光交换原理
光交换技术
现代光纤通信技术
现代光纤通信技术
光交换技术
ห้องสมุดไป่ตู้光交换：对送来的光信号直接进行交换，无需光/电/光变换
实现全光通信的关键技术
光的“电路”交换（OCS:Optical Circuit Switching） ▪ 空分光交换 ▪ 时分光交换 ▪ 波分/频分光交换 ▪ 码分光交换
光分组交换（OPS: Optical Packet Switching） ▪ ATM光交换 ▪ IP包光交换 ▪ 光突发交换
8×8 光开关矩阵
光
光
用 户
耦 合 器
耦 合 器
监控电路
用 户
用 户
呼叫处理中心
时分光交换
▪ 时分光交换（Time Division Optical Switching）是以时分复用
为基础，用时隙互换原理来实现交换功能。
▪ 时隙互换是指把N路时分复用信号中各个时隙的信号互换位置。 ▪ 时分光交换中最核心的工作是将时分复用信号顺序地存入存储器并
复合光交换：采用两种或多种交换方式
空分光交换
▪ 空分光交换（Space Division Optical Switching）技术是指通过
控制光选通元件的通断，实现空间任意两点（点到点、一点到多点、 多点到一点）的直接光通道连接。
▪ 实现的方法是通过空间光路的转换加以实现， ▪ 关键器件：光开关及相应的光开关阵列矩阵。
将经过时隙互换操作后形成的另一时隙阵列顺序地取出。
▪ 关键器件：光开关和光存储器
... ...
1
时隙
1
2 复 12 N 分 2
接 器 N
帧
接
器
N
时分复用原理
1
光纤交换机原理
光纤交换机原理光纤交换机是一种利用光纤作为传输介质的网络交换设备，它具有高速传输、大容量、低损耗等特点，被广泛应用于各种网络环境中。
光纤交换机的原理是通过光纤传输数据，并在不同的端口之间进行交换和转发，实现网络数据的传输和通信。
光纤交换机的工作原理主要包括以下几个方面：1. 光纤传输。
光纤交换机利用光纤作为传输介质，通过光的全反射和折射来传输数据。
光纤具有高速传输、大容量、低损耗等优点，能够实现远距离的数据传输，保证数据的高质量传输。
2. 光模块。
光纤交换机内部包含光模块，用于将电信号转换为光信号，然后通过光纤进行传输。
光模块通常包括激光器、调制器、光探测器等部件，能够实现光信号的发射和接收。
3. 光纤交换。
光纤交换机通过光纤交换技术，将数据从输入端口传输到输出端口。
在数据传输过程中，光纤交换机能够实现数据的交换、转发和路由，确保数据能够准确、快速地传输到目标端口。
4. 光纤交换机芯片。
光纤交换机内部集成了光纤交换机芯片，用于控制和管理光纤交换机的各项功能。
光纤交换机芯片通常包括交换引擎、转发引擎、调度引擎等部件，能够实现数据的处理和管理。
5. 光纤交换机管理。
光纤交换机具有管理功能，能够实现对光纤交换机的配置、监控和管理。
通过管理界面，管理员可以对光纤交换机进行参数配置、性能监控、故障诊断等操作，确保光纤交换机的稳定运行。
总的来说，光纤交换机通过光纤传输数据，并在内部进行交换和转发，实现网络数据的传输和通信。
光纤交换机的原理涉及光纤传输、光模块、光纤交换、光纤交换机芯片和光纤交换机管理等多个方面，是一种高效、稳定的网络交换设备。
随着光纤技术的不断发展和完善，光纤交换机在网络通信领域将发挥越来越重要的作用。
光纤交换机的工作原理
光纤交换机的工作原理
光纤交换机是一种用于局域网或广域网中的数据交换设备。
它利用光纤传输数据，具有高速、大带宽和稳定性等优势。
光纤交换机的工作原理如下：
1. 数据帧的接收和转发：当光纤交换机接收到一个数据帧时，它会检查帧头中的目的MAC地址，然后查询交换表以确定数据帧应该被发送到哪个输出端口。
交换表记录了MAC地址与端口之间的对应关系。
2. 交换表的建立：在交换机刚开始工作时，交换表是空的。
当数据帧经过交换机时，交换机会学习到源MAC地址与输入端口之间的对应关系，并将其记录到交换表中。
这样，在日后同一源MAC地址的数据帧到达时，交换机就可以直接根据交换表进行转发，而不必广播到所有端口。
3. 广播帧的处理：当交换机接收到一个广播帧时，它会将该帧转发到所有的输出端口，以确保所有连接到交换机的设备都可以接收到该广播消息。
4. 碰撞域的隔离：交换机工作在数据链路层，能够对输入和输出端口之间的通信进行隔离，从而减少碰撞域。
每个端口都有自己的缓冲区，当收到的数据帧超过缓冲区容量时，交换机会根据流控策略进行数据丢包和拥塞控制。
