第二章 交换网络
第二章 数据交换
例：假如H1站有3个分组报文要发送到H3站，且按1、2、3 次序发送到结点A。 结点A必须对每个数据报作出路径选择。当数据报1进 入时，结点A测定到去B的队列比去结点F的队列短，因 此选择去结点B的路径； 数据报2也是如此； 对数据报3，结点A发现去结点F的队列短，因此把数据 报3发送到结点F。 结果： 具有同样目的地址的数据报不能遵循同样的路径，有 可能数据报3比数据报2先到达结点C； 三个数据报不能按顺序到达H3，即对到达H3站的数据 报要重新排序。
第2章 物理层 --数据交换技术
问题的提出：在解决了数据的编码与传 输等基本问题后，接下来要考虑的是： 数据是如何通过通信子网，实现资源子 网中两台计算机间的数据交换的？ 几种数据交换技术 ATM技术
远程传输网络，不可能铺设用户到用户的线 路，因此产生了交换技术。 交换技术是指数据被从设备的一个端口送到 另一个端口所采用的技术。 电路交换 报文交换 分组交换 高速交换技术
ATM技术基本概念
ＡＴＭ(Asynchronous Transfer Mode)即异步传输 模式,就是国际电信联盟ITU-T制定的标准,现已成为 实现B-ISDN的核心技术. ATM是一种传输模式，在这一模式中，信息被组织 成信元，因包含来自某用户信息的各个信元不需要 周期性出现，这种传输模式是异步的。 ATM信元是固定长度的分组，共有５３个字节，分 为２个部分。前面５个字节为信头，主要完成寻址 的功能；后面的４８个字节为信息段，用来装载来 自不同用户，不同业务的信息。
ATM技术基本概念
话音，数据，图象等所有的数字信息都 要经过切割，封装成统一格式的信元在 网中传递，并在接收端恢复成所需格式 由于ATM技术简化了交换过程，去除了 不必要的数据校验，采用易于处理的固 定信元格式，所以ATM交换速率大大高 于传统的数据网，如x.25，DDN,帧中继 等
1+X证书网络系统建设与运维(中级)第2章 网络交换技术v3.0
第18页
2.1.4 交换机的基本设置
速率与双工模式
案例2-2：设置交换机端口的双工模式和速率
[Huawei]interface GigabitEthernet 0/0/1
关闭自动协商模式
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]undo negotiation auto
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]speed 100 [Huawei-GigabitEthernet0/0/1]duplex half
第11页
2.1.2 交换机简介
交换机数据帧的转发方式
广播：由于交换机的MAC地址表中没有记录这个数据帧的目的MAC地址，因此，它无法处理该
数据帧，于是，交换机只能将该数据帧从所有其他端口发送出去。
MAC地址映射表
端口号
MAC地址
E0
00-9A-CD-02-00-00
PC0 MAC:00-9A-CD-02-00-00
速率与双工模式
案例2-1：查看交换机端口当前的速率和双工模式
速率为 1000Mbit/s
全双工模式
[Huawei]display interface GigabitEthernet 0/0/1 GigabitEthernet0/0/1 current state : UP Line protocol current state : UP Description: Switch Port, Link-type : access(negotiated), PVID : 1, TPID : 8100(Hex), The Maximum Frame Length is 1600 IP Sending Frames' Format is PKTFMT_ETHNT_2, Hardware address is c81f-be462bd0 Current system time: 2060-01-14 15:29:53 Port Mode: COMMON COPPER Speed : 1000, Loopback: NONE Duplex: FULL, Negotiation: ENABLE ---省略部分显示内容 ---
现代交换原理第2章 交换单元与交换网络
2.2交换单元
2.2.1交换单元及其数学描述 1、交换单元 交换的基本功能是在任意的入线和出线 之间建立连接。 在交换系统中完成这一基本功能的部件 就是交换网络，它是交换系统的核心。交换 网络是由若干个交换单元构成的。 交换单元是构成交换网络的最基本的部 件。
0 1
…… … … 入线
0 1
出线 N-1
单元长度：5bit
端口的发送侧（TX）
