现代通信中交换技术的发展

雷 娟

（天津开发区职业技术学院 中国 天津 300457）

通信是指人与人之间通过某种媒介进行信息交流与传递。从古代的烽火台、驿站、信鸽、旗语等到现代的电通信，通信技术发生了翻天覆地的变化。我们今天通常所说的通信，是指电通信。一个简单的现代通信系统至少要由终端、传输、交换三个要素组成，通信技术的发展，不仅受限于终端设备技术和传输技术的发展，也要依赖于现代交换技术的发展。

交换技术是通信网络中的关键技术，它决定了网络的性能以及能够向用户提供何种服务。随着通信技术和计算机技术的不断发展，人们要求网络能够提供更多种类的业务，而传统的交换技术已经满足不了用户对于各种新业务的要求，因此各种交换技术应运而生，以满足人们对不同的业务的要求。

1 电路交换

电路交换是最早出现的一种交换方式，电话网中就是采用电路交换方式。电路交换是一种实时交换技术，它的基本特点是采用面向连接的方式，就是当用户需要进行通信时，由交换机在收发方建立一条临时的电路连接，该连接在整个通信期间在、始终保持连通，直到通信结束才被释放。

电路交换是一种面向连接的实时交换技术，适用于对实时性要求高的通信业务，信息的传输时延小，电路交换时对用户的信息不进行存储、分析和处理，信息在终端之间进行“透明”传输，在处理方面的开销比较小，信息的传输效率比较高。但是电路交换技术也存在着显而易见的缺点，那就是资源独占，电路利用率低。电路交换时，两个终端之间的通路一旦建立，即使他们之间没有信息传送，线路资源也不允许别的用户使用。由于讲话双方总是一个在说，一个在听，因此电路空闲时间占大约50%。其次，电路交换中也存在着一定的呼损率，因为通信双方在通信前需要建立起专用的连接通路，如果没有空闲的连接通路，通信就不能进行，也就是存在呼损。

为了克服电路交换资源独占，通信线路利用率低，存在呼损，各种不同终端之间不能互通等问题，人们提出了报文交换。

2 报文交换

报文交换的基本原理是“存储—转发”，这种方式不要求在两个通信结点之间建立专用通路。报文交换是以报文为数据交换的单位，报文携带有目标地址、源地址等信息，在交换结点采用存储转发的传输方式。和电路交换相比，这种交换方式的主要优点就是通信线路利用率高，报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在连接建立时延，用户可随时发送报文，而且可以多个用户同在一条链路上传送数据。由于采用了“存储—转发”方式，可以将用户信息存储在交换机的存储器中，等到线路空闲时将其传送到下一个交换机，因此报文交换几乎无呼损。不同速率、类型的终端之间也可以互通，不要求通信双方同时工作。但是，报文交换也存在着缺点，那就是实时性不高，通信时延较长，不适用于实时交互的业务，它主要用于公众电报和电子信箱业务。

3 分组交换

分组交换技术的研究是从20世纪60年代开始的。电路交换技术由于资源独占不利于数据通信，而报文交换又以报文为单位，信息传输时延长，不能满足用户需求，分组交换技术是适用于计算机通信的需求而发展起来的一种先进交换技术，是报文交换技术的改进。报文交换是以报文为单位，而分组交换需要将用户传送的信息分割成若干个组，并附有分组头，分组头中含有地址及其控制信息，每个分组标识后，在一条物理线路上采用动态复用技术，同一个报文的多个分组可以同时传输，多个用户的信息也可以共享同一条物理链路。因此分组交换可以达到资源共享，并为用户提供可靠、有效的数据服务。它克服了电路交换中独占线路，线路利用率低的缺点，同时由于分组以后的长度短，格式统一，便于交换机进行处理，因此与报文交换相比，它的传输时延较小。综上分组交换兼有报文交换和电路交换的优点。

4 ATM交换

20世纪80年代以来，跨越广域网实现局域网互联的越来越多，伴随着多媒体技术的出现，人们对视频电话、视频会议、图像传输等业务的需求迅速增加，对带宽的需求也越来越高，导致了宽带综合业务数字网（B-ISDN）的问世。ATM交换是支持B-ISDN的一种交换技术，是一种先进的交换方式，既能像电路交换方式一样适用于实时业，又能像分组交换方式一样适用于非实时业务，它是分组交换技术的改进型。ATM（Asynchronous Transfer Mode）异步传输模式是以信元为单位，采用异步时分复用传输和异步时分交换的技术，它综合了电路交换和分组交换的优点，一方面它用具有标志的电路代替恒定位置的电路，因而能够灵活地分配带宽，于此同时，它取消了复杂的差错控制和流量控制，减少了处理时间；另一方面，它以等长信元为单位进行交换，可以利用电路交换的优势，使信息传输时延大大降低，克服了分组交换中无序接收的缺点，保证了数据的连续性，更适合多媒体数据的传输，是目前一种先进的宽带交换技术。

5 IP交换

ATM具有高带宽、快速交换和提供可靠服务质量保证的特点，Internet的迅速发展和普遍应用使得IP成为计算机网络应用环境的既成标准和开放性系统平台。IP交换技术最初由Ipsilon公司于1996年提出，也称为第三层交换技术，是专门用于在ATM网上传送IP分组技术，目的是使IP更够更快并能提供业务质量支持。IP交换机可看做是IP路由器和ATM交换机的组合，IP交换可提供两种信息传送方式，一种是ATM交换，另一种是基于逐跳（hop-by-hop）方式的传统IP交换。采用哪种方式取决于数据流的类型，对于连续的、业务量大的数据流采用ATM交换，对于持续时间短、业务量小的数据流采用传统IP传输技术。

6 光交换

现代通信网中，光纤得到了广泛应用，到20世纪末，随着密集波分复用技术的成熟，单根光纤的传输容量已可达到Tbit/s的量级，由此也对交换系统的发展提供了巨大的动力和压力。传统的交换技术需要将数据转换成电信号进行交换，然后再转换为光信号传输，信号经光/电—电/光转换有损，无法满足更高速度的交换需要，而且转换设备体积庞大费用高昂，全光交换技术的到来是大势所趋。全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的输出端。随着通信网络逐渐向全光平台发展，网络的优化、路由保护哥自愈功能在光通信领域中越来越重要，采用光交换技术可以克服电子交换的容量瓶颈问题，实现网络的高速率和协议透明性，提高网络的重构灵活性和生存性，大量节省建网和网络升级成本。

7 软交换

下一代网络（NGN）从广义上讲是指集语音、数据、视频及多媒体业务为一体的全新网络。从NGN的概念出发，可以看到它的核心思想就是媒体与业务分离，媒体与控制分离，即业务驱动，业务与网络分离。软交换技术作为NGN中的核心技术，正是为了解决这一问题应运而生的一项新技术。软交换吸取了IP、ATM等众家所长，形成了分层、全开放的体系结构，使得各个运营商可以根据自己的需要，全部或部分利用软交换体系的产品，采用适合自己的网络解决方案，在充分利用现有资源的同时，寻找到自己的立足点。作为下一代网络的发展方向，软交换不仅实现了网络的融合，更重要的是实现了业务的融合，即实现了5个W的个人通信。作为NGN中的核心技术，软交换技术的发展受到越来越多的关注，可以预见，软交换技术必定会成为未来网络发展过程中一个重要技术。

交换技术从传统的电路交换技术发展到现代的软交换，技术的进步使得我们采用单一网络结构实现语音、图像、数据、视频等信息的宽带高速传送与交换成为可能，实现电话通信网、有限电视网和计算机网络的“三网合一”是未来通信的发展趋势。