交换原理与技术刘增基第1章v1.ppt

第第 1 章章 绪绪 论论本章教学大纲要求如下：本章教学大纲要求如下：1. 基本要求基本要求（（1）了解交换机在通信网中的地位和作用了解交换机在通信网中的地位和作用2）了解交换技术发展概况了解交换技术发展概况3）了解交换机的组成和各部分的功能了解交换机的组成和各部分的功能4）了解交换机的主要性能指标了解交换机的主要性能指标2. 重点、难点重点、难点重点：交换式通信网的优点，交换技术的分类与应用，交换重点：交换式通信网的优点，交换技术的分类与应用，交换 机的组成和性能指标机的组成和性能指标难点：电路交换与分组交换的具体应用，交换机的组成和各难点：电路交换与分组交换的具体应用，交换机的组成和各 部分的功能部分的功能3. 说明说明 绪论部分的内容以了解为主，应为后续内容做准备绪论部分的内容以了解为主，应为后续内容做准备12021/5/231通信系统的基本任务通信系统的基本任务：将信息从它的发源地传送到目的地将信息从它的发源地传送到目的地1.1 点对点通信与网络通信点对点通信与网络通信 本本节节从从简简单单的的点点对对点点通通信信入入手手，，引引入入“交交换换”的的概概念念，，进进而而给出现代通信网络的组网结构。

给出现代通信网络的组网结构2信道（或称电路）和通信终端信道（或称电路）和通信终端传输和信息转换传输和信息转换当当通通信信系系统统中中存存在在多多个个终终端端时时，，如如何何实实现现任任意意两两个终端之间的点对点通信？个终端之间的点对点通信？主要包括主要包括：：功能描述功能描述：：提出问题提出问题：：• • 最简单的通信系统是下图所示的点对点通信系统最简单的通信系统是下图所示的点对点通信系统终端信道终端2021/5/232 采采用用全全互互连连方方式式，，即即按按照照构构成成点点对对点点通通信信系系统统的的思思路路，，一一个个多多点点通通信信系系统统的的结结构构如如下下图图所示方法方法 1 采用全互连方式采用全互连方式 该该方方法法的的缺缺点点：：第第一一，，如如果果端端点点数数为为N，，则则共共需需N(N－－1)/2条条信信道道；；而而且且每每个个终终端端需需要要有有(N－－1)个个接接口口当当N很很大大时时，，这这种种结结构构所所需需的的信信道道数数将将按按N的的平平方方律律增增加加，，其其复复杂杂度度是是不不能能接接受受的的第第二二，，全全互互连连结结构构的的信信道道利利用率较低。

用率较低 如如何何克克服服全全互互连连方方式式存存在的问题或缺点？在的问题或缺点？32021/5/233 采采用用如如下下图图所所示示的的星星形形网网络络结结构构每每个个终终端端通通过过一一条条信信道道连连接接到到中中心心结结点点，，在在那那里里设设有有交交换换机机通通过过交换中心的转接作用，将需要通信的终端连接起来交换中心的转接作用，将需要通信的终端连接起来方法方法 2 采用交换机采用交换机• 三类网络元素：用户终端、交换机和用户环路三类网络元素：用户终端、交换机和用户环路• 与全互连相比较与全互连相比较• 专用设备与共享设备专用设备与共享设备4交换机用户终端用户终端用户环路2021/5/234 为为了了扩扩大大覆覆盖盖地地域域，，可可采采用用如如下下图图所所示示的的包包含含多多个个交交换换结结点点的的网网络络结结构构在在这这种种网网络络中中，，除除了了用用户户终终端端、、交交换换机机和和用用户户环环路路以以外外，，还还有有一一类类网网络络元元素素，，那那就就是是位位于于交交换换结结点点之之间间的的中中继继线线（（又又称称为为干干线线））。

与与用用户户环环路路不不同同，，它它们们不不属属于于用用户户专专用用，，而而是是归归广广大大用用户户共共享享，，按按照照用用户户的的需需求求分分配配使使用用，，因而信道利用率较高因而信道利用率较高5多交换机的网络结构多交换机的网络结构中继线交换机交换机交换机交换机2021/5/235•可扩展性：可扩展性：可覆盖更广地域，为更多用户服务可覆盖更广地域，为更多用户服务•可靠性：可靠性：在端到端之间可提供多条路径在端到端之间可提供多条路径•经济性：经济性：网络资源为众多用户共享网络资源为众多用户共享――将网络中的设备分为专用和共享带来的好处将网络中的设备分为专用和共享带来的好处――采采用用交交换换机机组组网网的的最最大大好好处处是是易易于于构构成成大大型型网网络（下节中举例说明）络（下节中举例说明）6采用交换机组网带来的好处采用交换机组网带来的好处2021/5/236 本本节节通通过过实实际际网网络络结结构构举举例例，，说说明明交交换换机机在在通通信信网网中中的的地地位位和和作作用用，，为为了了更更具具一一般般性性，，分分别别以以电电信信网网和和互互联联网网为为例例，，引引入入电电路路交交换换与与分分组组交交换换的的概概念。

