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1、1,随着通信网络的演进和发展，作为通信网核心的各种交换技术在不断演化，从承载单一业务的电路交换、分组交换，发展到承载多种业务的宽带交换。并将按下一代网络（NGN）框架在控制、业务等层面进行融合。ATM交换、宽带IP交换、光交换和软交换等新技术、新概念层出不穷，新系统不断涌现。,2,通信的目的是实现信息的传递。人类的社会生活离不开信息的交流通信。通信的手段也随着科技的进步越来越先进，与人们密切相关的、最有效、最方便的通信方式就是电话通信。,3,在电话网中，在用户需要通信时，只需在通信终端之间建立一条临时的电路连接，通信中不需要对信息进行差错检验和纠正。因此，程控交换机就像一个软件控制的开关电路，
2、非常简单。,电路交换,4,在数据网中，数据业务有较大的突发性，且对差错敏感。因此，数据网中的交换机除具有基本的交换功能外，还必须具有差错检验和流量控制等功能，以确保传送的数据正确。,分组交换,5,在宽带网络中，传送的目标是话音、数据、图像等多种业务，为了满足不同业务对服务质量的要求，交换机要有区分服务的能力，交换节点的功能将变得更复杂。,宽带交换,6,本课程主要围绕程控数字交换机的基本原理来讲述，同时还介绍一些宽带交换技术及其相关概念。要求通过学习知道现代交换技术的基本特征、特点；了解现代通信系统与网络、现代通信与信息交换技术之间的关系及其基本知识和基本应用；学习、理解和掌握程控数字交换技术和
3、其他交换技术的基本的概念和原理、分析和计算、硬件结构和控制技术、软件组成和处理功能。,7,通过学习可以知道：交换技术与网络技术不可分割；交换技术与传输技术不可分割；交换技术与信令技术不可分割。通过这门课的学习，能够体会到前面已经学过或未学过的计算机专业和网络工程专业的相关知识的综合应用。,8,第一章交换技术概述,9,本章主要内容：1.1 交换的基本概念 1.1.1 交换的引入 1.1.2 交换节点的基本功能1.2 交换技术分类 1.2.1 电话交换 1.2.2 分组交换 1.2.3 ATM交换 1.2.4 IP交换1.3 新交换技术 1.3.1 光交换技术 1.3.2 软交换技术,10,电话通
4、信是利用声/电变换传输人类语言的一种电信系统。从电话机输出的话音信号是与声音一致的电信号，其频率和幅度与声音频率和声压基本成线性关系，随时间作连续变化。国际上确定3003400Hz这个频段作为标准的传送电话的通信频带，该频带可保证电话通信有足够良好的清晰度，硬件上也容易实现。,11,通信网是由用户终端设备、传输设备和交换设备组成。它由交换设备完成接续，使网内任一用户可与其他用户通信。程控数字交换机是数字电话网、移动电话网及ISDN中的关键设备，在通信网中起着非常重要的作用。,12,光导纤维的发展，将可能达到全世界的人同时通话的能力，而巨型的电子计算机控制的程控交换机，将有可能把成亿部电话联系在
5、一起，这些和卫星通信相结合，构成了世界上最先进，最有发展前途的通信技术。,13,1.1 交换的基本概念,交换的含义：在大量的终端用户之间，按所需目的地来互相传递话音、文本、数据、图像等信息。,14,1.1.1交换的引入,自从1876年Bell.A.G发明电话以来，一个电信系统至少应由终端和传输媒介组成。在电信系统中，只有两个终端的通信称为点对点通信。,15,16,当存在多个终端时，人们希望其中任意两个终端之间都可以进行点对点通信。以最基本的一种交换电话交换为例，为了让任意两个用户在需要时都可以进行通话，在用户数很少时，可以采用个个相连的方法。,N=5，互连线对数=？,17,全互连方式时，若终端
6、数为8，则线对数为C 28=8(8-1)/2,请思考：此种连接能进行点点通信吗？,无交换的多个终端要实现相互间通信，必须以全互连的方式两两相连。,18,当用户数为N时，需要的互连线对数为N(N-1)/2。显然，这种个个互连的方法很不经济，而且操作复杂，当N较大时根本无法实现。引入了交换设备，用户终端只需要一对线对与交换机相连，由交换机控制任意用户之间的接续。,19,实现通信必须要有三个要素：终端、传输、交换,交换设备在整个通信网中起着枢纽的作用,20,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链路。,不足：（1）用户多时
