最新通信工程师考试中级交换技术第一章汇总
2014年通信工程师考试中级交换技术第一
章
中级通信工程师考试交换技术第一章：绪论
1.1 点对点通信与网络通信
通信的基本原理告诉我们，通信系统的基本任务是将信息从它的发源地传送到它的目的地。最简单的通信系统就是如图1-1所示的点对点通信系统。通过信道（或称电路）连接起来的两点称为端点，其中配置有通信终端，包含信息的发送设备和接收设备。信道是以传输媒质为物理基础的信号通路，它可能是各种有线或无线电路。
点对点通信的工作方式有单工、半双工和（全）双工三种。
由于大量的通信业务都是交互式的，故双工方式是应用最普遍墦点靖点的通信方式。为了支持双工通信，就需要利用双向信道。以下 Wi-i点对点通信系统如不作特殊说明，两点之间的信道都是指双向信道。
实际上，这种点对点通信系统只在构成某些专用通信电路（如热线）时才被应用；而应用更普遍的是多点之间的通信。按照构成上述点对点通信系统的思路，一个多点通信系统的结构似乎应如图1-2所示。这种结构称为终端设备之间的全互连结构，其中任意两个端点之间都需要有一条信道；如果端点数为汉，则共需(N1-1)/2条信道；而且每个终端需要有N（N-1)个接口。所以这种结构所需的信道数将按况的平方律增加，当况很大时，其复杂度是不能接受的。
另一方面在每一对端点之间的业务量强度（即占用时间百分数）一般是较小的（小于0.2)。因而没有必要在每一对端点之间设一条专用信道，换言之，全互连结构的信道利用率是较低的。
为了减小复杂度，最简单的办法是采用如图1-3所示的星型网络结构。每个终端通过一条信道连接到中心节点，在那里设有交换机。通过交换中心的转接作用，将需要进行通信的终端连接起来。图1-3中示出通过交换机提供的三条端到端连接通路。在这种最简单的网络中，有三类网络元素，它们是：用户终端、交换机和用户环路（又称为用户线），后者是用户终端与交换机之间的连接信道（电路）。显然，在星型网络中每个终.端只需要一个接口，全网只需W条信道。与全互连网络相比，复杂度大为降低。但是，一旦中心节点的交换机失效，全网就会瘫痪，也就是说，这种结构的可靠性是不高的。此外，其覆盖地域也受到限制。
为了扩大覆盖地域，可采用如图1-4所示的包含多个交换节点（SW-交换局）的网络结构。在这种网络中，除了用户终端、交换机和用户线以外，还有一类网络元素，那就是位于交换节点之间的中继线（又称为干线）。与用户线不同，它们不属于用户专用，而是归广大用户共享，按照用户的需求分配使用，因而信道利用率较高。
这样，组网带来的主要好处有：
(1)可覆盖更广大的地域，为更多的用户服务；
(2)在端到端之间可提供多条路径，从而提高了通信的可靠性；
(3)网络资源（交换机、中继线等）为众多的用户共享，因而提髙了经济性。
1.2.1 公共交换电信网中的电路交换
传统的公共交换电信网（PublicSwilchedTelecommunicationNetworks,PSTN,以下简称电信网）由用户终端、用户环路、交换机和中继线组成，包含本地网和长途网两大部分。它提供的主要业务是电话，所以又称公共电话网。
本地网（LocalNetwork)如图1-5所示。用户终端（电话机、传真机或话带数据终端等）经用户环路或用户小交换机接人端局（EndOffice),俗称市话局。端局内设端局交换机；各端局之间及各端局与长途局之间通过中继线互连；在某些端局之间可能设汇接局，以提供附加的路由。
长途网（LongDistanceNetwork)由长途中继线连接不同等级的长途交换局组成。长途局分若干级（国内分为四级：C1-C4),采用髙阶星型加直通电路汇接的结构，上级长途局与隶厉于它的下一级局采用星型连接，而在某些业务童大的长途局之间设置直通电路。作为例子，图1-6示出两个大区间的长途网络。
PSTN有以下特点：
这是一个转接式网络，端到端一般要经过交换机多次转接；
采用的交换方式是电路交换，网络根据用户的请求提供端到端的连接通路；
