第1部分-交换技术概论.ppt

*,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,现代交换技术,主讲：,交换设备是通信网的重要组成部分，交换技术是通信网的核心部分,现有交换方式：,电路交换,、多速率电路交换、快速电路交换,分组交换,、快速分组交换（帧中继交换和,ATM,交换）、,IP,交换、光交换、下一代网络和软交换,光交换,问题：,什么是通信,?,通信是指按约定规则进行的信息传送,。,Communication,Com.,或,Comm.,。,Telecommunication,，,Telecom.,1.1,电信交换的基本概念,1,、交换的引入,通信（交换信息）的目的是在信息的源和目的之间传送信息,，这个源和目的对应的就是各种通信终端，比如两个人要想通话，最简单的就是各自拿两个话机，用一条通信线路连接起来就可实现通话，如图,1.1,所示；,图,1.1,同样，两个人要想传送文件，可各自使用一台计算机，通过串口线经,RS232,口连接起来，实现信息的传送，如图,1.1b,所示。,图,1.1b,当信息以电信号的形式传送时，由此构成的就是,电信系统,一个电信系统至少应当由发送或接收信息的,终端,和传输信息的,媒介,组成，如图,1.2,所示。,图,1.2,点到点的通信方式的系统构成,终端,将包含信息的消息，如话音、数据、图像等，转换成可以被传输媒介接收的电信号，同时将来自传输媒介的电信号还原成原始消息；,传输媒介,则把电信号从一个地点传送到另一个地点,这种只涉及两个终端的通信叫做,点对点通信,。,图,1.2,点到点的通信方式的系统构成,点到点通信系统,信源,发送端,变换器,信道,反变换器,信宿,噪声源,接收端,终端,电信号,电信号,消息,消息,传输媒介,终端,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？,最简单、最直接的方式就是两两互相连接。,（一）点到点通信,1,2,3,4,5,6,1.1,交换与通信网,当有多个终端，并希望他们中的任何两个都可以进行点对点通信时，,最简单、最直接的方法就是把所有的终端两两相连,，如图,1.3,所示，这样的一种连接方式称为,全互连方式,全互连方式很简单，也很直接，但存在下列问题：,图,1.3,用户间全互连,如何实现多个用户之间的通信？,1,2,3,4,5,6,连接线对的数量随终端数的平方增加，当存在,N,个终端时，需要的连接线对数为：,N(N-1)/2,当这些终端分别位于相距很远的两地时，两地之间需要大量的长途线路,当增加到第,N+1,个终端时，必须增设,N,对线路,每个终端都有,N-1,对线与其他终端相连接，因而每个终端都需要有,N-1,个线路接口,全互联方式存在的问题,上述问题将随着用户数量的增加而变得更加突出，为此，可以考虑在用户分布密集的中心安装一台设备，把每个用户的电话机或其他终端设备用各自专用的线路连接到这台设备上，如图,1.4,所示。,这台设备相当于一个开关，,当任意两个用户需要通信时，该设备可以立即将这两个用户之间的通信线路连通,（称为”,接续,“），让用户进行通信；当用户通信完毕后，该设备又可以立即把两个用户之间的连接线断开。,图,1.4,引入交换节点,如何实现任意两个用户之间的通信？,由此可以看出，这台设备能够完成任意两个用户之间交换信息的任务，所以称之为,交换设备或交换机,，也可以看成是一个交换节点,当引入交换设备后，用户之间的通信方式就由点对点通信转变为通信网,也即我们常说的,交换式网络,图,1.4,引入交换节点,4,1,6,2,3,5,开关设备,作业,画图,2,、交换的概念,根据,IEEE,的定义，,交换机的作用,是在任意选定的两条用户线之间建立和（而后）释放一条通信链路。换句话说，交换机应能为连接到本机的任意两个用户之间建立一条通信链路，并能随时根据要求释放该链路。,2,、交换的概念,从广义讲，任何数据的转发都可称为交换,最简单的通信网仅包含一台交换机,，如上图,1.4,所示，每个用户（电话机或通信终端）通过一条专用的用户环线（简称用户线）与交换机中的相应接口相连接。