7、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。,线对数=6,用户终端与交换机之间的连接线路,21,能找出接通的各对电话吗？,22,实际应用中，电话用户分布的区域较广，通信网往往设置多个交换节点，交换节点之间用中继线相连。,电话网中与终端用户相连的交换节点是端局交换机。,交换机与交换机之间的连接线路。,23,24,由于电话网容量增加端局的数量增多，使局间中继线群数就会急剧增加。设网上有n个端局，则整个本地的单向局间中继线群数为 N=n(n-1)。因此，交换节点也不可能采用个个相连的方法，这样就导致了汇接交换节点引入。,25,解决办法：将电话网进行分区，并采用汇接制。把电
8、话网划分为若干个“汇接区”，在汇接区内设置汇接局，下设若干个端局。汇接局是端局的交换中心，在端局之间接续中继呼叫，负责汇接本汇接区的本地和长途业务。,26,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。,27,28,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。,用户环路，常以模拟方式传送300-3400Hz话音信号。,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。,通信网的传输设备主要由用户线、中继线以及其他相关传输系统设备构成。,29,电话通
9、信系统的特点：a.电话通信是一个电话终端对另一个电话终端的通信，因此，它属于点到点通信的范畴。b.电话通信既能把主叫端的电信号传送至被叫端，又能把被叫端的电信号传送至主叫端。因此电话通信属于双向通信。,30,c.在电话通信中，用户通话都需要经过交换设备来连通。电话交换是电信交换中最基本的一种交换业务。,31,可以把电话交换机的结构分为两大部分：话路部分包括所有的提供电话接续任务的终端和交换设备。话路系统的核心部分是“交换网络”。用户电路：每个用户话机一个。交换网络：可模拟、数字、空分、时分。接口：把来自用户线或中继线的各种不同的输入信令和消息转换成统一的机内信号。,32,控制部分控制话路系统在
10、需要的时候接通，提供语音信号的通路。控制设备是交换系统的大脑，它向话路部分发出各种指令，用以完成呼叫接续任务，以及对系统各部分的管理和维护工作。程控交换机的控制系统包括中央处理机(CPU)、存储器和输入输出设备（I/O设备）。,33,程控交换机实质上是数字电子计算机控制的电话交换机,34,交换网络,终端设备,处理机,I/O设备,存储器,话路部分,控制部分,终端设备是交换网络与外部环境的接口设备。包括：用户电路、中继器、信号设备等。,35,1.1.2 交换节点的基本功能,电话交换机起到接通所需被叫用户的作用。主要任务是实现用户间话路的接续。一般地说，电话交换机有4种基本呼叫任务，根据进出交换机的
11、呼叫流向及发起呼叫的起源，可以将呼叫分为：,36,本局呼叫：主叫用户生成去话，被叫的是本局中另一个用户时，即本局呼叫。出局呼叫：被叫的不是本局的用户，交换机需要将呼叫接续到其他的交换机时即形成出局呼叫。入局呼叫：从其他交换机发来的来话，呼叫本局的一个用户时生成入局呼叫。,37,转移呼叫：呼叫的不是本局的一个用户，由交换机又接续到其他的交换机，交换机只提供汇接中转，则形成转移呼叫。,38,交换节点可控制的接续类型：（1）本局接续：本局用户线之间的接续。（2）出局接续：在用户线与出中继线之间的接续。（3）入局接续：在入中继线与用户之间的接续。（4）转接接续：在入中继线与出中继线之间的接续。,39,
12、出局接续,转接接续,入局接续,本局接续,a,b,c,d,e,f,40,举例：A、B、C是端交换局。,41,为完成上述的交换接续，交换节点必须具备的最基本的功能如下:（1）能正确接收和分析从用户线或中继线发来的呼叫信号。（2）能正确接收和分析从用户线或中继线发来的地址信号。（3）能按目的地址正确地进行选路以及在中继线上转发信号。（4）能控制连接的建立。（5）能按照所收到的释放信号拆除连接。,42,1.2 交换技术分类,众所周知，通信所传输的消息有多种形式，如符号、文字、数据、语音、图形以及图像等。根据不同的通信形式，交换技术有着多种不同的分类方法。,43,按照传输信号方式分类，可以分为模拟交换和