数据RAM 端口 比较器 PCM出
发送控制
32个单元对应32个信道 单元内容：该信道要输出的信息 数据RAM （话音存储器） 单元长度：16bit 工作方式：控制写入、顺序读出
端口比较器：将总线上端口号与本端口号相比较。 发送控制器：协调发送侧的内部操作，如数据RAM的读/写。
单元构成的交换网络。
需交换的信息在单级交换网络中一次通过，即
一次入线到出线的连接，只经过一个交换单元。
多级交换网络
如果一个交换网络中的交换单元可以分为K级，顺序命名为Leabharlann 第1,2,…,K级，并且满足：
所有入线都只与第1级交换单元连接；
所有第1级交换单元都只与入线和第2级交换单元连接；
所有第2级交换单元都只与第1级和第3级交换单元连接；
B用户语音
F0
F1
F2
01 2
31 0 1 2
31 0 1 2
31
A用户语音
位置化信道：由子信道在时间轴上的位置识别每路 用户； 同步时分复用信号的交换：时隙的交换（信号在时 间轴上的移动）； 交换由硬件完成。
（2） 统计时分复用信号
分组交换采用； 分组长度不固定：通常128字节，也可选32， 64，256或1024字节； 统计时分复用原理：将时间划分为不等长的时 间片，用来传送不同长度的分组，对每路用户 按需分配时间片。每个分组携带标志码； 子信道：具有相同标志码的分组构成一个子信 道； 子信道速率不恒定：动态分配带宽。
第二章 交换单元与交换网络
第二章交换单元与交换网络本章教学基本要求：1．了解交换单元的基本概念；2．理解CLOS网络、DSN网络和BANYAN网络的结构及信息交换过程；3．理解无阻塞交换网络的含义及CLOS网络无阻塞条件；4．掌握时间接线器、空间接线器以及TST网络的组成及工作原理。
本章教学主要内容：一、交换单元1．交换单元的基本概念2．空间接线器3．时间接线器二、交换网络1．TST网络2．CLOS网络3．DSN网络4．BANYAN网络一、交换单元交换单元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的拓扑结构和控制方式就可以构成交换网络。
1．交换单元的基本概念(1)功能：在任意的入线和出线之间建立连接，或者说是将入线上的信息传递到出线上去。
(2)构成：交换单元的内部可看作一个黑箱，它的对外特性只有一组入线和一组出线，通常还具有完成控制功能的控制端和描述内部状态的态端。
图2.1中的交换单元具有M条入线，N条出线，称为M×N的交换单元。
其中入线用0～M-1编号来表示，出线用0～N-1编号来表示。
若入线数与出线数相等且均为N，则称为N×N对称交换单元。
图2.1 M×N的交换单元(3)分类①按使用需要的分类：集中型：入线数大于出线数(M＞N)，可称集中器；分配型：入线数与出线数相等(M=N)，可称连接器；扩散型：入线数小于出线数(M＜N)，可称扩展器。
图2.2 交换单元按使用需要的分类②按信息流向的分类：有向交换单元：当信息经过交换单元时只能从入线进，出线出，具有唯一确定的方向，见图2.3（a）。
无向交换单元：若将一个交换单元的相同编号的入线和出线连在一起，每一条既可入也可出，即同时具有发送和接收功能，见图2.3（b）。
图2.3 交换单元按信息流向分类(4)性能①容量：交换单元所有入线可以同时送入的总的信息量称为交换单元的容量。
决定容量的因素：出入线数目和出入线速率。
②接口：不同交换单元具有不同的信号接口标准。
第二章：交换机技术基础(T接线器和S接线器原理)
第二章交换技术基础数字交换网络实现所有终端电路相互之间的联系，以及处理机之间的通信，因此通过数字交换网络能传送话音、数据、内部信令、数字信号音、内部和外部消息等。
数字交换网络分为用户级（入口级）和选组级，用于完成各条PCM链路各个时隙的数字信息交换，包括空分交换和时分交换。
数字交换以数字帧结构形式进行，每个呼叫建立都分配相应的时隙（TS），即分配固定速率的信道（CH），标准速率为64Kbit/s，数字交换原理如图2-1所示。
程控数字交换机采用的数字交换网络的典型结构是由时间接线器（T接线器）和空间接线器（S接线器）构成的数字交换网络。
图2-1 数字交换示意图一、T接线器时间接线器简称T接线器，其作用是完成一条时分复用线上的时隙交换功能。
T接线器主要由话音存储器（SM）和控制存储器（CM）组成，如图2-2所示。
图2-2 T接线器话音存储器用来暂存话音数字编码信息，每个话路为8bit。
SM的容量即SM的存储单元数等于时分复用线上的时隙数。
控制存储器用来存放SM的地址码（单元号码），CM的容量通常等于SM的容量，每个单元所存储SM的地址码是由处理机控制写入的。
就CM对SM的控制而言，T接线器的工作方式有两种：一种是“顺序写入，控制读出”；另一种是“控制写入，顺序读出”。
