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数字通信技术 现代通信交换技术 公安大学安全防范系 第一部分电路交换 公安大学安全防范系 现代通信交换技术公安大学安全防范 4 2020 1 5 一 交换设备功能 电信网的组成电信网是一个大通信系统 它由交换系统 传输系统和终端系统组成 通信网是由交换机和把它们连接成网络的传输媒介组成 交换设备是通信网的重要组成部分 交换技术的发展与通信网的发展是分不开的 即交换技术与终端业务 传输技术必须相适应 电信网的主要任务是提供面向信息的处理 交换和传送任务 现代通信交换技术公安大学安全防范 5 2020 1 5 1 交换设备的用途 用户间通过交换设备连接交换设备能够完成任意两个用户之间交换信息的任务 有了交换设备 就可以由一台交换机组成最简单的通信网 交换机 传输线 终端 现代通信交换技术公安大学安全防范 6 2020 1 5 交换式通信网 由电话机 用户交换机 市话交换机 汇接交换机组成的通信网络 网络中任一台话机均可请求交换机在本用户线和所需用户线之间建立一条通信链路 并能随时令交换机释放该链路 交换机 能在任意选定的两条用户线之间建立和释放一条通信链路 即 任一台电话机均可请求交换机在本用户线和所需用户线之间建立一条通信链路 并能随时令交换机释放该链路 2 由多台交换机组成的电话通信网 现代通信交换技术公安大学安全防范 7 2020 1 5 1 用户交换机 PBX 直接连接话机或终端 用户交换机的中继线与市话交换机用户线相连 常用于一个集团的内部 PBX的每一条中继线对于市话交换机只相当于一个普通的电话机 仅话务量较大 2 自动用户交换机 PABX 用户交换机具有自动交换能力时 称为自动用户交换机 3 本地交换机或市话交换机 直接连接电话机或终端的交换机 相应的交换局称为端局或市话局 4 汇接交换机 仅与各交换机连接的交换机 当各交换机距离很远时也称为长途交换机 中继线 交换机之间的线路称为中继线 3 交换机分类 现代通信交换技术公安大学安全防范 8 2020 1 5 现代通信交换技术公安大学安全防范 9 2020 1 5 二 电路交换 主叫通过拨号的方式选择被叫方 网络根据被叫号码在主叫方和被叫方之间建立一条电路 显然这条电路包括主叫和被叫与相应的端局相连的用户线 以及交换局之间的中继线 模拟中继和数字中继 如某一条脉冲编码调制 PCM 话音通道 这个过程称为呼叫建立 主被叫进行通信 通话过程中双方所占用的通道将不为其它用户使用 完成通信后 主叫或被叫挂机 网络释放通信信道 这个过程叫呼叫释放 本次通信过程所占用的相关电路释放后 可以被其它通信过程使用 这种交换方式称为电路交换方式 现代通信交换技术公安大学安全防范 10 2020 1 5 1 信息的传输时延小 对一次接续而言 传输时延固定不变 2 交换机在处理方面的开销比较小 信息以数据信号形式在数据通路中 透明 传输 交换机对用户的信息不存储 分析和处理 对用户的数据信息也不需要附加许多用于控制的信息 信息的传输效率比较高 3 信息的编码方法和信息格式由通信双方协商 不受网络的限制 电路交换的主要优点 现代通信交换技术公安大学安全防范 11 2020 1 5 网络利用率低 因为电路的接续时间较长 当传输较短信息 数据 时 通信通道建立的时间可能将大于通信时间 电路利用率低 电路资源被通信双方独占 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 这就限制了各种不同速率 不同代码格式 不同通信协议的用户终端直接的互通 有呼损 即可能出现由于对方用户终端设备忙或网络负载过重而呼叫不通 电路交换缺点 现代通信交换技术公安大学安全防范 12 2020 1 5 三 数字程控交换机 程控数字交换机 将存储程序原理应用于交换机的控制系统 交换数字信号 PCM信号 由于在传输中采用数字通信技术后 其优良的通信质量和性能改变了由模拟信号进行通信的局面 由于数字传输同模拟交换机衔接时要进行D A A D转换 促进了对直接数字信号进行交换的程控交换机的研制 由于用户终端大多数是模拟电话机 所以大多数用户接口电路是模拟用户接口电路 现代通信交换技术公安大学安全防范 13 2020 1 5 可以是各种接线器或电子开关矩阵 统称接线器 负责进行信号的交换 每个用户独占一个用户电路 用来监视用户状态 忙 闲 和用户直接有关的功能 如摘机 向控制设备发呼叫信号 