第二章 交換網(wǎng)絡

交換網(wǎng)絡的構成和分類交換單元交換單元的基本概念空間交換單元——空分交換

開關陣列空間接線器時分交換單元——時分交換

共享存儲器結構(時間接線器)

共享總線型結構交換網(wǎng)絡CLOS網(wǎng)絡TST網(wǎng)絡DSN網(wǎng)絡BANYAN網(wǎng)絡主要內(nèi)容2023/2/41通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

交換的基本功能是在任意的入線和出線之間建立連接。

1、交換網(wǎng)絡的構成和分類在交換系統(tǒng)中完成這一基本功能的部件就是交換網(wǎng)絡，它是交換系統(tǒng)的核心。交換網(wǎng)絡是由若干個交換單元按照一定的拓撲結構和控制方式構成的。

交換單元是構成交換網(wǎng)絡的最基本的部件。2023/2/42通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉電信交換系統(tǒng)的基本結構交換網(wǎng)絡控制系統(tǒng)接口接口接口接口用戶線中繼線信息傳送子系統(tǒng)控制子系統(tǒng)2023/2/43通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交換單元的基本概念開關陣列與空間交換單元共享存儲器型的交換單元——時間交換單元共享總線型的交換單元——數(shù)字交換單元2、交換單元2023/2/44通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交換設備的結構交換網(wǎng)絡：將入線上的信息送到出線上，完成交換動作；接口單元：完成外部線路接口標準與交換單元接口標準的轉換；控制單元：控制交換單元的動作。2023/2/45通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉2.1交換單元的基本概念入線出線控制端狀態(tài)端…………MXN的交換單元0011M-1N-12023/2/46通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交換單元結構模型——信息流向完成基本電信交換功能的部件，即按一定要求，將入端信息送到出端。無向2023/2/47通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交換單元結構模型——按使用需求入線0M-1出線0N-1入線0M-1出線0N-1出線0N-1入線0M-1集中型（M>N）擴散型（M<N）連接型（M=N）2023/2/48通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交換單元結構模型——按內(nèi)部結構（b）時分交換單元01M-101N-1入線出線（a）空分交換單元（開關陣列）01M-1入線...01N-1...出線......共享總線按照交換單元所接收的信號是模擬信號還是數(shù)字信號，可以把交換單元分為數(shù)字交換單元與模擬交換單元。2023/2/49通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉對于M*N交換單元：入線集合：T={0,1,2,…,M-1}；

出線集合：R={0,1,2,…,N-1}；

連接：一個入線t(t∈T)和一組出線Rt(Rt∈R)的集合c={t,Rt

}為一個連接。t稱連接的起點，r∈Rt

稱連接的終點。連接集合：一個交換單元的連接同時有多個，這就構成了交換單元的連接集合。

交換單元的連接特性(1)——集合描述方式2023/2/410通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交換單元的連接特性(1)——集合描述方式若Rt

中只含有一個元素，則稱該連接是點到點連接；若Rt

中包含多個元素，則稱該連接是點到多點連接。

一個交換單元中，若允許點對多點的連接，

RtR，則稱具有同發(fā)功能；

若Rt=R，則稱具有廣播功能。

不允許多對多或多對一連接，該種情況稱出線沖突。2023/2/411通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

連接方式：C={c1,c2,…}為由若干個連接組成的集合

連接方式的起點集：Tc

={t;t∈ci

,ci

∈C}為該連接方式中所有連接的起點組成的集合。

連接方式的終點集：Rc

={r;r∈Rt,Rt

∈ci

,ci

∈C}為該連接方式中所有連接的終點組成的集合。

若入端t∈Tc，稱其處于占用狀態(tài)；否則稱其處于空閑狀態(tài)。

若出端r∈Rc，稱其處于占用狀態(tài)；否則稱其處于空閑狀態(tài)。交換單元的連接特性(1)——集合描述方式2023/2/412通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交換單元在某一時刻一定處于某種連接方式

總結：連接和連接集合是對應于某一時刻的；連接集合的數(shù)目越多，連接能力就越強。交換單元的連接特性(1)——集合描述方式2023/2/413通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

連接函數(shù)

