现代交换技术 电子与通信类 教学课件 ppt 作者 尤克 主编 第01章现代交换技术概述

第一章 现代交换技术概述,交换技术,电信网络实现的关键是交换技术，它是支撑电话、移动电话和Internet技术发展的基础设施 交换技术主要有电路交换、报文交换、分组交换和ATM异步传送模式 电路交换是最早也是最成熟的交换技术 随着计算机网络的发展，分组交换技术得到了广泛应用。,1.1我国通信规模居世界第一,我国电话经过100多年的发展，现已建成世界规模最大、技术最先进的现代化网络 2005年5月的统计数字： 中国互联网上网人数已达9880万； 固定电话和移动电话用户总数已达6. 74亿户，普及率分别达到24.9%和25.9%。其中，固话用户数突破3亿 对于中国电信来说，无论是网络规模和技术，还是客户资源都居于世界前列,1.2电话交换的基本原理,电话交换机的基本功能是交换,交换机实现所有电话的连接和中转业务，需要时将用户接至另一用户,1.2电话交换的基本原理,电话交换机的基本功能是交换 电话通信的基本目标是在任何时刻、使任何两个地点的人们之间进行通话,1.2电话交换的基本原理,电话交换机的基本功能是交换 电话通信必需具备三个基本要素： 发送和接收话音的终端设备电话机； 远距离传输语音信号的传输设备包括最简单的金属线对，载波设备、微波设备、光缆和卫星设备等； 对话音信号进行交换接续的交换设备各种类型的电话交换机。,电话交换机在整个电话通信网中起着枢纽的作用,1.3电话交换机的基本任务与结构,1.3.1 电话交换机的基本任务,一般地说电话交换机有4种基本呼叫任务，根据进出交换机的呼叫流向及发起呼叫的起源，可以将呼叫分为：本局呼叫、出局呼叫、入局呼叫和转移呼叫,1.3.2电话交换机的基本结构,电话交换机的基本结构由两大部分构成：话路系统和控制系统,话路系统包括所有的提供电话接续任务的终端和交换设备。话路系统的核心部分是“交换网络”，,控制系统控制话路系统在需要的时候接通，提供语音信号的通路,1.3.3程控交换机的基本概念,程控数字交换机（PABX）实质上是一部由计算机软件控制的数字通信交换机，按用途可分为市话、长话和用户交换机 在硬件上采用全模块化结构，提供高集成度、高可靠性、高功能、低成本的硬件的产品 软件上采用高级语言，具有多种为数据交换和连接而设计的系统软件，功能强大,程控交换机结构框图,程控交换机实质上是数字电子计算机控制的电话交换机,1.4交换技术的四个发展阶段,交换技术不但运用在传统的话音业务上，在数字业务、多媒体业务上应用更为广泛。 交换技术可以概括为四个发展阶段： 电路交换技术 报文交换技术 分组交换技术 ATM技术,主要的交换方式,1.5 现代交换技术简介,电路交换技术 报文交换技术 分组交换技术 异步传输模式技术 光交换技术,多层交换技术 综合交换机技术 IP电话技术 软交换技术,1.6 交换技术的发展趋势,采用单一网络结构实现数字、语音、图像、音频和视频等信息的宽带高速传送与交换，实现电话通信网、高速数据网和有线电视网的“三网合一”是通信网络发展的趋势。,交换技术的发展趋势,超强处理能力和超大容量的现代网络交换机 网络的优化，即通信网络由五级网络向三级网络直至无级网络过渡，逐步形成本地网络分区双汇接和端局双归属的典型结构，大容量少局所，要求网络节点的处理能力十分强大。,交换技术的发展趋势,开放式交换网络平台 随着通信市场的迅速开放，未来的通信网络将是多家企业协作的一个整体，各家都希望能为自己提供一个理想的平台。此平台节点与网络中其他节点要有良好的兼容性，也就是网络接口(NNI)的开放性与协议的标准化。,交换技术的发展趋势,大线束动态集线比 固定集线比方式或者靠人工配置方式已很难适应业务发展的需求，接入网的逐步推广迫使交换平台无法再用传统的线群分割方式（用户、中继分群配置）,交换技术的发展趋势,话务处理能力要求愈来愈高 以带有基础站控制器的小容量移动交换平台为单位(500015000用户)，通过现有传输网络连接各小容量交换平台至一个移动交换汇接平台(2040万用户)，将多个或多级汇接平台互连构成一个广域的移动交换网络，采用这种网状互连方式构成局部的大容量平台，充分满足容量和投资的平滑增长需求。