向用户送忙音 1 程控交换机的组成 接收 存储呼叫号码 并向主叫发送回铃音 和其它交换机的接口电路 用户电路 收号器 中继电路 交换网络 中继接口 用户接口 记费接口 维护接口 交换网络 维护I O 记费I O 监测振铃I O 监测信令I O 多频信令I O PCM信令或CCS共路信令I O 接续控制I O 存储器 CPU 总线 控制系统 接口系统 2 程控交换机控制系统的电路结构 现代通信交换技术公安大学安全防范 15 2020 1 5 3 程控交换机的基本接续过程 呼出接续 接收拨号 号码分析 为被叫用户选择连接通路 向被叫振铃 应答监视和话毕释放 现代通信交换技术公安大学安全防范 16 2020 1 5 一个呼叫的处理过程以一次成功的局内呼叫的整个过程为例介绍交换机处理的各阶段的动作主叫用户A摘机 程控交换机按一定周期执行用户线扫描程序 对用户电路扫描点进行扫描 检测出摘机呼出的用户后 确定用户 一般用户 小交换机 投币电话等 和话机的类别 弄清是双音频话机还是脉冲话机 以便接上相应的收号器 交换机送拨号音 准备收号 去话分析 找空闲时隙并占用 交换机寻找一个空闲收号器以及它和主叫用户间的路由 再寻找一个主叫用户和信号音间的空闲路由 向主叫用户送拨号音 同时监视收号器的输入信号 准备收号收号 由收号器接收用户所拨号码 受到第一位号后 停送拨号音 并将受到的号码按位存入相应的存储器 对 应收位 已收位 进行计数 号码分析 将收到一定位数的号码 号首 一般为3位 送向分析程序进行分析 叫做预译处理 以决定呼叫类别是本局呼叫还是出局呼叫 是否长途 特殊服务呼叫等 并决定该收几位号 检查该呼叫是否应该接通 是否是限制用 现代通信交换技术公安大学安全防范 17 2020 1 5 5 来话分析接至被叫用户 根据被叫用户数据执行来话分析程序进行来话分析 并检测被叫用户忙闲 如果被叫用户空闲 则测试并预占空闲路由 包括 向主叫用户送回铃音路由 向被叫用户送铃流路由 给出主 被叫用户通话路由6 向被叫用户振铃 向被叫用户振铃 向主叫用户送回铃音 监视主被叫用户状态 在数字交换机中向用户振铃是由用户电路提供铃流的7 被叫应答 双方通话 被叫摘机应答 交换机检测到后 停送振铃信号和回铃音 建立双方的通话路由 开始通话 启动计费设备 开始计费 同时监视主被叫用户状态8 话中挂机 复原 交换机检测到话机挂机后 进行相应的拆线工作 如果交换机检测到主叫先挂机 通话路由复原 停止计费 向被叫送忙音 如果交换机检测到被叫先挂机 通话路由复原 停止计费 向主叫送忙音 现代通信交换技术公安大学安全防范 18 2020 1 5 从一个呼叫处理过程可以看出 整个呼叫处理分成若干阶段 每个阶段就是一个稳定状态 某一稳定状态只有在输入信息的激励下 才能由该状态向另一状态迁移 对于不同的交换机和不同的控制方式 程序的结构可能各不相同 一般可以分为 输入程序 分析程序 任务执行和输出程序 现代通信交换技术公安大学安全防范 19 2020 1 5 4 信令系统 信令 Signaling 在电信网中 终端和交换机之间 以及交换机与交换机之间传送的一种对话信息 信令在电话通信网中起着指挥 联络 协调各部分的作用 以确保通信网作为一个整体有条不紊地运转 CCITT自1934年起曾相继提出了No 2 No 3 No 4 No 5 R1 R2随路信令系统和No 6 No 7共路信令系统的建议 且每四年要修改一次版本增加新内容 逐步使信令系统趋于完善 信令相对于交换机就像协议相对于计算机一样 信令其实就是程控交换机之间的协议 现代通信交换技术公安大学安全防范 20 2020 1 5 NO 7信令系统 NO 7 是一种国际性的标准化的通用公共信令系统 SS7信令是公共信道信令系统 与随路信道信令不同 公共信道信令把话路与信令通道分开 单独的高速数据链路来传送一群话路的信令 一条No 7号链路一般可支持几百个话路NO 7信令网是现代通信的三大支撑网 数字同步网 NO 7信令网 电信管理网 之一 随着通信业的飞速发展 数字传输和数字交换网的不断发展健全 移动通信和智能网的建立 NO 7信令系统得到了广泛的应用 现代通信交换技术公安大学安全防范 21 2020 1 5 NO 7信令系统的应用 基本应用局与局之间的电话网通信 即公用交换电话网 PSTN 局与局之间的数据网通信 即电路交换的数据网窄带ISDN 即N ISDN 主要应用支持各种类型的智能业务 即智能网 IN 网络的操作 