实际的用户线是一对绞合的塑胶线。,由一台交换机组成的通信网,不足：,（,1,）用户多时连接管理复杂性急剧上升；,（,2,）用户分布区域大时用户线投资代价占主要部分。,交换机,用户接口,用户环线,图,1,.,5,用户通过交换机互连组成通信网,交换机负责监测各个用户状态，需要时在两用户之间建立和释放通信连路,每个通信终端通过一对专门的用户环线连到交换机的线路接口,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,汇接交换机,用户线,中继线,多台交换机组成的通信网络,多台交换机组成的通信网络,通信网,图,1,.,6,多台交换机组成的通信网,汇接交换机,端局交换机,用户交换机,中继线,用户线,端局交换机,利用汇接交换机互连多个端局交换机，疏导本交换区各交换机之间的互通业务。,用户交换机，在信令方式上相当于用户电话机,3,、交换节点的基本功能,实现任意入线与任意出线之间的互连是交换系统最基本的功能，交换节点应可以控制一下,4,种接续类型,本局接续,：指在本局范围内各用户线之间的接续,出局接续,：指用户线与出中继线之间的接续,入局接续,：指入中继线与用户线之间的接续,转接接续,：指入中继线与出中继线之间的接续,3,、交换节点的功能,监视功能,：发现和判断用户的呼叫请求,。,信令功能,：接收和分析地址信号,，按目的地址选路，并转发信号。,连接功能,：按需实现任意端口之间的信息传送,。,控制功能,：控制连接的建立与释放,。,通信网定义,通信网是由,一定数量的节点,（包括端系统、交换机）和连接这些节点的传输系统有机地组织在一起的，按照,约定的规则或协议,完成任意用户间信息交换的通信体系。用户使用它可以克服空间、时间等障碍来进行有效的信息交换。,构成通信网的要素,（,1,）,终端,（,2,）,传输系统（传输设备,+,线路）,（,3,）,交换节点,（,4,）业务节点,交换设备是点，传输是边，点是网络的核心，所以交换设备是通信网的核心，其基本作用是为网络中的任意用户之间构建通话连接,电话、传真、计算机、视频终端和,PBX,等，它们是信息的产生者和使用者。主要功能：,1,）用户信息的处理,用户信息的发送和接收，并将信息转换成适合传输的信号以及相应的反变换。,2,）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。,终端（,Terminal,）,交换节点（,Switching Node,）,通信网的核心设备，负责集中、转发用户终端信息，但并不产生和使用这些信息。主要功能：,(1),接入功能。,(2),连接功能。,(3),信令功能。,(4),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。,网络,接口,接口,控制,信令,用户线,中继线,交换节点功能结构,传输系统（,Transmission System,）,为信息传送提供通道，并实现网络节点的互连。,包括线路接口、传输媒介、交叉连接设备等。,其主要目标是提高物理线路的利用率，采用复用技术，如频分、时分、码分、波分复用等。,为保证交换节点正确接收和识别传输的数据流，交换节点必须与传输系统协调一致，保持帧同步和位同步、遵守相同的体制,(,如,SDH,、,WDM),等。,业务节点（,Service Node,）,业务控制点,(SCP),、,智能外设（,IP,）、,语音信箱（,VMS,），,以及因特网上各种服务器等。由连接在网络边缘的计算机、数据库系统组成。,(1),实现独立于交换节点的控制逻辑。,(2),实现对交换节点业务控制。,(3),提供智能化、个性化、差异化服务。,基本业务的呼叫建立、执行控制在交换节点实现，但很多新的电信业务则转移到业务节点中。,举例：,电话交换网的一般结构,No,.,7,信令网,汇接,交换机,端局,交换机,端局,交换机,端局,交换机,图,1,.,7,传统电话交换网的一般体系结构,信令链路,语音,/,数据链路,用户环路,用户环路，常以模拟方式传送,300-3400Hz,话音信号。