通信全过程分为建立连接、用户信息传送、拆除并释放连接三个阶段；
呼叫连接控制依靠信令系统完成；永久性连接由网络管理系统配置。
在建立连接过程中，网络最重要的任务是寻址与选路。网络要根据主叫（用户终端)提供的被叫（用户终端）地址，选择一条通路。路由选择的基本原则是尽可能选择最短的路径，使呼叫尽快到达终点。所谓“最短路径”，在这里指的是转接次数（跳数）最少的路径。如图1-6所示，为建立用户A与用户B之间的连接通路，左边的C4局应该首先选择标注为（1)的那组中继线，其次选择标注为（2)的那组中继线，最后选择标注为（3)的那组中继线（粗实线）。所以，图1-6中的粗实线被称为最后路由中继线。从图中还可以看出，从一地的C5局（端局）到另一地的C5局，最多经过8次转接，即端局与端局之间串接的链路数最多为9，或者说用户端到端之间串接的链路数最多为11。
电信网是一个具有悠久历史的庞大的国际性网络。其中采用的各项技术是经过长期运行和使用的成熟技术，同时又随着科学技术的进步而不断向前发展。特别是光纤传输、程控数字交换、七号信令系统（SSNa7)、移动通信网、智能网和网络管理技术的普遍采用，使其趋于完善，工作十分可靠，可给用户提供优质的服务。
电信网的一个发展方向是简化网络结构，扩大本地网的覆盖地域，将长途网由四级减为两级其至一级；进而将PSTN分为接人网和核心网两大部分，端局以上均属核心网。为了支持多种多样的接人网，端局交换机要提供多种接口，除了传统的模拟二线（电话）接口以外，还要有各种数字接口，如基群速率接口（E1)、高速数字用户线（HDSL)接口、不对称数字用户线（ADSL)接口等。
电信网的另一个发展方向是综合业务网，它不仅提供话音业务，而且支持（同时或交替的）数据、视频等多种业务。在这方面，相继出现了以电路交换为主的综合业务数字网(ISDN)和基于异步转移模式（ATM)的宽带综合业务数字网（B-ISDN)。
1.2.2 互联网中的分组交换
互联网（Internet),是一种通过路由器将多个物理网络互连起来的逻辑上统一的计算机网络。从通信业务的角度看，互联网是一种数据通信网，它可以支持E-mail、FTP、WWW等多种应用。被互连的网络，通常称为互联网的子网，它们既可以是同类的，也可以是异质的。
图1-7和图1-8分别示出互联网的原理结构。图1-7着重示出多个物理网络通过路由器互连成逻辑上统一的网络；图1-8主要示出路由器的地位与作用，而用专线代表物理网络。构成互联网的子网分为两类：一类是用于转发信息的中转网络；一类是信息源或信息宿所在的末端网络，如局域网、传感器网络等。
互联网与电信网的主要区别之一是采用基于异步时分复用的分组交换。其中所有信息均以分组(Packet)为单位进行传送，分组长度和分组间隔均可变。路由器基本上是一种分组交换机，它的主要功能是实现分组的“存储转发”。每个路由器首先存储输人的分组，然后根据分组首部所含的地址信息选路，将分组转发到适当的输出端口，并通过相应的输出链路发送给下游的路由器。每个路由器都照此办理，就可实现信息的端到端（主机到主机）的传送。
路由器可分为三种：核心路由器、边缘路由器和人路由器。前两者构成互联网的核心网（又称骨干网）；后者是各种接入网（如局域网）核心网的接口。在
核心网内连接各路由器的中继线路，称为链路。这些链路可能是专用线，也可能是由物理承载网络（如光网络）提供的传输通道。互联网采用统一的网络层协议工作，这就是着名的IP(InternetProtocol)0所以各种路由器都要运行IP,实现IP分组的存储转发。
互联网支持的业务是计算机数据，从前只需提供尽力而为.（BestEffort)的服务。随着互联网应用范围的不断扩大，它不仅要支持传统的数据业务，而且要支持分组话音、视频及多媒体业务。于是人们对互联网提出了更高的要求，要求它提供服务质量（QoS)的保证。此外，互联网的业务量也在不断地急剧增长。因此，互联网的发展方向是宽带化（高速化），并采取多种措施保证QoS。
