現(xiàn)代交換技術(shù)

現(xiàn)代交換技術(shù)第一講主講教師：范亞芹

學(xué)時(shí)：16

現(xiàn)代交換技術(shù)主講:范亞芹

教材

<<現(xiàn)代交換原理>>

陳建亞主編、北京郵電大學(xué)出版社第1章概述

1.1交換與通信網(wǎng)1.2交換技術(shù)的發(fā)展過程1.3現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展趨勢1.1.1通信業(yè)務(wù)與通信網(wǎng)

一、現(xiàn)代通信業(yè)務(wù)類型

1、電話通信業(yè)務(wù)

----對語聲信號進(jìn)行傳遞和交換的通信業(yè)務(wù)。

2、電報(bào)通信業(yè)務(wù)

----對文字、圖片和表格等信號進(jìn)行傳遞和交換的通信業(yè)務(wù)。

1.1交換與通信網(wǎng)

3、數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)----對“數(shù)據(jù)”信號進(jìn)行傳遞和交換的

通信業(yè)務(wù)。

----“數(shù)據(jù)”是預(yù)先約定的具有某種含義的數(shù)字、字母或符號以及它們的組合。

4、多媒體通信業(yè)務(wù)

----一次業(yè)務(wù)的進(jìn)行中交換的信息的類型不是一種，而是語音、文本、圖像、聲頻、視頻、數(shù)據(jù)等多種類型綜合體。

----多媒體技術(shù)是通信、計(jì)祘機(jī)和視頻三者融合的新技術(shù)。

1.1.2交換的引入一.交換機(jī)的產(chǎn)生1、通信就是在信息的源和目的之間進(jìn)行傳遞的過程.2、最簡單的通信系統(tǒng)是只有兩個(gè)用戶終端和連接兩個(gè)用戶終端的傳輸線路構(gòu)成的通信系統(tǒng)---點(diǎn)到點(diǎn)的通信方式.如圖1.1圖1.1點(diǎn)對點(diǎn)通信3、當(dāng)存在多個(gè)終端，且它們中的任何兩個(gè)都可以進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通信，方法是把所有終端兩兩相連，如圖1.2所示。這樣的一種連接方式稱為全互連式。4、如果在用戶分布密集的中心安裝一個(gè)設(shè)備——交換機(jī)(switch，也叫交換節(jié)點(diǎn))，每個(gè)用戶的終端設(shè)備經(jīng)各自的專用線路(叫用戶線)連接到交換機(jī)上，如圖1.3所示，就可以克服全互連式連接存在的問題。圖1.2多用戶全互連式連接全互連式連接存在一些問題（1）互連需N(N－1)/2條線對，且線對平方增加。（2）終端相距較遠(yuǎn)時(shí)，長途線路代價(jià)將很高。（3）每個(gè)終端需要N－1個(gè)線路接口。（4）再增加一個(gè)終端時(shí)，須增加N對線路。（5）每個(gè)用戶終端出線過多，選線復(fù)雜，較難維護(hù)。交換機(jī)負(fù)責(zé)監(jiān)測各個(gè)用戶狀態(tài)，需要時(shí)在兩用戶之間建立和釋放通信連路每個(gè)通信終端通過一對專門的用戶環(huán)線連到交換機(jī)的線路接口二.電話交換的發(fā)展過程

1876年，美國人貝爾發(fā)明了電話以來，電話交換技術(shù)經(jīng)歷了從：人工－>自動(dòng)機(jī)電－>電子布控－>程控空分－>時(shí)分模擬－>數(shù)字的發(fā)展過程。最早的電話交換機(jī)，1878年英國人設(shè)計(jì)了磁石電話交換機(jī)。人工交換----通過接線員完成請求接收、狀態(tài)監(jiān)視和接續(xù)操作。15年后步進(jìn)制交換機(jī)問世，通過號盤話機(jī)撥號使直流通斷直接控制接續(xù)選擇。1919年后，縱橫制交換機(jī)，采用記發(fā)器集中收號，通過標(biāo)志器驅(qū)動(dòng)縱橫接線器動(dòng)作完成自動(dòng)接續(xù)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展，出現(xiàn)了半電子交換機(jī)，準(zhǔn)電子交換機(jī)。布控邏輯交換機(jī)，通過邏輯電路對呼叫譯碼和選擇接續(xù)通路。計(jì)算機(jī)誕生后，將交換機(jī)的接續(xù)控制用計(jì)算機(jī)完成，有了模擬空分交換機(jī)。20世紀(jì)70年代，PCM技術(shù)成熟，產(chǎn)生了數(shù)字程控交換機(jī)，交換技術(shù)進(jìn)入了數(shù)字化時(shí)代，可交換數(shù)字話音、數(shù)據(jù)和圖文業(yè)務(wù)。三、通信網(wǎng)中的交換方式

