通信工程师综合能力考试电信网交换技术

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4.1.3 电信网交换技术

1.电路交换

电路交换是最早出现的一种交换方式，也是电话通信使用的交换方式。电话通信要求为用户提供双向连接以便进行对话式通信，它对时延和时延抖动敏感，而对差错不敏感。因此当用户需要通信时，交换机就在收、发终端之间建立一条临时的电路连接，该连接在通信期间始终保持接通，直至通信结束才被释放。通信中交换机不需要对信息进行差错检验和纠正，但要求交换机处理时延要小。交换机所要做的就是将入线和指定出线的开关闭合或断开。交换机在通信期间提供一条专用电路而不做差错检验和纠正，这种工作方式称为电路交换（CircuitSwitching,CS）。电路交换是一种实时的交换。

电路交换采用同步时分复用和同步时分交换技术，它具有下列特点：

（1）整个通信连接期间始终有一条电路被占用，即使在寂静期也是如此。信息传输时延小；

（2）电路是“透明”的，即发送端用户送出的信息通过节点连接，毫无限制地被传送到接收端，所谓“透明”是指交换节点未对用户信息进行任何修正或解释；

（3）对于一个固定的连接，其信息传输时延是固定的；

（4）固定分配带宽资源，信息传送的速率恒定。

但是采用电路交换方式传送数据也有以下缺点：

（1）所分配的带宽是固定的，造成网络资源的利用率降低，不适合突发业务传送；

（2）通信的传输通路是专用的，即使在没有信息传送时别人也不能利用，所以采用电路交换进行数据通信的效率较低；

（3）通信双方在信息传输速率、编码格式、同步方式、通信协议等方面要完全兼容，这使不同速率和不同通信协议之间的用户无法接通；

（4）存在着呼损，由于通信线路的固定分配与占用方式会影响其他用户的再呼入，因此造成线路利用率低。

电路交换适合于电话交换、文件传送、高速传真业务使用，但它不适合突发业务和对差错敏感的数据业务使用。

2.多速率电路交换

电路交换方式建立的连接只有一种传送速率，常见的为64kbit/s。为了满足不同业务的带宽需要，出现了多速率电路交换（Multi-RateCircuitSwitching,MRCS）。

多速率电路交换仍然采用固定分配带宽资源的方法。与电路交换不同的是，这种交换资源的分配不是一个等级，而是多个等级。因此，实现多速率交换的一个关键问题是确定基本速率（基本带宽资源）。基本速率定得低，不能满足高带宽业务的需要；基本速率定得高，对低带宽业务会造成浪费。另外多速率的类型也不能太多，否则控制复杂，难以实现。

多速率电路交换技术是窄带综合业务网（NarrowbandIntegratedServicesDigitalNetwork,N-ISDN）使用的交换技术。

　　3.分组交换

（1）报文交换

报文交换（messageswitching）是根据电报的特点提出来的。电报的交换传输基本上只要求单向连接，一般也允许有一定的延迟，但如果传输中有差错，必须改正以确保信息正确。因此报文的传送不需要提供通信双方的实时连接，但每个交换节点要有纠错、检错功能。

①报文交换原理

交换机把来自用户的报文先暂时存在交换节点内排队等候，待交换节点出口上线路空闲时，就转发至下一节点，这种方式叫存储一转发。（storeandforward）交换，报文在下一节点再存储一转发，直至到达目的节点。在该方式中，信息是以报文为单位传输的。为了保证报文的正确传送，网络节点必须具有信息处理、存储和路由选择功能。

②报文交换特点

报文交换的优点是：

报文交换不需要事先建立连接，并且可采用多路复用，因此不独占信道，从而可大大提闻线路的利用率；

用户不需要叫通对方就可发送报文，无呼损；

容易实现不同类型终端之间的通信，输入/输出电路速率及电码格式可以不同。

报文交换的主要缺点是：

当长报文通过交换机存储并等待发送时，会在交换机中产生较大时延，不利于实时通信；

要求交换机有高速处理能力及大的存储容量，增加了设备费用。

报文交换适用于公共电报及电子信箱业务。

（2）分组交换

报文交换传输时延大，不能满足实时性的要求，为此人们进行了一些探索，提出了分组交换的概念。

①分组交换原理

分组交换（PacketSwitching,PS）把一份要发送的数据报文分成若干个较短的、按一定格式组成的分组（packet），然后采用统计时分复用将这些分组传送到一个交换节点。交换节点仍然釆用存储一转发技术。分组具有统一格式并且长度比报文短得多，便于在交换机中存储及处理。分组在交换机的主存储器中停留很短时间，一旦确定了新的路由，就很快被转发到下一个节点机。分组通过一个交换机（节点）的平均时延比报文要小得多。分组交换也称包交换。

