交换技术基础课件PPT第一章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,交换技术基础,陈美娟,通信与信息工程学院,1,主要内容,第一章 绪论,第二章 同步时分交换网络（,STD,）,第三章 数字程控电话交换（,DSN,）,第四张,7,号共路信令（,SS7,）,第五章 窄带综合业务数字交换（,N-ISDN),第六章 移动交换（,MS,）,第七章 智能网业务交换（,IN,）,第八章,ATM,交换（,B-ISDN,）,第九章 软交换（,SS,）,2,第一章 绪论,交换的一般概念,交换技术,电信交换网,电信交换基本技术,交换和路由,NGN,和软交换,3,1.1,交换的一般概念,网状互联：,如果用户数为,N,，则互联线对数为,N(N-1)/2,；,不实用,。,交换节点：,用户线连到交换机；,由交换机控制任意一对用户之间的接续；,所需的连接线对数为,N,。,交换,：,switch,交换技术,：,switching technology,电话交换网：,当电话用户分布的区域较广时，,要设置多个交换节点，,交换节点之间用中继线（,Trunk,）相连。,电话交换,4,1.1,交换的一般概念,当交换的范围更广时，交换节点之间也不能网状互联，而要引入,汇接交换节点,，以便进一步节省网络传输资源。,电话,汇接局,端局,本地网,5,1.1,交换的一般概念,目前长途电话网中的长途交换节点一般要分为几级，形成逐级汇接的交换网。,6,我国电话交换网络结构,7,交换节点控制的,接续类型,本局接续,(Local Call),：,本交换机所属用户线之间的接续。,出局接续,(Outgoing Call),：,本交换机用户线和出中继线之间的接续。,入局接续,(Incoming Call),：,入中继线和本交换机用户线之间的接续。,转接接续,(Transit Call),：,入中继线和出中继线之间的接续。,8,小试？接续类型,本地网,TS1,TS2,LS1,LS2,LS3,LS4,a1,a2,b1,b2,c1,c2,d1,d2,本局接续,出局接续,入局接续,转接接续,端局,汇接局,电话,9,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,呼叫控制信号,。,能正确接收和分析从用户线或中继线发来的,地址信号,。,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,。,能按照所收到的释放信号,拆除连接,。,电话,TS1,端局,TS2,LS1,LS2,LS3,LS4,a1,a2,b1,b2,c1,c2,d1,d2,10,1.2,交换技术,两大类交换技术：,电路交换（,CS,Circuit Switching,）,分组交换（,PS,Packet Switching,）,11,1.2.1,电路交换,12,电路交换基本过程,1,、呼叫建立阶段,2,、信息传送,(,通话,),阶段,3,、连接释放阶段,三个阶段：,面向连接,13,电路交换举例,(,(,(,(,交换机,交换机,交换机,交换机,用户线,用户线,中继线,中继线,B,D,C,A,A,和,B,通话经过四个交换机,通话在,A,到,B,的连接上进行,14,电路交换举例,C,和,D,通话只经过一个本地交换机,通话在,C,到,D,的连接上进行,(,(,(,(,交换机,交换机,交换机,交换机,用户线,用户线,中继线,中继线,B,D,C,A,15,电路交换的特点,1,电路交换是一种实时交换,要在通信的用户间建立,专用的物理连接通路,，从而又引起以下的特点：,在通信前先要有连接建立过程；,只要用户不发出释放信号，即使通信暂时停顿，物理连接仍然保持；,物理连接的任何部分发生故障都会引起通信的中断；,仅当呼叫建立与释放时间相对于通信的持续时间很小时才呈现高效率。,16,电路交换的特点,2,交换机对连接电路上传送的,媒体信息不作处理,，只是原封不动地,透明传送,，因此既可以传送话音信号，也可以传送数据信号。用作数据传送时不进行速率、码型的变换。,对传送的信息,无差错控制措施,。,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。,你说啥？,17,这里的“连接”指的是“通信信道”。,在模拟通信系统中就是实线连接；,在数字通信系统中就是,PCM,系统中的一个时隙，每个通信用户被指定分配一个固定的时隙，称为同步时分（,STD,Synchronous Time Division,）。,电路交换的特点总结,1,连接建立后，即使无信息传送，此连接也不能被其它用户使用。,固定分配带宽，且为通信用户所独占。,1,2,3,4,0,5,6,1,2,3,4,0,5,6,18,电路交换的特点总结,2,连接需要预先建立，因此有一定的连接建立时延，连接建立后 的媒体信息传输时延可以忽略不计，但是信息传输没有差错控制，不能保证数据交换的可靠性。,不适合于：突发,(burst),业务和对差错敏感的数据业务。,适合于：电话交换、文件传送、高速传真。,有建立时延、无差错控制：,19,Do you remember ?,什么是面向连接通信？哪种交换技术是面向连接？,为什么说电路交换带宽是固定分配？,为什么说电路交换是一种实时交换？,如何理解电路交换机对信息的透明传输？,20,1.2.1,电路交换多速率电路交换,电路交换建立的连接通路通常只有一种传送速率，例如,64kb/s,。,为了适应多种业务的需要，例如较高带宽的业务，可以采用多速率电路交换，也就是,将几条连接捆绑起来给用户使用,。