第2章 交换技术基础-2016
现代交换原理与技术第2章 交换技术基础
交换技术基础 目 录
交换节点的基本组成
交换网络、接口、控制系统、信令系统
交换单元及交换网络 信号数字化技术
模拟语音信号的数字化处理 图像与视频信号的数字化处理
信道共享与复用技术
空分复用 频分多路复用 时分多路复用
2017/7/11 1
第2章 交换技术基础 本章主要内容
通信过程中的信息业务量特性不同
统计表明，电话通信双方讲话的时间各占一半，即对于PCM话音 信号平均速率大约在32Kb/s,一般不会出现长时间信道中没有信 息传输；而数据通信量波动性较大。语音对时延比较敏感。宜采 用面向连接的交换技术。数据对带宽比较敏感，宜采用动态资源 分配技术，大多采用无连接的交换技术。
电话交换
电路交换（Circuit Switching），就是在两通信端之间建立一条专用 的（dedicated）实际路径。此路径由发送端开始，一站一站往目的 端串联起来。一旦建立两端之间的电路后，它将一直维持专用状态 （ 即他人无法使用），直到通信结束之后，这条专用路径才停止使用， 并让出供他人继续使用。目前的电话就是使用这种技术。
交换机的组成 交换单元的组成、描述交换单元外部性能的指标 交换单元的分类与几种典型的交换单元（开关阵列、T接线器 、S接线器） 交换网络的概念、作用，TST、STS交换网络的工作原理 模拟语音信号的数字化技术、图像与视频信号的数字化处理 信道共享与复用技术
空分复用 频分多路复用 时分多路复用
2017/7/11 7
2.1 引言
数据网络交换机
在计算机网络系统中，交换概念的提出是对于共享工备，HUB本身不能识 别目的地址，当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包 在以HUB为架构的网络上是以广播方式传输的，由每一台终端通过验 证数据包头的地址信息来确定是否接收。也就是说，在这种工作方式 下，同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯，如果发生碰撞还得 重试。这种方式就是共享网络带宽。 数据网络交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换 机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后 ，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬 件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速 将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在才广播到所有的端口 ，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部 MAC地址表中。
现代交换第2章--交换技术基础
2.2.1 交换单元及其数学描述
交换单元分类1
入
0┆
线
┆
M－1
┆
0出 N－1 线
（a）集中型（M >N）
入0 线 M－1
┆
┆0
出
┆
线
N－1
（c）扩展型（M <N）
入0 ┆
线 M－1 ┆
0
出
┆
┆
N－1
线
（b）分配型（M=N）
2.2.1 交换单元及其数学描述
交换单元分类2
入
0
线 M－1
┆┆ ┆┆
0
出
组成
由电子交叉矩阵和控制存储器（CM）构成
控制方式
输入控制：按入线配置控制存储器 输出控制：按出线配置控制存储器
开关阵列的应用实例——空间接线器（S接线器）
特点
S接线器是以时分方式工作的（各交叉点按复用时隙工作） S接线器在同步时分复用信号交换网络中不能单独使用 S接线器在输出控制方式下可实现同发和广播功能
功能
