交换专业知识

第一节通信业务及其特性*通信业务类型:

模拟与数字视音频业务电报通信业务数据通信业务多媒体业务*通信业务概念:1.电话通信业务对语声信号进行传递和交换的通信业务。2.电报通信业务

对文字、图片和表格等信号进行传递和交换的通信业务。3.数据通信业务*数据通信是计算机与计算机、计算机与终端、终端与终端之间的通信。*对“数据”信号进行传递和交换的通信业务。*“数据”是预先约定的具有某种含义的数字、字母或符号以及它们的组合。4.多媒体业务*多媒体技术是通信、计算机和视频三者融合的新技术。*一次业务进行交换信息的类型不是一种，而是语音、文本、图像、声频、视频、数据等多种类型综合体。*通信业务特性举例:1.电路方式64kb/s﹑8kHz﹑不受限的数字信息业务2.分组方式虚呼叫和永久虚电路业务3.B-ISDN提供的业务话音﹑数据﹑文本﹑图形和图像﹑视频复合第二节通信网络及其提供业务的能力通信网的分类(从不同角度进行分类)主要有五种:1.从通信网支持不同业务分类*电话通信网*电报通信网*数据通信网*综合业务数字网2.从通信网采用不同传送模式分类*电路传送网:PSTN、ISDN*

分组传送网:分组交换网(X.25)

帧中继网(FR)*

异步传送网:B-ISDN3.从通信网采用不同传输媒体分类*有线通信网*无线通信网4.从通信网不同使用场合分类*公用通信网*专用通信网5.从通信网传输和交换不同信号分类*

数字通信网*

模拟通信网提供业务的能力*通信网络提供业务的能力与其采用的交换方式密切相关*交换能力是通信网必不可少的功能*交换设备是构成通信网的核心部分电信交换的概念:

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，即:根据目的地，在源和目的终端之间传送通信信息。一.公用交换电话网PSTN(PublicSwitchedTelephoneNetwork)*采用电路交换(CircuitSwithing)方式。*以恒定的比特率传递信息，建立实时的电路连接。*在通信过程中自始至终使用该条链路进行信息传输，同时不允许其他用户终端设备共享该链路的通信方式。多个交换节点组成的通信网trunkUserlooptelephonenode传输、交换——通信网传输部分——网络的链路(link)交换部分——网络的节点(node)*提供业务的能力

CBR(ConstantBitRate)的音频和视频业务现代通信网

网络类型不断增加网络所提供的业务不断更新现代通信网的分层结构应用层支撑网业务网传送网骨干传送网接入网传送网SN1业务网1SNn业务网n……业务网支撑网应用层CPN/CPECPN

—CustomerPremisesNetwork

用户驻地网/用户宅内网CPE

—CustomerPremisesEquipment

用户驻地设备/用户宅内设备应用层:表示各种信息应用通信业务:通信终端:

音频通信终端图形图像通信终端视频通信终端数据通信终端多媒体通信终端业务网:表示传送各种信息的业务网业务网的种类(1)电信网通信业务主要特点

电话通信网（PSTN）模拟电话、中低速率（≤56kbit/s

）应用广泛

分组交换网（X.25）中低速数据（≤64kbit/s

）应用广泛可靠性高综合业务数字网

（N-ISDN）电话、传真、数据等综合业务（64~2048kbit/s）灵活方便节省开支

帧中继网（FRN）中高速数据（64~2048kbit/s）传输速率高灵活、价格低数字数据网（DDN）中高速数据（64~2048kbit/s）应用广泛传输速度高价格高业务网的种类(2)电信网通信业务主要特点数字移动通信网（GSM、CDMA）

（GPRS）

（3G）电话、低速数据（8~16kbit/s

）电话、中速数据<100kbit/s多媒体

2Mbit/s

应用广泛移动通信

VSAT卫星网电话、中低速数据

≤128kbit/s

建网快成本高宽带综合业务数字网（B-ISDN）多媒体

≧155.52Mbit/s宽带综合业务下一代网络（NGN）多媒体、高速数据（Gbit/s）发展方向、高效灵活、综合、开放、多业务业务网及其关键技术电话网与电路交换技术数据网与分组交换技术

