现代交换技术考点解析电路

——【大学生求职考试网 平台】教研团队—电路交换枝术用于公用网络，并且是建立在租用线的网络的基础，它使通常比较低效。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①一般情况下，超出局部范围的数 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，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91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”(saion)。这些站点可能是计算机、终端、机或其他通信设备。用于提供通信功能的备(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"(communcationsnetwork)。中，来自站点A并希望到站点,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)(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)。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: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。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。电路交换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。在每条物理链都有该连接的逻辑信道。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91。46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，它在这条链分配一条空闲的信道(使用频分复FDM或时分复TDM)，并发送E的报文。此时，从站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的信道，并且将它与来自节点4的信道数据传送（Datatransfer）。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A到节4的链路;4的内部交换;4到节5的信道;经一的内部交换;从节5到节6的信道;经仪6的内部交换;从节6到站E的链路。一般来讲，这此连电路断连(Circuitdisconnect。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。这个动作信号必须到节点4,节点5和节点6，以取消分配的资源。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目标是为模拟用户提供服务，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小交换机(PBX)，它用于将一幢楼或一个内的互相连接起来。电路交换还用在网络上——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T&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机，.用户线路(Subscriberline):用户和网络之间的链路，也称为“用户环路，"(subscriberloop或“本地环路”localloop。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.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endof-fice)。通常，一个端局可以支持本地区的几千个用户。在有19000个以上的端局，因此，显然不可能每个端局与其他2x108条数量级的链路。为了解决这个问题，我们使用了中.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93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，至少要能够听得懂它的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。交换的概了解电路交换最好的办法是单个电路交换节点的操作过程。由单个电路交换节点构成的网络由站点的集合组成，这些站点连接到 交换单元上。 交换单元为任意两个需要通信的设备之间建立一条通路。图 所不为这种单节点网络的主要组成部分。交换机内的虚线表示当前处于活动状态的连接现代电路交换系统的关键部位是数字交换机(digitalswitch)。数字交换机的功能是向与其相连的任意一对网络接口(network-inerface)部分代表的是将数字设备连接到网络上所需要的功能及硬件，如数据处理设备或数字等。如果网络接口中含有将模拟信号转换成数字信号的逻辑，那么它也可以连接模拟设备。在通往其他数字交换机的中继线上所运载的是TDM信号，并为构造多节点的网络提供了链路。控制单元(conroluni)要完成三类任务。首先，它要建立连接:通常是根据需要来完成(就是指当所连接的设备发出请求时)须连接。