現(xiàn)代通信中交換技術(shù)的發(fā)展

雷 娟

（天津開發(fā)區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 中國 天津 300457）

通信是指人與人之間通過某種媒介進行信息交流與傳遞。從古代的烽火臺、驛站、信鴿、旗語等到現(xiàn)代的電通信，通信技術(shù)發(fā)生了翻天覆地的變化。我們今天通常所說的通信，是指電通信。一個簡單的現(xiàn)代通信系統(tǒng)至少要由終端、傳輸、交換三個要素組成，通信技術(shù)的發(fā)展，不僅受限于終端設(shè)備技術(shù)和傳輸技術(shù)的發(fā)展，也要依賴于現(xiàn)代交換技術(shù)的發(fā)展。

交換技術(shù)是通信網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)，它決定了網(wǎng)絡(luò)的性能以及能夠向用戶提供何種服務(wù)。隨著通信技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，人們要求網(wǎng)絡(luò)能夠提供更多種類的業(yè)務(wù)，而傳統(tǒng)的交換技術(shù)已經(jīng)滿足不了用戶對于各種新業(yè)務(wù)的要求，因此各種交換技術(shù)應(yīng)運而生，以滿足人們對不同的業(yè)務(wù)的要求。

1 電路交換

電路交換是最早出現(xiàn)的一種交換方式，電話網(wǎng)中就是采用電路交換方式。電路交換是一種實時交換技術(shù)，它的基本特點是采用面向連接的方式，就是當(dāng)用戶需要進行通信時，由交換機在收發(fā)方建立一條臨時的電路連接，該連接在整個通信期間在、始終保持連通，直到通信結(jié)束才被釋放。

電路交換是一種面向連接的實時交換技術(shù)，適用于對實時性要求高的通信業(yè)務(wù)，信息的傳輸時延小，電路交換時對用戶的信息不進行存儲、分析和處理，信息在終端之間進行“透明”傳輸，在處理方面的開銷比較小，信息的傳輸效率比較高。但是電路交換技術(shù)也存在著顯而易見的缺點，那就是資源獨占，電路利用率低。電路交換時，兩個終端之間的通路一旦建立，即使他們之間沒有信息傳送，線路資源也不允許別的用戶使用。由于講話雙方總是一個在說，一個在聽，因此電路空閑時間占大約50%。其次，電路交換中也存在著一定的呼損率，因為通信雙方在通信前需要建立起專用的連接通路，如果沒有空閑的連接通路，通信就不能進行，也就是存在呼損。

為了克服電路交換資源獨占，通信線路利用率低，存在呼損，各種不同終端之間不能互通等問題，人們提出了報文交換。

2 報文交換

報文交換的基本原理是“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”，這種方式不要求在兩個通信結(jié)點之間建立專用通路。報文交換是以報文為數(shù)據(jù)交換的單位，報文攜帶有目標(biāo)地址、源地址等信息，在交換結(jié)點采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸方式。和電路交換相比，這種交換方式的主要優(yōu)點就是通信線路利用率高，報文交換不需要為通信雙方預(yù)先建立一條專用的通信線路，不存在連接建立時延，用戶可隨時發(fā)送報文，而且可以多個用戶同在一條鏈路上傳送數(shù)據(jù)。由于采用了“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”方式，可以將用戶信息存儲在交換機的存儲器中，等到線路空閑時將其傳送到下一個交換機，因此報文交換幾乎無呼損。不同速率、類型的終端之間也可以互通，不要求通信雙方同時工作。但是，報文交換也存在著缺點，那就是實時性不高，通信時延較長，不適用于實時交互的業(yè)務(wù)，它主要用于公眾電報和電子信箱業(yè)務(wù)。

3 分組交換

分組交換技術(shù)的研究是從20世紀(jì)60年代開始的。電路交換技術(shù)由于資源獨占不利于數(shù)據(jù)通信，而報文交換又以報文為單位，信息傳輸時延長，不能滿足用戶需求，分組交換技術(shù)是適用于計算機通信的需求而發(fā)展起來的一種先進交換技術(shù)，是報文交換技術(shù)的改進。報文交換是以報文為單位，而分組交換需要將用戶傳送的信息分割成若干個組，并附有分組頭，分組頭中含有地址及其控制信息，每個分組標(biāo)識后，在一條物理線路上采用動態(tài)復(fù)用技術(shù)，同一個報文的多個分組可以同時傳輸，多個用戶的信息也可以共享同一條物理鏈路。因此分組交換可以達到資源共享，并為用戶提供可靠、有效的數(shù)據(jù)服務(wù)。它克服了電路交換中獨占線路，線路利用率低的缺點，同時由于分組以后的長度短，格式統(tǒng)一，便于交換機進行處理，因此與報文交換相比，它的傳輸時延較小。綜上分組交換兼有報文交換和電路交換的優(yōu)點。

