现代交换技术综述北京邮电大学课件

现代交换原理北京邮电大学计算机科学与技术学院罗红国家级精品课程教学安排„上课时间：每周二,单周四三四节地点：4—402„共16周教学，第17周期末考试„考试方式：平时作业和测验——25%课程实验——10%期末考试——65%„联系方式：E-mail：[e-mail]课程概要课程概要„第一部分现代交换技术综述„交换概论„交换原理„第二部分电话交换系统„数字程控电话交换与电话通信网„信令系统„第三部分ATM交换系统„ISDN综合业务数字网„宽带综合业务与ATM交换„第四部分IP交换技术„第五部分软交换技术参考书目参考书目„《程控数字交换与现代通信网》叶敏北京邮电大学出版社„《现代交换原理》金惠文等电子工业出版社„《现代电信交换基础》雷振明人民邮电出版社„《异步转移方式宽带ISDN技术》程时端等译人民邮电出版社„《软交换系统与IMS》杨放春孙其博北京邮电大学出版社第一部分第一部分现代交换技术综述现代交换技术综述主要内容„交换概论„交换原理第一章第一章交换概论交换概论„通信网与交换„信道复用模式与交换„各种交换方式简介„交换系统的基本结构通信、交换、通信网通信、交换、通信网„以电话通信为例„点到点的通信„多点通信Æ交换机„通信网点对点的电话通信点对点的电话通信发话器受话器电话机受话器发话器电话机电源电源发话器受话器电话机二四转换受话器发话器电话机二四转换电源多点间电话通信：电话交换机多点间电话通信：电话交换机开关开关开关开关交换：根据电话使用者的要求，把电话机连在一起，使之能够互相通信的功能。交换机每个终端需要一个多路开关；N个终端时，需要N(N-1)/2条线路；增加第N+1个终端时，必须增设N条线路，安装维护困难无需开关；需要N条线路；增加新终端时，只需增加一条线路开关一台交换机组成的通信网一台交换机组成的通信网电话交换机必须具备下列功能„及时发现用户的呼叫请求；„记录被叫用户号码；„判别被叫用户当前的忙闲状态；„若被叫空闲，交换机应能选择一条空闲的链路临时将主叫、被叫用户话机连通，使双方进入通话状态；„通话结束后，交换机必须及时进行拆线释放处理；„使任意两个交换机所带的用户自由通话；„同一时间内交换机要允许若干对用户同时进行通话且互不干扰。基本业务，补充业务，增值业务电话网电话网————本地网本地网中继线用户线电话网电话网————长途网长途网端局长途局端局长途局长途局长途转接局区域1区域3区域2移动通信网络移动通信网络BTSBSCMSCVLRHLREIRMSCVLRSMSgatewayUmA-bisAGMSCPSTNBTSBSCUmA-bisA主叫被叫通信网的组成交换设备终端设备传输设备计算机网络通信网的组成通信网的组成„交换设备：包括各类交换机和交叉连接设备„终端设备：包括电话机、传真机等简单用户终端，以及集团电话、用户小交换机、集群设备等„传输设备：用户线路、中继线路和信号转换设备，如：双绞线、电缆、光缆、基站无线收发设备、光电转换器、卫星、微波等„通信网：由终端设备、交换设备、传输设备，结合信令过程、协议和支撑运行系统组成的网络。现代通信网的三大支撑网现代通信网的三大支撑网„数字同步网„保证网络中的各节点同步工作„信令网„电话网中为用户建立和拆除连接，需要网中各个相关设备协调工作，为此在各个设备间传输的控制动作的信号称为信令。„通信网的神经系统„电信管理网„完成电信网和电信业务的性能管理、配置管理、故障管理、计费管理、安全管理电话通信中信令的作用电话通信中信令的作用建立连接传输信息连接拆除电信交换的概念电信交换的概念„所谓电信交换，就是在通信网上，在通信源点和目的点之间建立通信通道，并传送信息的机制。„选路（寻址）：每一个交换设备如何选择合适的出线，从而在交换网中建立昀佳的源点到目的点的信息通道。„交换：每个交换设备内部如何将入线的信息送到出线上。信道复用信道复用与交换与交换„频分复用„时分复用„码分复用„波分复用复用器分路器信道用户用户？