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”）。
程控交换机原理简介
程控交换机程控交换机的基本原理它是程序控制的，由时分复用网络进行物理上的电路交换的一种电话接续交换设备。
结构有很多种，常见的有集中控制、分散控制或两者结合。
技术指标有很多，BHCA/呼损接通率，无故障间隔时间等。
一、电话交换机就控制方式而论,主要分两大类:1.布线逻辑控制(WLC,Wired Logic Control)它是通过布线方式实现交换机的逻辑控制功能,.通常这种交换机仍使用机电接线器而将控制部分更新成电子器件,因此称它为布控半电子式交换机,这种交换机相对于机电交换机来说,虽然在器件与技术上向电子化迈进了一大步,但它基本上继承与保留了纵横制交换机布控方式的弊端,体积大,业务与维护功能低,缺乏灵活性,因此它只是机电式向电子式演变历程中的过度性产物.2.存储程序控制(SPC,Stored Program Control)它是将用户的信息和交换机的控制,维护管理功能预先变成程序,存储到计算机的存储器内.当交换机工作时,控制部分自动监测用户的状态变化和所拨号码,并根据要求执行程序,从而完成各种交换功能.通常这种交换机属于全电子型,采用程序控制方式,因此称为存储程序控制交换机,或简称为程控交换机.程控交换机按用途可分为市话，长话和用户交换机；按接续方式可分为空分和时分交换机。
程控交换机按信息传送方式可分为：模拟交换机和数字交换机。
由于程控空分交换机的接续网络(或交换网络)采用空分接线器(或交叉点开关阵列)，且在话路部分中一般传送和交换的是模拟话音信号，因而习惯称为程控模拟交换机，这种交换机不需进行话音的模数转换(编解码),用户电路简单，因而成本低，目前主要用作小容量模拟用户交换机。
程控时分交换机一般在话路部分中传送和交换的是模拟话音信号，因而习惯称为程控数字交换机，随着数字通信与脉冲编码调制(PCM)技术的迅速发展和广泛应用，世界各先进国家自60年代开始以极大的热情竞相研制数字程控交换机，经过艰苦的努力，法国首先于1970年在拉尼翁(Lanion)成功开通了世界上第一个程控数字交换系统E10,它标志着交换技术从传统的模拟交换进入数字交换时代。
交换机及配置方法
项配置状态（如：端口配置、VLAN配置）等， 具体配置命令在实验中有详细介绍。
全局配置模式的提示符：交换机名（config)#
操作技巧：
•不管在任何模式，按esc键可返回上一级模式，
按Ctrl+z可返回特权用户模式
•按？键可以列出当前可输入的项目
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•按Tab键可补全当前单词
普通用户模式的提示符：交换机名>
（2）、特权用户模式：在普通用户模式下输入enable 命令即可进入特权用户模式，在该模式下我们可以查 看交换机的配置信息和调试信息，进入全局配置模 式模式，保存或删除配置文件等等。
特权用户模式的提示符：交换机名#
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（3）、全局配置模式：在特权用户模式下输入 configure terminal命令即可进入全局配置模式， 在该模式下主要完成全局参数的配置，如设置
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（2）基本操作命令 修改交换机名：
switch(config)#hostname SA SA(config)#
更改Enable密码：
SA(config)#enable password ******
保存当前配置文件
SA#write
删除配置文件
SA#erase startup-config
重新启动交换机
SA#reload
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（3）端口配置命令 端口配置的主要内容有：
配置端口交换速率（10M、100M、1000M和auto） 设置端口工作模式（分full、 half 、和auto） 设置端口描述
switch(config)#interface fa0/1 *进入端口1 switch(config-if)#speed 100 *设置端口速率为100M switch(config-if)#duplex full *设置为全双工工作模式 switch(config-if)#description port1 *端口描述为port1
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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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 。
ATM交换技术
2. 软件要求 (1) 软件结构 ATM交换机的软件保证系统的正常工作及VP/V
C业务的操作与实现。
§7.3 ATM交换机
三、ATM交换机软、硬件要求 2. 软件要求 (1) 软件结构 ATM交换机的软件保证系统的正常工作及VP/V
§7.3 ATM交换机
三、ATM交换机软、硬件要求 2. 软件要求 (4) 软件功能要求 ①灵活快速的呼叫处理、流量控制、资源分配能
力；②有完善的计费处理功能及费率变更功能；③具 有网管子系统及处理相应业务的功能，要求有路由变 更功能；④具有对各种硬件测试的功能；⑤有故障监 视、告警、诊断、定位和处理功能；⑥具有完善、方 便的人机通信和设备维护功能。
ch7 ATM技术
§7.3 ATM交换机
一、ATM交换机的功能
①连接功能，包括终接功能和交换功能。
②控制功能，控制业务和虚连接，具有信令、路
由选择和连接、资源分配处理等功能。
③操作、维护、监视、测量和网络管理功能。
二、ATM交换机的组成 ATM交换机由硬件系统和软件系统组成。根据应
用场合不同可分为ATM公用网交换机和ATM专用网
③支持不同的承载能力；④支持不同的业务流量特性； ⑤支持一次呼叫建立多个连接。
§7.2 ATM交换原理
五、ATM信令 2. ATM信令的体系结构
DSS2 SAAL ATM 物理层
B-ISUP MTP-3B
SAAL ATM 物理层
路由标记 消息类型编码 消息兼容性信息
消息长度 消息内容
(a) UNI信令
程控数字交换机基本结构
4.3.1程控数字交换机的接口
（5）编译码和滤波 把模拟信号转换为数字信号的过程称为编 码，把数字信号转换为模拟信号的过程称 为译码编译码合称为CODEC。 编译码和滤波功能不可分，
一般应该在编码之前进行带通(300～3400Hz) 滤波，以满足比奈奎斯特取样定理。 而在译码器端对译码器输出的抽样阶梯信号需 要经过低通滤波器滤波，以平滑信号的波形， 使其恢复为原来的话音信号。如图4-18所示
4.3.1程控数字交换机的接口
用户电路的功能一般可归纳为七项，常用 表示其功能的英语的第一个字母表示，即 BORSCHT。这七项功能的含义是：
