南邮交换课件 《交换技术基础》第一章

1、Sep-1交换技术基础交换技术基础教材：交换技术糜正琨 等编著 清华大学出版社Sep-2第一章：绪论n交换的一般概念n交换技术基础内容概述n交换方式n电信交换的基本技术n交换和路由nNGN和软交换Sep-3Sep-4大家熟悉的通信方式n电话，手机（传统电信网）nMSN，QQ，SKYPE，IP phone（计算机网络）Sep-5NGN功能模型n现代电信交换的本质：现代电信交换的本质：网络网络中对业务、会话（呼叫）、承载的中对业务、会话（呼叫）、承载的控制控制Sep-6要求：n掌握传统电信网络的基本技术，深刻理解电信网络的思路：网络控制。q参考资料：交换技术基础等n熟悉计算机网络的协议和基本技术。

2、q参考资料： TCP/IP协议、计算机网络等n理解NGN：电信网思路+计算机网络技术以IP为核心,开放的业务开发体系,网络提供QoS 保障,可运营的下一代网络。q参考资料： 交换技术基础等Sep-7电信网的构成要素n交换是构成电信网络的基本要素交换是构成电信网络的基本要素(交换设备、传输设备、终端设备交换设备、传输设备、终端设备)传输链路终端设备终端设备传输链路转接交换设备n交换技术与交换系统是电信网络的核心交换技术与交换系统是电信网络的核心n交换技术的更新带来电信网络的革命与升级换代：交换技术的更新带来电信网络的革命与升级换代：qTelephone(1876)qSwitchboard Ope

3、rator(1877)qAutomatic Exchange(1891)、Crossbar(1938)qStored Program Controlled (1970s)qIntergrated Service Digital Network (1980s), Intelligent Network, Global System for Mobile Communications qAsynchronous Transfer Mode (1990s)qNext Generation Network - IP core (2000s)Sep-8交换的一般概念（1）:n贝尔贝尔1876年发明电话年

4、发明电话点对点通信：线路利用率很低（n(n-1)/2）贝尔电话公司1878年开办了第一个交换局（人工操作）一年内城市中到处是穿过房屋树木的混乱的电话线Sep-9Sep-10交换的一般概念（2）：n交换交换“交换”（switching）：对信息的传递进行开关控制对信息的传递进行开关控制，从而将一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。“交换技术”：交换机和交换网络的信息控制、处理和互连技术，交换机和交换网络的信息控制、处理和互连技术，在网络的大量用户之间根据所需目的（按照某种方式动态地分配传输线路的资源）来相互传递信息。有阻塞现象（）Sep-11交换的一般概念（3）：n交换结点交换结点任何一

5、个主叫用户的信息，可以通过电信网中的交换结点发送到所需的任何一个或者多个被叫用户。引入交换结点后使得n个用户的用户线数量从n(n-1)/2变为了n。n交换网：交换网：q交换结点用中继线相连q汇接交换结点Sep-12交换的一般概念（4）：n用户线（用户线（Subscriber Line）n中继线（中继线（Trunk）n交换结点的接续类型交换结点的接续类型：本局接续出局接续入局接续转接接续n交换结点的控制功能交换结点的控制功能转发和处理呼叫控制信号、地址信号建立和拆除连接连接Sep-13交换技术基础内容概述（1）n程控电话交换n7号共路信令n智能网业务交换.局内呼叫、局间呼叫、长途呼叫.摘机-拨号

6、音-拨号-送地址消息-数字分析-建立建立通路通路-振铃-应答（通话通话）记费-挂机-拆除通拆除通路路（面向连接的服务）（面向连接的服务）.两个层次：控制（信令）、承载承载（语音/媒体）思路：控制与承载分离、业务与承载分离控制与承载分离、业务与承载分离Sep-14交换技术基础内容概述（2）n移动交换Sep-15交换技术基础内容概述（3）nN-ISDN（窄带综合业务数字网）能提供端到端的数字连接，以支持包括语音和非语音业务在内的多种电信业务，并提供一组有限的标准化的多用途网络接口供用户入网使用。以电路交换为基础业务速率限于2M以下nB-ISDN（ATM）以分组交换为基础，采用全新的ATM（异步时分

