第三章交换技术基础

第三章

交换技术基础北京邮电大学经济管理学院2024年2月25日第三章交换技术基础交换概念的引入电路交换报文交换分组交换帧中继ATM交换其他交换技术电路交换技术的发展历程电路交换的基本过程电路交换的作用电路交换的特点数字程控交换23.2.1电路交换技术的发展历程

从人工到自动从机电到电子交换从布控到程控3数字程控交换机是目前最常用的电路交换系统。3.2.2电路交换的基本过程电路交换的基本过程与电话通信的过程相同，包括呼叫建立、信息传送和连接释放三个阶段。呼叫建立通过呼叫信令完成逐个节点的接续过程，建立起一条端到端的通信电路；通信阶段在已经建立的端到端的直通电路上透明地传送信号；连接释放完成一次连接信息传送后，拆除该电路的连接，释放节点和信道资源。43.2.3电路交换的作用5本局接续：完成同一个交换机上的两个用户线之间的接续；出局接续：完成在交换节点上用户线与中继线之间的接续；入局接续：完成在交换节点上中继线与用户线之间的接续；转接接续：完成在交换节点上入中继线与出中继线之间的接续。电话交换节点

的呼叫接续方式能正确接收和分析从用户线和中继线发来的呼叫信号和目的地址信号；能按目的地址正确选择路由，并在通信双方终端设备间建立连接，这一过程称为呼叫建立；启动计费系统，监视用户状态的变化，准确统计通信时长；通信结束后根据收到的释放信号及时拆除连接，即连接释放。电话交换设备的功能3.2.3电路交换的作用接口功能：分为用户接口和中继接口，分别将用户线和中继线接到交换设备；连接功能：通过交换网络实现任意入线和任意出线之间的连接；物理连接：在通信过程中，无论有无信息传送，交换网络始终按照预先分配的物理带宽资源保持其专用的接续通路。逻辑连接：只有在用户有信息传送时，才按需分配物理带宽资源，提供接续通路，又称为虚连接。一般通信交换系统的功能控制功能：有效的控制功能是交换系统实现信息自动交换的保障，如程控电话交换机的地址信号识别程序等。信令功能：通过信令可以使不同类型的终端设备、交换设备和传输设备协同运行。63.2.4电路交换的特点电路交换具备如下特点：任何一次通信用户两端必须独占一条电路；占用此电路直到通话结束，在此过程中其他通信无法再用该电路；电路接通之后，通信过程中双方传送信息的内容与交换系统无关。综上所述，电路交换是一种面向连接的技术。早期的电话网在通信过程中，为每个呼叫建立的每一个连接实际上就是一条物理线路。后来，随着时分复用技术的发展，可以使一条物理线路划分为多个时隙，每一个呼叫占用一个特定的时隙。这个由时隙建立起来的连接，实际上仍是一条临时专线，同样也只能由这一对用户固定占用，而不能被其他用户共享。电路交换的优点：信息传输的时延小，而且对于一次接续来说，传输时延固定不变；信息传输效率比较高，信息以信号形式在通路上“透明”传输，交换系统对用户的信息不存储、不分析也不处理；如果利用电路交换网络传送数据信息，数据信号的编码方法和信息格式不受限制。73.2.5数字程控交换数字程控交换机由话路系统和控制系统，以及产生各种信令，辅助建立接续通路的信令设备组成。8一般通信交换系统的功能3.2.5数字程控交换控制系统：控制系统对话路系统施加控制，以便完成通话接续。程控交换机的控制功能是通过运行在中央处理器中的软件完成的。控制系统由三部分组成：一是中央处理器（CPU）；二是存储器，用于存储交换系统的常用程序和正在执行的程序以及执行数据；三是输入输出系统，包括键盘、打印机、外存储器等，可根据指令打印出系统数据、存储非常用的程序等。93.2.5数字程控交换话路系统：用户电路：实现将电话机发出的模拟信号转换为数字信号，并对电话机进行馈电、振铃和测试等；用户集线器：将一群用户的话务集中，通过较少的链路接到数字交换网络，以提高链路利用率；中继接口：是数字电话交换系统与其他交换系统连网的接口设备，分为模拟中继接口和数字中继接口。数字交换网络：提供链接和数字语音信号的交换功能。103.2.5数字程控交换数字程控交换机应具有如下功能：在同一条PCM复用总线的不同时隙之间进行交换在不同PCM复用总线的同一时隙之间进行交换在不同PCM复用总线的不同时隙之间进行交换113.2.5数字程控交换数字交换网络根据交换方式的不同，可以分为时分交换网络和空分交换网络。实用的大规模电话交换机通常采用混合的交换方式，即复合型交换网络。时分交换时分交换对应的是T接线器，它完成同一电路上不同时隙之间的交换。T接线器由话音存储器（SM）和控制存储器（CM）组成。其中，话音存储器用于存储输入复用线上各路时隙的8bit编码数字话音信号；控制存储器用于存储话音存储器的读出或写入地址，作用是控制话音存储器各单元内容的读出或写入顺序。

