一、什么是交换

        在通信系统中，我们所认知的最简单的通信方式就是点对点通信，但是当有多个终端需要进行相互通信时，点对点通信就具有一定的局限性，如下图所示：

        有的时候也会引入多个交换节点来实现交换功能：

        看到这里，我们对交换进行一个简单的总结：在通信领域中，所谓交换，就是在通信网上，负责在通信的源和目的终端之间建立通信信道传送通信信息的机制（控制）。通信网有3个要素组成，分别是终端设备、交换设备和传输设备。

二、常见的交换方式 

2.1 通信网的三对基本概念

        在了解常见的交换方式之前，我们首先要知道通信网的3对基本概念。

2.1.1 面向连接与无连接

        面向连接的方式又可以细分成物理连接与逻辑连接，其工作方式通常分成以下3个步骤

• （1）建立连接
• （2）信息传送
• （3）释放连接

        

         面向连接的方式类似于我们生活中常见的专用车道/公交车道的形式，数据只会在专用的连接通道中进行传输。

        无连接的工作方式为边选路（寻址）、边传递信息，可以类似于我们生活中的自驾游模式。

2.1.2 同步时分复用与统计（异步）时分复用

        对于同步时分复用，采用的是位置化信道：依据信号在时间轴上的位置来区别每一路信号（逻辑信道），无信息传送时也占用信道；并且子信道信息流速率恒定，每帧一个定长数据。

        对于异步时分复用，采用的是标志化信道：标志码标识哪路信息，与时间位置无关。分组长度可变或可变，分组头起定界作用。这种方式可以通过统计复用提高信道利用率。

2.1.3 固定带宽分配和动态带宽分配

        举一个最简单的例子，固定带宽分配就类似于我们常规的道路，动态带宽分配就类似于潮汐车道。

2.2 各种交换方式

2.2.1 电路交换

        电路交换（CS:circuit switching）是通信网中最早出现的一种交换方式，也是应用最普遍的一种交换方式，主要应用于电话通信网中，完成电话交换，已有100多年的历史。

        电话通信的过程是：首先摘机，听到拨号音后拨号，交换机找寻被叫，向被叫振铃同时向主叫送回铃音，此时表明在电话网的主被叫之间已经建立起双向的话音传送通路；当被叫摘机应答，即可进入通话阶段；在通话过程中，任何一方挂机，交换机会拆除已建立的通话通路，并向另一方送忙音提示挂机，从而结束通话。

        从电话通信过程的描述可以看出，电话通信分为三个阶段：呼叫建立、通话、呼叫拆除。电话通信的过程，即电路交换的过程，因此，相应的电路交换的基本过程可分为连接建立、信息传送和连接拆除三个阶段。

电路交换的特点如下：

• 面向连接的工作方式（物理连接）
• 同步时分复用（固定带宽分配）
• 无差错控制机制
• 对通信信息不作处理（透明传输）
• 流量控制基于呼叫损失制

2.2.2 分组交换

       在通信过程中，通信双方以分组为单位、使用存储-转发机制实现数据交互的通信方式，被称为分组交换（PS:packet switching）。

        分组交换也称为包交换，它将用户通信的数据划分成多个更小的等长数据段，在每个数据段的前面加上必要的控制信息作为数据段的首部，每个带有首部的数据段就构成了一个分组。首部指明了该分组发送的地址，当交换机收到分组之后，将根据首部中的地址信息将分组转发到目的地，这个过程就是分组交换。能够进行分组交换的通信网被称为分组交换网。

        分组交换的本质就是存储转发，它将所接受的分组暂时存储下来，在目的方向路由上排队，当它可以发送信息时，再将信息发送到相应的路由上，完成转发。其存储转发的过程就是分组交换的过程。

        分组交换的思想来源于报文交换，报文交换也称为存储转发交换，它们交换过程的本质都是存储转发，所不同的是分组交换的最小信息单位是分组，而报文交换则是一个个报文。由于以较小的分组为单位进行传输和交换，所以分组交换比报文交换快。报文交换主要应用于公用电报网中。

​        分组交换一般可以分成2种方式：虚电路（VC：Virtual Circuit）和数据报（DG：Datagram）。

2.2.2.1 虚电路

2.2.2.2 数据报

        数据报是一种无连接工作方式，IP网络就是一种典型的数据报形式的交换。

分组交换的特点如下： 

• 面向连接方式（逻辑连接）和无连接方式
• 统计时分复用（动态分配带宽）
• 有差错控制机制
• 对通信信息作处理
• 流量控制基于呼叫延迟制

        对于虚电路和数据报两种形式的对比结果如下： 

	虚电路	数据报
分组头	简单（逻辑信道号）	复杂（详细的选路信息）
选路	基于虚连接表	每个分组独立选路选路复杂
分组顺序	不会失序	失序现象
故障敏感性	敏感	不敏感（可靠性高）
应用	连续数据流	询问/响应

三、交换系统的基本结构

        一个电信交换网络的常见结构如下：

交换网络的基本技术如下：

• 互连技术 交换网络的拓扑结构、选路策略、控制机理、多播方式、阻塞特性、故障防卫
• 接口技术 模拟用户接口、数字用户接口、模拟中继接口、数字中继接口
• 信令技术 用户信令、局间信令
• 控制技术 控制系统的结构方式、多处理机结构