13、数字交换；按照接续控制方式分类，可以分为布控交换和程控交换；按照传输信道的占用方式分类，可以分为电路交换和分组交换；按照传输带宽分配方式分类，可以分为窄带交换和宽带交换。,44,45,首先了解程控数字交换机的基本概念。1.模拟和数字模拟信号：是指代表消息的信号及其参数（幅度、频率或相位）随着消息连续变化的信号，信号幅度的取值是连续的。,46,数字信号：是指信号幅度并不随时间作连续的变化，而是取有限个离散值的信号。信号幅度的取值是不连续的，或说是离散的。,47,48,模拟方式：以模拟信号为传输对象的传输方式称为模拟传输,而以模拟信号来传送消息的通信方式称为模拟通信。以模拟信号为交换对象的交换称为
14、模拟交换，传输和交换的信号是模拟信号的交换机称为模拟交换机。通过交换网络的是模拟信号。双向二线：发、收两个方向的模拟信号可以在同一通路中传输。,49,数字方式：以数字信号为传输对象的传输方式称为数字传输，以数字信号来传送消息的通信方式称为数字通信。以数字信号为交换对象的交换称为数字交换，传输和交换的信号是数字信号的交换机称为数字交换机。通过交换网络的是数字信号。单向四线：发、收两个方向的数字信号分别通过不同的两条途径传输。,50,51,2.布控与程控 布控：（布线逻辑控制 Wider Logic Control WLC)所有控制逻辑用机电或电子元件做在一定的印制板上，通过机架的布线做成。布控交
15、换是利用逻辑电路进行接续控制的一种交换方式。,52,硬件控制,提问：通电后交换机可否立刻投入工作？,记发器用于记存转发拨号脉冲；标志器用于控制话路的接续。,53,程控：（存储程序控制 Stored Program Control SPC）把对交换机的各种控制、方法、步骤都编成程序，存放在存储器中，用程序来控制交换机的各项工作。程控交换是利用计算机软件进行控制的一种交换方式。,54,软件控制,提问：在全部硬件（包括计算机系统）安装好和接上电源后，程控交换机可否立刻投入工作？,55,3.空分与时分 空分：通过交换网络的每个连接通路各自具有不同的空间位置。在两个用户通话时，必须在交换网络中占有一条专
16、用的通路，一直用到通话结束。,56,当输入线1与输出线2通信时，要接通开关K12。,57,时分：通过交换网络的每个连接通路各自具有不同的时间位置。在两个用户通话时，在交换网络中周期地在某一时段占有一条共享的通路，一直到通话结束。,58,当输入线1与输出线2通信时，要同时接通开关K1与K2，其他开关断开（为什么？）。,59,4交换单元 交换单元（模块）是构成交换网络的最基本的部件，用若干个交换单元按照一定拓扑结构和控制方式就可构成交换网络。,60,1.2.1 电路交换,1传统的电路交换 电路交换（Circuit Switching，CS）是指固定分配带宽（传送通路），连接建立后，即使无信息传送也
17、占用电路的一种交换方式。电路交换技术主要适用于传送和话音相关的业务。公众电话网（PSTN网）和移动网（包括GSM网和CDMA网）采用的都是电路交换技术。,61,电路交换的特点电路交换是一种实时交换的技术：在双方通信前需要建立专用的物理链接通路，一方发起呼叫，独占一条物理线路。当交换机完成接续，对方收到发起端的信号，双方即可进行通信。,62,电路利用率比较低 在整个通信过程中双方一直占用固定的线路。待通信结束后，还需要根据信令将这条通路拆除。电路交换所分配的带宽是固定的，在连接建立后，即使无信息传送也要占用信道带宽。,63,对传送的信息无差错控制措施。对通信信息不作处理(信令除外)，而是原封不动
18、地传送，用作低速数据传送时不进行速率、码型的变换。如果没有空闲的链接通路，通信就不能进行。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。,64,电路交换的基本过程：,65,2多速率电路交换 多速率电路交换（Multi-Rate Circuit Switching，MRCS）是基于传统电路交换的一种改进方式，它可以对不同的业务提供不同的带宽，包括基本速率（例如8kbit/s 或 64kbit/s）及其整数倍。,66,在节点内部的交换网络及其控制上实现多速率交换的要求，可以采用两种方法：采用多个不同速率的交换网络采用一个统一的多速率交换网络,67,3快速电路交换
