现代交换原理与技术第1章 现代交换原理与技术
现代交换原理与技术
现代交换原理与技术一、交换原理的概述交换原理是指在通信网络中，通过一种机制将信息从一个通信线路传输到另一个通信线路的过程。
它是实现通信网络中信息传输的核心技术。
随着通信技术的发展，交换原理也在不断地发展和完善。
二、交换原理的分类1. 电路交换电路交换是指在通信网络中，通过建立一条物理连接来传输信息。
这种方式需要预先分配资源，并且在整个通话期间占用这些资源。
常见的电路交换技术包括电话系统中使用的电路交换和ISDN（Integrated Services Digital Network）系统中使用的电路交换。
2. 报文交换报文交换是指在通信网络中，将数据分割成多个报文进行传输，并且每个报文都带有目标地址和源地址等信息。
这种方式可以提高网络资源利用率，但需要额外的控制信息来管理数据包。
3. 分组交换分组交换是指将数据分成固定大小的数据包进行传输，并且每个数据包都带有目标地址和源地址等信息。
这种方式具有灵活性、可靠性高等优点，因此被广泛应用于现代计算机网络中。
三、现代分组交换技术1. 数据包交换数据包交换是指将数据分成固定大小的数据包进行传输，并且每个数据包都带有目标地址和源地址等信息。
这种方式可以提高网络资源利用率，同时也可以提高网络的可靠性。
2. 路由器路由器是一种专门用于处理分组交换的网络设备。
它可以根据目标地址将数据包发送到正确的目标设备，并且可以根据网络拓扑和负载情况来选择最佳路径。
3. 交换机交换机是一种专门用于处理局域网内部通信的网络设备。
它可以根据MAC地址将数据包发送到正确的目标设备，同时也可以通过学习和过滤等技术来保证局域网内部的安全性。
4. VLANVLAN（Virtual Local Area Network）是一种虚拟局域网技术，它可以将一个物理局域网划分成多个逻辑上独立的子网。
这种技术可以提高网络管理和安全性。
5. QoSQoS（Quality of Service）是一种服务质量保证技术，它可以根据不同应用程序对网络资源进行优先级调度，从而保证关键业务在网络拥塞时能够得到优先处理。
现代交换原理
现代交换原理1.3 主要的交换方式现代通信网中采用的交换方式主要有电路交换、分组交换方式。
1.3.1 电路交换电话交换一般采用电路交换方式。
电路交换方式是指两个用户在相互通信时使用一条实际的物理链路，在通信过程中自始至终使用该条链路进行信息传输，并且不允许其它计算机或终端同时共享该链路的通信方式。
电路交换属于电路资源预分配系统，即在一次接续中，电路资源预先分配给一对用户固定使用，不管电路上是否有数据传输，电路一直被占用着，直到通信双方要求拆除电路连接为止。
电路交换的特点①在通信开始时要首先建立连接，在通信结束时要释放连接；②一个连接在通信期间始终占用该电路，即使该连接在某个时刻没有信息传送，该电路也不能被其它连接使用，电路利用率低。
③交换机对传输的信息不作处理，对交换机的处理要求简单，但对传输中出现的错误不能纠正。
④一旦连接建立以后，信息在系统中的传输时延基本上是一个恒定值。
电路交换适合传输信息量较大且传输速率恒定的业务，如电话通信业务，但不适合突发性要求高和对差错敏感的数据业务。
1.3.2分组交换分组交换原来是为完成数据通信业务发展起来的一种交换方式，由于分组交换技术的迅速发展，现在利用分组交换技术不仅可以用来完成数据通信业务，也可以用来完成话音和视频通信。
分组交换利用存储——转发的方式进行交换。
在分组交换方式中，首先将需传送的信息划分为一定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交换。
在每个分组中都有一个3-10个字节的分组头，在分组头中包含有分组的地址和控制信息，以控制分组信息的传输和交换。
分组交换采用的是统计复用方式，电路的利用率较高。
但统计复用的缺点是可能产生附加的随机时延和丢失数据的可能。
这是由于用户传送数据的时间是随机的，若多个用户同时发送分组数据，则必然有一部分分组需要在缓冲区中等待一段时间才能占用电路传送，若等待的分组超过了缓冲区的容量，就可能发生部分分组的丢失。
另外，在分组交换中普遍采用逐段反馈重发措施，以保证数据传送是无差错的。
现代交换原理-重点及复习内容
《现代交换原理》第1章概论全互连式的缺点(P1)：1、线对数量随终端数的平方增加。
2、当终端相距较远时，两地间需要大量的长途线路。
