現(xiàn)代交換原理2課程內(nèi)容交換概論交換網(wǎng)絡程控數(shù)字電話交換與電話通信網(wǎng)信令系統(tǒng)分組交換與分組交換網(wǎng)ISDN交換技術與N-ISDNATM交換技術與B-ISDNIP交換技術與下一代網(wǎng)絡（NGN）3參考書目《現(xiàn)代電信交換基礎》

雷振明編著人民郵電出版社《ATM交換技術》

陳錫生編著人民郵電出版社《分組交換工程》

杜治龍編著人民郵電出版社《綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)》

程時端編著人民郵電出版社一、交換概論5一.電信交換的基本概念二.各種交換方式三.電信交換系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)四.現(xiàn)代通信網(wǎng)技術綜述本章主要內(nèi)容

通信與電信

通信(communication)的定義：《英漢計算機詞典》——用特定的方法通過某種介質(zhì)或傳輸線將信息從一地傳送到另一地的過程。通信系統(tǒng)模型：

通信的分類

1）按傳輸媒質(zhì)分類：有線通信和無線通信；

2）按信道中所傳信號的特征分類：模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)；

3）按工作頻段分類：長波通信、中波通信、短波通信、微波通信等；

4）按調(diào)制方式分類：基帶傳輸和頻帶傳輸；

5）按收信者是否運動分類：移動通信和固定通信；……電信（Telecommunication）定義：

美國：《美國1996年聯(lián)邦通信法》第3條第43款——“電信是指兩點相互或分別傳輸，傳輸點由用戶指定，內(nèi)容由用戶選擇，信息的形式和內(nèi)容從發(fā)出到接收不得改變?！?/p>

法國：《1996年法國電信法》——“利用電纜、光纖、無線或者其它電磁手段，傳送或者接收標識、信號、文本、圖象、聲音或者其它信息?！?/p>

加拿大：《加拿大1993年電信法》——“利用電纜、有線、無線、光纖或者其它電磁系統(tǒng)或者與其相類似的技術手段，發(fā)射、傳送或者接收信號?！?/p>

世界貿(mào)易組織（WTO）：“點到點的聲訊電話、數(shù)據(jù)傳輸、電傳、傳真、私人線路租憑、固定和移動式衛(wèi)星通訊系統(tǒng)及其服務、蜂窩電話、移動數(shù)據(jù)服務、傳呼和個人通信系統(tǒng)服務?！?/p>

國際電聯(lián)（ITU）：“利用電纜、無線、光纖或者其它電磁系統(tǒng)，傳送、發(fā)射和接收標識、文字、圖象、聲音或其它信號?！?/p>

通信的含義更寬泛，電信只是利用電磁技術的通信（Tele-X）；

通信偏重技術專業(yè)，電信偏重技術行業(yè)；

通信關注技術內(nèi)容，電信關注技術形式?！?/p>

“通信”與“電信”術語分析（個人觀點）：本課程擬不嚴格區(qū)分“通信”和“電信”術語，沿用使用習慣11所謂交換，就是在通信網(wǎng)上，負責在通信的源和目的終端之間建立通信信道傳送通信信息的機制，也就是根據(jù)目的地，在源和目的終端之間實現(xiàn)通信信息傳送的過程。交換的概念選路：每一個交換設備如何選擇合適的出線，從而在交換網(wǎng)中建立最佳的從源點到目的點的信息通道；交換：每個交換設備內(nèi)部如何將入線的信息送到出線上。12終端傳輸媒介終端電信號電信號信息信息點對點通信在電信系統(tǒng)中，只有兩個終端的通信稱為點對點通信。一、電信交換的基本概念131.1點對點通信舉例話音數(shù)據(jù)14Nx(N-1)/21.2無交換的多個終端的通信無交換的多個終端要實現(xiàn)相互間通信，必須以全互連的方式兩兩相連。15

若終端數(shù)為n，則線對數(shù)為C2n=n(n-1)/2（當終端n=100時，線對數(shù)=100X(100-1)/2=4950）(終端=5、線對數(shù)=10)用戶數(shù)電纜數(shù)

