交换技术课件

现代交换原理现代交换原理现代交换原理1现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 实验课安排实验课安排第十二周：实验内容：多种信号音及人工交换实验 实验地点：H212第十四周：实验内容：FSK来电显示实验 实验地点：H212第十六周：实验内容：回铃音实验 实验地点：H212实验课安排第十二周：2现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 现代交换原理课程介绍现代交换原理课程介绍现代交换原理是通信工程的一门主要专业课，在现代通信领域中有着广泛的应用，随着通信技术的发展和广泛应用，信息学科相关领域的工程技术人员也需要了解和掌握现代交换原理和技术的相关知识。本课程的目的是使学生掌握各种现代交换系统的基本原理和实现方式，了解本领域技术的最新发展趋势。使学生不仅具有应用及维护现代交换系统及相关系统和网络的基本技能，同时为将来从事现代通信系统和通信网络设备的设计、使用与维护打下良好的专业技术基础。现代交换原理课程介绍现代交换原理是通信工程的一门主要专业课，3现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 课程目标课程目标掌握存储程序控制交换原理。掌握电路交换、分组交换、ATM交换等了解常用交换设备及其在现代通信网中的位置及其外部环境。了解光交换以及软交换技术，以及现代通信技术的最新发展课程目标掌握存储程序控制交换原理。4现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 1.1交换与通信网交换与通信网第第1章章 概概 论论1.2交换方式交换方式1.3交换技术的发展交换技术的发展1.4 NGN与软交换与软交换1.1交换与通信网第1章 概 论1.2交换方式1.3交换5现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 1.1 交换与通信网交换与通信网问题：问题：什么是通信什么是通信?通信是指按约定规则进行的信息传送通信是指按约定规则进行的信息传送。Communication,Com.或或Comm.。Telecommunication，Telecom.1.1 交换与通信网问题：通信是指按约定规则进行的信息传送。6现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 1.1交换与通信网交换与通信网信息、消息与信号信息、消息与信号 信息信息是消息包含的有效内容。是消息包含的有效内容。信信息息是是抽抽象象的的、本本质质的的，消消息息是是信信息息的的物物理理形形式式，消消息息包含的信息多少可用信息量来度量。包含的信息多少可用信息量来度量。消消息息是是信信息息的的载载体体，消消息息需需调调制制成成信信号号才才能能在在信信道道中中传传输。输。信号信号是信息的电磁形式，是消息的物理载体。是信息的电磁形式，是消息的物理载体。1.1交换与通信网信息、消息与信号 信息是消息包含的有效内容7现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 1.1.1 从点到点通信到通信网从点到点通信到通信网（一）点到点通信（一）点到点通信信源信源发送端发送端变换器变换器信道信道反变换器反变换器信宿信宿噪声源噪声源接收端接收端终端终端终端终端电信号电信号电信号电信号消消息息消消息息传输媒介传输媒介终端终端终端终端1.1交换与通信网交换与通信网1.1.1 从点到点通信到通信网（一）点到点通信信源发送端变8现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 点到点通信系统种类繁多，但还不能称为通信网。如何实现多个用户之间的通信？如何实现多个用户之间的通信？最简单、最直接的方式就是两两互相连接。最简单、最直接的方式就是两两互相连接。（一）点到点通信（一）点到点通信1 12 23 34 45 56 61.1交换与通信网交换与通信网点到点通信系统种类繁多，但还不能称为通信网。（一）点到点通信9现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 如果终端用户过多，则使得网络控制如果终端用户过多，则使得网络控制变得复杂变得复杂如果终端用户过多，则使得网络控制变得复杂10现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 全互连方式存在什么问题？全互连方式存在什么问题？（1）N2 问题；问题；（2）经济性问题；）经济性问题；（3）可操作性问题；）可操作性问题；（4）控制和管理问题。）控制和管理问题。1 12 23 34 45 56 6在在实实际际应应用用中中，全全互互连连方方式式仅仅用用于于终终端端数数目目少少、地地理理位置集中、可靠性要求很高的场合。位置集中、可靠性要求很高的场合。（一）点到点通信（一）点到点通信1.1交换与通信网交换与通信网全互连方式存在什么问题？123456在实际应用中，全互连方式11现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 要要实实现现多多用用户户间间的的通通信信，需需要要一一个个合合理理的的拓拓扑扑结结构构将将多多个个用用户户有有机机地地连连接接在在一一起起，并并定定义义标标准准的的通通信信协协议议，以以使使它它们们能能协协同同工工作作，这这样样就就形成了一个通信网。