3、每个终端都有(N-1)对线与其他终端连接，因而每个终端需要(N-1)个线路接口。
4、增加第(N+1)个终端时，必须增设N对线路。
因此，全互连式仅适合于终端数目较少，地理位置相对集中，且可靠性要求很高的场合。
有了交换设备(P2)：1、尽管增加了交换设备费用，但它的利用率很高，相比之下，总的投资费用将下降。
2、易于组成大型网络数据通信和语音通信的区别(P3)1、通信对象不同。
2、传输可靠性不同。
一般而言，数据通信的比特差错率必须控制在10^-8以下，而话音通信比特差错率可高达10^-3。
3、通信的平均持续时间和通信建立请求响应不同。
4、通信过程中信息业务量特性不同。
利用电话网络进行数据传输的缺点(P4)：1、在电话网络中进行数字信号传输至少需要经过A/D和D/A两次变换，增加了信号传输的开销。
2、数据量很大时信道无法满足传输要求。
3、数据量很小时会浪费网络传输资源。
电路交换的主要优缺点(P5)：电路交换的主要优点①信息的传输时延小，且对一次接续而言，传输时延固定不变。
②交换机对用户的数据信息不存储、分析和处理传用户数据信息时不必附加许多控制信息，交换机在处理方面的开销比较小信息传输效率比较高。
③信息的编码方法和信息格式由通信双方协调，不受网络的限制。
电路交换的主要缺点①电路接续时间较长。
②电路资源被通信双方独占，电路利用率低。
③不同类型的终端（终端的数据速率、代码格式、通信协议等不同）不能相互通信。
④有呼损。
报文交换(P5)：基本原理是“存储—转发”。
1、报文交换的主要优点①可使不同类型的终端设备之间相互进行通信。
②在报文交换的过程中没有电路接续过程，且线路利用率高。
③无呼损。
④可实现同文报通信，即同一报文可以由交换机转发到不同的收信地点。
2、报文交换方式的主要缺点①信息的传输时延大，而且时延的变化也大。
现代交换技术重点整理
第1章：绪论交换的基本概念，通信网的三要素：终端设备传输系统交换系统数据通信和话音通信的区别：1，通信对象不同，数据通信实现的是计算机和计算机之间，以及人与计算机之间的通信，而话音通信实现的是人与人之间的通信。
2，传输可靠性不同，数据通信要求更高，话音相对较小3，通信的平均持续时间和通信建立响应不同，数据通信持续时间要短，建立连接的时间也短。
话音通信过程相反。
4，通信过程中信息业务量特性不同电路交换和分组交换的优缺点电路交换的主要优点：1，信息传输时延小，对一次连续而言，传输时延固定不变。
2，信息的传输效率比较高3，信息的编码方法和信息格式有通信双方协调，不受网络的限制缺点：1，电路的连续时间较长，当传输较短信息时，通信通道建立的时间可能大于通信时间，网络利用率低2，电路利用低3，通信双方在信息传输，编码格式，同步方式，通信协议等方面要完全兼容，限制了各种不同速率，不同代码格式，不同通信协议的用户终端的互通4，有呼损，可能出现由于对方用户终端设备忙或交换网负载过重而呼叫不通第2章：交换单元与交换网络1）连接的三种表示形式（函数表示形式，排列表示形式，图像表示形式）及它们间的相互转换2）T、S接线器及TST网络的工作原理3）Clos无阻塞网络基本结构和条件Clos网络结构：两边各有r个对称的m*n矩形交换单元，中间是m个r*r 的正方型交换单元。
每个交换单元都与下一级的各个交换单元有连接且仅有一条连接。
m,n,r是整数决定了交换单元的容量，称为网络参数记作C（m,n,r）三级clos网络无阻塞的条件：m>=2n-1.4）Banyan网的构成方法、自由选路的概念以及阻塞情况判断第3章：电路交换技术及接口电路电路交换呼叫接续过程：三个阶段：1，呼叫建立2，消息传输3，话终释放电路交换系统的基本功能：连接、信令、终端接口、控制功能。
模拟用户接口的七大功能：能对7个基本功能做简单解释。
1、馈电：所有连接在交换机上的电话分机用户，都由交换机向其馈电。
现代交换技术
现代交换原理与技术简答题1.通信网由哪些部分组成并简述各部分的作用。
答：通信网由终端设备，交换设备，传输设备构成。
终端设备：完成信号的发送和接收以及信号变换与匹配。
交换设备(现代通信网的核心)：完成信号的交换，节点链路的汇集、转接、分配。
传输设备：为信息的传输提供传输信道，并将网络节点连接在一起。
2.在通信网中为什么要使用交换技术答：①引入交换设备之后，用户之间的通信方式由点对点通信转变成通信网。
②通信网是一种用交换设备和传输设备，将地理上分散的终端设备相互连接起来实现通信和信息交换的系统。