5 1010 45100 49501000 50萬基本電信系統(tǒng)存在“N2問題”當電信用戶數(shù)量（N）擴大用戶之間傳輸信道數(shù)量按平方（N2）增加傳輸信道最大可能利用率按平方倒數(shù)（1/N2）降低基本電信系統(tǒng)的“N2問題”

是必須解決的經(jīng)濟問題17用戶間通過交換設備連接用戶環(huán)線交換設備1.3引入交換的終端間的通信為了實現(xiàn)多個終端之間的通信，引入了交換節(jié)點用戶數(shù)電纜數(shù)

5 510 10100 1001000 100018多個交換節(jié)點組成的通信網(wǎng)中繼線

形成通信網(wǎng)絡利用復用技術和尋址技術，解決了N2問題。

利用技術方法，解決了經(jīng)濟問題，

形成了通信網(wǎng)絡。本地交換機中轉(zhuǎn)交換機

解決長途傳輸效率問題

采用復用技術——群眾同路而行

傳輸成本傳輸距離復用傳輸單路傳輸傳輸系統(tǒng)復用設備復用設備

解決長途信道數(shù)量問題

采用尋址技術——個人尋找歸宿尋址技術：個人尋找歸宿復用技術：群眾同路而行復用與尋址復用技術尋址技術復用器分路器用戶用戶用戶用戶用戶用戶信道復用技術1）時分復用2）頻分復用3）碼分復用4）波分復用CTFCTFCTF24同步時分多路復用幀：

電路交換中把時間劃分為等長的基本單位，成為幀，每個幀可以在劃分為更小的單位即時隙。時隙：

信息傳輸、復用和交換的最小單位，電路交換中每路通信信道為一個時隙。位置化信道：依據(jù)數(shù)字信號在時間軸上的位置區(qū)別各路信號，無信息傳送時也占用信道各支路的信息比特率穩(wěn)定信號經(jīng)過復用器和分路器時會有傳輸時延，但時延不大。111222111222支路1支路2合路幀同步時分多路復用26同步時分多路復用27PCM時分多路通信系統(tǒng)的基本原理

28

在一個單幀中，PCM30/32系統(tǒng)的特征數(shù)據(jù)如下：話音頻帶：300－3400Hz

取幀速率：8000Hz

幀周期：125μs

每樣值編碼比特：8bit

每話路速率：64kbit/s

每幀時隙數(shù)：32

每幀比特數(shù)：256PCM時分多路通信系統(tǒng)的基本原理

29統(tǒng)計(異步)TDM——STDMTDM的缺點：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該通道，將會造成帶寬浪費。改進：使用統(tǒng)計時分多路復用（STDM），用戶不固定占用某個通道，有空時間片就將數(shù)據(jù)放入。各數(shù)據(jù)之前要附有該路地址，以便接收方能分出各路信號統(tǒng)計時分復用標志化信道：信息屬于哪路取決于標志碼，與出現(xiàn)的時間無關；分組長度可變，分組頭起定界作用；統(tǒng)計復用提高信道利用率；一定容量的排隊存貯器，解決瞬間的出線沖突；異步時分復用標志化信道：分組長度固定，分組頭標志輸出端統(tǒng)計復用提高信道利用率插入空信元保持信元同步較小容量的排隊存貯器，解決瞬間的出線沖突支路A支路B合路1212312312空信元ABABABABAA32TDM

和

STDM

的比較ABCD待發(fā)數(shù)據(jù)t1t2t3A1B1C1D1C2D2A2B2周期1周期2同步TDM帶寬浪費A1B1C2B2周期1周期2可用帶寬統(tǒng)計TDM(數(shù)據(jù)之前附有該路地址)尋址技術

尋址技術按技術機理分類：有連接操作尋址無連接操作尋址

有連接操作尋址機理：

用戶利用人機信令信號，把尋址要求通知信令網(wǎng)；信令網(wǎng)在信源與信宿之間，利用網(wǎng)絡資源建立連接；然后傳遞信號；呼叫結(jié)束，信令網(wǎng)釋放網(wǎng)絡資源。