*分组交换公用数据网PSPDN

(packetSwitchedPublicDataNetwork)*

帧中继网(framerelaynetwork)数字数据网(DDN–DigitalDataNetwork)以太网(Ethernet)IP(InternetProtocol)网窄带综合业务数字网(N-ISDN)宽带综合业务数字网(B-ISDN)及其ATM技术智能网及其技术(IN–IntelligentNetwork)移动通信及其技术(Mobil)

多址技术传送网传送网的技术基础

*同步数字传送

*光传送传送网的主要技术*光纤通信技术光纤、光发送机、光接收机、光放大器、光的波分复用和时分复用、光孤子通信技术*微波通信技术微波中继通信系统波道、射频频率的配置、传播特性、反射特性、衰落特性*卫星通信技术移动卫星通信、平流层通信综合业务接入技术

V5接口铜线接入技术光纤接入技术混合光纤/同轴电缆接入无线接入以太网接入技术

支撑网技术No.7信令网同步网电信管理网(TMN)二.X.25，FR，DDN*X.25分组交换(packetswitching)

将信息拆成许多较短被规格化的数据分组，或称为包，进行交换和传输。原理:存储-转发方式。交换方式:虚电路(VirtualCircuit)

数据报(Datagram)采用X.25协议协议模型分三层:物理层，数据链路层，网络层虚电路在传送数据之前，首先通过虚呼叫建立一条虚电路所有分组沿同一条路径传送，并且按发出顺序到达类似电路交换建立连接之后，分组中只需要携带连接标识可以在建立连接时协商参数、QoS、开销等数据报每个分组单独传送网络为每个分组单独选路，路径可能不同分组达到顺序可能与发出顺序不同分组中需要携带完整的目的地址

优点:向用户提供数据终端间灵活的通信环境缺点:协议复杂*

提供业务的能力

VBR(VariableBitRate)的数据业务物理层物理层链路层链路层

数据成帧，差错/流量控制电气机械等特性，比特流传输/流量网络层网络层路由选择，虚电路复用上层协议上层协议1.31.21.12.32.22.12.32.22.11.31.21.1ABC虚电路A12345BCvc1vc2vc1:A--1--2--4--Bvc2:A--1--

3--5--C

数据报

B.3B.2B.1C.3C.2C.1C.3C.2C.1B.3B.2B.1ABCA12345BCB.3B.2B.1C.3C.2C.1*

帧中继FR(FrameRelay)实现面向连接的高速数据传输。帧格式简化,OSI中数据链路层，Q.922协议

FAIFCSF简化了网络功能，提高了处理速度结构帧字段可存放在X.25、

HDLC或SDLC协议数据单元，也可存放在LAN中LLC,MAC层的数据实现不同协议数据封装和传输。*提供两种数据业务:*永久虚电路PVC(PermanentVirtualCircuit)

指在终端用户间建立固定的虚电路连接。*交换虚电路SVC(SwitchedVirtualCircuit)

指在终端用户间通过虚呼叫建立虚电路实现LAN互连，公用网和VPN

(VirtualPrivateNetwork)中实现网络互通功能:

ATM网

PSPDN-分组交换公用数据网

(PacketSwitchedPublicDataNetwork)物理层物理层链路层链路层上层协议上层协议差错/流量控制数据成帧，路由选择电气机械等特性，比特流传输/流量帧中继网络1帧中继网络2NNI用户设备用户设备UNIUNI*DDN(DigitalDataNetwork)定义:

利用数字信道传输数据信号的数据传输网。传输媒介:光缆、数字微波、卫星信道及用户端可用的普通电缆和双绞线。DDN向用户提供半永久性的数字连接，信号传输过程中不进行复杂的软件处理。DDN采用交叉连接装置，可根据用户需要，在约定的时间内接通所需带宽的线路。DDN组成结构

