交换技术概述第一讲

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1、1浙江大学城市学院信电分院浙江大学城市学院信电分院任课教师：赵胜颖任课教师：赵胜颖2o交换是现代信息网络的灵魂，“交换”的发展，决定了“整个通信网络”的发展。o信息交换技术课程是通信信息类专业的重要专业基础课程。o理解交换的基本思想，掌握交换的经典知识和现代交换技术，建立通信系统的整体框架意识。31.交换技术概论2.交换网络3.数字程控电话交换与电话通信网4.信令系统5.分组交换6.ATM及MPLS交换技术7.IP交换技术8.光交换技术9.软交换技术4 作业作业20%20%；到课率及课堂表现到课率及课堂表现20%20%；期末考试期末考试6060；考试形式：笔试、开卷、随堂考；考试形式：笔试、开

2、卷、随堂考；5o交换的基本概念交换的基本概念 o交换的发展交换的发展 o交换方式交换方式 o终端设备终端设备 o话务理论基础话务理论基础1.1.交换技术概论交换技术概论o 电话的产生电话的产生n 发明者：发明者：1847 1847年生于英国苏格兰的亚历山年生于英国苏格兰的亚历山大大格雷厄姆格雷厄姆贝尔，从小就对声学和语言贝尔，从小就对声学和语言学有浓厚的兴趣。学有浓厚的兴趣。n 时间：时间：18761876年年3 3月月1010日日 n 现象：他发现一块铁片在磁铁前振动会发出现象：他发现一块铁片在磁铁前振动会发出微弱声音的，而且这种声音能通过导线传向微弱声音的，而且这种声音能通过导线传向远方。

3、远方。n 思考：他想，如果对着铁片讲话，不也可以思考：他想，如果对着铁片讲话，不也可以引起铁片的振动吗引起铁片的振动吗?这就是贝尔关于电话的最这就是贝尔关于电话的最初构想，并最终实现初构想，并最终实现6o 电话的出现：电话的出现：把声音信号转换成电信号，利用金属导线把声音信号转换成电信号，利用金属导线作媒介作媒介78点对点通信举例话音话音数据数据o 交换的出现交换的出现9终端终端传输媒介传输媒介终端终端电信号电信号电信号电信号信息信息信息信息点对点通信点对点通信 在电信系统中，只有两个终端的通信称为点对点通信。10无交换的多个终端要实 现相互间通信，必须以全互连的方式两两相连。若终端数为n，则

4、线对数为C2n=n(n-1)/2（当终端n=100时，线对数=100X(100-1)/2=4950）p 无交换的多个终端的通信(终端终端=5、线对数、线对数=10)o 用户数增多时：用户数增多时：n 用户线急剧增大；用户线急剧增大；n 每个用户如何确定每个用户如何确定与其他用户通话的与其他用户通话的问题；问题；n 每新增加一个的处每新增加一个的处理问题。理问题。n 没有实用价值。没有实用价值。111025C万条时，5000)1(21100002nnCnno 解决办法：采用中央交换的方法解决办法：采用中央交换的方法 在用户分布区域中心安装公共设备在用户分布区域中心安装公共设备12万条；万条；变为

5、15000)1(21 nnn出现交换机，出现交换机，完成各个用户完成各个用户之间的接续之间的接续当任意两个用户要通话时，由交当任意两个用户要通话时，由交换机将它们连通，通话完毕将线换机将它们连通，通话完毕将线路拆除，供其他用户使用路拆除，供其他用户使用。13？讨论：中央交换机应该解决哪些问题？讨论：中央交换机应该解决哪些问题（必须的功能）？（必须的功能）？o 交换机必须的功能：交换机必须的功能：n 及时发现用户的呼叫请求。及时发现用户的呼叫请求。n 记录被叫用户号码。记录被叫用户号码。n 判别被叫用户当前的忙闲状态。判别被叫用户当前的忙闲状态。n 若被叫用户空闲，交换机应能选择一条链路将主若被

