交換技術

網絡技術發展迅猛，以太網佔據了統治地位。為了適應網絡應用深化帶來的挑戰，網絡的規模和速度都在急劇發展，局域網的速度已從最初的10Mbit/s提高到100Mbit/s，千兆以太網技術也已得到了普遍應用。

對於用户來説，在減低成本的前提下，保證網絡的高可靠性、高性能、易維護、易擴展，與採用何種組網技術密切相關；對於設備廠商來説，在保證用户網絡功能實現的基礎上，如何能夠取得更為可觀的利潤，採用組網技術的優劣，成為提高利潤的一個手段。

在具體的組網過程中，是使用已經日趨成熟的傳統的第2層交換技術，還是使用具有路由功能的第3層交換技術，或者是使用具有高網絡服務水平的第7層交換技術呢。

在這些技術選擇的權衡中，2層交換、3層交換和7層交換這三種技術究竟孰優孰劣，它們各自又適用於什麼樣的環境呢。

談到交換，從廣義上講，任何數據的轉發都可以叫做交換。但是，傳統的、狹義的第2層交換技術，僅包括數據鏈路層的轉發。

2層交換機主要用在小型局域網中，機器數量在二、三十台以下，這樣的網絡環境下，廣播包影響不大，2層交換機的快速交換功能、多個接入端口和低廉價格，為小型網絡用户提供了完善的解決方案。

總之，交換式局域網技術使專用的帶寬為用户所獨享，極大地提高了局域網傳輸的效率。可以説，在網絡系統集成的技術中，直接面向用户的第2層交換技術，已得到了令人滿意的答案。

第3層交換技術是1997年前後才開始出現的一種交換技術，最初是為了解決廣播域的問題。經過多年發展，第3層交換技術已經成為構建多業務融合網絡的主要力量。

在大規模局域網中，為了減小廣播風暴的危害，必須把大型局域網按功能或地域等因素劃分成多個小局域網，這樣必然導致不同子網間的大量互訪，而單純使用第2層交換技術，卻無法實現子網間的互訪。

為了從技術上解決這個問題，網絡廠商利用第3層交換技術開發了3層交換機，也叫做路由交換機，它是傳統交換機與路由器的智能結合。

簡單地説，可以處理網絡第3層數據轉發的交換技術就是第3層交換技術。

從硬件上看，在第3層交換機中，與路由器有關的第3層路由硬件模塊，也插接在高速背板/總線上。這種方式使得路由模塊可以與需要路由的其它模塊間，高速交換數據，從而突破了傳統的外接路由器接口速率的限制。

3層交換機是為IP設計的，接口類型簡單，擁有很強的3層包處理能力，價格又比相同速率的路由器低得多，非常適用於大規模局域網絡。

第3層交換技術到今天已經相當成熟，同時，3層交換機也從來沒有停止過發展。第3層交換技術及3層交換設備的發展，必將在更深層次上推動整個社會的信息化變革，並在整個網絡中獲得越來越重要的地位。

具有網絡服務功能的第7層交換技術

第7層交換技術通過逐層解開每一個數據包的每層封裝，並識別出應用層的信息，以實現對內容的識別。

充分利用帶寬資源，對互聯網上的應用、內容進行管理，日益成為服務提供商關注的焦點。如何解決傳輸層到應用層的問題，專門針對傳輸層到應用層進行管理的網絡技術變得非常重要，這就是第7層交換技術發展的最根本原因。

簡單地説，可以處理網絡應用層數據轉發的交換技術就是第7層交換技術。其主要目的是在帶寬應用的情況下，網絡層以下不再是問題的關鍵，取而代之的是提高網絡服務水平，完成互聯網向智能化的轉變。

第7層交換技術通過應用層交換機實現了所有高層網絡的功能，使網絡管理者能夠以更低的成本，更好地分配網絡資源。

從硬件上看，7層交換機將所有功能集中在一個專用的特殊應用集成電路或ASIC上。ASIC比傳統路由器的CPU便宜，而且通常分佈在網絡端口上，在單一設備中包括了50個ASIC，可以支持數以百計的接口。新的ASIC允許智能交換機/路由器在所有的端口上以極快的速度轉發數據，第7層交換技術可以有效地實現數據流優化和智能負載均衡。

在Internet網、Intranet網和Extranet網，7層交換機都大有施展抱負的用武之地。比如企業到消費者的電子商務、聯機客户支持，人事規劃與建設、市場銷售自動化，客户服務，防火牆負載均衡，內容過濾和帶寬管理等。

交換技術正朝着智能化的方向演進，從最初的第2層交換髮展到第3層交換，已經演進到網絡的第7層應用層的交換。其根本目的就是在降低成本的前提下，保證網絡的高可靠性、高性能、易維護、易擴展，最終達到網絡的智能化管理。