,虽然多速率电路交换可以根据业务需要提供不同的带宽，但是其速率类型极其有限，仅限于某个基本速率（例如,8kb/s,或,64kb/s,）的整数倍，无法满足业务多样性的需求，而且交换机的实现比较复杂，成本将显著增加。,因此，多速率电路交换,并没有得到实际应用。,21,1.2.1,电路交换快速电路交换,快速电路交换的基本思路是,只在信息要传送时才分配带宽和有关资源。,在呼叫建立时，要求通路上的交换节点分配并“记忆”所需的带宽和去向，但并不占用该带宽，称之为逻辑连接。,当用户发送信息时，交换机才通过呼叫标识确定并激活该逻辑连接，形成物理连接。,虽然快速电路交换提高了带宽利用率，但控制复杂，时延和呼损比通常的电路交换大，灵活性又不如分组交换，因此也,未得到实际应用。,22,1.2.2,分组交换,23,报文交换,1,Message Switching,机制：,存储转发,（,store and forward,）,报文交换又称为存储转发交换，,它不需要事先为通信双方建立物理连接，而是将所接收的报文暂时存储。,报文中除了用户要传送的信息以外，还有目的地址和源地址。,交换节点要分析目的地址和选择路由，并在该路由上排队，等待到有空闲电路时才发送到下一交换节点。,24,报文交换,2,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,可以进行速率、码型的变换，具有差错控制措施，可以发送多目的地址的报文,，过负荷时则导致,时延的增加。,报文交换的基本过程和时延的构成,25,分组交换技术,1,机制：,存储转发,（,store and forward,）。,分组交换和报文交换的不同之处：,分组交换首先将,报文分割为若干较小的数据包，称为分组（,packet,）；,然后,分别发送各个分组,；,接收端再将这些分组组装为原来的报文。,由于分组的长度较小，,存储转发的时延将显著下降。,26,分组交换技术,2,每个分组包含一个分组头，其中有可供选路的信息和其它控制信息。,分组交换节点对所收到的各个分组分别处理，按其中的选路信息选择去向，发送到能到达目的地的下一交换节点。,正是由于分成多个分组，也增加了开销。为此，分组长度的确定是一个重要的问题。,分组长度缩短会进一步减少时延而增加开销,分组长度加大则减少开销而增加时延,分组长度的选择要兼顾到时延与开销两个方面。,27,分组交换网的示意图,H,1,A,分组交换网,B,D,E,C,H,5,H,6,H,4,H,2,H,3,H,1,向,H,5,发送分组,H,2,向,H,6,发送分组,注意分组路径的变化！,结点交换机,主机,28,注意分组的,存储转发,过程,H,1,A,分组交换网,B,D,E,C,H,5,H,6,H,4,H,2,H,3,H,1,向,H,5,发送分组,结点交换机,主机,在结点交换机,A,暂存,查找转发表,找到转发的端口,在结点交换机,C,暂存,查找转发表,找到转发的端口,在结点交换机,E,暂存,查找转发表,找到转发的端口,最后到达目的主机,H,5,29,分组交换技术,3,分组交换的时延与报文交换的时延比较：,由于收到一个分组后立即可以发送，不必存储等待整个报文的到达，因此,分组交换的时延小于报文交换,。,分组交换的时延,报文交换的时延,30,三种交换的比较,P,1,P,2,P,3,P,4,P,1,P,2,P,3,P,4,P,3,P,4,报,文,报,文,报,文,A B C D,A B C D,A B C D,报文交换,电路交换,分组交换,t,连接建立,数据传送,报文,P,2,P,1,连接释放,31,虚电路和数据报,分组交换可提供,两种服务方式,：,虚电路（,VC-Virtual Circuit,）方式,数据报（,DG-Datagram,）方式,32,虚电路和数据报,33,虚电路方式,虚电路方式，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；,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,拆除该虚电路。,从呼叫建立过程看，虚电路方式和电路交换类似，不同之处在于：,虚电路并非物理连接，而是逻辑连接,。,虚电路并不独占线路，在一条物理线路上可以同时建立多个虚电路，也就是建立多个逻辑连接，以达到资源共享。,虚电路虽然只是逻辑连接，毕竟也需要建立连接，,因此不论是物理连接还是逻辑连接，都属于,面向连接（,CO-Connection Oriented,）的方式。,34,两种虚电路,交换虚电路（,SVC-Switched Virtual Circuit,）,永久虚电路（,PVC-Permanent Virtual Circuit,）,通过用户发送,呼叫请求分组,的方式建立起来的虚电路,如果应用户预约，由,网络运营者预先建立,的固定的虚电路。,它没有虚电路建立过程，可直接进入数据传送阶段。,35,数据报方式,数据报方式,不存在逻辑连接，同一报文的各个分组的传送互相独立，原则上各个分组可以经由不同的路径到达目的地。,由于不需要建立连接，称其为,无连接（,CL-Connectionless,）方式。,IP,网络的路由采用的就是无连接方式,，因此广义地说，可将,IP,网络归为数据报方式的分组交换网络。,36,虚电路和数据报方式的时延,分组交换的时延图,可理解为采用,数据报方式,的分组交换的时延。,如果是,虚电路方式,，还应,增加呼叫建立阶段和清除阶段。,数据报方式的分组交换的时延,37,快速分组交换,1,早期的分组交换,均采用,逐段链路,的,差错控制和流量控制,，数据帧传送出现差错时可以重发，传送质量有保证，可靠性高。但由于协议和控制复杂，,信息传送时延大，只能用于非实时的数据业务。,快速分组交换（,FPS-Fast Packet Switching,）的思想是尽量,简化协议,，使其只包含最基本的核心网络功能。