6、叫用户空闲，交换机应能选择一条链路将主被叫用户话机连通。被叫用户话机连通。n 能通知被叫用户有电话呼叫。被叫摘机后，使双能通知被叫用户有电话呼叫。被叫摘机后，使双方进入通话状态。方进入通话状态。n 能随时监视通话状态。能随时监视通话状态。n 能使任意两个电话进行通话；能使任意两个电话进行通话；n 在同一时间内，能使若干对用户同时通话且互不在同一时间内，能使若干对用户同时通话且互不干扰。干扰。1415？讨论：如何扩大范围？讨论：如何扩大范围？1617o电信交换的概念 所谓电信交换，就是在通信网上，负责在通信的源和目的终端之间建立通信信道传送通信信息的机制，也就是根据目的地，在源和目的终端之间传送

7、通信信息。实际应用中，为实现分布区域较广的多个终端之间的相互通信，通信网往往是由多个交换节点构成的，这些交换节点之间或直接相连，或通过汇接交换节点相连，通过多种多样组网方式，从而构成覆盖区域广泛的通信网络。18多个交换节点组成的通信网多个交换节点组成的通信网中继线中继线用户终端与交换机之间的连接线路叫做用户线；交换机与交换机之间的连接线路叫做中继线（trunk）。o 交换机必须的功能：交换机必须的功能：n 及时发现用户的呼叫请求。及时发现用户的呼叫请求。n 记录被叫用户号码。记录被叫用户号码。n 判别被叫用户当前的忙闲状态。判别被叫用户当前的忙闲状态。n 若被叫用户空闲，交换机应能选择一条链路

8、将主若被叫用户空闲，交换机应能选择一条链路将主被叫用户话机连通。被叫用户话机连通。n 能通知被叫用户有电话呼叫。被叫摘机后，使双能通知被叫用户有电话呼叫。被叫摘机后，使双方进入通话状态。方进入通话状态。n 能随时监视通话状态。能随时监视通话状态。n 能使任意两个电话进行通话；能使任意两个电话进行通话；n 在同一时间内，能使若干对用户同时通话且互不在同一时间内，能使若干对用户同时通话且互不干扰。干扰。19o 交换机与交换机的连接交换机与交换机的连接20o 通信网的组成：通信网的组成：n 终端设备：完成信号的发送和接受，信号变换、匹配；终端设备：完成信号的发送和接受，信号变换、匹配；n 传输设备：

9、完成信号的远距离传输，信号转换、匹配；传输设备：完成信号的远距离传输，信号转换、匹配；n 交换设备：完成信号的交换，节点链路的汇集、转接、交换设备：完成信号的交换，节点链路的汇集、转接、分配。分配。n 交换设备是现代通信网的核心，起着关键性的作用。交换设备是现代通信网的核心，起着关键性的作用。21电话交换技术发展的三个阶段o 人工交换机阶段人工交换机阶段 o 机电式自动交换机阶段机电式自动交换机阶段 o 电子式自动交换机电子式自动交换机2223？讨论：根据前面提出的功能，逐个进行设计，组？讨论：根据前面提出的功能，逐个进行设计，组成实际的交换机？成实际的交换机？先根据人工操作来考虑。先根据人工

10、操作来考虑。o 人工交换机阶段人工交换机阶段 1.1.磁石交换机磁石交换机 18781878年，美国年，美国 新港市（图在下页）新港市（图在下页）2.2.共电交换机共电交换机(1882(1882年年)手摇发电机手摇发电机 集中供电集中供电 重要概念：中央馈电；两线传送；重要概念：中央馈电；两线传送；摘、挂机；主叫、被叫；摘、挂机；主叫、被叫；24252630门磁石交换机2728o 人工交换机的基本功能人工交换机的基本功能n 检测出主叫用户呼叫；检测出主叫用户呼叫；n 建立电话交换机到主叫用户的临时通路，通建立电话交换机到主叫用户的临时通路，通过此通路获得被叫用户信息；过此通路获得被叫用户信息；

