交换

交换

交换是指在需要运送信号时，把一些功能单元、传输通路或电信电路互连起来的过程。交换水平的高低、质量的优劣从某种程度上讲，决定着整个通信网通信质量的优劣和高低。

当用户数量增多时，为了解决这些问题，可以在用户分布密集的中心安装一个设备，把每个用户的电话机或其他终端设备都连接在这个设备上，安装的设备相当于一个开关接点，平时是断开的，当任意两个用户之间需要交换信息时，该设备就把连接这两个用户的开关接点合上，也就是将这两个用户的通信线路连通。当两个用户通信完毕，才把相应的接点断开，两个用户间的连线就断开了。从这里可以看出，该设备能够完成任意两个用户之间交换信息的任务，所以称其为交换设备或者交换机。交换(switch)，即接续，就是在通信的源和目的之间建立通信信道，实现信息传送的过程。有了交换设备，对N个用户只需要N对线就可以满足要求，使线路的投资费用大大降低。这样尽管增加了交换机的费用，但它的利用率很高，相比之下，总的投资费用将下降。

简述

交换

为了进行通信，需要将通信双方的终端用传输信道连接起来。要使多个用户所使用的点对点通信系统构成通信网，必须在用户终端之间适当位置上设立交换局及相应的交换设备。随着社会的进步，科学技术的发展，交换技术已经历几次飞跃，更新了好几代。交换技术几个主要特性的演变过程如下所述。

(1)接续网络：从金属接点发展到数字开关(分立元件→集成元件→光子开关)。

(2)信息形式：从模拟(电流)发展到数字(电脉冲→光脉冲)。

(3)复用方式：从空分到时分最后发展到波分(密集波分)。

(4)控制方式：从人工到机电到电子最后发展到存储程序控制(SPC)或简称“程控”。

(5)信令方式：从信令与呼叫信息交替用同一信道(模拟式)发展到共路信令，信令可在独立的信道上传送(数字式)。

(6)接续特征：从电路到信息，最后发展到分组(或叫信包)。

(7)信息带宽：从窄带(音频)发展到宽带(1～100MHz)。

由以上交换技术的发展与变化不难看出，从电子交换发展到数字交换最后发展到时分交换和程控交换，代表着当代网络交换技术发展所达到的水平。交换水平的高低、质量的优劣从某种程度上讲，决定着整个通信网通信质量的优劣和高低。

常用的交换技术按局内处理信号的方式可分为电路交换、信息交换和分组交换三种方式；新的交换方式有异步转换模式交换(ATM)和光交换。

技术背景

交换

通信就是从发送方向接收方传递消息，它的目的是获取信息。在电信系统中，信息是以电信号的形式承载的。一个电信系统至少应由终端和传输媒介组成。终端将含有信息的消息，如语音、图片、视频等转换成可在传输介质里传输的电信号，同时将来自传输媒介的电信号还原成原始消息：传输媒介则把电信号从一个地方传送到另一个地方，这种仅涉及两个终端的通信方式称为点对点通信。

当存在多个终端，且希望它们中的任何两个用户都可以进行点对点的通信时，最直接的方法是把所有终端两两相连。这样的一种连接方式称为全互连式，但这种方式存在以下问题：

(1)当存在个终端时需要线对数为N(N一1)/2，线对数量随终端数的平方增加。

(2)当这些终端分别位于相距很远的两地时，两地间需要大量的长途线路。

(3)每个终端都有N-1对线与其他终端相接，因而每个终端需要N-1个线路接口。

(4)增加第N+1个终端时，必须增设N对线路。

因此，在实际中，全互连式系统仅适合于终端数目较少，地理位置相对集中，且可靠性要求很高的场合。

当用户数量增多时，为了解决这些问题，可以在用户分布密集的中心安装一个设备，把每个用户的电话机或其他终端设备都连接在这个设备上，安装的设备相当于一个开关接点，平时是断开的，当任意两个用户之间需要交换信息时，该设备就把连接这两个用户的开关接点合上，也就是将这两个用户的通信线路连通。当两个用户通信完毕，才把相应的接点断开，两个用户间的连线就断开了。从这里可以看出，该设备能够完成任意两个用户之间交换信息的任务，所以称其为交换设备或者交换机。交换(switch)，即接续，就是在通信的源和目的之间建立通信信道，实现信息传送的过程。有了交换设备，对N个用户只需要N对线就可以满足要求，使线路的投资费用大大降低。这样尽管增加了交换机的费用，但它的利用率很高，相比之下，总的投资费用将下降。

