1.1.2　交換方式

現(xiàn)代通信網(wǎng)中采用的交換方式主要有電路交換、報(bào)文交換和分組交換。從交換原理上看，電路交換是電路傳送模式，又稱為同步傳送模式；報(bào)文/分組交換采用的是存儲(chǔ)/轉(zhuǎn)發(fā)模式，又稱為異步轉(zhuǎn)移模式。

1.1.2.1　電路交換

電路交換是指呼叫雙方在開(kāi)始通話之前，必須先由交換設(shè)備在兩者之間建立一條專用電路，并在整個(gè)通話期間由他們獨(dú)占這條電路，直到通話結(jié)束為止的一種交換方式。

電路交換是最早出現(xiàn)的一種交換方式，公眾電話網(wǎng)（PSTN網(wǎng)）和移動(dòng)網(wǎng)（包括GSM網(wǎng)和CDMA網(wǎng)）采用的都是電路交換技術(shù)。

圖1-8所示給出了電路交換的工作原理。例如：某信源有3個(gè)數(shù)據(jù)塊要送到信宿，它首先發(fā)送一個(gè)“呼叫請(qǐng)求”消息到交換機(jī)1，要求將信息送到目的地（信宿）。交換機(jī)1根據(jù)信宿的地址查找路由表確定將該消息發(fā)送到交換機(jī)2，交換機(jī)2根據(jù)同樣的方式將該消息發(fā)送到交換機(jī)3，然后交換機(jī)3又將該消息發(fā)送到交換機(jī)6，交換機(jī)6最終將“呼叫請(qǐng)求”消息傳送到信宿。如果信宿準(zhǔn)備接收這些數(shù)據(jù)塊，它就發(fā)出一個(gè)“呼叫接受”消息到交換機(jī)6，這個(gè)消息通過(guò)交換機(jī)3、交換機(jī)2和交換機(jī)1送回到信源。然后上述各個(gè)交換機(jī)在信源和信宿之間共同建立一條供信息傳輸?shù)耐罚旁春托潘拗g就可以經(jīng)由這條建立的連接來(lái)傳送數(shù)據(jù)塊了。此后的每個(gè)數(shù)據(jù)塊都經(jīng)過(guò)這個(gè)連接來(lái)傳送，不需要再次選擇路由。因此來(lái)自信源的每個(gè)數(shù)據(jù)塊，穿過(guò)交換機(jī)1→2→3→6，而來(lái)自信宿的每個(gè)數(shù)據(jù)塊穿過(guò)交換機(jī)6→3→2→1。數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后，由任意一端用一個(gè)“呼叫釋放”消息來(lái)終止這一連接。

電路交換的特點(diǎn)如下：電路是一種實(shí)時(shí)性交換，其基本過(guò)程包括呼叫建立階段、信息傳送（通話）階段和連接釋放階段。在整個(gè)通信過(guò)程中雙方一直占用該電路，適用于實(shí)時(shí)（全程≤200ms）要求高的話音通信；

在通信前要通過(guò)呼叫為主叫、被叫用戶建立一條物理連接。如果呼叫請(qǐng)求數(shù)超過(guò)交換網(wǎng)的連接能力（過(guò)負(fù)荷），即沒(méi)有空閑的鏈接通路，呼叫將被拒絕，通信就不能進(jìn)行。待通信結(jié)束后，還需要根據(jù)信令將這條通路拆除；

電路交換所分配的帶寬是固定的，在連接建立后，即使無(wú)信息傳送也要占用信道帶寬，所以電路利用率比較低，據(jù)統(tǒng)計(jì)，傳送話音時(shí)電路利用率僅為36%，且在傳送信息時(shí)，沒(méi)有任何差錯(cuò)控制措施，因此，電路交換適合于電話交換、文件傳送、高速傳真等業(yè)務(wù)，不適合突發(fā)（Burst）業(yè)務(wù)和對(duì)差錯(cuò)敏感的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

1.1.2.2　報(bào)文交換

為了克服電路交換中各種不同類型和特性的用戶終端之間不能互通、通信電路利用率低以及有呼損等方面的缺點(diǎn)，提出了報(bào)文交換的思想。

報(bào)文交換又稱為消息交換，是以報(bào)文作為傳送單元，用于交換電報(bào)、信函、文本文件等報(bào)文消息。這種交換的基礎(chǔ)就是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。在這種交換方式中，發(fā)方不需先建立電路，不管收方是否空閑，可隨時(shí)直接向所在的交換局發(fā)送消息，交換機(jī)將收到的消息報(bào)文先存儲(chǔ)于緩沖器的隊(duì)列中。然后根據(jù)報(bào)文頭中的地址信息計(jì)算出路由，確定輸出線路，一旦輸出線路空閑，即將存儲(chǔ)的消息轉(zhuǎn)發(fā)出去。采用報(bào)文交換方式的電信網(wǎng)中的各中間節(jié)點(diǎn)的交換設(shè)備均采用此種方式進(jìn)行報(bào)文的接收—存儲(chǔ)—轉(zhuǎn)發(fā)，直至報(bào)文到達(dá)目的地。

