现代交换原理全部讲义
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现代交换原理与技术
点到点通信方式
2
交换的引入
当用户终端数为6时，每个用户要使用5条通 信线路，将自己与另5个相连。每个电话机还需配 备5选1开关，根据通话需要选择与不同的话机相 连。共需要15条通信线路和5个多选开关。
哪么100个用户呢？ 1亿用户呢？
3
交换的引入
N的增加 6 5 7 8 5
电话 交换机
6
7
8
4 3
39
快速分组交换
电路 交换 多速率电 快速电 路交换 路交换 ATM交 换 快速分 组交换 帧交 换 分组 交换
快速分组交换（FPS）：
可理解为尽量简化协议，只具有核心的网络功能，以 只具有核心的网络功能， 提供高速、高吞吐量、低时延的服务交换方式； 只具有核心的网络功能的条件： 高带宽、高传输质量的光纤系统的应用； 终端系统的日益智能化； 广义的FPS包括帧中继和信元中继两种方式；
快速电路交换的基本过时
17
在相应路由上分配所需宽带，并且 “记忆”所分配的带宽和去向
建立“虚电路”或称“逻辑电路”
激活虚电路，建立物理连接
快速电路交换
注：
发送信息时并不一定能激活虚电路，会 引起信息丢失或排队时延。
18
快速电路交换
快速电路交换特点 由于并不为每个呼叫专门分配和保留其所需 的宽带，因此提高了带宽的使用效率；
36
帧交换
分组交换、帧交换、帧中继协议处理的不同
37
帧交换
电路 交换 多速率电 快速电 路交换 路交换 ATM交 换 快速分 组交换
帧交 帧交 换 换
分组 交换
帧交换:
特点：
在第二层进行复用和传送； 将用户面与控制面分离：
现代交换原理
现代交换原理1.3 主要的交换方式现代通信网中采用的交换方式主要有电路交换、分组交换方式。
1.3.1 电路交换电话交换一般采用电路交换方式。
电路交换方式是指两个用户在相互通信时使用一条实际的物理链路，在通信过程中自始至终使用该条链路进行信息传输，并且不允许其它计算机或终端同时共享该链路的通信方式。
电路交换属于电路资源预分配系统，即在一次接续中，电路资源预先分配给一对用户固定使用，不管电路上是否有数据传输，电路一直被占用着，直到通信双方要求拆除电路连接为止。
电路交换的特点①在通信开始时要首先建立连接，在通信结束时要释放连接；②一个连接在通信期间始终占用该电路，即使该连接在某个时刻没有信息传送，该电路也不能被其它连接使用，电路利用率低。
③交换机对传输的信息不作处理，对交换机的处理要求简单，但对传输中出现的错误不能纠正。
④一旦连接建立以后，信息在系统中的传输时延基本上是一个恒定值。
电路交换适合传输信息量较大且传输速率恒定的业务，如电话通信业务，但不适合突发性要求高和对差错敏感的数据业务。
1.3.2分组交换分组交换原来是为完成数据通信业务发展起来的一种交换方式，由于分组交换技术的迅速发展，现在利用分组交换技术不仅可以用来完成数据通信业务，也可以用来完成话音和视频通信。
分组交换利用存储——转发的方式进行交换。
在分组交换方式中，首先将需传送的信息划分为一定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交换。
在每个分组中都有一个3-10个字节的分组头，在分组头中包含有分组的地址和控制信息，以控制分组信息的传输和交换。
分组交换采用的是统计复用方式，电路的利用率较高。
但统计复用的缺点是可能产生附加的随机时延和丢失数据的可能。
这是由于用户传送数据的时间是随机的，若多个用户同时发送分组数据，则必然有一部分分组需要在缓冲区中等待一段时间才能占用电路传送，若等待的分组超过了缓冲区的容量，就可能发生部分分组的丢失。
另外，在分组交换中普遍采用逐段反馈重发措施，以保证数据传送是无差错的。
(金惠文-现代交换原理课件)第一讲绪论