4 ATM交換

20世紀(jì)80年代以來，跨越廣域網(wǎng)實現(xiàn)局域網(wǎng)互聯(lián)的越來越多，伴隨著多媒體技術(shù)的出現(xiàn)，人們對視頻電話、視頻會議、圖像傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)的需求迅速增加，對帶寬的需求也越來越高，導(dǎo)致了寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（B-ISDN）的問世。ATM交換是支持B-ISDN的一種交換技術(shù)，是一種先進的交換方式，既能像電路交換方式一樣適用于實時業(yè)，又能像分組交換方式一樣適用于非實時業(yè)務(wù)，它是分組交換技術(shù)的改進型。ATM（Asynchronous Transfer Mode）異步傳輸模式是以信元為單位，采用異步時分復(fù)用傳輸和異步時分交換的技術(shù)，它綜合了電路交換和分組交換的優(yōu)點，一方面它用具有標(biāo)志的電路代替恒定位置的電路，因而能夠靈活地分配帶寬，于此同時，它取消了復(fù)雜的差錯控制和流量控制，減少了處理時間；另一方面，它以等長信元為單位進行交換，可以利用電路交換的優(yōu)勢，使信息傳輸時延大大降低，克服了分組交換中無序接收的缺點，保證了數(shù)據(jù)的連續(xù)性，更適合多媒體數(shù)據(jù)的傳輸，是目前一種先進的寬帶交換技術(shù)。

5 IP交換

ATM具有高帶寬、快速交換和提供可靠服務(wù)質(zhì)量保證的特點，Internet的迅速發(fā)展和普遍應(yīng)用使得IP成為計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境的既成標(biāo)準(zhǔn)和開放性系統(tǒng)平臺。IP交換技術(shù)最初由Ipsilon公司于1996年提出，也稱為第三層交換技術(shù)，是專門用于在ATM網(wǎng)上傳送IP分組技術(shù)，目的是使IP更夠更快并能提供業(yè)務(wù)質(zhì)量支持。IP交換機可看做是IP路由器和ATM交換機的組合，IP交換可提供兩種信息傳送方式，一種是ATM交換，另一種是基于逐跳（hop-by-hop）方式的傳統(tǒng)IP交換。采用哪種方式取決于數(shù)據(jù)流的類型，對于連續(xù)的、業(yè)務(wù)量大的數(shù)據(jù)流采用ATM交換，對于持續(xù)時間短、業(yè)務(wù)量小的數(shù)據(jù)流采用傳統(tǒng)IP傳輸技術(shù)。

6 光交換

現(xiàn)代通信網(wǎng)中，光纖得到了廣泛應(yīng)用，到20世紀(jì)末，隨著密集波分復(fù)用技術(shù)的成熟，單根光纖的傳輸容量已可達到Tbit/s的量級，由此也對交換系統(tǒng)的發(fā)展提供了巨大的動力和壓力。傳統(tǒng)的交換技術(shù)需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號進行交換，然后再轉(zhuǎn)換為光信號傳輸，信號經(jīng)光/電—電/光轉(zhuǎn)換有損，無法滿足更高速度的交換需要，而且轉(zhuǎn)換設(shè)備體積龐大費用高昂，全光交換技術(shù)的到來是大勢所趨。全光交換是指不經(jīng)過任何光電轉(zhuǎn)換，在光域直接將輸入光信號交換到不同的輸出端。隨著通信網(wǎng)絡(luò)逐漸向全光平臺發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化、路由保護哥自愈功能在光通信領(lǐng)域中越來越重要，采用光交換技術(shù)可以克服電子交換的容量瓶頸問題，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率和協(xié)議透明性，提高網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)靈活性和生存性，大量節(jié)省建網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)升級成本。

7 軟交換

下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）從廣義上講是指集語音、數(shù)據(jù)、視頻及多媒體業(yè)務(wù)為一體的全新網(wǎng)絡(luò)。從NGN的概念出發(fā)，可以看到它的核心思想就是媒體與業(yè)務(wù)分離，媒體與控制分離，即業(yè)務(wù)驅(qū)動，業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)分離。軟交換技術(shù)作為NGN中的核心技術(shù)，正是為了解決這一問題應(yīng)運而生的一項新技術(shù)。軟交換吸取了IP、ATM等眾家所長，形成了分層、全開放的體系結(jié)構(gòu)，使得各個運營商可以根據(jù)自己的需要，全部或部分利用軟交換體系的產(chǎn)品，采用適合自己的網(wǎng)絡(luò)解決方案，在充分利用現(xiàn)有資源的同時，尋找到自己的立足點。作為下一代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向，軟交換不僅實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的融合，更重要的是實現(xiàn)了業(yè)務(wù)的融合，即實現(xiàn)了5個W的個人通信。作為NGN中的核心技術(shù)，軟交換技術(shù)的發(fā)展受到越來越多的關(guān)注，可以預(yù)見，軟交換技術(shù)必定會成為未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中一個重要技術(shù)。

交換技術(shù)從傳統(tǒng)的電路交換技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)代的軟交換，技術(shù)的進步使得我們采用單一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)語音、圖像、數(shù)據(jù)、視頻等信息的寬帶高速傳送與交換成為可能，實現(xiàn)電話通信網(wǎng)、有限電視網(wǎng)和計算機網(wǎng)絡(luò)的“三網(wǎng)合一”是未來通信的發(fā)展趨勢。