交换技术和发展
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17/25
软交换
✓ 软交换
是以IP网作为核心承载网的分组话音技术。它提出了一 个新概念：将呼叫控制、业务承载、业务逻辑相分离， 再采用标准的通信协议进行连接和交互。可更加灵活地 在网络上提供业务。 软交换不是用一种的新的交换技术代替已有的交换技术， 而是把基于各种不同交换技术的网络融合起来，从业务 层面实现网络的融合。 广义上讲，软交换是一种体系结构，并不是一个单独的 设备；是一系列分布于IP网络之上的设备的总称。
由软交换机设备构成，完成各种呼叫控制，并负责相 应业务处理信息传送。
21/25
软交换
✓ 软交换
是基于IP协议或ATM技术的分组化的光传送网，为业 务媒体流和控制信息流提供统一的、保证QoS的高速 分组传送平台。
22/25
软交换
✓ 软交换
主要向用户提供各种接入手段，实现媒体格式的转换。 主要设备包括信令网关SG、中继媒体网关TG、接入媒 体网关AG、综合接入网关（IAD）和各类用户终端
华为C&C08数字程控交换机 大唐SP30超级数字程控交换机 中兴ZXJ10数字程控交换机
多速率电路交换 电路交换
电路交换
16/25
软交换
✓ 下一代网络NGN 对网络业务需求急剧增长：语音、数据、视频业务、实 时多媒体流等；更高的安全性、可靠性和高性能。 运营商、业务提供商、网络用户，均希望网络能够在现 有高度异构的通信基础设施上提供开放、稳定、高性能、 可重用、可编程的服务； NGN:能屏蔽底层通信基础设施的多样性；能提供一种 统一开放的、可伸缩的、安全稳定和高性能的融合服务 平台；能快速灵活地开发、定制和部署新业务。 NGN通常和软交换联系在一起，它是一个以软交换为 核心、光网络为基础、采用分组型传送技术的开放式融 合网。
10/25
电路交换、分组交换到ATM交换
✓电路交换、消息交换和分组交换总体比较
终端
交换机 交换机
终端
电路交换
呼叫
(a)
消息传输
消息交换
(b)
分组交换
(c)
虚拟电路分组交换
(d)
11/25
电路交换、分组交换到ATM交换
✓虚电路与电路交换的区别
虚电路不同于电路交换中的物理连接，它是一种逻辑连 接（没有做物理的连通），发起呼叫的用户并不独占给 它分配的线路，只在有分组要传输时，呼叫时指定的线 路才连通并被该分组占用。
15/25
电路交换、分组交换到ATM交换
✓ 电路交W 换W、...分W 组交换和ATMNW交换比较 (N-1)W W
1
入2
1
2出
1
入2
1
2出
1
入2
1
2出
... ...
... ...
...
...
N
N
N
N
N
N
电路交换
报文交换
分组交换
ATM交换
报文交换 分组交换 帧交换 帧中继 ATM交换 快速电路交换
帧同步 时隙1
时隙n 帧同步 时隙1
时隙n
帧周期（帧1）
帧2
STM缺点：
时隙的动态分配非常困难，对帧结构的设计以及组帧技
术提出了很高的要求。
13/25
电路交换、分组交换到ATM交换
✓ ATM交换
异步传输模式（ATM）：
没有像STM一样的周期帧的概念，用被称作“信元”的 固定长度的块来传输wk.baidu.com据，按信元进行统计复用，在时 间上没有固定的复用位置。
23/25
本章小结
✓ 交换的概念 ✓ 交换式通信网，呼叫、信令、业务、ISDN ✓ 交换机结构：交换网络、接口、控制系统 ✓ 交换技术的发展：
模拟 — 数字 人工 — 程控 电路 — 分组 — ATM — 软交换
24/25
作业
1－8 1－10 1－11 1－12
25/25
磁石式人工交换机
纵横制机电式自动交换机接续器 步进制机电式自动交换机接续示意图
A
B
A
C
信头 地址和控制信息
虚拟信道标识符VCI 识别逻辑信道
无连接数据业务
信头仅含目标地址
面向连接的电路交换数据 信头指定通信链路
14/25
电路交换、分组交换到ATM交换
✓ ATM交换优点： 信元头功能简化，信元头处理速度加快 采用固定长度的信元，信息域长度相对分组交换中的分 组较短，能降低ATM交换节点内部缓冲器的容量，减 少信息在缓冲器中的排队时延和时延抖动
5/25
从人工交换到程控交换－控制方法
✓ 人工交换机
大部分控制功能由人工完成
✓ 自动交换机
第一个自动交换机产生 1889年，美国人史端乔
机电制和布控制控制系统 只能进行基本的呼叫接续处理 存储程序控制（SPC）系统 依靠预先存储在存储器中的程序和数据来引导微机对各 种信令进行处理，并对交换网络和各种接口进行必要的 控制，以完成呼叫处理功能和OAM功能的。
