7、公共电话交换网络（物理层）

1、公共电话交换网络

1.1电话系统结构

• 贝尔发明电话后，最初的市场是电话销售，当时电话是成对出售的，顾客必须自己在一对电话之间拉上一条线，如果电话主人想跟其他n个电话主人通话，则他必须拉n根单独的电话线到n个朋友家，杂乱无章如图a。贝尔预见了这个问题，组建了贝尔电话公司。该公司将为每个客户拉一条通到家里或者办公室的电话线。当客户要打电话的时候，首先摇动手柄使得电话公司办公室的铃声响起，接线员手工通过短跳线电缆把主叫方和被叫方连接起来，单个交换局模式如图b。由于需求增长，贝尔系统将交换局连接起来，随后又出现了二级交换局，如图c，最终电话系统的整个层次增长到了五级。
• 1890年，电话系统的三个部分已经全部就位：交换局、客户机与交换局之间的线路（现在（2011出版）使用的是平衡型绝缘双绞线，原来使用有接地回路的裸线），以及交换局之间的长距离连接。以下描述电话系统的基本面貌：每部电话机有两根铜线连接到电话公司最近的端局（本地中心局）。每个客户机与端局之间的双线连接在电话行业中称为本地回路。连接某个端局的用户如果呼叫另一个也连接此端局的用户，则局内的交换机制会在两个本地回路之间建立一条直接的电气连接；如果另一个用户不连接此端局，而它们的端局连接到同一个长途局（如果它们在同一个本地地区则称为汇接局），端局与长途局之间的线路称为长途连接中继线。类似的，如果用户之间没有共同的长途局，它们之间的路径将在更高层次上的某个地方建立。此后，这种连接方式被更灵活的非层次路由所取代。
• 电信领域用到了各种传输介质。现代化写字楼通常使用5类双绞线，接入家庭的本地回路多数是3类双绞线，交换局之间，广泛使用的是同轴电缆、微波，特别是光纤。过去，整个电话系统中的传输都是模拟的，实际的语音信号以电压的形式从源端传到目标端。随着光纤、数字电路和计算机的出现，中继线和交换设备都采用数字的，只有本地回路是模拟的。数字传输之所以成为优先选择，是因为它不需要想模拟传输那样经过一系列放大器之后必须精确还原出模拟波。对数字传输而言，只需要接收方能够正确地区分出比特0和1就足够了。这种特性使得数字传输比模拟传输更可靠。而且，系统的维护工作更加容易廉价。
• 总而言之，电话系统由以下三个主要部分构成：本地回路（进入家庭和公司的模拟双绞线）；中继线（连接交换局的数字光纤）；交换局（电话呼叫在这里中一条中继线被接入到另一条中继线）

1.2电话政治化

• AT&T的前身是由电话发明人贝尔于1877年创建的美国贝尔电话公司。1895年，贝尔公司将其正在开发的美国全国范围的长途业务项目分割，建立了一家独立的公司称为美国电话电报公司（AT&T)。 1899年，AT&T整合了美国贝尔的业务和资产，成为贝尔系统的母公司。该公司一直是美国长途电话技术的先行者。1984年，美国司法部依据《反托拉斯法》拆分AT&T，分拆出一个继承了母公司名称的新AT&T公司(专营长途电话业务)和七个本地电话公司(即“贝尔七兄弟”，由23个Bell运行公司（BOC）组成)，美国电信业从此进入了竞争时代。
• 新的竞争框架导致一种关键技术被加入到电话网络体系结构中。美国被分为164个本地接入和传输区域（LATA，local access and transport areas）。在每个LATA内部，有一个本地交换运营商（LEC），它垄断该区域的传统电话服务，最重要的是的LEC是BOC。LATA之间的流量需要一种完全不同类型的公司处理，称为跨区运营商（IXC）。如图，3个LATA都有几个端局，LATA2和LATA3还有一个内含汇接局的小型层次结构。
• IXC可以在LATA内建立一个称为存点（POP）的交换局。LEC负责负责将每个IXC POP连接到每个端局，可以直接如LATA1和LATA3，也可以间接如LATA2。通过这种方式，LATA1中的电话用户可以选择任何一个IXC来呼叫LATA3中的用户。
• IXC与LEC被禁止涉及对方的业务，1995年，美国国会看到试图维护各类公司的业务界限的方法已经不合时宜，于是拟定一份草案允许有线电视公司、本地电话公司、长途电话运营商和移动电话运营商进入彼此的业务领域。结果是某些BOC变成了IXC，而某些公司（比如有线电视运营商）开始提供电话服务与LEC进行竞争。