類比：專用車道/公交車無連接操作尋址技術機理：在各個網(wǎng)絡節(jié)點，根據(jù)信元中的目的地址數(shù)據(jù)，借助于路由器具有的地址知識，選擇通往目的地的鏈路，在每個節(jié)點都進行競爭接入。??類比：自駕車春游

復用和尋址是電信網(wǎng)絡的本質(zhì)特征

機理：兩類復用技術和兩類尋址技術組合,形成了四類媒體網(wǎng)絡形態(tài):媒體網(wǎng)絡形態(tài)復用技術尋址技術第一類確定復用有連接操作尋址第二類統(tǒng)計復用無連接操作尋址第三類確定復用無連接操作尋址第四類統(tǒng)計復用有連接操作尋址PSTNInternetCATVATM第一類電信網(wǎng)絡第二類電信網(wǎng)絡第三類電信網(wǎng)絡第四類電信網(wǎng)絡電信網(wǎng)絡支撐網(wǎng)絡媒體網(wǎng)絡第一類媒體網(wǎng)絡第二類媒體網(wǎng)絡第四類媒體網(wǎng)絡第三類媒體網(wǎng)絡同步網(wǎng)信令網(wǎng)管理網(wǎng)

根據(jù)傳輸方式、復用技術、尋址技術和終端狀態(tài)四種因素組合網(wǎng)絡形態(tài)舉例（理論上3*3*3*3種）：不用無連接有連接尋址不用統(tǒng)計確定復用雙工半雙工單工傳輸Ad-HocDLUMTSB-ISDNCATVInternetPSTN網(wǎng)絡形態(tài)終端固定MSTP可搬移移動……39二、電信交換系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)40交換網(wǎng)絡控制系統(tǒng)接口接口接口接口用戶線中繼線41（一）

用戶電路：用戶電路是交換機與用戶話機的接口。（二）

中繼器：中繼器是交換機與交換機之間的接口。（三）

交換網(wǎng)絡：交換網(wǎng)絡用來完成任意兩個用戶之間，任意一個用戶與任意一個中繼器之間，任意兩個中繼器之間的連接。（四）

信令設備：用來接收和發(fā)送信令信息。

(五)控制系統(tǒng)：是交換機的指揮中心，接收各個話路設備發(fā)來的狀態(tài)信息，各個設備應執(zhí)行的動作，向各個設備發(fā)出驅(qū)動命令，協(xié)調(diào)各設備共同完成呼叫處理和維護管理任務。交換機各個組成部分功能

42用戶A用戶B用戶C用戶D交換機A交換機B交換機C（1）（2）（3）交換接續(xù)類型圖示2.2交換節(jié)點的基本功能43交換節(jié)點可控制的接續(xù)類型：

本局接續(xù)、出局接續(xù)、入局接續(xù)、轉(zhuǎn)接接續(xù)2.2交換節(jié)點的基本功能1.用戶呼出階段2.數(shù)字接收及分析階段

