1、现代交换原理与技术第1章 现代交换原理与技术目录目录 第第1章章 交换技术概论交换技术概论 第第2章章 电话通信网电话通信网 第第3章章 数字程控交换技术数字程控交换技术 第第4章章 信令系统信令系统 第第5章章 移动交换技术移动交换技术 第第6章章 数据交换技术数据交换技术 第第7章章 NGN与软交换技术与软交换技术 第第8章章 光交换技术光交换技术第1章 交换技术概论1.1 交换的基本概念交换的基本概念1.2 电话机的基本组成及工作原理电话机的基本组成及工作原理1.3 电话交换机的类型及发展电话交换机的类型及发展1.4 主要的交换方式主要的交换方式1.1 交换的基本概念 通信通信 从从发送
2、发送方方 向向 接收方接收方 传递传递消息消息，目的目的 获取获取信息信息。电信电信系统中，信息是以系统中，信息是以电信号电信号的形式承载的的形式承载的。一一个电信系统至少应由终端和传输媒介组成，如个电信系统至少应由终端和传输媒介组成，如图图1.1所示所示。终端终端将含有信息的消息，如话音、图片、视频等将含有信息的消息，如话音、图片、视频等转换成可在传输介质里传输的电信号，同时将来转换成可在传输介质里传输的电信号，同时将来自传输媒介的电信号还原成原始消息；传输媒介自传输媒介的电信号还原成原始消息；传输媒介则把电信号从一个地方传送到另一个地方，这种则把电信号从一个地方传送到另一个地方，这种仅涉及
3、两个终端的仅涉及两个终端的通信通信方式称为点对点通信方式称为点对点通信。多个终端时 当存在多个终端，且希望它们中的任何两个用当存在多个终端，且希望它们中的任何两个用户都可以进行点对点的通信时，最直接的方法户都可以进行点对点的通信时，最直接的方法是把所有终端两两相连，如图是把所有终端两两相连，如图1.2所示。这样所示。这样的一种连接方式称为全互连式，但这种方式存的一种连接方式称为全互连式，但这种方式存在以下问题：在以下问题：1.当存在当存在N个终端时需要线对数为个终端时需要线对数为N(N-1)/2，线对数量，线对数量随终端数的平方增加。随终端数的平方增加。2.当这些终端分别位于相距很远的两地时，
4、两地间需当这些终端分别位于相距很远的两地时，两地间需要大量的长途线路。要大量的长途线路。3.每个终端都有每个终端都有N-1对线与其它终端相接，因而每个终对线与其它终端相接，因而每个终端需要端需要N-1个线路接口。个线路接口。4.增加第增加第N+1个终端时，必须增设个终端时，必须增设N对对线路线路。当用户数量增多时，为了解决这些问题，可以在用户分布密集的中心安装一个设备，把每个用户的电话机或其他终端设备都连接在这个设备上 交换（交换（switching），即接续，就是在通信的源和），即接续，就是在通信的源和目的之间建立通信信道，实现信息传送的过程。目的之间建立通信信道，实现信息传送的过程。是不是
5、中国所有是不是中国所有的电话用户都连的电话用户都连接在一个交换机接在一个交换机上？在中国难道上？在中国难道只有一个交换机只有一个交换机存在吗存在吗通信网中涉及到了以下几个基本概念（1）市话）市话交换机交换机（2）汇接）汇接交换机交换机（3）中继线中继线（4）用户）用户线线1.1.2 交换机完成的四种接续类型（1）本局接续）本局接续：本局用户线之间的接续，通信的主被叫都在同一个局。（2）出局接续）出局接续：主叫用户线与出中继线之间建立的接续，通信的主叫在本交换局，而被叫在另一个交换局.（3）入局接续）入局接续：在入中继线与被叫用户之间建立的接续，通信的被叫在本交换局，而主叫在另一个交换局。（4）
6、转接接续）转接接续：在入中继与出中继之间建立的接续，通信的主、被叫都不在本交换局。1.2 电话机的基本组成及工作原理 1.通话设备：通话设备：分为送话器和受话器，即话筒话筒和听筒听筒，主要完成声电转换。2.信号设备：信号设备：分为发信设备和受信设备。发信设备一般采用双音多频（Dual Tone Multi Frequency）方式，它用高、低两用高、低两个不同的频率来代表一个拨号数字个不同的频率来代表一个拨号数字，DTMF的号码表示方法如表1.1所示。受信设备完成信号的接收，现在一般采用电子振铃器，振铃电流是9015V，253Hz。3.叉簧：叉簧：完成外线与振铃电路与通话电路外线与振铃电路与通
