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第4章现代交换技术
引言
交换的有关概念
主要的几种交换方式及其原理
交换机典型的组成原理
交换机的控制原理
ATM交换机
IP交换机
光交换机
移动交换机
习题
引言
最早的交换机是人工操作的,称为人工电话交换机。人工电话交换机有两种,一种是磁石式电话交换机,用户首先用手摇发电机发出呼叫信号,使相应的用户接口电路上的指示灯亮。话务员发现后,将自己的话路与呼叫者的话路接通,问明被叫者后,选定一条空闲绳路,然后将铃流发生器与被叫话路接通。被叫方摘机,指示灯亮后,话务员拆断铃流,接通绳路,使发话、受话双方通话。通话结束后,用户挂机,接口指示灯灭,话务员拆除绳路,完成一次通话过程。另一种是共电式电话交换机,话务员的操作基本上同磁石式交换机一样,不同的是通话电源由电话局集中供电。人工交换机因其容量小、接续速度慢、需设话务员等缺点,现已被淘汰或仅用在某些特殊场合。
1889年,美国人史端乔发明了第一台无需话务员接线的步进式自动交换机,并在三年后投入了使用。此后,随着技术的发展,交换机的自动控制方式先后主要经历了机电制、布控制和程控制三代。
机电制控制系统的接续过程是依靠对步进(侍服)电机等的控制来完成的。在布控系统中,存在许多由继电器或电子器件构成的控制单元电路,接续中所需的逻辑功能是通过适当设计这些控制单元之间的布线来完成的。机电制和布控制交换机中的控制系统所采用的器件和电路都较简单,它们的功能通常仅限于基本的呼叫接续处理。
机电制和布控制交换机的典型代表是纵横制交换机,纵横制交换机采用纵横接线器作为话路接续部件,采用间接控制方式,把话路设备和控制设备完全分开。这种设计思想是电话交换技术上的重大发展。纵横制交换机的组成方式为后来程控交换机的出现打下了良好的基础。
随着电子技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用,人们开始将计算机作为交换机的控制部分,以预先编制好的程序来控制话路接续部分的工作,这也就出现了程控交换机。与机电式布控交换机相比,程控交换机在接续速度、灵活性等方面,都有了极大的提高。
受当时电子器件和集成电路技术的限制,开始的程控交换机是空分程控交换机,即它的控制部分是存有交换程序的计算机,而话路接续部分仍然采用机电式接线器或空分电子接线器,组成空分模拟交换网络,以交换模拟话音信号。
早期的通信网是模拟网络,通过模拟信号来表示话音和数据。后来,在传输线路上产生了数字传输系统,并逐步由数字传输系统来取代模拟传输系统,而这时的交换系统仍然是模拟交换系统。模拟交换系统和数字传输系统连接时,要进行模/数转换,这种转换是不得已而为之的。随着传输系统数字化比例的增大,就越显示出模拟交换系统与数字传输系统连接时在技术上、经济上的种种不足,也就更迫切地需要能直接交换数字信号的交换系统。随着集成电路技术的不断发展,我们把脉码调制PCM技术应用到交换领域中,在程控交换机的话路接续部分采用大规模集成电路组成的数字交换网络,直接交换PCM数字信号,这也就出现了时分数字交换机,标志着交换技术进入了数字交换的时代。
数字交换机的诞生不但使电话交换跨上了一个新的台阶,而且对开通非电话业务提供了有利条件。在数字交换机上既能进行电路交换,又能进行分组交换,而且能实现话音和非话业务等多种业务通信,组成综合业务数字网(ISDN)。这表明交换技术已经进入了一个新的世纪,人们早已将交换概念的内涵扩展了,其外延也一直延伸至广义的信息交换。交换的概念不仅涉及对延时敏感的话音,而且包含数据交换和视频交换,也就是说,现在的交换概念不再是电路交换,也不完全是分组交换,而是信息交换。
由于数据信息的传递采用分层的概念来考虑,因而相应的信息交换也引入了分层交换的概念,即我们经常听到的各种交换的新名词,如第二层交换、第三层交换、第四层交换。其实,最基本的交换还是第一层,即物理层的交换,传统电话交换系统就是采用这种交换。在其他层的交换实际上是一种软交换(Soft Switching)或虚拟交换(Virtual Switching)。
第二层交换起始于1993年,当时的交换机运行在数据链路层,它可以访问MAC(介质访问层)地址,作出帧转发的决策,同时构筑自己的转发表。第二层交换机的应用使网络带宽得以提高,并为传输图像、音频等信号提供了技术基础。
但是随着网络日新月异的发展,多协议网络成为主流,连接多个子网成为十分普遍的现象,但第二层交换机难以满足网络对功能的要求。在这种情况下,多协议路由器成为构筑高级网络的主要数据转发工具,但路由器除了硬件支撑外,其“复杂的处理与强大的功能”主要是通过软件来实现的,这必然使得它成为网络瓶颈,同时,价格也更高。到了1997年,情况开始发生变化,路由交换机