,网络不再提供差错校正功能，而将此功能交由终端去完成，以实现高速、高吞吐量、低时延的交换传送。,典型的快速分组交换方式就是,帧中继（,FR-Frame Relay ),。,38,快速分组交换,2,传统分组交换包含物理层、链路层和分组层三层，对应于,OSI,七层结构的下三层，每一层都有其特定的功能。,分组层传送的数据单元称为分组,链路层传送的数据单元称为帧,帧中继取消了分组层，链路层也大为简化，只保留了帧的定界、同步、透明性、差错检测等核心功能，检测到错误帧就予以丢弃，不再重发。,帧中继就好像是为数据帧的传送提供了一条透明的中继通路，由此得名为帧中继。,39,快速分组交换,3,帧中继采用,ITU-T Q.922,建议的帧方式链路接入协议（,LAPF-Link Access Protocol-Frame Mode,）的一个子集，即其数据链路层的核心子层，称为数据链路核心协议（,DL-CORE,）。,帧中继采用可变长度帧，可适应突发信息的传送，很适合于局域网的互连。,之所以能够简化协议，是因为,光纤系统的大量部署,。高度可靠的光纤传输系统不再需要链路层复杂的,差错控制,和,流量控制功能。,另外，,终端系统的日益智能化,，例如个人计算机的大量出现，也具备了以端到端的方式进行差错控制的能力。,40,ATM,交换,1,ATM,：异步传送模式（,Asynchronous Transfer Mode,）,ITU-T,提出的,B-ISDN,（宽带综合业务数字网：,Broadband Integrated Services Digital Network,）的核心技术。,在相当一段时间内被认为是未来宽带通信网最佳的复用、传输和交换模式。,ATM,交换支持高速、高吞吐量和高服务质量的信息交换，,能提供灵活的带宽分配，适应从很低速率到很高速率的综合业务交换的要求。,41,ATM,交换,2,帧中继的,帧长是可变的,，,ATM,交换的数据单元长度是,固定的,，称为,信元（,cell,）。,信元就是长度固定为,53,个字节的短分组，其中开头,5,个字节称为信头（,header,），放置信元本身的控制信息；其余,48,个字节称为净荷（,payload,），即用户需传送的具体信息。,短信元可以降低交换节点内部的缓冲器开销，减小排队时延和时延抖动，提高传送性能；,固定长度的信元则可以简化交换控制和缓冲器管理，可用硬件完成分组交换，以实现高速交换。,从分组交换的角度看，,ATM,交换是信元中继，,属于虚电路交换方式，,在传送信息之前必需先建立虚连接。,ATM,交换是一种快速,分组,交换技术,42,ATM,交换,3,ATM,交换是一种,快速电路,交换技术,时分电路交换方式,（,CS,）,采用的是,同步时分（,STD,）方式,ATM,交换,则属于,异步时分（,ATD,）,方式,43,STD,（同步时分）,& ATD,（异步时分）,STD,（,Synchronous Time Division,）,：,通过,时间位置,来区别每一个逻辑信道,ATD,（,Asynchronous Time Division,）,：,通过,标记,来区别每一个逻辑信道,44,STD,（同步时分）,交换机为每个连接分配一个,固定的时隙,（,TS-Time Slot,）。,以,PCM30/32,路一次群链路为例，每个复用帧有,32,个时隙，周而复始。,假定在呼叫建立过程中将,TS1,分配给了连接,A,，则每帧的,TS1,始终是传送连接,A,的用户信息；,直到连接拆除为止。,45,ATD,（异步时分）,在,ATD,中，,一个信元占用一个时隙，但是不同复用帧的同一时隙位置中的信元不一定属于同一连接。,或者说，对于给定的连接来说，它的信元在复用帧中所占用的时隙数取决于该连接传送信息的瞬时速率。,当连接传送速率较大时，分配到的时隙数就较多，反之就较少，甚至不分配时隙。,即，属于同一呼叫连接的信元，可以或密或疏地在复用链路上出现。,这样可以实现,按需分配带宽,，提高网络带宽的利用率。,46,STD&ATD-,电路交换,&ATM,交换,时隙数：,STD,：,一个时隙,（每个连接分配一个时隙）,ATD,：,可多可少,（一个信元占用一个时隙。每个连接的信元在复用帧中所占用的时隙数取决于该连接传送信息的瞬时速率）,时隙位置：,STD,：,固定,（同一连接占用的时隙位置固定）,ATD,：,不固定,（不同复用帧的同一时隙位置中的信元不一定属于同一连接）,带宽：,STD,：,固定分配,ATD,：,按需分配,47,小结电路交换和分组交换,具有可靠连接保证的,电路交换,力图根据,按需分配,的原则为呼叫动态分配带宽，提出了基于,ATD,的快速电路交换方式；,具有高效带宽利用率的,分组交换,力图,简化协议功能和分组结构,，提出了基于中继方式的快速分组交换方式；,最后，两者结合形成了技术性能优异的支持各种类型信息传送的,ATM,交换方式。,电路交换,分组交换,快速电路交换,快速分组交换,ATM,交换,48,1.3,电信交换网,各种交换方式各具技术特点，适合于不同类型信息的传送，电信运营商基于这些交换技术建立了各种业务网络，提供相应的电信业务。,电话交换网,X.25,公用数据网,ISDN,网,帧中继网,B-ISDN,网,光交换网,49,1.3.1,电话交换网,机电式电话交换,模拟程控交换,数字程控交换,PSTN,PSTN,：,Public Switched Telephone Network,50,人工电话交换机时代,51,人工电话交换机时代,1876,年贝尔发明了电话，,1878,出现了第一部人工磁石电话交换机,人工磁石电话交换机：,电话机要配有干电池作为通话电源,用手摇发电机发送交流的呼叫信号,人工共电交换机：,通话电源由交换机统一供给,共电电话机中不需要手摇发电机，而由话机直流环路的闭合向交换机发送呼叫信号。