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现代交换原理
北京邮电大学计算机科学与技术学院
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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-ISDN
? ATM交换技术与 B-ISDN
? IP交换技术与下一代网络( NGN)
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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
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一、交换概论
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1,电信交换的基本概念
2,各种交换方式
3,电信交换系统的基本结构
本章主要内容
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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。
1、电信交换的基本概念
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点对点通信举例
话音
数据
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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。
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)
无交换的多个终端的通信
(终端 =5、线对数 =10)
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用户间通过交换设备连接
用户环线
交换设备
引入交换的终端间的通信
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多个交换节点组成的通信网
引入交换的终端间的通信
中继线
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所谓电信交换,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
的终端之间传送通信信息。
电信交换的概念
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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
交换节点的基本功能
? 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
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交换节点接续类型图示
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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 端局
汇接局
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2、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
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CTM-Circuit Transfer Mode
PTM-Packet Transfer Mode
ATM-Asynchronous Transfer Mode
各种交换方式
IP交换













ATM

















光交换
PTMCTM
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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
电路交换 (Circuit Switching)
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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
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公用电信网的电报自动交换是报文交换的典型应用,
有的专用数据网也采用报文交换方式。
报文交换 ( Message Switching)
基本的报文交换动作是存储报文、分析报文中的收
报人地址和报文转发。
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
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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。
分组交换 ( PS,Packet Switching)
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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
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虚电路 (VC,Virtual Circuit)方式
数据报 (DG,Datagram)方式
分组交换的两种方式
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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,Switched Virtual Circuit)
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,Permanent Virtual Circuit)
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
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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
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DG方式的每个分组头中要包含详细的目的地

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
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VC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
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VC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
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VC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
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VC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
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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
LAPB
1
2
3
物理层
网络层
数据链路层
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分组交换协议
X.75
X.25
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RM
RM
RM
RM
CHINAPAC网络模型
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银行提款机
CHINAPAC
银行主机ATM1
ATM2
POS1
ATMn
POS2
POSn
银行提款机与 CHINAPAC的链接
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CHINAPAC
本地
服务器PC PC
路由器
本地
服务器PC PC
路由器
局域网互连
使用 CHINAPAC实现网络互连
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接入 Internet
本地
服务器PC PC
路由器 CHINAPA
C
Internet
使用 CHINAPAC接入 Internet
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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
帧中继( Frame Relay)
37X.25和帧中继处理流程比较
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CHINAFRN
本地
服务器PC PC
路由器
本地
服务器PC PC
路由器
PSPDN
PSPDN
帧中继的应用
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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
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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
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固定长度的信元
信元 (cell)只有 53个字节 (byte),其中开头 5个字节
称为信头 (cell header),其余 48个字节为信息域,或称
为净荷 (pay load)。
? 采用很短的信元可以减少交换节点内部的缓冲器容
量以及排队时延和时延抖动。
? 信元的长度固定,则有利于简化交换控制和缓冲器
管理 。
ATM交换 -异步传送模式
42
43
信头简化
ATM信元的信头功能有限,主要是虚连接的标识,
还有优先级标志、信头的差错检验等。
面向连接
ATM采用面向连接的方式。即用户信息传送前,先
要有连接建立过程,在信息传送结束后,要拆除连接。它
不是物理连接,而是一种虚连接 (VC,Virtual
Connection)。
ATM交换
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异步时分交换
同步时分(时间位置、物理信道)
(STD,Synchronous Time Division)
异步时分(标记、物理信道)
(ATD,Asynchronous Time Division)
ATM交换
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ATM技术是以分组传送模式为基础并融合了
电路传送模式高速化的优点发展而成的。 ATM克
服了 STM不能适应任意速率业务,难以导入未知
新业务的缺点;简化了分组通信中的协议,并由
硬件对简化的协议进行处理,交换节点不再对信
息进行流量控制和差错控制,从而极大地提高了
网络的传输处理能力。
ATM交换
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IP over ATM有两种模式:
叠加模型,CIP,LANE,MPOA
集成模型,IP交换,Tag交换,MPLS
IP交换
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光 电
光 电
光 电 光 电电 光
光 电电 光















光交换
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3、电信交换系统的基本结构




控制系统
接口 接口
接口接口


线


线
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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
电信交换的基本技术
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交换设备
终端设备
传输设备
4、现代通信网技术综述
通信网的组成
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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 1
SNn
业务网 n……
业务网
CP
E/
CP
N



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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
业务网的种类( 1)
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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
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电信网的支撑网
No.7信令网
数字同步网
电信管理网( TMN)
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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
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小结 ——电信交换概论
1、在通信网中为什么要引入交换的概念?
2、目前交换技术主要有那几种,分别属于那种传送模
式?
3,B-ISDN为什么采用 ATM技术作为其传输、复用和交换
的核心技术?
4、电信交换系统的基本结构是怎样的?其主要技术有
哪些?
5、基本概念:面向连接方式、无连接方式
同步时分交换、异步时分交换