第一章交换概论

现代交换原理2课程内容交换概论交换网络程控数字电话交换与电话通信网信令系统分组交换与分组交换网ISDN交换技术与N-ISDNATM交换技术与B-ISDNIP交换技术与下一代网络（NGN）3参考书目《现代电信交换基础》

雷振明编著人民邮电出版社《ATM交换技术》

陈锡生编著人民邮电出版社《分组交换工程》

杜治龙编著人民邮电出版社《综合业务数字网》

程时端编著人民邮电出版社一、交换概论5一.电信交换的基本概念二.各种交换方式三.电信交换系统的基本结构四.现代通信网技术综述本章主要内容

通信与电信

通信(communication)的定义：《英汉计算机词典》——用特定的方法通过某种介质或传输线将信息从一地传送到另一地的过程。通信系统模型：

通信的分类

1）按传输媒质分类：有线通信和无线通信；

2）按信道中所传信号的特征分类：模拟通信系统与数字通信系统；

3）按工作频段分类：长波通信、中波通信、短波通信、微波通信等；

4）按调制方式分类：基带传输和频带传输；

5）按收信者是否运动分类：移动通信和固定通信；……电信（Telecommunication）定义：

美国：《美国1996年联邦通信法》第3条第43款——“电信是指两点相互或分别传输，传输点由用户指定，内容由用户选择，信息的形式和内容从发出到接收不得改变。”

法国：《1996年法国电信法》——“利用电缆、光纤、无线或者其它电磁手段，传送或者接收标识、信号、文本、图象、声音或者其它信息。”

加拿大：《加拿大1993年电信法》——“利用电缆、有线、无线、光纤或者其它电磁系统或者与其相类似的技术手段，发射、传送或者接收信号。”

世界贸易组织（WTO）：“点到点的声讯电话、数据传输、电传、传真、私人线路租凭、固定和移动式卫星通讯系统及其服务、蜂窝电话、移动数据服务、传呼和个人通信系统服务。”

国际电联（ITU）：“利用电缆、无线、光纤或者其它电磁系统，传送、发射和接收标识、文字、图象、声音或其它信号。”

通信的含义更宽泛，电信只是利用电磁技术的通信（Tele-X）；

通信偏重技术专业，电信偏重技术行业；

通信关注技术内容，电信关注技术形式。……

“通信”与“电信”术语分析（个人观点）：本课程拟不严格区分“通信”和“电信”术语，沿用使用习惯11所谓交换，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实现通信信息传送的过程。交换的概念选路：每一个交换设备如何选择合适的出线，从而在交换网中建立最佳的从源点到目的点的信息通道；交换：每个交换设备内部如何将入线的信息送到出线上。12终端传输媒介终端电信号电信号信息信息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。一、电信交换的基本概念131.1点对点通信举例话音数据14Nx(N-1)/21.2无交换的多个终端的通信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。15

若终端数为n，则线对数为C2n=n(n-1)/2（当终端n=100时，线对数=100X(100-1)/2=4950）(终端=5、线对数=10)用户数电缆数

5 1010 45100 49501000 50万基本电信系统存在“N2问题”当电信用户数量（N）扩大用户之间传输信道数量按平方（N2）增加传输信道最大可能利用率按平方倒数（1/N2）降低基本电信系统的“N2问题”

是必须解决的经济问题17用户间通过交换设备连接用户环线交换设备1.3引入交换的终端间的通信为了实现多个终端之间的通信，引入了交换节点用户数电缆数

5 510 10100 1001000 100018多个交换节点组成的通信网中继线

形成通信网络利用复用技术和寻址技术，解决了N2问题。

利用技术方法，解决了经济问题，

形成了通信网络。本地交换机中转交换机

解决长途传输效率问题

采用复用技术——群众同路而行

传输成本传输距离复用传输单路传输传输系统复用设备复用设备

解决长途信道数量问题

采用寻址技术——个人寻找归宿寻址技术：个人寻找归宿复用技术：群众同路而行复用与寻址复用技术寻址技术复用器分路器用户用户用户用户用户用户信道复用技术1）时分复用2）频分复用3）码分复用4）波分复用CTFCTFCTF24同步时分多路复用帧：