5. 路由功能的支持：一些高级的光纤交换机还具有路由功能，能够根据网络层的IP地址进行转发。
这样，交换机不仅可以
根据MAC地址进行转发，还可以根据IP地址进行精确的数据转发。
总之，光纤交换机通过检查数据帧的目的MAC地址并在交换表中查找对应的输出端口来实现数据的转发，从而实现对信息的快速、准确地交换和传输。
光交换机原理
光交换机原理
光交换机是一种通过光纤传输信号的网络设备，用于在光纤通信中实现局域网（LAN）或广域网（WAN）的互连。
它主要
通过光电转换和电光转换的技术，在光纤之间进行信号的转发和传输。
光交换机的工作原理如下：
1. 光电转换：光交换机接收到光纤传输过来的光信号，通过光电转换器将光信号转换成电信号。
2. 数字信号处理：转换成电信号后，经过内部的数字信号处理电路对信号进行处理和解码，提取出有效的数据。
3. 端口划分：光交换机具有多个光电转换器和端口，可以同时处理和传输多个信号。
接收到的数据根据目标地址标识被发送到对应的目标端口。
4. 目标端口转发：根据目标地址和目标端口的映射关系，将数据通过电光转换器，将电信号转化为光信号，发送到对应的目标设备。
5. 碰撞检测和冲突解决：当多个数据包同时到达光交换机并试图发送到同一目标端口时，光交换机会进行碰撞检测，并通过一定的调度算法进行冲突解决，保证数据的传输顺序和正常性。
通过以上原理，光交换机可以实现高速、稳定、可靠的数据传输，广泛应用于数据中心、企业网络和各种通信网络中。
光交换技术.详解
光分组交换方式（OPS）
对应电交换中的分组交换
18
回顾----- 其中光路交换又分为 光路交换分为
空分光交换
时分光交换
波分光交换
19
其中光分组交换有：
1 ATM光交换
2 透明光分组交换
3 光突发交换
（ OBS——Optical Burst Switching ）
20
其中ATM光交换
λ1
λ2
λ1...λ4
波长解复
用
λ3
λ4
波长变换 波长变换 波长变换
λ1
λ2 波长复用
λ3
λ1...λ4
λ4
15
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
前方高能，请注意！！
16
10.3 光分组交换技术
最难部分我都没怎么搞懂
智商不够，同王宝强
17
光交换按交换方式可分：
光路交换方式（OCS）
加电
控制电极
输入
不加电
光信号通道
输出
6
光交换的基本器件
硅衬底平面光波导开关
波导臂
1
薄膜加热器
加热
2
3dB 耦合器
相位移动
1' 2'
7
光交换的基本器件
波长转换器
λi
输入光
放大器 探测器
外调制 器
激光器
λi
输出光
8
基本器件小节
光开关是完成光交 换的最基本的功能 器件
将一系列光开关组 成一个阵列，构成 一个多级互联的网 络，在这个阵列中 完成光信号的交换。
4
2
输出 3
4 交叉状态
光交换机 原理
光交换机原理
光交换机工作原理如下：
1. 数据传输方式：光交换机通过光纤传输数据，通过光电转换器将电信号转换为光信号发送出去，再通过光电转换器将接收到的光信号转换为电信号。
2. 数据交换：光交换机通过转发表（也称为MAC地址表）来
实现数据的转发和交换。
当一个数据包进入光交换机时，交换机会检查目标MAC地址，然后根据目标地址在转发表中查找
对应的端口信息。
3. 转发过程：在转发表中找到目标地址后，光交换机会将数据包从输入端口传输到对应的输出端口，实现数据的转发。
如果目标地址不在转发表中，光交换机会将数据包广播到所有端口上，以获取目标地址所在的网络。
4. 学习和更新：当光交换机接收到一个数据包时，它会检查源MAC地址，并将该地址与接收到此数据包的输入端口相关联。
通过这种方式，光交换机可以学习哪个MAC地址在哪个端口上，并在转发表中更新相应的信息。
5. 高效转发：光交换机通过硬件加速和并行处理来提高数据转发的效率。
它具有多个端口，可以同时处理多个数据包的转发请求，从而实现高速的数据交换。
6. 网络拓扑：光交换机的工作可以组成不同的网络拓扑结构，
如星型、环形等。
这些不同的拓扑结构可以根据网络的需求来选择，以满足网络通信的要求。
总之，光交换机是一种基于光纤传输的网络设备，通过光电转换器实现光信号和电信号之间的转换，利用转发表实现数据的转发和交换，从而提供高效、可靠的网络通信。
量子光交换机工作原理