1.3本地回路：调制解调器、ADSL和光纤

• 本地回路常常被称为“最后一英里”，虽然其真正的长度可达数英里。本地回路运载模拟信息已有100多年的历史，由于转换成数字系统的高成本，它可能在未来一段时间发挥同样的作用。许多努力致力于从已经部署的本地回路的铜介质上挤出数据网络。电话调制解调器在狭窄的信道上发送数字数据，而这些信道原本是用于语音通话的。调制解调器渐渐被ADSL这样的宽度技术所替代。ADSL重用了电话系统的本地回路。在其上把数字从客户端发送到端局，在那里它们被虹吸到Internet。调制解调器和ADSL必须能处理本地回路的一些限制：相对窄的带宽、信号失真和衰减，以及诸如串音等电器噪声的敏感性。在一些地方，本地回路被光纤所取代，光纤是未来发展方向。

电话调制解调器

• 执行数字比特流和模拟信号流之间转换的设备称为调制解调器，调制解调器是调制器和解调器的缩写。调制解调器分为许多类型：电话调制解调器、DSL调制解调器、有线电视调制解调器和无线调制解调器等。调制解调器可内置于计算机（现在常见的电话调制解调器）中。从逻辑上将，调制解调器安装在（数字）计算机和（模拟）电话系统之间。如图所示：
• 语音级电话线被限制在3100Hz内，即使是一个完美的3000Hz线路（不可能完美），根据尼奎斯特定理，最多只能以6000波特的速度发送符号（符号可以表示成n进制的信息），大多数调制解调器的发送速率是2400符号/秒或2400波特，它们关注的重点在于从每个符号中能获得多少个比特。同时还要允许从两个方向同时发送（不同方向使用不同频率）。低级的2400bps调制解调器用0伏电压表示逻辑0，1伏电压表示1，每个符号为1个比特。进一步，它可以使用4种不同的符号，类似于QPSK的4个相位，从而以每个符号传2个比特的方式得到4800bps的数据传输效率。较高速率需要一组更大的符号或星座，由于有太多的符号，在探测幅度或相位时即使存在很少量的噪声都有可能导致一个错误，为了减少出错的的机会，高速调制解调器标准采用了一些额外符号进行差错检测，这种方案称为网格编码调制（TCM）。V.32调制解调器标准使用了32星座点，每个符号传输4个数据比特和1个校检比特，以2400波特率获得具有差错检测能力的9600bps数据率；V.32bis每个符号传输6个数据比特和1个校检比特；V.34每个符号传输12个数据比特；V.34bis每个符号传输14个数据比特，以2400波特率达到33600bps数据率。
• 对于标准的调制解调器，之所以停留在33600bps源于电话系统受制于香农极限。该机限制大约为35kbps，这是根据本地回路的平均长度和这些线路质量推算出来的，高于这个速度将会违反物理定律（热力学）。然而，35kbps的限制指存在两个本地回路的的情况，即每一端都有一条本地回路，这样会在两端引入噪声，如果去掉一条，就能提高信噪比，将最大速率提高一倍。因此当家庭用户连接的一端是高品质的数字信号，能获得最大传输速率可达70kbps，两个家庭用户通过调制解调器和模拟线路连接，能获得的最高速率仍然只有33.6kbps。
• 使用56kbps（而不是70kbps）调制解调器的原因是由尼奎斯特定理决定的。电话系统内的电话信道运载的是数字样本值。每个电话信道4000Hz宽，包括保护带在内。因此重构信号所需要的采样数应该是每秒8000次。美国样本值为8比特，其中1比特用于控制目的，所以每个用户可以获得56000bps的数据速率；欧洲则是64000bps；国际协议标准选择的是56000bps。最终结果是V.90和V.92调制解调标准。它们分别提供了56kbps的下行信道（ISP到用户）及33.6kbps和48kbps的上行信道（用户到ISP）。这种不对称是因为从ISP传输到用户的数据量比其他方式传输的数据量要多得多，这也意味着更多的有限带宽被分配给下行信道来增加它以56kbps工作的机会。

