现代交换原理复习笔记 - 第三、四章

转载自 BakaNetwork/PrinciplesOfModernSwitchingCircuit - GitHub，有少量修改。

• 电话交换
• 分组交换

第三章 电话交换

程控数字交换机的结构

用户模块——远端用户模块/母局模块

例题

远端用户模块可以节省用户线路投资，改善传输质量。

远端用户模块的构成和功能与用户模块基本相同。但远端用户模块放置在离中央母局比较远，但用户集中的地方，通常采用中继方式传输。

用户模块的基本功能

用户模块：

• 用户电路：每条用户线有一个用户电路，完成信号采集、动作驱动、话音传输等功能。
• 交换电路：用户级交换和话务集中（集中比为 2：1 或 4：1）。
• 收号器：接收用户的 DTMF 号码。
• 扫描存储器：接收各个用户电路的扫描信息，送用户处理机。
• 分配存储器：接收用户处理机对各个用户电路的指令，控制各用户电路继电器的动作。
• 用户处理机：与中央处理机协调控制用户电路和交换电路的工作。
• 通信电路（信号提取插入）：负责收发用户处理机与中央处理机之间通信的信息。
• 网络接口：负责把用户的话音和处理机来的消息合并在一起，送到中央级的数字交换网络。

用户电路功能：BORSCHT

• 馈电（Battery feeding）：向用户提供直流馈电电流，电压-48V。
• 过压保护（Overvoltage protection）：二极管用于钳制电压，无论外线电压高于或低于内线，都会由二极管钳制内线为-48V，R 为热敏电阻，可自行烧毁。
• 振铃控制（Ring control）：控制是否向用户线发送 25Hz 铃流信号。
• 监视（Supervision）：监视用户环路的通断状态，通过电阻的直流压降得知用户是否摘机。
• 编译码和滤波（CODEC&filters）：模拟话音信号与 64Kbps 数字话音信号转换。对模拟信号进行编码、对数字信号进行解码；为避免混叠失真、50Hz 干扰、3400Hz 以上频率分量，进行滤波。
• 混合电路（Hybrid circuit）：在用户话机的 2 线双向信号和 PCM 的 4 线单向信号之间进行 2/4 转换。（发生在编码之前和译码之后）
• 测试（Test）：控制是否进行内外线的故障检测。

数字中继电路（连接远端用户模块使用）：

• 内部 NRZ 码与外部 HDB3 码之间的转换
• 时钟提取和同步（位同步、帧同步、复帧同步）：从输入的数据流中提取时钟信号，作为输入数据流的基准时钟；从接收的数据流中搜索并识别到同步码，以确定一帧的开始，以便接收端的帧结构排列和发送端的完全一致。
• 信令的插入提取。

数字交换网络

复用器与分路器：

1 点速率为 2048 kbit/s，传输信号为串行码；2 点速率为 256 kbit/s，传输信号为 8 位并行码；3 点速率为 1024 kbit/s，传输信号为 8 位并行码。

如果复用器输入线数为\(n\)，依次编号为\(0,1,\ldots,n-1\)，且\(i\)号输入线上\(j\)时隙信号\(TS_j\)经复用器串并变换和复用后，在输出线上第\(k\)个时隙输出，即在\(TS_k\)出现，则有：\(k=jn+i\)。

话路建立：

• 用户 A 呼叫用户 B：用户级出线\(HW_0TS_{8}\)经过复用器\(M_0\)交换为\(ITS_{16=2*8+0}\)，选择交换时隙\(ITS_{20}\)；
• 用户 B 建立到用户 A 的连接：采用反向法（半帧法）计算，由\(ITS_{20}\)，T 接线器输入信号每帧为 64 时隙（由两条 PCM32 线路复用而来），半帧为 32，故 20+32=52，所以 B 到 A 的连接选择\(ITS_{52}\)。