念1.2 交换机在通信网中的地位与作用交换机在通信网中的地位与作用1.2.1 公共交换电信网中的电路交换公共交换电信网中的电路交换 传传统统的的公公共共交交换换电电信信网网（（PSTN））由由用用户户终终端端、、用用户户环环路路、、交交换换机机和和中中继继线线组组成成，，包包含含本本地地网网和和长长途途网网两两大大部部分分它它提提供供的的主主要要业业务务是是电话，，所所以以又又称公共网称公共网72021/5/237端局端局PBX用户终端中继线其它城市长途局用户终端PSTN本地网本地网　8公共交换电信网举例公共交换电信网举例2021/5/238C1C2C3C4C5长途局端局用户A用户B最后路由中继线直通中继线高阶星形＋直通电路汇接　　PSTN长途网结构长途网结构　9公共交换电信网举例公共交换电信网举例2021/5/239•关于各种交换机的名称和作用关于各种交换机的名称和作用(用户交换机用户交换机,市话交换市话交换 机机,长途交换机长途交换机)•关于各种线路的名称和作用关于各种线路的名称和作用(用户线用户线,中继线中继线,长途线长途线)•PSTN电信网的特点：电信网的特点：（（1）转接式网络，端到端一般要经过交换机多次）转接式网络，端到端一般要经过交换机多次 转接。

转接2）采用的交换方式是电路交换，网络根据用户的请求提）采用的交换方式是电路交换，网络根据用户的请求提 供端到端的连接通路供端到端的连接通路3）通信全过程分为建立连接、用户信息传送、释放连接）通信全过程分为建立连接、用户信息传送、释放连接 三个阶段三个阶段4）连接控制依靠信令系统完成连接控制依靠信令系统完成•PSTN的发展方向：简化网络层次结构，提供综合业务的发展方向：简化网络层次结构，提供综合业务 电电信信网网络络是是支支撑撑电话、、移移动动电话和和互互联联网网技技术术发发展展的的基础设施之一电信网络实现的关键技术是交换技术基础设施之一电信网络实现的关键技术是交换技术10公共交换电信网说明公共交换电信网说明2021/5/2310 互互联联网网（（INTERNET）），，是是一一种种通通过过路路由由器器将将多多个个物物理理网网络络互互连连起起来来的的逻逻辑辑上上统统一一的的计计算算机机网网络络从从通通信信业业务务的的角角度度看看，，互互联联网网是是一一种种数数据据通通信信网网，，它它可可以以支支持持E-mail，，FTP，，WWW等等多多种种应应用用。

被被互互联联的的网网络络，，通通常常称称为为互互联联网网的的子子网网，，它它们们既既可以是同类的，也可以是异质的可以是同类的，也可以是异质的结合原理图讲）1.2.2 互联网中的分组交换互联网中的分组交换　　 互联网的原理结构互联网的原理结构　112021/5/231112互联网中的路由器互联网中的路由器LANLAN　　 互联网的典型结构互联网的典型结构　H:H: 主机主机LAN:LAN: 局域网局域网AR:AR: 接入路由器接入路由器ER:ER: 边缘路由器边缘路由器CR:CR: 核心路由器核心路由器CRCRCRCRCRCRCRCRERERERER其它网其它网ARARHHARAR其它网其它网2021/5/2312• 分分组组交交换换：：互互联联网网采采用用基基于于异异步步时时分分复复用用的的分分组组交交换换其其中中所所有有信信息息均均以以分分组组（（Packet））为为单单位位进进行行传传送送，，分分组组长长度度和和分分组组间间隔隔均均可可变变路路由由器器实实际际上上是是一一种种分分组组交交换换机机，，它它的的主主要要功功能能是是实实现现分分组组的的“存存储储转转发发”。