形成了一个通信网。如何实现任意两个用户之间的通信？如何实现任意两个用户之间的通信？（一）点到点通信（一）点到点通信1.1交换与通信网交换与通信网要实现多用户间的通信，需要一个合理的拓扑结构将多个用户有机地12现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 1 12 23 34 45 56 6（二）交换式通信网（二）交换式通信网4 41 16 62 23 35 5N2问问题题变变成成了了N条条用用户户线线，由由交交换换机机组组成成的的交交换换式式通通信网容易组成大型网络。信网容易组成大型网络。开关设开关设开关设开关设备备备备1.1交换与通信网交换与通信网123456（二）交换式通信网416235N2问题变成了N条13现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院（二）交换式通信网（二）交换式通信网交换式通信网组网示意图交换式通信网组网示意图交换式通信网组网示意图交换式通信网组网示意图用户交换机用户交换机用户交换机用户交换机市话交换机市话交换机市话交换机市话交换机汇接交换机汇接交换机汇接交换机汇接交换机用户线用户线用户线用户线中继线中继线中继线中继线1.1交换与通信网交换与通信网（二）交换式通信网交换式通信网组网示意图用户交换机市话交换机14现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院（二）交换式通信网（二）交换式通信网在在交交换换式式通通信信网网中中，交交换换机机负负责责接接入入用用户户、建建立立连连接接、分配资源、中转信息分配资源、中转信息，以及必要的网络管理与控制功能。，以及必要的网络管理与控制功能。由由于于用用户户众众多多、位位置置分分散散，因因此此交交换换式式通通信信网网必必须须解解决决编编号号、寻寻址址、控控制制、管管理理、接接口口标标准准、可可扩扩充充性性、服服务务质质量量保保证证等等一一系系列列在在点点到到点点模模型型系系统统中中原原本本不不是是问问题题的的问题。问题。1.1交换与通信网交换与通信网（二）交换式通信网在交换式通信网中，交换机负责接入用户、建立15现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院（二）交换式通信网（二）交换式通信网（1）交换节点的功能）交换节点的功能监视功能监视功能：发现和判断用户的呼叫请求：发现和判断用户的呼叫请求。信信令令功功能能：接接收收和和分分析析地地址址信信号号，按按目目的的地地址址选选路路，并并转发信号。转发信号。连接功能连接功能：按需实现任意端口之间的信息传送：按需实现任意端口之间的信息传送。控制功能控制功能：控制连接的建立与释放：控制连接的建立与释放。（二）交换式通信网（1）交换节点的功能监视功能：发现和判断用16现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院（二）交换式通信网（二）交换式通信网交交换换式式通通信信网网首首先先用用于于电电话话通通信信，并并采采用用电电路路交交换换方方式式构构成电话通信网络。成电话通信网络。20世世纪纪60年年代代以以后后，个个人人计计算算机机日日益益普普及及，迫迫切切需需要要数数据据通通信信，来来共共享享计计算算机机的的计计算算和和存存储储资资源源，因因此此，计计算算机机连连网网成成为为现现实实的的需需要要，这这就就出出现现了了交交换换技技术术的的另另一一个个重重要要分分支支 数据交换数据交换。（2）电话交换与数据交换）电话交换与数据交换（二）交换式通信网交换式通信网首先用于电话通信，并采用电路交17现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院（二）交换式通信网（二）交换式通信网电电话话通通信信和和数数据据通通信信都都是是以以传传送送信信息息为为目目的的，两者之间有什么不同呢？两者之间有什么不同呢？通信对象不同通信对象不同通信过程中通信过程中业务特征不同业务特征不同 通信的平均通信的平均持续时间和实时性要求不同持续时间和实时性要求不同 可靠性要求不同可靠性要求不同（二）交换式通信网电话通信和数据通信都是以传送信息为目的，两18现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 1.1.2 通信网的定义与构成通信网的定义与构成（一）通信网的定义（一）通信网的定义通通信信网网是是由由一一定定数数量量的的节节点点和和连连接接这这些些节节点点的的传传输输系系统统有有机机地地组组织织在在一一起起的的，按按约约定定的的信信令令或或协协议议完完成成任任意意用用户间信息交换的通信体系。户间信息交换的通信体系。通通信信网网是是由由各各种种软软、硬硬件件设设施施按按照照一一定定的的规规则则互互连连在在一一起，完成信息传递任务的系统。起，完成信息传递任务的系统。