19、快速电路交换（Fast Circuit Switching，FCS）是电路交换的又一种形式，是为了克服传统电路交换中固定分配带宽的缺点和提高灵活性而提出的。,68,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。,69,4.电话交换技术的发展 百余年来，电话交换机经历了从人工到自动、机电到电子、空分到时分、模拟到数字、布控到程控的发展过程。电话交换机经历了四个大的阶段：人工交换机、机电制交换机、布控交换机、程控交换机。,70,自从1
20、876年Bell A.G发明电话以后，为适应多个用户之间电话交换的要求，在1878年就出现了第一部人工磁石式电话交换机。,71,人工磁石电话交换机,72,人工交换机主要由用户线、用户塞孔、绳路（塞绳和插塞）和信号灯等设备及话务员组成。用户线、用户塞孔、绳路（塞绳和插塞）起连接线作用，即为话路系统；话务员起控制接续作用，即为控制系统。每个用户的话机通过用户线接到交换机的用户塞孔上，用户要打电话，先与话务员通信，告诉话务员要找谁，然后由话务员用绳路将两个通话的用户线连通。,73,在1892年开通的第一部自动交换机是由Strowger A.B于1889年发明的步进制史端乔式自动交换机。之后，开始引入
21、间接控制的原理，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，来控制接线器的动作。接收 译码 控制 拨号脉冲 记发器 电码 接线器,74,纵横制交换机的出现，是电话交换技术进入自动化以后具有重要意义的转折点。纵横制交换机把话路部分和控制部分分离，话路部分由纵横接线器和绳路组成；控制部分由记发器和标志器组成。纵横接线器：由纵棒和横棒组成，连接用户出入线；绳路：完成出入线的连接；记发器：接收存储被叫号码；标志器：控制纵横接线器，使出入线的交叉点闭合，进行接续。,75,纵横制交换机接续示意图,76,电话交换机的基本组成,77,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
22、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，可以实现长途电话交换自动化。,78,程控交换机是现代数字计算机、大规模集成电路和数字传输技术的综合产物。它利用计算机控制电话交换机，即以预先编好的程序来控制交换机接续动作。,79,程控交换机的组成,80,程控交换机的优越性：（1）灵活性大，适应性强（2）能提供多种新服务性能（3）便于实现共路信令（4）操作维护管理功能的自动化（5）适应现代电信网的发展,请说出程控交换机提供了哪些服务？,81,我国从1982年开始在福
23、州引进了日本富士通的F-150数字程控交换机，而后各省市、地县相继引入“七国八制”的数字程控交换机。二十世纪九十年代初中期时，有了国产局用交换机“五朵金花”：HJD-04巨龙通信公司，1991年推向市场；C&C08深圳华为公司，1994年推向市场；ZXJ10深圳中兴公司，1994年推向市场；SP30西安大唐公司，1995年推向市场；EIM-601北京华科公司，1995年推向市场。由于北京华科公司没有打开市场，二十世纪九十年代后期就成了“巨大中华”(巨龙、大唐、中兴、华为，实际知名度基本是逆顺序)。,82,1.2.2 分组交换,为了克服电路交换中各种不同类型和特性的用户终端之间不能互通、通信电路
24、利用率低以及有呼损等方面的缺点，提出了报文交换的思想。采用存储转发方式的分组交换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。,83,为了提高复用的效率，将需要传送的数据按照一定的长度分割成许多小段数据，并在数据之前增加相应的用于对数据进行选路和校验等功能的头部字段，作为数据传送的基本单元即分组。,数据+头部标记,84,1分组交换中的相关概念（1）通信线路的资源共享 分组交换的最基本思想就是实现通信资源的共享。多路复用：预分配（固定分配）动态分配（统计时分复用）,不是按信源到终端的整个路径分配带宽，而
