交换机的基本结构和功能
程控交换机简介讲解
程控交换机简介、工程设计学生：何培尧易添财内容摘要：自从1876年贝尔发明电话以来，为适应多个用户之间电话交换的要求，出现了多种类型的交换机，而在电话交换机中引入了计算机控制技术就是交换技术发展中具有重大意义的转折点。
就此，这种属于全电子类型，采用程序控制方式的存储程序控制交换机暨程控交换机登上了时代的大舞台。
程控交换机是目前自动电话交换机最先进的一种,现代电话交换已经全部采用了程控交换。
本文主要介绍了程控交换机的发展、分类、基本组成和程控交换工程设计。
关键词：程控交换机全电子存储程序控制目录前言 (1)1 程控交换机的发展 (1)1.1 交换机的演进过程 (1)1.2 程控交换机的发展 (2)1.2.1 程控交换机中话路网的发展 (2)1.2.2 程控交换机中控制方式的发展 (2)1.2.3 程序软件的发展 (2)1.2.4 接入业务的发展 (2)2程控交换机的基本构成 (3)2.1 外围接口单元 (3)2.1.1用户线接口电路 (3)2.2 交换网络 (4)2.3 控制系统 (4)2.4 信令系统 (4)2.4.1 用户线信令 (5)2.4.2 局间信令 (5)2.5 出入中继器 (5)3 程控交换机的工程设计 (6)3.1 系统设计 (6)3.2 机房设计 (6)3.3 电源设计 (6)3.3.1 要求 (6)3.3.2 措施 (7)附录1：电话接续的基本信令流程 (8)附录2：程控交换机的基本结构图 (9)附录3：交换机与用户之间的连接网络 (10)参考文献： (11)程控交换机简介、工程设计前言人工交换的效率太低，不能满足大规模部署电话的需要。
随着半导体技术的发展和开关电路技术的成熟，人们发现可以利用电子技术替代人工交换。
电话终端用户只要向电子设备发送一串电信号，电子设备就可以根据预先设定的程序，将请求方和被请求方的电路接通，并且独占此电路，不会与第三方共享（当然，由于设计缺陷的缘故，可能会出现多人共享电路的情况，也就是俗称的“串线”）。
交换机硬件有那几部分组成？各部分功能是什么？_百度知道
大体上讲有如下几大部分（以机箱式交换机为例）
1、机箱，主要是承载各体系模块的载体，包含有背板，提供各模块交换通信的通路。
另外提供业务板卡插槽。
2、电源，用途就是供电。
有1+1或者N+1备份方式。
3、引擎，也有的叫矩阵。
是交换机的核心体，提供各板卡（接口模块）之间的数据转发、路由交换、过滤、策略等功能。
一般核心交换机均可支持双引擎冗余配置。
4、接口模块（板卡），也有的叫业务模块。
就是连接用户终端或者下一级网络设备的接口板。
有各种不同类型接口，比如100M、1000M、10G、ATM、电口光口等等类型。
根据用户需求进行不同类型接口板卡和数量配置。
有些接口模块只是简单的I/O通道模块，但现在大部分交换机的板卡均具有本地交换功能。
5、功能模块。
是业务模块特殊的一种，有些交换机还提供有此类功能模块，不一定有用户端口，但主要用于提供增强功能，比如防火墙模块，路由模块等等。
比较简单一些的是固定式交换机，它就没有分的那么细，因为是固定式结构，引擎和机箱做在一起，用户端口也基本固定，不用模块化按需配置。
原理基本同上。
程控交换机单板功能介绍
《程控交换》实验报告实验二交换机单板功能介绍----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------一、实验目的1.了解交换机的各单板的主要功能和位置。
2.了解各单板工作状态和故障判定。
二、实验内容1.熟悉ZXJ10交换机各单板的设计。
2.熟悉ZXJ10交换机各单板的作用。
3.熟悉ZXJ10交换机各单板的跳线位置与功能。
4.熟悉ZXJ10交换机各单板在机框中的位置。
三、实验原理ZXJ10交换机是层次化结构的：模块—机架—机框—单元—电路板单板即电路板如MP、ASLC、DTI、CPSN等，是构成交换机系统的最基本部件。
(1)MP：作为ＺＸＪ１０机中央控制部分、完成呼叫处理及系统管理功能，功能有控制交换网的接续，实现与各外围处理单元的消息通讯；提供前台程序运行平台、运行ＤＯＳ、ＩＲＭＸ等软件；提供两个以太网接口（用于与后台通信和控制层的扩展）；负责前／后台间数据、命令的传送；实现与各子单元ＳＰ的消息通信；主／备ＭＰ状态控制；分配内存地址给COMM、MON、SMEM等单板(2)共享内存板（ＳＭＥＭ）：为主、备MP提供可同时访问的4KB的双端口RAM，MP可利用它作消息/数据交换通道(3)通信板（ＣＯＭＭ）：功能分类有MP_MP—模块间通信板、MP_PP—模块内通信板NO.7信令板、新STB、U接口板(ISDN话务台) 、V5信令板(4)监控板（MON）：对所有不受SP管理的单板进行监控，并向MP报告。