,专门用来传送各交换机之间通信操作和维护信令的数据通信的分组交换网络。,采用,PCM,时分复用，每个用户占用,64kbit/s,带宽，常以,2Mbit/s,或更高速率的复用群传送话音,/,数据。,通信网的类型,按信号方式划分：模拟通信网和数字通信网。,按服务区域划分：本地,/,长途或,LAN/MAN/WAN,。,按业务类型划分：电话通信网,(PSTN,、,PLMN),、数据通信网,(X.25,、,FR,、,Internet),。,按服务对象划分：公用通信网和专用通信网。,按活动方式划分：固定通信网和移动通信网。,信息格式,通信网中传送的信息主要由两大类：,话音信息,数据信息,1.4,各种交换方式,在电信网中交换设备所采用的交换方式有以下几种：,电路交换,多速率电路交换 快速电路交换,分组交换,帧交换,快速分组交换,ATM,交换,IP,交换 光交换 下一代网络和软交换,1.4,各种交换方式,图中将各种交换方式按其,传送模式,的不同分为电路传送模式（,CTM-Circuit Transfer Mode,）、分组传送模式（,PTM-Packet Transfer Mode,）、异步转移模式（,ATM-Asynchronous Transfer Mode,）。,图,1.8,多种交换方式,传送模式,：指网络采用的复用、传输和交换技术，即信息从一点,“,传递,”,到另一点所采用的传送方式,1.,电路交换,(Circuit Switching),电路交换的基本过程见图所示,图,1.9,电路交换过程示意图,电路交换具有严格的三个阶段：连接,建立、信息传送、连接释放,。,电路交换是,固定分配带宽,，连接建立后，即使无信息传送也虚占电路，电路利用率低；,要预先建立连接，有一定的连接建立时延，通路建立后可,实时传送信息,，传输时延一般可以不计；,无差错控制措施，对于数据交换的可靠性没有分组交换高；,电路交换适合于电话交换、文件传送、高速传真等实时业务，不适合突发,(burst),业务和对差错敏感的数据业务。,电路交换具有以下的特点：,1.,要在通信的用户间建立专用的,物理连接通路,。,2.,对传送的信息,无差错控制,措施。,3.,对通信信息不作处理,(,信令除外,),，而是原封不动地传送，用作低 速数据传送时不进行速率、码型的变换。,4.,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。,电路交换优缺点,优点,传输时延小，实时性好,不作处理的,“,透明,”,传输，交换机的处理开销小,缺点,电路资源独占，电路利用率低,电路接续时间长，网络利用率低,有呼损，即可能出现由于被叫方终端设备忙或通信网络负荷过重而呼叫不通的情况,通信终端必须一致，限制了不同速率、不同代码格式、不同通信协议的用户终端直接互通,2.,报文交换的基本概念,报文交换（,Message Switching,）又称为,存储转发,交换，与电路交换的原理不同，不需要提供通信双方的物理连接，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。图,1.10,是报文交换的原理图。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。,图,1.10,报文交换的原理图,报头,报文,报尾,3.,分组交换的概念,分组交换的思想是从报文交换而来的，采用,存储转发（,store and forward,）方式的分组交换（,PS,：,Packet Switching,）与报文交换的不同在于：分组交换将用户要传送的信息分割为若干个分组（,packet,），每个分组中有一个分组头，含有可供选路的信息和其他控制信息。,图,1.11,分组的形成,分组交换和报文交换比较见图所示,图,1.12,分组交换和报文交换比较,分组交换可提供两种连接方式,，一种是虚电路（,VC,：,Virtual Circuit,）方式，另一种是数据报（,DG,：,Datagram,）方式。