1.1交换与通信网交换与通信网1.1.2 通信网的定义与构成（一）通信网的定义通信网是由一19现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 1.1.2 通信网的定义与构成通信网的定义与构成（二）通信网的构成要素（二）通信网的构成要素终端终端(Terminal)交换节点交换节点(Switching Node)传输系统传输系统(Transmission System)业务节点业务节点(Service Node)1.1.2 通信网的定义与构成（二）通信网的构成要素终端(T20现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 1.1.2 通信网的定义与构成通信网的定义与构成 电电话话、传传真真、计计算算机机、视视频频终终端端等等，它它们们是是信信息息的的产产生者和使用者。主要功能：生者和使用者。主要功能：1）用户信息的处理用户信息的处理 用用户户信信息息的的发发送送和和接接收收，并并将将信信息息转转换换成成适适合合传传输输的的信信号以及相应的反变换。号以及相应的反变换。2）信令信息的处理信令信息的处理 产生和识别连接建立、业务管理等控制信息。产生和识别连接建立、业务管理等控制信息。终端（终端（Terminal）1.1.2 通信网的定义与构成 电话、传真、计算机21现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 1.1.2 通信网的定义与构成通信网的定义与构成 交换节点（交换节点（Switching Node）通通信信网网的的核核心心设设备备，负负责责集集中中、转转发发用用户户终终端端信信息息，但但并不产生和使用这些信息。主要功能：并不产生和使用这些信息。主要功能：(1)接入功能。接入功能。(2)连接功能。连接功能。(3)信令功能。信令功能。(4)其它控制功能。其它控制功能。路由信息更新与维护、计费、话统和维护管理等。路由信息更新与维护、计费、话统和维护管理等。网络网络接口接口接口接口控制控制信令信令用户线用户线中继线中继线交换节点功能结构交换节点功能结构1.1.2 通信网的定义与构成 交换节点（Switchin22现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 1.1.2 通信网的定义与构成通信网的定义与构成 传输系统（传输系统（Transmission System）为为信信息息传传送送提提供供通通道道，并并实实现现网网络络节节点点的的互互连连。包包括括线线路接口、传输媒介、交叉连接设备等。路接口、传输媒介、交叉连接设备等。其其主主要要目目标标是是提提高高物物理理线线路路的的利利用用率率，采采用用复复用用技技术术，如如频分、时分、码分、波分复用频分、时分、码分、波分复用等。等。为为保保证证交交换换节节点点正正确确接接收收和和识识别别传传输输的的数数据据流流，交交换换节节点点必必须须与与传传输输系系统统协协调调一一致致，保保持持帧帧同同步步和和位位同同步步、遵遵守守相同的体制相同的体制(如如SDH、WDM)等。等。1.1.2 通信网的定义与构成 传输系统（Transmis23现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 1.1.2 通信网的定义与构成通信网的定义与构成 业务节点（业务节点（Service Node）业业务务控控制制点点(SCP)(SCP)、智智能能外外设设（IPIP）、语语音音信信箱箱（VMSVMS），以以及及因因特特网网上上各各种种服服务务器器等等。由由连连接接在在网网络络边边缘缘的计算机、数据库系统组成。的计算机、数据库系统组成。(1)(1)实现独立于交换节点的控制逻辑。实现独立于交换节点的控制逻辑。(2)(2)实现对交换节点业务控制。实现对交换节点业务控制。(3)(3)提供智能化、个性化、差异化服务。提供智能化、个性化、差异化服务。基基本本业业务务的的呼呼叫叫建建立立、执执行行控控制制在在交交换换节节点点实实现现，但但很多新的电信业务则转移到业务节点中。很多新的电信业务则转移到业务节点中。1.1.2 通信网的定义与构成 业务节点（Service 24现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 1.1.2 通信网的定义与构成通信网的定义与构成（三）通信网的类型（三）通信网的类型按信号方式划分：按信号方式划分：模拟模拟通信网和通信网和数字数字通信网。通信网。按服务区域划分：按服务区域划分：本地本地/长途或长途或LAN/WAN。按业务类型划分：按业务类型划分：电话电话通信网通信网(PSTN、PLMN)、数据数据通信通信网网(X.25、FR、Internet)。按服务对象划分：按服务对象划分：公用公用通信网和通信网和专用专用通信网。通信网。按活动方式划分：按活动方式划分：固定固定通信网和通信网和移动移动通信网。通信网。1.1.2 通信网的定义与构成（三）通信网的类型按信号方式划25现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 1.1.2 通信网的定义与构成通信网的定义与构成（四）通信网的结构（四）通信网的结构用户驻地网、接入网和核心网用户驻地网、接入网和核心网核心网驻地网驻地网接入网驻地网驻地网接入网UNIUNISNISNI公用设施用户设备1.1.2 通信网的定义与构成（四）通信网的结构用户驻地网、26现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院（四）通信网的结构（四）通信网的结构 用户驻地网用户驻地网CPNCustomer Premises NetworkCPN是是用用户户自自有有网网络络，指指用用户户终终端端至至业业务务集集中中点点之之间间所所包含的包含的传输及线路等相关设施传输及线路等相关设施。