管理与维护可以传送移动通信网中的各种信息 即公共陆地移动通信网N ISDN的部分补充业务未来应用 B ISDN网中NO 7信令的应用 第二部分分组交换 公安大学安全防范系 现代通信交换技术公安大学安全防范 23 2020 1 5 电路交换的缺点 电路交换建立线路所需的时间较长 线路的利用率低 电路交换系统不具备差错控制的能力 达不到计算机通信系统要求的指标 电路交换不具有数据存储能力 不能改变数据的内容 因此 很难适应具有不同类型 规格 速率和编码格式的计算机之间 或计算机与计算机终端之间的通信 系统不具有存储数据的能力 因此不能自动调整和均衡通信流量 现代通信交换技术公安大学安全防范 24 2020 1 5 电路交换适的场合 高负荷的持续通信和实时性要求强的场合 尤其适用于会话式 语音 图像等交互式通信类 而不适合传输突发性 间断型数字信号的计算机与计算机 计算机与终端之间的通信 现代通信交换技术公安大学安全防范 25 2020 1 5 一 存储转发交换 存储转发交换与电路交换的区别拟发送的数据与目的地址 源地址 控制信息等一起 按照一定的格式组成一个数据单元 报文 报文分组或数据帧等 进入通信子网 作为通信子网节点的通信控制处理机 CCP 负责完成数据单元的接收 存储 差错校验 路径选择和转发工作 现代通信交换技术公安大学安全防范 26 2020 1 5 存储转发交换的特点 线路的利用率高选择最佳传输路径提高通信效率提高可靠性适用于不同速率和格式的系统之间的通信 现代通信交换技术公安大学安全防范 27 2020 1 5 存储转发交换的分类 报文交换 MessageSwitching 分组交换 PacketSwitching 现代通信交换技术公安大学安全防范 28 2020 1 5 报文交换的基本思想是当报文到达交换机时先存入该机的存储器 当所需要的输出线路空闲时 将该报文向接收终端或下一个交换机转发 每一个报文都有接收地址和发送地址的标识 只需寻找到一条到下一节点的空闲电路 就可将信息发送出去 因此 在整个通信过程中 信息传输只占用两个交换机间的一段线路无需在整个通信网络中建立整个连接通道分组交换 分组交换就是将用户发送的一整份报文分割成若干固定长度的数据块 分组 让这些分组以 存储 转发 方式在网内传输 每一个分组都有接收地址和发送地址的标识 以分组为单位在各节点间分段传送 现代通信交换技术公安大学安全防范 29 2020 1 5 现代通信交换技术公安大学安全防范 30 2020 1 5 现代通信交换技术公安大学安全防范 31 2020 1 5 二 分组交换的主要优点 线路利用率高 分组交换以虚电路的形式进行信道的多路复用 实现资源共享 可在一条物理线路上提供多条逻辑信道 极大地提高线路的利用率 使传输费用明显下降不同种类的终端可以相互通信 分组网以X 25协议向用户提供标准接口 数据以分组为单位在网络内存储转发 使不同速率终端 不同协议的设备经网络提供的协议变换功能后实现互相通信信息传输可靠性高 在网络中每个分组进行传输时 在节点交换机之间采用差错校验与重发的功能 因而在网中传送的误码率大大降低 而且在网内发生故障时 网络中的路由机制会使分组自动地选择一条新的路由避开故障点 不会造成通信中断分组多路通信 由于每个分组都包含有控制信息 所以分组型终端可以同时与多个用户终端进行通信 可把同一信息发送到不同用户计费与传输距离无关 网络计费按时长 信息量计费 与传输距离无关 特别适合那些非实时性 而通信量不大的用户 现代通信交换技术公安大学安全防范 32 2020 1 5 X 25 ITU TWAN通信协议 X 25 ITU TWANcommunicationprotocolX 25是ITU T为广域网WAN通信所建议的一种数据分组交换网络协议 它定义数据终端设备DTE和数据电路终端设备DCE之间的数据以及控制信息的交换X 25建议 为公用数字网上以分组方式工作的终端规定了DTE与DCE之间的接口 它能把DTE定义的信号转换成适合在传输线路上传输的信号 但从X 25意义上讲 DCE则是与DTE连接的入口节点或节点交换机无论连接网络的系统类型是什么 X 25都具有高效的使用性能 X 25典型用于一般电信电讯业务的分组交换网络 如电话行业 通过订户采用的网络进行控制和管理 X 25是面向连接的业务从而确保数据包的顺序传输 现代通信交换技术公安大学安全防范 33 2020 1 5 X 25分组交换基本思想 分为物理层 链路层 分组层 1 