用来完成一条复用线上的时隙交换功能
组成
话音控制存储器（SM）:存储话音 控制存储器（CM） :存储SM的写入/读出地址
控制方式（对话音存储器的控制而言）
输出控制：顺序写入、控制读出（入线缓冲） 输入控制：控制写入、顺序读出（出线缓冲）
共享存储器型交换单元的应用实例 ——时间接线器（T接线器）
基本原理
总线按时隙轮流分配给入线控制部件和出线控制部件使用。
特点
受限于总线宽度、速度以及入线、出线控制部件的工作速率
总线型(共享媒体型) 交换单元示意图
1
入线控制
2 入线
入线控制
数据通信基础与交换技术
四、模拟信道和数字信道
模拟信道中传输的是模拟信号。
数字信道中传输的是离散方式的二进制数字脉冲 信号。
五、专用信道和公用信道
专用信道又称专线，它可以是自行架设的专门线 路，也可以是向电信部门租用的专线。
公用信道是一种公共交换信道，为大量用户提供 服务的信道，因此又被称为公共交换信道。
调制解调器的标准
（1）V.21标准：针对300bit/s的全双工FSK调制解 调器。
（2）V.22标准：针对 600bit／s和1200bit/s的全双 工4－PSK调制解调器。
（3）V.22biS标准：针对 1200bit/s和 2 400bit／s 全双工16－QAM/4－DPSK调制解调器的。
非归零编码的优点是简单、容易实现；缺点 是接收方和发送方无法保持同步。
为了保证收、发双方同步，必须在发送NRZ 码的同时，用另一个信道同时发送同步时钟信号，
二、曼彻斯特编码（Manchester）
由低电平跳变到高电平时，就表示数字 信号1；每位由高电平跳变到低电平时，就 表示数字信号0。
曼彻斯特编码中的中间电平跳跃，既代
（7）V.42biS标准：针对高于 14 400bit/s的 带有数据压缩和差错检测功能的全双工调 制解调器的。
2.3.串行传输与并行传输
并行传输
常用的并行方式是 将构成一个字符的代 码的若干位分别通过 同样多的并行信道同 时传输，例如计算机 的并行口常用于连接 打 印机，一个字符分 为8位，因此每次并行 传输8比特信号
2.1.数据通信的基本概念
2.1.1.信息、数据和信号 一、信息：
被传达的内容,本身是无形的,所以总是需要有 个载体才能被传送,进而被识别。
现代交换原理与技术练习及答案
现代交换原理与技术练习及答案现代交换原理与技术练习题第1章绪论一、填空题7-1“竹信”就就是用一根_________连结两个小竹筒，在竹筒得一方可以听见另一方小声说话得声音。
绳子7-2人类用电来传送信息得历史就是由_________开始得。
电报7-3电报（Telegraph）就是一种以_________________传送信息得方式，即所谓得数字方式。
符号（点、划）7-4“电信”就是使用有线、无线、光或其它_____________系统得通信。
电磁7-5在电信系统中，信息就是以电信号或___________信号得形式传输得。
光7-6交换设备得作用就就是在需要通信得用户之间_________________，通信完毕拆除连接，这种设备就就是我们今天常说得电路交换机。
建立连接7-7通信网由用户终端设备、_______________设备与传输设备组成。
交换7-8在由多台交换机组成得通信网中，信息由信源传送到信宿时，网络有___________连接与无连接两种工作方式。
面向7-9电路就就是在通信系统中两个终端之间（有时须通过一个或多个交换节点）为了完成_____________传递而建立得通信路径。
信息7-10物理电路就是终端设备之间为了传送信息而建立得一种________连接，终端之间可通过这种连接接收/发信息。
实7-11信息在通信网中得传送方式称为传送模式，它包括信息得复用、传输与________方式。
交换7-12时分复用，就就是采用___________分割得方法，把一条高速数字信道分成若干条低速数字信道，构成同时传输多个低速数字信号得信道。