7、）技术，包括速率为101-102M的视频业务在内的综合业务网。Sep-16交换技术基础内容概述（4）n软交换软交换Sep-17交换技术基础内容概述（5）n课时安排课时安排第一章：绪论（6课时）第二章：同步时分交换网络（6课时）第三章：数字程控电话交换（6课时）第四章：7号共路信令（8课时）期中习题复习课 （2课时）期中考试期中考试第五章：窄带综合业务数字交换（6课时）第六章：移动交换（8课时）第七章：智能网业务交换（4课时）第八章：ATM交换（6课时）第十章：软交换 （6课时）实验（4课时）期末习题复习（2课时）期末考试期末考试Sep-18交换方式1：n 电路交换电路交换n 多速率交换n 快速

8、电路交换n ATMATM交换交换n 快速分组交换n 帧交换n 分组交换分组交换Sep-19交换方式2：A B C D t连接建立信息传送信息连接释放n电路交换电路交换(CS：Circuit Swtching)过程：过程：连接建立信息传送连接释放特点：特点：实时交换面向连接的物理通道 （端到端端到端 End to End）透明传送无差错控制措施过负荷时呼损率呼损率增加，但不影响已建立的呼叫Sep-20交换方式3：电路交换的优点媒体信息传输时延小，通信质量有保证电路交换的缺点呼叫建立需要时间每个连接带宽固定，（不能适应不同速率的业务）不传信息时也占用资源（不适用于突发业务）Sep-21交换方式4：

9、n报文交换报文交换 (message swithing)报文结构：首部中含地址信息存储转发(逐段行为逐段行为 Hop by hop)把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；把分组送到适当的端口转发出去。时延较大n时延构成：时延构成：q传输时延 （链路）q存储转发时延存储转发时延 （结点链路）q处理与排队时延（结点）A B C D报文报文报文t数 据首部报文t1t2t3Sep-22交换方式5：n分组交换分组交换(PS：Packet Swtching)将报文要传送的信息分为若干个分组（packet），每一个分组有一个头部，含有可供选路的信息和其他控制信息

10、。数 据数 据数 据报文数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3Sep-23交换方式6：分组交换的优点：以分组为传送单位和查找路由。由于分组长度较短，存储转发存储转发的时延的时延将显著下降。分组交换的问题：分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。v分组长度的确定：兼顾时延与开销A B C DP1P2P3P4P1P2P3P4P3P4P2P1tSep-24交换方式7：Sep-25通信服务的类型：面向连接服务通信服务的类型：面向连接服务/ /无连接无连接服务服务n面向连接服务(Connection-Ori

11、ented)q面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。 n无连接服务(ConnectionLess) q两个实体之间的通信不需要先建立好连接。 q是一种不可靠的服务。这种服务常被描述为“尽最大努力交付”(best effort delivery)或“尽力而为”。Sep-26分组交换中的两种服务方式：分组交换中的两种服务方式：n虚电路方式 面向连接服务q 逻辑连接（P5）q 交换虚电路、永久虚电路（P6）n数据报方式（P6） 无连接服务q 每个分组根据目的地址独立选路Sep-27虚电路服务方式：Sep-28数据包服务方式：BSep-29虚电路服务虚电路服务 VS 数据报服务数据报

12、服务对比的方面对比的方面虚电路服务虚电路服务数据报服务数据报服务思路可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由用户主机来保证连接的建立必须有(面向连接)不要(无连接)目的站地址仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号每个分组都有目的站的全地址分组的转发属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发每个分组独立选择路由进行转发当结点出故障时 所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作 故障结点可能丢失分组，一些路由可能会发生变化分组的顺序总是按发送顺序到达目的站 到达目的站时不一定按发送顺序端到端的差错处理和流量控制 可以由分组交换网负责也可以由用户主机负责由用户主机负责Sep-30电路交换电路交换

13、VSVS分组交换分组交换对比的方面对比的方面电路交换电路交换分组交换分组交换传送方式STD：同步时分复用ATD：统计时分复用服务种类面向连接服务：物理连接面向连接服务（虚电路：逻辑连接）、无连接服务（数据包）带宽分配固定分配带宽，利用率低动态分配带宽，利用率高特点实时交换。时延小。存储转发，非实时交换。有比较大的时延。适合业务电话业务突发业务、数据业务Sep-31交换方式8n电路交换适合实时业务，但无法适配各种速率的业务，网络利用率低n分组交换可以适配各种速率的业务，网络具有较高的复用效率，但不能很好的支持实时业务Sep-32小结:n基本概念：交换、交换结点、交换网；用户线、中继；本局接续、出