小至终端，大至局域网。小至终端，大至局域网。实实现现用用户户和和业业务务的的集集中中，信信息息的的变变换换与与适适配配、复复用用与与交交换、寻址与选路等功能。换、寻址与选路等功能。（四）通信网的结构 用户驻地网CPNCustomer Pre27现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院（四）通信网的结构（四）通信网的结构 接入网接入网AN（Access Network）有线接入有线接入铜线接入技术：铜线接入技术：HDSL、ADSL、VDSL、LAN etc.光纤接入技术：光纤接入技术：FTTC、FTTB、FTTH混合光纤混合光纤/同轴电缆接入同轴电缆接入HFC无线接入无线接入固定无线接入：固定无线接入：LDMS、MMDS、802.11、802.16移动无线接入：移动无线接入：GSM、CDMA、UMTS、WIMAX综合接入：综合接入：FTTC+HFC、有线、有线+无线无线（四）通信网的结构 接入网AN（Access Networ28现代交换原理现代交换原理 计算机与通信学院计算机与通信学院（四）通信网的结构（四）通信网的结构 核心网核心网CN（Core Network）是是通通信信网网的的骨骨干干，由由现现有有和和未未来来的的宽宽带带、高高速速骨骨干干传传输输网网和大型交换节点构成。和大型交换节点构成。发展趋势：发展趋势：IP化、综合化、扁平化化、综合化、扁平化所所有有业业务务全全部部由由统统一一的的IP核核心心网网承承载载，差差别别仅仅在在于于接接入网。入网。统统一一的的IP核核心心网网用用统统一一的的设设备备代代替替原原来来各各网网系系专专用用设设备，大大降低开发和运营成本。备，大大降低开发和运营成本。（四）通信网的结构 核心网CN（Core Network）29现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 1.2 交换方式交换方式1.2.1交换技术概述交换技术概述1.2.2主要交换技术主要交换技术1.2 交换方式1.2.1交换技术概述1.2.2主要交换技术30现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 1.2.1 交换技术概述交换技术概述 根根据据信信息息传传递递时时是是否否预预先先建建立立端端到到端端的的连连接接，通通信信网网交换技术分为两大类：交换技术分为两大类：面向连接型面向连接型（CO,Connection Oriented）无连接型无连接型（CL,Connectionless）面面向向连连接接适适用用于于大大批批量量、可可靠靠数数据据传传输输业业务务，但但网网络络控制较复杂；控制较复杂；无无连连接接方方式式控控制制简简单单，适适用用于于突突发发性性强强、数数据据量量少少的的业务。业务。（一）（一）面向连接和无连接面向连接和无连接1.2.1 交换技术概述 根据信息传递时是否预先建立端31现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 1.2.1 交换技术概述交换技术概述通通信信网网是是以以交交换换节节点点为为核核心心构构建建的的，为为了了实实现现信信息息传传递递，各各交交换换节节点点必必须须拥拥有有当当前前网网络络的的拓拓扑扑结结构构信信息息（网网络络地地图图）。）。节节点点包包含含路路由由表表、转转发发表表（可可选选）、交交换换模模块块（空空分分型型、共共享享型型等等）和和控控制制信信令令（路路由由交交换换信信令令、转转发发表表建建立立信信令、端到端连接信令）。令、端到端连接信令）。（二）（二）交换节点的功能结构交换节点的功能结构1.2.1 交换技术概述通信网是以交换节点为核心构建的，为了32现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 路由与转发有什么区别路由与转发有什么区别?1.2.1 交换技术概述交换技术概述问题：问题：路由与转发有什么区别?1.2.1 交换技术概述问题：33现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 1.2.1 交换技术概述交换技术概述（二）（二）交换节点的功能结构交换节点的功能结构面向连接型节点面向连接型节点维护管理路由路由表表路由信息交换UNI信令呼叫处理转发控制NNI信令转发表转发表交换模块管理信息路由协议信令信息信令信息用户信息用户信息无连接型节点无连接型节点维护管理路由路由表表路由信息交换转发控制转发控制交换模块管理信息路由协议用户信息用户信息1.2.1 交换技术概述（二）交换节点的功能结构面向连接型34现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 目目前前广广域域网网上上使使用用的的交交换换技技术术主主要要包包括括：电电路路交交换换、分分组组交交换换、帧帧中中继继、ATM技技术术、IP交交换换。电电路路交交换换和和分分组组交交换换是是通通信信网网最最基基本本的的交交换换技技术术，帧帧中中继继、ATM以以及及各各种种IP交换则是基于这两种技术的综合或改进。交换则是基于这两种技术的综合或改进。交交换换技技术术的的发发展展趋趋势势：信信道道利利用用率率越越来来越越高高，支支持持可可变变速速率率和和多多媒媒体体业业务务，并并具具有有复复杂杂的的协协议议体体系系来来保保证证服服务务质量。