通信与广电精讲讲义之电路交换设备
更新时间：2009-10-19 15:27:29
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1L411052掌握电路交换设备的功能及构成
一、电话交换机的任务、功能及组成
（一）电话交换机的任务及功能
电话交换机的基本任务是完成任意两个电话用户之间的通话接续。
交换机必须有下列功能：呼叫检出、接收被叫号码、对被叫进行忙闲测试、向被叫振铃，向主叫送回铃音、被叫应答，接通话路，双方通话、及时发现话终，进行拆线，使话路复原。
（二）电话交换机系统构成
交换机系统由进行通话的话路系统和连接话路的控制系统构成。
1．话路系统包括用户电路、设备、交换网络、出中继器、入中继器、绳路及具有监视功能的信号。话路系统的构成方式有空分方式和时分方式。空分方式传送模拟信号，时分方式传送数字信号。
2．控制系统包括译码、忙闲测试、路由选择、链路选试、驱动控制、计费等设备。控制系统的控制方式有布线逻辑控制方式（简称布控方式）和存储程序控制方式（简称程控方式）。
二、程控数字交换机功能
程控数字交换机的特点是将程控、时分、数字技术融合在一起。所以时分程控数字交换机就比其他制式的交换机有更多的优点，得到广泛的应用。
（一）程控数字交换原理
程控数字交换机是直接交换数字化的语音信号，欲实现数字信号交换的目的，必须做到在不同话路时隙发送和接受信号。只有这两个方向的交换同时建立起来，才能完成数字话音信号交换。实现这个功能要依靠数字交换设备。
数字交换实质上就是把PCM系统有关的时隙内容在时间位置上进行搬移，因此也叫做时隙交换。
数字交换网络由时间（T）接线器和空间（S)接线器组成，能够将任何输入PCM复用线上的任一时隙交换到任何输出PCM复用线上的任一时隙中去。
在同一条PCM总线的不同时隙之间进行交换，采用时间（T）型接线器完成；在不同PCM总线的同一时隙之间进行交换，采用空间（S)型接线器完成；在不同 PCM总线的不同时隙之间进行交换，采用TST或STS型交换网络完成。
（二）程控数字交换机的基本功能
程控数字交换机系统所具有的基本功能应包含检测终端状态、收集终端信息和向终端传送信息的信令与终端接口功能，交换接续功能和控制功能。
1．信令与终端接口功能
对于数字交换系统来讲，进入交换网络的必须是数字信号，这就要求接口电路应具有模／数（A/D）转换功能和数／模（D/A）转换功能。
对于各种不同的外围环境要有不同的接口。
为了建立用户间的信息交换通道、就要传递各自的状态信息，这些状态信息有呼叫请求与释放信息、地址信息和忙闲信息。它们都以信令的方式通过终端接口进行传递。所以不同的接口电路配以不同的信令方式。
2．交换接续功能
对于电路交换而言，交换机的功能就是要为两个通话用户建立一条语音通路，这就是交换机的交换接续功能。
交换接续功能是由交换网络实现的。空分交换机使用空分的交换网络，完成模拟信号的空间交换任务。数字交换机使用数字交换网络，通过语音存储器完成时隙交换任务。
3．控制功能
上述的信令与接口功能和交换接续功能都是在控制功能的指令下进行工作的。控制功能可分为低层控制和高层控制。
低层控制主要是指对连接功能和信令功能的控制即扫描与驱动：扫描用来发现外部事件的发生或信令的到来，驱动用来控制通路的连接、信令的发送或终端接口的状态变化。
高层控制是指与硬设备隔离的高一层呼叫控制
三、程控数字交换机构成
为了完成上述功能，数字交换机的硬件系统应包括话路系统和控制系统。交换机的软件系统则包括操作系统和应用系统等。
（一）硬件系统
程控数字交换机硬件系统由话路系统、控制系统、外围设备组成。
1．话路系统
由用户模块、远端用户模块、选组级（数字交换网络）、各种中继接口、信号部件等组成。用户模块：是模拟用户终端与数字交换网络（选组级）之间的接口电路，由用户电路和用户集线器组成。
2．控制系统
一般可分为三级：第一级：电话外设控制级：对靠近交换网络及其他电话外设部分进行控制。第二级：呼叫处理控制级：它是整个交换机的核心。第三级：维护测试级。
