电路交换技术

第9章电路交换 .电路交换枝术用于公用电话网络，并且是建立在租用线路上的专用网络的基础，它使用 电路交换机。电路交换的开发是为了处理话音通信量，但也可以用于处理数字数据，虽 然后一种应用通常比较低效。 .使用电路交换技术，在两个通信的站点之间建立一条专用通路。在该连接存在期间，网 络内的交换和传输资源完全为该电路的使用而保留。连接是透明的:一旦连接建立，对 与之相连的设备来说，好像存在一条直接连接。 .随着会用电信网络的不断数字化和复杂化，电路交换网络的几个重要方面已经有了很 大变化。简单的分层路由选择机制已经被更灵活、更强大的非分层机制所取代。这反 映了底层体系结构上的相应变化，它带来了更高的效率和回弹力。简单的随路控制信 令方式已经被更灵活、速度更快的共路信令方式所取代。 自从发明电话以来，电路交换一直是话音通信领域的主要技术，并因表现良好而在ISDN 时代也能保留有一席之地。木章首先介绍交换通信网的概念，然后简单浏览一下电路交换网 的主要特点。 9.1交换网络 一般情况下，超出局部范围的数据①传输，需要将数据源发出的数据经过一个由中间交

换节点构成的网络传输到目的地，从而完成通信任务。这种交换网络的设计方法有时也可以 用于局域网或城域网的实现这些交换节点并不关心数据的内容，相反，它们的作用是提供了 一种交换的手段，将数据从一个节点转移到另一个节点，直至这些数据到达它们的目的地。图 9.1所示为一种简单的网络。需要通信的端接设备可以称为“站点”( station )。这些站点可能 是计算机、终端、电话机或其他通信设备。用于提供通信功能的交换设备称为“节点”( node) , 它们通过传输链路以某种拓扑结构互相连接在一起拣个站点都要连接到一个节点上，而这 些节点的集合称为“通信网络"( communications network )。 本章以及后三章中讨沦的网络类型称为“交换式通信网”(switched communication network)。 数据从一个站点进人网络后，经过由一个节点到另一个节点的交换，最后被传递到目的地。例 如，在图9.1中，来自站点A并希望到站点F,去的数据被发送到节点4。接着它们可能经过节 点5和节点6，或者节点7和节点6被传递到目的站点。这个过程必须遵守下列规则: 1.某些节点仅仅和其他节点相连接(如节点5和节点7)。它们的全部任务就是数据的内 部交换{对网络而言)。还有一些节点或多或少要与一些站点相连接。此类节点除了具有交换 ① 这里使用的数据这个术语是非常笼统的说法，除了晋通的数据(就是说数宇或文字)之外，还包括有话音、图像以及视像等。