,52,人工电话交换机时代,53,机电式电话交换,步进制交换机,机动制交换机,纵横制交换机,54,步进制,&,机动制交换机,步进制交换机,：,1889,年 美 史端乔,用户通过话机的拨号盘，可以直接控制交换机中电磁继电器与上升旋转型选择器的动作，从而完成电话的自动接续。,机动制交换机,用户的拨号脉冲,由交换机内的公用设备,记发器接收和转发,，再控制接线器的动作。,采用了记发器可以译码，增加了选择的灵活性，而且可以不一定按十进制方式工作。,无论是步进制还是机动制，选择器均须进行上升和,/,或旋转的动作，噪声大，易于磨损，通话质量欠佳，维护工作量大。,55,纵横制交换机,纵横制（,crossbar,）交换机,：纵横制的技术进步主要体现在两个方面：,采用了比较先进的纵横接线器，杂音小，通话质量好，不易磨损，寿命长，维护工作量减少。,采用,公共控制方式,，将,控制功能,与,话路设备,分开，使得公共控制部分可以独立设计，功能增强，灵活性提高，接续速度快，便于汇接和选择迂回路由以及实现长途自动化。,因此，纵横制远比步进制和机动制先进，更重要的是，,公共控制方式,的实现孕育着计算机程序控制方式的出现。,56,模拟程控交换,1965,年，美国开通了世界上第一个程控交换局。,程控也就是用,软件,来控制交换机的动作。,机电式交换采用控制逻辑电路方式，称为布线逻辑控制，是用,硬件,来控制交换机的动作的。,存储程序控制（,SPC-Stored Program Control,）,程控,模拟程控交换,S P C,控制部分,话路部分,57,程控交换的优越性,1,灵活性大，适应性强,SPC,方式可以适应电信网各种网络环境、性能要求和变化发展，在诸如编号计划、路由选择、计费方式、信令方式和终端接口等方面，都具有充分的灵活性和适应性。,能提供多种新服务性能,SPC,方式通过软件编程可以提供多种新服务性能，如缩位拨号、热线、闹钟服务、呼叫等待、呼叫前转、会议电话等。,便于实现共路信令,下面将述及，共路信令需要在公共的信令链路上传送大量话路的控制信息，交换机必须对此进行高速的处理。显然，只有在采用了,SPC,方式以后，共路信令才能实现和发展。,58,程控交换的优越性,2,操作维护管理功能的自动化,使用软件技术，可以使交换系统的操作维护管理自动化，并增强功能，提高质量。,硬件的自动测试与故障诊断,话务数据的统计分析,用户数据与局数据的修改等功能,还可适应集中的维护操作中心和网络管理系统的建立和发展。,适应现代电信网的发展,现代电信网要不断开放新业务，要与计算机技术和计算机通信密切结合，因此作为电信网的交换节点的程控化，显然是现代电信网发展的基础条件之一。,59,数字程控交换,1,20,世纪,70,年代推出,数字程控交换,在,话路部分,交换的是经过脉冲编码调制（,PCM-Pulse Code Modulation,）变换后的,数字化的话音信号,交换机中的,交换矩阵,要采用,数字交换网络,（,DSN-Digital Switching Network,）。,交换机：,阿尔卡特,-E10,贝尔,-S1240,AT&T-4ESS,、,5ESS,爱立信,-AXE10,富士通,-FETEX-150,中兴,-ZXJ-10,华为,-C&C08,60,数字程控交换,控制部分,话路部分,DSN,61,数字程控交换,2,信令技术上：,7,号共路信令方式。,控制技术上：多机分散控制方式。灵活性高，处理能力增强，系统扩充方便而经济。,采用汇编语言，,C,、,CHILL,等高级语言。,对软件的主要要求不再是节省空间开销，而是可靠性、可维护性、可移植性和可重用性。,使用了结构化分析与设计、面向对象设计等软件技术，并建立和不断完善了用于程控交换软件开发、测试、生产、维护的支撑系统。,相对于模拟程控交换而言，数字程控交换显示了以下的优越性：,体积小；,交换网络容量大，速度快，阻塞率低，可靠性高；,便于采用数字中继；,62,数字程控交换,3,数字程控交换仍然是电信网络的主流技术,固定通信网、移动通信网、智能网、专用通信网和企业通信网，特别是电话业务普遍使用数字程控交换技术。,说明：,电话交换网也能传送数据信号，称为电路交换数据业务。,由于在电话网中，从终端到交换机之间的用户接入段是模拟线路，因此传送数据信号时终端必需配备调制解调器（,modem,），数据传送速率一般为,9.6kbit/s,，最高不超过,19.2kbit/s,。,ADSL,在一对铜线上支持：,上行速率,512kb/s,1Mb/s,下行速率,1,8Mb/s,有效传输距离在,3,3.5km,范围以内。,63,1.3.2 X.25,公用数据网,X.25,是,ITU-T,制订的分组交换接口标准。,X.25,网是第一个全球统一标准的,公用交换分组数据网,（,PSPDN-Public Switched Packet Data Network,）,X.25,支持的数据传送速率一般不超过,64kbit/s,，最大为,2Mbit/s,，属于,低速分组交换网络,。,公用交换分组数据网,PSPDN-Public Switched Packet Data Network,低速分组数据网络,64,PSTN-ISDN,ISDN,用户终端,用户终端,Integrated Service Digital Network,PSTN,用户终端,用户终端,Public Switched telephone network,65,1.3.3,ISDN,网,在,PSTN,上传送的话音信号已经是数字信号，但从终端到网络的接入段是模拟的，所以,PSTN,不能有效地提供数据业务。