3．外围设备
磁带机或磁盘机，维护终端设备，测试设备，时钟，录音通知设备，监视告警设备
（二）软件系统
程控交换机的软件由运行软件和支援软件两大类组成。
1．运行软件
运行软件是交换机在运行中直接使用的软件。它可分成系统程序和应用程序。
系统程序是交换机硬件同应用程序之间的接口。它有内部调度程序、输入／输出处理程序、资源调度和分配、处理机间通信管理、系统监视和故障处理、人一机通信等程序。
应用程序包含有呼叫处理、用户线及中继线测试、业务变更处理、故障检测、诊断定位等程序。
2.支援软件
支援软件是用来开发、生成和修改交换机的软件，以及开通时的测试程序。支援软件包括编译程序，连接装配程序，调试程序，局数据生成，用户数据生成等程序。
为了保证交换机的业务不间断则要求软件应具有安全可靠性、可维护性、可扩充性，不仅完成呼叫处理，还应具有完善的维护和管理功能。
1L411053 掌握分组交换技术的应用及特点
分组交换也称包交换，是为了适应计算机通信的需要而发展起来的，是数据通信的重要手段之一。
一、X. 25分组交换
公用分组交换数据是采用分组交换技术，给用户提供低速数据业务的数据通信网。1976年，CCITT正式公布了著名的X. 25建议，为公用数据通信的发展奠定了基础。
X. 25建议是数据终端设备（DTE）与数据电路终端设备（DCE）之间的接口协议，它使得不同的数据终端设备能接入不同的分组交换网。
由于 X.25协议是分组交换网中最主要的一个协议，因此，有时把分组交换网又叫做X.25网。
OSI共有七层：物理层、数据链路层、网络层、传送层、会话层、表示层和应用层 x.25涉及到底三层
二、帧中继．
帧中继是分组交换网的升级换代技术，帧中继是以分组交换技术为基础。与X.25协议相比，帧中继仅完成物理层和数据链路层的功能，不再进行逐段流量控制和差错控制，在使用简化分组交换传输协议相关信息的前提下，大大提高了网络传输效率，以帧为单位进行数据传输与交换。
帧中继技术是在开放系统互联（OSI）第二层上用简化的方法传送和交换数据单元的一种技术。
（一）帧中继技术特点
帧中继是分组交换网的升级换代技术，帧中继是以分组交换技术为基础，
同X. 25分组交换技术相比，它具有下列特点：
1．网络资源利用率高
2．传输速率高
3．费用低廉
4．兼容性好
5．组网功能强
（二）帧中继交换机
1．帧中继交换机的分类
目前，帧中继交换机大致有以下三类：
(1)改装型X. 25分组交换机。
(2)采用全新的帧中继结构设计的新型交换机
(3)采用信元中继、ATM技术且支持帧中继接口的ATM交换机
2.帧中继交换机的特性
(1)帧中继交换机具有三种类型的接口：用户接入接口、中继接口和网管接口。
(2)具有业务分级管理的功能。
(3)具有宽带管理功能。
(4)具有用户线管理、中继管理、路由管理和PVC状态管理功能，支持PVC(永久性虚电路)和SVC(半永久性虚电路)连接，具有自动节点间路由和连接管理能力。
(5)具有拥塞管理功能。
(6)具有信令处理能力。
(7)具有用户选用业务处理能力。
(8)具有网管控制信息通信功能。
(9)具有网络同步能力，能够与其他网络互联／互通。
三、异步转移模式（ATM)
异步转移模式（ATM）通信网是实现高速、宽带传输多种通信业务的现代数据通信网形式之一。ATM是ITU-T确定用于宽带综合业务数字网（B-ISDN）的复用、传输和交换模式技术。
1. ATM在综合了电路交换和分组交换优点的同时，克服了电路交换方式中网络资源利用率低、分组交换方式信息时延大和抖动的缺点，可以把语音、数据、图像和视像等各种信息进行一元化的处理、加工、传输和交换，大大提高了网络的效率。ATM构成的网络具有综合处理信息的能力，在现代通信网中占有十分重要的地位。
2. ATM提供高速、高服务质量的信息交换，灵活的带宽分配及适应从很低速率到很高速率的带宽业务。其交换技术的特点如下：
