第1章 绪论

1.1 通信网与交换机

1.1.1 交换机的含义

通信的目的是实现信息的交换。在通信系统中，信息以电信号或光信号的形式传输。一个通信系统至少应由终端和传输媒介组成，点对点通信的模型如图1.1所示。终端将信息如语音、视频、计算机数据等转换成适合媒介传输的信号形式，同时将来自传输媒介的信号还原成原始消息；传输媒介则把信号从一个地点传输至另一个地点。这样一种仅涉及两个终端的通信方式称为点对点通信。注意，图1.1中没有任何处理设备，仅有两个终端和传输媒介。

当存在多个终端，且希望它们中的任何两个都可以实现点对点通信时，最直接的方法是把所有终端两两相连，这样的连接方式称为全互连式。全互连式连接存在下列弊端：

（1）当存在N个终端时，需用N×（N-1）/2线对，即线对总量与终端数的平方成正比；

（2）终端间相距很远时，相互间需要大量的线路；

（3）每个终端都有N-1对线与其他终端相接，因而每个终端需要N-1个线路接口；

（4）增加第N+1个终端时，需增设N对线路，当N较大时，实用性非常差；

（5）每个用户的线对过多，维护工作量较大。

如果在用户分布密集的中心安装一个交换机（switch），每个用户的终端设备经各自的专用线路（即用户线）连接到交换机上，如图1.2所示的用户与交换机的关系，就可以克服全互连式连接存在的上述问题。

图1.2中，当任意两个用户间需要交换信息时，交换机将这两个用户的通信线路连通。用户通信结束后，两个用户间的连线断开。有了交换设备，N个用户只需要N对线就可以满足要求，线路的投资费用大大降低，用户线的维护也变得简单。尽管这样增加了交换设备的费用，但它的利用率很高，相比之下，总的投资费用仍是下降的。

1.1.2 通信网

当用户数量很多且分布的区域较广时，一台交换机的容量不可能容纳所有用户。为使通信网容纳全部用户，就需要安装多台交换机组成图1.3所示的通信网。网中直接连接电话机或终端的交换局称为端局，相应的交换机称为端局交换机；而仅与各交换机连接的交换机称为汇接交换机。当通信距离很远，通信网覆盖多个省市乃至全国范围时，汇接交换机称为长途交换机。完成国际长途通信的汇接局叫国际汇接局。交换机之间的线路称为中继线。显然，长途交换设备仅涉及交换机之间的通信，而端局交换设备既涉及交换设备之间的通信，又涉及交换设备与终端的通信。

图1.1、图1.2和图1.3中的“终端”设备即电话，因位于网络的终端而得名。计算机网的终端指计算机。由于计算机网的终端设备计算机可以不依赖其他设备独立运行，因此也称主机（host）。

图1.3中的用户交换机（Private Branch Exchange，PBX）常用于一个集团的内部。PBX与市话交换机之间的中继线数目通常远比PBX所连接的用户线数目少，因此当集团中的主要电话业务为内部通信时，采用PBX要比将所有话机都连到市话交换机上更经济。PBX都具有自动交换能力，又称为PABX（Private Automatic Branch Exchange），实现中采用的是虚拟专用网技术。

由此可见，交换机在通信网中起着非常重要的作用。

1.1.3 面向连接通信网和无连接通信网

信息在通信网中由发端至终端逐节点传输时，网络有两种工作方式：面向连接（Connection Oriented，CO）和无连接（Connection1ess，CL）。

1.面向连接通信网络

面向连接指在两个端点间建立一条数据通信信道。该信道提供一条在网络上顺序发送数据分组的预定义路径，发送方与接收方保持联系以协调会话和数据分组接收或失败的信号。面向连接网络建立的连接有两种：实连接和虚连接。用户通信时，如果建立的连接由一条接一条的专用电路资源级联而成，无论用户信息是否传输，这条专用连接始终存在，且每一段占用恒定的电路资源，那么这个连接就叫实连接（详见第2章）；如果电路的分配是随机的，用户传输信息时才占用电路资源，无信息传输就不占用电路资源，对用户的识别改用标志，那么这样一段又一段串接起来的标志连接叫虚连接（详见第4章）。显然，实连接的电路资源利用率低；虚连接的电路资源利用率高。

2.无连接通信网络

无连接通信中，每个数据分组是网络上的独立传输单元，称做数据报。发送方和接收方之间没有初始协商，发送方仅仅向网络上发送数据分组，每个分组含有源地址和目的地址。

面向连接网络和无连接网络的主要区别如下：

（1）面向连接网络用户的通信总要经过连接建立、信息传输、连接释放三个阶段，无连接网络不需为用户的通信过程建立和拆除连接；

（2）面向连接网络的每一个节点为每一个呼叫选择路由，节点中需要有维持连接的状态表；无连接网络的每一个节点为每一个传输的数据分组选择路由，节点中不需要维持连接的状态表。