监控板只有一块。
提供10个异步串口（8个485串口、2个RS232），最多可实现256个对象的监控；与被控单元间采用主从方式工作；与MP通信采用中断方式。
(5)环境监控板（ＰＥＰＤ）：对环境进行监测，并把异常情况上报MP作出处理、实现声、光告警。
程控交换机PPT课件
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• 模拟用户电路的功能可归纳为以下BORSCHT七个功能：
B（Battery feeding）馈电
O（Overvoltage protection）过压保护
R（Ringing control）振铃控制
S（Supervision）监视
C（CODEC & filters）编译码和滤波
用户模块结构
微 处理 机
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各部分功能 交换网络：集中（或分散）话务量。
信号提取和插入电路：把处理机通信信息从信息流中提取出来（或插入）。
网络接口：实现和选组级数字交换网络的接口。
扫描存储器：暂存从用户电路读取的信息。
分配存储器：暂存向用户电路发出的命令信息。
用户电路：实现与用户间的接口。
用户处理机：控制用户模块完成通信功能。
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5.3 接口设备
• 接口设备是数字程控交换机与外围环境的接口，其功能是完成外部信号 与交换机内部信号的转换。数字程控交换机的接口设备主要有用户电路、 中继电路和信令收发设备。
5.3.1 数字程控交换机的接口类型
图5.4表明了数字程控交换机的各种接口.
V类和Z类接口是数字程控交换机用户侧接口，A类、B类
• V2：是连接数字远端模块的接口。
• V3：连接数字PABX的接口，为ISDN的基群速率接口
（30B+D）。
• V4：是支持多个2B+D终端接入的接口。
• V5：是接入网第一个标准化的接口，支持n条E1的接入
（ 2021/4/16 1≤n≤16），V5接口包括V5.1接口和V5.2接口。
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（2）Z接口：
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交换机的基本结构和功能
Base：采用基带传输技术；数值代 表速率。 T：表示RJ45接口标准； F：代表光纤接口。
补充
1、双绞线：非屏蔽和屏蔽双绞线 非屏蔽双绞线UTP： CAT1、CAT2：语音和低速通信 CAT3：16Mb/S，TOKEN RING，ISDN CAT4：20Mb/S， TOKEN RING CAT5：100Mb/S
1.1.1 OSI参考模型与数据通信设备
根据OSI模型，每一层都有相应的协议来实 现特定的功能，完成数据交换： 逻辑上：各层数据的通信，是在源主机与 目的主机相应层之间进行的数据交换，屏蔽 了下层的细节。 实际上：各层数据的传送是从高层经过下 面的各层，依次被各层进行封装，最后通过 物理层来完成比特流的传送。
交换机工作原理
MAC地址表
A
E0: E2: E1: E3:
0260.8c01.1111 0260.8c01.2222 0260.8c01.3333 0260.8c01.4444
B
0260.8c01.1111
E0
C
E2
X X
E1
0260.8c01.3333
D
E3
0260.8c01.4444
0260.8c01.2222
C
E2
E3
D
0260.8c01.2222
0260.8c01.4444
交换机工作原理
MAC 地址表
A
0260.8c01.1111
E0: E2: E1: E3:
0260.8c01.1111 0260.8c01.2222 0260.8c01.3333 0260.8c01.4444
B
E0 E2
E1 E3
0260.8c01.3333
现代交换技术复习题各种整理
一 、填空题：1. 交换机的硬件系统由用户电路、中继器、交换机的硬件系统由用户电路、中继器、 、 和 这几部分组成。
这几部分组成。
2. 基于容量分担的分散控制方式的交换机主要由基于容量分担的分散控制方式的交换机主要由 、 和管理模块三部分组成。
3. 设S 接线器有8条输入复用线和8条输出复用线，复用线的复用度为256。