7、话电路的转换，国标规定叉簧寿命为20万次以上。1.3电话交换机的类型及发展 任意任意两个用户需要通话时，就可以由两个用户需要通话时，就可以由交换机把它们之间连通，在通话完毕时，交换机把它们之间连通，在通话完毕时，交换机再把其间的连线拆掉。交换机再把其间的连线拆掉。将需要通话将需要通话的电话用户连接起来，并的电话用户连接起来，并在在电话结束电话结束时时及及时拆断连线的设备称之为电话交换机。电时拆断连线的设备称之为电话交换机。电话交换机实现话交换机实现“电话交换电话交换”的功能的功能。电话交换机的发展人工交人工交换阶段换阶段机电式机电式自动交自动交换阶段换阶段电子式电子式自动交自动交换阶段换阶段软
8、交换软交换阶段阶段人工交换机阶段 磁石式磁石式交换机交换机 磁石式交换机和它的用户电话机中都装有磁石式发电机，磁石式交换机和它的用户电话机中都装有磁石式发电机，所以叫做所以叫做“磁石式磁石式”共电式人工交换机共电式人工交换机 它取消了用户电话机里的电源（指电池和手摇发电机），由电话局统一供电，所以叫做“共电式”。人工交换机的缺点是接续速度慢，工作量大、易出差错，迫使人们寻求自动接续方式。机电式自动交换机阶段 1.步进制交换步进制交换机机 靠电话用户拨号脉冲直接控制交换机的接线器一步一步动作的。用户拨号每产生一个电脉冲，自动交换机的接线器就动作一步。2.纵横制纵横制交换机交换机 纵横交换机的交换
9、网络由纵横接线器组成，纵横接线器由纵线（入线）和横线(出线)组成。电子式自动交换机阶段电子式自动交换机阶段/程控交换机程控交换机 程控程控交换机交换机，是计算机按预先编制的程序控制，是计算机按预先编制的程序控制接续的自动交换机，全称存储程序控制交换机接续的自动交换机，全称存储程序控制交换机。1.空分空分程控交换机程控交换机 1965年，年，美国美国贝尔贝尔实验室实验室的的第一部第一部存储程序控制存储程序控制的空分交换机问世。的空分交换机问世。空空分分就是用户在打电话时要占用就是用户在打电话时要占用一对线路，也就是要占用一个空间位置，一直到打完一对线路，也就是要占用一个空间位置，一直到打完电话为
10、止。过去机电式的交换机都是空分方式的电话为止。过去机电式的交换机都是空分方式的。2.时分数字时分数字程控交换机程控交换机 标志标志着交换技术从传统的模拟交换进入数字交换着交换技术从传统的模拟交换进入数字交换时代时代 数字程控交换机的特点是将程控、时分、数字技术数字程控交换机的特点是将程控、时分、数字技术融合在一起，由于程控优于布控，时分优于空分，融合在一起，由于程控优于布控，时分优于空分，数字优于模拟，所以数字程控交换机相对于以前的数字优于模拟，所以数字程控交换机相对于以前的其它制式交换机有以下许多优点：其它制式交换机有以下许多优点：体积小，耗电省；体积小，耗电省；通话质量高；通话质量高；便于
11、保密；便于保密；方便提供多种新业务；方便提供多种新业务；维护方便，可靠性高；维护方便，可靠性高；灵活性好，适应性强；灵活性好，适应性强；可以采用公共信令。可以采用公共信令。1.3.4 软交换技术 在在传统的交换网络中，当需要增加新业传统的交换网络中，当需要增加新业务时，需要对网络中相关的交换机和其信务时，需要对网络中相关的交换机和其信令系统进行改造，业务提供周期长且成本令系统进行改造，业务提供周期长且成本高。而软交换技术提供了一种高。而软交换技术提供了一种全开放的体全开放的体系架构系架构，它将，它将业务层与呼叫控制分离业务层与呼叫控制分离，更，更利于提供利于提供各种新业务各种新业务。1.4 主
12、要的交换方式 所谓交换方式交换方式是指交换节点为完成其交完成其交换功能换功能所采用的互通技术。现代通信网中常用的交换方式从交换的思想和根本方式上来区分，可分为电路交换和分组交换方式1.4.1 电路交换 所谓所谓电路电路，可以是一对铜线、一个频段，可以是一对铜线、一个频段，或者是时分复用电路上一个时隙，它是承或者是时分复用电路上一个时隙，它是承载用户信息的物理层载用户信息的物理层媒质媒质。电路交换就是。电路交换就是在通信的两个终端之间建立一条专用传输在通信的两个终端之间建立一条专用传输通道，完成通信双方信息交换的方式通道，完成通信双方信息交换的方式。以电路为单位。以电路为单位。电路交换电路交换是