根据对话音存储器的读写控制方

式的不同，T接线器可以分为顺序

写入控制读出和控制写入顺序读出

两种。12顺序写入控制读出3.2.5数字程控交换空分交换空分交换对应的是S接线器，它完成不同电路同一时隙之间的交换。S接线器由交叉节点矩阵和控制存储器组成。交叉节点矩阵为每一个入线提供了和任意一个出现相交的可能，这些相交点的闭合时刻由控制存储器控制。空分交换器也分为输出控制和输入控制两种。133.2.5数字程控交换复合型交换网络对于大规模的交换网络，需要既能实现同一复用总线上不同时隙之间的交换，又能实现不同总线上同一时隙之间的交换，还要实现不同总线上不同时隙之间的交换，因此需要将时分交换和空分交换相结合组成复合型交换网络，如TST型交换网络、STS型交换网络、TSST型交换网络等多级交换网路。14第三章交换技术基础交换概念的引入电路交换报文交换分组交换帧中继ATM交换其他交换技术报文交换的基本原理报文交换的信息格式报文交换的特点153.3.1报文交换的基本原理所谓报文就是用户拟发送的完整数据。在报文交换（messageswitching）中，报文始终以一个整体的结构形式存在。报文交换与电路交换的工作原理不同，每个报文传送时没有建立/释放连接的阶段，其工作原理基于“存储—转发”的思想。163.3.3报文交换的特点可以提高链路的利用率——没有电路交换的接续过程，也不存在把一条电路固定分配给一对用户使用可以有效匹配输入输出传输速率，易于实现不同类型终端之间的互通不需要收发两端同时处于激活状态，发送端可以将报文全部发送至交换节点，并由发送节点将其存储起来，伺机进行转发，因而不存在呼损现象便于对报文实现多种功能服务，如优先级处理、差错控制与恢复等优点173.3.3报文交换的特点报文交换的不足传送信息通过交换网时延较长，不适用于交互型实时业务对设备要求较高，交换设备必须具有大容量存储、高速处理和分析报文的能力18报文交换主要用于传输报文较短、实时性要求较低的通信业务，如公用电报网。第三章交换技术基础交换概念的引入电路交换报文交换分组交换帧中继ATM交换其他交换技术分组交换的基本原理

分组交换的工作方式分组交换的特点193.4.1分组交换的基本原理分组交换采用“存储—转发”的处理方式。分组交换将报文分解为若干个小的数据单元进行传送。为了保证每个数据单元能够准确地传送到目的节点，需要在每个数据单元前面添加上首部，提供交换时所需的呼叫控制信息以及差错控制信息，从而形成一个规定格式的交换单元。这个规定格式的交换单元通常称为分组（packet）或数据包。203.4.2分组交换的工作方式——数据报数据报是指自带寻址信息的独立数据分组。数据报采用无连接的工作方式，每个分组作为一个独立的信息实体，根据网络当前的工作状态由交换节点分配传送路径，因此不同的分组可能经由不同的路径到达目的地。213.4.2分组交换的工作方式——数据报数据报方式具有传送速度快、服务简单等优点，但是，由于每个分组经过的路径不同，在接收端可能存在接收分组失序、数据包丢失等问题。223.4.2分组交换的工作方式——虚电路虚电路方式采用面向连接的工作方式，具有连接建立、数据传送和连接释放三个阶段。233.4.2分组交换的工作方式——虚电路虚电路方式采用面向连接的工作方式，具有连接建立、数据传送和连接释放三个阶段。虚电路分为两种：交换虚电路(PVC)、永久虚电路(SVC)。是由用户向电信管理部门申请，管理人员通过操作平台设置，在数据终端设备之间无需呼叫建立和释放，可直接进入数据传输，其效果如同网络向用户提供了一条专线。在每次呼叫时，用户通过发送呼叫请求分组临时建立的虚电路，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。当通信结束后，将虚电路释放。永久虚电路交换虚电路243.4.2分组交换的工作方式——虚电路虚电路方式采用面向连接的工作方式，具有连接建立、数据传送和连接释放三个阶段。虚电路方式采用虚连接，即逻辑电路，它不同于电路交换中实际的物理连接，而是通过通信过程中所有的交换节点保存选路结果和路由连接关系来实现连接的。与电路交换的区别25面向连接和无连接面向连接无论是面向物理连接亦或是面向逻辑连接，其通信过程都包括连接建立、传送信息和连接释放三个阶段。一旦连接建立，发送端的所有信息均沿着该连接路径传送，且可以保证信息的有序性；信息传送的时延比无连接工作方式的时延小；但是对网络故障敏感，一旦建立连接出现故障，信息传送就会中断，必须重新建立连接。无连接在无连接方式中，采用“存储—转发”模式，没有连接建立的过程，属于同一发送端的信息可能通过不同的路径到达目的地，无法保证信息的有序性，并且传输时延比面向连接方式大，但是对网络故障的敏感度低。26两种传输方式的区别27