每每个个路路由由器器首首先先存存储储输输入入的的分分组组，，然然后后根根据据其其头头部部所所含含的的地地址址信信息息选选路路，，将将分分组组转转发发到到适适当当的的输输出端口，并通过相应的输出链路发送给下游的路由器出端口，并通过相应的输出链路发送给下游的路由器• 路路由由器器分分为为核核心心路路由由器器、、边边缘缘路路由由器器和和接接入入路路由由器器前前两两者者构构成成互互联联网网的的核核心心网网（（又又称称骨骨干干网网））；；后后者者是是各各种种接接入入网网（（如如局局域网）与核心网的接口域网）与核心网的接口•链链路路：：在在核核心心网网内内连连接接各各路路由由器器的的中中继继电电路路，，称称为为链链路路这这些些链链路路可可能能是是专专用用线线，，也也可可能能是是由由物物理理承承载载网网络络（（如如光光网网络络））提提供的传输通道供的传输通道•核核心心网网内内采采用用统统一一的的网网络络协协议议工工作作，，这这就就是是著著名名的的IP协协议议各各种种接接入入网网内内可可能能采采用用不不同同的的通通信信协协议议，，因因此此接接入入路路由由器器可可能能要要实现协议的转换实现协议的转换互联网的主要特点互联网的主要特点132021/5/2313――多业务多业务 互互联联网网支支持持的的业业务务是是计计算算机机数数据据，，从从前前只只需需提提供供尽尽力力而而为为(Best Effort)的的服服务务。

随随着着互互联联网网应应用用范范围围的的不不断断扩扩大大，，它它不不仅仅要要支支持持传传统统的的数数据据业业务务，，而而且且要要支支持持分分组组话话音音、、视视频频及及多多媒媒体体业业务务于于是是人人们们对对互互联联网网提提出出了了更更高高的的要要求求，，要要求求它它提提供供服服务务质质量量(QoS)的的保保证证此此外外，，互互联联网网的的业业务务量量也也在在不不断断的的急急剧剧增长因此互联网的发展方向是宽带化增长因此互联网的发展方向是宽带化(高速化高速化)――宽带化宽带化 光光纤纤波波分分复复用用(WDM)技技术术的的成成熟熟解解决决了了宽宽带带传传输输的的问问题题于于是是路路由由器器成成为为网网络络宽宽带带化化的的瓶瓶颈颈近近年年来来高高速速路路由由器器成成为为网网络络发发展展的的热热点点，，继继Gb/s级级路路由由器器之之后后，，Tb/s级级路路由由器器也也已已问问世世这这些些高高速速路路由由器器的的共共同同特特点点是是采采用用了了快快速速分分组组交交换换技技术术所所以以，，今今天天的的互互联联网网已已经经是是一一个个巨巨大大的的采采用用宽宽带带传传输输和和高高速速分分组组交交换换的国际性网络。

的国际性网络14互联网的发展互联网的发展2021/5/2314 本节首先从三个方面对交换技术的发展作简本节首先从三个方面对交换技术的发展作简单概述，然后介绍几种交换技术及其应用单概述，然后介绍几种交换技术及其应用1.3 交换技术发展概述交换技术发展概述 ――交换的信号：模拟到数字交换的信号：模拟到数字 ――控制技术：人工、布线逻辑控制到存储程控制技术：人工、布线逻辑控制到存储程 序控制（程控）序控制（程控） ――交换机制：电路交换、分组交换交换机制：电路交换、分组交换1．交换技术的发展概况．交换技术的发展概况152021/5/2315• 电路交换电路交换 ――电路交换的功能：按照要求将指定的输入端口电路交换的功能：按照要求将指定的输入端口与输出端口接通与输出端口接通 ――演进过程：人工交换机演进过程：人工交换机→步进制交换机步进制交换机→ 纵横制交换机纵横制交换机→程控交换机程控交换机2．交换技术的演进．交换技术的演进• 分组交换分组交换 ――分组交换的功能：分组选路与存储转发分组交换的功能：分组选路与存储转发 －－面向连接型的分组交换（虚电路，－－面向连接型的分组交换（虚电路，X.25）） －－非连接型的分组交换（数据报，－－非连接型的分组交换（数据报，IP）） ――演进过程：传统分组交换演进过程：传统分组交换→快速分组交换快速分组交换162021/5/2316• 快速分组交换快速分组交换 快快速速分分组组交交换换(FPS)仍仍然然是是存存储储转转发发式式交交换换，，但但采采取取以以下下措措施施减减小小分分组组的的转转发发时时延延：：（（1））简简化化网网络络协协议议，，尽尽量量通通过过硬硬件件实实现现分分组组的的转转发发处处理理；；（（2））大大大大提提高高端端口口及及相相应应链链路路的的传传输输速速率率；；（（3））采采用用固固定定长长度度的的小小分分组组（（信信元元））。

