通信工程師綜合能力考試電信網(wǎng)交換技術(shù)

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4.1.3 電信網(wǎng)交換技術(shù)

1.電路交換

電路交換是最早出現(xiàn)的一種交換方式，也是電話通信使用的交換方式。電話通信要求為用戶提供雙向連接以便進行對話式通信，它對時延和時延抖動敏感，而對差錯不敏感。因此當(dāng)用戶需要通信時，交換機就在收、發(fā)終端之間建立一條臨時的電路連接，該連接在通信期間始終保持接通，直至通信結(jié)束才被釋放。通信中交換機不需要對信息進行差錯檢驗和糾正，但要求交換機處理時延要小。交換機所要做的就是將入線和指定出線的開關(guān)閉合或斷開。交換機在通信期間提供一條專用電路而不做差錯檢驗和糾正，這種工作方式稱為電路交換（CircuitSwitching,CS）。電路交換是一種實時的交換。

電路交換采用同步時分復(fù)用和同步時分交換技術(shù)，它具有下列特點：

（1）整個通信連接期間始終有一條電路被占用，即使在寂靜期也是如此。信息傳輸時延??；

（2）電路是“透明”的，即發(fā)送端用戶送出的信息通過節(jié)點連接，毫無限制地被傳送到接收端，所謂“透明”是指交換節(jié)點未對用戶信息進行任何修正或解釋；

（3）對于一個固定的連接，其信息傳輸時延是固定的；

（4）固定分配帶寬資源，信息傳送的速率恒定。

但是采用電路交換方式傳送數(shù)據(jù)也有以下缺點：

（1）所分配的帶寬是固定的，造成網(wǎng)絡(luò)資源的利用率降低，不適合突發(fā)業(yè)務(wù)傳送；

（2）通信的傳輸通路是專用的，即使在沒有信息傳送時別人也不能利用，所以采用電路交換進行數(shù)據(jù)通信的效率較低；

（3）通信雙方在信息傳輸速率、編碼格式、同步方式、通信協(xié)議等方面要完全兼容，這使不同速率和不同通信協(xié)議之間的用戶無法接通；

（4）存在著呼損，由于通信線路的固定分配與占用方式會影響其他用戶的再呼入，因此造成線路利用率低。

電路交換適合于電話交換、文件傳送、高速傳真業(yè)務(wù)使用，但它不適合突發(fā)業(yè)務(wù)和對差錯敏感的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)使用。

2.多速率電路交換

電路交換方式建立的連接只有一種傳送速率，常見的為64kbit/s。為了滿足不同業(yè)務(wù)的帶寬需要，出現(xiàn)了多速率電路交換（Multi-RateCircuitSwitching,MRCS）。

多速率電路交換仍然采用固定分配帶寬資源的方法。與電路交換不同的是，這種交換資源的分配不是一個等級，而是多個等級。因此，實現(xiàn)多速率交換的一個關(guān)鍵問題是確定基本速率（基本帶寬資源）?；舅俾识ǖ玫?，不能滿足高帶寬業(yè)務(wù)的需要；基本速率定得高，對低帶寬業(yè)務(wù)會造成浪費。另外多速率的類型也不能太多，否則控制復(fù)雜，難以實現(xiàn)。

多速率電路交換技術(shù)是窄帶綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)（NarrowbandIntegratedServicesDigitalNetwork,N-ISDN）使用的交換技術(shù)。

　　3.分組交換

（1）報文交換

報文交換（messageswitching）是根據(jù)電報的特點提出來的。電報的交換傳輸基本上只要求單向連接，一般也允許有一定的延遲，但如果傳輸中有差錯，必須改正以確保信息正確。因此報文的傳送不需要提供通信雙方的實時連接，但每個交換節(jié)點要有糾錯、檢錯功能。

①報文交換原理

交換機把來自用戶的報文先暫時存在交換節(jié)點內(nèi)排隊等候，待交換節(jié)點出口上線路空閑時，就轉(zhuǎn)發(fā)至下一節(jié)點，這種方式叫存儲一轉(zhuǎn)發(fā)。（storeandforward）交換，報文在下一節(jié)點再存儲一轉(zhuǎn)發(fā)，直至到達目的節(jié)點。在該方式中，信息是以報文為單位傳輸?shù)?。為了保證報文的正確傳送，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點必須具有信息處理、存儲和路由選擇功能。

②報文交換特點

報文交換的優(yōu)點是：

報文交換不需要事先建立連接，并且可采用多路復(fù)用，因此不獨占信道，從而可大大提聞線路的利用率；

用戶不需要叫通對方就可發(fā)送報文，無呼損；

容易實現(xiàn)不同類型終端之間的通信，輸入/輸出電路速率及電碼格式可以不同。

報文交換的主要缺點是：

當(dāng)長報文通過交換機存儲并等待發(fā)送時，會在交換機中產(chǎn)生較大時延，不利于實時通信；

要求交換機有高速處理能力及大的存儲容量，增加了設(shè)備費用。

報文交換適用于公共電報及電子信箱業(yè)務(wù)。

（2）分組交換

報文交換傳輸時延大，不能滿足實時性的要求，為此人們進行了一些探索，提出了分組交換的概念。

①分組交換原理

分組交換（PacketSwitching,PS）把一份要發(fā)送的數(shù)據(jù)報文分成若干個較短的、按一定格式組成的分組（packet），然后采用統(tǒng)計時分復(fù)用將這些分組傳送到一個交換節(jié)點。交換節(jié)點仍然釆用存儲一轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。分組具有統(tǒng)一格式并且長度比報文短得多，便于在交換機中存儲及處理。分組在交換機的主存儲器中停留很短時間，一旦確定了新的路由，就很快被轉(zhuǎn)發(fā)到下一個節(jié)點機。分組通過一個交換機（節(jié)點）的平均時延比報文要小得多。分組交換也稱包交換。