质量。1.2.2 主要交换技术主要交换技术目前广域网上使用的交换技术主要包括：电路交换、分组交换、帧中35现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 1.2.1 交换技术概述交换技术概述对对于于无无连连接接型型网网络络，由由于于无无需需创创建建和和维维持持连连接接状状态态，网网络络节节点点根根据据路路由由表表转转发发信信息息；而而对对于于面面向向连连接接型型网网络络则则同同时时需需要要路路由由表表和和转转发发表表。路路由由表表用用于于建建立立节节点点之之间间的的连接连接，可静态设置（如，可静态设置（如PSTN、ATM网），也可动态网），也可动态创建创建。转转发发表表通通过过网网管管或或信信令令创创建建，控控制制节节点点内内部部连连接接。网网管管指指配配的的转转发发表表，支支持持永永久久或或半半永永久久连连接接；而而信信令令创创建建的的转发表，支持动态连接。转发表，支持动态连接。（三）（三）路由与转发路由与转发1.2.1 交换技术概述对于无连接型网络，由于无需创建和维持36现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 1.2.2 主要交换技术主要交换技术电路电路交换交换多速率多速率电路交换电路交换快速快速电路交换电路交换异步传送异步传送模式（模式（ATM）快速快速分组交换分组交换分组分组交换交换控制简单控制简单控制复杂控制复杂固定比特率固定比特率可变比特率可变比特率电路域电路域分组域分组域1.2.2 主要交换技术电路多速率快速异步传送快速分组控制简37现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 1.2.2 主要交换技术主要交换技术MRCS交换技术交换技术电路交换电路交换分组交换分组交换FCSX.25FRCRPVCSVCSMDSATMFPSIP广域网广域网局域网局域网二层交换二层交换三层交换三层交换1.2.2 主要交换技术MRCS交换技术电路交换分组交换FC38现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院（1）基本过程：）基本过程：连接建立、信息传送、释放连接建立、信息传送、释放。（2）技术特点）技术特点 带宽固定，电路利用率低。带宽固定，电路利用率低。实时性强。实时性强。无差错控制，不适于数据传输。无差错控制，不适于数据传输。基于呼损制方式工作。基于呼损制方式工作。电电路路交交换换适适合合于于电电话话通通信信、文文件件传传送送、高高速速传传真真，不不适适合合突发和对差错敏感的数据业务。突发和对差错敏感的数据业务。（一）（一）电路交换电路交换（1）基本过程：连接建立、信息传送、释放。（一）电路交换39现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院（一）电路交换（一）电路交换人工交换机人工交换机需要话务员需要话务员1878:磁石式交换机磁石式交换机1891:共电式交换机共电式交换机自动交换机自动交换机 1892:史端乔交换机史端乔交换机1919:纵横制交换机纵横制交换机1965:程控交换机程控交换机（一）电路交换人工交换机40现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院（一）电（一）电 路路 交交 换换人工交换机组成人工交换机组成人工交换机组成人工交换机组成（一）电 路 交 换人工交换机组成41现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院（1）多多速速率率电电路路交交换换（MRCS Multi-rate Circuit Switching）是是为为适适应应多多业业务务交交换换的的需需求求而而产产生生的的，提提供供不不同的带宽，包括基本速率（如同的带宽，包括基本速率（如64kbps）及其整数倍。）及其整数倍。（2）实现方式）实现方式采用不同速率的交换网络：采用不同速率的交换网络：硬件多，控制简单硬件多，控制简单；采用统一的交换网络：硬件少，但控制复杂。采用统一的交换网络：硬件少，但控制复杂。多速率电路交换多速率电路交换多速率电路交换多速率电路交换（一）电（一）电 路路 交交 换换（1）多速率电路交换（MRCS Multi-rate C42现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 基本思想基本思想：只在信息传送时只在信息传送时才分配带宽和资源。才分配带宽和资源。不为每个呼叫专门分配和保留其所需的带宽，提高了不为每个呼叫专门分配和保留其所需的带宽，提高了带宽的利用率。带宽的利用率。连接建立和拆除要有相当高的速度，否则难以实现。连接建立和拆除要有相当高的速度，否则难以实现。只有当信息发送时才建立真正的连接，时延比电路交只有当信息发送时才建立真正的连接，时延比电路交换大。换大。快速电路交换快速电路交换 基本思想：只在信息传送时才分配带宽和资源。快速电路43现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 报文交换报文交换数据以报文报文报文报文为单位传输，长度不限且可变。数据传送过程采用存储转发存储转发存储转发存储转发的方式。发送方在发送一个报文时把目的地址附加在报文目的地址附加在报文目的地址附加在报文目的地址附加在报文上，途径的节点根据报文上的地址信息，将报文转发到下一个节点，接力式的完成整个传送过程。