则该S 接线器的控制存贮器有制存贮器有 组，每组控制存储器的存储单元数有组，每组控制存储器的存储单元数有 个。
个。
4. 通过多个T 单元的复接，可以扩展T 接线器的容量。
利用利用 个 256×256×256256的T 接线器可以得到一个512×512×512512的T 接线器。
接线器。
5. 设某个中继群的完成话务量为5，每条中继线的平均占用时间为120秒，则该中继群的平均同时占用数为时占用数为 ，该中继群的各中继线在一小时时间中占用时间的总和为 小时，该中继群在120秒内的平均占用次数为秒内的平均占用次数为 次。
次。
6. Um 接口中的逻辑信道分为业务信道和控制信道两大类，接口中的逻辑信道分为业务信道和控制信道两大类， 用于传送编码后的话音或数据信息。
控制信道（CCH ）可分为广播信道、）可分为广播信道、 和专用控制信道。
和专用控制信道。
7. 数据通信的特点是数据通信的特点是 ，对差错敏感，对时延不敏感。
由于数据通信的这些特点，数据通信主要采用通信主要采用 交换技术。
交换技术。
8. No.7信令系统的第二功能级中，规定了三种类型的信令单元：_____、_____和填充信令单元。
和填充信令单元。
9. 下一代网络是业务驱动的网络，应实现业务控制与下一代网络是业务驱动的网络，应实现业务控制与 分离、呼叫与分离、呼叫与 分离。
分离。
10.在A T M 的UNI 接口上，一条传输通道最多可以包含接口上，一条传输通道最多可以包含 个虚通道VP ，在一条VP 中最多可以包含多可以包含 条虚信道VC 。
9000交换机架构介绍
分布式HQoS的实现，基于流的带宽保证。
© 2006, ZTE Corporation. All rights reserved.
以太网的高扩展性
以太网的10倍速率发展，目前10GE商用普遍，40GE、100GE的标 准正在制定。完全可以支撑通信产业的发展。
© 2006, ZTE Corporation. All rights reserved.
ZXR10 9000系列电信级以太网交换机
2018/8/1 中试9000项目组
城域以太网（Metro Ethernet）：也称运营级以太网或者电信级以太 网（Carrier Ethernet），随着电信城域网CAPEX的不断增加和ARPU 的持续走低，运营商寻求新的建网技术。将传统低成本的以太网经过 改良，使其具备运营级（可运营、可管理、高质量、高可靠、易扩展） 属性，用于电信级网络被证明是可行的。MEF（Metro Ethernet Forum 城域以太网论坛）致力于加快以太网在城域网的部署，即电信 级以太网的运用。MEF对电信级以太网的要求包含5个方面：保护、 服务质量、可扩展性、业务管理能力和TDM支持。
面向连接的以太网
以太网是面向无连接设计的，包的转发行为受控于用户的数据包，即 MAC地址学习机制。 以太网没有控制平面，为使转发行为可控，必须关闭设备的自学习机 制，并引入控制信令。同时，为用户数据包打上运营商网络的标签。
MACinMAC演进到PBT，正是这样一种技术，为用户数据包封装一层 MAC头（包括I－TAG），关闭MAC学习，引入GMPLS信令系统。
不能完整支持
现有架构增加TM，需要FPGA转换，成本较高， 目前只能支持1K组播。带有NP的线卡也要考虑 和ASIC的兼容，支持1K 不能提供全面支持 8K/16K/32K/64K/256K，考虑兼顾各种线卡
网络设备配置与管理：路由器、交换机与防火墙
• 监控网络流量
02
路由器配置与管理
路由器的硬件与软件结构
硬件结构
软件结构
• 处理器：负责数据处理和路由计算
• 操作系统：如Linux、Windows等
• 内存：存储路由表和配置信息
• 路由协议：如OSPF、BGP等
• 接口：包括有线接口和无线接口
• 配置文件：存储设备配置信息
• 电源：提供设备电力供应
• 开启远程管理功能
• 设置日志记录和监控
防火墙的高级配置与策略制定
01
02
高级配置
策略制定
• 配置入侵检测和防御系统
• 制定访问控制策略
（IDS/IPS）
• 实现数据加密和身份验证
• 实现虚拟专用网络（VPN）
• 定期审查和更新防火墙策略
• 配置内容过滤和应用程序控制
05
网络设备故障排除与性能优化
网络设备故障排除的基本方法
方法一：使用
设备自带的诊
断工具
方法二：使用
网络管理工具
方法三：查阅
设备的技术文
档和故障排除
指南
01
02
03
• 查看设备状态和日志信息
• 监控网络设备的状态和性能
• 了解设备的硬件和软件信息
• 进行设备自检和恢复
• 进行配置备份和恢复
• 按照故障排除指南进行操作
网络设备的性能优化策略
• 配置静态路由和动态路由协议