一個連接函數(shù)對應一種連接，連接函數(shù)表示相互連接的入線編號和出線編號之間的對應關系，即存在連接函數(shù)f，入線t與出線集合f(t)相連接，其連接函數(shù)為

f(t)=Rt

(Rt包含于R)對于一個點到點連接，連接函數(shù)還可以表示為：

f(t)=r(r∈R)

交換單元的連接特性(2)——函數(shù)描述方式2023/2/414通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉連接函數(shù)的表示形式M*N交換單元在任意時刻的連接函數(shù)為

f(t)=Rt

，表示入線集合與出線集合的映射關系；連接函數(shù)有兩種表示形式：1、排列表達式即入線和出線的對應關系t0，t1，…，tn-1r0，r1，…，rn-12、圖形表示

二進制函數(shù)表示（點到點連接方式常用）2023/2/415通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉（1）排列表達式

考慮到存在點到多點的連接，因此t1，t2，……tn中可能有重復的元素存在，因此可以把排列表達式也稱為重排表達式；

出線競爭:是指在排列表達式中r1，r2，……rn之間存在著重復的元素，表明在同一時刻，有多條入線共同連接到同一條出線，造成出線的沖突，是應該避免的問題。在點到點的連接情況下，并且不存在出線競爭的情況下，其排列表達式可以改寫為：t0，t1，……tN-10，1，……N-12023/2/416通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉重排舉例寫出排列表達式2023/2/417通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

同樣，也可以定義出線排列表達式為：0，1，……N-1r1，r2，……rN-1

它的簡化表示為：(r1，r2，……rN-1)簡化的排列表達式

在點到點的連接情況下，并且不存在出線競爭的情況下，出線按序排列時，進一步簡化表示為：(t0，t1，……tN-1)稱之為入線排列表達式，由于可能存在空閑的出端，所以t0，t1，……tN-1中可能有空的元素存在，可用φ表示。2023/2/418通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉入端重排舉例寫出入線表達式和出線表達式2023/2/419通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉還可通過圖形方式來表達連接函數(shù)。分別把入線與出線按編號由上到下排列，然后入線與出線之間可以用一條直線連接起來，表示該入線與出線有連接。下圖表示了一個常用的N=8的交叉連接方式。（2）圖形表示2023/2/420通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉對于點到點連接方式，常用的方法是二進制函數(shù)表示法，即為：E(xn-1xn-2……x1x0)=xn-1xn-2……x1

其中入線編號可以用一個n位二進制數(shù)字xn-1xn-2……x1x0表示，用它作為連接函數(shù)的變量；與該入線連接的出線的編號也用一個二進制數(shù)字來表示，作為連接函數(shù)的值。（3）二進制函數(shù)表示2023/2/421通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉直線連接：二進制函數(shù)表示：I(xn-1xn-2…x1x0)=xn-1xn-2…

x1x0

排列表示（N=4）：0，1，2，30，1，2，3

圖形表示（N=4）：

00123123

交換單元常用的連接方式（1）2023/2/422通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交叉連接：二進制函數(shù)表示：E(xn-1xn-2…x1x0)=xn-1xn-2…

x1x0

排列表示（N=4）：0，1，2，31，0，3，2

圖形表示（N=4）：

00123123

交換單元常用的連接方式（2）2023/2/423通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉間隔交叉連接：

Ck(xn-1xn-2…xk

…

x1x0)=xn-1xn-2…xk

…

x1x00012312300123123N=4k=1N=4k=0

交換單元常用的連接方式（3）2023/2/424通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉均勻洗牌連接：

σ(xn-1xn-2…xk

…

x1x0)=xn-2…xk

…

x1x0xn-10123N=84567301234567

交換單元常用的連接方式（4）2023/2/425通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉蝶式連接：

β(xn-1xn-2…xk

…

x1x0)=x0xn-2…xk

…

x1xn-10123N=8456701234567

交換單元常用的連接方式（5）2023/2/426通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交換單元的性能指標交換單元所有入線可以同時送入的總的信息量；交換單元需要規(guī)定自己的信號接口標準，即信號形式、速率及信息流方向；點到點、同發(fā)、廣播；完成交換動作的速度、任何情況下是否能完成指定連接、信息經(jīng)過交換單元是否有損傷（時間、語義）。容量接口功能質(zhì)量2023/2/427通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉2.2各類基本交換單元