电路交换中把时间划分为等长的基本单位，成为帧，每个帧可以在划分为更小的单位即时隙。时隙：

信息传输、复用和交换的最小单位，电路交换中每路通信信道为一个时隙。位置化信道：依据数字信号在时间轴上的位置区别各路信号，无信息传送时也占用信道各支路的信息比特率稳定信号经过复用器和分路器时会有传输时延，但时延不大。111222111222支路1支路2合路帧同步时分多路复用26同步时分多路复用27PCM时分多路通信系统的基本原理

28

在一个单帧中，PCM30/32系统的特征数据如下：话音频带：300－3400Hz

取帧速率：8000Hz

帧周期：125μs

每样值编码比特：8bit

每话路速率：64kbit/s

每帧时隙数：32

每帧比特数：256PCM时分多路通信系统的基本原理

29统计(异步)TDM——STDMTDM的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用该通道，将会造成带宽浪费。改进：使用统计时分多路复用（STDM），用户不固定占用某个通道，有空时间片就将数据放入。各数据之前要附有该路地址，以便接收方能分出各路信号统计时分复用标志化信道：信息属于哪路取决于标志码，与出现的时间无关；分组长度可变，分组头起定界作用；统计复用提高信道利用率；一定容量的排队存贮器，解决瞬间的出线冲突；异步时分复用标志化信道：分组长度固定，分组头标志输出端统计复用提高信道利用率插入空信元保持信元同步较小容量的排队存贮器，解决瞬间的出线冲突支路A支路B合路1212312312空信元ABABABABAA32TDM

和

STDM

的比较ABCD待发数据t1t2t3A1B1C1D1C2D2A2B2周期1周期2同步TDM带宽浪费A1B1C2B2周期1周期2可用带宽统计TDM(数据之前附有该路地址)寻址技术

寻址技术按技术机理分类：有连接操作寻址无连接操作寻址

有连接操作寻址机理：

用户利用人机信令信号，把寻址要求通知信令网；信令网在信源与信宿之间，利用网络资源建立连接；然后传递信号；呼叫结束，信令网释放网络资源。

类比：专用车道/公交车无连接操作寻址技术机理：在各个网络节点，根据信元中的目的地址数据，借助于路由器具有的地址知识，选择通往目的地的链路，在每个节点都进行竞争接入。??类比：自驾车春游

复用和寻址是电信网络的本质特征

机理：两类复用技术和两类寻址技术组合,形成了四类媒体网络形态:媒体网络形态复用技术寻址技术第一类确定复用有连接操作寻址第二类统计复用无连接操作寻址第三类确定复用无连接操作寻址第四类统计复用有连接操作寻址PSTNInternetCATVATM第一类电信网络第二类电信网络第三类电信网络第四类电信网络电信网络支撑网络媒体网络第一类媒体网络第二类媒体网络第四类媒体网络第三类媒体网络同步网信令网管理网

根据传输方式、复用技术、寻址技术和终端状态四种因素组合网络形态举例（理论上3*3*3*3种）：不用无连接有连接寻址不用统计确定复用双工半双工单工传输Ad-HocDLUMTSB-ISDNCATVInternetPSTN网络形态终端固定MSTP可搬移移动……39二、电信交换系统的基本结构40交换网络控制系统接口接口接口接口用户线中继线41（一）

用户电路：用户电路是交换机与用户话机的接口。（二）

中继器：中继器是交换机与交换机之间的接口。（三）

交换网络：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，任意两个中继器之间的连接。（四）

信令设备：用来接收和发送信令信息。

(五)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，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。交换机各个组成部分功能

42用户A用户B用户C用户D交换机A交换机B交换机C（1）（2）（3）交换接续类型图示2.2交换节点的基本功能43交换节点可控制的接续类型：

本局接续、出局接续、入局接续、转接接续2.2交换节点的基本功能1.用户呼出阶段2.数字接收及分析阶段

3.通话建立阶段4.通话阶段5.呼叫释放阶段

本局呼叫的基本处理过程:44能按目的地址正确地进行选路以及在中继线上转发信号能控制连接的建立与拆除交换节点必须具备的基本功能：能正确接收和分析从用户线或中继线发来的呼叫信号、地址信号45几个概念交换通信网交换设备传输设备终端设备用户线中继线出局呼叫入局呼叫本局呼叫转接呼叫主叫被叫主叫局被叫局汇接局46交换设备终端设备传输设备三、现代通信网技术综述通信网的组成473.1通信网的分层结构骨干传送网接入网传送网应用层SN1业务网1SNn业务网n……业务网CPE/CPN支撑网48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3.2业务网的种类（1）49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、多业务保障连接正常工作的支撑网络：