每个节点在收到报文后，会将之暂存并检查有无错误，然后通过路由信息找出适当路线的下一个节点的地址，再把报文传送给下一个节点。报文的传输只是占用两个节点之间的一段线路两个节点之间的一段线路，而其他路段可传输其他用户的报文其他用户的报文。报文在经过节点时会产生延迟。这段延迟包括接收报文所有位（bit）所需的时间，等待时间和发送到下一个节点所需的排队延迟。报文交换数据以报文为单位传输，长度不限且可变。数据传送过程采44现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 报文交换报文交换优点优点：线路效率高；节点可暂存报文并对报文进行差错控制和码制转换电路交换网络中，通信量很大时将不能接收某些信息，但在报文交换网络中却仍然可以但在报文交换网络中却仍然可以，只是延迟延迟会大些可以方便地把报文发送到多个目的节点建立报文优先权，让优先级高的报文优先传送缺点缺点：它不能满足实时交互式的通信要求，经过网络的延迟可能会有不小的变化有时节点收到的报文太多以致不得不丢弃或阻止某些报文对交换节点的存储量有较高要求。报文交换优点：45现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 基本原理基本原理 是是为为适适应应数数据据通通信信的的要要求求而而产产生生的的交交换换方方式式，分分组组交交换换也也叫叫包包交交换换，它它是是以以分分组组为为信信息息单单位位，以以存储存储/转发转发方式在网络中传送数据的交换方式。方式在网络中传送数据的交换方式。（二）分（二）分 组组 交交 换换 基本原理（二）分 组 交 换46现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 交换节点交换节点A交换节点交换节点B交换节点交换节点C分组分组1分组分组3分组分组4分组分组2分组分组1分组分组2分组分组5分组分组3分组分组4分组分组5传输时延传输时延存储时延存储时延处理与排队时延处理与排队时延分组交换的过程分组交换的过程（二）分（二）分 组组 交交 换换交换节点A交换节点B交换节点C分组1分组3分组4分组2分组147现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 技术特点技术特点：1）采用）采用存储存储/转发转发方式，支持异种终端间的可变速方式，支持异种终端间的可变速率通信要求率通信要求 2）采用）采用统计时分复用统计时分复用，线路利用率高，线路利用率高 3）具有）具有差错控制功能差错控制功能，传输可靠性高，传输可靠性高 4）经济性好）经济性好（二）分（二）分 组组 交交 换换 技术特点：（二）分 组 交 换48现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 分组交换分组交换 缺点：缺点：1）技术实现复杂（交换机要完成转发、路由、流控、）技术实现复杂（交换机要完成转发、路由、流控、速率和规程转换等）。速率和规程转换等）。2）分组长度）分组长度可变，存储管理复杂可变，存储管理复杂。3）协议处理复杂，）协议处理复杂，时延大。时延大。4）网络附加信息多，长报文通信效率较低。）网络附加信息多，长报文通信效率较低。（二）分（二）分 组组 交交 换换分组交换 缺点：（二）分 组 交 换49现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 分组交换提供的服务分组交换提供的服务 （1）数据报数据报(DG：Datagram)（2）虚电路虚电路(VC：Virtual Circuit)交交换换式式虚虚电电路路(SVC,Switched Virtual Circuit)永永久久虚虚电电路路(PVC,Permanent Virtual Circuit)（二）分（二）分 组组 交交 换换 分组交换提供的服务 （二）分 组 交 换50现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 第一代分组交换系统第一代分组交换系统ARPANet，几百包，几百包/秒秒第二代分组交换系统第二代分组交换系统DPS2500、EWSP等，几万包等，几万包/秒秒第三代分组交换系统第三代分组交换系统快速分组交换，吉比特路由器等快速分组交换，吉比特路由器等（二）分（二）分 组组 交交 换换p 分组交换系统分组交换系统第一代分组交换系统（二）分 组 交 换 分组交换系统51现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 虚电路和数据报两种服务的比较虚电路和数据报两种服务的比较（二）分（二）分 组组 交交 换换 虚电路和数据报两种服务的比较（二）分 组 交 换52现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 电电路路交交换换以以电电路路连连接接为为目目的的。信信息息传传送送时时与与交交换换系系统统无无关。关。分分组组交交换换以以信信息息分分发发为为目目的的。交交换换机机对对分分组组逐逐个个加加工工处处理理（差差错错控控制制、流流量量控控制制等等），并并根根据据分分组组头头中中的的地地址址和和控制域，将分组分发到出端口。控制域，将分组分发到出端口。