25、是逐段链路进行带宽的动态配置。,85,（2）交织传输 在预分配复用方式下，每个用户传输的数据都在特定的子信道中流动，接收端很容易把它们区分开来。在统计时分复用方式下，各个用户数据在通信线路上互相交织传输。,在一条物理线路上同时传送多个数据分组，需要为每个分组加“标记”。,86,（3）分组的形成 从上述分析可知，把一条实在的线路分成许多逻辑上的子信道，将线路上传输的数据组附加上逻辑信道号，就可以让来自不同数据源的数据组在一条线路上交织传输，接收端很容易将它们按逻辑信道号区分开来，实现了线路资源的动态分配。,87,在终点处，由另一分组交换机将拆开的各信息包重新装配成完整的消息。,各信息包分别进行处
26、理，在任意给定瞬间各自寻找最佳可用路由传送出去。,88,（4）分组的交换 分组交换是将报文分成多个分组来独立传送，收到一个分组即可以发送，减少了存储的时间，因而分组交换的时延小于报文交换。,89,分组交换的时延,90,报文交换的时延,91,分组交换的主要优点是：第一，为用户提供了在不同速率、不同代码、不同同步方式、不同通信控制协议的终端之间能够相互通信的灵活的通信环境；第二，采用逐段链路的差错控制和流量控制，出现差错可以重发，提高了传送质量和可靠性；第三，利用线路动态分配，使得在一条物理线路可以同时提供多条信息通路。,92,2虚电路和数据报分组交换可提供两种服务方式：虚电路（Virtual C
27、ircuit，VC）需要在数据传输前的呼叫建立阶段，选择一条固定的虚电路（VC），一旦VC建立，属于这一呼叫数据分组均沿着这条虚电路进行传送，最后清除分组并将虚电路拆除。,虚电路只是逻辑链接，并不独立占用线路,93,数据报（Datagram，DG）每个分组独立地选择路由，不需要预先建立逻辑链接，所以连续的分组可能会经过不同的链路进行传送。,94,虚电路与数据报的比较（1）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。,95,（2）选路 VC方式预先有建立过程，但一旦虚电路建立，在端到端之间所选定的路由上的各
28、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。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。,96,（3）分组顺序虚电路VC方式面向连接（逻辑连接），只需一次选路过程，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。数据报DG方式是无连接方式，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。,97,（4）故障敏感性 VC方式对故障较为敏感，当传输链路或交换节点发生故障时可能引起虚电路的中断，需要重新建立。DG方式中各个分组可选择不同路由，对故障的防卫能力较强，从而可靠性较
29、高。,98,（5）应用 VC方式适用于较连续的数据流传送，其持续时间应显著地大于呼叫建立的时间，如文件传送、传真业务等。DG方式则适用于面向事务的询问响应型数据业务。,99,3路由选择 路由选择是指选择从源点到达终点的信息传送路径。分组能够通过多条路径从源点到达终点，是分组交换网的重要特征之一。路由选择方法通常有扩散式路由法、查表路由法、虚电路路由表法。,100,（1）扩散式路由法 扩散式路由法是指分组从原始节点发往与它相邻的每个节点，接收该分组的节点检查它是否已经收到过该分组，如果已经收到过，则将它抛弃；如果未收到过，则该节点便把分组再发往其所有相邻的节点（除了该分组来源的那个节点之外）。,
30、101,（2）查表路由法 此法是在每个节点中使用路由表，它指明从该节点到网络中的任何终点应当选择的路径。查表路由法与网络结构参数有关。又分为最短距离法和最小时延法。,102,（3）虚电路路由表法 虚电路方式是对一次呼叫确定路由，路由选择是在节点接收到呼叫请求分组之后执行的，在此之后到达的数据分组将沿着由呼叫请求分组建立的路径通过网络。,103,4.帧交换 通常的分组交换是基于X.25协议。X.25包含了三层：第一层是物理层，第二层是数据链路层，第三层是分组层，它们分别对应于开放系统互连（Open System Interconnection，OSI）参考模型的下三层，每一层都包含了一组功能。,