分组交换技术是在早期的低速、高出错率的物理传输线基础上发展起来的，为了确保数据可靠传送，交换节点要运行复杂的协议，以完成差错控制和流量控制等主要功能。由于链路传输质量太低，逐段链路的差错控制是必要的。

支持分组交换的协议有多种，根据协议的不同，分组交换网络可以是面向连接的，也可以是无连接的。面向连接的分组网络提供虚电路（VirtualCircuit,VC）服务，无连接的分组网络提供数据报（Datagram,DG）服务。

分组交换存在如下优点：

由于采用“存储一转发”,可以实现不同速率、不同代码及同步方式、不同通信协议的用户终端间的通信；

采用统计时分复用技术，多个用户共享一个信道，通信线路利用率高；

由于引入逐段差错控制和流量控制机制，使传输误码率大为降低，网络可靠性提高。

分组交换也存在以下缺点：

技术实现复杂，分组交换机要提供存储一转发、路由选择、流量控制、速率及协议转换状态报告等，要求交换机具有较好的处理能力，所以软件较为复杂；

网络附加的传输控制信息较多。由于需要把报文划分成若干个分组，每个分组头又要加地址及控制信息，因此降低了网络的有效性；

信息从一端传送到另一端，穿越网络越长，分组时延越大。

这种传统的分组交换主要应用于数据通信，很难应用于实时多媒体业务。

4.帧中继

帧中继（FrameRelay,FR）是以分组交换技术为基础的高速分组交换技术，它对目前分组交换中广泛使用的X.25通信协议进行了简化和改进，在网络内取消了差错控制和流量控制，将逐段的差错控制和流量控制处理移到网外端系统中实现，从而缩短了交换节点的处理时间。这是因为光纤通信具有低误码率的特性，所以不需要在链路上进行差错控制，而釆用端对端的检错、重发控制方式。这种简化了的协议可以方便地利用VLSI技术来实现。

这种高速分组交换技术具有很多优点：可灵活设置信号的传输速率，充分利用网络资源提高传输效率；可对分组呼叫进行带宽的动态分配，因此可获得低延时、髙吞吐率的网络特性；速率可在64kbit/s?45Mbit/s范围内。

帧中继适用于处理突发性信息和可变长度帧的信息，特别适用于计算机网络互连。

5.ATM交换

ATM是ITU-T确定的用作宽带综合业务数字网（BroadbandIntegratedServicesDigitalNetwork,B-ISDN）的复用、传输和交换模式。信元是ATM特有的分组单元，语音、数据、视频等各种不同类型的数字信息均可被分割成一定长度的信兀。它的长度为53byte,分成两部分：5byte的信元头含有用于表征信元去向的逻辑地址、优先级等控制信息；48byte的信息段用来装载不同用户的业务信息。任何业务信息在发送前都必须经过分割，封装成统一格式的信元，在接收端完成相反操作以恢复业务数据原来的形式。通信过程中业务信息信元的再现，取决于业务信息要求的比特率或信息瞬间的比特率。

ATM具有以下技术特点。

（1）ATM是一种统计时分复用技术。它将一条物理信道划分为多个具有不同传输特性的逻辑信道提供给用户，实现网络资源的按需分配。

（2）ATM利用硬件实现固定长度分组的快速交换，具有时延小、实时性好的特点，能够满足多媒体数据传输的要求。

（3）ATM是支持多种业务的传递平台，并提供服务质量（QualityofService,QoS）保证。ATM通过定义不同ATM适配层（ATMAdaptationLayer,AAL）来满足不同业务传送性能的要求。

（4）ATM是面向连接的传输技术，在传输用户数据之前必须建立端到端的虚连接。所有信息，包括用户数据、信令和网管数据都通过虚连接传输。

（5）信元头比分组头更简单，处理时延更小。

ATM支持语音、数据、图像等各种低速和高速业务，是一种不同于其他交换方式、与业务无关的全新交换方式。

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