电电路路交交换换是是一一种种“粗粗放放”的的交交换换方方式式，只只管管连连接接而而不不管管传传送送的的信信息息。分分组组交交换换比比较较“精精细细”，对对传传送送的的信信息息进进行行管理。管理。分组交换与电路交换的比较分组交换与电路交换的比较（二）分（二）分 组组 交交 换换 电路交换以电路连接为目的。信息传送时与交换系统无关。分53现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 FR（Frame Switching）简简化化分分组组交交换换协协议议，以以加加快快节点的处理速度。节点的处理速度。（1）基本原理）基本原理 帧帧交交换换是是一一种种帧帧方方式式的的承承载载业业务务，在在数数据据链链路路层层以以简简化的方式传送和交换数据单元。化的方式传送和交换数据单元。（2）与分组交换的比较）与分组交换的比较 帧帧方方式式在在链链路路层层进进行行复复用用和和传传送送；将将用用户户平平面面和和控控制制平面分离。平面分离。帧交换帧交换帧交换帧交换F FR R（二）分（二）分 组组 交交 换换 FR（Frame Switching）简化分组54现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 FPS（Fast Packet Switching）进进一一步步简简化化协协议议，只只保保留核心功能，以提供高速、高吞吐量、低时延的服务。留核心功能，以提供高速、高吞吐量、低时延的服务。（1）快速分组交换分类）快速分组交换分类 专专指指ATM交交换换，但但广广义义的的FPS包包括括帧帧中中继继（Frame Relay）信元中继（）信元中继（Cell Relay）。）。（2）帧中继（）帧中继（Frame Relay）与帧交换相比，进一步简化了协议。与帧交换相比，进一步简化了协议。快速分组交换快速分组交换FPS FPS（Fast Packet Switchin55现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 （3）帧中继产生背景和应用）帧中继产生背景和应用 传输系统：传输系统：数字化、光纤化数字化、光纤化 终端系统：终端系统：智能化智能化 为简化或取消差错和流量控制创造了条件。为简化或取消差错和流量控制创造了条件。应用范围：应用范围：FR采用采用可变长度帧，可变长度帧，适于突发信息传送。适于突发信息传送。局域网（局域网（LAN）互连。）互连。快速分组交换快速分组交换FPS （3）帧中继产生背景和应用 快速分组交换FPS56现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 ATM（Asynchronous Transfer Mode）是是ITU-T为为B-ISDN确确定定的的复复用用、传传输输和和交交换换模模式式，其其设设计计目目标标是是在在一一个个统统一一的的网网络络平平台台上上用用分分组组交交换换技技术术来来实实现现话话音音、数数据据、图像等业务的综合传送。图像等业务的综合传送。（1）固定长度的信元中继）固定长度的信元中继（2）信头简化：以减少交换节点处理开销）信头简化：以减少交换节点处理开销5字节字节48字节字节信元头信元头 负载（净荷）负载（净荷）（三）（三）ATM 交交 换换 ATM（Asynchronous Transfer57现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院（3）面向连接（）面向连接（CO）为便于控制和管理，为便于控制和管理，ATM虚连接采用虚连接采用等级结构等级结构：虚信道连接虚信道连接（VCC:Virtual Channel Connection）虚通路连接虚通路连接（VPC:Virtual Path Connection）传传 输输 线线 路路155M/bs STM-1 通通 道道 2Mb/s 数字通道数字通道(E1)数字电路数字电路(64kb/s)STM 中中 的的 分分 级级 通通 道道 结结 构构 （物（物 理理 通通 道道 概概 念）念）传传 输输 线线 路路 虚虚 通通 路路(VP)虚信道虚信道（VC)ATM 的非的非 分分 级级 通通 道道 结结 构构（逻逻 辑辑 通通 道道 概概 念）念）(a)STM(b)ATM（三）（三）ATM 交交 换换（3）面向连接（CO）传 输 线 路155M/bs 58现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院（4）异步时分（）异步时分（ATD）交换）交换STD：Synchronous Time Division 同步同步时分交换时分交换ATD：Asynchronous Time Division 异步异步时分交换时分交换TS0TSiTSnTS0TSiTSn(a)STD（连接和时隙位置一一对应）（连接和时隙位置一一对应）(b)ATD（属于同一连接的各信元不占用固定的时隙位置）（属于同一连接的各信元不占用固定的时隙位置）（三）（三）ATM 交交 换换（4）异步时分（ATD）交换TS0TSiTSnTS0TSiT59现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院（5）引入了）引入了ATM适配层（适配层（AAL）AAL实实现现与与特特定定业业务务类类型型相相关关的的功功能能，以以此此来来支支持持区区分分服服务务的的能能力力，这这对对实实现现综综合合业业务务的的传传送送目目标标来来说说至至关关重重要要，也也是是ATM与与其其他他面面向向单单业业务务优化设计的网络间的重要区别。