✓ 交换技术从自动电话交换机开始发展
1892 步进制
机电式 直接控制
1938 纵横制
机电式 间接控制
1965 存储程序控制 电子式 程控交换机应用新阶段
1970 程控数字电话交换系统 PCM信号交换 数字交换
3/25
模拟交换与数字交换－接续技术
✓ 接续信号的发展变化
用户环线
通信网
用户环线
全模拟电话网
18/25
软交换
✓ 软交换
分层的体 系结构
呼叫控制 承载控制 地址翻译
路由 网关控制 计费数据收集等 是NGN的控制中
心
19/25
软交换
✓ 软交换
由各类业务服务应用平台构成，向用户提供各种增值 业务，存放业务逻辑和业务数据，并可通过应用服务 器提供应用编程接口（API）
20/25
软交换
✓ 软交换
8/25
电路交换、分组交换到ATM交换
✓消息交换
消息前添加报头 存储－计算路由－确定出线－等空闲再发送 优点： 不要求两个终端间的线路和交换机同时空闲 中继线的利用率得到了大大的提高 缺点： 要求系统要有足够大的存储器，以保证数据不被丢失 交换时延大，不适合于交互式的实时通信 将整个文件打包成一条报文，也不适用于文件长度差异 很大的计算机通信。
一条物理线路上可同时建立多个虚电路 虚拟电路分组交换，属于“面向连接”的交换方式
12/25
电路交换、分组交换到ATM交换
✓ ATM交换
同步传输模式（STM）：
周期性地以帧的格式发送数据，每帧由若干个时隙组成， 每个时隙在通信过程中分配给一个特定的用户，不同用 户的信息通过固定的时间复用位置进行标识。
4/25
模拟交换与数字交换－接续技术
✓ 交点通断的实现技术发展
机械交换器（机械交点）
用机械的方式让两条线的交点连通
如：磁石人工交换机 、步进式和纵横式的自动控制的交换器
电子交换器（电子交点）
通过一个有源固体器件（如晶体管、晶闸管等）的导通 和截止来实现交点的通断
数字交换器
不采用交点闭合方式。参考计算机总线技术，首先将输 入的数字信号存储在一个固定的缓存器中，然后在控制 系统的控制下读出，再经过总线送到指定的输出端。 注：交换与控制是两个相对独立的概念，模拟交换同样可 以是程控的，如至今仍可看到的程控纵横式模拟交换机
9/25
电路交换、分组交换到ATM交换
✓分组交换
把消息交换中的消息划分成许多较短的、具有统一格式 的“分组”，每个分组都加上地址和控制信息，再对各 分组执行存储转发过程 优点： 分组相对比较小，所要求的交换机的存储容量以及每个 分组的传输延时都比消息交换小，可能用于实时性要求 较高的交互式通信。传输可靠性较高。 缺点： 数据包分得越小，对于整条消息来说增加的额外开销就 越多，有用信息的相对传输延时增大，一般来说只用于 非实时的数据通信
（a）
中继系统数字化
（b）
汇接交换机数字化 （c）
市话交换机数字化 （d）
用户环线数字化
（e）
(综合数字通信网IDN)
多种业务 终端综合化
市话 交换机
汇接 交换机
模数或数模转换器
市话 交换机
综合业务数字网
窄带ISDN和宽带ISDN－－2Mbit/s速率门限
模拟电话机
数字电话机 数字计算机 数字传真机
6/25
从人工交换到程控交换－控制方法
SPC技术的优点：
➢ 通过软件程序的修改，可方便地更改交换机的组成结构 和工作性能等。
➢ 极大地改善交换机的话务处理能力 1、提高用户的呼叫能力 2、提高用户的应答能力 3、提高通话能力
7/25
电路交换、分组交换到ATM交换
✓电路交换
当一个用户呼叫另一用户时，交换机要立即在这两个用 户之间建立起电路连接，并且这条连接通路在用户通话 期间必须始终保持畅通，直到通话结束了才被释放，中 间不能再被其它呼叫使用。 优点： 实时交换，适合延迟要求高的交互式话音通信 缺点： 通信链路必须在通话前准备就绪，通话期间不能再被其 它用户使用，链路的利用率低 ，不适用于数据通信；存 在呼损现象。
第二讲 交换技术的发展
主讲：张国梅 地址：西一楼543 电话：82668772-543 zhanggm@mail.xjtu.edu.cn
本节课内容
模拟交换与数字交换 从人工交换到程控交换 电路交换、分组交换到ATM交换 软交换
2/25
交换技术发展历程简单回顾
✓ 1878年，第一台交换机出现
交换机的发展主要集中在控制交换器接续的控制技术的 发展上。
软交换
✓ 软交换
