交换技术分类

不同的通信业务具有不同的特点，在通信网络发展的过程中，不同的网络使用不同的交换方式。目前从电信网使用的交换技术和计算机网使用的交换技术归纳的分类如图1.6所示。

图1.6 交换技术分类

电信网络所使用的交换技术:

目前电信网络常见的交换方式有电路交换、分组交换、帧中继FR、异步转移模式ATM，而多速率电路交换、快速电路交换和帧交换等技术由于控制复杂等诸多原因而末被广泛使用。

电路交换：

电路交换CS(Circuit Switching)是最早出现的一种交换方式，包括早期的人工电话在内的电话交换都普遍采用电路交换方式。在电路交换方式中，交换中心处 理每一个呼叫都要经过连接的建立、保持和拆除三个阶段。交换中心根据信令建立连接，连接一旦建立，不论通信的双方是否有信息传递，通信链路及有关的系统资 源都一直被通信双方占用，不会出现拥塞。这种交换方式的信息传送时延非常小，网络不对用户信息进行误码校正等处理，因此交换处理简单，交换速度较高，适用 于语音、图像等实时性要求高的业务，是目前电话网的基本交换方式。但由于电路交换要求交换时隙具有周期性，所以规定信道速率只能取某些特定的值，如64kbit/s、2048kbit/s等，不能适应多种速率业务的接入要求。另外，通信双方独占固定资源，即使某一时刻无信息传输，也不能给其它用户使用，信道利用率低。
电路交换的要点是面向连接，在通信时需要先建立连接，在通信过程中独占一个信道，优点是实时性高，时延和时延抖动都较小；缺点是信道利用率低，且传输速率单一。电路交换主要适用于语音和视频这类实时性强的业务。

分组交换：

报文交换(Message Switching )又称为存储－转发交换，它与电路交换的原理不同，不需要提供通信双方的物理连接，而是将所接收的报文暂时存储。报文中除了用户要传送的信息以外，还有目的地址和源地址。公用电信网的电报自动交换是报文交换的典型应用，有的专用数据网也采用报文交换方式。
    分组交换PS(Packet Switching)的思想是从报文交换而来的，采用存储－转发方式的分组交换与报文交换的不同在于：分组交换将用户要传送的信息分割为若干个分组(packet)，每个分组中有一个分组头，含有可供选路的信息和其他控制信息。
    分组交换以存储－转发交换为基础，它根据用户对时 延和开销等性能的要求，将需要传输的数据业务分成一定长度的分组，每个分组都有信息头和结束标记，其中包含了分组的路由信息。可以实现分组选路，并且可以 实现多个通信过程共享一个信道。分组每到达一个节点，都先装入相应的链路缓冲器，进行检错或重发等有关处理，然后进入相应的队列等候，一有链路可供使用， 就进行转发。显然，分组交换对突发性业务具有良好的适应性，但它对于语音、图像等实时性的业务却存在着明显的时延缺陷。另外，分组交换主要用于需要高可靠 性的数据通信，它所采用的在局间转接时误码控制、重发控制等功能必须利用软件进行复杂的处理，因此处理和传输速率受到很大的限制。
分组交换的要点是信息分组和存储－转发，优点是传输灵活，信道利用率高；缺点是协议和设备非常复杂，由此产生的时延和时延抖动很大。分组交换主要用于数据传输。

帧中继交换：

帧中继FR(Frame Relay)是以分组交换为基础的高速分组交换技术，由于帧中继利用了光纤传输的低误码率特性，所以对分组交换使用的X.25通信协议进行了简化和改进，取消了网络节点的差错控制和流量控制，将逐段的差错控制和流量控制移到终端实现，缩短了交换节点的处理时间。帧中继适用于处理突发性信息和可变长帧的信息传送，特别是计算机网络互联。