• 配置VLAN和QoS服务
• 实现VPN和负载均衡
• 实现链路聚合和冗余链路
• 设置防火墙规则和安全策略
• 设置端口安全和流量控制
交换机配置与管理案例分析
案例一：企业网核心交换机的配置
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2 交换机配置
PC2 PC1
STP的配置
1.启用生成树
S2126G(config)#spanning-tree
2.配置交换机优先级
S2126G(config)#spanning-tree priority <0-61440>
F0/1
C
F0/2
0260.8c01.2222
F0/3 F0/4
0260.8c01.3333
D
0260.8c01.4444
主机之间互相发送数据，交换机会学习数据帧 的源MAC地址。
交换机工作原理-MAC地址表形成
A
0260.8c01.1111
MAC 地址表
F0/1: 0260.8c01.1111 F0/4: 0260.8c01.4444
4、STP修剪与BPDU
STP修剪：STP协议可以通过STP算法来 动态的探测网络中存在的环路，自动的 调整网络的路径，并及时的控制备份链 路进入备份状态，此外STP协议还可以迅 速的调整或改变网络当前的拓扑结构， 并最终将网络修剪成‘一棵树’，不存 在环路，叫STP修剪。
STP修剪
STP修剪
MAC 地址表
A
0260.8c01.1111
F0/1
C
F0/2
0260.8c01.2222
F0/3 F0/4
B
0260.8c01.3333
D
0260.8c01.4444
交换机初始化时MAC地址表是空的。
交换机工作原理-MAC地址表形成
MAC 地址表
F0/1: 0260.8c01.1111
A
B
0260.8c01.1111
1.1.3 交换机的简单分类
1 根据OSI 参考模型来分： 第二层交换机 第三层交换机：“一次路由，多次交换”。 第四层交换机
2、根据交换机配置是否可变： 模块式 固定式
1.1.4 交换机在网络中连接和作用
1、交换机接口的种类： 以太交换机的端口主要是RJ45，通常的 种类有：10Base-T、 10Base-F、 100Base-TX、 100Base-T4、 100Base-T、 1000Base-FX、 1000Base-T、 100BaseFX等。
Switch1 Port1
Switch2
Port4
Switch3 Port5
Port2 ╳
Port6
PC1
PC2
BPDU
BPDU（Bridge Protocol Data Unit）桥协 议数据单元。 STP就是通过它来进行网络调整的， BPDU的配置信息是以组播的方式来进行 的。
4、根桥的选举
在伺机通过的基础上做了调整，即 在转发前过滤有包错误的分段（64B）
1.2.3 交换机冗余备份与环路管理
冗余备份与环路: 冗余备份与环路易产生： 1、广播风暴 2、多个广播帧副本
概念
1、广播 2、广播风暴以及引起的主要原因
一、广播风暴的形成 二、多个广播帧副本
1.2.3 冗余备份与环路
Switch1 Port1
F0/1 F0/2
XF0/3 XF0/4
B
0260.8c01.3333
D
0260.8c01.4444
已知单播帧： 过滤操作Filtering
B、MAC地址表的路由过滤
交换机接受到信息，先将Frame里 的MAC地址进行检查，如果存在MAC地址 表中，就按MAC地址表中地址进行转发， 没有则有交换机向其它所有的端口发送查询 信息，这就称为MAC地址表的路由过滤
2、交换机与交换式网络
定义：以交换机为网络中心的网络， 叫交换式网络
特点：每个端口属于一个独立的冲 突域，端口带宽独享，但所有端口 仍然属于同一个广播域，易产生广 播风暴。
防止广播风暴的技术：VLAN、STP等
1.2 交换技术基础
1.2.1 MAC地址数据库的建立和路由过滤
概念： MAC地址是固化在网卡内部用于唯 一标识网卡身份的，是网卡在生产时被永久 写入芯片的固定值。 表示方法： MAC地址通常用6B的十六进制 来表示，每个数之间用“-”或小数点分开， 如：00-F4-00-09-D1-C1或00.F4.00.09.D1.C1
1.2.2 局域网的三种帧交换技术
1、存储转发：完全接收后转发， 期间进行错误检查和MAC地址表的 路由过滤 缺点：数据帧时延较大
2、直通（伺机通过）
在接受数据帧读取数据帧的目的地址到缓 冲器中，进行MAC地址表的路由过滤，然后 转发。
缺点：削减了检错能力
3、自由分段即无碎片直通式（伺机通 过+错误检测）