目前在通信網(wǎng)中采用或曾經(jīng)提出的交換方式主要有以下幾種:電路交換多速率電路交換快速電路交換分組交換(X.25)幀交換幀中繼(FR)ATM交換IP交換光交換軟交換

1.2交換技術(shù)的發(fā)展過程1.2.1電路交換（CircuitSwitching）1、以恒定的比特率傳遞信息，建立實(shí)時(shí)的電路連接。（用戶需先通過請求信號告訴交換機(jī)所需的連接，當(dāng)需求可滿足并由交換機(jī)建好連接后，雙方才能通信；每個(gè)用戶獨(dú)占通信鏈路資源，電路效率低）如：程控交換機(jī)中，語音信號的傳遞速率為64kb/s。2、不適合寬帶綜合業(yè)務(wù)（圖、文、聲、像）并傳的要求。1.2.2多速率電路交換（Multi-ratecircuitSwitching）克服電路交換只提供單一速率的缺點(diǎn)，對電路交換改進(jìn)而來?？梢酝瑫r(shí)以多種不同速率進(jìn)行信息交換。適應(yīng)不同速率的業(yè)務(wù)。實(shí)現(xiàn)的方法有如下兩種：規(guī)定基本信道的速率在建立連接時(shí)根據(jù)業(yè)務(wù)的要求定義N個(gè)基本信道（即將N個(gè)基本信道捆綁起來），構(gòu)成一個(gè)更高速率的信道。定義多種速率的基本信道 如：定義速率為156.672Mb/s的基本信道，規(guī)定信道的結(jié)構(gòu)H、B、D及信道速率，如下：*1條H4信道（139.264Mb/s）

----分配可視電話*7條H1信道（2.048Mb/s）

----分配立體聲音樂高速數(shù)據(jù)*1條同步信道（64kb/s）

----分配同步信號多速率的電路交換，仍然采用恒定的比特率傳遞信息，對于帶寬資源的利用不利。如：H1信道占用時(shí)，再有H1信道的業(yè)務(wù)，即使此時(shí)H4信道空閑，也不能傳送。1.2.3快速電路交換（FCS-fastCircuitSwitching）

為克服電路交換固定分配帶寬不能適應(yīng)突發(fā)業(yè)務(wù)的發(fā)展而提出。只有再發(fā)送信息時(shí)，才分配網(wǎng)絡(luò)資源（建立電路連接），不發(fā)送信息時(shí)就釋放資源。提高了帶寬的利用率。設(shè)計(jì)和控制復(fù)雜，要求交換系統(tǒng)在很短時(shí)間內(nèi)建立連接和拆線，實(shí)現(xiàn)困難。1.2.4分組交換（PS-PacketSwitching）把要傳送的信息分成若干個(gè)分組（packet)，每個(gè)分組中有個(gè)分組頭，含有可供選路的信息和其他控制信息，采用“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”方式在各節(jié)點(diǎn)，靈活的傳送。傳遞信息靈活,路由忙時(shí)可以排隊(duì)等待，無阻塞。兩種方式：虛電路方式數(shù)據(jù)報(bào)方式不適合實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的語音業(yè)務(wù)，而適合突發(fā)對差錯(cuò)敏感的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。復(fù)雜的協(xié)議（X.25）處理，導(dǎo)致分組交換只適應(yīng)中低速數(shù)據(jù)通信，存儲和管理也比較復(fù)雜。1.2.5幀交換和幀中繼（FR）針對分組交換的缺點(diǎn)，對分組交換進(jìn)行改革－－改進(jìn)型的分組交換。簡化了協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)的功能、可支持高速度的數(shù)據(jù)通信。分組交換（X.25）適用于2Mb/s以下的工作速率。幀交換：簡化了協(xié)議，速率提高二到四倍。幀中繼：進(jìn)一步簡化協(xié)議，可適應(yīng)140Mb/s的速率，適合突發(fā)性的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。1.2.6ATM交換B-ISDN是面向?qū)拵Ф嗝襟w業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，對各種業(yè)務(wù)都要支持。對B-ISDN信息傳送模式在時(shí)間透明性和語義透明性提出了較高的要求。CTM技術(shù)特點(diǎn)：固定分配帶寬，面向物理連接，同步時(shí)分復(fù)用，適應(yīng)實(shí)時(shí)話音業(yè)務(wù)有較好的時(shí)間透明性。PTM技術(shù)特點(diǎn)：