分組交換技術(shù)是在早期的低速、高出錯率的物理傳輸線基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，為了確保數(shù)據(jù)可靠傳送，交換節(jié)點要運行復(fù)雜的協(xié)議，以完成差錯控制和流量控制等主要功能。由于鏈路傳輸質(zhì)量太低，逐段鏈路的差錯控制是必要的。

支持分組交換的協(xié)議有多種，根據(jù)協(xié)議的不同，分組交換網(wǎng)絡(luò)可以是面向連接的，也可以是無連接的。面向連接的分組網(wǎng)絡(luò)提供虛電路（VirtualCircuit,VC）服務(wù)，無連接的分組網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)報（Datagram,DG）服務(wù)。

分組交換存在如下優(yōu)點：

由于采用“存儲一轉(zhuǎn)發(fā)”,可以實現(xiàn)不同速率、不同代碼及同步方式、不同通信協(xié)議的用戶終端間的通信；

采用統(tǒng)計時分復(fù)用技術(shù)，多個用戶共享一個信道，通信線路利用率高；

由于引入逐段差錯控制和流量控制機制，使傳輸誤碼率大為降低，網(wǎng)絡(luò)可靠性提高。

分組交換也存在以下缺點：

技術(shù)實現(xiàn)復(fù)雜，分組交換機要提供存儲一轉(zhuǎn)發(fā)、路由選擇、流量控制、速率及協(xié)議轉(zhuǎn)換狀態(tài)報告等，要求交換機具有較好的處理能力，所以軟件較為復(fù)雜；

網(wǎng)絡(luò)附加的傳輸控制信息較多。由于需要把報文劃分成若干個分組，每個分組頭又要加地址及控制信息，因此降低了網(wǎng)絡(luò)的有效性；

信息從一端傳送到另一端，穿越網(wǎng)絡(luò)越長，分組時延越大。

這種傳統(tǒng)的分組交換主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信，很難應(yīng)用于實時多媒體業(yè)務(wù)。

4.幀中繼

幀中繼（FrameRelay,FR）是以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)的高速分組交換技術(shù)，它對目前分組交換中廣泛使用的X.25通信協(xié)議進行了簡化和改進，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)取消了差錯控制和流量控制，將逐段的差錯控制和流量控制處理移到網(wǎng)外端系統(tǒng)中實現(xiàn)，從而縮短了交換節(jié)點的處理時間。這是因為光纖通信具有低誤碼率的特性，所以不需要在鏈路上進行差錯控制，而釆用端對端的檢錯、重發(fā)控制方式。這種簡化了的協(xié)議可以方便地利用VLSI技術(shù)來實現(xiàn)。

這種高速分組交換技術(shù)具有很多優(yōu)點：可靈活設(shè)置信號的傳輸速率，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源提高傳輸效率；可對分組呼叫進行帶寬的動態(tài)分配，因此可獲得低延時、髙吞吐率的網(wǎng)絡(luò)特性；速率可在64kbit/s?45Mbit/s范圍內(nèi)。

幀中繼適用于處理突發(fā)性信息和可變長度幀的信息，特別適用于計算機網(wǎng)絡(luò)互連。

5.ATM交換

ATM是ITU-T確定的用作寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（BroadbandIntegratedServicesDigitalNetwork,B-ISDN）的復(fù)用、傳輸和交換模式。信元是ATM特有的分組單元，語音、數(shù)據(jù)、視頻等各種不同類型的數(shù)字信息均可被分割成一定長度的信兀。它的長度為53byte,分成兩部分：5byte的信元頭含有用于表征信元去向的邏輯地址、優(yōu)先級等控制信息；48byte的信息段用來裝載不同用戶的業(yè)務(wù)信息。任何業(yè)務(wù)信息在發(fā)送前都必須經(jīng)過分割，封裝成統(tǒng)一格式的信元，在接收端完成相反操作以恢復(fù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)原來的形式。通信過程中業(yè)務(wù)信息信元的再現(xiàn)，取決于業(yè)務(wù)信息要求的比特率或信息瞬間的比特率。

ATM具有以下技術(shù)特點。

（1）ATM是一種統(tǒng)計時分復(fù)用技術(shù)。它將一條物理信道劃分為多個具有不同傳輸特性的邏輯信道提供給用戶，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的按需分配。

（2）ATM利用硬件實現(xiàn)固定長度分組的快速交換，具有時延小、實時性好的特點，能夠滿足多媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?/P>

（3）ATM是支持多種業(yè)務(wù)的傳遞平臺，并提供服務(wù)質(zhì)量（QualityofService,QoS）保證。ATM通過定義不同ATM適配層（ATMAdaptationLayer,AAL）來滿足不同業(yè)務(wù)傳送性能的要求。

（4）ATM是面向連接的傳輸技術(shù)，在傳輸用戶數(shù)據(jù)之前必須建立端到端的虛連接。所有信息，包括用戶數(shù)據(jù)、信令和網(wǎng)管數(shù)據(jù)都通過虛連接傳輸。

（5）信元頭比分組頭更簡單，處理時延更小。

ATM支持語音、數(shù)據(jù)、圖像等各種低速和高速業(yè)務(wù)，是一種不同于其他交換方式、與業(yè)務(wù)無關(guān)的全新交換方式。

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