时间7-13交换技术从传统得电话交换技术发展到综合业务交换技术在内得现代交换技术，经历了人工交换、机电交换与_________交换三个阶段。
电子7-14电路交换技术就是一种主要适用于_________业务得一种通信技术。
实时7-15分组交换采用得路由方式有数据报与_________两种。
2016计算机网络试题库：第二章数据通信基础知识
2016计算机⽹络试题库：第⼆章数据通信基础知识第⼆章数据通信基础知识⼀、选择题1、数据传输率单位的英⽂表⽰为( )。
bA．bbs B．b／s C．pbs D．pps2、两台计算机利⽤电话线路传输数据信号时必备的设备是( )。
A. 集线器B. 调制解调器C. 路由器D. ⽹络适配器B3、( )传递需要进⾏调制编码。
A．数字数据在数字信道上B．数字数据在模拟信道上C．模拟数据在数字信道上D．模拟数据在模拟信道上B4、通过改变载波信号⾓频率来表⽰数字信号1和0的⽅法叫做( )。
A. 绝对调相B. 振幅键控C. 相对调相D. 移频键控D5、利⽤模拟通信信道传输数据信号的⽅法称为( )。
A. 同步传输B. 基带传输C. 异步传输D. 频带传D6、( )是指在⼀条通信线路中可以同时双向传输数据的⽅法。
A. 单⼯通信B. 半双⼯通信C. 全双⼯通信D. 同步通信C7、在数字数据编码⽅式中，( )是⼀种⾃同步编码⽅式。
B. ⾮归零码C. ⼆进制编码D. 脉冲编码A8、已知声⾳的频率范围为300~3400 Hz，则电话线⼀条话路的带宽为( )。
A．3100Hz B．3400Hz C．3700Hz D．8000HzA9、采样定理指出采样频率⾄少为（）A两倍于信号带宽B两倍于信号的最⾼频分量频率CN倍于信号带宽DN倍于信号的最⾼频分量频率B10、脉冲代码调制变换的过程是( )。
A．采样、量化、编码B．量化、编码、采样C．计算、采样、编码D．编码、采样、编程A11、常⽤的传输介质中，带宽最宽、信号传输衰减最⼩、抗⼲扰能⼒最强的⼀类传输介质是( )。
A. 光纤B. 双绞线C. 同轴电缆D. ⽆线信道A12、有线介质将信号约束在⼀个物理导体之内，下⾯( )不属于有线传输介质.A. 双绞线B. 同轴电缆C. 光纤D. ⽆线电D13、光传输系统由光源、( )、检测器三个部分组成.A. 光纤传输介质B. 光信号C. 光栅D. 端设备A14、下列双绞线的叙述，不正确的是（）A它既可以传送模拟信号，也可以传送数字信号B安装⽅便，价格较低C不易受外部⼲扰，误码率较低D通常只⽤作建筑物内局域⽹的通信介质C15、单位时间内所传送的⼆进制信息的位数称为（）A信号传输率B数据传输率C信号传播率D误码率B16、下⾯关于光纤的叙述，不正确的是（）A频带很宽B误码率很低C不受电磁⼲扰D容易维护和维修D17、( )传输⽅式是指同⼀报⽂中的分组可以由不同传输路径通过通信⼦⽹。
现代交换技术第2章 交换网络
19
现代交换技术
第2章 交换网络
输出线
存：各个时隙的 入线标号 = “1”，接通：TSi时隙的入 线标号（如：1线）与 输出2线；
TSi时隙，对应存储 矩阵的第 i+1行 （交换信息，预先写入控制 存储器的行列交点）
（两张表）
20
现代交换技术
存：各个时隙的 入线标号
第2章 交换网络
10
现代交换技术
第2章 交换网络
2.2 交换控制单元
一、基于时分结构的典型交换单元 2、时间交换单元 举例：时隙内容A，要从输入时隙 i交换到输出时隙 j
输入控制方式：
... TSN-1 ...
i
帧 Tsi
(A)
用户信息存储器 0 ... TS0 ... TSN-1 ...
j
帧 TSj
(A)
...
时隙 时隙 时隙 时隙 ... TS0
标志 头1
TS0 话路1
标志 头0
TS0
标志 头2
TS0
标志 头0
...