通信網體制

通信網主要由三種設備構成：①用户設備，如電話機；②傳輸設備，如電纜、多路複用裝置、光纖、天線等；③交換設備，如電話交換機。通信網體制是研究如何把交換設備、傳輸設備和用户設備構成一個最經濟、最有效的通信網。這涉及到交換局選址和容量的最優化、衰耗的分配、呼損分配、路由規劃、編號制度、信令（又稱信號）方式、近期和遠期的業務預測和相應的發展規劃，以及模擬網如何過渡到數字網等。

研究交換機三個參數之間的相互關係問題。這三個參數是：①交換設備配置的數量；②服務等級；③每一用户設備在最繁忙的一段時間內產生呼出或呼入的次數和通話時間長度。由於交換設備種類的不同，衡量服務等級有二種處理方法。一種是遇到交換機公用設備全忙時把呼叫立刻作為損失處理，這時用户一般均能聽到忙音，即明顯損失。另一種是接續延遲，等待公用設備空閒後再予以接通，其等待時間是一項服務等級的指標。

技術性能和指標

由於交換機的種類及使用的範圍不同，用户對它們的技術性能和指標的要求也不同，這些都必須在研製時首先確定。例如，對長途交換機，就要確定路由選擇性能的要求、長途與市內之間的配合要求、全自動接續或是半自動接續的要求、計費要求和維護測試性能等；對市內交換機，就要確定所能適應的通信網、與其他制式的配合、對長途的配合、特種服務和特種業務的性能、復原控制方式和維護測試等性能，另外需要明確傳輸指標、局內迴路指標和用户線路指標等。這些指標直接關係到交換機的服務能力和質量。

主要指交換局間傳輸信令(信號)的方式。以電話通信為例，信令按內容可分為記發器信令和線路信令。①記發器信令：傳輸主、被叫用户的號碼、類別和用户狀態的信令。②線路信令：監視主、被叫用户摘機、掛機的信令。信令根據其傳輸路由與通話路由之間的關係，還可分為隨路信令和公共信道信令。隨路信令是與話路結合起來的，在同一條話路上傳輸；公共信道信令是很多話路上的信令合在一路專用的公共信令信道上傳輸,如國際電報電話諮詢委員會(CCITT)建議的No.6和No.7信令，前者適用於模擬網，後者則適用於數字網。

隨路信令在採用 32路A律方式的脈碼調製傳輸中，其第 16時隙有4位碼可以傳輸信令，其信令編排方式國際上稱為 DR2。若用模擬方式傳輸，一般從傳輸信令的電氣特性來分，還可分成直流信令（或稱直流標誌）和音頻信令。直流信令主要用作市內電話空分交換機的線路信令；音頻信令主要用作記發器信令。在長途採用載波傳輸時，線路信令也是音頻信令。

中國的音頻記發器信令採用多頻互控方式。信令分為前向和後向兩種。前向信令是用户號碼和業務類別信令，採用6中取2的方式組成15個數碼信令；後向信令是控制證實和被叫用户狀態信令,採用4中取2方式組成6個數碼信令。中國的多頻信令與國際上的R2信令方式在頻率及電氣特性上相一致，但在發送程序及含義上有所差異。由於信令方式問題涉及到交換局間相互配合以及國際通信的局間信令配合問題，故要求嚴格統一。

邏輯電路、脈衝數字技術和計算機技術

電話交換機是一種複雜而龐大的邏輯電路。60年代中期，電子交換開始應用計算機技術構成程控交換機，控制方式有了質的改進。程控交換的主要特徵是以存儲程序控制取代傳統的佈線邏輯控制，硬件構成的邏輯電路功能也大部分由軟件完成。隨着新業務功能和維護管理的要求越來越高,程控交換的軟件日益龐大,軟件故障隨之增加。為解決這個問題,國際上已開始採用高級語言編制程序,國際電報電話諮詢委員會推薦用 CHILL語言作為交換機的高級語言。脈衝數字技術在交換機中的應用，一是構成邏輯電路，採用脈衝時序完成邏輯控制；二是採用脈衝編碼技術原理構成話路及各種信息的交換。

市話交換的交換機雖然制式不同，但都具有以下基本功能：①識別話源，即識別話源的號碼和類別；②接收主叫用户撥的被叫用户的號碼，其中包括交換局間傳輸的主、被叫用户的號碼及其他必要的信息;③譯碼,即對被叫的局向進行譯碼，以便尋找路由和確定傳輸信令的方式，同時還對被叫用户的類別進行譯碼；④選擇通路，包括選擇空閒的中繼線和空閒的鏈路，它們可以是空分的，也可以是時分的；⑤溝通本局用户設備間、中繼線間以及用户設備與中繼線間的通路，它們也可以是空分或時分的；⑥向用户設備進行振鈴，饋送通話電源，監視應答及釋放；⑦計費，中國採取從雙方通話開始計費，計費方式分為單式計費和複式計費（考慮時間及距離兩種因素）兩種；⑧維護測試和管理,方法有多種,如各類設備的例行測試，故障的告警、顯示、記錄、分析和診斷以及故障定位判斷，話務統計和服務質量觀察。