多个支持网络支持媒体网络；媒体网络传递信号。信令网同步网管理网媒体网复用设备传输系统复用设备寻址设备寻址设备数字连接

数字链路

硬设备完整的电信网物理层(传输)功能网络层(寻址)功能链路层(复接)功能同步网信令网管理网媒体网络支持网络数字同步网：

保证网络中的各节点同步工作信令网：

通信网的神经系统电信管理网：

完成电信网和电信业务的性能管理、配置管理、故障管理、计费管理、安全管理（FCAPS)电话通信中信令的作用建立连接传输信息连接拆除53互连技术交换网络的拓扑结构、选路策略、控制机理、多播方式、阻塞特性、故障防卫接口技术模拟用户接口、数字用户接口、模拟中继接口、数字中继接口信令技术用户信令、局间信令控制技术控制系统的结构方式、处理机间的通信方式、多处理机结构3.3电信交换的基本技术543.3电信网的组网结构

星型网环形网网状网树形网总线型网复合型网553.4通信网的技术发展通信技术数字化通信业务综合通信网络宽带化通信服务个人化网络管理智能化网络互通融合化56四、各种交换方式电路交换报文交换分组交换帧中继ATM交换IP交换光交换57CTM-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PTMCTM58电话通信过程中继线4.1电路交换(CircuitSwitching)用户A用户B交换机寻找被叫摘机，应答摘机，拨号交换机A交换机B59交换节点A交换节点B交换节点C建立传送释放电路交换的基本过程60同步时分复用信号的最小交换单元为时隙。适于交换同步时分复用的信号要在通信的用户间建立专用的物理连接通路。（固定分配带宽）对传送的信息无差错控制措施。对通信信息不作处理(信令除外)，而是原封不动地传送，用作低速数据传送时不进行速率、码型的变换。用基于呼叫损失制的方法来处理业务流量，过负荷时呼损率增加，但不影响已建立的呼叫。电路交换的特点实质：通信双方间存在一条电路——电路交换快速电路交换有信息传送时快速建立通道，没有信息传送时立即释放通道线路利用率高带宽为基本速率的整数倍系统必须能在非常短的时间内建立和拆除连接，交换机的信令处理能力要求极高采用‘存储—转发’，以报文为单位进行交换无呼损，不需要叫通对方就可发送报文有多个报文送往同一地点时，要排队按顺序发送。报文传送中有检错和纠错措施提高了线路的利用率交换机需有大的存储容量不适用于即时交互式数据通信报文交换方式原理公用电信网的电报自动交换是报文交换的典型应用4.2报文交换（MessageSwitching）63

采用存储转发方式的分组交换与报文交换的不同在于：分组交换将用户要传送的信息分割为若干个分组（packet），每个分组中有一个分组头，含有可供选路的信息和其他控制信息。4.3分组交换（PS：PacketSwitching）64

报文交换的时延分组交换的时延分组交换和报文交换比较65虚电路(VC：VirtualCircuit)方式数据报(DG：Datagram)方式

分组交换的两种方式66

所谓虚电路方式，就是在用户数据传送前先要通过发送呼叫请求分组建立端到端之间的虚电路；一旦虚电路建立后，属于同一呼叫的数据分组均沿着这一虚电路传送，最后通过呼叫清除分组来拆除虚电路。它不同于电路交换中的物理连接，而是逻辑连接。交换虚电路(SVC：SwitchedVirtualCircuit)

用户通过发送呼叫请求分组来建立虚电路的方式。永久虚电路(PVC：PermanentVirtualCircuit)