话路0
本章后续部分将以时分复用电信号为对象，介绍一 些典型的交换单元及交换网络。
5
现代交换技术
第2章 交换网络
2.2 交换控制单元
交换单元的功能是在控制信号的作用下在入线和出 线之间为呼叫请求建立适当接续，将入线上的信息送到 出线上去。
14
现代交换技术
第2章 交换网络
2.2 交换控制单元
一、基于时分结构的典型交换单元 3、共享总线型交换单元 由入线控制部件，出线控制部件和总线组成，如下图示。入线 控制部件负责接收入线信号并进行信号格式转换，进行信息缓冲存 储，将缓冲信息在适当时刻送到总线上；出线控制部件负责从总线 上检测出属于自己的信号并加以缓冲存储，将缓冲信息进行格式转 换并由出线送出；总线通常由多条数据线和控制线组成，数据线负 责在入线控制部件和出线控制部件之间传送信号，控制线负责控制 各入线控制部件获得时隙和将信息发送到总线上以及控制出线控制 部件读取属于自己的信息。
路由与交换技术教学大纲
《路由与交换技术》课程教学大纲第一部分大纲说明一、制订教学大纲的依据本课程教学大纲依据信息工程系计算机网络技术专业及信息安全技术专业的专业培养目标及教学计划制定，符合社会对人才知识、能力、素质需求及地区经济发展的需要。
二、适用范围本教学大纲适用于信息工程系网络技术专业及信息安全技术专业学生。
三、课程的性质和任务交换机和路由器是构建大中型网络最核心、最重要的网络设备，这些设备必须根据网络应用的需求，进行合理正确的配置才能使用。
在组建网络时，除综合布线外，最重要的是对三层交换机和路由器进行配置，在日常的使用和管理维护过程中，也经常需要对交换机、路由器的配置进行调整。
这就要求网络管理人员必须充分熟悉和掌握交换机/路由器的配置和管理技术，以及将三层交换机或路由器当作防火墙或代理服务器的配置技术。
《路由与交换技术》课程是计算机网络技术专业及信息安全专业必修的专业课。
旨在让学生了解常用网络设备的概念,工作原理及工作方式、技术指标和参数，所遵循的网络标准，在网络层中所使用的协议。
主要任务是通过学习能够使学生在已有的计算机网络知识的基础上，对当前计算机网络设备的主要种类和常用的网络协议有较清晰的概念，掌握如何使用配置网卡、网线、集线器、交换机、路由器和防火墙。
学会计算机网络操作和日常管理和维护的最基本方法。
尽快熟悉并掌握交换机和路由器的配置与管理技术。
四、课程的背景知识1．前导课程及主要知识：《计算机调试技术》、《计算机网络》、《专业英语》等。
2．后续课程及主要知识：《网络工程》、《网络安全》及相关课程设计和毕业设计等。
五、课程教学要求的层次１．熟练掌握：要求学生能够全面、深入理解和熟练掌握所学内容，并能够用其分析、初步设计和解答与网络应用相关的问题，能够举一反三。
２．掌握：要求学生能够较好地理解和掌握，并且能够进行简单分析和判断。
３．了解：要求学生能够一般地了解的所学内容。
第二部分教学媒体与教学过程建设本课程文字教材作为学习的主要媒体，着重反映课程知识的系统性和完整性，在形式上要便于学生自学。
《交换技术基础》PPT课件
10 精选PPT
线束按以下标准分为两类： 线束容量M——输出线数量 利用度D——每条输入线能达到的输出线范围 1、全利用度线束
线束中的任意一条出线能被任一条入线所达到，M=D， 只要有空闲出线即可接续，数字交换机采用。
20 精选PPT
7.3 控制部件的呼叫处理能力－－BHCA
评价一台程控交换机的话务能力一般有两个基本参数： 话务量：通过交换网络可以同时连接的路由数 BHCA(Busy Hour Call Attempts)：忙时试呼次数，单位时间内 控制设备能够处理的呼叫数，表明控制部件对呼叫的处理能力。
按ITU-T建议，我国电话网全程(发端-收端交换机)呼损： 数字长途电话网≤0.098；数字市内电话网≤0.027。
16 精选PPT
7.2 交换网络的内部阻塞
前面讨论的呼损仅仅是由于出线全忙而引起的。 实际上，交换机的交换网络往往由若干级组成。 在入线和出线间还有内部各级之间的链路。 内部阻塞：当交换网络内部级间链路全忙时，由于入线找不到 空闲链路而不能达到空闲出线，导致呼叫损失的情况。
