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信息传输与交换技术 第3章 数字程控交换原理 固定电话网 公用电话交换网（PSTN）是我国发展最早的电信网，主要为用户提供电话业务。就目前来看，PSTN仍然是我国规模最大、业务量最高的电信业务网。 我国电话网经历了人工网和模拟自动网，进入了现在的数字程控自动电话交换网。自1982年12月我国第一个数字程控电话交换网开通后，我国电话网的规模迅猛发展，网络结构不断优化。 图1 由一台交换机组成的通信网 最简单的通信网仅由一台交换机组成，如图1所示。每台通信终端通过用户线与交换机中的相应接口连接。交换机能在任意选定的两条用户线之间建立和释放一条通信链路。 电话交换网的结构 当用户数量很多且分布的区域较广时，一台交换机不能覆盖所有用户，这时就需要设置多台交换机，如图2所示。 在该通信网中，直接连接电话机或终端的交换机称为本地交换机或市话交换机，相应的交换局称为端局或市话局；仅与各交换机连接的交换机称为汇接交换机，相应的交换局称为汇接局。当通信距离很远、通信网覆盖多个省市乃至全国范围时，汇接交换机又称长途交换机。交换机之间的线路称为中继线。 显然，长途交换设备仅涉及交换机之间的通信，而市内交换设备既涉及到交换设备之间的通信又涉及到交换设备与终端的通信。 电话通信的基本概念 电话通信系统必须包括终端设备、传输设备和交换设备3个组成部分。 电话通信采用电路交换技术，目前主要依靠数字程控交换技术来实现。 电路交换技术的发展 1876年，在Bell发明电话以后很短的时间里，人们就意识到应该把电话线集中到一个中心节点上，这就诞生了最早的电话交换技术——人工磁石电话交换机。这种交换机的交换网络就是一个接线台，非常简单，接线由人工控制。 1889年，Strowger A. B. 发明了第一个由两步动作完成的自动交换机，以后又逐步演变为步进制自动交换机。它由主叫用户的拨号脉冲直接控制交换网络中的步进选择器来完成电话的接续。 第二次世界大战后，晶体管的发明刺激了交换系统的电子化，导致了20世纪50年代后期第一个电子交换机的出现。 随着计算机技术的出现，从20世纪60年代开始有了软件控制的交换系统。 20世纪70年代，电话语音被编码后传送，出现了数字程控交换机。 电路交换原理 通信网由终端、交换机和传输系统组成。终端是信息产生的源点或接收信息的目的点；传输系统负责传送信息。网络中的复杂控制是由交换机来完成的。 无论何种交换机，在通信网中均完成如下功能： 接入功能：完成用户业务的集中和接入，通常由各类用户接口和中继接口完成。 交换功能：指信息从通信设备的一个端口进入，从另一个端口输出。这一功能通常由交换模块或交换网络完成。 信令功能：负责呼叫控制及连接的建立、监视、释放等。 其它控制功能：包括路由信息的更新和维护、计费、话务统计、维护管理等。 路由表 在交换技术的实现方式上，虽然受到业务网络实现方式的限制，但实现交换的基本成分均包含路由表、转发表(可选)、交换模块和相关控制信令。 路由表： 终端、交换机和传输线之间的连接形式多种多样。网络的拓扑结构可以是线型、星型、网型、环型、树型等等，复杂的网络结构则是这几种基本结构的组合。交换机要正确完成指定的交换功能，基本的前提是网络中的每一个交换节点都必须拥有当前网络的拓扑结构信息，我们将交换节点中存储的到网络中每一个目的地的路由信息的数据结构称为“路由表”，交换节点依靠它进行寻址选路。 路由表 路由表可以静态设置，如电话网中的路由表和ITU ATM网中的路由表是以局数据的形式人工输入的，输入前已根据网络拓扑结构考虑了冗余路由。这种情况下，交换节点之间可以不使用路由协议。路由表也可以动态创建，如无连接的Internet就是根据路由协议来交换网络拓扑信息，创建转发的路由表的。 转发表 在无连接网络中，由于每一个分组都携带目的地网络地址，交换节点只需要根据路由表就可以完成从入端口到出端口的交换。 在面向连接网络中，连接建立阶段传递的控制数据中包含目的地址，沿途交换节点以目的地址为关键字，查找路由表，就可以确定到指定目的地相应入端口的信息应该交换到哪一个出端口，交换节点同时将该信息保存到一张数据表中，以维持网络内的连接状态，这张表就是转发表。在用户数据传输阶段，用户数据无需携带目的地地址，交换节点将根据已经建立好的转发表实现快速的数据交换。实际上，转发表记录的是一个交换节点当前维持的连接在该交换节点实现交换时要走的内部通道信息。 交换模块 交换功能是交换系统最重要的基本功能之一。完成这一基本功能的部件是交换模块，也叫交换网络（switching network）。 如果不考虑交换网络的内部结构，那么交换网络对外的特性是一组入线和一组出线。N条入线和N条出线组成的交换网络用N×N表示。对于数字交换网络，每一条入线和出线均是时