(1)采用面向连接的工作方式，通过建立虚电路来进行数据传输，同时也支持无连接业务。
(2）采用固定长度的数据包，信元由53个字节组成，开头5个为信头，其余48个为信息域，或称净荷。信头简单，可减少处理开销。
(3) ATM技术简化了网络功能与协议。网络流量控制口拥塞控制采用连接接纳控制（CAC）和应用参数控制（UPC）等合约式方法，并在网络出现拥塞时通过丢弃信元来缓解拥塞。
四、路由器
（一）应用
1．路由器是网络层的互联设备，用于连接多个逻辑上分开的网络，在网络层将数据包进行存储转发。它只接收源站或其他路由器的信息。路由器是连接IP网的核心设备。
2．路由器主要用于网络连接，进行数据处理以及配置管理、容错管理、性能管理等。
3．路由器的功能分为数据通道功能和控制通道功能。数据通道功能用于完成每一个到达分组的转发处理，包括路由查表、向输出端传送分组和输出分组调度；控制通道功能用于系统的配置、管理及路由表维护。
（二）路由器组成及分类
1．路由器主要由输入／输出端口、交换机构、处理机组成。输入／输出端口连接与之相连的子网；交换机构在路由器内部连接输入与输出端口；处理机负责建立路由转发表。
2．由于应用场合的不同，路由器可分为骨干路由器、企业路由器和接入路由器。骨干路由器用于连接各企业网；企业路由器用于互连大量的端系统；接入路由器用于传统方式连接拨号用户。
五、多协议标记交换（MPLS)
（一）标记交换
标记交换，是指标记路由器（LSR）根据标记转发数据。
MPLS基本网络结构由标记边缘路由器（LER）和标记路由器（LSR）组成。
（二）多协议标记交换的技术特点
MPLS支持多种协议，可使不同网络的传输技术统一在MPLS平台上，保证多种网络的互联互通。对上，它可以支持IPv4和IPv6协议，以后将逐步扩展到支持多种网络层协议；对下，它可以同时支持X. 25, ATM、帧中继、PPP, SDH, DWDM等多种网络。
MPLS是一种与链路层无关的技术。
MPLS的流量控制机制主要包括路由选择、负载均衡、路径备份、故障恢复、路径优先级碰撞等，在流量控制方面更优于传统的IP网络。
一、电话交换机的任务、功能及组成
（一）电话交换机的任务及功能
电话交换机的基本任务是完成任意两个电话用户之间的通话接续。
交换机必须有下列功能：呼叫检出、接收被叫号码、对被叫进行忙闲测试、向被叫振铃，向主叫送回铃音、被叫应答，接通话路，双方通话、及时发现话终，进行拆线，使话路复原。
（二）电话交换机系统构成
交换机系统由进行通话的话路系统和连接话路的控制系统构成。
1．话路系统包括用户电路、设备、交换网络、出中继器、入中继器、绳路及具有监视功能的信号。话路系统的构成方式有空分方式和时分方式。空分方式传送模拟信号，时分方式传送数字信号。
2．控制系统包括译码、忙闲测试、路由选择、链路选试、驱动控制、计费等设备。控制系统的控制方式有布线逻辑控制方式（简称布控方式）和存储程序控制方式（简称程控方式）。
二、程控数字交换机功能
程控数字交换机的特点是将程控、时分、数字技术融合在一起。所以时分程控数字交换机就比其他制式的交换机有更多的优点，得到广泛的应用。
（一）程控数字交换原理
程控数字交换机是直接交换数字化的语音信号，欲实现数字信号交换的目的，必须做到在不同话路时隙发送和接受信号。只有这两个方向的交换同时建立起来，才能完成数字话音信号交换。实现这个功能要依靠数字交换设备。
数字交换实质上就是把PCM系统有关的时隙内容在时间位置上进行搬移，因此也叫做时隙交换。
数字交换网络由时间（T）接线器和空间（S)接线器组成，能够将任何输入PCM复用线上的任一时隙交换到任何输出PCM复用线上的任一时隙中去。
在同一条PCM总线的不同时隙之间进行交换，采用时间（T）型接线器完成；在不同PCM总线的同一时隙之间进行交换，采用空间（S)型接线器完成；在不同 PCM总线的不同时隙之间进行交换，采用TST或STS型交换网络完成。
（二）程控数字交换机的基本功能
程控数字交换机系统所具有的基本功能应包含检测终端状态、收集终端信息和向终端传送信息的信令与终端接口功能，交换接续功能和控制功能。