11、n 通过振铃呼出被叫用户；通过振铃呼出被叫用户；n 为主、被叫建立通话通路；为主、被叫建立通话通路；n 检测话终释放通路。检测话终释放通路。29o 话务员的工作内容话务员的工作内容 n 进行主叫检测后，判断该主叫是否有呼出权进行主叫检测后，判断该主叫是否有呼出权限；限；n 向被叫振铃前，判断该被叫是否正与其他用向被叫振铃前，判断该被叫是否正与其他用户通话；户通话；n 建立通路前，判断是否存在空闲的绳路等。建立通路前，判断是否存在空闲的绳路等。3031？讨论：针对人工交换机的缺点，如何改进？讨论：针对人工交换机的缺点，如何改进？如何实现自动化？自动化首先需要解决哪些如何实现自动化？自动化首先需要

12、解决哪些问题？问题？o 机电式自动交换机阶段机电式自动交换机阶段 1.1.步进制交换机步进制交换机 18911891年，美国年，美国 史端乔发明史端乔发明 特点特点:直接控制方式直接控制方式32自动交换机的自动交换机的2个关键点：个关键点：为每个话机编号，每个话机要能发出号码；为每个话机编号，每个话机要能发出号码；交换机要能识别号码，并根据号码完成接续。交换机要能识别号码，并根据号码完成接续。解决办法：解决办法：采用脉冲拨号盘，用断续的脉冲来表示号码；采用脉冲拨号盘，用断续的脉冲来表示号码；用上升旋转的机键接收号码用上升旋转的机键接收号码直接受号码脉冲控制直接受号码脉冲控制33342.2.机动

13、制交换机机动制交换机 旋转制或升降制电话交换机 特点：间接控制方式共同特点：q噪声大q易磨损q维护工作量大q接线速度慢q故障率高q电路技术简单q人员培训容易35 纵横制交换机（Crossbar System）：特点：间接控制方式 接线器接点采用压接触方式363738o 电子式自动交换机阶段电子式自动交换机阶段-存储程序控制。存储程序控制。1 1.空分程控交换机空分程控交换机 19651965年，美国年，美国 AT&T 1ESS AT&T 1ESS第一部存储程序控制的空第一部存储程序控制的空分交换机。分交换机。话路部分：空分网络话路部分：空分网络 小型纵横继电器小型纵横继电器+电子元件电子元件

14、2.2.时分模拟程控交换机时分模拟程控交换机 话路部分：话路部分：PAM PAM 3.3.时分数字程控交换机时分数字程控交换机 话路部分：话路部分：PCM PCM 它是计算机与它是计算机与PCMPCM技术相结合的产物。技术相结合的产物。39o 程控交换机中程控交换机中 控制部分的三个阶段控制部分的三个阶段 1.1.集中控制方式：大型处理机集中控制方式：大型处理机 2.2.分级控制方式：区域处理机，减轻主处理机分级控制方式：区域处理机，减轻主处理机的负担的负担 3.3.全分散控制方式：全部由小型处理机处理全分散控制方式：全部由小型处理机处理40o 程控交换机的组成程控交换机的组成41o 我国程控

15、交换机的发展：我国程控交换机的发展：u 引进情况（七国八制）引进情况（七国八制）1.F-150 1.F-150 日本。福州、厦门、成都、贵阳、桂林、南宁、日本。福州、厦门、成都、贵阳、桂林、南宁、西安、兰州、西宁西安、兰州、西宁 2.S-1240 2.S-1240 比利时比利时 1976 1976。北京、上海、重庆、成都、广州。北京、上海、重庆、成都、广州 3.E10-B 3.E10-B 法国法国 CIA-ALCATEL-CIA-ALCATEL-阿尔卡特阿尔卡特 1981 1981。4.DMS-100 4.DMS-100 加拿大。北京、重庆、西安加拿大。北京、重庆、西安 5.AXE-10 5.