如何交换复用的信号——与复用方式有关频分复用频分复用„利用调制手段和滤波技术使多路信号以频率分割的方式同时在同一条线路上互不干扰地传输„CATV载波线路模拟移动通信User1User2User3Frequencytime频分复用举例：频分复用举例：ADSLADSL接入接入SPLITTER码分复用解释码分复用解释————CDMA酒会你听到什么...•如果你只懂中文?•如果你只懂俄语?•如果你只懂英语?“码”的使用可使cdma系统的用户/信道之间保持正交;每一用户数据流均有一个唯一的正交扩频码。码分复用解释码分复用解释————CDMA酒会•如果你只懂中文,但酒会上讲中文的人到处都是，而且声音很大？•如果你只懂中文,但是讲英语的人声音很大？cdma是干扰受限系统•小区内干扰•相邻小区间干扰波分复用波分复用„利用多个波长在单一光纤上传输信号，每一波长以2.5Gb/s的速率承载信息„通常用于波分交换光波复用器λ1.…λnλiλj时分复用时分复用„根据抽样定理使多路信号以时间分割的方式交替在同一条线路上互不干扰地传输„PCMATMFrequencytime123N时分复用分类时分复用分类„同步时分复用„位置化信道：依据数字信号在时间轴上的位置区别各路信号„用于电路交换„PCM、ISDN-BRI„统计时分复用„标志化信道：每个分组前附加标志码，标示分组的输出端或传送路径„用于分组交换和ATM交换同步时分复用同步时分复用„位置化信道。依据数字信号在时间轴上的位置区别各路信号，无信息传送时也占用信道„子信道信息流速率平稳，每帧一个定长数据„信号经过复用器和分路器时会有传输时延，但时延不大，约1~2帧支路A1帧支路B合路1122112323tttTS1TS1TS2TS2同步时分复用举例同步时分复用举例B1B2D64Kbs64Kbs16Kbs2B+DISDNISDNBasicRateInterface(BRI)BasicRateInterface(BRI)一线通一线通统计时分复用统计时分复用————分组化时分复用分组化时分复用„标志化信道。信息属于哪路取决于标志码，与出现的时间无关；„分组长度可变，分组头起定界作用；„统计复用提高信道利用率；„一定容量的排队存贮器，解决瞬间的出线冲突；„时延：传输时延—较小且稳定；处理时延—与分组大小有关；排队时延—与突发流量有关。支路A支路B合路12123ttt341A2A3A1B2B3BB4统计时分复用统计时分复用————异步时分复用异步时分复用„位置固定的标志化信道，统计复用提高信道利用率„一定容量的排队存贮器，解决瞬间的出线冲突；„信元长度固定，并插入空信元保持信元同步；„时延：传输时延—至少一个信元；处理时延—稳定；排队时延—依据用户的质量要求支路A低优先支路B高优先合路12123ttt31A2A3A1B2B3BTSTSTSTSTSTSTSTS复用技术按技术机理分类„确定复用技术---铁路系统„同步时分复用„频分复用„码分复用„统计复用技术---公路系统„异步时分复用通信工作方式按技术机理分类„有连接操作寻址„无连接操作寻址有连接操作寻址„用户利用信令信号，把寻址要求通知信令网；„信令网在信源与信宿之间，利用网络资源建立连接；„然后传递信号；„呼叫结束，信令网释放网络资源。„类比：专用车道/公交车??无连接操作寻址„在各个网络节点，根据信息分组中的目的地址数据，借助于路由器具有的地址知识，选择通往目的地的链路，在每个节点都进行竞争接入。„类比：自驾车春游复用和通信工作方式是电信网络的本质特征机理：两类复用技术和两类操作寻址技术组合,形成了四类媒体网络形态:媒体网络形态复用技术寻址技术第一类确定复用有连接操作寻址第二类统计复用无连接操作寻址第三类确定复用无连接操作寻址第四类统计复用有连接操作寻址PSTNInternetCATVATM分析„电信网络的机理决定电信网络的属性„近年未出现新的机理网络形态„近年陆续出现很多新的应用网络形态交换技术的发展过程„电路传送模式CTM„分组传送模式PTM„异步传送模式ATM电话电路交换分组交换电报交换电报数据快速电路交换帧中继ATMIPOA，MPLS综合业务„光交换„软交换???