13、最早出现的一种交换方式，是最早出现的一种交换方式，它是针对最早的语音通信来设计的。语音它是针对最早的语音通信来设计的。语音通信的特点是通信的特点是对差错率要求不高对差错率要求不高（因为人（因为人对语音的误差有一定的容错能力），但是对语音的误差有一定的容错能力），但是对对实时性要求较高实时性要求较高，否则一句话需要很长，否则一句话需要很长时间才传到对方，用户的通话体验就会很时间才传到对方，用户的通话体验就会很差。差。针对语音通信的这个基本要求，电路交换采用针对语音通信的这个基本要求，电路交换采用面面向连接的、独占电路向连接的、独占电路的方式来满足实时性的要求。的方式来满足实时性的要求。电路交换主
14、要包括电路交换主要包括建立连接、通信和释放连接建立连接、通信和释放连接三三个过程，建立连接阶段是根据用户所拨的电话号个过程，建立连接阶段是根据用户所拨的电话号码，由交换机负责连接一条电路，在通话阶段该码，由交换机负责连接一条电路，在通话阶段该电路由该用户独占，即使他们不讲话，不传输信电路由该用户独占，即使他们不讲话，不传输信息，该电路也不能分配给其他用户使用，其示意息，该电路也不能分配给其他用户使用，其示意图如图图如图1.10所示所示。电路交换电路交换主要优点主要优点（1）信息传输）信息传输延迟延迟时间小（对于一次连接来说，时间小（对于一次连接来说，传输延迟是传输延迟是固定固定不变的）。不变的
15、）。（2）交换机对用户的数据信息不进行存储、分析）交换机对用户的数据信息不进行存储、分析和处理，交换机在处理方面的和处理，交换机在处理方面的开销小开销小，对用户的，对用户的数据信息不需要附加许多用于控制的信息，传输数据信息不需要附加许多用于控制的信息，传输效率高。效率高。（3）信息的编码方法和信息格式不受限制，即可）信息的编码方法和信息格式不受限制，即可在用户间提供在用户间提供“透明透明”的传输。的传输。电路交换的 缺点（1）电路的接续）电路的接续时间较长时间较长。当传输较短信息时，建立。当传输较短信息时，建立电路和电路释放时间较长，传送不经济。电路和电路释放时间较长，传送不经济。（2）电路交
16、换为用户分配）电路交换为用户分配固定位置固定位置、恒定带宽的电路。、恒定带宽的电路。话路接通后，即使无信息传送，也要占用通信电路，话路接通后，即使无信息传送，也要占用通信电路，空闲照样付费，因此电路空闲照样付费，因此电路利用率低利用率低。（3）通信双方在信息传输、编码格式、同步方式、通信双方在信息传输、编码格式、同步方式、通信协议等方面要完全兼容，这就通信协议等方面要完全兼容，这就限制限制了各种不同速了各种不同速率、不同代码格式、不同通信协议的用户终端直接的率、不同代码格式、不同通信协议的用户终端直接的互通。互通。（4）有）有呼损呼损，即可能出现由于对方用户终端设备忙或，即可能出现由于对方用户
17、终端设备忙或交换网负载过重而呼叫不通。交换网负载过重而呼叫不通。（5）物理连接的任何部分发生）物理连接的任何部分发生故障故障都会引起通信的中都会引起通信的中断。断。1.4.2 分组交换 随着计算机的发展，数据通信的需求越来越大，但数随着计算机的发展，数据通信的需求越来越大，但数据与语音的传输要求不同，采用电路交换不能很好地据与语音的传输要求不同，采用电路交换不能很好地满足数据通信的要求。语音通信的特点是满足数据通信的要求。语音通信的特点是差错率要求不高，一般为，一般为10-6，但要求，但要求实时性强，要求在毫秒级。，要求在毫秒级。数据通信刚好相反，它对实时性要求不高，可以在分数据通信刚好相反，
18、它对实时性要求不高，可以在分钟甚至小时级，但对差错率要求极高，一般要求误码钟甚至小时级，但对差错率要求极高，一般要求误码率达到率达到10-9，同时还要进行差错控制，同时还要进行差错控制，保证数据保证数据的完的完全正确全正确。分组交换采用分组交换采用存储-转发的方式进行交换。在分组交的方式进行交换。在分组交换方式中，首先将需要传送的信息划分为一定长度的换方式中，首先将需要传送的信息划分为一定长度的分组，并以分组，并以分组为为单位进行传输和交换。在每个分组进行传输和交换。在每个分组中都有一个中都有一个分组头，含有可供选路的信息和其他控制，含有可供选路的信息和其他控制信息。信息。优点 灵活性强灵活性