ATM交换：

异步转移模式ATM(Asynchronous Transfer Mode)是国际电信联盟ITU(International Telecommunications Union)提出的作为B-ISDN的传送交换模式标准。在综合业务环境下，不同业务对网络的要求不同，例如语音业务要求端-端时延必须在允许的一定范围内(通常<50ms)，而数据业务则可以容忍一定的时延，且对时延变化不如语音那么敏感；语音业务的冗余量大，错几个比特，对语音质量不会有多大影响，但是数据业务则要求误码率极小。显然，单纯电路交换方式和分组交换方式都不能满足综合业务环境的使用要求。
    ATM是在分组交换技术上发展起来的快速分组交换技术，它是以信元为基本单位的复用、交换、传输技术。“信元”是ATM所特有的分组，语音、数据、视像等所有的数字信息被分成长度一定的数据块。ATM的信元在传输线上不与固定时隙对应，其信息按信头中的标志来区分，即信道是动态占用的。
    ATM交换的要点是虚连接和固定分组，优点是融合了电路交换高实时性和分组交换高效率，具有支持不同QoS等级的能力，并能提供流量控制和拥塞控制，可以广泛运用于现代通信网。

计算机通信网所使用的交换技术：

从广义上来看，计算机网络使用的交换机分为两种：LAN交换机和WAN交换机。LAN交换机应用于局域网，用于连接终端设备，如PC机及网络打印机等。WAN交换机主要应用于广域网，提供通信用的基础平台。从传输介质和传输速度上可分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、令牌环交换机和ATM交换机等。从规模应用上又可分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机等。作为骨干交换机时，支持500个信息点以上大型企业应用的交换机为企业级交换机，支持300个信息点以下中型企业的交换机为部门级交换机，而支持100个信息点以内的交换机为工作组级交换机。骨干网交换机是网络核心使用的高端交换机，它获得的数据来自集线器Hub和工作组交换机，并提供这些设备的互连。骨干网交换机通常连接一种或多种高速网络。工作组交换机属于低端设备，它通过共享技术连接多个共享网段，工作组交换机通常用于连接PC或低流量的数据库服务器。

MPLS：

多协议标记交换MPLS是一种将ATM交换技术和IP路由技术综合在一起的IP骨干网技术，它将IP的网络层路由和ATM的链路层交换融合在了一起，以十分简洁的方式完成信息的传送。

软交换：

软交换就是基于软件提供呼叫控制的功能实体。软交换的基本含义就是把呼叫控制功能从媒体网关中分离出来，通过服务器或网元上的软件实现基本呼叫控制功能，包含呼叫选路、管理控制、连接控制(建立会话、拆除会话)、信令互通等。
软交换是一种功能实体，为NGN提供具有实时性要求的业务的呼叫控制和连接控制功能，是NGN呼叫与控制的核心。简单地看，软交换是实现传统程控交换机的“呼叫控制”功能的实体，但传统的“呼叫控制”功能是和业务结合在一起的，不同的业务所需要的呼叫控制功能不同；而软交换则是与业务无关的，这要求软交换提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制。
软交换思想吸取了IP、ATM、智能网IN(Intelligent Network)和时分复用TDM(Time Division Multiplex)等众家之长，形成分层、全开放的体系架构，作为下一代网络的发展方向，软交换不但实现了网络的融合，更重要的是实现了业务的融合。

移动交换：

移 动通信是指通信双方至少有一方是在移动中进行信息交换，也是固定通信的延伸。移动通信是现代信息网中用户增长最快的网络，是现代信息网的重要组成部分。移 动通信已完成了模拟到数字的转变，目前正向个人通信发展，移动业务也由单一的语音通信向集数据、图像等为一体的综合业务发展。

光交换：

光交换是指不经过任何光/电转换，在光域直接将输入光信号交换到不同输出端。在通信网普遍采用光纤进行传输时，进一步发展就是与光传输配合实现光交换。未来的通信网可以直接在光域实现信号的复用、传输、交换、路由选择、监控，网络信号不再承受光/电转换的障碍，实现全光网络。