NGN是以IP为基础，采用开放式架构， 将业务接入、媒体处理、呼叫控制和业 务处理分开，并在它们之间采用标准协 议进行通信。
NGN的体系结构
接入层，解决业务接入问题，接入可以 是一个完整的业务网络，如PSTN、GSM、 局域网、ADSL、PON、CableMODEM等。
媒体层，处理由接入层送来的媒体流， 主要完成媒体类型的转换和传送，包括 网管和统计功能。其硬件实体是媒体网 关和核心网，实现编解码算法选择、呼 叫建立、资源分配和释放等功能。
NGN的体系结构
IN TMN 业务执行
网络业务层
软交换 边缘交换
路由选择 信令服务器 呼叫服务器 核心交换
媒体网关
控制层 媒体层
无线接入 蜂窝移动
3G无线
数字环路载波 CSN/RSU
ASAM 接入层
IP汇聚 CableMODEM
图1.3 NGN分层体系结构
与网 络无 关的 业务
NGN的体系结构
现有电话交换网是以交换机为核心，交 换机负责业务接入、媒体处理、呼叫控 制和业务管理等全部功能。
电话网分为本地网和长途网，本地网为同一区 号内的网络，不同区号之间的网络为长途网。
电话交换局为电话网的核心，采用数字程控交 换设备，每个话路占用64kbit/s带宽，为一个 时隙，交换设备完成时隙交换。
我国现在采用三级网路结构，DC1为省、直辖 市交换中心，网状互连，DC2为省区内汇接中 心，C5为端局，上接DC2，下接电话机。
计费功能： 认证功能：用户鉴权，阻止非法用户，
提供安全保证；
NGN的功能
地址解析功能：完成E.164、别名、IP、 ULR等地址方案的解释和重定向；
语音处理功能：提供语音编解码、噪音 抑制、话音识别、回声抵消等功能；
NGN的体系结构
接入层，解决业务接入问题，接入可以 是一个完整的业务网络，如PSTN、GSM、 局域网、ADSL、PON、CableMODEM等。
媒体层，处理由接入层送来的媒体流， 主要完成媒体类型的转换和传送，包括 网管和统计功能。其硬件实体是媒体网 关和核心网，实现编解码算法选择、呼 叫建立、资源分配和释放等功能。
NGN的体系结构
IN TMN 业务执行
网络业务层
软交换 边缘交换
路由选择 信令服务器 呼叫服务器 核心交换
媒体网关
控制层 媒体层
无线接入 蜂窝移动
3G无线
数字环路载波 CSN/RSU
ASAM 接入层
IP汇聚 CableMODEM
图1.3 NGN分层体系结构
与网 络无 关的 业务
NGN的体系结构
现有电话交换网是以交换机为核心，交 换机负责业务接入、媒体处理、呼叫控 制和业务管理等全部功能。
电话网分为本地网和长途网，本地网为同一区 号内的网络，不同区号之间的网络为长途网。
电话交换局为电话网的核心，采用数字程控交 换设备，每个话路占用64kbit/s带宽，为一个 时隙，交换设备完成时隙交换。
我国现在采用三级网路结构，DC1为省、直辖 市交换中心，网状互连，DC2为省区内汇接中 心，C5为端局，上接DC2，下接电话机。
计费功能： 认证功能：用户鉴权，阻止非法用户，
提供安全保证；
NGN的功能
地址解析功能：完成E.164、别名、IP、 ULR等地址方案的解释和重定向；
语音处理功能：提供语音编解码、噪音 抑制、话音识别、回声抵消等功能；
《现代交换原理与技术》课件第一章
图1-9 树型网
(4) 环型网：结构简单，每一个节点首尾相连，容易实 现，但可靠性较差，如图1-10所示。
图1-10 环型网
(5) 总线型网：所有节点都连接到总线上。这种网络组 网简单，但可靠性不高，网络覆盖范围也受到限制，如图 1-11所示。
图1-11 总线型网
(6) 复合型网：是上述几种结构的混合形式，根据具体 应用情况的不同采用不同的网络结构组合而成。图1-12是由 网状网和星型网复合而成的一种复合型网。
(2) 网状网：网内任意两节点相互连接，这种网络结构 复杂，可靠性高，但线路利用率不高，经济性较差，如图 1-8所示。