,ISDN,（综合业务数字网,-Integrated Service Digital Network,），,目的：在一个统一的网络上提供包括话音、视频、数据、文本在内的各种类型的业务。,技术要点是：,将,PSTN,的模拟,UNI,接口更新为数字接口，形成端到端全程数字传送的综合数字网（,IDN-Integrated Digital Network,）；,将数字程控交换机更新为既能进行电话交换又能进行数据交换的综合交换机；,定义新的,UNI,信令和,NNI,信令；,开发新的能支持各种业务的数字终端。,66,ISDN,从本质上来说，,ISDN,并非融合网络，只是一个重叠网络：,电话和数据业务还是分别采用电路交换技术和,X.25,分组技术；,信道带宽还是以电话网为基础，限于,64kbit/s,的整数倍，很难提供任意速率的带宽；,终端更新成本和增益提升不匹配，不能为广大用户普遍接受。,因此，尽管,ISDN,的想法很好，实际上并没有获得真正的规模发展，尤其是当,ATM,技术提出后，,ISDN,已经黯然失色。,然而，,ISDN,技术思想被电信业广为采用。,蜂窝移动通信网就是借鉴,ISDN,的网络参考模型确定其网络结构的；,ISDN,的,UNI,信令被广泛应用，并演进为,ATM,网络的用户信令；,ISDN,的,NNI,信令被视为固定通信网的基础网络信令；,ISDN,提出的三个阶段业务描述方法被业界广为接受。,因此，,ISDN,在电信网络的发展中有很重要的位置，目前都以,PSTN/ISDN,作为电路交换固定电信网的标志。,67,1.3.4,帧中继网,帧中继网采用帧中继技术，支持的最高数据传送速率可达,34Mbit/s,，属于高速分组数据网，在各国广泛部署使用。,帧中继网采用面向连接技术。,帧中继可以提供两种形式的虚电路：,SVC,（交换虚电路,Switched Virtual Circuit,）,PVC,（永久虚电路,Permanent Virtual Circuit,）,典型应用业务包括局域网互联、虚拟专用网（,VPN-Virtual Private Network,）、大型文件传送、块交互型通信等。,实际网络提供的基本上都是,PVC,，主要应用业务是局域网互联。,高速分组数据网,68,1.3.5 B,ISDN,网,ISDN,信道是以,64kbit/s,语音信道为基础构建的，并不能满足以图像为代表的高带宽业务的需求。,随着宽带通信目标的提出，国际电联于,1980,年末提出了,B-ISDN,的概念，并确定以,ATM,作为网络最佳的传送模式，实现真正意义上的,统一网络和综合业务。,图像,69,B-ISDN,B-ISDN,的网络节点就是,ATM,交换机，其主要物理接口是不同等级的,SDH,（,Synchronous Digital Hierarchy,）光纤接口，因此具有宽带传送的能力。,相对而言，原先定义的基于,64kbit/s,的,ISDN,就称为,窄带综合业务数字网（,N-ISDN,）。,ATM,交换继承电信网的基本原则，采用面向连接的虚电路交换方式。,每个虚连接的带宽可以根据实际需要设定，没有单位带宽的限制。,虚电路,Broadband Integrated Services Digital Network,宽带综合业务数字网,70,交换光交换,电,电,电,光,光,光,71,1.3.6,光交换网,光纤传输系统,密集波分复用,DWDM,：,dense wavelength division multiplexing,72,1.4,电信交换基本技术,接口技术,互连技术,控制技术,信令技术,73,1.4.2,接口技术,各种交换系统都接有用户线、中继线。,用户线和中继线终接在交换系统的用户接口和中继接口。,不同类型的交换系统具有不同的接口技术,数字程控电话交换,要有适配模拟用户线、模拟中继线和数字中继线的接口电路；,N-ISDN,交换,要有适配,2B+D,的基本速率接口和,30B+D,的基群速率接口；,移动交换,要具有通往基站的无线接口；,ATM,交换,要有适配不同码率、不同业务的各种物理媒体的接口；,光交换,则要有不同形式的光接口和波分复用接口。,接口技术主要由硬件实现，有些功能也可由软件或固件实现。,74,1.4.1,互连技术,实现任意入线与任意出线之间的互连,可以是物理连接，也可以是虚连接。,交换系统一般都具有：,互连网络（,interconnection network,）,或称为,:,交换网络（,switching network,）,在,ATM,和光交换中则称为,:,交换结构（,switching fabric,）,互连技术主要涉及硬件（,hardware,）技术,互连技术包括以下几方面：,拓扑结构选路策略,控制机理阻塞特性,故障防卫,75,1.4.1,互连技术,-,拓扑结构,拓扑结构可分为两类：时分（,time division,）结构和空分（,space division,）结构。,时分结构包括共享媒体（总线或环）和共享存储器。,分组交换和,ATM,交换都可以采用时分结构；,数字程控电话交换通常使用由存储器构成的时分结构，或将时分结构作为整个拓扑结构的一部分；,小容量的数字程控电话交换也可采用总线拓扑结构。,空分结构是由交换单元（,Switching Element-SE,）构成的单级或多级拓扑结构。,“空分”的含义是指在拓扑结构内部存在着,多条并行的通路,每条通路仍然可以采用时分复用的方式。,76,1.4.1,互连技术,-,选路策略,选路策略主要针对,多级空分拓扑结构。,这里所说的选路，不是整个电信网中各个交换节点之间的选路，而是,交换节点的互连网络内部的选路,选路的目的：,在互连网络,指定的入端与出端之间选择一条可用的通路。