2.2空間交換單元——空分交換

2.2.1開關陣列

2.2.2空間接線器

2.3時分交換單元——時分交換

2.3.1

共享存儲器結構(時間接線器)

2.3.2

共享總線型結構2023/2/428通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉2.2.1基本開關陣列2023/2/429通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉有向開關陣列和無向開關陣列

2023/2/430通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉有向開關陣列和無向開關陣列

演示12023/2/431通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉全連通和半連通開關陣列全連通的開關陣列

半連通的開關陣列

2023/2/432通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉基本開關陣列——工作原理開關有接通、斷開兩種狀態(tài)?？刂茖娜刖€和出線是否連接。

每個開關都有一個控制端和一個狀態(tài)端，分別用于控制和表示開關的通斷狀態(tài)。

開關陣列的控制端構

開關陣列的狀態(tài)端構成控制方陣成狀態(tài)方陣2023/2/433通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉基本開關陣列工作原理控制方陣不允許出線沖突時，不允許同發(fā)廣播時，同列只允許一個“1”。同行只允許一個“1”。2023/2/434通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉基本開關陣列——性質(zhì)由空間上分離的多個開關部件構成，是一種空分交換單元；開關數(shù)量=交叉點數(shù)量=，適于構造小的交換單元；容易實現(xiàn)同發(fā)和廣播；為避免出線沖突，每列開關只能有一個處于“接通”狀態(tài)；

無內(nèi)部阻塞；

均勻的單位延遲時間。M×N2023/2/435通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉實際開關陣列舉例

繼電器開關陣列噪聲大、動作慢；模擬電子開關陣列衰耗和延時大；數(shù)字電子開關陣列邏輯門，動作迅速；2023/2/436通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉開關陣列的實現(xiàn)舉例

多路選擇器多路選擇器實際上就是多個入線中選擇一個出線，或一條入線從多個出線中選出。演示2、32023/2/437通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉開關陣列的實現(xiàn)舉例

多路選擇器的特點一列開關作為一個多路選擇器；可有效避免出線沖突。2023/2/438通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉開關陣列的實現(xiàn)舉例2023/2/439通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉2.2.2空間接線器

空間接線器用來實現(xiàn)多個輸入復用線與多個輸出復用線之間的空間交換，而不改變其時隙位置?？臻g交換單元的另一種結構是空間接線器（SpaceSwitch），簡稱為S單元或S接線器，定義2023/2/440通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉空間接線器的基本結構S接線器的構成：

交叉點矩陣：開關陣列控制存儲器（CM-ControlMemory）：

控制每條輸入復用線與輸出復用線上的各個交叉點開關在什么時候打開或閉合。2023/2/441通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉空間接線器的特點特點S接線器所含CM數(shù)量等于入（出）線數(shù)；每個CM的所含有的存儲單元個數(shù)等于入（出）線上的復用時隙數(shù)；每個存儲單元為n位,且滿足N≤2n,

其中N為入（出）線上數(shù)。2023/2/442通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉空間接線器的控制方式分類按照空間接線器的控制存儲器控制交叉點矩陣的工作方式，分為兩類：輸入控制方式與輸出控制方式。輸入控制方式

控制存儲器是按照輸入復用線配置，控制每條輸入復用線上應該打開的交叉點開關。輸出控制方式控制存儲器是按照輸出復用線配置，控制每條輸出復用線上應該打開的交叉點開關。2023/2/443通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉空間接線器的輸入控制方式012012012TS50TS303501TS32TS5020127演示52023/2/444通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉012012012TS50TS303501TS30TS5020空間接線器的輸出控制方式127演示42023/2/445通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉只完成空間交換，不進行時隙的交換空間接線器的工作特點空間交換單元的輸入線和輸出線都是時分復用線，按照時分方式工作。交換的控制過程由硬件CM實現(xiàn)，速度快。交換時延小，且穩(wěn)定。嚴格無阻塞,可避免出線沖突2023/2/446通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉2.3