是以IP网作为核心承载网的分组话音技术。它提出了一 个新概念：将呼叫控制、业务承载、业务逻辑相分离， 再采用标准的通信协议进行连接和交互。可更加灵活地 在网络上提供业务。 软交换不是用一种的新的交换技术代替已有的交换技术， 而是把基于各种不同交换技术的网络融合起来，从业务 层面实现网络的融合。 广义上讲，软交换是一种体系结构，并不是一个单独的 设备；是一系列分布于IP网络之上的设备的总称。
由软交换机设备构成，完成各种呼叫控制，并负责相 应业务处理信息传送。
21/25
软交换
✓ 软交换
是基于IP协议或ATM技术的分组化的光传送网，为业 务媒体流和控制信息流提供统一的、保证QoS的高速 分组传送平台。
22/25
软交换
✓ 软交换
主要向用户提供各种接入手段，实现媒体格式的转换。 主要设备包括信令网关SG、中继媒体网关TG、接入媒 体网关AG、综合接入网关（IAD）和各类用户终端
华为C&C08数字程控交换机 大唐SP30超级数字程控交换机 中兴ZXJ10数字程控交换机
多速率电路交换 电路交换
电路交换
16/25
软交换
✓ 下一代网络NGN 对网络业务需求急剧增长：语音、数据、视频业务、实 时多媒体流等；更高的安全性、可靠性和高性能。 运营商、业务提供商、网络用户，均希望网络能够在现 有高度异构的通信基础设施上提供开放、稳定、高性能、 可重用、可编程的服务； NGN:能屏蔽底层通信基础设施的多样性；能提供一种 统一开放的、可伸缩的、安全稳定和高性能的融合服务 平台；能快速灵活地开发、定制和部署新业务。 NGN通常和软交换联系在一起，它是一个以软交换为 核心、光网络为基础、采用分组型传送技术的开放式融 合网。
10/25
电路交换、分组交换到ATM交换
✓电路交换、消息交换和分组交换总体比较
终端
交换机 交换机
终端
电路交换
呼叫
(a)
消息传输
消息交换
(b)
分组交换
(c)
虚拟电路分组交换
(d)
11/25
电路交换、分组交换到ATM交换
✓虚电路与电路交换的区别
虚电路不同于电路交换中的物理连接，它是一种逻辑连 接（没有做物理的连通），发起呼叫的用户并不独占给 它分配的线路，只在有分组要传输时，呼叫时指定的线 路才连通并被该分组占用。
15/25
电路交换、分组交换到ATM交换
✓ 电路交W 换W、...分W 组交换和ATMNW交换比较 (N-1)W W
1
入2
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2出
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入2
1
2出
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入2
1
2出
... ...
... ...
...
...
N
N
N
N
N
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电路交换
报文交换
分组交换
ATM交换
报文交换 分组交换 帧交换 帧中继 ATM交换 快速电路交换
帧同步 时隙1
时隙n 帧同步 时隙1
时隙n
帧周期（帧1）
帧2
STM缺点：
时隙的动态分配非常困难，对帧结构的设计以及组帧技
术提出了很高的要求。
13/25
电路交换、分组交换到ATM交换
✓ ATM交换
异步传输模式（ATM）：
没有像STM一样的周期帧的概念，用被称作“信元”的 固定长度的块来传输wk.baidu.com据，按信元进行统计复用，在时 间上没有固定的复用位置。
23/25
本章小结
✓ 交换的概念 ✓ 交换式通信网，呼叫、信令、业务、ISDN ✓ 交换机结构：交换网络、接口、控制系统 ✓ 交换技术的发展：
模拟 — 数字 人工 — 程控 电路 — 分组 — ATM — 软交换
24/25
作业
1－8 1－10 1－11 1－12
25/25
磁石式人工交换机
纵横制机电式自动交换机接续器 步进制机电式自动交换机接续示意图
A
B
A
C
信头 地址和控制信息
虚拟信道标识符VCI 识别逻辑信道
无连接数据业务
信头仅含目标地址
面向连接的电路交换数据 信头指定通信链路
14/25
电路交换、分组交换到ATM交换
✓ ATM交换优点： 信元头功能简化，信元头处理速度加快 采用固定长度的信元，信息域长度相对分组交换中的分 组较短，能降低ATM交换节点内部缓冲器的容量，减 少信息在缓冲器中的排队时延和时延抖动
5/25
从人工交换到程控交换－控制方法
✓ 人工交换机
大部分控制功能由人工完成
✓ 自动交换机
第一个自动交换机产生 1889年，美国人史端乔