量子光交换机工作原理
量子光交换机是一种基于量子效应的信息处理器。
它使用光子来传输和处理量子信息，可以实现高效的量子通信和量子计算。
量子光交换机的工作原理如下：
1. 光与原子的相互作用：量子光交换机中的光与原子之间存在相互作用。
通过控制光的频率、强度和极化方向，可以实现光与原子之间的相互耦合。
2. 量子态转换：量子光交换机中的光和原子可以相互转换其量子态。
例如，可以将光子的量子信息转换为原子的量子态，或者将原子的量子态转换为光子的量子态。
3. 量子门操作：量子光交换机可以实现量子门操作，即控制光和原子之间的相互作用，从而改变其量子态。
量子门操作可以用于实现量子比特之间的相互作用，以进行量子计算。
4. 光子的分离和检测：量子光交换机中的光子可以通过分离技术进行分离，然后通过光子检测器进行检测。
分离和检测过程可以用于读取量子信息和进行量子测量。
通过上述工作原理，量子光交换机可以实现光与原子之间的快速相互转换和相互作用，从而实现量子通信和量子计算。
它具有高效率、高精度和低噪声等特点，是未来量子技术发展的重要组成部分。
光交换原理
光交换原理
光交换原理是一种使用光信号来传输信息的技术。
它基于光纤传输的特性：即通过将光信号在光纤中的传播来实现信息的传输。
光交换原理的主要过程包括光的发射、传输、接收和处理。
在光交换原理中，发射器将电信号转换成光信号，并通过光纤将光信号传输到接收器。
接收器将光信号转换回电信号，从而实现信息的接收和处理。
光交换原理的核心是光的调制和解调。
光的调制是指通过改变光信号的某些特性（如幅度、频率或相位）来携带信息。
常用的调制方式包括振幅调制（AM）、频率调制（FM）和相位
调制（PM）。
光的解调是指将光信号转换回电信号的过程。
解调的方法多种多样，常见的有光电探测器和光纤光栅。
光电探测器是一种能够将光信号转换成电信号的器件，而光纤光栅则是一种能够将光信号解调成频谱的器件。
光交换原理具有传输速度高、传输距离远、抗干扰性强等优点。
因此，它在通信、计算机网络和传感器等领域得到了广泛应用。
例如，在光纤通信系统中，光交换原理被用于实现数据的传输和路由。
在计算机网络中，光交换原理被用于实现高速的数据传输和网络连接。
在传感器中，光交换原理被用于实现光纤传感器的信号传输和解调。
总之，光交换原理是一种利用光信号传输信息的技术，它通过
光的调制和解调来实现信息的传输和处理。
其优点包括传输速度高、传输距离远和抗干扰性强。
在通信、计算机网络和传感器等领域有着广泛的应用前景。
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中国网络业务发展趋势（2001年）
• 网上的数据业务将超过话音业务（骨干网 约3年，全网最有可能7-8年）
• 业务总量将大幅度增加（数百倍） • IP业务将最终成为主导的联网协议 • 未来5年内省际干线网带宽将以100%的速
自由空间波长，m
5.1.3 传输技术的演进
• 模拟信号数字传输：高质、安全、集成…… • 光纤传输：宽带、低损、无电磁干扰、价低…… • 光纤数字传输综合好处→PDH飞速发展 • PDH的组网缺点→SDH：灵活的组网能力、强大的网
管、带宽管理及自愈保护…… • SDH与PDH均为TDM（时分复用）电子电路限制高速
ELF VF VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF
频段 电力、电话 划分
传 输 介 质
无线电、电视
微波
AM无线电 FM无线电 卫星/微波 同轴电缆 双铰线
红外 可见光
光纤
107 106 105 104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6
SDH的发展电子瓶颈
• 波分复用（WDM，DWDM）+EDFA 扩展传输容量的
新手段
• 全光通信网信息高速公路的骨干网
20多年来光纤通信技术在发掘、利用
光纤带宽资源，扩展光纤传输能力方面进展 神速。（传输能力主要指：通信容量和传输 距离）。
• 多模光纤单模光纤 • 短波长800nm长波长1300nm、1550nm • 一纤一波一纤多波
架空光缆 直埋光缆
至东南亚
我国光缆骨干网分布图
至朝鲜
至韩国 上海 至日本
FLAG
• 在光纤通信线路建设的同时，果断地将传输技 术从正在广泛发展的Pital Hierarchy，同步数 字系列）。
