電路交換方式

電路交換方式（circuit switching）是指在同一電信網用戶群中任意兩個或多個用戶終端之間建立電路暫時連線的交換方式。暫時連線獨占一條通信路徑並保持到連線釋放為止。

基本介紹

• 中文名：電路交換方式
• 外文名：circuitswitching，CS
• 簡介：以電路聯接為目的的交換方式
• 例如：電話網
• 實質：是電話交換機交換的方式
• 套用學科：通信
• 特點：有效利用率低，質量高

定義

以電路聯接為目的的交換方式是電路交換方式。電話網中就是採用電路交換方式。人們可以打一次電話來體驗這種交換方式。打電話時，首先是摘下話機撥號。撥號完畢，交換機就知道了要和誰通話，並為雙方建立連線，等一方掛機後，交換機就把雙方的線路斷開，為雙方各自開始一次新的通話做好準備。因此，可以體會到，電路交換的動作，就是在通信時建立（即聯接）電路，通信完畢時拆除（即斷開）電路。至於在通信過程中雙方傳送信息的內容，與交換系統無關。

概述

每部電話都連線到交換機上，而交換機使用交換的方法，讓電話用戶之間可以很方便地通信。一百多年來，電話交換機雖然經過了多次更新換代，但交換的方式一直都是電路交換。當電話機數量增多，就使用彼此連線起來的交換機來完成全網的交換工作。注意，是這種交換機採用了電路交換的方式，後來的分組交換也是採用了一樣的電信網，只是不一樣類型的交換機（當然協定也不同）。

從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動態地分配傳輸線路的資源。

在使用電路交換打電話之前，先撥號建立連線：當撥號的信令通過許多交換機到達被叫用戶所連線的交換機時，該交換機就向用戶的電話機振鈴；在被叫用戶摘機且摘機信號傳送回到主叫用戶所連線的交換機後，呼叫即完成，這時從主叫端到被叫端就建立了一條連線。通話過程。通話結束掛機後，掛機信令告訴這些交換機，使交換機釋放剛才這條物理通路。這種必須經過“建立連線--通信--釋放連線”三個步驟的連網方式稱為面向連線的。電路交換必定是面向連線的。

用戶到交換機之間的叫用戶線，歸電話用戶專用。交換機之間、許多用戶共享的叫中繼線，擁有大量的話路，正在通話的用戶只占用其中的一個話路，在通話的全部時間裡，通話的兩個用戶始終占用端到端的固定傳輸頻寬。

舉例來說，假設有A、B兩個城市，每個城市都有一部交換機並有一千個用戶，兩個交換機之間用100條中繼線連線著。那么，如果人們說：在A城的兩個用戶之間建立一條電路，人們指的是把兩條用戶線路通過A城的交換機聯接起來。但當人們說：在A城的一個用戶和B城的一個用戶之間建立一條電路時，人們指的就是由A城的用戶線路經A城交換機聯接到A、B城之間的一條中繼線路，在經B城交換機聯接到B城的用戶線路上。由於經濟上的原因，中繼線路總是大大少於用戶線路，並且為所有用戶所共享。那么，當人們占用了一條中繼線路以後，即使人們不傳送信息，別人也不能使用，這就是電路交換最主要的缺點。

在電話通信中，由於講話雙方總是一個在說，一個在聽，因此電路空閒時間占大約50%。

第一代計算機網路所使用的工作機制，電路交換就是通信的過程中維持的是實際的電子電路（物理線路），這條電子電路建立後用戶始終占用從傳送端到接收端的固定傳輸頻寬。

特點

1、信息傳送的最小單位是時隙；

2、面向連線；

3、同步時分復用；

4、信息傳送無差錯控制；

5、基於呼叫損失的流量控制；

6、信息具有透明性；

7、獨占性；

在建立電路之後、釋放線路之前，即使站點之間無任何數據可以傳輸，整個線路仍不允許其他站點共享。就和打電話一樣，人們講話之前總要撥完號之後把這個連線建立，不管你講不講話，只要不掛機，這個連線是專為你所用的，如果沒有可用的連線，用戶將聽到忙音。因此線路的利用率較低，並且容易引起接續時的擁塞。

8、實時性好。

一旦電路建立，通信雙方的所有資源（包括線路資源）均用於本次通信，除了少量的傳輸延遲之外，不再有其他延遲，具有較好的實時性。從電路交換的工作原理看出，電路交換會占用固定頻寬，因而限制了在線路上的流量以及連線數量。電路交換設備簡單，無需提供任何快取裝置。用戶數據透明傳輸，要求收發雙方自動進行速率匹配。