DDN网络有五个组成部分:本地传输系统、复用/交叉连接系统、网同步系统、局间传输系统和网络控制管理。节点节点节点节点用户用户接入单元用户用户接入单元用户环路

用户环路数字信道

网络控制管理中心DDN特点:*传输质量高、速度快、带宽利用率高；*同步数据传输，网络时延较短；*提供点到点连接，通信保密性好；*信道固定（半固定）分配，通信可靠性好；*全透明网，支持网络层以及其上的任何协议，使用户可以开通种类繁多的信息业务，传输任何合适的信息。三.ISDN和ATM*

ISDN(IntegratedServicesDigitalNetwork)定义:

由IDN(IntegratedDigitalNetwork)演变而成，提供端到端数字连接，支持一系列广泛的业务，为用户提供一组有限的标准多用途用户-网络接口。ISDN的三个基本特征:端到端的数字连接综合的业务标准的入网接口ISDN

交换机ISDN交换机TE数字传输数字传输用户线中继线TE用户线数字传输PSTN交换机PSTN交换机TE数字传输模拟传输用户线中继线TE用户线模拟传输用户信息用户信息终端分组交换能力电路交换能力无交换连接能力公共信道信令能力终端用户－用户信令

ISDN网络

ISDN交换机

ISDN交换机ISDN网络具有多种能力:电路交换能力分组交换能力无交换连接能力公共信道信令能力ISDN具有三种不同的信令:

用户-网络信令(I.430/I.431、Q.921、Q.931)

网络内部信令(No.7ISUP)

用户-用户信令

速率（bit/s）101102103104105106107108遥信业务可视图文64kbit/s2Mbit/s高速传真传真文件传送话音立体声音乐可视电话可视电话会议电视图像几种ISDN业务的速率范围*

异步转移模式——

ATM(Asynchronoustransfermode)具有最小网络功能的分组交换方式采用电路交换与分组交换之间的交换技术——ATM技术以信元(cell)为单位53bytes，其中5bytes信头，48bytes净荷定义:将信息组织成信元，而包含一段信息的信元不需要周期性的出现。支持高速和低速实时业务将cell封装在SDH帧结构中实现高速传输综合通信网络平台:综合接入，综合传输，综合交换，综合控制和管理信息传送方式要求:1.语义透明(semantictransparency)*比特错误率BER(BitErrorRate)BER=错误的比特数/发送的总比特数*分组错误率PER(PacketErrorRate)

PER=错误的分组数/发送的总分组数包含两个指标:*分组丢失率PLR(PacketlossRate)

PER=丢失的分组数/发送的总分组数*分组插入率PIR(PacketInsertionRate)

PIR=插入的分组数/发送的总分组数2.时间透明(timetransparency)*时延(delay)*时延抖动(delayjitter)

指某个时间区间内最大时延和最小时延之差。例:ATM信元丢失率CLR<10-8~10-12,端到端实时电话时延<24ms，时延抖动<几百s*

提供业务的能力

CBR、VBR低速、高速面向连接和无连接的多媒体业务

业务类型第1

类第2

类第3

类第4

类要求不要求可变恒定面向连接

无连接可视图像视听业务数据传送连接模式比特率源与目的地定时关系B—ISDN的业务类型简单复杂CBRVBR分组交换

多速率电路交换

快速电路交换

异步转移模式（ATM）

快速分组交换帧中继帧交换电路交换四.互联网(internet)

由多个计算机网络互连而成的虚拟网络。采用TCP/IP协议族*

提供业务的能力多媒体业务、数据业务、音频和视频业务五.移动公网*

提供业务的能力音频和视频业务物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层OSI物理层物理层数据链路层网络层电路交换X.25物理层数据链路层FR物理层ATM层AAL层高层ATM网络接口

IPTCP,UDP应用层TCP/IP协议参考模型示意图NGN定义:

NGN是“下一代网络(NextGenerationNetwork)”或“新一代网络(NewGenerationNetwork)”的缩写。是以软交换为核心，能够提供话音、视频、数据等多媒体综合业务，采用开放、标准体系结构，能够提供丰富业务的下一代网络。下一代网络的概述NGN基本特征:

