网络的数据进行排序，而不是地址，以达到将原先任意顺序的数据整理成一个完全有序的序列的目的。

而交换单元构成的网络是对地址进行映射，以便将任一入线链接到任一出线。

第三章
1. 试简述空分交换、时分交换、模拟交换、数字交换、布控交换和程控交换的基本概念。

空分交换，这是指在交换过程中的入线是通过在空间的位置来选择出线，并建立接续。

通信结束后，随即拆除。

时分交换是把时间划分为若干互不重叠的时隙，由不同的时隙建立不同的子信道，通过时隙交换网络完成话音的时隙搬移，从而实现入线和出线间话音交换的一种交换方式。

模拟交换的对象是模拟信号，是对模拟信号进行交换。

数字交换的对象是数字信号，是对数字信号进行交换。

布控交换是布线控制交换，控制设备由预定功能的数字逻辑电路组成，也就是由硬件控制交换。

程控交换是存储程序控制交换的简称，以电子计算机作为控制设备，也就是由软件控制交换。

2. 程控交换机基本结构包含哪几部分？并简述它们的作用。

程控交换控制系统包括CPU、存储器和 I/O接口电路三部分；
CPU执行机器语言指令和程序，储存器用来存放软件程序及相关数据，I/O接
口用于输入信号和输出信号。

3. CCITT在电路交换系统中规定了哪几类接口及各类接口的作用。

中继侧接口连接至其它交换机，Q.511规定接口有三种，接口A和B都是数字接口，A通过PCM一次群连接到其它交换机，B通过PCM二次群连接其它交换机 , C是模拟中继接口，有二线和四线之分。

用户侧接口有二线模拟接口Z和数字接口V两种。

其中V接口又分V1、V2、V3、V4和V5几种。

OAM接口用于传递和操作与维护有关的信息。

主要包括交换机系统状态、资源占用、计费数据、测量结果及告警信息等。

4. 试简述模拟用户接口电路的功能。

模拟话机的接口电路，也称为用户电路(LC)，模拟用户电路可归纳为七大功能：
(1) 馈电B：给用户电路提供-48V电源；
(2) 过压保护O：保护交换机免受高压电损害；
(3) 振铃控制R：给用户提供90V铃流；
(4) 监视S：监视用户回路的通断状态；
(5) 编译码和滤波器C：提供A/D、D/A转换和PCM编码与解码；
(6) 混合电路H：进行二/四端口转换；
(7) 测试T ：使用户线与测试设备接通，进行用户线测试。

5．数字用户接口连接的用户传输线若采用二线传输需要解决哪些问题？
为了能在二线的数字环路，即普通电话线路上，可靠地传送数字信息，必须解决诸如码型选择、回波抵消、扰码与去扰码等技术问题。

6. 数字中继接口完成哪些功能？为什么在位同步时要采用弹性存储器？
数字中继接口是数字中继线与交换机之间的接口，其出入端都是数字信号；
其功能如下：
(1) 码型转换 (2) 时钟提取 (3) 帧同步和复帧同步 (4) 检测和传送告警信息
(5) 帧定位 (6) 帧和复帧同步信号插入 (7) 信令提取和格式转换；
帧定位利用弹性存储器作为缓冲器，使输入的码流的相位与网络内部局时钟相位同步。

在异步通信网中，接收端交换机本身时钟与中继线上提供的时钟，可能在频率及相位不完全一致，位同步就是要实现它们间的同步。

从码流中读取输入数据时，必须使用从码流提取的时钟，但网内数据交换是以本交换系统的时钟为基准的。

使用弹性存储器能强制提取的时钟和系统时钟同步。

弹性存储器按提取时钟写入数据，使用系统时钟读出数据，保证读出的数据和系统时钟同步，完成由提取时钟过渡到系统时钟的调整。

7. 试简述多频数字信号是如何产生的？以产生1380Hz与1500Hz的多频信号为例，详细给予说明。

若要产生1380Hz和1500Hz数字MFC双音频信号。

找出一个重复周期时间，使1380、1500与8KHz三个频率在其内恰好成为整数循环。

为此，取三个频率最大公
约数20Hz，其周期为50ms。

在50ms内，1380Hz重复69次，1500Hz重复75次，
8KHz重复400次。

用8KHz频率对1380Hz和1500Hz复合频率采样，得400个样值 ,代表了69个1380Hz和75个1500Hz频率正弦波之和，把400个样值的PCM码存入ROM单元中。

计算机直接从ROM单元按顺序读出存储数据，即可形成数字双音频MFC信号。

8. 数字多频信号如何通过数字交换网实现发送和接收的？
将多频信号以8KHz频率采样，然后进行量化和编码，得到各采样点幅值的PCM 码，放进ROM中存放。

当需要使用某一频率数字化多频信号时，信号音发生器连接在交换网的入线上，通过入线某些固定时隙，经交换网络分别向用户发送。

数字信号接收器用于接收数字多频信号，用数字滤波器和数字逻辑电路来实现。

接收器一般接于交换网络的出线上，即下行母线上。

第四章
1. 呼叫处理过程从一个状态转移至另一个状态包括哪三种处理及其处理的内容？
1. 输入处理：
各种扫描程序都属于输入处理，如用户扫描、局间MFC信号扫描、中继占用扫描等。