16、AXE-10 瑞典瑞典 爱立信。广州、重庆、浙江、辽宁爱立信。广州、重庆、浙江、辽宁 6.EWSD 6.EWSD 德国德国 西门子。西门子。7.NEAX-61 7.NEAX-61 日本日本 NEC NEC。8.5ESS-2000 8.5ESS-2000 美国美国 AT&T 1992 AT&T 1992。42u 我国自行研制情况：我国自行研制情况：1.1.DS30DS30：西安十所仿：西安十所仿F-150F-150生产，长途交换机生产，长途交换机 2.PABX2.PABX机：长邮长虹、桂林机：长邮长虹、桂林542542、珠海、珠海 3.C53.C5端局机：十所、重邮、万家乐、联想端局机：十所、重

17、邮、万家乐、联想 4.HJD-044.HJD-04：巨龙（：巨龙（537537厂、厂、515515厂等）厂等）5.SP305.SP30：大唐：大唐 6.ZXT106.ZXT10：中兴：中兴 7.C&C087.C&C08：华为：华为43o 交换方式分类：交换方式分类：n 电路交换电路交换 n 报文交换报文交换 n 分组交换分组交换(含含ATMATM、IPIP交换、交换、MPLSMPLS等等)44o 电路交换电路交换n语音通信的特点是差错率要求不高，但实时性要求很高语音通信的特点是差错率要求不高，但实时性要求很高;n针对语音通信的要求，电路交换采用面向连接的、独占电针对语音通信的要求，电路交换采用

18、面向连接的、独占电路的方式来满足实时性的要求。电路交换的基本过程包括路的方式来满足实时性的要求。电路交换的基本过程包括“电路建立阶段电路建立阶段”、“通话阶段通话阶段”、“电路释放阶段电路释放阶段”三三个过程。个过程。n电路建立阶段是根据用户所拨的被叫号码，由交换机负责电路建立阶段是根据用户所拨的被叫号码，由交换机负责连接起来的一条电路，在通话阶段该电路归该用户独占，连接起来的一条电路，在通话阶段该电路归该用户独占，即使他们不讲话，不传输信息，该电路也不能分配给其他即使他们不讲话，不传输信息，该电路也不能分配给其他用户使用。用户使用。45o 基本原理基本原理46o 电路交换的分类电路交换的分类

19、n空分交换：模拟信号空分交换：模拟信号 物理的实际电路物理的实际电路 并独占线路并独占线路 n同步时分交换：数字信号同步时分交换：数字信号 帧结构方式帧结构方式 分时共享分时共享 独占独占时隙时隙47o 电路交换的优点电路交换的优点n信息的传输时延小，对一次接续而言，传输时延固定信息的传输时延小，对一次接续而言，传输时延固定不变；不变；n信息以数字信号形式在数据通路中信息以数字信号形式在数据通路中“透明透明”传输，交传输，交换机对用户的数据信息不存储、不分析、不处理，交换机对用户的数据信息不存储、不分析、不处理，交换机在处理方面的开销比较小，对用户的数据信息也换机在处理方面的开销比较小，对用户

20、的数据信息也不需要附加用于控制的额外信息，也不做差错控制处不需要附加用于控制的额外信息，也不做差错控制处理，信息的传输效率比较高。理，信息的传输效率比较高。n信息的编码方法和信息格式由通信双方协调，不受网信息的编码方法和信息格式由通信双方协调，不受网络的限制。络的限制。n用基于呼叫损失制的方法来处理业务流量，业务过负用基于呼叫损失制的方法来处理业务流量，业务过负荷时呼损率增加，但不影响已建立的呼叫。荷时呼损率增加，但不影响已建立的呼叫。48o 电路交换的缺点电路交换的缺点n电路的接续时间较长。整个通话期间，即使没有通话电路的接续时间较长。整个通话期间，即使没有通话信息，电路资源也被通信双方独占