3.通話建立階段4.通話階段5.呼叫釋放階段

本局呼叫的基本處理過程:44能按目的地址正確地進行選路以及在中繼線上轉(zhuǎn)發(fā)信號能控制連接的建立與拆除交換節(jié)點必須具備的基本功能：能正確接收和分析從用戶線或中繼線發(fā)來的呼叫信號、地址信號45幾個概念交換通信網(wǎng)交換設備傳輸設備終端設備用戶線中繼線出局呼叫入局呼叫本局呼叫轉(zhuǎn)接呼叫主叫被叫主叫局被叫局匯接局46交換設備終端設備傳輸設備三、現(xiàn)代通信網(wǎng)技術綜述通信網(wǎng)的組成473.1通信網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)骨干傳送網(wǎng)接入網(wǎng)傳送網(wǎng)應用層SN1業(yè)務網(wǎng)1SNn業(yè)務網(wǎng)n……業(yè)務網(wǎng)CPE/CPN支撐網(wǎng)48電信網(wǎng)通信業(yè)務主要特點電話通信網(wǎng)（PSTN）模擬電話、中低速率（≤56kbit/s）應用廣泛分組交換網(wǎng)（X.25）中低速數(shù)據(jù)（≤64kbit/s）應用廣泛可靠性高綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（N-ISDN）電話、傳真、數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務（64~2048kbit/s）靈活方便節(jié)省開支幀中繼網(wǎng)（FRN）中高速數(shù)據(jù)（64~2048kbit/s）傳輸速率高靈活、價格低數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）中高速數(shù)據(jù)（64~2048kbit/s）應用廣泛傳輸速度高價格高3.2業(yè)務網(wǎng)的種類（1）49業(yè)務網(wǎng)的種類（2）電信網(wǎng)通信業(yè)務主要特點數(shù)字移動通信網(wǎng)（GSM、CDMA）（GPRS）（3G）電話、低速數(shù)據(jù)（8~16kbit/s）電話、中速數(shù)據(jù)<100kbit/s多媒體2Mbit/s應用廣泛移動通信VSAT衛(wèi)星網(wǎng)電話、中低速數(shù)據(jù)（≤128kbit/s）建網(wǎng)快成本高寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（B-ISDN）多媒體≧155.52Mbit/s寬帶綜合業(yè)務下一代網(wǎng)絡（NGN）多媒體、高速數(shù)據(jù)（Gbit/s）發(fā)展方向、高效靈活、綜合、開放、多業(yè)務保障連接正常工作的支撐網(wǎng)絡：

多個支持網(wǎng)絡支持媒體網(wǎng)絡；媒體網(wǎng)絡傳遞信號。信令網(wǎng)同步網(wǎng)管理網(wǎng)媒體網(wǎng)復用設備傳輸系統(tǒng)復用設備尋址設備尋址設備數(shù)字連接

數(shù)字鏈路

硬設備完整的電信網(wǎng)物理層(傳輸)功能網(wǎng)絡層(尋址)功能鏈路層(復接)功能同步網(wǎng)信令網(wǎng)管理網(wǎng)媒體網(wǎng)絡支持網(wǎng)絡數(shù)字同步網(wǎng)：

保證網(wǎng)絡中的各節(jié)點同步工作信令網(wǎng)：

通信網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng)電信管理網(wǎng)：

完成電信網(wǎng)和電信業(yè)務的性能管理、配置管理、故障管理、計費管理、安全管理（FCAPS)電話通信中信令的作用建立連接傳輸信息連接拆除53互連技術交換網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)、選路策略、控制機理、多播方式、阻塞特性、故障防衛(wèi)接口技術模擬用戶接口、數(shù)字用戶接口、模擬中繼接口、數(shù)字中繼接口信令技術用戶信令、局間信令控制技術控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式、處理機間的通信方式、多處理機結(jié)構(gòu)3.3電信交換的基本技術543.3電信網(wǎng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