T接线器的工作方式是指话音存储器的工作方式。
至于控制存储器的工作方式正好与话音存储器的工作方式相反。
图2-2中T接线器采用“顺序写入，控制读出” 工作方式，T接线器完成了把入线上TS3的话音信息a交换到出线上TS19，即话音信息a从TS3→TS19；同时完成了把入线上TS19的话音信息b交换到出线上TS3，即话音信息b从TS19→TS3。
通过这两次时隙交换就实现了A、B两个用户的双向通信。
T接线器中的存储器采用高速随机存取存储器。
二、S接线器空间接线器简称S接线器，其作用是完成不同时分复用线之间在同一时隙的交换功能，即完成各复用线之间空间交换功能。
第二章数字交换原理与数字交换网络
(1)集中级 (2)分配级 (3)扩展级
集中级和扩展级，在实际的程控交换系
统中，一般置于用户级(机框或模块)内，例如， 将n个用户机框的输出总线物理地复连起来便 可实现n倍的集中比，这样做虽然服务等级在 特殊情况下降低了，但换取的是设备数量的 大大减少。而分配级即为由上述T、S接线器 构成的数字交换网络。
（1）S型接线器的基本组成
S型接线器由m×n交叉点矩阵和控制存储 器组成。在每条入线i和出线j之间都有一个交叉 点Kij，当某个交叉点在控制存储器控制下接通 时，相应的入线即可与相应的出线相连，但必 须建立在一定时隙的基础上。
（2）S型接线器的工作原理
根据控制存储器是控制输出线上交叉接 点闭合还是控制输入线上交叉接点的闭合， 可分为输出控制方式和输入控制方式两种。
2.2.1 时隙交换的基本概念
图2-10 30 话路交换的随机存储器
在同一条PCM复用线内进行时隙交换，对于 30／32路PCM的一次群来说，最多只能提供30个 话路时隙。数字交换机给每个用户分配一个固定 时隙，因此，要在任意两个用户(两个不同时隙) 间进行数字交换。数字交换网络需具有两种基本 功能：
（3）T接线器的工作原理 ①读出控制方式
读出控制方式的T接线器是顺序写入控制 读出的，如图2-16所示，它的话音存储器SM 的写入是在定时脉冲控制下顺序写入，其读出 是受控制存储器的控制读出的。
SM
0
1
a
2
c
3
b
ca
8
b
TS8
TS2 TS1 TS0
…
31
ca
b
TS15 TS8 TS1
W
R
0
定1
8
图2-26 T-T-T型三级时分交换网络
五邑大学现代交换技术思考题答案
五⾢⼤学现代交换技术思考题答案第⼆章交换⽹络1、在通信⽹的基本结构形式中，稳定性最好的结构是（ A ）A ⽹型⽹B 环形⽹C 星型⽹D 树型⽹2、基本交换单元有空分交换、时分交换和共享总线型交换单元。
3、连接功能是交换系统最基本的功能。
4、⼀个电信系统⾄少应当由终端和传输媒介组成。
5、当N个终端采⽤全互连⽅式连接的时候，需要（B ）连接对A N2B N(N-1)C (N-1)2D(N-1)(N-2)6、S接线器主要由⼀个连接n*n的电⼦接点矩阵和控制存储器组以及⼀些相关的接⼝逻辑电路组成。
7、T接线器主要由话⾳存储器SM 、控制存储器CM ，以及必要的接⼝电路（如串/并，并/串转换等）组成。
8、判断题：S接线器能将S接线器的输⼊复⽤线HW2的时隙56的内容B交换到输出复⽤线HW2的时隙34。
（×）第三章信令系统1、⽆论何种交换机，在通信⽹中均应完成功能包括接⼊功能、交换功能、信令功能和其它控制功能。
2、按信令信道与⽤户信息传送信道的关系分，信令分为随路信令和公共信道信令3、（D ）的主要功能是在相邻节点之间⽆差错地传输以帧为单位的数据。
A、物理层B、⽹络层C、传输层D、数据链路层4、设从A局（发端长话局）⾄E局（终端长话局）需经三级转接（B、C、D局），主叫为普通⽤户，被叫号码为0132345678，当信令采⽤逐段转发的传送⽅式时，A局向C局发的号码是（ B ）A、0132345678 B 、013234 C、0132 D、0135、信息在通信⽹中由发端⾄终端逐节点传递时，⽹络有⾯向连接和⽆连接两种⼯作⽅式。
6、信令系统在通信⽹中的作⽤包括维护、管理和统计。
7、信令单元为链路状态信令单元LSSU，此时信令单元中的长度表⽰语LI=( B )A、0B、1--2C、3--63D、63以上8、在ISUP消息中，（ B ）消息是交换局是在任⼀⽅向发送的消息，表明由于某种原因要求释放电路。
A．初始地址消息(IAM) B．释放消息(REL)C．释放完成消息(RLC) D．地址全消息(ACM)9、7号信令协议定义了三种信令单元，分别为消息信令单元、链路状态信令单元和填充信令单元。
现代交换原理 第2章 交换网络
3
勤学 务实 开拓 创新
交换单元
从内部看交换单元：
✓ 其构成是多种多样的，可以
0
1
是一个时分总线或是一个空
入 线
...