③有了交换设备才能使某一地区内任意两个终端相互连接，才能组成通信网。
④而由交换机组成的交换式通信网的一个重要的优点是很容易组成大型网络。
3.无连接网络(数据报)和面向连接网络(虚电路)有何特点4.分组交换的数据报方式和虚电路方式有何区别答：如下图所示：5.?简述数据通信与话音通信的主要区别。
答：(1)通信对象不同：前者是计算机之间或人与计算机之间的通信，需要严格定义通信协议和标准;后者是人和人之间的通信。
(2)传输可靠性要求不同：前者的比特差错率在10-8以下，后者可高达10-3。
(3)通信的平均持续时间和通信建立请求响应不同：%的数据通信持续时间短于电话平均通信时间，其信道建立时间也短于电话通信。
(4)通信过程中信息业务量特性不同:数据从30b/s到1Mb/s，而电话量级在32kb/s。
6.通信网中常用的交换方式有哪些各有何特点。
答：通信网的三种交换方式是电路交换、报文交换和分组交换，其各自的特点:?(1)电路交换：在电路交换中，交换机在一对用户之间连起一条通路，通信过程中交换机不干预传输的信息内容，通信完毕后这条通路即行断开;(2)报文交换：报文交换采用“存储转发”方式，是以一个报文为一个信息传输实体，报文的长短是随机的，因而对各个节点的存储容量要求较高，处理时间较长;?(3)分组交换：分组交换综合了前两者的优点，采用“存储--转发”方式，数据分组的长度固定，以分组作为存储、处理和传输的单位，能够节约缓冲存储器的利用率，而且缩短了处理时间，加快了信息传输速率。
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”就是用一根_________连结两个小竹筒，在竹筒的一方可以听见另一方小声说话的声音。
绳子7-2人类用电来传送信息的历史是由_________开始的。
电报7-3电报（Telegraph）是一种以_________________传送信息的方式，即所谓的数字方式。
符号（点、划）7-4“电信”是使用有线、无线、光或其它_____________系统的通信。
电磁7-5在电信系统中，信息是以电信号或___________信号的形式传输的。
光7-6交换设备的作用就是在需要通信的用户之间_________________，通信完毕拆除连接，这种设备就是我们今天常说的电路交换机。
建立连接7-7通信网由用户终端设备、_______________设备和传输设备组成。
交换7-8在由多台交换机组成的通信网中，信息由信源传送到信宿时，网络有___________连接和无连接两种工作方式。
面向7-9电路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_____________传递而建立的通信路径。
信息7-10物理电路是终端设备之间为了传送信息而建立的一种________连接，终端之间可通过这种连接接收/发信息。
实7-11信息在通信网中的传送方式称为传送模式，它包括信息的复用、传输和________方式。
交换7-12时分复用，就是采用___________分割的方法，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的信道。
时间7-13交换技术从传统的电话交换技术发展到综合业务交换技术在内的现代交换技术，经历了人工交换、机电交换和_________交换三个阶段。
电子7-14电路交换技术是一种主要适用于_________业务的一种通信技术。
实时7-15分组交换采用的路由方式有数据报和_________两种。
虚电路7-16宽带交换技术就是指支持传输比特速率高于_________的交换技术。
现代交换原理与技术 ppt课件
A
TSi
B
20
• 时分接线器由话音存储器
和控制存储器组成。
• 话音存储器用于暂存用户
话音信息，又称缓冲存储
器。SM的容量取决于输
入复用线上每帧的时隙数
• 控制存储器用于存语音
信息的存放地址；CM的
容量取决于输入复用线上
每帧的时隙数
• CM每个单元的字长(n)取
决于SM的存储单元数；
21
• T接线器有两种工作方
传送、拆除连接3个阶段，连接的建立需要一个时
间过程；无连接网络不为用户的通信过程建立和
拆除连接。
• 面向连接每个交换机为每个呼叫选路，要维持连
接状态表，而无连接方式为每个信息选路，不需
要维持。
• 用户信息量大时，采用面向连接方式效率高。
11
3、信息传送模式
• 1、同步传输模式（STM）