星型網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)網(wǎng)狀網(wǎng)樹形網(wǎng)總線型網(wǎng)復合型網(wǎng)553.4通信網(wǎng)的技術發(fā)展通信技術數(shù)字化通信業(yè)務綜合通信網(wǎng)絡寬帶化通信服務個人化網(wǎng)絡管理智能化網(wǎng)絡互通融合化56四、各種交換方式電路交換報文交換分組交換幀中繼ATM交換IP交換光交換57CTM-CircuitTransferModePTM-PacketTransferModeATM-AsynchronousTransferModeIP交換多速率電路交換快速電路交換ATM交換幀中繼報文交換電路交換分組交換光交換PTMCTM58電話通信過程中繼線4.1電路交換(CircuitSwitching)用戶A用戶B交換機尋找被叫摘機，應答摘機，撥號交換機A交換機B59交換節(jié)點A交換節(jié)點B交換節(jié)點C建立傳送釋放電路交換的基本過程60同步時分復用信號的最小交換單元為時隙。適于交換同步時分復用的信號要在通信的用戶間建立專用的物理連接通路。（固定分配帶寬）對傳送的信息無差錯控制措施。對通信信息不作處理(信令除外)，而是原封不動地傳送，用作低速數(shù)據(jù)傳送時不進行速率、碼型的變換。用基于呼叫損失制的方法來處理業(yè)務流量，過負荷時呼損率增加，但不影響已建立的呼叫。電路交換的特點實質(zhì)：通信雙方間存在一條電路——電路交換快速電路交換有信息傳送時快速建立通道，沒有信息傳送時立即釋放通道線路利用率高帶寬為基本速率的整數(shù)倍系統(tǒng)必須能在非常短的時間內(nèi)建立和拆除連接，交換機的信令處理能力要求極高采用‘存儲—轉(zhuǎn)發(fā)’，以報文為單位進行交換無呼損，不需要叫通對方就可發(fā)送報文有多個報文送往同一地點時，要排隊按順序發(fā)送。報文傳送中有檢錯和糾錯措施提高了線路的利用率交換機需有大的存儲容量不適用于即時交互式數(shù)據(jù)通信報文交換方式原理公用電信網(wǎng)的電報自動交換是報文交換的典型應用4.2報文交換（MessageSwitching）63

采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式的分組交換與報文交換的不同在于：分組交換將用戶要傳送的信息分割為若干個分組（packet），每個分組中有一個分組頭，含有可供選路的信息和其他控制信息。4.3分組交換（PS：PacketSwitching）64

報文交換的時延分組交換的時延分組交換和報文交換比較65虛電路(VC：VirtualCircuit)方式數(shù)據(jù)報(DG：Datagram)方式

分組交換的兩種方式66

所謂虛電路方式，就是在用戶數(shù)據(jù)傳送前先要通過發(fā)送呼叫請求分組建立端到端之間的虛電路；一旦虛電路建立后，屬于同一呼叫的數(shù)據(jù)分組均沿著這一虛電路傳送，最后通過呼叫清除分組來拆除虛電路。它不同于電路交換中的物理連接，而是邏輯連接。交換虛電路(SVC：SwitchedVirtualCircuit)

用戶通過發(fā)送呼叫請求分組來建立虛電路的方式。永久虛電路(PVC：PermanentVirtualCircuit)

應用戶預約，由網(wǎng)絡運營者為之建立固定的虛電路，而不需在呼叫時臨時建立虛電路，可直接進入數(shù)據(jù)傳送階段的方式。虛電路67

數(shù)據(jù)報不需要預先建立邏輯連接，而是按照每個分組頭中的目的地址對各個分組獨立進行選路。

數(shù)據(jù)報68DG方式的每個分組頭中要包含詳細的目的地址VC方式由于預先已建立邏輯連接，分組頭中只要含有對應于所建立的VC的邏輯信道標識虛電路與數(shù)據(jù)報的比較——分組頭69VC方式預先有建立過程，但一旦虛電路建立，在端到端之間所選定的路由上的各個交換節(jié)點都具有映象表，存放出入邏輯信道的對應關系，每個分組到來時只要查找映象表，而不需要進行復雜的選路。DG方式則不需要有建立過程，但對每個分組都要獨立地進行選路。虛電路與數(shù)據(jù)報的比較——選路70VC方式中，屬于同一呼叫的各個分組在同一條虛電路上傳送，分組會按原有順序到達終點，不會產(chǎn)生失序現(xiàn)象。DG方式中，各個分組由于是獨立選路，可以從不同的路由轉(zhuǎn)送，會引起失序。虛電路與數(shù)據(jù)報的比較—分組順序71VC方式對故障較為敏感，當傳輸鏈路或交換節(jié)點發(fā)生故障時可能引起虛電路的中斷，需要重新建立。（有些分組網(wǎng)具有再連接功能，出現(xiàn)故障時可自動建立新的虛電路，并做到不丟失用戶數(shù)據(jù)）DG方式中各個分組可選擇不同路由，對故障的防衛(wèi)能力較強，從而可靠性較高。虛電路與數(shù)據(jù)報的比較—故障敏感性72VC方式適用于較連續(xù)的數(shù)據(jù)流傳送，其持續(xù)時間應顯著地大于呼叫建立的時間，如文件傳送、傳真業(yè)務等。DG方式則適用于面向事務的詢向／響應型數(shù)據(jù)業(yè)務。虛電路與數(shù)據(jù)報的比較——應用分組交換特點