動(dòng)態(tài)分配帶寬，面向無連接或邏緝連接，統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用，適應(yīng)有突發(fā)特性的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，有較好的語義透明性。ATM交換技術(shù)：以PTM為基礎(chǔ)并融合了CTM高速化的優(yōu)點(diǎn)發(fā)展而成。采用異步時(shí)分復(fù)用方式，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)分配帶寬，可適應(yīng)任意速率的業(yè)務(wù)。固定長度的信元和簡化的信頭，實(shí)現(xiàn)了快速交換和簡化了協(xié)議處理，提高了網(wǎng)絡(luò)的傳輸處理能力。現(xiàn)代交換技術(shù)第二講主講教師：范亞芹

學(xué)時(shí)：161.2.7IP交換----IP與ATM融和的技術(shù)

ATM是電信界為實(shí)現(xiàn)B-ISDN而提出的面向連接的技術(shù)。它集中了電路交換和分組交換的優(yōu)點(diǎn)，具有可信的QoS來保證語音、數(shù)據(jù)、圖像和多媒體信息的傳輸。以IP協(xié)議為基礎(chǔ)的Internet的發(fā)展，使IP成為當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境中的“既成事實(shí)”標(biāo)準(zhǔn)和開放式系統(tǒng)平臺。ATM和IP都是發(fā)展前景良好的技術(shù)，但它們在發(fā)展過程中都遇到了問題。

ATM技術(shù)是最佳的，而且ATM過于完善，其協(xié)議體系的復(fù)雜性造成了ATM系統(tǒng)研制、配置、管理、故障定位的難度；ATM沒有機(jī)會(huì)將現(xiàn)有設(shè)施推倒重來，構(gòu)建一個(gè)純ATM網(wǎng)。

IP網(wǎng)絡(luò)選路靈活,但只能提供盡力而為(besteffort)的服務(wù)，沒有任何有效的業(yè)務(wù)質(zhì)量保證機(jī)制。IP與ATM融和的目的:將IP選路的靈活性和ATM交換的大容量和高速結(jié)合起來.ATM技術(shù)與IP技術(shù)在未來很長一段時(shí)間內(nèi)將共存，并最終融合在一起。目前最看好的是支持兩者結(jié)合的多協(xié)議標(biāo)記交換(MPLS)技術(shù)，它的大部分標(biāo)準(zhǔn)已制定1.2.8光交換

光纖傳輸技術(shù)在不斷地進(jìn)步，波分復(fù)用系統(tǒng)在一根光纖中已經(jīng)能夠傳輸幾百吉比特每秒到太比特每秒的數(shù)字信息。(傳輸越來越使用光纖)。未來的大型交換系統(tǒng)將需要處理總量達(dá)幾百、上千太比特每秒的信息。目前的電子交換和信息處理網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展已接近了電子速率的極限為解決電子瓶頸限制問題，在交換系統(tǒng)中引入光子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光交換。交換節(jié)點(diǎn)以電信號交換時(shí)，進(jìn)出交換機(jī)時(shí)需要進(jìn)行光－電轉(zhuǎn)換、電－光轉(zhuǎn)換。光交換是基于光信號的交換。整個(gè)光交換過程中，信號始終以光的行式存在，進(jìn)出交換機(jī)時(shí)，不需要進(jìn)行光－電轉(zhuǎn)換、電－光轉(zhuǎn)換。它不受檢測器、調(diào)制器等光電器件響應(yīng)速度的限制，對比特速率和調(diào)制方式透明，可以大大提高交換單元的吞吐量。1.2.9軟交換

NGN（下一代網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的以電路交換為主的電