• 2、异步传输模式（ATM）
行运行，每台处理器有自己的专用存储器，也可
设公用存储器，便于通信。P52图3-14
• 多级控制系统--- 按交换机的控制功能层次的高
低配置处理机。
– 对于低层次的 控制简单得任务重的控制功能由用户
式：
• 1、“顺序写入、控制
读出”，简称输出控制
方式。
• 2、“控制写入，顺序
读出”，简称输入控制
方式。
22
(3)控制方式：输出控制
话音存储器SM
输出控制方式
• 顺序写入，控制读出
例：
• 若T型接线器的输入
和输出复用线上1帧
有32个时隙，完成输
入TS２0内话音信息
“a”交换到输出
TS15内。
TS20
• 通信网——将许多的终端系统通过若干交换系
现代交换技术复习资料
交换技术复习题第一章交换概论1、交换技术经历了哪几个发展阶段？最早的“自动交换机”是在1892年11月3日投入使用的，那是美国人史端乔发明的步进制自动电话交换机。
电话的发明家是英国人亚历山大·贝尔。
2、构成通信网的三个必不可少的要素是什么？通信网是由用户终端设备、传输设备和交换设备组成。
它由交换设备完成接续，使网内任一用户可与其他用户通信。
3、电路传送模式、分组传送模式和ATM传送模式的特点是什么？电路交换（Circuit Switching，CS）是指固定分配带宽（传送通路），连接建立后，即使无信息传送也占用电路的一种交换方式。
电路交换的最小单位是时隙。
简述电路交换系统有哪些特点？答：1）电路交换是面向连接的交换技术。
2）电路交换采用静态复用、预分配带宽并独占通信资源的方式。
3）电路交换是一种实时交换，适用于对实时性要求高的通信业务。
分组交换的主要优点是：第一，为用户提供了在不同速率、不同代码、不同同步方式、不同通信控制协议的终端之间能够相互通信的灵活的通信环境；第二，采用逐段链路的差错控制和流量控制，出现差错可以重发，提高了传送质量和可靠性；第三，利用线路动态分配，使得在一条物理线对可以同时提供多条信息通路。
分组交换可提供虚电路（Virtual Circuit，VC）和数据报（Datagram，DG）两种服务方式。
数据报方式的每个分组头要包含详细的目的地址，而虚电路方式由于预先已建立逻辑连接，分组头中只要含有对应于所建立的虚电路的逻辑信道标识即可。
比较电路交换、分组交换和A TM 交换方式的主要特点。
答：①电路交换：独占时隙，同步时分，位置化信道，面向连接；②分组交换：采用包交换方式，分组包长度可变，异步时分，标志化信道;③A TM 交换：采用包交换方式，分组包长度定长为48+5 字节，异步时分，标志化信道，面向连接。
4、PCM帧结构。
某用户占用PCM30/32路系统的TS12路，则其信令位出现在一复帧的第（）帧的第（）时隙的（）四位。
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• （3）入局接续：在入中继线与被叫用户之间建立的接续， 通信的被叫在本交换局，而主叫在另一个交换局。
• （4）转接接续：在入中继与出中继之间建立的接续，通 信的主、被叫都不在本交换局。
1.2 电话机的基本组成及工作原理
电话交换机的发展
机电式 自动交 人工交 换阶段 换阶段
电子式 自动交 换阶段
软交换 阶段
人工交换机阶段
• 磁石式交换机 • 磁石式交换机和它的用户电话机中都装有磁石式发电机，
所以叫做“磁石式”
共电式人工交换机
• 它取消了用户电话机里的电源（指电池和 手摇发电机），由电话局统一供电，所以 叫做“共电式”。
是不是中国所有 的电话用户都连 接在一个交换机 上？在中国难道 只有一个交换机
存在吗
通信网中涉及到了以下几个基本概念
• （1）市话交换机 • （2）汇接交换机 • （3）中继线 • （4）用户线
1.1.2 交换机完成的四种接续类型
• （1）本局接续：本局用户线之间的接续，通信的主被叫 都在同一个局。
3. 每个终端都有N-1对线与其它终端相接，因而每个终 端需要N-1个线路接口。
4. 增加第N+1个终端时，必须增设N对线路。
• 当用户数量增多时，为了解决这些问题，可以在 用户分布密集的中心安装一个设备，把每个用户 的电话机或其他终端设备都连接在这个设备上
• 交换（switching），即接续，就是在通信的源和 目的之间建立通信信道，实现信息传送的过程。
电子式自动交换机阶段/程控交换机
• 程控交换机，是计算机按预先编制的程序控制 接续的自动交换机，全称存储程序控制交换机。
