电路交换是最早出现的一种交换方式,距今已有100多年的历史,而电话网络则是最早、最大的电路交换网络。在电路交换网络中,首先需要通过中间交换结点为两台主机之间建立一条专用的通信线路,称为电路,然后再利用该电路进行通信,通信结束后再拆除电路。电话网络的电话拨号呼叫过程就是请求建立电路的过程。电路交换网络在建立电路时,为整个会话在沿线所有链路上都预留一个专用信道,传输速率恒定。在这个通信过程中,交换设备对通信双方的通信内容不做任何干预,即对数据的编码、符号、格式和传输控制顺序等没有影响。利用电路交换进行通信包括建立电路、传输数据和拆除电路3个阶段。
建立电路
传输数据之前,必须建立一条端对端的电路,这个电路建立过程实际上就是一个个交换结点的接续过程。需要指出的是,这个电路可能不是通信双方之间直接的连接,而是通过若干个中间交换结点实现的连接如果两个主机之间需要进行通信,那么发送主机需要先发出呼叫请求信号给接收主机,然后经过若干结点沿途接通一条物理链路后,再由接收主机发出应答信号给发送主机,这样双方之间的电路连接就建立成功了。只有电路建立成功之后,才能进入数据传输阶段。其中,电路交换的这种“接续”过程所需时间(电路建立时间)的长短与接续的中间交换结点的个数有关。
电路建立之后在两个主机之间的每一段物理链路上都为双方的通信预留了相应的带宽,这个带宽在双方通信期间将一直保留并独占。为了充分利用物理链路的带宽,通常会采用相关的信道复用技术(第六章介绍),如频分多路复用、时分多路复用等,将交换结点之间的线路进行信道共享,也就是说在交换结点之间通常包含有“n”条电路,这些电路彼此之间是独立的,每条电路专门为某一对特定主机间的通信服务,而主机到交换结点之间的链路则通常为独占的。
传输数据
在电路建立之后,主机之间就可以进行数据传输了。被传输的数据可以是数字数据也可以是模拟数据,数据的传输可以是单工也可以是全双工。在发送主机和接收主机之间存在一条“独占”的物理线路为双方的本次通信服务,这里的“独占”指的是交换结点之间的线路是相对独占的,因为通过信道复用技术对一条物理信道进行信道划分;而主机的交换结点之间的线路往往是绝对独占的。例如,打电话时通话双方均为“占线”状态,而此时可能会有多路通话在交换网络中同时进行。在本次通信结束之前,这条“独占”的物理线路上的所有资源不能被其他主机使用,即使某一时刻通信双方并没有数据进行传输。
拆除电路
数据传输结束后,要释放(拆除)该物理链路。该释放动作可由两个通信主机之间任何方发起并完成。释放信号必须传送到电路所经过的各个结点,以便重新分配资源。
电路交换方式在传输数据之前需要建立电路,电路建立时间存在延迟。电路建立后即为专用的电路,即使没有数据传输也要占用资源,从而造成线路的利用率低。在传送数据期间,网络通常不对用户信息进行误码校正等处理,没有任何差错控制措施,不利于可靠性要求高的数据业务。但是一旦电路建立,用户就可以使用固定的速率传输数据,传输实时性好。中间结点也不对数据进行其他缓冲和处理,不需要添加额外控制信息,即为“透明”传输,因此交换效率高。
综上所述,电路交换的特点是有连接的,在通信时需要先建立电路连接,在通信过程中独占一个信道,通信结束后拆除电路连接。电路交换的优点是实时性高,时延和时延抖动都较小;缺点是对于突发性数据传输,信道利用率低,且传输速率单一。电路交换主要适用于语音和视频这类实时性强的业务。