1.1.2 交换机的作用与其外观和组成
一、交换机的作用： 交换机在网络中是信息中转站，它把
从某个端口接收到的数据从交换机的其他 端口发送出去，完成数据的交换。
二、外观和组成
1、外观
D-Link DES-1026G 快速以太网交换机 RMB：760
CISCO 千兆以太网交换机 RMB：26800
华为3com千兆智能弹性 交换机 RMB：30000
D
0260.8c01.4444
交换机工作原理-MAC地址表形成
A
0260.8c01.1111
C
0260.8c01.2222
MAC地址表
F0/1: 0260.8c01.1111 F0/2: 0260.8c01.2222 F0/3: 0260.8c01.3333 F0/4: 0260.8c01.4444
网卡、网线等
1.1.1 OSI参考模型与数据通信设备
根据OSI模型，每一层都有相应的协议来实 现特定的功能，完成数据交换： 逻辑上：各层数据的通信，是在源主机与 目的主机相应层之间进行的数据交换，屏蔽 了下层的细节。 实际上：各层数据的传送是从高层经过下 面的各层，依次被各层进行封装，最后通过 物理层来完成比特流的传送。
形成过程：根桥定时发送配置数据包，非根桥接 收到配置数据包并转发，如果某台交换机能够从 两个以上的端口接收到配置数据包，则说明交换 机到根桥的路径不止一条，这样便会构成环路。 此时交换机根据端口的配置，选出一个端口并阻 塞其它的端口以消除环路。
如果某个端口长时间接收不到配置数据包，交换 机认为该端口配置超时，网络拓扑可能改变。此 时从新计算网络拓扑，重新生成一棵树。
第三层
第二层 第一层
名称
应用层 表示层 会话层 传输层
网络层
数据链路层 物理层
协议数据单元 相应设备 名称
协议
Data Data Data Segment
Packet
四层交换机
路由器、三层交 换机
FTP Telnet SMTP。 。
TCP、 UDP
IP、IPX
Frame
交换机、网桥 LLC
bit
中继器、集线器 未指定
A
0260.8c01.1111
MAC 地址表
F0/1: 0260.8c01.1111 F0/2: 0260.8c01.2222 F0/3: 0260.8c01.3333 F0/4: 0260.8c01.4444
F0/1
F0/3
B
0260.8c01.3333
C
F0/2
0260.8c01.2222
F0/4
2、光纤
分类：单模光纤和多模光纤 定义：
模：是指以一定的角度进入光纤的一束光。 单模光纤：纤心很小，在给定的工作波长上 只能以单一模式传输，其传输的频带宽、容量 大。 多模光纤：在给定的工作波长上能以多个模 式同时传输的光纤。
常见的光纤
8.3微米的芯，125微米的外层，单模 62.5微米的芯，125微米的外层，多模 50微米的芯，125微米的外层，多模 100微米的芯，140微米的外层，多模
F0/1
F0/3
B
0260.8c01.3333
பைடு நூலகம்
C
0260.8c01.2222
F0/2
F0/4
D
0260.8c01.4444
未知单播帧，广播帧：执行广播操作Flooding
广播地址在数据链路层表示为FFFF.FFFF.FFFF ，该地址不会被交换机学习到，目的地址为该 地址的数据帧将被交换机扩散
交换机工作原理-MAC地址表形成
STP协议是以根桥为核心基础来构成网络 的主干和其它分支结构的。根桥是由STP 协议自动选举产生的， STP协议产生根 桥的原则为：
根桥必须具有最低的优先权ID与MAC地 址；
在运行STP协议的交换机上，端口分为： 已分配端口和未分配端口；
5、STP的端口的状态
STP的端口的状态： 禁用 不能接收BPDU信息，不能转发数据； 阻塞 能接收BPDU信息，不能转发数据； 侦听 可监听和接收BPDU信息，不能转发； 学习 可接收和发送BPDU信息，建立MAC 地
A、MAC地址表的建立
1、源主机向目的主机发送查询信息； 2、交换机记录下源MAC地址，然后向其他的端 口发送查询信息； 3、目的主机接收到查询信息，通过交换机直接与 源主机进行对话，交换机记录下目的主机的MAC 地址。 4、两台主机实行点对点的通信； 5、定时刷新。
交换机工作原理-MAC地址表形成
2、主要思想和原理
主要思想：当网络中存在备份链路的时 候，只允许主链路激活，如果主链路断 开，才启动备份链路。
STP的基本做法：就是生成“一棵树”， 树只有主干和分支，而不存在有环路。 树的根就是一个被称为根桥的交换机。
3、STP的生成
根据设置不同，不同的交换机会被选为根桥，但 任一时刻只能有一个根桥。由跟桥开始，逐级形 成一棵树。