19、强,各分组可通过各分组可通过不同路径不同路径传输。传输。转发转发延时小延时小适用于交互式通信。适用于交互式通信。某个分组出错可以仅某个分组出错可以仅重发重发出错的分组出错的分组效率高效率高。以以分组分组为单位，节省存储空间，降低费为单位，节省存储空间，降低费用。用。缺点 附加信息多附加信息多，影响了，影响了效率效率 需要分割报文和重组报文，增加了端站需要分割报文和重组报文，增加了端站点的点的负担负担虚电路方式 所谓所谓虚电路是指两个用户在进行通信之前要通虚电路是指两个用户在进行通信之前要通过网络建立逻辑上的连接。一次通信具有过网络建立逻辑上的连接。一次通信具有呼叫呼叫建立建立、数据传输数据传输
20、和和呼叫清除呼叫清除三个阶段。分组按三个阶段。分组按已建立的路径顺序通过网络，在预先建好的路已建立的路径顺序通过网络，在预先建好的路径上的每个节点都知道把这些分组引导到哪里径上的每个节点都知道把这些分组引导到哪里去，不再需要路由选择判定。这种方式分组的去，不再需要路由选择判定。这种方式分组的顺序容易保证，分组传输时延比数据报小，而顺序容易保证，分组传输时延比数据报小，而且不容易产生数据分组的丢失，它是一种面向且不容易产生数据分组的丢失，它是一种面向连接的交换方式。虚电路方式又分为永久虚电连接的交换方式。虚电路方式又分为永久虚电路和交换虚电路。路和交换虚电路。数据报方式 数据报数据报方式方式是独
21、立地传送每一个数据分组。每是独立地传送每一个数据分组。每一个数据分组都包含一个数据分组都包含终点地址的信息终点地址的信息，每一个，每一个节点都要为每一个分组独立地选择路由，因此，节点都要为每一个分组独立地选择路由，因此，一份报文包含的不同分组可能沿着不同的路径一份报文包含的不同分组可能沿着不同的路径到达终点。到达终点。数据报方式数据报方式在用户通信时不需要有呼叫建立和在用户通信时不需要有呼叫建立和释放阶段，对短报文传输效率比较高，对网络释放阶段，对短报文传输效率比较高，对网络故障的适应能力较强，但属于同一报文的多个故障的适应能力较强，但属于同一报文的多个分组独立选路，故不能保证分组按序到达，因
22、分组独立选路，故不能保证分组按序到达，因此目的站点需要按分组编号重新排序和组装。此目的站点需要按分组编号重新排序和组装。本 章 小 节 本章主要讲解了交换技术的基础和基本概念。从交换的基本概念开始 先解释在通信网络中为什么需要交换机，然后讲解了电话机的基本组成和工作原理，在此基础上讲解了电话交换机的发展历程，最后从技术角度讲述了目前的一些主要交换方式。习 题一、填空一、填空题题1电话通信网的三要素是 交换 、传输 和 终端 。2电话机的基本组成部分有 通话 、信号 、和 转换设备 。3第一台自动电话交换机是由 史端乔 发明的。4.目前在各种通信网中所采用的交换方式有 电路 和 分组 。在电话通
23、信网中一般采用的是电路方式，而在数据通信网中更多的是采用分组方式。5.分组交换网中在处理分组流时有两种方法，即 数据报交换 和虚电路。6.分组交换其特点是采用 （同步/统计）时分复用；带宽 固定/可变）、资源利用率 （高/低）；其缺点是传输时延 （大/小）。二、二、选择题选择题 1.人类用电来传递信息最早的是（）。A电话 B电报 C收音机 D电视 2.N个终端采用全互连方式组成的通信网，需要（）。AN（N-1）/2条线路 BN-1条线路 CN条线路 D2N条线路 3.在需要通信的用户之间建立连接，通信完成后拆除连接的设备是（）。A终端 B交换机 C计算机 D调制解调器 4.本局呼叫通常是指主、
24、被叫用户在（）。A.同一交换局 B.不同的交换局 C.通过转接的两个交换局 D.本地网内的两用户 5.在面向连接的网络中，每个分组的路由是在（）时确定的。A.建立电路连接 B.建立虚电路C.中继节点转发 D.形成分组 6.在分组交换网中，信息在从源节点发送到目的节点过程中，中间节点要对分组（）。A.直接发送 B.存储转发 C.检查差错 D.流量控制 7.下列关于虚电路交换不正确的是（）。A各分组按发出顺序到达目的站节点 B用户双方独占物理电路C永久虚电路没有虚电路呼叫建立阶段 D属于存储转发交换三、三、简答题简答题 1.什么叫用户线？什么叫中继线？2.电话交换机的四种基本接续功能是什么？3.分组交换与电路交换在交换思想上有什么本质的区别？二者各有哪些特点？