• 1.空分程控交换机
•
1965年，美国贝尔实验室的第一部存储程序控制
的空分交换机问世。空分就是用户在打电话时要占用
一对线路，也就是要占用一个空间位置，一直到打完
电话为止。过去机电式的交换机都是空分方式的。
1.3.4 软交换技术
• 在传统的交换网络中，当需要增加新业 务时，需要对网络中相关的交换机和其信 令系统进行改造，业务提供周期长且成本 高。而软交换技术提供了一种全开放的体 系架构，它将业务层与呼叫控制分离，更 利于提供各种新业务。
1.4 主要的交换方式
• 所谓交换方式是指交换节点为完成其交 换功能所采用的互通技术。现代通信网中 常用的交换方式从交换的思想和根本方式 上来区分，可分为电路交换和分组交换方 式
《现代交换原理》
1.1 交换的基本概念
• 通信 ——从发送方 向 接收方 传递消息， • 目的 ——获取信息。 • 电信系统中，信息是以电信号的形式承载的。 • 一个电信系统至少应由终端和传输媒介组成，如
图1.1所示。
• 终端将含有信息的消息，如话音、图片、视频等 转换成可在传输介质里传输的电信号，同时将来 自传输媒介的电信号还原成原始消息；传输媒介 则把电信号从一个地方传送到另一个地方，这种 仅涉及两个终端的通信方式称为点对点通信。
多个终端时
• 当存在多个终端，且希望它们中的任何两个用 户都可以进行点对点的通信时，最直接的方法 是把所有终端两两相连，如图1.2所示。这样 的一种连接方式称为全互连式，但这种方式存 在以下问题：
1. 当存在N个终端时需要线对数为N(N-1)/2，线对数量 随终端数的平方增加。
2. 当这些终端分别位于相距很远的两地时，两地间需 要大量的长途线路。
• 2.时分数字程控交换机
• 标志着交换技术从传统的模拟交换进入数字交换 时代
• 数字程控交换机的特点是将程控、时分、数字技术 融合在一起，由于程控优于布控，时分优于空分， 数字优于模拟，所以数字程控交换机相对于以前的 其它制式交换机有以下许多优点：
• ● 体积小，耗电省； • ● 通话质量高； • ● 便于保密； • ● 方便提供多种新业务； • ● 维护方便，可靠性高； • ● 灵活性好，适应性强； • ● 可以采用公共信令。
• 3.叉簧：完成外线与振铃电路与通话电路的转换，国标规定 叉簧寿命为20万次以上。
1.3．电话交换机的类型及发展
•
任意两个用户需要通话时，就可以由
交换机把它们之间连通，在通话完毕时，
交换机再把其间的连线拆掉。 将需要通话
的电话用户连接起来，并在电话结束时及
时拆断连线的设备称之为电话交换机。电
话交换机实现“电话交换”的功能。
1.4.1 电路交换
• 所谓电路，可以是一对铜线、一个频段， 或者是时分复用电路上一个时隙，它是承 载用户信息的物理层媒质。电路交换就是 在通信的两个终端之间建立一条专用传输 通道，完成通信双方信息交换的方式。
• 以电路为单位。
•
电路交换是最早出现的一种交换方式，
它是针对最早的语音通信来设计的。语音
通信的特点是对差错率要求不高（因为人
对语音的误差有一定的容错能力），但是
对实时性要求较高，否则一句话需要很长
时间才传到对方，用户的通话体验就会很
差。
• 针对语音通信的这个基本要求，电路交换采用面 向连接的、独占电路的方式来满足实时性的要求。 电路交换主要包括建立连接、通信和释放连接三 个过程，建立连接阶段是根据用户所拨的电话号 码，由交换机负责连接一条电路，在通话阶段该 电路由该用户独占，即使他们不讲话，不传输信 息，该电路也不能分配给其他用户使用，其示意 图如图1.10所示。
• 1.通话设备：分为送话器和受话器，即话筒和听筒，主要完 成声电转换。
• 2.信号设备：分为发信设备和受信设备。发信设备一般采用 双音多频（Dual Tone Multi Frequency）方式，它用高、低两 个不同的频率来代表一个拨号数字，DTMF的号码表示方法 如表1.1所示。 受信设备完成信号的接收，现在一般采用电 子振铃器，振铃电流是90±15V，25±3Hz。
• 人工交换机的缺点是接续速度慢，工作量 大、易出差错，迫使人们寻求自动接续方 式。
机电式自动交换机阶段
• 1.步进制交换机• 靠Biblioteka 话用户拨号脉冲直接控制交换机的接线器
一步一步动作的。 用户拨号每产生一个电脉冲， 自动交换机的接线器就动作一步。
• 2.纵横制交换机
• 纵横交换机的交换网络由纵横接线器组成，纵 横接线器由纵线（入线）和横线(出线)组成。