,用户,12345678,中继电路,2,77,选路策略条件选择与逐级选择,1,条件选择（,conditional selection,） ：,不论互连网络有几级，作全盘观察，在指定的入端与出端之间所有的通路中选用一条可用的通路。也称通盘选择。,逐级选择（,stage-by-stage selection,） ：,不作全盘考察，而是从入端的第,1,级开始，先选择第,1,级交换单元的出线，选中一条出线以后再选择,2,级交换单元的出线，以此类推，直到最末一级到达出端为止。,78,选路策略条件选择与逐级选择,2,由于逐级选择带有某种盲目性，即选定前一级出线时没有考虑后面几级出线的情况，因此其阻塞率高于条件选择。,通常采用条件选择，但只要互连网络的服务质量满足指标要求，也可采用逐级选择。,S1240,数字程控电话交换系统的交换网络就采用逐级选择，但是增加了可重新选试多次的功能，即当选试不成功时可以重新从入端起再进行逐级选择，这就成为可重试逐级选择，可以减少阻塞率。,79,选路策略自由选择与指定选择,自由选择：,是指某一级出线可以任意选择，不论从哪一条出线都可以到达所需的互连网络出端。,指定选择：,只能选择某一级出线中指定的一条或一小群，才能到达所需的互连网络出端。,包括级数、级间互连方式等在内的多级空分拓扑结构一旦确定以后，哪几级可以自由选择和哪几级只能指定选择也随之而定。,自由选择级可起扩大通路数、均衡业务流量的作用。,有些多级空分结构不存在自由选择级。,80,选路策略面向连接选路和无连接选路,交换节点的互连网络内部的选路,通常采用面向连接选路，即预先在互连网络指定的入端和出端之间选定一条通路，凡属于该呼叫连接的用户信息都在这一通路上传送。,无连接选路则不预先选定，而是在入端收到用户信息时才临时选路。,电路交换要建立固定的物理连接，肯定采用面向连接选路。,ATM,交换机构可采用面向连接选路，也可采用无连接选路。,后者相当每收到载有用户信息的信元时才进行选路，属于同一呼叫连接的信元会通过互连网络内部的不同通路而引起失序，在互连网络出端必须恢复其原有顺序。,81,1.4.1,互连技术,-,控制机理,这里的控制机理是,泛指完成选路后还必须实现的一些控制，以使互连网络能正常而有效地工作，并且符合服务质量的要求。,对于通常的程控电话交换系统的数字交换网络而言，完成选路后只要,将,所选通路的有关标识写入交换网络的控制存储器,，即可实现正常的电路交换。,ATM,交换则比较复杂，,虚连接建立后，在信息传送阶段仍要对随机到来的信元完成选路控制,；,此外，控制机理可能还要包括,竞争消除、反压控制、队列管理、优选级控制等，在后续章节会做介绍。,82,1.4.1,互连技术,-,阻塞特性,阻塞特性反映了在呼叫建立或用户信息传送时，由于互连网络的拥塞而遭受损失的现象。,连接阻塞与传送阻塞,有阻塞与无阻塞,83,连接阻塞与传送阻塞,1,对于,电路交换,，由于建立的是专用的物理连接，只有在呼叫建立阶段会选不到空闲通路而遇到阻塞；一旦连接建立，在信息,传送阶段就不会再遇到阻塞,。,连接阻塞表示呼叫遭到拒绝，要重新发起呼叫，可称为损失制（,loss system,）。,电路交换的互连网络的阻塞特性用阻塞率（,Blocking probability,）表示。,阻塞率的含义,：由于互连网络内部阻塞而不能建立连接的呼叫数与加入互连网络总呼叫次数之比。,电路交换没有传送阻塞,阻塞率,电路交换有连接阻塞,84,连接阻塞与传送阻塞,3,ATM,交换在,虚连接建立阶段也会遇到阻塞,，当然，判别是否阻塞的标志与电路交换不一样：,电路交换是专用的物理连接（包括数字时分交换），通路只有空闲和占用两种状态；,ATM,交换是复用的虚连接，要看通路上是否还存在够用的带宽。,ATM,交换更注重传送阻塞,传送阻塞：在信元传送阶段产生的阻塞。,由于是异步时分复用，属于各个连接的信元会随机地到来而在某个时刻发生传送冲突。也就是说，在信元传送阶段会不断产生竞争现象。,竞争失败的信元可在缓冲器中排队等待或予以丢弃。排队时缓冲器溢出造成信元丢失。,信元丢失率（,cell loss rate-CLR,）,ATM,交换有传送阻塞,信元丢失率,-CLR,ATM,交换有连接阻塞,85,1.4.1,互连技术,-,故障防卫,互连网络是交换系统的重要部件，一旦发生故障会影响众多的呼叫连接，甚至全系统中断。,因此，互连网络必须具备有效的故障防卫性能。,除了提高互连网络硬件的可靠性以外，通常配置双套冗余结构，也可采用多平面结构。,86,1.4.3,信令技术,在电信网中要实现任意用户之间的呼叫连接，完成交换功能，必须在信令的控制下有条不紊地进行。,交换节点的信令系统可以理解为实现和配合各种信令协议和信令方式而需具有的所有硬件和软件设施的总成。,87,用户信令,&,局间信令,按照信令的作用区域划分,用户信令（,subscriber,signalling,）,用户,-,网络接口（,UNI,）信令,局间信令（,inter-office,signalling,）,节点,-,节点接口（,NNI,）信令,88,用户信令,用户信令在用户与交换节点之间的用户线上传送。,不同的网络具有不同的,UNI,信令。,电话网,的用户信令最为简单，可以分为：,监视信令,反映用户状态的信令，也称为用户状态信令。最基本的用户状态就是摘机（,off-hook,）和挂机（,on-hook,）。,地址信令,就是主叫用户发送的被叫号码，作为交换节点进行选路的依据。,根据话机类型的不同，有两种方式发送地址信令：直流脉冲（,Pulse,）方式和双音多频（,DTMF-Dual Tone Multi-Frequency,）方式。,目前使用的基本上都是,DTMF,话机。,89,局间信令,局间信令是电信网中,各个交换节点之间传送的信令。,更广义地说，局间信令可以是,电信网中各个网元之间,传送的信令。