应用户预约，由网络运营者为之建立固定的虚电路，而不需在呼叫时临时建立虚电路，可直接进入数据传送阶段的方式。虚电路67

数据报不需要预先建立逻辑连接，而是按照每个分组头中的目的地址对各个分组独立进行选路。

数据报68DG方式的每个分组头中要包含详细的目的地址VC方式由于预先已建立逻辑连接，分组头中只要含有对应于所建立的VC的逻辑信道标识虚电路与数据报的比较——分组头69VC方式预先有建立过程，但一旦虚电路建立，在端到端之间所选定的路由上的各个交换节点都具有映象表，存放出入逻辑信道的对应关系，每个分组到来时只要查找映象表，而不需要进行复杂的选路。DG方式则不需要有建立过程，但对每个分组都要独立地进行选路。虚电路与数据报的比较——选路70VC方式中，属于同一呼叫的各个分组在同一条虚电路上传送，分组会按原有顺序到达终点，不会产生失序现象。DG方式中，各个分组由于是独立选路，可以从不同的路由转送，会引起失序。虚电路与数据报的比较—分组顺序71VC方式对故障较为敏感，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，需要重新建立。（有些分组网具有再连接功能，出现故障时可自动建立新的虚电路，并做到不丢失用户数据）DG方式中各个分组可选择不同路由，对故障的防卫能力较强，从而可靠性较高。虚电路与数据报的比较—故障敏感性72VC方式适用于较连续的数据流传送，其持续时间应显著地大于呼叫建立的时间，如文件传送、传真业务等。DG方式则适用于面向事务的询向／响应型数据业务。虚电路与数据报的比较——应用分组交换特点

‘分组’实时性比报文交换高线路统计复用，通信线路的利用率高可靠性高，分段进行差错校验，网络故障时可自动重选路由非透明传输，交换节点要对分组进行处理无呼损，但有可变的呼叫延迟适于交换统计时分复用的信号，最小交换单元为分组74

分组交换基于X.25协议，该协议包含了3层，第一层物理层，第二层数据链路层，第三层分组层，对应于OSI模型的下三层。

分组交换协议物理层X.25分组层LAPB123物理层网络层数据链路层75

分组交换协议X.75X.2576中国公用数据网

近年来，中国的公用数据通信网建设速度很快。电信部门建立了中国公用分组交换数据网(ChinaPAC),中国公用数字数据网(ChinaDDN),中国公用帧中继网(ChinaFRN)等数字通信网络，形成了我国的公用数据通信网。目前，经国家批准的可直接与INTERNET互联的网络(称为互联网络)有四个：CSTNET，CHINANET，CERNET.及GBNET。他们的建成时间，运行管理单位及业务性质如:网络名称运行管理单位国际联网完成时间业务性质

CSTNET中国科学院1994.4科技CHINANET邮电部1995.5商业

CERNET国家教委1995.11教育GBNET电子部1996.9商业77RMAMRMRMRMAMAMAMAMAMAMCHINAPAC网络模型AM78银行提款机CHINAPAC银行主机ATM1ATM2POS1ATMnPOS2POSn银行提款机与CHINAPAC的链接79CHINAPAC本地服务器PCPC路由器本地服务器PCPC路由器局域网互连使用CHINAPAC实现网络互连80接入Internet本地服务器PCPC路由器CHINAPACInternet使用CHINAPAC接入Internet81数据传送阶段协议大为简化分组交换：X.25协议-OSI的1、2、3层信息传送单位：分组帧中继：协议-OSI的1、2（核心功能）层信息传送单位：帧4.4帧中继（FrameRelay）82X.25和帧中继处理流程比较83CHINAFRN本地服务器PCPC路由器本地服务器PCPC路由器PSPDNPSPDN帧中继的应用84

面向连接的电路交换和无连接的分组交换的主要区别体现在以下几个方面：在交换形式上在通路建立和网络资源分配上在差错控制上在业务流量控制上呼叫损失制、呼叫延迟制CTM与PTM的比较85在对信息的损伤方面电路交换具有较好的时间透明性分组交换具有较好的语义透明性在支持多种业务方面分组交换有更大的灵活性，可实现多速率交换，并允许多种业务共享网络资源。在交换速率方面电路交换可达到高速率的交换；而分组交换的交换速率受到了限制。在设备的复杂性方面分组交换需要一套复杂的队列管理机制，而电路交换则需要复杂路由选择算法。

CTM与PTM的比较86固定长度的信元信元(cel