時分交換單元按照共享通路是存儲器還是總線，將時分交換單元劃分為兩種類型：

共享存儲器型交換單元共享總線型交換單元時分交換單元的內(nèi)部只存在一條唯一的通路，由輸入復用線上的各個子信道分時共享并完成交換功能。2023/2/447通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉2.3.1共享存儲器型交換單元01N-1N路輸入信號N路輸出信號

劃分為兩種工作方式：輸入緩沖方式輸出緩沖方式2023/2/448通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉時間(T)接線器時間接線器（TimeSwitch），簡稱為T單元或T接線器，它是一個典型的共享存儲器型的交換單元，用來實現(xiàn)時隙交換功能。

時隙交換是指入線上各個時隙的內(nèi)容要按照交換連接的需要，分別在出線上的不同時隙位置輸出。2023/2/449通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉時間接線器的基本結構T接線器主要由話音存儲器（SM:SpeechMemory）、控制存儲器(CM:Controlmemory)構成和控制電路組成。(1)話音存儲器SM用來暫存話音的數(shù)字編碼信息，SM的容量等于輸入復用線上每幀的時隙數(shù)。(2)控制存儲器用來控制話音存儲器的讀或?qū)懀娣诺膬?nèi)容是話音存儲器在當前時隙內(nèi)應該寫入或讀出的地址。分為輸出控制與輸入控制兩種方式2023/2/450通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉時間接線器的輸出控制方式演示62023/2/451通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉時間接線器的輸入控制方式演示72023/2/452通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉時間接線器基本結構

話音存儲器的單元數(shù)與入復用線（或出復用線）的時隙數(shù)相同，如果傳輸語音信息，每個單元的大小也應該是8位?？刂拼鎯ζ鞔娣诺膬?nèi)容是話音存儲器在當前時隙內(nèi)應該寫入或讀出的地址?？刂拼鎯ζ髋c話音存儲器的單元數(shù)大小相等，每個單元的大小與控制存儲器的單元數(shù)目n有關系，設控制存儲器每個單元為c比特，那么c至少應該滿足條件2c=n。2023/2/453通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉輸出控制方式實例2023/2/454通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉輸入控制方式實例2023/2/455通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉T接線器的工作原理CM：在一個時隙內(nèi)至少完成一次讀操作；

SM：在一個時隙內(nèi)完成一次讀操作和一次寫操作；2023/2/456通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉T接線器的工作特點時分交換。

用于交換同步時分復用的信號。

SM劃分為N個區(qū)域，每個區(qū)域一個字節(jié)，存放一個話音數(shù)據(jù)。各個區(qū)域間不共享，各個區(qū)域內(nèi)無排隊緩沖。

交換的控制過程由硬件CM實現(xiàn)，速度快。

嚴格無阻塞。

可避免出線沖突。速率（帶寬）固定為64kbit/s。

經(jīng)過時間接線器交換的信息存在著時延。（最小、最大的情況）2023/2/457通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉2.3.2共享總線型交換單元2023/2/458通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉共享總線型交換單元的結構輸入部件：接收入線信號，進行格式變換并緩存，并在分配給該部件的時隙上把收到的信息送到總線上。輸出部件：檢測總線上的信號，取出屬于本出線的信息，格式變換，送出線。

總線：包括多條數(shù)據(jù)線和控制線：數(shù)據(jù)線用于在輸入部件和輸出部件傳送信號；控制線用于控制各輸入部件獲得時隙和發(fā)送信息，以及輸出部件讀取屬于自己的信息。

總線按時隙輪流分配給各個輸入部件和輸出部件使用，其時隙的分配有一定的規(guī)則，如固定時隙分配，按需時隙分配等。2023/2/459通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉定義

數(shù)字交換單元DSE

數(shù)字交換單元DSE（DigitalSwitchingElement）是共享總線型交換單元的典型代表，可以用來組成大規(guī)模的數(shù)字交換網(wǎng)絡DSN(DigitalSwitchingNetwork)。2023/2/460通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉16個雙向端口，每個雙向端口連接一條雙向32路的時分復用PCM線路，構成16*16交換單元。每個信道時隙3.9us，傳輸16bit信息，該條PCM線路速率4096kbit/s。16個雙向端口通過一條時分復用總線(TDM)連接在一起。