,局间信令可以分为：,随路信令,共路信令,随路信令虽然还在使用，但目前已普遍采用共路信令方式。,90,信令的分类,按照信令传送通道与话音传送通道之间的关系划分,：,随路信令,：,（,CAS:Channel,Associated Signal),是,指用传送话音的通路来传送与该话路有关的各种信令，或某一信令通路唯一地对应于一条话音通道。,CAS,有两个基本的特征：,共路性,，即信令与话音利用同一通道传送；,相关性,，即信令通道与话音通道在时间位置上有对应关系。,公共信道信令,：（,CCS:Channel,Common Signal),又叫共路信令，,是指传送信令的通路与传送话音的通路分开，信令有专用的传送通道。,CCS,有两个基本特征：,分离性,，即信令和话音信息在各自的通道上传送；,独立性,，即信令通道与话音通道之间不具有时间位置的关联性。,91,信令的分类,92,随路信令,CAS-PCM,一次群,复帧同步,第,1&16,路信令,第,15&30,路信令,93,随路信令,CAS,Channel Associated,Signalling,随路信令，是指信令与话音是在同一条通路上传送。,电话网的随路信令也分为监视信令与地址信令两类，通常称为,:,线路信令,记发器信令,94,随路信令,-,线路信令,line,signalling,局间线路信令的作用,是监视局间中继线上的呼叫状态,示闲、占用、占用证实、被叫应答、挂机等。,线路信令按传送方向的不同，可分为：,前向（,forward,）信令和后向（,backward,）信令；,按传送媒介来分，可分为：,模拟型线路信令和数字型线路信令,95,随路信令,-,记发器信令,register,signalling,局间记发器信令,是完成电话交换接续的控制信令，主要是用于选择路由和目的地的地址信令。,为了加快接续速度，缩短相关公用设备的占用时间，记发器信令的传送必须迅速而准确。,记发器信令广泛采用,带内多频信号,，并可按电话交换网的不同要求而采用各种类型的记发器信令，例如脉冲方式或互控方式，端到端传送或逐段转发，前后向信令或仅有前向信令。,我国电话网所用的,1,号信令系统的记发器信令采用多频互控，端到端传送。前向信令采用,1380,、,1500,、,1620,、,1740,、,1860,、,1980HZ,的高频群，按,6,中取,2,编码，最多可组成,15,种信号。,带内多频信号,96,共路信令,CCS-Common Channel,Signalling,共路信令：是指信令通路与用户信息通路分离，信令是在专用的信令数据链路上传送。,一条专用的高速信令数据链路可以传送与大量的呼叫有关的信令。,共路信令的主要优点是,传送速度快，信令传送与信息传送互相独立，灵活性高，信令的种类和容量大大增加，可以适应现代电信网的发展。,共路信令有,6,号信令和,7,号信令两种，,目前大量使用的都是,7,号信令。,97,1.4.4,控制技术,控制技术主要由软件实现，但有些也可用硬件实现。,不同类型的交换系统各有其主要的控制技术。,程控电话交换：,数字分析,路由和通路选择,并发进程管理,分组交换：,选路控制和流量控制,ATM,交换：,呼叫接纳控制和自选路由控制,。,控制技术的实现与处理机控制结构密切相关。处理机控制结构是各类交换系统在设计中必须考虑的重要问题，关系到整个系统的性能和服务质量。,98,控制方式,两种基本的控制方式：,集中控制,分散控制,现代电信交换系统大多采用分散控制方式，但分散的程度有所不同。,99,通信机理,处理机复合体中的多处理机之间必然要互相通信,，为此要确定合适的通信机理，包括通信的物理通路、通信速率、通信规程等。,通常采用,消息传送机理,（,message passing mechanism,），实现多处理机之间的松耦合，具有灵活、可靠等优点。,100,1.5,交换和路由,电信网中：,交换是电信网的基础技术；,交换机是电信网的核心设备；,网络通过交换机的协同控制和处理才能完成用户信息端到端的传递。,计算机网中：,路由是网络的基础技术；,路由器是网络的核心设备；,网络通过路由器的协同控制和处理完成用户信息的端到端传递的。,交换机,路由器,101,交换和路由,2,交换,从涉及的,OSI,层次来看,和第三层相关,的称为分组交换，如,X.25,；,仅和第二层相关,的则称为帧交换，如帧中继、,ATM,和,LAN Switch,。,路由是第三层（网络层）的技术,，因此，从广义来说，它属于,面向数据应用的分组交换范畴,。,当前业界一致认为未来网络将由电路交换演进为分组交换网络，这里的,分组网络指的主要就是,IP,网络,。,102,主要差别面向连接,交换技术,路由技术,面向连接,面向无连接,面向无连接,信令,呼叫控制层,路由协议,有状态,有良好的,QoS,ATM,IP,103,交换和路由技术之争的焦点,ATM,和,IP,技术各有所长，也各有其缺陷。,ATM,交换已经形成了一套相当成熟的技术标准，考虑到了许多电信应用的需求，但是其技术相对复杂，接入和业务提供灵活性不够。,基于路由的,IP,技术应用于通信服务还有许多问题需要解决，许多技术尚未成熟，相关标准有待开发，但是其技术相对简单，异构设备的互联性好，应用开发快捷。,所以说，,ATM,是技术驱动型的，技术完备却未能得到市场的认同；,IP,是市场驱动型的，技术并不完备却得到市场的认同,，特别是由于,Internet,对于当前社会无所不在的影响，使得业界更倾向于选择,IP,技术。,焦点：,ATM,和,IP,技术之争,104,ATM,和,IP,ATM,和,IP,是不同层次的技术，前者是链路层的交换技术，后者是网络层的路由技术，各有其优势和不足之处，经过长达,10,年之久的努力，,ATM,已经有大量的电信应用技术积累，特别是在,QoS,和快速交换方面具有成熟的经验。