31、帧交换只有下面两层,104,主要特点：帧交换是在第二层（链路层）进行复用和传送，而不是在分组层。帧交换将用户面与控制面分离。,帧方式是将用户信息流以帧为单位在网络内传送。,105,5.快速分组交换 高度可靠的光纤传输系统和终端系统的日益智能化，使得协议可以尽量简化，从而出现了快速分组交换（Fast Packet Switching，FPS）。快速分组交换（包括帧中继和信元中继）只具有核心的网络功能，以提供高速、高吞吐量、低时延服务的交换方式。,网络不再提供差错校正，而将此功能交由终端去完成。,106,1.2.3 ATM交换,ATM的主要思想：尽量把交换的处理负担从交换机转移到通信的两端，以最大
32、限度地减小交换机的处理时间，并给用户和网络操作者以最大的灵活性。,107,异步转移模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）是一种采用异步时分复用方式、以固定信元长度为单位、面向连接的信息转移（包括复用、传输与交换）模式。,信元在时间上没有固定的位置,信息的传输、复用和交换的基本单位信元,由5个字节的信头和48个字节的信息域，共53个字节组成的。,在一条虚电路上传送,108,要点1：面向连接的方式 用户信息传送前，先要有连接建立过程，在信息传送结束后，要拆除连接。它不是物理连接，而是一种虚连接(VC：Virtual Connection)。,109,要点2：异步时分交
33、换同步时分（时间位置、物理信道）(STD：Synchronous Time Division)异步时分（标记、物理信道）(ATD：Asynchronous Time Division),信息根据固定的时间位置区分。,信息根据标记区分。,110,同步时分信道也称为位置化信道，对同步时分复用信号的交换实际上是信息所在位置的交换，即时隙的内容在时间轴上的移动。异步时分信道中的信息与它在时间轴上的位置（即时隙）没有必然联系。对异步时分复用信号的交换实际上就是按照每个分组信息前的路由标记，将其分发到出线。,111,集中传输：动态按需分配子信道。加地址标识：区分哪个子信道的数据要求：集中传输设备具有缓冲存
34、储的能力，临时保存输入的信息，并等待空闲的信道。,t4 t3 t2 t1,D3 C3 B3 A3 D2 C2 B2 A2 D1 C1 B1 A1,a)TDM 传 输,C3 A3 B2 A2 D1 A1,b)集 中 传 输,A,B,C,D,112,ATM用有“标志的电路”代替“定位置的电路”，因而能灵活地分配带宽；可根据用户信息的有无来分割信元，适应于任何速率的通信，可高速率地传输突发业务。ATM技术能根据需要动态地分配有效容量，利用单一结构交换所有业务。,113,要点3：信元的长度固定 有利于简化交换控制和缓冲器管理。采用很短的信元可以减少交换节点内部的缓冲器容量以及排队时延和时延抖动。取消了
35、复杂的差错控制和流量控制，使传输时延大大降低。,114,特点小结：可以把不同种类、不同速率、不同性质以及不同性能要求的信息在网内实现透明传输；能对通信网中各种各样的信息进行综合交换和传输；能按需提供不同带宽和不同业务等级，使网络的资源能够得到充分利用；能够比较容易地增加新业务；能够降低通信网的建设和运行维护费用。,115,ATM技术可同时向用户提供统一的服务，包括话音业务、数据业务和图像信息，非常适合传送高速数据业务。是目前已知的一种最适合于宽带综合业务数字网（B-ISDN）的交换方式。,ATM交换机主要用在骨干网络中,116,ATM交换技术的研究热点：1ATM交换结构 包括拓扑结构、缓冲方式
36、、控制机理、性能分析等。2ATM网的业务流控制 如何能有效而公平地分配带宽等资源，保证各种特性不同的业务和各种呼叫连接的服务质量，是业务流控制要解决的重要而复杂的问题。,117,3话音通过ATM ATM网的最终目标是实现包括话音在内的各种业务的综合交换。4与智能网的结合 智能网的能力集3（Capabilities-3，CS-3）的目标是将智能网（IN）与B-ISDN结合。5光交换 光交换一直作为下一代的交换技术而在不断地研究，光交换是研究的重点。,118,1.2.4 IP交换技术的发展,Internet在全球范围内快速增长，面临的主要问题：传送容量太小，带宽资源不足；路由器的端口数受到限制等。