数字用户线

• 调制解调器之所以如此慢，是因为本地回路连接到端局的那里有个滤波器把所有300Hz以下、3400Hz以上的频率都削弱下去，两者之间的宽度是3100Hz，通常被当做4000Hz来引用，所以数据被限制在这一狭窄的频段中。xDSL（数字用户线路所有服务的简称）工作时，入境线路被连接到一种没有滤波器的交换机上，因而可以充分发挥本地回路的全部承载能力，于是通信能力受到限制的因素就变成了本地回路的物理特性（粗略支持1MHz）。然而，本地回路的容量随着用户住宅与端局之间的距离增大而快速下降，因而信好的衰减也随着距离的增加而相应地递增。本地回路的容量还依赖于双绞线的粗细和综合质量。图给出了潜在带宽和距离的函数关系，该图假设所有其他因素都是最佳的（新的线路、适当的捆扎）。
• 所有的xDSL服务都有特定的设计目标。第一，服务必须在现有的本地回路3类双绞线上工作。第二，它不能影响客户原来的电话和传真业务。第三，它们必须比56kbps快。第四，这些服务应该总是可用的，按月租收费而不是按分钟收费。为了满足技术目标，本地回路的1.1MHz频谱被分成256条独立的信道，每条信道宽4312.5Hz。这样安排如图所示。前一节所学的OFDM（正交频分复用）编码方案可用在这些信道上发送数据，在ADSL文档中它被称为离散多音（DMT）。信道0用于简单老式电话服务，信道1~5空闲以防止语音信号与数据信号相互干扰。剩下的250条信道中，有两条分别用于上行流和下行流控制，其他信道全部用于用户数据。
• 原理上，剩下的每条信道都可以用作全双工数据流，但是谐波、串音和其他影响使得实际系统的性能大大低于理论限制。因为大多数用户的下载数据量超过上载数据量，这种选择恰好暗示了ADSL中的第一个字母（非对称）。一种常见的分法是32条信到用于上行数据流，其余用于下行数据流。还有一种可能的做法是让最高端的一些上行信道称为双向信道，以便增加带宽，但是这种优化要求增加一部分特殊的电路来消除回声。
• ADSL国际标准于1999年获得批准，称为G.dmt。它允许高达8Mbps的下行速度和1Mbps的上行速度。2002年的ADSL2标准上行速度仍是1Mbps，下行速度达12Mbps。ADSL+标准使用双绞线上的双倍宽带（2.2MHz）把下行速度翻了一倍，达到24Mbps。这里所引用的数字是针对端局比较近（1~2千米内）的良好线路上的最快速度。实际上很少有线路支持这样的速度。
• 每条信道内使用了QAM（正交调幅调制方案，速率约为4000符号/秒，不同的信道可能有不用的数据传输率：具有高SNR（信噪比）的信道发送的每个符号可以携带多达15个比特，而低SNR的信道，每个符号携带的比特可以降至0。
• 典型的ADSL部署结构如图。客户住所必须安装一个网络接口设备，靠近此处有一个分离器（模拟滤波器），它将老式电话服务使用的0~4000Hz频段与数据分开，然后语音信号被路由到电话机或者传真机；数据信号则被路由到ADSL调制解调器，它处理实现OFDM（正交频分复用）。由于当前大多数的ADSL调制解调器都是外置的，所以计算机必须通过高速方式与它连接，如使用以太网、USB电缆或者802.11。在电话公司端局也要安装一个对应的分离器：在这里，信号中的语音部分被过滤出来后送到语音交换机中。频率在26kHz以上的信号被路由到数字用户线路接入复用器（DSLAM），该设备包含一个数据信号处理器，与ADSL调制解调器中的一样，一旦从信号中恢复出比特，就可以由此构造出数据包，并发送给ISP。由于需要安装网络接口设备和分离器，技术人员会到客户处实施，产生昂贵的上门服务费用；另一种无分离器的设计已经标准化（称为G.lite），部署与图示一样，只不过客户住处没有分离器，电话与电话线之间或者ADSL调制解调器与电话线之间的电话插孔中装入一个微滤波器。电话的滤波器是一个低通滤波器（消除3400Hz以上的频率），ADSL调制解调器的滤波器是一个高通滤波器（消除26kHz以下的频率）。然而这个系统的可靠性不如带分离器的系统，过意它的实际使用至多只能达到1.5Mbps（而带分离器的ADSL可以达到8Mbps）。