完整版：

• 每个用户模块连接 256 个用户，内部提供 8 条 HW，32TS/HW（即 256*256）的交换
• 所有模块（包括用户模块/中继模块/信号音源）连接到 TST 的中央交换网络，支持 16K*16K 的交换（每个 T 支持 512*512 交换）。用户模块采用复接方式接入 TST（A 为复接点），实现话务集中
• 用户 A 接至模块 0 的 HW0TS1，用户 B 接至模块 n 的 HW7TS31 （双向都使用该时隙）
• 系统为用户 A 选择模块 0 的空闲时隙 HW0TS3（双向），模块 0 的 HW0 固定连接到 M0 的 HW0; 为用户 B 选择模块 n 的空闲时隙 HW3TS8（双向），模块 n 的 HW3 固定连接到 M31 的 HW8
• A→B 连接时，TST 网络选择使用内部时隙 ITS4；B→A 连接时， 使用反相法选择内部时隙

控制部分（概念掌握）

控制方式：

• 集中控制：处理机对交换系统内所有功能及资源统一控制。
  • 处理机直接控制所有功能的完成和资源的使用，因此控制关系简单，处理机间通信接口简单。
  • 单个处理机上的应用软件复杂、庞大。
  • 一旦处理机系统故障，整个控制系统失效。可靠性较低。
• 分级分散控制：控制系统由多个处理机构成，分别完成不同功能并对不同资源实施控制。
  • 处理机之间分等级，高级别处理机控制低级别处理机。
  • 处理机之间通信接口较为集中，控制方式复杂，但比全分散简单。
  • 各处理机上应用软件复杂程度适中。
  • 控制系统的可靠性适中。
• 全分散控制：各个处理机之间独立工作，分别完成不同功能并对不同资源实施控制。
  • 处理机之间不分等级，不存在控制与被控制关系。
  • 每台处理机只完成部分功能，要求各处理机协调配合完成整个系统功能，通信接口复杂。
  • 每台处理机应用软件只完成该处理机承担的功能，较为简单。
  • 可靠性较高。
  • 系统具有良好的扩充能力。

多处理机之间的工作分担方式：

• 功能分担：多个处理机分别完成同一话务的不同功能（A 处理机和 B 处理机）。
• 负荷（话务）分担：多个处理机各自完成一部分话务功能（A 处理机和 A 处理机）。

多处理机的可靠性（冗余方式）：

• 双机冗余配置：两套处理机系统，一个主用、一个备用。

  • 同步方式：主备用机同步工作，同时执行指令并比较结果。
  • 互助方式：主备用机负荷均分，分别承担一半话务负荷。一台机器故障，负荷全部转移到另一台机器上。
  • 主备用方式：主机在线运行，备用机处于待机状态。（冷备用：不保存动态呼叫数据，故障切换时直接呼损。热备用：保存动态呼叫数据，故障切换时不会呼损。一般采用热备用。）

• N+m 备份：N 个处理机在线运行，m 个处理机处于备用状态。

程控数字交换机的软件（SDL）

SDL 图：

呼叫处理

呼叫处理：

• 输入处理：在呼叫处理的过程中，输入信号主要有摘机信号、挂机信号、所拨号码和超时信号，这些输入信号也叫做事件，输入处理就是指识别和接收这些输入信号的过程，在交换机中，它是由相关输入处理程序完成的。
• 分析处理：分析处理就是对输入处理的结果（接收到的输入信号）、当前状态以及各种数据进行分析，决定下一步执行什么任务的过程，如号码分析、状态分析等。分析处理的功能是由分析处理程序完成的。
• 任务执行和输出处理：任务执行是指在迁移到下一个稳定状态之前，根据分析处理的结果，完成相关任务的过程。它是由任务执行程序完成的。在任务执行的过程中，要输出一些信令、消息或动作命令，如 No.7 信令、处理机间通信消息以及送拨号音、停振铃和接通话路命令等，将完成这些消息的发送和相关动作的过程叫做输出处理，输出处理由输出处理程序完成。

本局呼叫处理：

摘挂机检测

任务分级和调度

任务分级：

• 级间转移：级别高的程序优先处理。

程序级别	程序功能	启动方式	响应速度
故障级	故障识别和紧急处理	硬件中断	立即响应
周期级	按一定周期进行的各种扫描和驱动	时钟中断	在严格时限内相应
基本级	分析处理和各种无时限任务	事件队列	在一定时限内相应