可见中间链路数增加一倍，使网络的内部时隙数为输入/输出 时隙数的2倍时(本例中链路数=32，内部时隙数=512)，网络内部 阻塞概率很低，近似为0。 输入端AB级扩散，输出端BC级集中，以增加设备、提高成本 为代价。交换网络在整个交换机的成本中所占的比重不大。对于 采用体积小、功耗小的大规模集成电路构成的数字交换网络来说 是可行的。
明显损失制中，Ac=Ao(1-B)=Ao-AoB 其中， B——呼损，正常情况下很小，如规定1％或5‰，因此 通常在工程中不严格区分Ac或Ao；但设备超负荷时较大。 等待制中，Ac=Ao
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a
B(HW127TS31) TS24(8*30+0=24) B TS255(8*31+7=255) TS2
CMA0
CMB15 255# 0# CMB0 24#
2
130#
交换网络
• • HW0TS3 CMA0 • TS2 a •
1
a SMA0 2# CMS15 0# SMB15 TS255 2#
TS1 PCM0 PCM1 TS14 TS1 01 TS14 10 PCM0 PCM1
•
2- 1
PCM0 TS1 PCM1
•
1 01 PCM0 TS1
CM0
0 1 1
PCM1 TS1
控制存储器
2
14
•
PCM1 TS14 10
31 CM0 CM1
PCM0 TS14
输入控制方式
43
接线器性能
• – 1 – • • – IM PCM TS2 TS31 96 T 2 2*60/125*10-6 =9.6*105 PCM (125us) IM
交叉接点矩阵
01 TS14 10 PCM0 PCM1
0 1 1
0 1 1
控制存储器
14 2 14 2
控制存储器
31 CM0 CM1
31 CM1 CM0 41
输入控制方式
输出控制方式
S型接线器
• – CM PCM • – CM PCM CM PCM CM CM PCM CM
42
S型接线器
交叉接点矩阵
29
T型接线器
• B0-B7 • R/W • • R/W 1 R/W 0 A0-A7 B0-B7 DI0-DI7
30
T型接线器
• • CP • • • • • • A0-A7 DI0-DI7 0 1 R/W 0 1 0 BO-B7 0
31
T型接线器
• CP • • • • • • • A0-A7 B0-B7 B0-B7 R/W 1 1 B0-B7 B0-B7 0 0
37
S型接线器
• S ” • (space switch)， “
38
S型接线器
• S • i m×n j Kij，
•
39
S型接线器
•
•
40
S型接线器
交叉接点矩阵
TS1 PCM0 PCM1 TS14 TS1 01 TS14 10 PCM0 PCM1 PCM0 PCM1 TS14 TS1 TS1
T型接线器
• • -D7 • • 8 8 8 D0
串行工作，每个脉冲不能输出一个完整的数据，每8个CP脉冲才 能处理一个数据 并行工作才每个CP脉冲可以输出一个完整的数据，即每个CP脉冲 可以处理一个数据
20
T型接线器
• • • •
D0 HW0
/ 8 1
D0 HW0 8à1 D0 D0 话 音 存 储 器 D7
• 1 • a • b • A à B • • • • TS8 SM 1# A (CM) TS1 1 B CPU 8# a (SM) ”1” A(TS1) A B B(TS8)
12
T型接线器
• BàA • • • B TS1 b CPU ”8” b TS8 8# 8# 1#
特点： 1个时隙为125us 每个时隙采样一次 每次样值用8位表示
数字交换的基本思想 交换的是核心是8位组-与存 储单元长度相似 如何控制时序？
4
数字交换原理
• – – • • • •
地址 内容
5
T型接线器
SM 0 1 2 3 b TS 8 c a 8 a c c TS 15
时序，即32路话音 某个话路的采样值
TS24 255 24
. . . (16) . . .