1．信令与终端接口功能
对于数字交换系统来讲，进入交换网络的必须是数字信号，这就要求接口电路应具有模／数（A/D）转换功能和数／模（D/A）转换功能。
对于各种不同的外围环境要有不同的接口。
为了建立用户间的信息交换通道、就要传递各自的状态信息，这些状态信息有呼叫请求与释放信息、地址信息和忙闲信息。它们都以信令的方式通过终端接口进行传递。所以不同的接口电路配以不同的信令方式。
2．交换接续功能
对于电路交换而言，交换机的功能就是要为两个通话用户建立一条语音通路，这就是交换机的交换接续功能。
交换接续功能是由交换网络实现的。空分交换机使用空分的交换网络，完成模拟信号的空间交换任务。数字交换机使用数字交换网络，通过语音存储器完成时隙交换任务。
3．控制功能
上述的信令与接口功能和交换接续功能都是在控制功能的指令下进行工作的。控制功能可分为低层控制和高层控制。
低层控制主要是指对连接功能和信令功能的控制即扫描与驱动：扫描用来发现外部事件的发生或信令的到来，驱动用来控制通路的连接、信令的发送或终端接口的状态变化。
高层控制是指与硬设备隔离的高一层呼叫控制
三、程控数字交换机构成
为了完成上述功能，数字交换机的硬件系统应包括话路系统和控制系统。交换机的软件系统则包括操作系统和应用系统等。
（一）硬件系统
程控数字交换机硬件系统由话路系统、控制系统、外围设备组成。
1．话路系统
由用户模块、远端用户模块、选组级（数字交换网络）、各种中继接口、信号部件等组成。用户模块：是模拟用户终端与数字交换网络（选组级）之间的接口电路，由用户电路和用户集线器组成。
2．控制系统
一般可分为三级：第一级：电话外设控制级：对靠近交换网络及其他电话外设部分进行控制。第二级：呼叫处理控制级：它是整个交换机的核心。第三级：维护测试级。
3．外围设备
磁带机或磁盘机，维护终端设备，测试设备，时钟，录音通知设备，监视告警设备
（二）软件系统
程控交换机的软件由运行软件和支援软件两大类组成。
1．运行软件
运行软件是交换机在运行中直接使用的软件。它可分成系统程序和应用程序。
系统程序是交换机硬件同应用程序之间的接口。它有内部调度程序、输入／输出处理程序、资源调度和分配、处理机间通信管理、系统监视和故障处理、人一机通信等程序。
应用程序包含有呼叫处理、用户线及中继线测试、业务变更处理、故障检测、诊断定位等程序。
2.支援软件
支援软件是用来开发、生成和修改交换机的软件，以及开通时的测试程序。支援软件包括编译程序，连接装配程序，调试程序，局数据生成，用户数据生成等程序。
为了保证交换机的业务不间断则要求软件应具有安全可靠性、可维护性、可扩充性，不仅完成呼叫处理，还应具有完善的维护和管理功能。
1L411053 掌握分组交换技术的应用及特点
分组交换也称包交换，是为了适应计算机通信的需要而发展起来的，是数据通信的重要手段之一。
一、X. 25分组交换
公用分组交换数据是采用分组交换技术，给用户提供低速数据业务的数据通信网。1976年，CCITT正式公布了著名的X. 25建议，为公用数据通信的发展奠定了基础。
X. 25建议是数据终端设备（DTE）与数据电路终端设备（DCE）之间的接口协议，它使得不同的数据终端设备能接入不同的分组交换网。
由于 X.25协议是分组交换网中最主要的一个协议，因此，有时把分组交换网又叫做X.25网。
OSI共有七层：物理层、数据链路层、网络层、传送层、会话层、表示层和应用层 x.25涉及到底三层
二、帧中继．
帧中继是分组交换网的升级换代技术，帧中继是以分组交换技术为基础。与X.25协议相比，帧中继仅完成物理层和数据链路层的功能，不再进行逐段流量控制和差错控制，在使用简化分组交换传输协议相关信息的前提下，大大提高了网络传输效率，以帧为单位进行数据传输与交换。
帧中继技术是在开放系统互联（OSI）第二层上用简化的方法传送和交换数据单元的一种技术。
（一）帧中继技术特点
帧中继是分组交换网的升级换代技术，帧中继是以分组交换技术为基础，