时间表调度算法

• 每次时间中断到来时，对时间计数器加一，根据时间计数器的值形成时间表行地址。屏蔽表用于控制在该时刻程序是否被调用执行。

时间表的每一行代表时间，每一列为一个比特，代表一个程序。若在第 i 行第 j 列的比特位的值为“1”, 则表示在这个时刻该程序被调用；若为“0”则不被调用。每次时间中断到来时，都要对时间计数器做加“1”操作，时间计数器的值形成了时间表的行地址。程序地址表保存被调用程序的入口地址。屏蔽表用于控制在该时刻该程序是否被调用执行，屏蔽表的每一位对应一个程序，如果某一位为“1”则表示该程序可执行，否则不执行。屏蔽表提供了一种灵活控制程序调用的机制，不用频繁更改时间表了。若时间中断周期为 10ms，则由上述表格结构的设计可知：

• 拨号脉冲识别程序每隔 10ms 被调用执行。
• 按键号码识别程序每隔 20ms 被调用执行。
• 位间隔识别程序每隔 100ms 被调用执行。
• 用户线扫描程序每隔 100ms 被调用执行。
• 中继线扫描程序每隔 100ms 被调用执行。

例题

BHCA 计算

BHCA（maximum number of Busy Hour Call Attempts，最大忙时试呼次数）

• 处理机的系统开销=固有开销（与呼叫处理次数无关）+非固有开销（与呼叫处理次数有关）
• BHCA 计算：\(t=a+bN\)，t 为总开销时间，a 为固有开销，b 为处理一次呼叫的平均非固有开销，N 为单位时间内处理呼叫总次数。注意单位是小时。

例题

如果在一个有效的时间间隔周期内（不包含峰值瞬间），出现在交换设备上的试呼次数，即话务负荷超过了交换机控制系统的设计处理能力时，则称该交换设备运行在过负荷状态。如加入到交换设备上试呼总次数超过它的设计负荷能力的 10%时，此时称为 10%过负荷。

第四章 分组交换

路由器的交换结构

• 高端路由器的 CLOS 结构（了解概念）

MPLS 概念

特点：面向连接（VPC/VCC）、多协议、标签交换

边缘路由、核心交换

LER、LSR、FEC、LIB、LSP 概念

• MPLS 在多种第二层协议上进行标记交换，将第二层和第三层有机结合。

• 核心思想：边缘路由，核心交换：边缘路由保持与现有协议兼容，增强核心网络交换速度。

概念：

• LSP：Label Switched Path 标记交换路径，类似虚电路。
• FEC：Forward Equivalence Class 前转等价类，灵活按照多种方式划分，相同 FEC 的包具有相同 Label，走相同 LSP。
• LIB：Label Information Base 标记信息库，保存转发 Labeled 分组所需要的信息。
• Ingress LER：Ingress Label Edge Router 入口边缘路由器，为每个 FEC 生成 Label，映射到 LSP 下一跳的标记。对入口 IP 分组进行分类，确定 FEC，根据 FEC 查询 LIB 得到下一跳 Label，将 Label 插入 IP 包头，从相应端口发送。
• LSR：Label Switch Router，维护 LIB、完成标记置换。
• Egress LER：去掉 Label 还原成普通 IP 包继续转发。

主要特点：

• 标记置换：将 2 层的交换速度带到 3 层
• 控制平面与转发平面分离：便于采用新的路由协议和交换技术
• 通过标记堆栈实现多层次的转发：提高可扩展性

对比：

例题

简述传统 IP 交换与 MPLS 交换的主要区别

传统 IP 交换采用逐跳转发，路由选择与数据转发同时进行，其核心交换机制是无连接工 作模式。 MPLS 将路由选择与数据转发分开进行，在信息传输之前需要建立虚连接，其核心交换 机制是面向连接的工作模式。

MPLS 交换原理

LDP 标签分配过程：

标记分配方式：

标签操作：

• Push：标签入栈，进入子路由域内传输。
• Pop：标签出栈，回到父路由域传输。
• Replace：置换标签，在同一路由域内传输。

例题