24
TA15 SMA15 HW120 S/P HW127 b 0 130 b b W ITS130 0 130 255 255 130 CMA 0 15 CMS0 2 255 0 CMS15 0 2 255
TB15 SMB15 a a TS255 R P/S
写入控制方式的T型接线器
…
TS 2 TS 1 TS 0
16
T型接线器
• • 2 TS1àTS8 • 1# • 8# “8” “1” • CPU “ ”
17
T型接线器
• T • 8 PCM • 8 、 T (CM) 16 PCM (SM) HW(Highway)
在当时电子器件的条件下，如何不增加电子器件的动作速度，提高 系统的容量？
a ITS2
ITS255 255
a W 255 CMB15
TS255
HW127
130
48
交换网络
• • A • B • – TS2+256/2=TS130 A(HW0TS3) b HW0TS3 HW127TS31 TS2 TS130 TS24 (8*30+0=24) TS255(8*31+7=255) a B(HW127TS31)
51
交换网络
HW0 a TS3 S/P HW7 a 写入控制 TA0 SMA0 0 2 a a W 2 CMA0 ITS2 输出控制 S 16*16 0 24 b ITS130 255 读出控制 TB0 SMB0 HW0 b b ITS24 R 130 CMB0 . . . (16) . . . P/S HW7
18
T型接线器
SM HW0 TS3 HW1 TS3 HW7 TS3 TS0 TS0 255 CM 0 TS0 0 . . . HW0 HW1
HW7
利用串并变换，可在不增加 原来电子器件工作速度的情 况下，将容量提升8倍、16倍 采用了复用器和分路器
A0-A7
. . . 255
8端输入的T型接线器
19
a TS 8 b TS 1
b
…
TS 2 TS 1 TS 0 31
时序，即32路话音
W 定 时 8 脉 冲 A4～A0 15 31 0 1 R 8 1 2 CM
6
理解这种设计的巧妙性！
话音存储器的地址
读出控制方式的T型接线器
T型接线器
• T • • • (Time Switch) (Speech Memory, SM) (Control Memory, CM) T
49
交换网络
• A CMS15 “ • • CMA0 a S CMA0 255# A TS2 a TS24 SMA0 24# TA0 24# “ ” TB15 ” 2# 0# 2# 24# 15# 0# CMS15 2#
50
交换网络
• • • 2-3 16 T HW0TS3 HW0TS3 à HW127TS31 T-S-T 16*16 HW127TS31 S 16 T
HW120
a ITS2
ITS255 255
HW127
255
2 CMB15
52
交换网络
• • A • CPU TS130 – # – – 130# CMS0 130# 15#
53
A(HW0TS3) b HW0TS3 HW127TS31 “ 24# CMS15 2# CMA15 255# ” 2#
44
交换网络
• •
45
交换网络
• T-S-T – — • • – – T-S-T
46
交换网络
• 2-2 16 T HW0TS3 • • S T-S-T 16*16 HW127TS31 S 16 T
HW0TS3 à HW127TS31
•
CPU
•
47
交换网络
HW0 a TS3 S/P HW7 a 读出控制 TA0 SMA0 0 24 a a R 24 CMA0 ITS2 输出控制 S 16*16 0 24 b ITS130 255 写入控制 TB0 SMB0 HW0 b b ITS24 W 24 CMB0 . . . (16) . . . P/S HW7
8条高速线 路上的数据 同时进入移 动器
HW7
D7
D7
HW7
D0
D0 HW0 8à1 D7
D7
D7 HW7
CP
要求每个脉冲均可以将数据存入锁 CP CP ∧ TD 存器，但要求每87 个数据后存一次
21
• HW0 TS0-TS0 • HW1 TS0-TS1 • HW2 TS0-TS2 • … • HW7 TS0-TS7 • • • • HW 8 HW 32 3 A2A1A0 8 HW
时序
A0 . . A1 写 入 控 制 读 出 控 制 . . +
+ RAM 256*1
RAM 256*1
RAM 256*1
A7
. .
+
R/W + DI0 DI1 输入数据 由串/并变换电路来 DI7
读出地址
B7 B1 B0 来自控制存储器
28
T型接线器
• DI0-DI7 • • DO1-DO7 • A0-A7 • 8 • • A0-A7 488ns 125us
TS24 255 2
. . . (16) . . .
130
TA15 SMA15 HW120 S/P HW127 b 0 24 b b R 255 CMA ITS130 0 130 255 0 255 CMS0 2 255 0 CMS15 2 0 24 255
TB15 SMB15 P/S
HW120 a
S/P
TS24
15#
CMB15
P/S
HW127TS3
54
交换网络
• CMS15 a • CMB15 TS255 • P/S 2# SMB15 SMB15 255# SMB15 255# HW127 a TS31 a B 0 0# 15#