光纤波分复用（WDM)技术的成熟解决了宽带传输的问题。于是路由器成为网络宽带化的瓶颈。近年来高速路由器成为网络发展的热点，继吉比特/秒（Gbit/s)级路由器之后，太比特/秒（TT)it/8)级路由器也已问世。这些髙速路由器的共同特点是采用了快速分组交换技术。所以，今天的互联网已经是一个巨大的采用宽带传输和快速分组交换的国际性网络。
1.3 交换技术发展概述
作为人类社会信息基础设施的电信网、互联网和广播电视网都是社会发展过程中的产物。这些网络适应人们的需求而产生，随着科学技术的进步而发展。同样，作为通信网核心技术的交换，一百多年来有了长足的进步。交换的信号从模拟到数字，交换的机制从电路模式到分组模式，交换的控制从人工到自动，交换技术这些具有里程碑意义的发展和变化构成了现代通信网络的基础。
1.3.1 电路交换
如前所述，基于电路交换的电信网可根据用户的请求提供端到端的连接通路。但这是依靠一系列交换机协同动作来实现的。就某一台交换机而言，它的任务只是按照要求将指定的输人端口与输出端口接通。交换机是一个多输人多输出设备。为了使每一个输人端口都能与任何一个输出端口连接，就需要大量的开关。这些开关需要编织成一定的结构，通常称为交换机的内部交换网络（SwitchingFabrics),又称为“接续网络”，其中各开关的状态是由交换控制器设置的。
1876年贝尔发明电话以后，首先出现的是人工交换机。塞绳可以看作为这种交换机的内部交换网络，而控制器的任务则由接线员完成。1892年开通了世界上第一部步进制自动交换机，它的接续网络由电磁继电器的接点组成，它的控制器包含许多上升旋转型选择器，由用户话机发出的拨号脉冲信号直接控制。1940年前后，出现了纵横制交换机，其接续网络采用了机电纵横接线器（Crossbar)，实际上是一个由继电器控制的开关矩阵，它的控制方式是共同控制，由布线逻辑实现。纵横制交换机曾得到广泛应用，一直延续到20世纪80年代才被更先进的程控交换机所取代。
程控交换机是由计算机存储的程序进行共同控制的交换机，其内部交换网络不再由机电开关构成，而由电子开关构成。交换网络又有模拟空分和数字时分之别。现在得到广泛应用的是数字时分程控交换机。作为电话交换机，它提供的连接通命所支持的基本速率是64kbit/s(即一个PCM话路）；作为ISDN交换
机，它可支持/Vx64kbit/s(/V=l-30)的速率；作为宽带电路交换机，它可支持准同步数字序列（PDH)和同步数字序列（SDH)各个等级的速率，如
E1(2.048Mbit/s),E3(34.368Mbit/s),STM-1(155.52Mbit/s),STM-16(2.5Gbit/s)以及STM>64(lOGbit/s)等。
由此可见，电路交换是一项既古老又在不断发展和更新的技术。迄今为止，它仍然得到广泛的应用。这是因为它具有以下优点：它能根据用户的需求提供端到端的临时专用通路，在建立连接之后端到端的传送时延是恒定的，基本上等于路径的电波传播时延。这一特点使得它能很好地支持恒定比特率的电话和视频业务。但是，正因为它提供的是临时专用通路，当占用该通路的用户不发任何信息时，该通路的容量也不可能被其他用户所用，所以其信道利用率是不高的。当用户发送的业务具有很强的突发性时，信道利用率就会很低。另外，它支持的传输速率是固定的，因而是不灵活的。
1.3.2 分组交换
如前所述，现代的电路交换是一种数字时分程控交换，它的技术基础是同步时分复用。它利用周期性出现的传输帧来承载用户信息，不同的信息通路是根据时隙在周期性帧内的位置来区分的，由此带来了信道利用率低、速率不灵活等缺点。分组交换是根据数据业务的特征设计的，它的技术基础是异步时分复用（又称统计时分复用）。它利用分组来承载用户信息，分组之间的间隔时间是可变的。因而发送速率是灵活可变的，而且当用户无信息发送时，就可以不发分组，即不占用信道资源。