因为数字交换机使用了时分原理，所以交换机的部分可能需要连续性的管理。不过，通信过程的比特传输是透明的（从相连设备的角度看)必须拆除连接，或者是响应通信双方中某一方的请求，或者是由于它自身的原因。电路交换设备的1个重要特性是它究竞有阻塞还是无阻塞。当网络的两个站点之间因所有通路都正在使用而无法建立连接时就是发生了阻塞。所谓阻塞网络(blockingnetwork)指的是有可能出现类似阻塞情况的网络。那么，无阻塞网络(nonblockingnetwork)就是只要在被叫方空闲的情况下，它允许所有站点立刻建立连接(成对的)，所有可能的连接请求都能够被接受。通常，当网络所支持的只有话音通信量时，将网络配置成阻塞网络是可接受的，因为如我们所预料的，大多数通话的持续时间并不长，因此在任何时间只可能有部分占线。不过，假如其中还涉及到数据处理设备，那么上述推断可能无效。例如，对于近无阻塞”(阻塞的概率非常低)的设置。现在让我们回过头来介绍单个电路交换节点的内部交换技术空分交换的最初开发是针对模拟环境的，而今它已逐渐转入数字领域。不论交换机传送的是模拟信号还是数字信号，其基本原理相同。正如其名字所暗示的，空分交换机就是信号通路与信号通路之间从物理上被分隔开(空间分隔)的交换机。每次连接都需要建立一条经过该交换机的物理通路，该通路完全于这两个端点之间的信号传送交换机的基本构成模块是金属交叉点，或者是可以由控制单元闭合或断开的半导体门电路。图9.5所示为一个简单的矩阵，具有10条全双工I/O线。这个矩阵有个输人和10个输出。每个站点遮过一条输人线和一条输出线与该矩阵相连接。只要闭合相应的交叉点，任意两条线路之间就能够相互连接。注意总共需要100个交叉点。这种开关具有下列限制:.交叉点的数量以相连站点数量的平方数上升。对于大型交换机，其代价不菲。.一个交叉点的损坏使得在该交叉点上相交的线路所属的设备之间无法连接.交叉点的利用率很低。哪怕所有的连接设备都处于活动状态，也只有一小部分交叉点被占用为了克服这些限制，我们采用了多级交换。图9.6所示为一个二级交换的例子。这种排列方式比起单级矩阵有如下几个优点:.交叉点的数量减少了，从而提高了矩阵的利用率:在这个例子中，10个站点所的交叉点总数从100个减少至48个.多条通路可经过网络连接两个端点，从而提高了可靠当然，多级网络需要更加复杂的控制机制。在单级网络中，建立一条通路只需要闭合一个门电路。在多级网络中，需要找出一条经过各级的闲置通路，并且闭合相应的门电路。使用多级空分交换需要注意的一个间题是它可能被阻塞。从图95中可清楚地看出单级矩阵是无阻塞网络。也就是说，有一条通路可用于连接一个输入和一个输出。而在使用多级交换时的情况就不是这样了，从图9.6中可看出。图中在这种状态下，比如说输人线10就不能与输出线3,4或5相连接，即使所有这些输出线都是可用的。通过增交换技术其有悠久的厉史，其中有很长一段时间是模拟信号交换占主牢地位的时代。随着数字化话音和同步时分复用技术的出现，不论是话音还是数据都可以用数字信号来传输，它导致了交换系统在设计及技术上的根本性改变。相当笨拙的老式空分系统目前已经很少使用了，现代数字系统依靠的是对空分或时分单元的智能化控制。事实上，所有的现代电路交换机都使用数字时分技术来建立及这些“电路”。时分交换涉及到将低速率的比特流分割成许多小块，然后与其他比特流一起共享速率较高的容量。这些独立的数据块或者说TDM总线交换。TDM总线交换的基础是使用了同步时分复用(TDM),而事实上所有数字交换技术都是以TDM为基础的。正如我们在图86中看到的，同步TDM允许多个低速率的比特流共条高速线路。一组输入被依次采样。结果得到的样本被顺序地组织到各时隙中(信道)，从而形成由这些时隙组成的新的帧，且每个帧的时隙数等于输人信号的个数。一个时隙可能是一个比特、一个字节或更长一些的数据块。其中值得注意的一点是使用同步TDM时，每个时隙数据的来源和目的都是已知的，因此没有必要为每个时隙设址位图97所示为这种技术应用到交换中的一种简单方法。所有设备都通过全双工线路与交换机相连。这些线路通过一些控制门电路连接到高速数字总线上。为了提供输入数据，每条线路都预先分配有一个时隙在某个时隙期间，对应线路的门电路被启用(enabed)，允许一小串数据抵达总线。同样在该时隙中，1条其他线路的门电路被启用，以允许该线路输出。因此，在该时隙的时间段中，从启用的输人线传过来的数据被交换到启用的输出线。在接下来的时隙中，不同的输人/输出对(pair)被启用，从而允许在共享的总线上运载多条连接。如果一个相连设备在某个预先分配的时隙中发送数据，而在另一个时隙接收数据，那么就可以完成全双工操作。在连接的另一端是一个/O对，对它们而言，对应的预先分配时隙所表示的含义正好相反。让我们更进一步地看看这其中涉及到的时序关系。首先设想 的无阻塞网络的实现。比如说，于可支持100台设备的交换机，就必须具有100个重复出现的时隙，每个时隙都分配给一条输入线路和一条输出线路。所有的时隙完整重复一次就称作一个帧。输入的时隙分配可能是固定的，而输出的时隙分配是可变的以允许不的连接。当个时隙开后，指(启用)的输人线可能会插进一个数据串，这个数据串由此处通过所有其他的输出线路到线路两端。那么指定(启用)的输出线路会有数据的情况下，当这些数据经过时它们。因此，这个时隙的长度必须等于输入的传输时间加上在输人和输出之间通过总线的时延。为了使连续不断的时隙大小保持致，时隙长度的定义为传输时间加上端对端的总线时延为了能够赶上输入线路的速度，总线上的数据率必须足够高，使时隙能