21、，电路利用率低。信息，电路资源也被通信双方独占，电路利用率低。n通信双方在信息传输、编码格式、同步方式、通信协通信双方在信息传输、编码格式、同步方式、通信协议等方面要完全兼容。议等方面要完全兼容。n物理连接的任何部分发生故物理连接的任何部分发生故障都会引起通信的中断。障都会引起通信的中断。n存在呼损，即可能出现由于交换网络负载过重而呼叫存在呼损，即可能出现由于交换网络负载过重而呼叫不通。不通。49o 报文交换报文交换n为了克服电路交换中各种不同类型和特性的用户终端为了克服电路交换中各种不同类型和特性的用户终端之间不能互通，通信电路利用率低以及有呼损等方面之间不能互通，通信电路利用率低以及有呼损

22、等方面的缺点，提出了报文交换的思想。的缺点，提出了报文交换的思想。n报文交换基本原理是报文交换基本原理是“存储存储转发转发”，不需要提供通，不需要提供通信双方的物理连接，而是将所接收的报文暂时存储。信双方的物理连接，而是将所接收的报文暂时存储。50n如果如果A A用户要向用户要向B B用户发送信息，用户发送信息，A A用户不需要先连通与用户不需要先连通与B B用户之间的电路，而只需与交换机接通，由交换机暂用户之间的电路，而只需与交换机接通，由交换机暂时把时把A A用户要发送的报文接收和存储起来。用户要发送的报文接收和存储起来。n报文中除了用户要传送的信息以外，还有目的地址和报文中除了用户要传送

23、的信息以外，还有目的地址和源地址，交换机根据报文中提供的源地址，交换机根据报文中提供的B B用户的地址来选择用户的地址来选择输出路由，并将报文送到输出队列上排队，等到该输输出路由，并将报文送到输出队列上排队，等到该输出线空闲时才将该报文送到下一个交换机，最后送到出线空闲时才将该报文送到下一个交换机，最后送到终点用户终点用户B B。51o 报文交换基本原理报文交换基本原理52o 报文交换主要优点报文交换主要优点n报文以存储转发方式通过交换机，输入输出电路的速报文以存储转发方式通过交换机，输入输出电路的速率、码型格式等可以不同，很容易实现各种不同类型率、码型格式等可以不同，很容易实现各种不同类型终

24、端之间的相互通信。终端之间的相互通信。n在报文交换的过程中没有电路接续过程，来自不同用在报文交换的过程中没有电路接续过程，来自不同用户的报文可以在一条线路上以报文为单位进行多路复户的报文可以在一条线路上以报文为单位进行多路复用，线路可以以它的最高传输能力工作，大大提高线用，线路可以以它的最高传输能力工作，大大提高线路的利用率。路的利用率。n用户不需要叫通对方就可发送报文，无呼损，并可以用户不需要叫通对方就可发送报文，无呼损，并可以节省通信终端操作人员的时间。可以发送多目的地址节省通信终端操作人员的时间。可以发送多目的地址的报文。的报文。53o 报文交换主要缺点报文交换主要缺点n信息通过交换机时

25、产生的时延大，而且时延不定、变信息通过交换机时产生的时延大，而且时延不定、变化也大，不利于实时通信。化也大，不利于实时通信。n交换机要有能力存储用户发送的报文，其中有的报文交换机要有能力存储用户发送的报文，其中有的报文可能很长，要求交换机具有高速处理能力和大的存储可能很长，要求交换机具有高速处理能力和大的存储容量。容量。54o 分组交换分组交换n 语音通信的特点语音通信的特点 差错率要求不高，一般在差错率要求不高，一般在1010-6-6，实时性强，要求在实时性强，要求在msms级级 n 数据通信的特点：数据通信的特点：实时性要求不强，可以在分钟甚至小时级实时性要求不强，可以在分钟甚至小时级 对

26、差错率要求极高，一般要求误码率达到对差错率要求极高，一般要求误码率达到1010-9-9，同时还要做差错控制，保证数据的完全正确。同时还要做差错控制，保证数据的完全正确。55o电路交换不利于实现不同类型的数据终端没备之间的电路交换不利于实现不同类型的数据终端没备之间的相互通信，而报文交换信息传输时延又太长，不满足相互通信，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许多数据通信系统的实时性要求 56？讨论：针对数据传输的特点和要求，如何改进电？讨论：针对数据传输的特点和要求，如何改进电路交换和报文交换方式来满足数据通信的要求？路交换和报文交换方式来满足数据通信的要求？n突发性