37、为建立更大的网络，较好的解决方案是在路由器网络中加入交换结构。,119,一、IP交换（IP Switch）是专门用于在ATM网上传送IP分组的技术，它克服了Classical IP Over ATM的一些缺陷（如在子网之间必须使用传统路由器等），提高了在ATM上传送IP分组的效率，是目前一种典型的属于集成模型的技术。,120,IP交换技术也有称为第三层交换技术、多层交换技术、高速路由技术等。其实，这是一种利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能的机制。因为IP不是唯一需要考虑的协议，把它称为多层交换技术更贴切些。,121,IP交换的核心是IP交换机，由ATM交换机、IP交换机控制器（有的教材
38、称为 IP路由器）组成。IP交换机控制器主要由路由软件和控制软件组成。ATM交换机的一个ATM接口与IP交换机控制器的ATM接口相连接，用于控制信号和用户数据的传送。,122,IP交换机组成,通用交换机管理协议GSMP用在IP交换控制器中，完成控制ATM交换的功能。,IP流量管理协议IFMPIFMP 用于IP交换机、IP网关或IP主机中，它把现有网络或主机接入到由IP交换机组成的IP交换网中，用来控制数据传送。,123,IP交换把输入的数据流划分为两种类型：持续期长、业务量大的用户数据流（如FTP数据、HTTP数据以及多媒体音频、视频数据等）；持续期短、业务量小、呈突发分布的用户数据流（如DN
39、S查询、SMTP数据、SNMP查询）。,124,IP交换机与传统路由器的数据转发方式比较,传统的一跳一跳路由器,125,IP交换机与传统路由器的数据转发方式比较,IP交换机增加了直接路由,持续期短、业务量小、呈突发分布的用户数据流。,持续期长、业务量大的用户数据流。,126,用ATM传送IP技术构造宽带Internet骨干网具有许多明显的优势。主要包括下述几方面：（1）网络性能大幅度提高（2）设备费用降低（3）服务质量得到保证（4）可靠性大大增强（5）大大增加了可管理性（6）提高了可扩充性,127,二、标记交换技术标记交换是Cisco推出的一种基于传统路由器的ATM承载IP技术。标记交换是一种
40、多层交换技术，它把ATM第二层交换技术和第三层路由技术结合起来，能充分利用ATM的QoS特性支持多种上层协议，能在各种物理平台上实现，是一种性能比较优越的IPOA（IP Over ATM，ATM上的IP）技术。,128,三、IP/ATM集成交换 由于Internet的迅速发展，基于IP网络的应用日益广泛。IP与ATM的结合已成为研究的热点和发展趋势。,129,IP与ATM的结合有两种模式：重叠模式：IP层运行于ATM层之上。两套地址：ATM地址、IP地址，且需要地址解析；两种选路协议：ATM选路协议、IP选路协议。有：Classical IP over ATM、局域网仿真（LANE）、ATM上
41、的多协议（MPOA）。,130,集成模式：将IP与ATM有机地结合在一起。一套地址：IP地址，不需要地址解析；一种选路协议：IP选路协议。有：IP交换、标签（Tag）交换、多协议标记交换（MPLS）。,131,1.3 新交换技术,可以适合各种不同业务的新一代多媒体通信的交换和复用技术，显然必须综合电路交换和分组交换的优势，可以支持高速和低速的实时业务，具有高效的网络运营效率。,132,有各种交换技术：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。多协议标记交换(
42、MPLS)，是IP技术和ATM交换相结合的产物。,133,MPLS与IP和ATM的关系,134,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。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下一代网络（Next Generation Network，NGN）的一个核心技术。,135,软交换思想是在电信网向下一代网络NGN演进的过程中诞生的。软交换技术以IP网作为核心承载网，采用开放式应用程序接口，简化了信令结构和控制复杂性，具有对网络业务、接入技术和智能业务的开放性，克服了传统电路交换技术在业务提供方面的不足。,1.3.1 软交换技术,1