交换方式

交换

所谓交换方式是指对应于各种传输模式，交换机为完成其交换功能所采用的互通(Intercommunication)技术。交换方式主要分为两类。

1．电路交换方式(或线路交换方式)

电路交换方式主要用于电话通信网，它是一种面向连接的技术，一次通信过程分为连接建立、数据传输和连接释放3个阶段。在连接建立阶段，网络要完成两项工作：第一，确定本次通信从源端到目的地端，用户业务信息应走的路由；第二，在该路由途经的交换节点进行全程的资源预留，预留的资源包括交换节点中从入端口到出端口的内部通道和交换节点间中继线路上的带宽资源，以这种方式建立一条端到端的专用通信连接，这个连接通常占用固定的带宽或时隙，有固定的传输速率。在整个通信期间，不管实际有无数据传输，沿途的交换节点负责保持、监视该连接，直到用户明确地发出通信结束的信号，网络才释放被占用的资源，撤销该连接。电路交换在连接建立时，预先分配固定带宽资源的方式被称为静态复用方式。

2．存储/转发交换方式(或信息交换方式)

存储/转发交换方式又分为报文交换和分组交换。

报文交换：为了克服电路交换资源独占、通信线路利用率低、存在呼损、各种不同类型和特性的用户终端之间不能相互通信的缺点，人们提出了报文交换。

报文交换的基本原理是“存储一转发”。如果用户A要向用户B发送信息，用户A与用户B之间不需要事先建立连接通路，而只需用户A与交换机接通，由交换机暂时把用户A要发送的报文接收和存储起来，交换机根据报文中提供的用户B的地址确定报文在交换网络内的路由，并将报文送到输出队列上排队，等到该输出线空闲时立即将该报文送到下一个交换机，依此方法，最后送到用户B。

分组交换：分组交换方式主要用于计算机间的数据通信业务，它的出现晚于电路交换。采用分组交换而不是电路交换来实现数据通信，主要基于以下原因。

(1)数据业务有很强的突发性，采用电路交换方式，信道利用率太低。

(2)电路交换只支持固定速率的数据传输，要求收发严格同步，不适应数据通信网中终端间异步、可变速率的通信要求。

(3)话音传输对时延敏感、对差错不敏感，而数据传输则恰好相反，用户对一定的时延可以忍受，但关键数据细微的错误都可能造成灾难性后果。

(4)分组交换是针对数据通信而设计的，主要特点是：数据以分组为单位进行传输，分组长度一般在1000～2000字节左右；每个分组由用户信息部分和控制部分组成，控制部分包含差错控制信息，可以用于对差错的检测和校正；为解决电路交换方式信道资源利用率低的缺点，分组交换引入了统计时分复用技术。

交换节点

交换节点可控制以下的接续类型。

(1)本局接续：本局用户线之间的接续。

(2)出局接续：在用户线与出中继线之间的接续。

(3)入局接续：在入中继线与用户之间的接续。

(4)转接接续：在入中继线与出中继线之间的接续。

为完成上述的交换接续，交换节点必须具备如下最基本的功能。

(1)能正确接收和分析从用户线或中继线发来的呼叫信号。

(2)能正确接收和分析从用户线或中继线发来的地址信号。

(3)能按目的地址正确地进行选路以及在中继线上转发信号。

(4)能控制连接的建立。

(5)能按照所收到的释放信号拆除连接。