電路交換方式的優點是數據傳輸可靠、迅速，數據不會丟失，且保持原來的序列。缺點是在某些情況下，電路空閒時的信道容量被浪費；另外，如數據傳輸階段的持續時間不長，電路建立和拆除所用的時間就得不償失。因此，它適用於遠程批處理信息傳輸或系統間實時性要求高的大量數據傳輸的情況。這種通信方式的計費方法一般按照預訂的頻寬、距離和時間來計算。

分類

電路交換又分為時分交換（Time Division Switching，TDS）和空分交換（Space Division Switching，SDS）兩種方式。

時分交換是把時間劃分為若干互不重疊的時隙，由不同的時隙建立不同的子信道，通過時隙交換網路完成話音的時隙搬移，從而實現入線和出線間話音交換的一種交換方式。時分交換的關鍵在於時隙位置的交換，而此交換是由主叫撥號所控制的。為了實現時隙交換，必須設定話音存儲器。在抽樣周期內有n個時隙分別存入n個存儲器單元中，輸入按時隙順序存入。若輸出端是按特定的次序讀出的，這就可以改變時隙的次序，實現時隙交換。

空分交換是指在交換過程中的入線通過在空間的位置來選擇出線，並建立接續。通信結束後，隨即拆除。比如，人工交換機上塞繩的一端連著入線塞孔，由話務員按主叫要求把塞繩的另一端連線被叫的出線塞孔，這就是最形象的空分交換方式。此外，機電式（電磁機械或繼電器式）、步進制、縱橫制、半電子、程控模擬用戶交換機及寬頻交換機都可以利用空分交換原理實現交換的要求。

階段

整個電路交換的過程包括建立線路、占用線路並進行數據傳輸和釋放線路三個階段。下面分別予以介紹。

（1）電路建立

如同打電話先要通過撥號在通話雙方間建立起一條通路一樣，數據通信的電路交換方式在傳輸數據之前也要先經過呼叫過程建立一條端到端的電路。它的具體過程如下。

①發起方向某個終端站點（回響方站點）傳送一個請求，該請求通過中間節點傳輸至終點。

②如果中間節點有空閒的物理線路可以使用，接收請求，分配線路，並將請求傳輸給下一中間節點；整個過程持續進行，直至終點。如果中間節點沒有空閒的物理線路可以使用，整個線路的連線將無法實現。僅當通信的兩個站點之間建立起物理線路之後，才允許進入數據傳輸階段。

③線路一旦被分配，在未釋放之前，其他站點將無法使用，即使某一時刻，線路上並沒有數據傳輸。

（2）數據傳輸

電路交換連線建立以後，數據就可以從源節點傳送到中間節點，再由中間節點交換到終端節點。當然終端節點也可以經中間節點向源節點傳送數據。這種數據傳輸有最短的傳播延遲，並且沒有阻塞的問題，除非有意外的線路或節點故障而使電路中斷。但要求在整個數據傳輸過程中，建立的電路必須始終保持連線狀態，通信雙方的信息傳輸延遲僅取決於電磁信號沿媒體傳輸的延遲。

（3）電路拆除

當站點之間的數據傳輸完畢，執行釋放電路的動作。該動作可以由任一站點發起，釋放線路請求通過途經的中間節點送往對方，釋放線路資源。被拆除的信道空閒後，就可被其他通信使用。

區別

電路交換常與分組交換進行比較。其主要不同之處在於：分組交換的通信線路並不專用於源與目的地間的信息傳輸。在要求數據按先後順序且以恆定速率快速傳輸的情況下，使用電路交換是較為理想的選擇。因此，當傳輸實時數據時，諸如音頻和視頻；或當服務質量（QOS）要求較高時，通常使用電路交換網路。分組交換在數據傳輸方面具有更強的的效能，可以預防傳輸過程（如e-mail信息和Web頁面）中的延遲和抖動現象。

電路交換與面向連線協定相比較。請注意電路和連線之間的區別。一條連線對應於一條電路，而一條電路不是一條連線的先決條件。

套用

電路交換方式適用於用戶之間需要以較恆定速率進行較長時間的通信。用戶間可以實時地互通信息，電話交換採用的就是這種實時互通的電路交換方式，用戶電報則採用非實時互通的電路交換。公眾電報和數據通信也可採用電路交換方式，但從經濟上考慮，將以報文交換方式和分組交換方式為主。