,ATM,交换和,IP,路由技术的结合：,MPLS,（,Multi-Protocol Label Switching,，多协议标记交换）,IP,ATM,MPLS,105,1.6,NGN,和软交换,NGN,的提出,软交换技术,106,1.6.1 NGN,的提出,1,业务和技术,发展趋势对于传统通信网的业务运营和技术取舍都是一个极大的挑战，它推动计算机技术和通信技术的融合，促使人们重新思考通信网的走向。,数据业务量已超过电话业务量,分组通信、光通信和无线通信已成为发展的主流方向,IP,技术已进入包括语音和视频在内的传统通信网领域,107,第一回合争论,结果：选择了技术并不完全成熟但市场应用极为成功的,IP,。,重要标志：国际电联于,1999,年初正式宣布调整其战略研究目标，确定以,IP,替代,ATM,作为,GII,的基础网络技术，并启动以,IP,为核心的通信网技术标准研究。,引导了：各国运营业投入巨资建设光纤传送网络，发展,Internet,业务提供商（,ISP),、内容提供商（,ICP,）和应用提供商（,IAP,），旨在向用户提供价格低廉甚至免费的信息服务，,并一度将,Internet,视为未来通信网的模式。,IP,和,ATM,之争,IP,108,第二回合争论,什么是未来通信网,通信网,&Internet,互补关系,Internet,有其固有的缺陷：缺乏传统通信网固有的高服务质量、高可靠性、完备的网络管理和网络智能等优异的性能。,造成：基于,Internet,的信息网络长期高流量、低收益的局面，这对于一个公众运营网络的可持续发展是不可接受的。,争论结果,109,构建,NGN,的基本要素,最后构成一个可管理、可运营、可盈利的,IP,通信网络。,这样的网络就称为下一代网络。,NGN,：,Next Generation Network,IP,通信网,110,NGN,这名,NGN,这一名称一方面反映了当前通信网更新换代的发展动向，另一方面也是由于业界对于许多问题尚无定论，因此取此名为新一代通信网技术的发展留有充分的余地。,正因为如此，目前对于什么是,NGN,并无统一而明确的定义，但是对于,NGN,应该包含的基本技术特征已经有一个比较一致的认识。,NGN,：是泛指以,IP,为核心、支持多媒体业务、智能化的、融合的、可管理可运营的全业务网络。,111,NGN,的技术特征,IP,协议,路由器,路由协议,无连接服务,路由冗余,网络层,链路层,边缘路由器,核心路由器,传送层,光传送技术,多元化,宽带接入技术,接入层,呼叫控制层和业务层独立于承载层,在,IP,网络层之上设立一层交换控制层，该控制层和底层采用的具体承载技术无关，这就是所谓的软交换技术。,在网络控制层之上设立一层独立的业务层，并利用分布计算技术实现业务开发和提供。,112,NGN,的技术特征管理平面,管理平面提供运营网络各种所需的管理功能。,除了通常网管系统的网络管理和网元管理以外，还包括资源管理、安全管理、计费管理和业务管理等功能。,这些管理平面功能分布于相应的各个网络层次，确保,NGN,成为一个安全、可靠、高质量的网络。,113,NGN,的技术特征开放式体系架构和标准接口,上述各个层次和功能平面构成了,NGN,分布式的网络架构和开放式的应用环境，据此将定义各个接口的协议标准。,114,NGN,的分解实现,要实现,NGN,有必要从技术和业务角度分解实现目标。,我国提出了把,NGN,划分成不同层面的,5,类网络的思路,:,以软交换为核心的下一代业务网络（,NGSN,）,以光交换网为核心的下一代传送网络（,NGTN,）,以多元化宽带接入技术为核心的下一代接入网络（,NGAN,）,以,3G,为核心的下一代移动网络（,NGMN,）,以,IPv6,为核心的下一代数据网络（,NGDN,）,NGSN,NGTN,NGAN,NGMN,NGDN,115,1.6.2,软交换技术,116,软交换技术要解决的关键问题,关键问题：,如何在,IP,通信网中引入控制功能，包括呼叫控制和业务控制，并建立增值业务平台。,对于,Internet,来说，数据通信采用的是客户服务器方式，,除了网络层的路由协议以外，并不存在其他的控制技术,，也不存在网络智能和增值业务的概念，所有服务都是通过服务器和智能终端的直接交互实现的。,因此，,NGSN,在很大程度上借鉴了传统通信网的技术和结构理念，然后根据,IP,网络开放性的特点，提出相应的解决方案。,117,NGSN,关注呼叫控制层次的功能,NGSN,的网络节点是各种类型的分组交换节点，包括,IP,路由器,ATM,交换机,软交换机,NGSN,的交换对象仍然是数字化的通信信号，交换技术则演进为分组交换技术。,需要指出的是,NGSN,关注的交换主要是呼叫控制层次的功能,分组数据包本身的交换则取决于具体的承载层，沿用已有的技术，例如基于硬件的,ATM,交换或基于软件的,IP,包转发技术。,在业务提供方面充分考虑,IP,网络的特点，引入了开放式业务平台的概念，和已有通信网有质的变化。,118,软交换概念的形成,3,1990,年代后期，随着,IP,技术的迅速发展，人们开始研究,IP,多媒体技术，其突破口依然是话音通信，即,VoIP,技术。,此技术推出后，尽管由于网络结构和带宽所限，质量尚不能与传统相比拟，但是由于其低廉的成本和良好的技术发展前景，很快在全球赢得了市场，受到业界的高度重视。,ITU-T,和负责,Internet,标准的,Internet,工程任务组（,IETF-Internet Engineering Task Force,）,分别提出了,IP,多媒体通信的,H.323,标准和,SIP,协议技术。,VoIP,119,网