*分组传送

*控制功能从承载、呼叫/会话、应用/业务中分离

*业务提供与网络分离，提供开放接口

*利用各基本的业务组成模块，提供广泛的业务和应用

(包括实时、流、非实时和多媒体业务)

*具有端到端QoS和透明的传输能力

*通过开放的接口规范与传统网络实现互通

*具有通用移动性；允许用户自由地接入不同业务提供商

*支持多样标志体系，并能将其解析为IP地址以用于IP网络路由*同一业务具有统一业务特性*融合固定与移动业务

NGN主要协议

H.323协议

ITU-T制定的IP电话和多媒体通信协议，提供VoIP和多媒体应用。H.248／MEGACO协议

H.248／MEGACO(MediaGatewayControlProtocol)协议是IETF、ITU-T制订的媒体网关控制协议，用于媒体网关控制器和媒体网关之间的通信。SIP协议

SIP(SessionInitiationProtocol)会话初始协议是IETF制订的，用于多方多媒体通信。SIGTRAN协议

SIGTRAN协议(信令传送协议)是由IETFSIGTRAN组织制订的一套在IP网上传送PSTN/ISDN信令的协议。BICC协议

BICC(BearerIndependentCallControlprotocol)协议是ITU-T

SG11小组制订的与承载无关的呼叫控制协议。使呼叫控制与承载控制分离。下一代网络在功能上分为四层，即接入层、核心交换层、控制层和业务/应用层传统网络媒体独立于网络的业务业务/应用层控制层核心交换层

接入层传统网络信令/业务企业用户用户驻地网

(CPN)接入层:负责将各种不同的网络和终端设备接入软交换体系结构中，将各种业务量进行集中，并利用公共的传送平台传送到目的地，它的设备包括不同的网络、终端设备以及各种网关设备，可以是PSTN、ATM网络、FR网络、移动网络、各种IP电话终端及模拟设备等。设备包括:媒体网关(MG)、媒体服务器、分组接入设备(PAD)、综合接入设备(IAD)、信令网关(SG)。核心交换层:

对各种不同的业务和媒体流提供公共的传送平台，多采用基于分组的传送方式，目前公认的核心传送网为IP或ATM骨干网。控制层:完成呼叫控制、路由、认证、资源管理等功能，主要实体是软交换设备。业务/应用层:在呼叫控制的基础上向最终用户提供各种增值业务，同时提供业务和网络的管理功能。主要功能实体包括应用服务器、特征服务器、目录服务器、策略服务器、数据库服务器、SCP、网管及安全系统等。★从广义上看，软交换泛指一种体系结构，利用该体系结构可以建立下一代网络框架，其功能可以涵盖于提到过的四个功能层面:接入层面、核心交换层面、控制层面和业务/应用层面，它主要由软交换设备、信令网关、媒体网关、应用服务器等组成。★从狭义上看，软交换指软交换设备，定位在控制层。应该说，软交换是一个市场术语，它还叫做呼叫服务器、呼叫处理、媒体网关控制器等。软交换技术软交换网络示意图PSTNSIP终端IP或ATM承载网应用服务器目录服务器特征服务器SG软交换软交换H.323GKSCPNo.7信令PSTNTGWAGAGTG软交换HLRIAD无线接入网V5.1/XDSL等接入MGCP终端H.248终端业务管理网络控制核心交换边缘接入*呼叫控制和处理功能*协议功能*业务提供功能*业务交换功能*计费功能*与其他网络的互通功能*SIP代理功能*计费功能网管功能*路由、地址解析和认证功能*

H.248终端、SIP终端、MGCP终端的控制和管理功能*No.7信令(即MTP及其应用部分)功能*H.323终端控制、管理功能*操作维护功能软交换网络的主要功能软交换网络的特点:*采用开放式体系架构和标准接口；*呼叫控制与媒体层和业务层分离；*具有高速的物理层、高速链路层和高速网络层；*网络层趋向于采用统一IP协议，实现业务融合；*链路层趋向于采用电信级的分组节点，即高性能核心路由器加边缘路由器以及ATM交换机；*传送层趋向于实现光联网，可提供巨大而廉价的网络带宽和网络成本，可持续发展的网络结构，可透明支持任何业务和信号；*接入层趋向于采用多元化的宽带无缝接入技术。TDMTDM