图1-8 网状网
(3) 树型网：也称为分级网，可看成是星型拓扑结构的扩 展，节点按层次进行连接，信息交换主要在上下节点之间进 行，主要用于用户接入网中。树型网络结构的复杂度介于星 型网和网状网之间，如图1-9所示。
(4) 能不断适应通信新业务和通信新技术的发展。传统 的通信网是为支持某种业务而设计的，而面向未来的下一代 网络必须适应不断发展的通信技术和满足新业务的需求。未 来的通信网将向宽带化、智能化、个人化方向发展，形成统 一的综合宽带通信网，并逐步演进为由核心骨干层和接入层 组成、业务与网络分离的构架，即下一代网络。
进行分组交换时，发送端先要将传送的信息分割成若干 个规定长度的数据块，再装配成一个个分组。装配过程中要 对各个分组进行编号，并附加上用于控制和选路的有关信息， 这样每个分组都带有一个分组头和校验序列。这些分组以 “存储—转发”的方式在网内传输，即每个交换节点首先对 收到的分组进行暂时存储，分析该分组头中有关选路的信息， 进行路由选择，并在选择的路由上进行排队，等到有空闲信 道时转发给下一个交换节点或用户终端。图1-15示出了某个 报文的多个分组从节点A到节点D的传输过程。
现代交换原理 (8)
虚电路方式传输数据一般包括建立连接,数据传输、 释放连接三个阶段。 1） 建立连接 2） 数据传输 3） 释放连接
2
虚电路不同于电路交换中的物理连接，而是逻辑连 接。虚电路并不独占电路，在一条物理线路上可以同 时建立多个虚电路，以达到资源共享。
虚电路方式在一次通信过程中具有呼叫建立、数据 传输和释放呼叫三个阶段，有一定的处理开销，但一 旦虚电路建立，数据分组按照已建立的路径通过网络， 分组能按照发送顺序到达终点，在每个中间节点不需 要进行复杂的选路，对数据量较大的通信效率高。但 对故障较为敏感，当传输链路或交换节点发生故障时 可能引起虚电路的中断。
铃装置。其主要功能是完成信令的发送与接收。 转换设备-叉簧，其主要功能是使用户线在通话设
备与振铃设备之间转换，接通或断开用户直流环路。
二）电话机的基本工作原理
按照发出信号的方式，电话机可分为拨号脉冲电话 机和双音多频DTMF电话机。 1、拨号脉冲电话机的工作原理
挂机状态
振铃状态
摘机状态
拨号状态
三
3-9
X1
（ 三 或 3-9
X2
四）
X1=1、3、5、7、9
X2=0、2、4、6、8
x
x
X（或
不存在）
(1) 国际长途呼叫
是指发生在不同国家之间的电话通 信，需要两个或更多的国家通信网的配 合完成。 国际自动拨号程序为： 00＋国家号码＋被叫国的国内有效号码
其中 ‘00’为国际长途字冠，国家号 码采用不等位编号制度，由1-3位组成
分组交换利用存储——转发的方式进行交换。 在分组交换方式中，首先将需传送的信息划分为一 定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交换。 在每个分组中都有一个3-10个字节的分组头，在分 组头中包含有分组的地址和控制信息，以控制分组信 息的传输和交换。
2
虚电路不同于电路交换中的物理连接，而是逻辑连 接。虚电路并不独占电路，在一条物理线路上可以同 时建立多个虚电路，以达到资源共享。
虚电路方式在一次通信过程中具有呼叫建立、数据 传输和释放呼叫三个阶段，有一定的处理开销，但一 旦虚电路建立，数据分组按照已建立的路径通过网络， 分组能按照发送顺序到达终点，在每个中间节点不需 要进行复杂的选路，对数据量较大的通信效率高。但 对故障较为敏感，当传输链路或交换节点发生故障时 可能引起虚电路的中断。
铃装置。其主要功能是完成信令的发送与接收。 转换设备-叉簧，其主要功能是使用户线在通话设
备与振铃设备之间转换，接通或断开用户直流环路。
二）电话机的基本工作原理
按照发出信号的方式，电话机可分为拨号脉冲电话 机和双音多频DTMF电话机。 1、拨号脉冲电话机的工作原理