优化设计的网络间的重要区别。（三）（三）ATM 交交 换换（5）引入了ATM适配层（AAL）（三）ATM 交 换60现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 1988年，确定了年，确定了ATM的固定信元格式。的固定信元格式。90年代初期，小容量年代初期，小容量ATM交换机面世。交换机面世。90年代中期，美欧洲等开始建立年代中期，美欧洲等开始建立ATM实验网。实验网。目前，其应用逐步从骨干网转移至接入，用于承目前，其应用逐步从骨干网转移至接入，用于承载载IP业务。业务。（三）（三）ATM 交交 换换1988年，确定了ATM的固定信元格式。（三）ATM 交 61现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 IP交换是将交换是将第二层交换和网络流量管理能力第二层交换和网络流量管理能力与与第三层路由功能的灵活性和可扩展性第三层路由功能的灵活性和可扩展性结合在一结合在一起的交换技术。起的交换技术。1996年年Ipsilon公司了提出公司了提出IP交换的概念。交换的概念。1996年年Cisco提出了标签交换的概念。提出了标签交换的概念。1997年年IETF提出了提出了MPLS技术标准。技术标准。（四）（四）IP 交交 换换 IP交换是将第二层交换和网络流量管理能力与第三62现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 随着光器件和波分复用技术的发展和不断成熟，随着光器件和波分复用技术的发展和不断成熟，光交换机技术成为光交换机技术成为实现实现NGN的一个核心技术，当的一个核心技术，当前有空分机制的前有空分机制的光路交换光路交换(ODX)、时空结合的光突、时空结合的光突发交换发交换(OBS),只完成光层交换。只完成光层交换。（五）光（五）光 交交 换换随着光器件和波分复用技术的发展和不断成熟，光交换机技术成为实63现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 NGN（下一代网络）（下一代网络）是是一一个个能能够够提提供供语语音音、数数据据、视视频频和和多多媒媒体体业业务务的的基基于于分分组传送的、业务开放的网络架构。组传送的、业务开放的网络架构。按照按照ITU-T的定义：的定义：NGN是是一一个个基基于于分分组组交交换换的的网网络络，能能够够提提供供包包括括电电信信业业务务在在内内的的所所有有业业务务；能能够够利利用用多多种种宽宽带带和和QOS保保障障的的传传送送技技术术；其其业业务务相相关关功功能能与与其其传传送送技技术术相相独独立立；NGN使使用用户户可可以以自自由由接接入入到到不不同同的的业业务务提提供供商商；NGN支支持持通通用用移移动动性性，为用户提供始终如一、普遍存在的业务。为用户提供始终如一、普遍存在的业务。（六）（六）NGN与软交换与软交换NGN（下一代网络）（六）NGN与软交换64现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 基本特征基本特征：基于分组传送技术基于分组传送技术提供全业务提供全业务具有具有QOS保证保证网络与业务分离网络与业务分离自由接入和通用移动性。自由接入和通用移动性。基本目的基本目的：简化结构，推进网络和：简化结构，推进网络和/或业务融合。或业务融合。（五）（五）NGN与软交换与软交换基本特征：（五）NGN与软交换65现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 软交换（软交换（SoftSwitch）是是网网络络演演进进以以及及下下一一代代分分组组网网络络的的核核心心设设备备之之一一，它它独独立立于于传传送送网网络络，主主要要完完成成呼呼叫叫控控制制、资资源源分分配配、协协议议处处理理、路路由由、认认证证、计计费费等等主主要要功功能能，同同时时可可以以向向用用户户提提供供现现有有电电路路交交换换机机所所能能提提供供的的所有业务，并向第三方提供可编程能力。所有业务，并向第三方提供可编程能力。（五）（五）NGN与软交换与软交换软交换（SoftSwitch）（五）NGN与软交换66现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 IADAMG宽窄带接入UMGPLMN/3GSGTMGPSTNUMG业务平面业务平面IP 核心网核心网控制平面控制平面交换平面交换平面接入平面接入平面SoftSwitchSoftSwitchiOSSPolicyServerApplicationServerSCPLocationServerRADIUSServerMRS（五）（五）NGN与软交换与软交换IADAMG宽窄带接入UMGPLMN/3GSGTMGPSTN67现代交换原理现代交换原理 电子信息工程电子信息工程学院学院 习题与思考题习题与思考题 1.1多多用用户户全全互互连连通通信信有有何何特特点点？为为什什么么通通信信网网不不直直接接采采用用这这种方式？种方式？1.2 在通信网中引入交换机的目的是什么？在通信网中引入交换机的目的是什么？1.3 已经出现的交换技术有哪些？各有何特点？已经出现的交换技术有哪些？各有何特点？习题与思考题 1.1多用户全互连通信有何特点？为什么通信网68