43、36,软交换是一种功能实体，为NGN提供具有实时性要求的业务的呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。简单地看，软交换是实现传统程控交换机的“呼叫控制”功能的实体，但传统的“呼叫控制”功能是和业务结合在一起的，不同的业务所需要的呼叫控制功能不同；而软交换则是与业务无关的，这要求软交换提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制。,137,软交换的基本含义就是把呼叫控制功能从媒体网关（传输层）中分离出来，通过服务器或网元上的软件实现基本呼叫控制功能，包含呼叫选路、管理控制、连接控制（建立会话、拆除会话）、信令互通（如从SS7到IP）。其主要思想就是将呼叫控制、业务承载、业务逻辑相分离
44、，各功能实体之间采用标准的通信协议进行连接和通信，以软件来实现交换与呼叫控制管理。,138,广义上的软交换泛指一种体系结构，利用该体系结构可以建立NGN框架，主要由软交换设备、信令网关、媒体网关、应用服务器、综合接入设备等组成。狭义上的软交换指软交换机，是基于软件提供呼叫控制的功能实体，定位于控制层面。利用软交换技术不仅能够提供新的功能更强的语音服务特性，还可以将现有的有线及无线业务与先进的数据和视频业务相结合以提供真正的多媒体业务。,139,软交换的网络体系结构分层,140,软交换的主要特点：分离性：软交换的最大特点是业务与控制分离，传送与接入分离。开放性：软交换技术采用开放式应用程序接口A
45、PI，简化了信令结构和控制复杂性。灵活性：软交换系统可以根据需要放置在网络任意位置，并根据系统容量灵活配置，网络智能可以集中，也可以分布。,141,互通性：通过媒体网关、中继媒体网关、信令网关等各种网关设备，可以实现软交换网络与现有公共电话网、IP网等网络的互通，有效地延续原有网络的业务和设备等资源。综合性：软交换集语音、数据、视频等多媒体业务于一体，实现了语音、数据和视频在传输与业务上的融合与统一。经济性：采用软交换设备的组网方式与采用电路交换机的组网方式相比，性价比较高，可大幅度的降低网络建设与运营成本。,142,1.3.2 光交换技术,光纤有着巨大的频带资源和优异的传输性能，是实现高速率
46、、大容量传输的最理想的物理媒质。随着波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技术的成熟，一根光纤中能够传输几百吉比特/秒（Gbit/s）到太比特/秒（Tbit/s）的数字信息，这就要求通信网中交换系统的规模越来越大，运行速率也越来越高。,143,光交换和ATM交换一样，是宽带交换的重要组成。光交换技术是一种光纤通信技术，它是指不经过任何光电转换，在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端。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。,144,光信号的电交换,能确保用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术。,
47、145,光交换的传输路径采用：空分交换方式、时分交换方式、波分交换方式。,空分光交换基本单元,146,时分光交换,以时分复用为基础，用时隙交换原理实现光交换功能。它采用光存储器实现，把光时分复用信号按一种顺序写入光存储器，然后再按另一种顺序读出来，以便完成时隙交换。光时分复用和电时分复用类似，也是把一条复用信道划分成若干个时隙，每个基带数据光脉冲流占用一个时隙，N个基带信道复用成高速光数据流信号进行传输。,147,波分光交换（波长转换）,波分复用是指把N个波长互不相同的信道复用在一起，得到一个N路的波分复用信号。,148,交换技术的发展趋势,采用单一网络结构实现数字、语音、图像、音频和视频等信息的宽带高速传送与交换，实现电话通信网、高速数据网和有线电视网的“三网合一”是通信网络发展的趋势。,149,超强处理能力和超大容量的现代网络交换机 网络的优化，即通信网络由五级网络向三级网络直至无级网络过渡，逐步形成本地网络分区双汇接和端局双归属的典型结构，大容量少局所，要求网络节点的处理能力十分强大。,150,开放式交换网络平台 随着通信市场的迅速开放，未来的通信网络将是多家企业协作的一个整体，各家都希望能为自己提供一个理想的平台。此平台节点与网络中其他节点要有良好的兼容性，也就是网络节点接口(NNI)的开放性与协议的标准化。,
