【通信】電話交換網

一、概述

最早,使用人工接線,當A要和B通話,A只要摘機,就接通了接線員,接線員會問:“您要哪裏?”A回答:“我找B”。接線員會手動把A和B的線路連接起來,電話就接通了。
人工接線會有很多問題,經過發展就出現了自動交換機。
電信機房的交換機一層一層互連起來,構成了全國以至全球範圍內龐大的電話交換機網,稱爲PSTN。
專家們把電話交換網絡的各種交換機分爲幾種類型,C1、C2、C3、C4、C5,每種交換機放在交換網中不同位置,被賦予不同的使命。
在中國,最早劃分是按照C1爲大區中心,C2爲省中心,C3爲地區中心,C4爲縣中心,C5爲端局設計的,但是在實際的交換網絡建設中,C2和C3逐漸退化並最終消失,目前只有C1、C4、C5交換機真實存在,這是通信網典型的骨幹、匯聚和接入三個層次。
C1作爲國內PSTN核心節點,同時承擔着與其他國家、地區交換機的連接工作,C4叫做匯接局交換機,作爲中繼互連、匯聚和分發話務量的交換機,C5則連接用戶終端電話、企業PBX或者接入網,並將所有呼叫出局送到C4交換機上去。


電話號碼分配
移動電話在撥打電話時,撥完號碼需要按“發送”鍵,而固定電話不需要如此。
本地網就是一個城市的PSTN,每個號碼由兩部分組成:局號和話機號。其中局號由2-4位數字組成,話機號是4位。如“61619999”,則有“6161局”和“9999號”組成。
本地網用戶進行長途、特種業務時,由首位號區分,含義如下:
1爲特種業務號碼或移動電話號碼的首位號
2-8爲市話號碼的首位號
9爲長市話號碼或市郊號碼的首位號
0爲長途全自動的字冠前綴
特種業務號碼爲“1XY”,如119等。
10開頭的5位號碼,爲電信運營商保留的特別服務號碼,如10086等。
國際長途爲“00”開頭。


PSTN的C5一般是通過大量的銅纜進入千家萬戶,而採用電話接入網(AN),可以將C5的端口延伸到距離客戶更近的機房中去。
接入網和PSTN之間最多用到的是V5接口。V5接口是一種標準化、完全開放的國際統一接口,是接入網和本地C5局交換機之間的數字接口。V5分V5.1和V5.2兩種,其中V5.1單個E1,而V5.2最多可提供16個E1。


二、交換機原理

具體的基本功能:
尋址,使用路由,一般根據實際網絡人爲設定,與IP路由不同。
建鏈/拆鏈,使用信令,分用戶線信令和局間信令。
交換,具備搭建鏈路的資源。
饋電,我們使用的電話機,絕大部分是不用專門的外接電源的。
記錄,CDR(呼叫詳細記錄)。

用戶線信令,是在用戶和交換機之間的用戶線上傳送的信令,作用於模擬電話線。
局間信令,是交換機之間傳送的信令,交換機所在的空間單位被人們習慣稱爲“局”。
根據信令通道與語音通路的關係,可將局間信令分爲隨路信令和共路信令。
隨路信令與電話信號本身一衣帶水,因爲它“隱藏”於與該話路有固定聯繫的信令通路中,信令自身的數據量很小,只佔用話路本身的幾十分之一。一號信令就是隨路信令,它隱藏與每個E1的第16時隙中。

共路信令是能夠管理多個話路的信令體系。
七號信令是目前使用最普遍的共路信令,它將信令和語音通路分開(各走各的),可採用專門的數據鏈路傳送信令。
七號信令系統是電路交換的“神經系統”,傳送和交換七號信令的設備構成了一張獨立的“信令網”,這張信令網是疊加在電路交換網之上的一個專用的計算機通信網,是支撐網的重要組成部分。


三、智能網

智能網是一種特殊的網絡,能夠把更多的“智能”加載到PSTN上去,實現更加豐富的業務。
智能網是以計算機和數據庫爲核心的業務平臺,它依靠七號信令和大型集中數據庫來支持。智能網的基本原理,就是在PSTN中引入用戶數據庫,在交換機和用戶數據庫之間通過各種協議進行信息交互,以實現用戶數據的查詢,並以此爲基礎,提供多樣化的增值服務。
智能網帶給PSTN的,不是功能的增加,而是控制權的分離和與之帶來的新業務開發的便利性。
智能網的引入,讓PSTN提供業務的速度由“加法”變成了“乘法”。但PSTN系統諸多增值業務,其業務拓展性其實還是受限,尤其是與IP網相結合的增值業務,用智能網實現起來,難度依然很大。新的網絡架構--NGN已經誕生,正在獲得廣泛應用,NGN能夠讓電信增值業務指數級增長。


四、PSTN用於數據接入

撥號上網
由於電話撥號使用的頻帶和電話相同,在撥號上網的過程中,電話就處於佔線狀態。很多運營商推出了專用於撥號上網的第二根電話線。
撥號上網的過程中,用戶端的計算機通過端口或USB接口連接撥號Modem,Modem通過電話線連接局端。Modem以56kbit/s速率居多。
在電信公司的機房,電話線通過交換機後,匯聚成E1形式的連接接入服務器(有時候爲了與ADSL對應,被稱爲“窄帶接入服務器”),接入服務器一端通過E1連接PSTN,另一端連接互聯網。
撥號過程中,賬號和密碼採用PPP,通過電話線路與接入服務器交互信息,指定一個認證服務器(RADIUS服務器),在RADIUS服務器上存在所有賬號和密碼的列表,若用戶輸入正確,則數據通道打開,用戶可以上網。
RADIUS協議最初的目的是爲撥號用戶進行認證和計費,後來經過多次改進,形成了一項通用的認證計費協議。
通過PPP獲取IP地址,在計算機撥號過程中,若PADIUS認證通過,接入服務器會通過PPP鏈路將一個可用的IP地址發送給計算機--這就是PPP中NCP所負責的工作。


ISDN
綜合數字業務網,綜合是指語音和窄帶數據的“混合”。

ADSL
所有xDSL技術都是打電話線的主意,把電話線上沒被語音佔用的高頻部分利用起來傳送數據信號。

ADSL接入電信運營商的IP網絡,也是需要認證的,基於IP技術的認證方案中,PPPoE是最流行的技術之一,E指Ethernet。PPPoE是將點對點的PPP幀封裝在以太網幀裏,通過以太網的尋址方式,PPP幀達到目的地。
ADSL的撥號被稱爲“虛擬撥號”,因爲PPPoE只是通過以太網仿真了撥號的過程,PPPoE就是在以太網這個葫蘆裏,藏着PPP這副良藥。


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