同X. 25分组交换技术相比，它具有下列特点：
1．网络资源利用率高
2．传输速率高
3．费用低廉
4．兼容性好
5．组网功能强
（二）帧中继交换机
1．帧中继交换机的分类
目前，帧中继交换机大致有以下三类：
(1)改装型X. 25分组交换机。
(2)采用全新的帧中继结构设计的新型交换机
(3)采用信元中继、ATM技术且支持帧中继接口的ATM交换机
2.帧中继交换机的特性
(1)帧中继交换机具有三种类型的接口：用户接入接口、中继接口和网管接口。
(2)具有业务分级管理的功能。
(3)具有宽带管理功能。
(4)具有用户线管理、中继管理、路由管理和PVC状态管理功能，支持PVC(永久性虚电路)和SVC(半永久性虚电路)连接，具有自动节点间路由和连接管理能力。
(5)具有拥塞管理功能。
(6)具有信令处理能力。
(7)具有用户选用业务处理能力。
(8)具有网管控制信息通信功能。
(9)具有网络同步能力，能够与其他网络互联／互通。
三、异步转移模式（ATM)
异步转移模式（ATM）通信网是实现高速、宽带传输多种通信业务的现代数据通信网形式之一。ATM是ITU-T确定用于宽带综合业务数字网（B-ISDN）的复用、传输和交换模式技术。
1. ATM在综合了电路交换和分组交换优点的同时，克服了电路交换方式中网络资源利用率低、分组交换方式信息时延大和抖动的缺点，可以把语音、数据、图像和视像等各种信息进行一元化的处理、加工、传输和交换，大大提高了网络的效率。ATM构成的网络具有综合处理信息的能力，在现代通信网中占有十分重要的地位。
2. ATM提供高速、高服务质量的信息交换，灵活的带宽分配及适应从很低速率到很高速率的带宽业务。其交换技术的特点如下：
(1)采用面向连接的工作方式，通过建立虚电路来进行数据传输，同时也支持无连接业务。
(2）采用固定长度的数据包，信元由53个字节组成，开头5个为信头，其余48个为信息域，或称净荷。信头简单，可减少处理开销。
(3) ATM技术简化了网络功能与协议。网络流量控制口拥塞控制采用连接接纳控制（CAC）和应用参数控制（UPC）等合约式方法，并在网络出现拥塞时通过丢弃信元来缓解拥塞。
四、路由器
（一）应用
1．路由器是网络层的互联设备，用于连接多个逻辑上分开的网络，在网络层将数据包进行存储转发。它只接收源站或其他路由器的信息。路由器是连接IP网的核心设备。
2．路由器主要用于网络连接，进行数据处理以及配置管理、容错管理、性能管理等。
3．路由器的功能分为数据通道功能和控制通道功能。数据通道功能用于完成每一个到达分组的转发处理，包括路由查表、向输出端传送分组和输出分组调度；控制通道功能用于系统的配置、管理及路由表维护。
（二）路由器组成及分类
1．路由器主要由输入／输出端口、交换机构、处理机组成。输入／输出端口连接与之相连的子网；交换机构在路由器内部连接输入与输出端口；处理机负责建立路由转发表。
2．由于应用场合的不同，路由器可分为骨干路由器、企业路由器和接入路由器。骨干路由器用于连接各企业网；企业路由器用于互连大量的端系统；接入路由器用于传统方式连接拨号用户。
五、多协议标记交换（MPLS)
（一）标记交换
标记交换，是指标记路由器（LSR）根据标记转发数据。
MPLS基本网络结构由标记边缘路由器（LER）和标记路由器（LSR）组成。
（二）多协议标记交换的技术特点
MPLS支持多种协议，可使不同网络的传输技术统一在MPLS平台上，保证多种网络的互联互通。对上，它可以支持IPv4和IPv6协议，以后将逐步扩展到支持多种网络层协议；对下，它可以同时支持X. 25, ATM、帧中继、PPP, SDH, DWDM等多种网络。
MPLS是一种与链路层无关的技术。
MPLS的流量控制机制主要包括路由选择、负载均衡、路径备份、故障恢复、路径优先级碰撞等，在流量控制方面更优于传统的IP网络。
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