14、局接续、入局接续、转接接续；时延n重要概念：面向连接、无连接；电路交换、分组交换；物理连接、逻辑(虚)连接。n一个思路：控制与承载分离、业务与承载分离控制与承载分离、业务与承载分离n二个比较：电路交换vs分组交换，虚电路vs数据报n了解：本局呼叫、市话呼叫、长话呼叫的接续过程；身份标识、位置标识（在固定电话中两者可以合一，比如电话号码；在移动系统中，要求两者分离）Sep-331st homeworkn名词解释：面向连接、无连接。并举出实例（面向连接最少2个，无连接最少1个）n比较：电路交换vs分组交换 1.1Sep-34数字传输系统-脉码调制 PCM (Pulse Code Modulatio

15、n)体制1nPCM技术目的是为了使电话局之间一条中继线不只传送一路电话,而是可以传送几十路电话。交换机(交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号数字信号数字信号Sep-35数字传输系统-脉码调制 PCM (Pulse Code Modulation)体制2 模拟信号数字化模拟信号数字化o对模拟信号进行采样(Sampling)。这是将连续信号在时间上离散化时间上离散化的过程；n采样定理:采样频率不低于信号最高频率的2倍就可以从采样的脉冲信号无失真的恢复出原来的信号o将已在时间上离散化了的信号进行量化(Quantiantion)。这是将连续信号在幅度上离散

16、幅度上离散化化的过程；o将时间上和幅度上均已离散化了的信号进行编码(Encode)，使之成为数字信号。t解码还原量化量化1001001111000010编码采样周期 T采样t源端：目的端：Sep-36数字传输系统-脉码调制 PCM (Pulse Code Modulation)体制3n标准电话信号的最高频率是3.4KHzn根据采样定理，将采样频率定为8KHzn采样后的脉冲信号量化为256个不同等级中的一个n将量化后的数字脉冲进行8bit编码PCM 一个话路的模拟电话信号经过模数（采样、量化）转换后就成为每秒8000个脉冲信号，每个脉冲信号再编为8位二进制码元（编码）。一个话路的PCM信号速率是

17、64Kb/sSep-37数字传输系统-脉码调制 PCM (Pulse Code Modulation)体制42.048 Mb/s传输线路CH16CH17CH15CH15CH16CH17CH31CH31CH1CH1时分复用帧T CH0 CH1 CH2 CH15 CH16 CH17 CH30 CH31 CH08 bitt时分复用帧时分复用帧15 个话路15 个话路2.048 Mb/s传输线路CH16CH17CH15CH15CH16CH17CH31CH31CH1CH1时分复用帧T CH0 CH1 CH2 CH15 CH16 CH17 CH30 CH31 CH08 bitt时分复用帧时分复用帧T =

18、0.125 ms15 个话路15 个话路Sep-38同步时分复用（STD）P7ABCDaabbcdb cattttt4 个时分复用（STD）帧#1acbcd时分复用#2#3#4STD按照时间区分连接Sep-39异步（统计）时分复用（ATD）P7用户ABCDabcdtttttacbab bcacd统计时分复用 ATD依靠每个分组中所含有的标记来区分各个连接，又称标记复用Sep-40交换方式9nATM（Asynchronous Transfer Mode）P7：实现高速、高吞吐量和高服务质量的信息交换，提供灵活的带宽分配，适应从很低速率到很高速率的宽带业务的交换要求。n特点：异步时分交换异步时分交

19、换适应多速率，提高信道利用率固定长度的信元固定长度的信元转发速度快，将信道分成等长的时间小段，可提供固定速率/时延的电信业务信头简化信头简化快速转发面向连接（虚电路面向连接（虚电路VP/VC p12）且预约传输资源预约传输资源HeadPayload548HeadPayloadSep-41交换方式10交换方式固定长度分组空分分组交换电路交换可变长度分组时分同步转移方式（STM）异步转移方式（ATM）IP同步时分（STD）异步时分（ATD）时间位置标记物理连接逻辑连接Sep-42电信交换的基本技术：n交换结点交换结点高度抽象的系统结构接口接口互连控制信令数字交换网络用户线：UNI中继线：NNI信令