,1.7 我国交换技术的发展,我国从二十世纪九十年代初，通信技术开始转向数字化、宽带化，新标准不断出现。 通信技术在 TDMA和CDMA方面分别选择从微蜂窝接入系统和窄带系统切入，在窄带 CDMA方面利用自行设计的器件，研制成功了基站系统和移动台及移动通信交换机。 由我国提出的 TD-SCDMA方案被选作国际第三代移动通信无线传输技术主流标准之一（ITUR建议 M1457），争得与源于欧、美标准的并列地位 。,1.5.1电路交换,电路交换（CS:Circuit Switching）是最早出现的一种交换方式，公众电话网（PSTN网）和移动网（包括GSM网和CDMA网）采用的都是电路交换技术。,电路交换技术,电路交换是一种实时交换的技术： 在双方通信前需要建立专用的物理链接通路，一方发起呼叫，独占一条物理线路。 当交换机完成接续，对方收到发起端的信号，双方即可进行通信。,电路交换技术,在整个通信过程中双方一直占用该电路。 如果没有空闲的链接通路，通信就不能进行，待通信结束后，还需要根据信令将这条通路拆除。 电路交换所分配的带宽是固定的，在连接建立后，即使无信息传送也要占用信道带宽，所以电路利用率比较低。,电路交换技术特点,优点：实时性好，时延小，交换设备成本较低。十分适用于电话交换。 缺点：电路接续时间长、通信效率低、不同类型终端用户之间不能通信等。,电路交换的应用,电路交换技术主要适用于传送和话音相关的业务。,1.5.2 报文交换,通常把在交换机中提供时延以达到交换目的的方法称为“报文交换方式”。,报文交换技术,用户间信息的交换是通过发送一系列互相独立的消息而进行的,报文交换技术,用户间信息的交换是通过发送一系列互相独立的消息而进行的 用户要传送的消息被作为一个整体由某结点转发到另外节点。 这种消息在特定节点进行排队，逐个链路传送通过网络。 网络中利用小型计算机对信息进行缓存，并向终点方向寻找接到下个节点的路由。,报文交换过程,报文交换过程的第一步是将信息传送到交换中心予以存储，如果通向下一个交换中心的有关设备可以占用的话，则信息传送并存储到该中心。 沿途的每个结点把信息存到磁盘中。 如果所要选用的通路示忙，则在该结点信息需要排队、等待，因而要引起延时。 这种存储、转发过程不断地进行，直到信息到达终点为止。,报文交换过程,由于报文交换是为传送单向信息而设计的，不适于人或计算机间实时对话，但中继线利用率高，即只在传送该信息期间占用通路，其它时间可作它用。 将用户的报文存储在交换机的存储器中。当所需要的输出电路空闲时，再将该报文发向接收交换机或终端，它以“存储转发”方式在网内传输数据。,报文交换的特点,优点： 能够在高峰期间存储信息，等到线路空闲时转发出去，在信息高峰时有灵活的适应能力。 不要求主叫和被叫用户同时工作 。 中继线利用率高。 采用“存储转发”方式，可实现不同速率、不同规程、不同代码终端间的互通。,报文交换的特点,缺点： 当进行一个较长的报文传送时，会影响其后的多个短报文信息的发送 。 网络传输时延大并且要占用大量内存与外存空间，对于要求网络传输时延较短的数据通信系统不适应。,报文交换的应用,报文交换适用于传输的报文较短、实时性要求较低的网络用户之间的通信，如公用电报网。,1.5.3分组交换技术,分组交换与存储转发式的报文交换不同，需要将用户要传送的信息分割成若干个组（packet），并为其附上分组头，分组头中含有地址或其它控制信息。,分组交换的分类,数据报（Datagram）：每个分组独立地选择路由，不需要预先建立逻辑链接，所以连续的分组可能会经过不同的链路进行传送。 虚电路（VC:Virtual Circuit）：需要在数据传输前的呼叫建立阶段，选择一条固定的虚电路（VC），一旦VC建立，属于这一呼叫数据分组均沿着这条虚电路进行传送，最后清除分组并将虚电路拆除。