电路交换机的结构

电路交换是一种电信交换方式，它会在通信会话期间为两个端点之间创建一个专用的连接通道。这种专用连接通道能够确保在整个通话或数据传输过程中，连接始终保持稳定且不受干扰。

所谓“切换”，指的是将数据通过各种通道进行传输，从而将数据从发送方传递到接收方。电路交换这是一种交换过程，它通过将数据从源端传输到目标端来实现数据的传递。沟通在连接过程中，路径和…资源这些电路资源已经被预留了。

电路交换网络的各个阶段

第一阶段：电路搭建

• 在这一阶段，通过不同的中间交换机，在源点和目标点之间建立了一条专用的通信线路。

第二阶段：数据转移

• 现在，当电路连接完成后，发送方开始向接收方发送数据。

第三阶段：终止

• 当数据在发送方和接收方之间完全传输完成后，连接就会终止。此时，所有参与连接的节点都会被通知释放为该电路所预留的资源。

电路交换网络各阶段的步骤

以下是用于电路交换网络交换机所需的步骤。

步骤1：让我们以这样一个例子来说明：节点2想要与节点3进行通信。

步骤2：现在，在第二步中，节点2和节点3之间已经建立了专用路径。

步骤3：如图3所示，数据是通过预留的路径进行传输的。

步骤4：在数据在节点2和节点3之间传输完成后，连接将会被终止，而之前预留的资源也会被释放回来。

电路交换机的结构

电路交换可以使用这两种技术中的任何一种：

A. 空间分割切换

在空间分离式交换中，电路中的路径在空间上是相互分离的。虽然这项技术最初是为模拟网络设计的，但现在它也被用于模拟和数字网络。这项技术经过漫长的历史发展，经历了多次设计上的改进。

B. 横杆交换机

• 交叉线交换机用于连接各路线路。 n输入到m输出结果时，可以使用电子微开关或晶体管来作为各个交叉点的控制装置，如图5所示。
• 这种设计的主要问题在于，其需要过多的交叉点来实现连接。n输入到m使用交叉开关进行输出操作的话，是需要的。n x m交叉点。
• 现在，如果我们想要将1000个输入端与1000个输出端连接起来，那么就需要一个具有1,000,000个交叉点的开关。不过，拥有如此多交叉点的交叉连接结构实际上是不存在的。
• 这种切换方式效率也很低，因为统计数据显示，实际上，在任何给定时间，只有不到25%的节点被使用。其余的节点都处于闲置状态。

C. 多阶段交换机

• 为了解决交叉开关的局限性，可以采用多级开关的解决方案。这种多级开关将不同阶段的交叉开关组合在一起，通常分为三个阶段，如图6所示。
• 在单跨线交换机中，任何连接都只使用一个行或列（即一条路径）来承载数据。因此，我们需要N×N个交叉点。如果我们能够在交换机内部允许多条路径的存在，那么就可以减少所需的交叉点数量。
• 在中间阶段，每个交叉点都可以被第一或第三阶段中的多个交叉点所访问。

设计三阶段开关的步骤：

步骤1：我们将N条输入线路分成若干组，每组包含n条线路。对于每一组线路，我们使用一个大小为n×k的交叉点矩阵，其中k表示中间阶段中使用的交叉点的数量。换句话说，第一阶段就有N/n个交叉点矩阵，每个矩阵中有n×k个交叉点。

步骤2：我们在中间阶段使用了k个横条，每个横条的尺寸为(N/n) x (N/n)。

步骤3：在第三阶段，我们使用N/n型的横条，每条横条的尺寸为k x n。

为了计算该公式所给出的交叉点的总数，可以按照以下方法进行计算：

N/n (n ✳ k) + k(N/n ✳ N/n) + N/n (k ✳ n)

= 2千牛顿 + k × (牛顿/千牛顿)2

在三级开关中，交叉点的总数为

2kN + k × (N/n)2

这远远低于单级开关中的交叉点数量。2

时分分割交换

• 时分交换方式在交换机内部使用时分复用技术。
• 最受欢迎的技术被称为时间槽交换技术（Time-Slot Interchange, TSI）。

时间槽交换图7展示了一个系统，该系统将四条输入线路与四条输出线路连接起来。可以想象，每条输入线路都按照以下模式将数据传输到相应的输出线路中：

• 这个形象融合了多种元素/特征。TDM多路复用器一个TDM多路分离器，以及一个由……组成的TSI。随机存取存储器（RAM）具有多种存储位置。
• 每个位置的大小与单个时间槽的大小相同。位置的数量与输入的数量相同（在大多数情况下，输入和输出的数量是相等的）。
• RAM会按照数据到达的顺序来存储这些数据。之后，这些数据会根据控制单元的决策按照一定的顺序被发送出去。

时间与空间分割的切换组合

• 当我们同时观察空间分集切换和时间分集切换时，会发现一些有趣的现象。
• 空间分割交换的优点在于，其操作是即时的。
• 其缺点在于，为了实现空间分割切换功能而需要设置大量的交叉点，这会带来一定的阻塞问题。
• 时分交换方式的优点在于，它不需要使用交叉点。
• 其缺点在于，在TSI的情况下，处理每个连接都会产生延迟。
• 每个时间段都必须被RAM存储起来，然后再被读取并传递给下一个阶段。
• 在第三种选择中，我们结合了空间分割技术和时间分割技术，从而充分利用了两者的优点。
• 将这两种结果结合起来，就可以得到在物理层面（交叉点的数量）以及时间层面（延迟的时间长度）都得到优化的交换机。
• 这种多阶段交换机可以被设计成时间-空间-时间（TST）型交换机。
• 图8展示了一个简单的TST开关结构。该开关由两个时间阶段和一个空间阶段组成，拥有12个输入端与12个输出端。
• 与其使用单一的时分交换方式，不如将输入信号分为三组（每组包含四个输入信号），然后将这些信号分别传输到三个不同的时隙中。
• 其结果是，平均延迟时间仅为使用一个时间槽来处理所有12个输入时的三分之一。最后一个阶段与第一个阶段的过程类似，只是方向相反而已。
• 中间阶段是一个间隔式开关（交叉连接装置），它用于将各个TSI组连接起来，从而实现所有可能的输入与输出之间的连接。例如，可以将第一个组的第3个输入端与第二个组的第7个输出端连接起来。