扫描过程发现外部事件，采集的数据是接续的依据。

2. 内部处理：
如数字分析、路由选择、通路选择等均属于内部处理。

其共同特点是要通过查表进行一系列的分析与判断。

3. 输出处理：
完成话路设备驱动，如接通或释放交换网中通路 ,启动或释放某话路设备中的继电器或改变控制电位等功能。

2. 试简述用户摘机、挂机识别原理，画出其示意图。

3．试说明位间隔识别周期时间是如何确定的？
T位的下限应大于最长的脉冲断开时间最大值，否则会把脉冲的断当成位间隔。

同理，T位的下限应大于最长的脉冲续时间，由于我国脉冲号码的断时间≥续的时间，故只需考虑前者。

脉冲断最大 = 1/8×3/(3+1) = 0.09375s = 93.75ms
每两个号码之间必须保持一定的时间间隔，以便识别两个脉冲串。

其最小的间隔时间一般在300ms以上。

T位的上限应小于最小的间隔时间的一半，即小于150ms。

t断最大﹤T﹤1/2×最小间隔时间
故T位应大于93.75ms，按时钟中断周期的整数倍取定为96ms或100ms。

最后可得： 96ms﹤T ﹤150ms。

4. 试简述用户脉冲拨号位间隔识别原理，画出相应示意图。

识别原理：位间隔出现特点是前96ms扫描有脉冲电平变化，而本次96ms扫描没有脉冲电平变化，且用户线前次扫描结果为1。

5. 试简述双音多频号码软件收号识别原理，画出相应示意图。

软件扫描的任务是定期从收号器读取输出端的数字。

数字脉冲的持续时间约40ms，每个数字之间间隔最小可达100ms左右。

状态端SP在数字脉冲来临时变高电平，脉冲过后恢复为低电平。

数字扫描程序按约16或20ms周期扫描SP位，如连续两次读得SP为高电平，说明新的数字已到。

若（这⊕前）∧前非 = 1，表示可读取输出端的数字信号。

6. 交换机的程序一般分为几种类型的级别？各采取什么方式激活？
交换机的程序一般可分为故障级、时钟级和基本级
1. 故障级程序是机器发生故障时由中断服务程序激活执行；
2. 时钟级程序是由时间表按进程调度执行；
3. 基本级程序是由队列激活执行。

7. 设某程控交换机需要6种时钟级程序，它们的执行周期分别为：
A程序：8ms D程序：96ms
B程序：16ms E程序：96ms
C程序：16ms F程序：100ms
现假设处理机字长为8 位，要求设计只用一个时间表来控制这些时钟级程序执行管理：
(1) 从能适应全部时钟级程序的周期出发，规定出该机采用的时钟中断周期。

(2) 设计出上述程序的全部启动控制表格。

（1）答：因为从所要执行的程序看，最大周期为100ms，其最大公约数为4，故时钟中断周期为4ms。

（2）答：因为最大周期为100ms，故时间表有24个单元，即24行。

第五章
1. 什么是数据通信？画出数据通信简单的结构形式。

数据通信：在终端以编码方式表示信息，用脉冲形式在信道上传送的通信称数据通信。

2. 分组交换有哪两种传输方式？它们各自的特点如何？
数据报方式：这种类似报文交换方式，传输效率较高，但分组时延较大，对网络适应性强，某交换机出现故障，可以另选路径。

特点：数据分组传输时延较大，分组的传输时延和传输路径有关，所以分组时延的差别较大；对网络故障的适应性强，一旦某个经由的分组交换机出现故障可以另外选择传输路径。

虚电路方式：两终端在开始传输之前，要通过网络建立逻辑上连接，每分组头指明的是虚电路标识号，分组按路径顺序通过，终端不需对分组重新排序。

其特点是：通信具有呼叫建立、数据传输和呼叫释放三个阶段，对数量大的通信传输效率高。

3. 说明逻辑信道号的含义以及它的用途。

统计时分复用传输模式中，各用户数据在线路上交织传输，为识别来自不同终端的用户数据，发送前在数据加上终端或子信道的识别“标记”，接收端能根据“标记”把它们区分开。

上述给用户加识别“标记”的方法，使各用户的数据在线路上能严格区分开来，好象线路被分成许多子信道，每个子信道用相应号码表示，这种子信道称为逻辑信道。

4. 分组头格式由哪几部分组成及各部分的意义。

分组头格式组成：
通用格式识别符GFI：区分传输的分组是用户数据或是控制信息；
逻辑信道组号LCGN：以分组为单位的时隙号；
逻辑信道号 LCN：以分组为单位的时隙号；
分组类型识别符：区分4种不同的分组。

5. 试阐述逻辑虚电路和逻辑信道的概念和它们之间的区别。

(1) 虚电路是主叫和被叫间建立的一种逻辑连接；而逻辑信道是在DTE与交换机接口或网内中继线上可以分配的、代表信道的一种编号资源，一条虚电路是由多个逻辑信道号连接而成。