,虚电路只是逻辑链接，并不独立占用线路,分组交换技术,分组交换在线路上采用动态复用技术传送按一定长度分割为许多小段的数据分组。 每个分组标识后，在一条物理线路上采用动态复用的技术，同时传送多个数据分组。 把来自用户发端的数据暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发。 到达接收端，再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。,分组交换技术,分组交换不是按信源到终端的整个路径分配带宽，而是逐段链路进行带宽的动态配置。 信息不是在网络中连续传送，而是将信息分成许多有限长度的信息包，每个信息包中加入附加位作地址和管理用。 各信息包分别进行处理，在任意给定瞬间各自寻找最佳可用路由传送出去。并在不同的宽带链路交接处，对每个信息包进行差错校验。 在终点处，由另一分组交换机将拆开的各信息包重新装配成完整的消息，,分组交换技术,分组交换的特点,基本特点是面向无连接而采用存储转发的方式，将需要传送的数据按照一定的长度分割成许多小段数据，并在数据之前增加相应的用于对数据进行选路和校验等功能的头部字段，作为数据传送的基本单元即分组。 分组交换与报文交换的主要区别在于网络的工作速度,分组交换的优点,多用户可同时共享传输设备。 能自适应地为各个“信息包”选择路由。 可以重新分配资源，使网络具有克服暂时阻塞或链路交换机故障的能力。,分组交换的应用,分组交换综合了电路交换与报文交换在速度和效率方面的优点，特别适合计算机系统之间的信息交换。 分组交换将成为语音网络的选择。 从传统的电路交换网到分组交换网将是一个长期的渐进过程，采用具有开放式体系架构和标准接口，实现呼叫控制与媒体层和业务层分离的软交换将是完成这一平滑过渡任务的关键。,1.5.4 ATM异步传输模式,ATM异步传输模式(Asychronous Transfer Mode) ，是指“以信元为信息的传输、复用和交换的基本单位的转送方式“。 ATM的主要思想是：尽量把交换的处理负担从交换机转移到通信的两端，以最大限度地减小交换机的处理时间，并给用户和网络操作者以最大的灵活性。,ATM技术,ATM以“信元”为单位进行数字信息的交换与传输。 “信元”具有固定长度，由5个字节的信头和48个字节的信息域，共53个字节组成的。 无论传送何种信息，都以面向连接的方式在一条虚电路上传送。 ATM的信息传送是异步的，信元在时间上没有固定的位置。,ATM技术,ATM以“信元”为单位进行数字信息的交换与传输。 ATM可根据用户信息的有无来分割信元，适应于任何速率的通信，可高速率地传输突发业务。 ATM技术能根据需要动态地分配有效容量，利用单一结构交换所有业务。,ATM的特点,ATM交换是综合了电路交换和分组交换的优点，具有不依赖于业务、动态分配带宽、统计复用、信元固定、交换速率高等特点，是目前一种先进的交换技术。 用有“标志的电路”代替“定位置的电路”，因而能灵活地分配带宽； 取消了复杂的差错控制和流量控制，使传输时延大大降低。,ATM的应用,ATM技术可同时向用户提供统一的服务，包括话音业务、数据业务和图像信息，非常适合传送高速数据业务。是目前已知的一种最适合于宽带综合业务数字网（B-ISDN）的交换方式。 从技术角度来讲，ATM几乎无懈可击，但ATM技术的复杂性导致了ATM交换机造价极为昂贵，并且在ATM技术上没有推出新的业务来驱动ATM市场，从而制约了ATM技术的发展。 目前ATM交换机主要用在骨干网络中。,1.5.5 光交换技术,光交换技术是一种光纤通信技术，它是指不经过任何光电转换，在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端。 光分组交换系统所涉及的关键技术主要包括： 光分组交换技术； 光突发交换技术； 光标记分组交换技术； 光子时隙路由技术等。,能确保用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术,1.5.6多层交换技术,国际标准化组织（ISO）提