DSE的結構2023/2/461通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

DSE內(nèi)部電路各模塊作用

緩存和時序轉發(fā)接收本時隙數(shù)據(jù)的端口地址。緩存和時序轉發(fā)接收本時隙數(shù)據(jù)的信道地址。端口地址匹配比較，匹配時產(chǎn)生寫信號將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)RAM。緩存數(shù)據(jù)，并按時序操作輸出數(shù)據(jù)2023/2/462通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉DSE——復用總線復用總線：39根數(shù)據(jù)總線D——16根；端口地址總線P——4根；信道地址總線CH——5根；控制總線C——5根；證實線ACK——1根；返回信道總線ABC——5根；時鐘線CK——3根。2023/2/463通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉DSE——信道字

PCM鏈路有32個時隙（32個信道），每個信道傳輸16比特的信息，包括8bit用于選路的控制信息8bit的用戶話音/數(shù)據(jù)信息把這16bit的信息稱為信道字，DSE根據(jù)從PCM鏈路接收到的信道字進行工作的。2023/2/464通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉數(shù)據(jù)信道字不管包含了話音與數(shù)據(jù)信息，一般只用到了16bit中的8位，用來傳送數(shù)據(jù)；(最高位11)換碼信道字

用于表示信道字中有處理機傳送的控制信息。(最高位10)置閑信道字使占用的話路置為空閑，用來拆除已經(jīng)建立的連接；(最高位00)選擇信道字由端口號，信道號構成，表明該路信號要交換到哪個端口的哪個信道上去，一般用來建立連接；(最高位01)信道字主要有以下四種類型2023/2/465通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉DSE的交換工作原理

呼叫建立階段，外圍模塊按接續(xù)要求產(chǎn)生通道選擇字寫入端口RAM和信道RAM，這里，端口3的TS10上數(shù)據(jù)想交換到端口9的TS20。數(shù)據(jù)交換階段，端口RAM和信道RAM在時序操作下，自動將命令字按時序放在總線上。當收到的端口地址數(shù)據(jù)與本端口號符合時，則產(chǎn)生寫信號并總線上的信道地址將數(shù)據(jù)寫入到數(shù)據(jù)RAM的對應單元。在時序操作下，按序?qū)⒏鲉卧臄?shù)據(jù)讀出。2023/2/466通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉DSE——總結DSE具有建立、保持、拆除其內(nèi)部通道的功能，并且能夠在已建立好的內(nèi)部通道上進行信息交換。DSE是比較復雜的交換單元，它不僅能完成不同復用線之間信息的交換，還能完成不同時隙之間的信息交換，即它同時具有

空間交換功能和時間交換功能，因而我們也稱其為時空結合交換單元2023/2/467通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

2.3交換網(wǎng)絡概念

在交換系統(tǒng)中完成交換功能的部件就是交換網(wǎng)絡，它是交換系統(tǒng)的核心。交換網(wǎng)絡是由若干個交換單元按照一定的拓撲結構和控制方式構成的。

交換單元是構成交換網(wǎng)絡的最基本的部件。2023/2/468通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交換網(wǎng)絡的結構控制單元出線入線……交換網(wǎng)絡……交換單元交換單元交換單元交換單元...2023/2/469通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉單級交換網(wǎng)絡拓撲連接

2.3.2

交換網(wǎng)絡的分類方式多級交換網(wǎng)絡無阻塞交換網(wǎng)絡內(nèi)部阻塞有阻塞交換網(wǎng)絡單通路交換網(wǎng)絡多條通路多通路交換網(wǎng)絡空分交換網(wǎng)絡交換方式時分交換網(wǎng)絡2023/2/470通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉(1)按拓撲連接方式單級交換網(wǎng)絡需要交換的信息從交換網(wǎng)絡入線到交換網(wǎng)絡出線只經(jīng)過一個交換單元。2023/2/471通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉需要交換的信息從交換網(wǎng)絡輸入端到交換網(wǎng)絡輸出端需要經(jīng)過多個交換單元。多級交換網(wǎng)絡(1)按拓撲連接方式2023/2/472通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉多級交換網(wǎng)絡多級交換網(wǎng)絡也稱為多級互聯(lián)網(wǎng)絡MIN(MultistageInterconnectionNetwork)定義所有交換網(wǎng)絡輸入端都只與第1級交換單元連接；所有第1級交換單元的出線只連接和第2級交換單元入線；所有第2級交換單元的出線只連接和第3級交換單元入線；依此類推，所有第N-1級交換單元的出線只連接和第N級交換單元的入線；所有交換網(wǎng)絡的輸出端只連接到第N級交換單元的出線上。2023/2/473通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉0123456701234567三級交換網(wǎng)絡實例交換網(wǎng)絡2023/2/474通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉多級交換網(wǎng)絡的特點（1）交換網(wǎng)絡中信元從輸入端到輸出端至少需要經(jīng)過兩次以上的過程來確定傳輸路徑；（2）