,分组交换的两种方式,:,虚电路,:,所谓虚电路方式，就是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；一旦虚电路建立后，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虚电路。它不同于电路交换中的物理连接，而是逻辑连接。虚电路的两种方式：,(1),交换虚电路,(SVC,：,Switched Virtual Circuit),用户通过发送呼叫请求分组来建立虚电路的方式。,(2),永久虚电路,(PVC,：,Permanent Virtual Circuit),应用户预约，由网络运营者为之建立固定的虚电路，而不需在呼叫时临时建立虚电路，可直接进入数据传送阶段的方式。,数据报,:,数据报不需要预先建立逻辑连接，而是按照每个,分组头中的目的地址,对各个分组独立进行选路。,分组头,选路,分组顺序,虚电路与数据报的比较,分组头,DG,方式的每个分组头中要包含,详细的目的地址。,VC,方式由于预先已建立逻辑连接，分组头中只要含有对应于所建立的,VC,的,逻辑信道标识,。,选路,VC,方式预先有建立过程，有一定的处理开销，但一旦虚电路建立，在端到端之间所选定的路由上的各个交换节点都具有映象表，存放出入逻辑信道的对应关系，每个分组到来时只要查找映象表，而不需要进行复杂的选路。建立映象表要有一定的存储器开销。,DG,方式则不需要有建立过程，但对每个分组都要独立地进行选路。,分组顺序,VC,方式中，属于同一呼叫的各个分组在同一条虚电路上传送，分组会按原有顺序到达终点，不会产生失序现象。,DG,方式中，各个分组由于是独立选路，可以从不同的路由转送，会引起失序。,网络工作方式,在通信网中，网络将信息由信源传送至信宿具有两种工作方式,面向连接（,CO:connection Oriented,）,无连接（,CL:Connectionless,）,交换技术的发展概况,原始通信,烽火台,初始通信,1876,年贝尔发明电话，点到点 连接，,人工接续,机电式自动交换通信,1889,年发明,步进制,交换机，随后出现,机动制,交换机（用硬件控制接续过程）,1932,年出现,纵横制,交换机,网络自动化,长途网络实现自动化,交换技术的发展概况,模拟程控交换,1965,年,AT&T,推出第一台程控交换机，空分开关模拟交换。,数字传输,脉冲编码调制,PCM,的产生。,数字程控交换,1970,年首先在法国开通第一台数字程控交换机。开创了数字化语音网络新时期（用程序控制接续）,交换技术的发展概况,数据网络和分组交换,，始于,20,世纪,70,年代。,CCITT,建立了一个称作,X.25,的标准协议。,ISO通过了,OSI七层框架协议,，为世界上任何计算机与其他计算机通信提供了条件。,Internet,路由器，,IP,技术，现已成为,NGN,的技术基础。,交换技术的发展概况,宽带交换技术,，主要用来交换大块数据业务和视频业务。,快速电路交换和帧中继,，解决数据分组交换的节点处理速度问题。,ATM,交换,，将数据组装成定长的短分组，利用电路交换机制实现高速数据交换。,IP,交换：多协议标记交换,(MPLS),，是,IP,技术和,ATM,交换相结合的产物。,交换技术的发展概况,光交换技术,，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现,NGN,的一个核心技术，当前有空分机制的光路交换,(ODX),、,时空结合的光突发交换,(OBS),只完成光层交换。,软交换技术,，将呼叫控制和业务处理分离，采用开放式结构，方便新业务的开发和部署。软交换也称作呼叫代理、媒体网关控制器，,是实现传统程控交换机的“呼叫控制”功能的实体。,补充：同步时分和异步时分,同步时分（,STD,）,TDM,复用，用固定的时隙（时间位置）来标识用户,带宽固定分配,异步时分（,ATD,）,逻辑信道的概念,统计时分复用,STDM,信息携带“开销”来标识不同的用户,带宽动态分配,作业,什么是交换？通信网中为何要引入交换？,交换设备的核心功能有哪些？,电路交换和分组交换在交换思想上有什么本质的区别？各自有哪些优缺点？,比较同步时分,STD,和异步时分,ATD,