呼叫控制交换矩阵业务软交换分组网TDMTDM业务H.248H.248电路交换模式软交换模式媒体网关媒体网关其它交换方式:IP交换

IPoverATM有两种模式:叠加模型:CIP(ClassicalIPoverATM

)、

LANE(局域网仿真)、MPOA

(MultiprotocoloverATM

)集成模型:IP交换、Tag交换、MPLS光交换电交换光电光电电光电光光信号光信号光交换光信号光信号CTM--CircuitTransferModePTM--PacketTransferModeATM--AsynchronousTransferModeIP交换多速率电路交换快速电路交换ATM交换帧中继报文交换电路交换分组交换光交换CTMPTM第三节典型交换系统的结构和性能指标一.现代交换技术发展简史、分类及其发展情况

*

1876年,美国贝尔(Alexandel

GramhamBell)发明了电话*

1878年，美国设计并制造了第一台磁石电话交换机Nx(N-1)/2用户数

电缆数

5

10

10

45

100

4950

1000

50万用户数电缆数

5

5

10 10100 10010001000人工交换*1891年,美国史端乔(STROWGER)发明了步进制自动电话交换机*1919年,瑞典人Betulander研制了纵横制电话交换机*1965年，美国贝尔电话公司，成功的开通了第一台程控电话交换机

(ESSNo.1)——程控交换时代*1970年，法国阿尔卡特公司首先采用数字交换网实现了数字传输与数字交换的结合:全数字网(E10型)用户数电缆数

5

5

10 10100 10010001000Exchange程控交换机ExchangeExchangeExchange局间中继Trunks现代通信技术发展的未来趋势业务数字化传输光纤化信息传送分组化网络协议IP化信息移动化融合业务的数字化光纤传输:

单信道容量可达40Gbit/s

单光纤中的信道数可达上千个

(Bell实验室1022个)传输的光纤化信息传送分组化*电路交换控制简单,时延小,通信质量好带宽固定,不灵活,资源利用率低*分组交换带宽可变,灵活,资源利用率高控制功能复杂,时延大,通信质量差两种分组交换方式:虚电路--面向连接典型实例:ATM呼叫期间路由固定呼叫阶段:建立,传送数据,拆线数据报—面向无连接典型实例:IP通信期间路由可变网络协议IP化IP已经成为全世界主导的数据联网协议EverythingoverIP

信息的移动化*在移动信息社会(MobileInformationSociety)中,

人们越来越多的通信将通过移动终端进行。*个人通信：话音、文本—图形、多媒体。*移动终端将成为进行各种交流时个人值得信赖的设备(PersonalTrustedDevice)。三网融合与NGN二.交换系统的基本结构用户处理机用户处理机数字交换网络PCM模拟中继线数字中继线控制部分话路部分用户模块LCLC用户电路用户电路数字中继数字中继信号设备数字中继模拟中继中央处理机存储器I/O系统PCM基本组成：用户电路、中继器、交换网络、信令设备和控制系统。各部分功能：*用户电路：是交换机与用户话机的接口*中继器：是交换机与交换机之间的接口*交换网络：用来完成任意两个用户之间，任意一个用户与任意一个中继器之间，任意一个中继器之间的连接*信令设备：用来接收和发送信令信息*控制系统：是交换机的指挥中心，接收各个话路设备发来的状态信息，确定各个设备应执行的动作，向各个设备发出驱动命令，协调各设备共同完成呼叫处理和维护管理任务。数字交换机基本结构的控制方式分级控制方式:F-150ESS系列全分散控制方式:S1240基于容量分担的分布控制方式:C&C08电话呼叫交换机的处理过程（1）主叫用户摘机呼叫；（2）送拨号音，准备收号；（3）收号；（4）号码分析；（5）接至被叫用户；（6）向被叫用户振铃被叫用户应答和通话；（7）话终，主叫先挂机