入線到出線的全連通性；（3）內(nèi)部通路的共享。。

2023/2/475通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉(2)按存在內(nèi)部阻塞分類交換網(wǎng)絡不同輸入端來的信息在交換網(wǎng)絡中交換時發(fā)生了對同一公共資源爭搶的情況，這時在競爭資源中失敗的信息就會被阻塞，直到這個公共資源被釋放。對同一公共資源的競爭(1)內(nèi)部競爭同時要交換的兩路信息同搶交換單元內(nèi)部的通路資源；

(2)出線競爭不同入端來的信息同時爭搶交換網(wǎng)絡同一個輸出端口出線而發(fā)生的競爭。2023/2/476通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉(2)按存在內(nèi)部阻塞分類因為內(nèi)部競爭而發(fā)生的阻塞稱為內(nèi)部阻塞，把存在內(nèi)部阻塞的交換網(wǎng)絡稱為有阻塞交換網(wǎng)絡，把不存在內(nèi)部阻塞的交換網(wǎng)絡稱為無阻塞交換網(wǎng)絡。三種類型的無阻塞交換網(wǎng)絡（1）嚴格無阻塞交換網(wǎng)絡不管網(wǎng)絡處于何種狀態(tài)，任何時刻都可以在交換網(wǎng)絡中建立一個新的連接，只要這個連接的起點、終點是空閑的，而不會影響網(wǎng)絡中已建立起來的連接。。2023/2/477通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉無阻塞交換網(wǎng)絡類型（2）可重排無阻塞交換網(wǎng)絡不管網(wǎng)絡處于何種狀態(tài)，任何時刻都可以在交換網(wǎng)絡中直接或間接地對已有的連接重新選路來建立一個連接，只要這個連接的起點、終點是空閑的，而不會影響已建立起來的連接。（3）廣義無阻塞交換網(wǎng)絡指一個給定的網(wǎng)絡存在著固有的阻塞可能，但又可能存在著一種精巧的選路方法，使得所有的阻塞均可避免，而不必重新安排網(wǎng)絡中已建立起來的連接。2023/2/478通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉13421342C1C1cc2cc2可重排無阻塞網(wǎng)絡舉例1，2，3，44，2，1，3

重排連接連接通暢2023/2/479通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉(3)按內(nèi)部存在通路分類單通路交換網(wǎng)絡多通路交換網(wǎng)絡任一條入線與出線之間只存在唯一的一條通路，沒有其他可供選擇的通路。任一條入線與出線之間存在著多條通路。如果信息要從一個輸入端口交換到一個輸出端口，可以選擇這多條通路中的一條來進行交換。2023/2/480通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉0123456701234567單通路交換網(wǎng)絡實例交換網(wǎng)絡2023/2/481通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉多通路交換網(wǎng)絡實例2023/2/482通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