典典型型例例子子是是ATM－－－－基基于于信元的异步时分复用＋面向连接的快速分组交换信元的异步时分复用＋面向连接的快速分组交换• 标记交换标记交换 标标记记交交换换是是ATM与与IP技技术术融融合合的的产产物物，，其其基基本本思思想想是是：：在在数数据据分分组组头头的的前前面面附附加加一一个个短短的的固固定定长长度度的的标标记记，，在在骨骨干干网网内内不不是是依依据据分分组组头头部部的的地地址址信信息，而是依据这个标记来进行分组的路由和转发息，而是依据这个标记来进行分组的路由和转发172021/5/2317电路型交换：电路型交换：基本速率（基本速率（64k）电路交换）电路交换 宽带（高速）电路交换宽带（高速）电路交换分组型交换：分组型交换：报文交换（报文交换（Message Switching））　　　　　　　　　　 分组交换（分组交换（Packet Switching））　　　　　　　　　　 快速分组交换（快速分组交换（FPS）：）： 帧中继，ＡＴＭ，新一代ＩＰ，ＭＰＬＳ帧中继，ＡＴＭ，新一代ＩＰ，ＭＰＬＳ　　　　　　　　　　 局域网交换局域网交换交换新技术：交换新技术：软交换技术软交换技术　　　　　　光交换技术　　　　　　光交换技术 主要交换方式主要交换方式182021/5/2318 • 一般组成一般组成 交换机一般包含三大部分：交换机一般包含三大部分：接口接口、、交换网络交换网络和和控制器控制器。

1.4 交换机的一般组成交换机的一般组成 与各部分的功能与各部分的功能19交换网络接口控制系统2021/5/2319交交换换网网络络(Switching Fabrics) 执执行行交交换换机机的的传传送送面面功功能能实实际际的的交交换换网网络络可可能能是是单单个个N×N的的Crossbar交交换换单单元元，，也也可可能能是是由由许许多多交交换换单单元元组组成成的的多多级级交交换换网网络络对对于于分分组组型型的的交交换换网网络络，，在交换单元中设有缓冲器在交换单元中设有缓冲器控控制制器器(Controller) 执执行行交交换换机机的的控控制制面面功功能能控控制制器器的的基基本本任任务务是是控控制制上上述述交交换换网网络络各各开开关关的的状状态态对对于于面面向向连连接接的的交交换换方方式式，，它它必必须须具具有有信信令令功功能能，，即即接接收收、、处处理理、、和和发发送送信信令令，，以以实实现现呼呼叫叫连连接接控控制制的的全全过过程程，，包包括括连连接接的的建建立立、、维维持持和和释释放放对对于于非非连连接接的的交交换换方方式式，，它它的的基基本本功功能能是是实实现现路路由由控控制制，，包包括括路由表的建立和更新、路由表的查找、路由协议的实现等；路由表的建立和更新、路由表的查找、路由协议的实现等；接接口口(Interfaces) 是是交交换换机机与与各各种种传传输输链链路路（（用用户户线线、、中中继继线线））的界面，是交换机对外服务的窗口。

的界面，是交换机对外服务的窗口 交换机各部分的功能交换机各部分的功能202021/5/23201 什么是程控交换机？优越性？什么是程控交换机？优越性？2程控交换机可否是模拟交换机？程控交换机可否是模拟交换机？3 为什么？为什么？问题讨论问题讨论212021/5/2321 本本节节首首先先给给出出交交换换机机的的主主要要性性能能指指标标，，然然后后简简要要说说明明各各指指标标的的含含义义最最后后对对电电路路交交换换机机的的指指标体系做进一步说明标体系做进一步说明1.5 交换机的主要性能指标交换机的主要性能指标•交换容量交换容量（吞吐量，信息转发能力，话路数）（吞吐量，信息转发能力，话路数） •阻塞率阻塞率（呼损，分组的丢失率）（呼损，分组的丢失率）•时延时延（传输，转发）（传输，转发）•差错率差错率（比特差错率，（比特差错率，BER）） •接口类型及速率接口类型及速率（服务种类和能力）（服务种类和能力）•可靠性可靠性（可用度，ＭＴＢＦ，ＭＴＴＲ）（可用度，ＭＴＢＦ，ＭＴＴＲ）交换机的主要性能指标交换机的主要性能指标222021/5/2322运行维护性指标运行维护性指标电路交换机的指标体系电路交换机的指标体系性能指标性能指标话务负荷能力话务负荷能力(话务量话务量)控制系统的呼叫处理能力控制系统的呼叫处理能力(BHCA)交换机连接用户线和中继线的最大数量交换机连接用户线和中继线的最大数量服务质量指标服务质量指标 呼损指标呼损指标 接续时延接续时延可靠性指标可靠性指标 MTBF MTTR故障定位准确度故障定位准确度 再启动次数再启动次数232021/5/2323谢谢大家认真听讲!242021/5/2324部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！。