机电制和布控制控制系统 只能进行基本的呼叫接续处理 存储程序控制（SPC）系统 依靠预先存储在存储器中的程序和数据来引导微机对各 种信令进行处理，并对交换网络和各种接口进行必要的 控制，以完成呼叫处理功能和OAM功能的。
✓ 交换技术从自动电话交换机开始发展
1892 步进制
机电式 直接控制
1938 纵横制
机电式 间接控制
1965 存储程序控制 电子式 程控交换机应用新阶段
1970 程控数字电话交换系统 PCM信号交换 数字交换
3/25
模拟交换与数字交换－接续技术
✓ 接续信号的发展变化
用户环线
通信网
用户环线
全模拟电话网
18/25
软交换
✓ 软交换
分层的体 系结构
呼叫控制 承载控制 地址翻译
路由 网关控制 计费数据收集等 是NGN的控制中
心
19/25
软交换
✓ 软交换
由各类业务服务应用平台构成，向用户提供各种增值 业务，存放业务逻辑和业务数据，并可通过应用服务 器提供应用编程接口（API）
20/25
软交换
✓ 软交换
8/25
电路交换、分组交换到ATM交换
✓消息交换
消息前添加报头 存储－计算路由－确定出线－等空闲再发送 优点： 不要求两个终端间的线路和交换机同时空闲 中继线的利用率得到了大大的提高 缺点： 要求系统要有足够大的存储器，以保证数据不被丢失 交换时延大，不适合于交互式的实时通信 将整个文件打包成一条报文，也不适用于文件长度差异 很大的计算机通信。
一条物理线路上可同时建立多个虚电路 虚拟电路分组交换，属于“面向连接”的交换方式
12/25
电路交换、分组交换到ATM交换
✓ ATM交换
同步传输模式（STM）：
周期性地以帧的格式发送数据，每帧由若干个时隙组成， 每个时隙在通信过程中分配给一个特定的用户，不同用 户的信息通过固定的时间复用位置进行标识。
4/25
模拟交换与数字交换－接续技术
✓ 交点通断的实现技术发展
机械交换器（机械交点）
用机械的方式让两条线的交点连通
如：磁石人工交换机 、步进式和纵横式的自动控制的交换器
电子交换器（电子交点）
通过一个有源固体器件（如晶体管、晶闸管等）的导通 和截止来实现交点的通断
数字交换器
不采用交点闭合方式。参考计算机总线技术，首先将输 入的数字信号存储在一个固定的缓存器中，然后在控制 系统的控制下读出，再经过总线送到指定的输出端。 注：交换与控制是两个相对独立的概念，模拟交换同样可 以是程控的，如至今仍可看到的程控纵横式模拟交换机
9/25
电路交换、分组交换到ATM交换
✓分组交换
把消息交换中的消息划分成许多较短的、具有统一格式 的“分组”，每个分组都加上地址和控制信息，再对各 分组执行存储转发过程 优点： 分组相对比较小，所要求的交换机的存储容量以及每个 分组的传输延时都比消息交换小，可能用于实时性要求 较高的交互式通信。传输可靠性较高。 缺点： 数据包分得越小，对于整条消息来说增加的额外开销就 越多，有用信息的相对传输延时增大，一般来说只用于 非实时的数据通信
（a）
中继系统数字化
（b）
汇接交换机数字化 （c）
市话交换机数字化 （d）
用户环线数字化
（e）
(综合数字通信网IDN)
多种业务 终端综合化
市话 交换机
汇接 交换机
模数或数模转换器
市话 交换机
综合业务数字网
窄带ISDN和宽带ISDN－－2Mbit/s速率门限
模拟电话机
数字电话机 数字计算机 数字传真机
6/25
从人工交换到程控交换－控制方法
SPC技术的优点：
➢ 通过软件程序的修改，可方便地更改交换机的组成结构 和工作性能等。
➢ 极大地改善交换机的话务处理能力 1、提高用户的呼叫能力 2、提高用户的应答能力 3、提高通话能力
7/25
电路交换、分组交换到ATM交换
✓电路交换
当一个用户呼叫另一用户时，交换机要立即在这两个用 户之间建立起电路连接，并且这条连接通路在用户通话 期间必须始终保持畅通，直到通话结束了才被释放，中 间不能再被其它呼叫使用。 优点： 实时交换，适合延迟要求高的交互式话音通信 缺点： 通信链路必须在通话前准备就绪，通话期间不能再被其 它用户使用，链路的利用率低 ，不适用于数据通信；存 在呼损现象。
第二讲 交换技术的发展
主讲：张国梅 地址：西一楼543 电话：82668772-543 zhanggm@mail.xjtu.edu.cn
本节课内容
模拟交换与数字交换 从人工交换到程控交换 电路交换、分组交换到ATM交换 软交换
2/25
交换技术发展历程简单回顾
✓ 1878年，第一台交换机出现
交换机的发展主要集中在控制交换器接续的控制技术的 发展上。