報(bào)文交換的基本原理如圖1-9所示。如果用戶A要向用戶B發(fā)送信息，A與B之間不需要事先建立連接通路，只需A與交換機(jī)接通，有由交換機(jī)暫時(shí)把用戶A要發(fā)送的報(bào)文接收和存儲(chǔ)起來(lái)，交換機(jī)根據(jù)報(bào)文中提供的用戶B的地址確定報(bào)文在交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)路由，并將報(bào)文送到輸出隊(duì)列上排隊(duì)，等到該輸出線空閑時(shí)立即將該報(bào)文送到下一個(gè)交換機(jī)，以此方法，最后送到用戶B。報(bào)文交換的主要缺點(diǎn)是其時(shí)延大，且時(shí)延的變化也大，不利于實(shí)時(shí)通信；另外報(bào)文交換要求有較大的存儲(chǔ)容量。

1.1.2.3　分組交換

在分組交換中，消息被劃分為一定長(zhǎng)度的分組，每個(gè)分組數(shù)據(jù)加上地址和適當(dāng)?shù)目刂菩畔⒌人屯纸M交換機(jī)。與報(bào)文交換一樣，在分組交換中，分組也采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。兩者不同之處在于，分組長(zhǎng)度通常比報(bào)文長(zhǎng)度要短小得多。在交換網(wǎng)中，同一報(bào)文的各個(gè)分組可能經(jīng)過(guò)不同的路徑到達(dá)終點(diǎn)，由于中間節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)時(shí)延不一樣，各分組到達(dá)終點(diǎn)的先后與源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的順序可能不同。因此目的節(jié)點(diǎn)收齊分組后尚需先經(jīng)排序、解包等過(guò)程才能將正確的數(shù)據(jù)送給用戶。

圖1-10說(shuō)明了分組交換是如何實(shí)現(xiàn)傳送的。例如，信源有3個(gè)數(shù)據(jù)塊要送到信宿，它會(huì)把地址信息附加到數(shù)據(jù)塊內(nèi)，然后將數(shù)據(jù)塊1、2、3一連串地發(fā)送給本地交換機(jī)1。交換機(jī)1將到達(dá)的數(shù)據(jù)塊放入存儲(chǔ)器中停留很短時(shí)間，進(jìn)行排隊(duì)處理，根據(jù)數(shù)據(jù)塊中的地址信息進(jìn)行路由選擇，一旦確定了目的路由，就很快將數(shù)據(jù)塊輸出。假設(shè)在對(duì)數(shù)據(jù)塊1、2進(jìn)行處理時(shí)，交換機(jī)1得知交換機(jī)2的隊(duì)列短于交換機(jī)4，于是它將數(shù)據(jù)塊1、2排入到交換機(jī)2的隊(duì)列中。但如果在對(duì)數(shù)據(jù)塊2進(jìn)行處理時(shí)，交換機(jī)1發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在到交換機(jī)4的隊(duì)列最短，則會(huì)將數(shù)據(jù)塊3重新排在交換機(jī)4的隊(duì)列中。在以后通往信宿路由的各節(jié)點(diǎn)上，都做類似的處理。這樣，每個(gè)數(shù)據(jù)塊雖都有同樣的目的地址，但并不一定經(jīng)過(guò)同一路由。由于路由不同，數(shù)據(jù)塊3有可能先于數(shù)據(jù)塊1、2到達(dá)交換機(jī)6。為了正確接收信息，就需要目的交換機(jī)重新對(duì)用戶數(shù)據(jù)塊進(jìn)行排序，以恢復(fù)它們?cè)瓉?lái)的順序。

為了便于理解電路交換和分組交換，我們將通信網(wǎng)與直觀的交通網(wǎng)比較。交換設(shè)備相當(dāng)于道路交匯處，分組交換相當(dāng)車輛從甲地到乙地時(shí)，在道路交匯處由駕駛員選擇線路，只有道路空閑時(shí)車輛才能通行。因此在許多道路交匯處需要停靠，在不同質(zhì)量路段運(yùn)行速度不一，有時(shí)遇見(jiàn)道路擁堵時(shí)還要考慮如何繞道走，時(shí)效性較差。電路交換相當(dāng)于直達(dá)列車，車輛從甲地到達(dá)乙地的線路事先已經(jīng)確定，并且直達(dá)列車運(yùn)行期間其確定線路其他任何車輛不能使用，從而保持一路暢通，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。