采用虚电路复用方式提高信道利用率 2 在网络相邻节点的传输通路上执行差错控制协议 保证相邻网络节点之间传输数据的正确性 3 为了保证线路上传输的数据不超过线路可以传输的容量 一般采用流量控制 现代通信交换技术公安大学安全防范 34 2020 1 5 四 宽带 快速 分组交换 帧中继技术 Frame relay ATM技术 现代通信交换技术公安大学安全防范 35 2020 1 5 1 问题的提出 20世纪90年代 人们希望在分组网络上进行实时业务 高速数据传输时 发现传统的分组技术的分组交换网络的能力已经达到了极限 虽然分组交换网络业务实配的灵活性和网络运行的高效性较之于电路交换更适合作为将来宽带通信的交换和传输的支持 但是 无法提供高速和实时的业务的传输也是它的明显不足 人们开始研究新的分组交换技术以适应新的高速和实时的业务的传输 电路 报文和分组交换仅能够支持上述某些业务的交换 是否能够有一种交换方式支持上述所有这些业务的通信 为此 人们提出许多改进方案 开始研究新的分组交换技术以适合新的传输和交换要求 现代通信交换技术公安大学安全防范 36 2020 1 5 帧中继概念 帧中继协议简化了X 25分组级功能 只有两个层次 物理层和数据链路层 使网内节点的处理大为简化 帧中继取消了X 25协议规定每段传输链路上的数据差错控制 将本来由网络完成的数据链路上的段差错控制推倒网络的边缘 由智能终端负责完成 降低了节点处理负担 减少了分组在网络中的延迟 现代通信交换技术公安大学安全防范 37 2020 1 5 帧中继数据传输基本数据单元是帧 帧是计算机网络分层中数据链路层的概念 相比于X 25 帧中继中帧的格式作了简化 去掉了有关进行链路差错控制的帧中的域 帧中继数据传输采用数据链路连接标识符 DLCI 作为网络传输数据信道标志 因此说帧结构格式中包含路由选择的信息 这是属于计算机网络分层中第3层 网络层的概念 帧中继的设计思想 现代通信交换技术公安大学安全防范 38 2020 1 5 帧中继和分组网络协议的参考模型 路由选择 虚电路复用 数据成帧 差错 流量控制 电器机械等特性 比特流传输 流量 电器机械等特性 比特流传输 流量 数据成帧 路由选择 a X 25分组交换模型 b 帧中继模型 信息在节点间分组交换与帧中继的异同 转发帧 确认帧 从源站到目的站传送一帧 分组交换在每个节点都要做大量的处理 保证帧在节点间无差错传输 需要对数据包进行正确性检查 正确后才逐站转发 出错后要重发 每一节点收到一帧后都要发回确认帧 而目的站收到一帧后才向源站发回端到端的确认帧 也要逐站进行确认 中间站只转发帧而不发确认帧 只有在目的站收到一帧后才向源站发回端到端的确认 现代通信交换技术公安大学安全防范 40 2020 1 5 帧中继业务的永久虚电路 帧中继的I 22标准定义了帧中继业务的永久虚电路 PVC 帧中继的Q 931标准定义了帧中继业务的交换虚电路 SVC 虚电路 Virtualcircuit 为保证两个DTE设备 如路由器 之间的双向通信而创建的逻辑链路称为虚电路 VC 帧中继用虚电路来提供端点之间的连接 用DLCI来标识永久虚电路 由服务提供商预先设置 在需要经常通过帧中继网络进行数据传送的DTE设备之间建立的永久逻辑连接 称为永久虚电路交换虚电路 在只需要通过帧中继网络进行零星数据传送的DTE设备之间建立的临时的逻辑连接 称为交换虚电路 SVC 它是动态设置的虚电路帧中继采用统计复用技术 以 虚电路 机制为每一帧提供地址信息 每一条线路和每一个物理端口可容纳许多 虚电路 用户之间通过虚电路进行连接 现代通信交换技术公安大学安全防范 41 2020 1 5 帧中继技术的特点 协议简单帧中继是以简化方式交换和传输数据单元在帧中继网络内部不进行差错检测和纠正简单的网络拥塞管理传输速率高帧中继传输带宽可达到64Kbps至34Mbps 典型速率为N 64Kbps至2Mbps 突发传送可允许用户数据按需占用带宽突发数据传输速率最高可达接入信道速率支持承诺信息速率 CIR CIR ConfirmedInformationRate 承诺信息速率 即帧中继网络分配给用户的最小数据传输速率 现代通信交换技术公安大学安全防范 42 2020 1 5 帧中继业务 X 25业务和租用专线业务的比较 现代通信交换技术公安大学安全防范 43 2020 1 5 ATM 设计快速电路交换和快速分组交换的目的都是为了能以统一 简单 快捷的方式支持各种速率 各种业务特性 各种传输要求 延时和误码率