單通路和多通路交換網(wǎng)絡特點單通路交換網(wǎng)絡不存在內(nèi)部阻塞，控制簡單。多通路空分交換網(wǎng)絡比單通路空分交換網(wǎng)絡復雜，但是多通路交換網(wǎng)絡有很好的容錯性能。比較2023/2/483通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉(4)按交換方式分類空分交換網(wǎng)絡時分交換網(wǎng)絡任可以在多對輸入端口與輸出端口間同時并行地傳送信息，具有空間交換的功能。所有的輸入與輸出端口分時共享單一的通信通路，具有時隙交換功能；2023/2/484通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉2.3.1TST交換網(wǎng)絡TST網(wǎng)絡是在電路交換系統(tǒng)中經(jīng)常使用的一種交換網(wǎng)絡，它是三級交換網(wǎng)絡，兩側為T接線器，中間一級為S接線器，S級的出入線數(shù)決定于兩側T接線器的數(shù)量。定義第1級T接線器：負責輸入母線的時隙交換；第2級S接線器：負責母線之間的空間交換；第3級T接線器：負責輸出母線的時隙交換。2023/2/485通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交換網(wǎng)絡一般是建立雙向通路，為簡化控制，內(nèi)部時隙的選擇一般采用“反相法”，使兩個方向的內(nèi)部時隙相差半幀，即：

Nb=Na+Nf/2其中：Nf=一幀的時隙數(shù)Na=A到B方向的內(nèi)部時隙數(shù)

Nb=B到A方向的內(nèi)部時隙數(shù)TST網(wǎng)絡——特點好處：呼叫處理機可以一次選擇兩個方向的路由，避免二次路由選擇，減輕了處理機負擔。2023/2/486通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

DSN是由DSE構成的多級多平面時空結合的交換網(wǎng)絡，應用于S1240數(shù)字程控交換系統(tǒng)。2.3.2DSN網(wǎng)絡2023/2/487通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉2.3.2DSN網(wǎng)絡

采用多級多平面結構，入口級DSE分為兩部分分別連接終端模塊，熱備用或負荷分擔，向上連接不同平面。選組級采用多平面結構，最多4個平面，熱備用或負荷分擔，通路連接采用折疊返回方式，鏈路為入出雙向。各個DSE之間的連線按照已設計好的固定規(guī)律相連，例如，入口級到第2級，端口號－8＝平面號，DSE號或DSE號＋4＝第2級端口號。0-712-15共1024個DSE每組8個DSE2023/2/488通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉DSN工作原理DSN的接續(xù)通路建立不必歷經(jīng)所有級。每個終端都具有唯一的網(wǎng)絡地址，不同端口之間連接的建立是根據(jù)目的端口的網(wǎng)絡地址逐級選路進行的。建立連接時，首先由主叫終端模塊處理機產(chǎn)生選擇命令字，包括網(wǎng)絡地址有13bit，分為ABCD四部分。選擇命令字經(jīng)入口級進入DSN，DSN中各相關DSE按照命令字要求，將相關控制命令存入端口RAM和信道RAM的對應單元。選擇命令字經(jīng)相關級指定建立接續(xù)通路，再從折返點到被叫模塊自由選路。2023/2/489通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉A：4比特，對應于第1級，表示終端模塊所連接的入口級DSE的輸入端口號（0~7，12~15，共12個）。B：2比特，對應于第2級，表示第1級DSE的出線應連接的第2級DSE的輸入端口號（0~7）。由于第1級成對DSE連接到第2級DSE的端口號分別為n和n+4，這里n為0~3，因此只需要2比特來區(qū)分4個地址即可。C：3比特，對應于第3級，表示第2級DSE的出線應連接的第3級DSE的輸入端口號（0~7）。D：4比特，對應于第4級，表示第3級DSE的出線應連接的第4級DSE的輸入端口號（0~15）。也等于第2級和第3級的組號。DSN工作原理2023/2/490通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉當某一終端模塊要與另一終端模塊通過DSN建立通路連接時，就將自己的網(wǎng)絡地址與目的端口的網(wǎng)絡地址相比較，首先比較的是D，如不相同，說明源和目地終端模塊之間所要建立的連接不在同一組內(nèi)（位于第2級和第3級的不同組內(nèi)），通路連接要經(jīng)過第4級；若D相同，C不同，說明兩個終端模塊之間所建立的通路連接位于同一組內(nèi)，連接的建立只涉及到選組級的第2、3級；若D、C相同，B不同，則說明兩個終端模塊之間所建立的通路連接經(jīng)過第2級的同一個DSE，該通路的建立折回點在第2級；若D、C、B相同，A不同，此時通路的建立只經(jīng)過網(wǎng)絡的第1級。如此通過網(wǎng)絡地址的比較確定通路的折回點，并發(fā)送選擇命令進行逐級選路，從而建立起通路連接，完成交換功能。DSN工作原理2023/2/491通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉DSN工作原理

DSN地址D位不同，即主被叫處于不同的組（5和10），須全網(wǎng)接續(xù)。2023/2/492通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉小結電路交換網(wǎng)絡，就是從物理層面上提供信號傳送通路，可采用數(shù)字信號存儲，用者選擇讀取的共享存儲器方式，也可以利用時分總線方式。時間接線器是數(shù)字交換技術的核心，可實現(xiàn)不同時隙、不同復用線之間的數(shù)據(jù)交換，受電子器件和模式限制，不能實現(xiàn)大容量交換?？臻g接線器只完成不同總線同一時隙數(shù)據(jù)交換，不能單獨使用，但和時間接線器聯(lián)合使用，可構成大容量的交換網(wǎng)絡。多級互連是構成大容量交換網(wǎng)絡的基本方法，TST網(wǎng)絡和DSN網(wǎng)絡。2023/2/493通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉2.3.3.1Banyan網(wǎng)絡Banyan網(wǎng)絡的基本結構Banyan網(wǎng)絡的基本特性Banyan網(wǎng)絡內(nèi)部阻塞的解決方法2023/2/494通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

典型的banyan網(wǎng)絡是指由2X2的交換單元構成的多級、空分的交換網(wǎng)絡。

Banyan網(wǎng)絡的基本結構8x8的3級banyan網(wǎng)絡樹型結構0123456701234567網(wǎng)絡級數(shù)單通路2023/2/495通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

樹型結構特性：

每個輸入端通過N級交換單元均可以到達任何輸出端；

banyan網(wǎng)絡的級數(shù)k=log2N，N表示入線或出線數(shù)單通路特性：

banyan的任一入端到任一出端之間，具有1條且僅有一條通路。Banyan網(wǎng)絡的特征（1）2023/2/496通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

自選路由，即是給定出線地址，不用外加控制命令，就可選到出線。

Banyan網(wǎng)絡的特征自選路由特性：2023/2/497通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉Banyan網(wǎng)絡的自選路由特性012345678910111213141501234567891011121314150010001001100110入線4出線2入線6出線62023/2/498通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉可擴展性：

banyan的構成具有一定的規(guī)律，可以采用有規(guī)則的擴展方法將較小容量的banyan擴展成較大規(guī)模。如從已有NXN的BANYAN網(wǎng)絡，擴展成2NX2N的BANYAN網(wǎng)絡，可用2組NXN，再加上一組N個2X2交換單元構成。Banyan網(wǎng)絡的特征2023/2/499通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉4X4的BANYAN擴展成8X8的BANYAN2023/2/4100通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉8X8擴展成16X16的BANYAN網(wǎng)絡2023/2/4101通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111Banyan網(wǎng)絡的特征（4）內(nèi)部鏈路競爭內(nèi)部線路竟爭性：

banyan是具有內(nèi)部競爭的有阻塞網(wǎng)絡。入線4出線4入線6出線6同時建立兩個連接：和2023/2/4102通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉1）可以通過增加多級交換網(wǎng)絡的級數(shù)來消除內(nèi)部阻塞。2）使用排序-banyan網(wǎng)絡——BATCHER-BANYAN網(wǎng)絡。解決內(nèi)部阻塞的方法2023/2/4103通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉解決內(nèi)部阻塞——增加網(wǎng)絡級數(shù)Banyan網(wǎng)絡

通過增加網(wǎng)絡級數(shù)，可以達到無阻塞，但失去了唯一路徑特性和自動選路特性。BENES網(wǎng)絡內(nèi)部鏈路競爭2023/2/4104通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉解決內(nèi)部阻塞——加入排序網(wǎng)絡xymin(x,y)max(x,y)向上排序器x=0010y=0001min(x,y)max(x,y)向下排序器當排序器的輸入只有一個時，則排序器將它作為選路標簽小的信息來處理。Batcher網(wǎng)絡是由被稱為batcher排序器（sorter）的2×2排序器構成，它實際上是一個兩入線/兩出線的比較單元