‘分組’實時性比報文交換高線路統(tǒng)計復用，通信線路的利用率高可靠性高，分段進行差錯校驗，網(wǎng)絡故障時可自動重選路由非透明傳輸，交換節(jié)點要對分組進行處理無呼損，但有可變的呼叫延遲適于交換統(tǒng)計時分復用的信號，最小交換單元為分組74

分組交換基于X.25協(xié)議，該協(xié)議包含了3層，第一層物理層，第二層數(shù)據(jù)鏈路層，第三層分組層，對應于OSI模型的下三層。

分組交換協(xié)議物理層X.25分組層LAPB123物理層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層75

分組交換協(xié)議X.75X.2576中國公用數(shù)據(jù)網(wǎng)

近年來，中國的公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)建設速度很快。電信部門建立了中國公用分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)(ChinaPAC),中國公用數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)(ChinaDDN),中國公用幀中繼網(wǎng)(ChinaFRN)等數(shù)字通信網(wǎng)絡，形成了我國的公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。目前，經(jīng)國家批準的可直接與INTERNET互聯(lián)的網(wǎng)絡(稱為互聯(lián)網(wǎng)絡)有四個：CSTNET，CHINANET，CERNET.及GBNET。他們的建成時間，運行管理單位及業(yè)務性質(zhì)如:網(wǎng)絡名稱運行管理單位國際聯(lián)網(wǎng)完成時間業(yè)務性質(zhì)

CSTNET中國科學院1994.4科技CHINANET郵電部1995.5商業(yè)

CERNET國家教委1995.11教育GBNET電子部1996.9商業(yè)77RMAMRMRMRMAMAMAMAMAMAMCHINAPAC網(wǎng)絡模型AM78銀行提款機CHINAPAC銀行主機ATM1ATM2POS1ATMnPOS2POSn銀行提款機與CHINAPAC的鏈接79CHINAPAC本地服務器PCPC路由器本地服務器PCPC路由器局域網(wǎng)互連使用CHINAPAC實現(xiàn)網(wǎng)絡互連80接入Internet本地服務器PCPC路由器CHINAPACInternet使用CHINAPAC接入Internet81數(shù)據(jù)傳送階段協(xié)議大為簡化分組交換：X.25協(xié)議-OSI的1、2、3層信息傳送單位：分組幀中繼：協(xié)議-OSI的1、2（核心功能）層信息傳送單位：幀4.4幀中繼（FrameRelay）82X.25和幀中繼處理流程比較83CHINAFRN本地服務器PCPC路由器本地服務器PCPC路由器PSPDNPSPDN幀中繼的應用84

面向連接的電路交換和無連接的分組交換的主要區(qū)別體現(xiàn)在以下幾個方面：在交換形式上在通路建立和網(wǎng)絡資源分配上在差錯控制上在業(yè)務流量控制上呼叫損失制、呼叫延遲制CTM與PTM的比較85在對信息的損傷方面電路交換具有較好的時間透明性分組交換具有較好的語義透明性在支持多種業(yè)務方面分組交換有更大的靈活性，可實現(xiàn)多速率交換，并允許多種業(yè)務共享網(wǎng)絡資源。在交換速率方面電路交換可達到高速率的交換；而分組交換的交換速率受到了限制。在設備的復雜性方面分組交換需要一套復雜的隊列管理機制，而電路交換則需要復雜路由選擇算法。

CTM與PTM的比較86固定長度的信元信元(cel