馈电：B（Battery feeding） 过压保护：O（Over voltage protection） 振铃：R（Ringing） 监视：S（Supetvision） 编译码和滤波：C（CODEC and Filters） 混合电路：H（Hybrid circuit） 测试：T（Testing）
在传统的通信设备中采用混合线圈来完成这一功能随着集成电路技术的发展目前的交换机则较多的采用具有更好功能特性的集成电路来实现因而称作混合电图419混合编译码和滤波功能示意图431程控数字交换机的接口7测试交换机在运行过程中可能会出现各种用户不能完成正常通信的故障这种故障可能是局内设备的故障也可能是用户线或用户终端等局外设备的故障为了判别故障位置以便及时修复每个用户电路与用户线连接的接口处都设置一测试入口
本节主要对程控交换机的外部接口进行介 绍。
4.3.1程控数字交换机的接口
根据所连设备的性质及信号传输形式，程 控数字交换机的外部接口分为数字接口和 模拟接口，所以程控交换机的外部接口大 致可分为如下四种：
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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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
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 址表，不能转发； 转发 可与其它交换机交换BPDU信息，可以转 发数据
本节内
交换机基本配置（1）
1.2.3冗余备份与环路
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 Switch2 Port4 Switch3 Port5 Port6 Port2
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
层数 第七层 第六层 第五层 第四层 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 元名称 Data Data Data Segment Packet Frame bit 四层交换机 路由器、三层交 换机 交换机、网桥 网卡、网线等 相应设备 协议 FTP Telnet SMTP。。 TCP、 UDP IP、IPX LLC 未指定
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（伺机通过+错误检测） 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）
C
D
0260.8c01.2222
0260.8c01.4444
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
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> “0”或“4096”的倍数(RSTP BPDU该值后12bit全0) 3.配置交换机端口优先级 S2126G(config-if)#spanning-tree port-priority <0240> “0”或“16”的倍数(RSTP BPDU该值后4bit全0)
PC1
PC2
冗余备份与环路图例
1.2.4 生成树协议（STP）
STP（生成树协议）最初有美国数字设 备公司（DEC）开发的，后经过电气电 子工程协会（IEEE）修改，制定了相应 的IEEE802。1d标准。 其主要功能：解决备份链路所产生的 环路问题
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。
6、备份链路的启用过程
（假如）故障 网络拓扑结构的改变
端口由阻塞变为侦听
转发
学习（完成MAC地址表）
正常运行
经历时间：50S。
主要内容
Trunk 交换机的设置
2.3.4 trunk介绍
以太链路聚合:STAR使用了一种Trunk技术,使用该技术可以在两个交 换机之间存在多个链路。 Trunk：是使得多个物理链路合并到一个逻辑链路当中 的技术。通过 该种技术可以将交换机和路由器的多个端口当作一个端口来使用。 轻而易举的获得高的传输链路。对于STP，一个Trunk，看起来象 一个链路。这样要获得Gbps的传送速率，其端口代价要比单独链 路的端口代价要少。 作用 ：1，用于与服务器连接 2，用于交换机之间的级连 3，提供负载均衡和系统冗错的功能 配置时注意: 1,使用同一模块连续的接口 2，接口属性和工作模式相同
Switch1 Port1 Switch2 ╳ Port4 Switch3 Port5 Port6 Port2
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
CISCO 千兆以太网交换机 RMB：26800
交换机组成
2、组成： CPU 实现高速的数据传输； RAM/DRAM 主存 ，存储运行配置； NVRAM 存储备份配置文件等； FlashROM 系统软件映像、启动配置文件等； ROM 开机诊断、引导程序和操作系统； 接口电路：连接各端口的内部电路。
网络设备管理及其配置
教材《交换机/路由器及其配置》 参考书：cisco认证教材 实达交换机/路由器说明书
联系方式：yuetd@
前言
交换机和路由器是局域网中使用的 最多的连接设备。要使一个复杂的网 络正常、高效的运转，就需要对交换 机和路由器进行正确、合理的配置。 因此可以说，网络工程技术人员的水 平的高低很大程度体现在交换机和路 由器的配置管理上。
课程定位
本课的定位和任务： 掌握交换机和路由器的配置 和使用； 掌握广义网的知识。
课程安排
授课时间：10~15周，共35学时；
授课方式：理论和实践的结合； 复习与考试：
考 试
1、理论考试：60%； 2、实验与作业：30%； 3、考勤：10%
第一章 交换机的结构和基本功能
1.1.1 OSI参考模型与数据通信设备
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
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“-”或空格分开， 如：00-F4-00-09-D1-C1或00 F4 00 09 D1 C1
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。
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：P4 以太交换机的端口RJ45，通常的种 类有：10Base-T、 10Base-F、 100Base-TX、 100Base-T4、 100Base-T、 1000Base-FX、 1000Base-T、 100Base-FX等。