每条线路的逻辑信道号分配是独立进行的。

（2）虚电路具有呼叫建立、数据传输和呼叫释放过程，永久虚电路可以在预约中建立和清除；逻辑信道是一种客观存在，具有被占用和空闲的区别，但不会消失。

（3）虚电路是连接两个DTE的通路，由多个不同链路的逻辑信道连接而成，允许全双工传输数据；逻辑信道由12b的扩充逻辑信道号编程产生，在DTE与DCE间最多有4096条逻辑信道。

6. 试阐述交换虚电路建立和释放过程。

说明虚电路交换方式的特点。

交换虚电路建立：
当数据终端DTEA和DTEB要进行数据通信时，由DTEA发出呼叫请求分组，交换机A在收到该分组后，根据被叫地址，选择通往交换机 B 的路由，并由交换机A 发送呼叫请求分组。

交换机A通过一个逻辑信道对应表，把由DTEA进来的逻辑信道，和下一站交换机B的逻辑信道连接起来。

同理，交换机B也有一个逻辑信道对应表，相应信道互相连接。

交换机A、B 使用的逻辑信道相同。

DTEB 是被叫终端，从交换机B发出的呼叫请求分组应称为呼入分组，格式一样。

当DTEB可以接收呼叫时，它发回呼叫接受分组，交换机B接收后，向交换机A 发送另一呼叫接受分组，交换机A 向DTEA发呼叫连接分组，其格式和呼叫接受格式分组相同。

此时DTEA至DTEB之间虚电路正式建立。

交换虚电路释放：
释放过程与建立过程相似，只是主动要求释放方须首先发出释放请求分组，并获得交换机发来的确认信号便算释放，虚呼叫所占用所有逻辑信道都成为“准备好”状态，即空闲状态。

7. 路由选择一般有哪几种方法？试比较它们的优缺点。

有固定算法和自适应路由算法。

前者传送路由信息的开销少，实现也较简单，但功能过于集中，所以可靠性较差，后者与此相反。

8. 流量控制在网络传输中有何意义？
流量控制是为了保证网路内的数据流量平滑均匀，提高网络的吞吐能力和可靠性，防止阻塞现象发生。

9. X.25建议含有哪几个独立层？每层的主要功能是什么？
X.25包含三个不同的独立层，相当于7 层模型中下3 层所规定功能。

(1) 物理层
使用X.21建议规定公用数据网上同步工作的DTE与DCE之间通用接口，它是以数字传输线路为基础制定的。

该接口可提供任意比特序列的数据传送。

(2) 数据链路层
采用了高级数据链路控制（HDLC）规程，普遍使用它的一个子集，称为平衡型链路接入规程LAPB。

主要功能：①编制帧序号，在基本操作中允许最多在信道上有七帧未被处理；；②类似CRC-16的帧检查序列(FCS)进行检错。

(3) 分组层
第三层规定了分组层DTE /DCE接口、虚电路业务、分组格式等内容。

10. 简述帧中继与分组交换的本质区别，为什么？说帧中继是分组交换的改进？
帧中继与分组交换的本质区别表现在两方面：
（1）数据传输阶段协议大为简化
分组交换沿着分组传输路径，每段都有严格的差错控制机制，网络协议处理负担很重，而且为重发纠错，发出的分组在被证实前必须在节点暂存。

帧中继交换十分简单，各节点无需差错处理，数据帧发送后无需保存。

（2）用户平面和控制平面分离
控制平面是指信令的处理和传送。

分组交换虚呼叫建立和释放由第3 层完成，呼叫控制消息为特定的分组，它们和数据分组共享同一个逻辑信道号LCN。

帧中继采用共路信令概念，信令和用户信息的传输通路逻辑上是分离的。

帧中继网采用永久虚电路PVC方式，并无呼叫建立和释放过程，其信令主要是为PVC管理功能。

11. 试简述帧中继DLCI在网络内所起的作用？画出其工作示意图。

DLCI数据链路连接标识，相当 X.25 逻辑信道号 LCN，其值用于标识永久虚电路PVC、呼叫控制或管理信息。

帧中继业务一般由路由器作用户，负责构成帧中继的帧格式，在帧内置DLCI 值，经用户—网络接口送入帧中继设备，帧中继设备收到信息后传送给远端UNI的用户，途中路由按路由表映射。

第六章
1. 试简述随路信令系统和公共信道信令系统的区别。

随路信令系统两端网络节点的信令设备间，没有直接相连信令通道，信令是通过话路来传送的。

当有呼叫到来时，先在选好的空闲话路中传信令，接续建立后，再在该话路中传话音。

因此，随路信令是信令通道和用户信息通道合在一起或有固定对应关系的信令方式，适合模拟通信系统中使用。

共路信令系统两端网络节点的信令设备间，有一无关的。

当有呼叫到来时，先在专门的信令链路中传信令，接续建立后，再在选好的空闲话路中传话音。