• SDH传输技术的优越性有：1、SDH在传输高速 信息时，比PDH更经济有效；2、其灵活的组网 能力和强大的生存能力增加了网络性能；3、 根据ITU-T制定的SDH标准，能构成统一的网络， 允许不同厂家设备共用。
务新应用，如：HDTV(16M)，战场通信 (2.8T)，Telepresence(15T)等。 • 网络生存性要求消耗大量容量(多30-130%) • 带宽换QoS的轻载网新思路需要更大的带宽 • 通信市场的正弹性定律和竞争的刺激
全球通信业务，特别是数据业务急剧增长
网络业务量
数据年增40%
电话年增10% 1998 2000 2002 2004 2006 2008 年份
第五章 光交换基本原理
参考书： 1、Midwinter, Photonics in Switching, Academic
Press, Inc. 2、R. Ramaswami, et al, Optical Networks,
Academic Press, Inc. 3、顾畹仪，全光通信网，人民邮电出版社
全球话音和数据业务发展趋势预测
接入速率与骨干网容量的关系
模拟MODEM ADSL
以太网 APON
用户数 100万 100万 100万 100万
速率 56kb/s 6Mb/s 100Mb/s 155Mb/s
峰值容量 56Gb/s 6Tb/s 100Tb/s 155Tb/s
骨干网的Overbuilt概念
• 目前，我国99.8％的国家长途线路均采用SDH， 已拥有世界上最大的基于SDH的光纤通信网路。
§5.2 骨干网的容量需求
• IP业务爆炸性增长（300%） • IP业务的不确定性造成网络资源的不平衡 • 网络业务分布模式倒置（核心/接入：8/2） • 带宽租用业务正在兴起 • 宽带接入业务（ADSL等）的发展和宽带新业
§5.1 光纤通信技术的进展 5.1.1 数字信号模拟传输的带宽要求
AM调制理论上限：1Hz2 bits， 因此载频越高，它能携带的信息 容量越大。
5.1.2 通信波段划分及相应传输媒介
频率，Hz
101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015
5.1.4 国际动态
• DWDM及相关技术在90年代中期开始走向成熟 并进入商业化应用。
• AT&T于1996年3月建立了世界上第一条8通 道的DWDM系统。
• AT&T、MCI、Worldcom、Sprint等公司在他 们美国境内的90%网络上装上了DWDM系统。
• 1997年-1998年，全球DWDM市场从17亿美元 增加到22亿美元，年增长率为32％。系统增 加到4000多条，增长率为98%。至2004年市 场总额预计为74亿美元。增长率为23%。
• 轻载网能降低QoS的要求(QoS全网的代价高) • 只要成本能接受，靠低利用率换取性能是合
理可取的（汽车5%，LAN1%，本地电话4%， 专线3-5%，长话线33%） • 数据传输成本仅占数据通信的20%，整个IT 的2.6%。因此，即使传输成本加倍，也比其 它系统平均成本增加3%有利。 • 网络的Overbuilt是大势所趋。
超大容量
• Siemens:7.04Tb/s(17640G)50km • NEC:3.2Tb/s(16020G)1500km
7.04(Tb/s)÷64(kb/s/路) =1.1(亿路电话)
8kHz
00000000 00000001 11111111
5.1.5 我国光纤通信的现状
•1986年建立了国内第一条光缆干线宁汉光 缆
光纤通信的吉尼斯(2001年)
超长距离（全光无中继）
• Corvis：160()2.5(Gb/s)3200(km) (Chicago-Seattle)
• Alcatel: 48()10(Gb/s)4000(km)
超高密度
• Nortel、Sycamore：160()10(Gb/s)开始 推向商用
• Lucent: 1022()系统已在实验室成功。
•1999年建成8纵8横光纤骨干网，覆盖了除台 湾外所有省会城市和75％地市。
•目前，我国长途骨干网的光缆长度达到了17 万公里，并经中美、中日、中韩等海缆和欧 亚大陆桥光缆与国际光缆网连接。
•我国总的光缆线路总长度超过100万公里， 居世界前列。
至俄罗斯
至欧洲
北京
FLAG－Fiber Optic Link around the Globe