挂机状态
振铃状态
摘机状态
拨号状态
三
3-9
X1
（ 三 或 3-9
X2
四）
X1=1、3、5、7、9
X2=0、2、4、6、8
x
x
X（或
不存在）
(1) 国际长途呼叫
是指发生在不同国家之间的电话通 信，需要两个或更多的国家通信网的配 合完成。 国际自动拨号程序为： 00＋国家号码＋被叫国的国内有效号码
其中 ‘00’为国际长途字冠，国家号 码采用不等位编号制度，由1-3位组成
分组交换利用存储——转发的方式进行交换。 在分组交换方式中，首先将需传送的信息划分为一 定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交换。 在每个分组中都有一个3-10个字节的分组头，在分 组头中包含有分组的地址和控制信息，以控制分组信 息的传输和交换。
现代交换原理第一章
路一旦建立，端到端所选的路由上各交换节点都有 映象表，存放出入信道对应关系，每个分组到来只 需查映象表，不需进行选路；数据报没有建立过程， 但每个分组要进行选路。 （3）分组顺序 虚电路同一呼叫的各分组在同一虚电路上传送， 分组会按原顺序到达终点，不产生失序现象；数据报 由于从不同路由到达终点，会引起失序，要重新排序。 （4）故障敏感性 虚电路对故障敏感，当链路或交换节点发生故障， 可能会引起虚电路中断，需重新建立，有些分组网具 有自动重建功能；数据报对故障防卫能力较强，可靠 性较高。
四
快速电路交换
基本工作原理： （1）在呼叫建立时，交换节点在相应路由上分配 所需的带宽，并记忆所分的带宽和去向；（实为建 虚电路） （2）用户发送信息时，通过检查呼叫标识确定此呼 叫所需带宽和去向，激活虚电路，建立物理连接； （3）用户没有信息时，释放传输通道。 特点： （1）交换节点不为每个呼叫专门分配和保留所需的 带宽，因此提高带宽使用率； （2）物理连接和拆除必须具有高速度，否则时延更 大。
（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15S，而电话则在1S。 所以，数据通信必须使用专用高速网络。 二 电话网络进行数据传输 电话网络传输0.3 ~ 3.4KHz模拟话音信号，在其 上传输数字信号，必须使用MODEM。 由于目前中继线采用PCM数字信号传输话音，因 此要求发送端将数字信号变成模拟信号，经用户线送 到交换机，在发送局端再将模拟信号变成数字信号， 经网络交换传输后，在接收局端将数字信号变成模拟 信号，经收端用户线给MODEM解调，把模拟信号变 成数字信号。
三
电路交换 电路交换的数据网络： 70年代改造了用户线，允许直接进行数字信号 传输，形成数字接入、数字传输和数字交换的电路 交换数字网络CSDN（Circuit Switched Data Network)
《现代交换原理与技术》课件第四章
通过使用交换算法检查数据包的目的协议地址，路由器 可以确定其是否知道如何转发数据包。如果路由器不知道如 何将数据包转发到下一个节点，将丢弃该数据包；如果路由 器知道如何转发，就把物理目的地址变换成下一个节点的地 址，然后转发该数据包。在传输过程中，其物理地址发生变 化，但协议地址总是保持不变。
路由选择算法不尽相同。首先，算法设计者的设计目标 会影响路由选择协议的运行结果；其次，现有的各种路由选 择算法对网络和路由器资源的影响不同；最后，不同的计量 标准也会影响最佳路径的计算结果。
CHINAPAC向用户提供两种基本业务。 (1) 交换虚电路：在两个用户之间建立的临时逻辑连接， 使用后释放逻辑连接； (2) 永久虚电路：在两个用户之间建立的永久性的逻辑 连接，用户开机后不用拨号，永久虚电路自动建立。 CHINAPAC还向用户提供任选业务，主要有闭合用户 群、反向计费、网络用户识别、呼叫转移、虚拟专用网 (VPN)、广播服务、帧中继等业务。