数据报虚电路端到端的连接不需要，无连接必须有，面向连接传输路径各分组传输路径不尽相同各分组沿相同路径传送目的地地址每个分组均有目的地的全地址仅在连接建立阶段使用分组的顺序到达目的地时可能不按发送顺序总是按发送顺序到达目的地复用方式统计时分复用统计时分复用3.4.2分组交换的特点分组交换的时延大于电路交换，但小于报文交换，可以支持中低速率的数据通信，但无法支持高速的数据通信易于实现链路的统计时分多路复用，提高了链路的利用率作为独立的传输实体，便于实现差错控制，从而提高了系统的可靠性节省存储容量，提高利用率，进而降低通信的费用由于附加的信息较多，从而影响了分组交换的传输速率，提高了对交换设备的要求，实现技术较为复杂便于在传输速率、信息格式等方面都不同的数据终端之间实现互通不足优势28第三章交换技术基础交换概念的引入电路交换报文交换分组交换帧中继ATM交换其他交换技术293.5帧中继帧中继以分组交换为基础，又称快速分组交换，使用的前提是光纤技术的普遍应用和终端系统的日益智能化，从而流量控制、纠错功能可以改由终端去完成，这大大简化了节点之间的协议，提高了线路带宽的利用率。与分组交换不同的是，帧中继的信息最小单位为帧。30比较项目分组交换帧中继差错和流量控制在通信子网的源端和目标端和途径的相邻结点间均进行只在通信子网的源和目标两端进行虚电路支持永久虚电路和交换虚电路只支持永久虚电路传输速率64Kbps2.048Mbps第三章交换技术基础交换概念的引入电路交换报文交换分组交换帧中继ATM交换其他交换技术313.6.1ATM交换的基本原理32与电路交换类似与分组交换类似ATM通信网中传送信息的基本载体是ATM信元：信元具有固定长度，且长度较短，规定为53个字节，其中前5个字节是信头,其余48个字节是信息段；信头的功能较为简单，主要包括信元去向的逻辑地址、优先级、信头差错控制、流量控制等信息。ATM与电路交换类似，采用面向连接的方式；但却是在电路传送方式的每个时隙中放入ATM信元，并且依据信元的信头值区分不同用户，各用户数据所占用的时间位置不受约束。因此，线路上的数据速率可在各个用户中间自由分配，不再受固定速率的限制。ATM使用信元为信息传送的基本单位，这类似于分组交换中的数据包；但ATM可以借助空闲信道填充信道的方式，使得信道被分成等长的时间段。这为提供固定比特率、固定时延的电信业务，如语音业务创造了条件。3.6.2ATM交换的特点33固定长度的信元和简化的信头不进行逐段差错控制和流量控制采用异步时分复用方式采用面向连接的工作方式采用透明的网络传输方式ATM技术过于复杂。技术的复杂性造成了ATM系统研制、管理、故障定位等难度的加大，从而使其推广受到极大的限制。优点缺点3.6.3常用交换技术的比较34电路交换报文交换分组交换帧中继ATM交换数据报虚电路连接方式面向连接物理连接逻辑连接无连接时分复用同步时分复用统计时分复用异步时分复用传输基本单元长度固定长度可变整体较长拆分较短差错和流量控制不进行逐段控制进行逐段控制√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√第三章交换技术基础交换概念的引入电路交换报文交换分组交换帧中继ATM交换其他交换技术35

IP交换光交换

软交换3.7.1IP交换36随着互联网的快速发展，IP交换(IPSwitch)已成为宽带网络通信中重要的交换技术。连接方式不同IP交换采用无连接方式；ATM交换则采用面向连接的方式。寻址方式不同IP的每个分组都有收发地址；ATM交换仅在建立连接的阶段，靠ATM地址和路由表选择路由。支持用户的通信方式不同ATM支持点对点双向通信以及点对多点单向通信；IP可实现点对点、点对多点、多点对点、多点对多点及广播方式的通信。业务质量不同ATM具有业务类型划分和相应的QoS保证机制。IP只支持非实时数据业务，且对用户业务仅能“besteffort——尽力而为”。IP交换技术与ATM交换技术之间的差别