分的开关阵列；
M-1
✓ 无论其内部构成如何，交换
0 1
出
... 线
✓ 函数描述方式:
0
0
1
1
2
2
3
3
❖ 2进制函数表示:
……
N-2
N-2
2）交叉连接：
N-1
N-1
在交换单元入线数M等于出线数N，并且入/ 出线数为偶数的情况下，把相邻编号的2条入 线与2条出线交叉连接起来；也称为交换置换；
入线排列表示式为：(1，0，3，2，……N-1，N-2)
交换置换（常用E表示）的2进制函数表示为： x0
入 线
0 1
...
M-1
出 线
0 1
...
N-1
信 息 端 0 1
N-1
...
（a）M×N有向交换单元
（b）N无向交换单元
输 入 端 0 1
K-1
...
输 出 端 0
1
...
L-1
（c）K×L无向交换单元(K+L=N)
6
勤学 务实 开拓 创新
交换单元
✓ K×L无向交换单元：
设N=K+L，K×L无向交换单元是指在N无向交换单元的 基础上把N个信息端分为一组输入端与一组输出端，输入 端假设有K个信息端，输出端有L个信息端，并且只有输 入的K个信息端与输出的L个信息端之间才能有信息交换， 在输入的K个信息端之间不能进行信息交换，同样L个输 出端之间也不能进行信息交换，满足这种条件的N无向交 换单元称为K×L无向交换单元。
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1、描述交换单元外部特征的指标是什么？举例说明。
（1) 容量:交换单元所有入线可以同时送入的总的信息量。
（2) 接口:即交换单元自己的信号接口标准。
（3) 功能:点到点功能、同发功能、广播功能。
（4) 质量: 包括交换单元完成交换功能的情况和信息经过交换单元的损伤。
2、用函数、图形、排列三种表示方法，分别表示出N=8具有均匀洗牌连接、蝶式连接特性的交换单元的连接关系。
均匀洗牌连接：
蝶式连接：
3、试计算构造16*16有向交换单元, 采用基本开关阵列时需要多少个开关?若构造16*16无向交换单元, 同样采用基本开关阵列时分别需要多少单向开关和双向开关?