功能之外，还要从相连站点上接收数据，或者向相连站点传送数据。 2.节点与节点之间的链路通常都是复用线路，所使用的技术不是频分复用(FDM ) ,就是 时分复用(TDM )。 3.通常，网络并非是完全连接的。也就是说，并非在每一对可能的节点之间都有直接链 路。不过，人们总是希望每两个站点之间存在多条穿过网络的可能通路。这样做可以提高网 络的可靠性。 广域交换网使用的是两种差别很大的技术:电路交换和分组交换。这两种技术的主要区 别在于信息从源站点传输到目的站点的途中，节点将这些信息从一条链路交换到另一条链路 时采取的方式不同。我们将在本章详细介绍电路交换.而第10章的内容则是分组交换。从分 组交换衍生出了另外两种方式，称为帧中继和A'f'M，将在第11章描述。 9.2电路交换网 经由电路交换的通信，言外之意就是在两个站点之间有一条专用的通信通路这条通路 是由网络节点之间的链路首尾相接形成的链路序列。在每条物理链路上都有该连接的专用逻 辑信道。经由电路交换的通信包括三个步骤，对它们的解释可参考图9.1。 1.电路建立(Circuit establishment)。在能够发送任何信号之前，首先必须建立一条端对 端(站点到站点)的电路。例如，站点A向节点4发送一个请求，请求连接到站点E。通常，从 A到节点4的链路是专线，因此，这一部分的连接已经存在节点4必须找出通往节点6的下 一段路由。根据路由信息以及有效的测量值，可能再加上费用等信息，节点4选择了与节点5 之间的链路，它在这条链路上分配一条空闲的信道(使用频分复用FDM或时分复用TDM )，并 发送请求连接到E的报文。此时，从站点A经节点4到节点5的专用通路已经建立。由于节 点4可能连接了多个站点，因此它必须能够建立从多个站点到多个节点的内部通道。剩余的 处理过程与此类似:节点5建立一条到达节点6的专用信道，并且将它与来自节点4的信道 联系起来。节点6完成到达站点E的连接在连接完成的时候会进行测试，以判断E是处于 忙状态，还是准备接受该连接。 2.数据传送（Data transfer）。此时从站点A发出的信息就可以经过网络传输到站点E。 这些数据可能是模拟的，也可能是数字的，取决于网络的性质随着传送载体逐步发展成完全 的综合数字网络，无沦是话音还是数据都使用数字(二进制)传输的方式正在成为主导方式。 这条完整的通路是:从站点A到节点4的链路;经节点4的内部交换;从节点4到节点5的信 道;经一节点5的内部交换;从节点5到节点6的信道;经仪点6的内部交换;从节点6到站点E 的链路。一般来讲，这此连接是全双工的。 3.电路断连(Circuit disconnect )。经过一段时间的数据传输之后，连接被终止，通常是由 这两个站点之中的某个站点发起的动作。这个动作信号必须传播到节点4, 节点 5和节点6， 以取消分配的专用资源。 请注意，连接的通路是在数据传输开始之前建立的。因此，通路中的每一对节点之间必须 为该信道保留容量，而且每个节点必须具备相应的内部交换能力来处理被请求的连接。这些 交换机必须具有足够的智能来完成这些分配工作，并建立一条经过网络的路由。 电路交换的效率叮能非常低。在连接期间信道的容量是专用的，即使是没有数据可传送， 也不能给其他站点的信息传输使用。对于话音连接，其利用率可能比较高，但还是不能接近百 分之百。对于从终端到计算机的连接，可能在大多数的连接时间里该容量都处于空闲状态。 从性能的角度来看，为了建立呼叫，信号在传送之前总会存在一段时延。不过，一旦电路建立， 网络对于用户的透明度是很高的。信息以固定的数据率传输，除了经过传输链路时的传播时 延之外，不存在其他时延。在每个节点上的时延可以忽略不计。 开发电路交换网是为了处理话音通信量，不过现在它也可用于数据通信量。电路交换网 一个最著名的例子就是公用电话网（见图9.2)。它实际上是集合了各个国家的网络，并将这 些网络相互联接起来，形成全球性的服务设施。虽然这个网络最初的设计和实现目标是为模 拟电话用户提供服务，但是通过调制解调器，它也可以处理大量的数据通信量，并且正在逐渐 转变成一个数字网络。另一种众所周知的电路交换应用是专用小交换机(PBX )，它用于将一 幢楼或一个办公室内的电话互相连接起来。电路交换还用在专用网络上——一些公司或大型 组织将它们白己处于不同位置的站点连接起来。通常它们由各个地点的PBX系统组成，并通 过专用或租用的线路相互联接，其中的租用线路是从一些电信公司如AT&T等处租来的。电 路交换应用的最后一种常见例子是数据交换。数据交换与PBX相似，但却是为数字数据处理 设备之间的连接而没计的，例如终端和计算机。 一个公用电信网可用下述四种组成部分来描述: .用户(Subscriber):与网络连接的设备。在目前情况下，公用电信网的大多数用户设备 仍然是电话机，不过数据通信量的百分比正在逐年增长。 .用户线路(Subscriber line):用户和网络之间的链路，也称为“用户环路，"(subscriber loop) 或“本地环路”( local loop )。几乎所有的本地环路连接使用的都是双绞线。一般情况下， 本地环路的长度范围在几千米到几十干米之间。 .交换局(Exchange):网络的交换中心。能够直接支持用户的交换中心称为端局( end of- fice)。通常，一个端局可以支持本地区的几千个用户。在美国有19 000个以上的端局， 因此，显然不可能每个端局与其他所有的端局之间都有一条直接链路。这需要2 x 108 条数量级的链路。为了解决这个问题，我们使用了中间交换节点。 .中继线（Trunk):交换局之间的干线线路。中继线使用FDM或同步TDM运载多路话音 频率信号。在早期，它们被称为载波系统。 用户直接与一个端局相连接，端局负责用户和用户之间以及用户和其他交换局之间的通 信量交换。其他交换局负责的是端局之间通信量的路由选择和交换。它们之间的差别如图 9.3所示。为了在与同一个端局相连的两个用户之间建立连接，这两个用户之间会以上述方 式建立一条电路。如果两个用户分别连接到不同的端局，那么它们之间的电路由通过一个或 多个中间交换局的电路连接而成。在图中，只要简单地设置一条经过端局的连接，线路a和b 之间的连接就建立了。c和d之间的连接较为复杂一些。在c的端局中，线路c要与通往中间 交换局的TDM中继线上的一条信道之间建立连接。在这个中间交换局中，该信道又与通往d 的端局的TDM中继线上的某条信道相连接。在d的端局，该信道连接到线路d。

电路交换技术一直是在那些处理话音通信量的应用推动下发展的。话音通信量的一个关 键要求是不存在实质上的传输时延，当然也不能有时延变化。由于传输和接收的信号速率相 同，所以必须保持恒定的信号传输率。这个规定对于允许人类正常的对话来说是必不可少的。 更进一步讲，接收到的信号质量必须足够高，至少要能够听得懂。 电路交换因其非常适合于话音信号的模拟传输而得到普及，占据了主导地位。而在今天 的数字世界里，它的低效率越来越明显。然而，尽管电路交换的效率不高，但它仍然是局域网 和广域网感兴趣的一种选择。它的主要优势之一在于它的透明性一旦建立起一条电路，对 于连接到网络上的两个站点而言，它们之间好像有一条直接连接，任何一端都不需要特殊的网 络逻辑。