目前各地的本地分组交换网也已延伸到了地、市、县、村镇。 CHINAPAC以其庞大的网络规模，可满足各界客户的需求， 并且与公用数字交换网(PSTN)、中国公众计算机互联网 (CHINANET)、中国公用数字数据网(CHINADDN)、帧中继 网(CHINAFRN)等网络互连，以达到资源共享和优势互补， 为广大用户提供高质量的网络服务，同时与美国、日本、加 拿大、韩国、我国香港等几十个国家和地区的分组网相连， 以满足大中型企业、外商投资企业、外商在内地办事处等国 际用户的需求。
如图4-2所示，主机M向主机N发送的分组报文，经过 A—B—E—F和A—C—E—F等不同路径。采用数据报方式 的优点是传输延时小，当某节点发生故障时不会影响后续分 组的传输(不容易引起网络拥塞)，能够充分利用网络的优势， 对平均网络负荷有很大优势；缺点是每个分组附加的控制信 息多，增加了传输信息的长度和处理时间，增大了额外开销。
现代交换原理与技术 ppt课件
器
A
TSi
B
20
• 时分接线器由话音存储器
和控制存储器组成。
• 话音存储器用于暂存用户
话音信息，又称缓冲存储
器。SM的容量取决于输
入复用线上每帧的时隙数
• 控制存储器用于存语音
信息的存放地址；CM的
容量取决于输入复用线上
每帧的时隙数
• CM每个单元的字长(n)取
决于SM的存储单元数；
21
• T接线器有两种工作方
传送、拆除连接3个阶段，连接的建立需要一个时
间过程；无连接网络不为用户的通信过程建立和
拆除连接。
• 面向连接每个交换机为每个呼叫选路，要维持连
接状态表，而无连接方式为每个信息选路，不需
要维持。
• 用户信息量大时，采用面向连接方式效率高。
11
3、信息传送模式
• 1、同步传输模式（STM）
• 2、异步传输模式（ATM）
行运行，每台处理器有自己的专用存储器，也可
设公用存储器，便于通信。P52图3-14
• 多级控制系统--- 按交换机的控制功能层次的高
低配置处理机。
– 对于低层次的 控制简单得任务重的控制功能由用户
式：
• 1、“顺序写入、控制
读出”，简称输出控制
方式。
• 2、“控制写入，顺序
读出”，简称输入控制
方式。
22
(3)控制方式：输出控制
话音存储器SM
输出控制方式
• 顺序写入，控制读出
例：
• 若T型接线器的输入
和输出复用线上1帧
有32个时隙，完成输
入TS２0内话音信息
“a”交换到输出
TS15内。
TS20
• 通信网——将许多的终端系统通过若干交换系
A
TSi
B
20
• 时分接线器由话音存储器
和控制存储器组成。
• 话音存储器用于暂存用户
话音信息，又称缓冲存储
器。SM的容量取决于输
入复用线上每帧的时隙数
• 控制存储器用于存语音
信息的存放地址；CM的
容量取决于输入复用线上
每帧的时隙数
• CM每个单元的字长(n)取
决于SM的存储单元数；
21
• T接线器有两种工作方
传送、拆除连接3个阶段，连接的建立需要一个时
间过程；无连接网络不为用户的通信过程建立和
拆除连接。
• 面向连接每个交换机为每个呼叫选路，要维持连
接状态表，而无连接方式为每个信息选路，不需
要维持。
• 用户信息量大时，采用面向连接方式效率高。
11
3、信息传送模式
• 1、同步传输模式（STM）
• 2、异步传输模式（ATM）
行运行，每台处理器有自己的专用存储器，也可
设公用存储器，便于通信。P52图3-14
• 多级控制系统--- 按交换机的控制功能层次的高
低配置处理机。
– 对于低层次的 控制简单得任务重的控制功能由用户
式：
• 1、“顺序写入、控制
读出”，简称输出控制
方式。
• 2、“控制写入，顺序
读出”，简称输入控制
方式。
22
(3)控制方式：输出控制
话音存储器SM
输出控制方式
• 顺序写入，控制读出
例：
• 若T型接线器的输入
和输出复用线上1帧
有32个时隙，完成输
入TS２0内话音信息