20、也通过接口传送信令是控制的依据根据信令根据信令, ,控制不同的接口进行互连控制不同的接口进行互连Sep-43互连技术(1)：n功能：实现任意入线（PCM链路中的时隙）与任意出线之间的接续。n拓扑结构：q时分：串行q空分：并行n选路策略：交换结点内部互连网络的选路q条件选择、逐级选择q自由选择、指定选择1.面向连接选择、无连接选择Sep-44互连技术(2)：n控制机理n阻塞特性：q电路交换：损失制（阻塞率 P17）q分组交换：延迟制（丢包率）qATM：阻塞率、信元丢失率n有阻塞、无阻塞n故障防卫q冗余：热备用、双工分担1.多平面Sep-45接口技术：nUNI（User Network Inter

21、face）: Subscriber LinenNNI（Node Node Interface）: TrunkSep-46信令技术： SignalingnThe ITU-T （International Telecommunication Union，ITUs Telecommunication Standardization Sector ）defines signaling as, The exchange of information (other than by speech) specifically concerned with the establishment, release

22、and other control of calls, and network management, in automatic telecommunications operation.“n通信网络中的信息：qsignaling, speechqControl, media / Control, bearerSep-47信令技术：局间信令局间信令用户信令用户信令用户信令用户信令拆线应答摘机占用拨号音被叫号码挂机挂机摘机被叫号码回铃音振铃通话通话证实话终AB交换机B交换机A信令和接口具有对应关系。信令和接口具有对应关系。Sep-48用户信令：n用户信令是在用户与交换结点之间传送的信令位于UNI

23、。q监视信令：反映用户状态的信令 占用、应答、释放、拍叉q地址信令：主叫用户发送的被叫号码，作为交换结点选路的依据。 直流脉冲、双音多频Sep-49局间信令：n局间信令是电信网中各个交换结点之间传送的信令位于NNIq随路信令：信令和话音在同一通路上。q共路信令：信令和用户信息分离，信令在专用的信令数据链路上传送。1.共路信令是标记型信令：每个信令消息必须包含用来识别属于哪个呼叫连接的标记。user trafficsignalling trafficCommon Channel Signallinguser & signalling trafficChannel Associated Signa

24、llingSep-50控制技术：n控制方式 集中控制、分散控制n通信机理 消息Sep-51接口接口互连控制信令2.DSN3.SPC4.NO75.N-ISDN6.PLMN(MSC)7.IN(SSP)8.ATM10.软交换Sep-52电话交换技术的发展：纵横电子程控(标志器)CP步进人工n人工交换n直接控制交换步进交换机n公共控制交换纵横交换机模拟程控交换机数字程控交换机Sep-53Categorizing switchingSPC: Stored program controlSep-54The Switchboard in the Central Office（Manual）You picke

25、d up the transmitter (off-hook)a flap signals this at the switchboard in the central officethe operator answers you tell her: Give me the Undertakerand she establishes the connection - this was very comfortableSep-55Almon Brown StrowgerThis system was nearly perfect, but .A.B. Strowger was an undert

26、aker in Kansas Cityand the operator was the wife of another undertakerand connected the calls for undertakers to her husbandStrowger did not like this at allso he invented the automatic telephone exchangeSep-56Step by step crossbarSep-57A Stronger automatic exchangeSep-58在线运营的主要程控交换机：n上海贝尔S-1240n瑞典爱

27、立信AXE-10n德国西门子EWSDn日本富士通F-150n华为C&C08n中兴ZXJ-10Sep-59交换和路由n交换是电信网的技术基础，路由是计算机网络的技术基础n区别：q电信网中的交换基本都是面向连接的，路由技术是无连接的。q电信网有完善的信令机制，存在独立的控制层。q交换机保存信令控制过程中确定的连接信息，路由器是无状态的。q电信交换保证服务质量（QoS）n焦点：ATM与IP之争：ATM是技术驱动型、IP是市场驱动型 P221.交换技术和路由技术相互结合是未来通信网络发展的方向。Sep-60NGN和软交换Sep-61NGN和软交换Sep-62NGN和软交换Sep-63NGN和软交换Sep-64构建NGN的基本要素Internet 技术技术高速高速接入接