27、突发性 n可靠率高可靠率高 n时延要求不高时延要求不高 借鉴生活中的运输系统。借鉴生活中的运输系统。o 基本原理基本原理5758o 分组交换涵盖范围分组交换涵盖范围 分组交换是一种大类结合方式，后来分组交换是一种大类结合方式，后来发展起来的发展起来的ATMATM、IPIP、MPLSMPLS等其他交换技术等其他交换技术，从根本的交换思想和方式上来看都属于，从根本的交换思想和方式上来看都属于分组交换这个大类，只是具体的技术细节分组交换这个大类，只是具体的技术细节有所区别。有所区别。59o 分组交换的优点分组交换的优点 加速了数据在网络中的传输。因为分组是逐个传输，加速了数据在网络中的传输。因为分组

28、是逐个传输，可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行，这种流水线式传输方式减少了报文的传输时作并行，这种流水线式传输方式减少了报文的传输时间。此外，传输一个分组所需的缓冲区比传输一份报间。此外，传输一个分组所需的缓冲区比传输一份报文所需的缓冲区小得多，这样因缓冲区不足而等待发文所需的缓冲区小得多，这样因缓冲区不足而等待发送的机率及等待的时间也必然少得多。送的机率及等待的时间也必然少得多。简化了存储管理。因为分组的长度固定，相应的缓冲简化了存储管理。因为分组的长度固定，相应的缓冲区的大小也固定，在交换结点中存储器的管理通常被区的大小也固定

29、，在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理，相对比较容易。简化为对缓冲区的管理，相对比较容易。60 减少了出错概率和重发数据量。因为分组较短，其出减少了出错概率和重发数据量。因为分组较短，其出错机率必然减少，每次重发的数据量也就大大减少，错机率必然减少，每次重发的数据量也就大大减少，这样不仅提高了可靠性，也减少了传输时延。这样不仅提高了可靠性，也减少了传输时延。由于分组短小，更适用于采用优先级策略，便于及时由于分组短小，更适用于采用优先级策略，便于及时传送一些紧急数据，因此对于计算机之间的突发式的传送一些紧急数据，因此对于计算机之间的突发式的数据通信，分组交换显然更为合适些。数据通信

30、，分组交换显然更为合适些。61o 分组交换的缺点分组交换的缺点 尽管分组交换比报文交换的传输时延少，但仍存在存储转尽管分组交换比报文交换的传输时延少，但仍存在存储转发时延，而且其结点交换机必须具有更强的处理能力。发时延，而且其结点交换机必须具有更强的处理能力。分组交换与报文交换一样，每个分组都要加上源、目的地分组交换与报文交换一样，每个分组都要加上源、目的地址和分组编号等信息，使传送的信息量大增大，增加了额址和分组编号等信息，使传送的信息量大增大，增加了额外开销，一定程度上降低了通信效率，增加了处理的时间外开销，一定程度上降低了通信效率，增加了处理的时间，使控制复杂，时延增加。，使控制复杂，时

31、延增加。当分组交换采用数据报服务时，可能出现失序、丢失或重当分组交换采用数据报服务时，可能出现失序、丢失或重复分组，分组到达目的结点时，要对分组按编号进行排序复分组，分组到达目的结点时，要对分组按编号进行排序等工作，增加了麻烦。若采用虚电路服务，虽无失序问题等工作，增加了麻烦。若采用虚电路服务，虽无失序问题，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。62o ATMATM交换交换综合电路和分组交换的优点：定长与异步综合电路和分组交换的优点：定长与异步 6364o IPIP交换交换65o 总结总结66o 通信网的发展方向通信网的发展方向67o 支撑网支撑网 n 信令网信令网 n 数字同步网数字同步网 n 电信管理网电信管理网68