有向交换单元，基本开关阵列：N*N=256。
无向交换单元，基本开关阵列：N*（N-1）=240。
无向交换单元，双向开关阵列：N*（N-1）/2=120。
5、试计算要构造16X16的交换单元，采用K=4的绳路开关阵列时需要多少个开关？
16*4*2=128个开关。
6、一个S接线器的交叉点矩阵为8*8，设有TS10要从母线1交换到母线7，试分别按输出控制方式和输入控制方式画出此时控制存储器相应单元的内容，以及控制存储器的容量和单元的大小（bit数）。
设每条母线上有N个时隙控制存储器的单元大小为3bit，1个控制存储器的容量3Nbit，8个控制存储器的容量为24Nbit。
7、时分交换单元主要有共享存储器型和共享总线型两种，比较他们之间的异同。
相同点：两者都可以对三种时分复用信号进行交换,只不过具体实现方式不同。
不同点：
(l)结构不同。
共享存储器型交换单元以存储器作为核心部件，而总线型交换単元的一般结构包括入线控制部件、出线控制部件和总线三部分。
(2)工作方式不同。
共享存储器型交换単元的工作方式有两种：A、入线缓冲；B、出线缓冲。
总线型交换单元的各部件功能特点如下：a、入线控制部件接收入线新号，进行相应的格式变换，放在缓冲存贮器中，并在分配给该部件的时隙上把收到的信息送到总线上。
b、出线控制部件检测总线上的信号，并把属于自己的信息读人一个缓冲存储器中，进行格式变换，然后由出线送出，形成出线信号。
c、总线一般包括多条数据线和控制线。
d、总线时隙分配要按一定的规则。
8、一个T接线器可完成一条PCM上的128个时隙之间的交换，现有TS28要交换到TS18，试分别按输出控制方式和输入控制方式画出此时话音存储器和控制存储器相应单元的内容，以及话音存储器和控制存储器的容量和每个单元的大小（bit数）。
话音存储器：128个存储单元，每个単元大小8bit，容量为
128*8=1024bit；
控制存储器：128个存储单元，每个单元大小7bit，容量为
128*7=896bit。
9、根据T接线器的工作原理，试分析影响T接线器的容量因素有哪些？
入复用线的时隙数、每个时隙上传输的编码位。
10、数字交换单元（DSE ）的工作原理是怎样的？
数
据
总
端口总信道总
入线5上时隙5的信息a 要交换到出线8上的时隙19输出，则交换的过程：
（1）当RX5的TS5处于空闲状态的时候，从PCM 链路TS5上收到选择信道字，其中包括了该信道上的信息要交换到的目的地址：端口8的TS19；
（2）RX5将接收到的选择信道字中的端口号8送到端口总线上，当TX8的端口比较器从端口总线上得到数据与自己的端口号8比较成功后，通过证实线向RX5回送一个证实消息；
（3）当RX5收到TX8的证实后，把选择信道字中的端口号8存入端口存储器中的第5个单元，同时把信道号19存入信道存储器中的第5单元。
这样在DSE 内部，RX5的第5个信道（TS5）就与TX8的第19个信道（TS19）之间建立了一条内部通道；
（4）当RX5在TS5上接收到数据信道字后，从端口存储器第5个单元读出里面的内容8送到端口总线上去，从信道存储器第5个单元
读出里面的内容19送到信道总线上去，同时将数据信道字中的信息a 送到数据总线上去；
（5）当TX8把端口总线上的数据8与自己的端口号相比较，发现一致后，先从信道总线上读出信道号19，把数据总线上的信息a存放到话音存储器的第19个单元中；当TX8上TS19到来的时候，就将话音存储器中的第19个单元的信息a放到PCM线上输出，从而完成交换。
在这里话音存储器的工作方式是：控制写入、顺序读出。
（6）当信息交换完毕后，RX5的TS5上接收到置闲信道字后，就把该信道置为空闲，直到下次再收到选择信道字重新建立内部通道。
12、什么是多级交换网络？
需要交换的信息从交换网络输入端到交换网络输出端需要经过多个交换单元。
13、举例说明什么是严格无阻塞网络、可重排无阻塞网络、广义无阻塞网络？
严格无阻塞网络：不管网络处于何种状态，任何时刻都可以在交换网络中建立一个连接。
可重排无阻塞网络：不管网络处于何种状态，任何时刻都可以在一个交换网络中直接或对已有的连接重选路由建立一个连接，只要这个连接的起点和终点是空闲的。
广义无阻塞网络：指给定的网络存在固有阻塞可能，但有可能存在着一种精巧的选路方法，使得所有阻塞均可避免。
真正实用的广义无阻塞网络是非常少见的。
14、若入口级选择8入线的交换单元，出口级选择8出线的交换单元，试构造128*128的三级严格无阻塞CLOS网络。
并画图说明。
n=8,m=2n-1=15,r=16。
15、已知一个T-S-T数字交换网络，每个T接线器完成一条PCM上的512个时隙之间的交换，初级T接线器为输出控制方式，次级T接线器为输入控制方式，S接线器为输入控制方式，其交叉点矩阵为8X8型。
试画图说明PCM1的TS8和PCM7的TS31的交换（内部时隙为TS15并采用对偶原理）。
第一级第二级第三级
16、试画图说明用2*2的交换单元，构造16X16的banyan网络。
并举例说明其内部阻塞的情况。
存在内部阻塞：比如同意时刻入线0->出线0，入线1->出线3时就会发生阻塞。
17、对于8*8的banyan网络，举例说明其自选路由特性。
18、试用两种方法构造一个4*4的无阻塞的banyan网络。
扩展型：
膨胀型：。