“a”交换到输出
TS15内。
TS20
• 通信网——将许多的终端系统通过若干交换系
现代交换原理概论PPT
组成
控制部分主要由中央处理器、存 储器和输入/输出接口等组成。
功能
控制部分的主要功能是接收和处 理各种指令，根据指令的要求协 调各个部分的工作，实现交换机 的各种交换和控制功能。
输入/输出部分
作用
输入/输出部分负责提供人机交互的界面，实现交换机与外部设备 的连接和通信。
组成
输入/输出部分主要由各种类型的接口和控制设备组成，如键盘、 显示屏、打印机等。
电路交换的资源利用率较低，因为通 信链路在数据传输结束后仍会保留， 造成资源浪费。
电路交换的优点
电路交换能提供稳定的通信质量，适 用于实时、连续的数据传输，如电话 通信。
分组交换原理
分组交换原理概述
分组交换是一种动态分配通信链路资源的交换方式， 将数据分割成多个小段，每一段称为一个分组。
分组交换的优点
功能
输入/输出部分的主要功能是接收用户的输入指令和显示交换机的 状态信息，同时向外部设备发送相应的输出信号。
04
交换机的软件系统
操作系统
01
操作系统
操作系统是交换机软件系统的基础，负责管理硬件和软件资源，提供统
一的接口供上层软件使用，实现多任务并发处理和任务调度。
02
实时操作系统
实时操作系统是交换机软件系统的核心，具有实时性、可靠性和稳定性
采用分布式架构，实现负载均衡和容错能力，提高系统可用性和可 靠性。
数据同步
实现多节点间的数据同步，保证数据一致性和完整性。
跨平台兼容
支持多种操作系统和设备平台，实现跨平台的无缝数据交换。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
随着用户数量的增加，人工交换的效率低下、错误率高等问题逐渐凸显，无法满足大规模通信需求。
现代交换原理-重点及复习内容
现代交换原理-重点及复习内容《现代交换原理》第1章概论全互连式的缺点(P1)：1、线对数量随终端数的平方增加。
2、当终端相距较远时，两地间需要大量的长途线路。
3、每个终端都有(N-1)对线与其他终端连接，因而每个终端需要(N-1)个线路接口。
4、增加第(N+1)个终端时，必须增设N对线路。
因此，全互连式仅适合于终端数目较少，地理位置相对集中，且可靠性要求很高的场合。
有了交换设备(P2)：1、尽管增加了交换设备费用，但它的利用率很高，相比之下，总的投资费用将下降。
2、易于组成大型网络数据通信和语音通信的区别(P3)1、通信对象不同。
2、传输可靠性不同。
一般而言，数据通信的比特差错率必须控制在10^-8以下，而话音通信比特差错率可高达10^-3。
3、通信的平均持续时间和通信建立请求响应不同。
4、通信过程中信息业务量特性不同。
利用电话网络进行数据传输的缺点(P4)：1、在电话网络中进行数字信号传输至少需要经过A/D和D/A两次变换，增加了信号传输的开销。
2、数据量很大时信道无法满足传输要求。
3、数据量很小时会浪费网络传输资源。
电路交换的主要优缺点(P5)：电路交换的主要优点①信息的传输时延小，且对一次接续而言，传输时延固定不变。
②交换机对用户的数据信息不存储、分析和处理传用户数据信息时不必附加许多控制信息，交换机在处理方面的开销比较小信息传输效率比较高。
③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。
电路交换的主要缺点①电路接续时间较长。
②电路资源被通信双方独占，电路利用率低。
③不同类型的终端（终端的数据速率、代码格式、通信协议等不同）不能相互通信。
④有呼损。
报文交换(P5)：基本原理是“存储—转发”。
1、报文交换的主要优点①可使不同类型的终端设备之间相互进行通信。
②在报文交换的过程中没有电路接续过程，且线路利用率高。
③无呼损。
④可实现同文报通信，即同一报文可以由交换机转发到不同的收信地点。