终端A交换节点B终端C建立传送释放电话交换系统与电路交换电话交换系统与电路交换实质：通信双方间存在一条物理电路——电路交换电路交换电路交换的特点的特点„呼叫建立时向网络申请资源，建立一条主叫到被叫的通路；呼叫结束时释放该通路。如果申请不到资源，则发生呼损。„面向连接。通信过程中，双方始终占有这条通路，保证数据快速传递。支持实时的、交互的通信，但线路利用率低。„只提供透明传输。„对通信内容，交换系统不进行差错控制。„适于交换同步时分复用的信号。同步时分复用信号的昀小交换单元为时隙。电报交换系统与报文交换电报交换系统与报文交换实质：转报机“存贮—转发”传送报文——报文交换报文交换的特点报文交换的特点„传输报文时无需建立电路，也不存在呼损。„一次将一份报文传送完毕，线路可以立即处理下一报文。线路利用率高。„昀小交换单元为报文。„不适于即时交互式通信。利用电话网进行数据通信利用电话网进行数据通信300~3400Hz的限带信道!„优点：时延小；实时性强„缺点：有呼损；线路利用率低；终端设备要兼容利用电报网进行数据通信利用电报网进行数据通信„优点：无呼损，不需要叫通对方就可发送报文；线路利用率高；„缺点：时延大；需要较大的存贮空间；实时交互性差；报文交换时延分组交换时延数据通信系统与分组交换数据通信系统与分组交换„分组：为保证传输时延小，交换效率高，将报文截成许多短的、限长的、统一格式的“分组”Packet，直接在内存中排队和处理。„存贮转发：各个分组要携带源、目的地址，供交换机路由选择。„有序：各个分组可能走不同的路径，因此要携带序号，使接收端能将各个分组按序重组成长报文。实质：“分组—存贮—转发”传送信息——分组交换分组交换数据网分组交换数据网————原理图示原理图示分组交换数据网分组交换数据网————工作模式工作模式„数据报方式DataGram„无连接方式„每个分组包含完整地址信息，独立寻找路由；„传输时延大，时延差别大，对网络故障适应性强。„虚电路方式VirtualCircuit„面向连接方式„每次通信要有建立连接、分组传送、清除连接三阶段；„虚电路建立后，属于同一呼叫的数据分组均沿着同一虚电路传送，它不同于电路交换中的物理连接，而是逻辑连接；„传输时延小，时延差别小，分组有序到达，网络故障时要重新连接。„交换虚电路与永久虚电路比较——虚电路与数据报„选路„VC方式一旦虚电路建立，在端到端之间所选定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。„DG方式无通路建立过程，对每个分组独立进行选路。„时延„VC方式按映像表选路，时延小。„DG方式按分组头的地址信息选路，时延大。„信息有序性„VC方式所有分组沿同一路径传输，能够保证有序性。„DG方式各个分组沿不同路径传输，信息无序到达。比较——虚电路与数据报„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，从而可靠性较高。„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向／响应型数据业务。分组交换的特点分组交换的特点„面向（逻辑）连接和无连接两种工作模式„动态分配线路资源，线路利用率高。„对每个分组有差错控制，网络故障时可自动重选路由，可靠性更高。„非透明传输，交换节点要对分组进行处理„无呼损，但有可变的呼叫延迟„适于交换统计时分复用的信号，昀小交换单元为分组该协议包含了3层，第一层物理层，第二层数据链路层，第三层分组层，对应于OSI模型的下三层。分组交换协议举例——X.25物理层X.25分组层LAPB123物理层网络层数据链路