光纤到户

• 已经部署的铜制本地回路限制了ADSL和电话调制解调器的性能。，而光纤有着很好的性能。一般来说，住宅光纤被捆绑在一起，用一根光纤连接至端局，每根光纤包括一组大约100个住户。在下行流方向，光分离器把端局传来的信号分离开，使得它们到达所有住户，如果只允许一家对信号进行解码，则必须对信号加密。在上行流方向，光合并器把来自各个住户的信号合成一个信号发送给端局，这种体系称为无源光网络（PON），如图，它通常使用一个波长被所有住户共享，用作下行流的传输，使用另一个波长被所有住户共享，用作上行流的传输。
• 即使信号分离，光纤具有的巨大带宽和低衰减意味着PON可为20千米范围内的用户提供高数据速率的传输。比较常见的PON有两种。千兆级PON（GPON）来自电信世界，有ITU标准定义。以太网PON（EPON）更倾向于Internet世界，由IEEE标准定义。两者都以千兆级速率运行。为了在不同住户之间共享端局的单根光纤容量，需要某种协议的支持。下行流方向比较容易，端局可以按照一定的次序将消息发送到每个不同的住户。在上行流方向，不同的住户却不能同时发送信息，否则来自不同住户的信号会发生冲突，解决方案是在用户发送信息前先请求，获得由端局分配的时间槽，然后在该时间槽发送。

1.4中继线和多路复用

• 中继线传输比本地回路快得多；中继线传输数字信息（即比特）而不是模拟信息（声音）；中继线同时进行数以千计甚至百万级的电话呼叫，其共享可通过TDM和FDM多路复用方法实现。

数字化语音信号

• 多年来人们一直利用FDM技术把4kHz的语音信道（3100Hz加上保护带）多路复用到越来越大的单位。例如，60~108kHz（12*4k=108k-60k）波段的12个电话呼叫组成一组，称为群组，5个群组再组成一组，称为超群。然而，FDM需要模拟电路，而且并不适用计算机的处理，而TDM完全通过数字电子来处理，因此近年来受到了更为普遍的应用。由于TDM只能用于数据数字传输而本地回路产生的又是模拟信号，因此必须在端局把模拟信号转换成数字信号，所有个人本地回路被组合在一起发送到出境中继线上。
• 在端局，把模拟信号数字化的工作由一个称为编码解码器的设备完成。编码解码器每秒采集8000个样值（125微秒/样值），根据尼奎斯特定理，这个采样率足以捕捉一切来自4kHz电话信道带宽上的信息。每个信号的样值幅度被量化成一个8比特的数字。这种技术就是脉冲编码调制（PCM）。在电话呼叫的另一端，必须从随时传来的量化样值中重新生成模拟信号。为了减少由于量化带来的误差，量化级别被设置成不均匀形状（非均化量化的基本方法是对大信号使用大的量化间隔，而小信号则利用小的量化间隔）。使用对数尺度，让相对较小的信号幅度用更多的比特表示，而相对较大的信号幅度用较少的比特表示。（量化指将信号的连续取值（或者大量可能的离散取值）近似为有限多个（或较少的）离散值的过程。量化主要应用于从连续信号到数字信号的转换中。连续信号经过采样成为离散信号，离散信号经过量化即成为数字信号。）
• 广泛使用的量化版本有两个：μ-law和A-law。前者被广泛用在北美和日本地区，后者被应用在欧洲和世界其他各地区。它们都遵守ITU G.711规定的标准。整个处理过程可以想象成：信号的动态范围（从最大值到最小值）在（均匀）量化之前被压缩了，然后在模拟信号被还原时再被恢复扩展。基于这个原因，它被称为压缩扩展，对这个数字化后的样值还可以进一步压缩，一般在带宽小于64kbps的信道上传输。

时分多路复用

• 基于PCM的TDM可在中继线上运送多路电话语音，每125微秒为每路电话发送一个语音样值。（PCM模式没有统一的国际标准，也意味着世界各国难以兼容）。北美和日本地区使用的是T1载波（从技术上讲，称为DS1），如图。T1载波包含24条被复用在一起的语音通道，每个信道一次将8比特的样值插入到输出流中。每帧包含24*8=192个比特，在加上一个额外一个比特用于控制，因而每125微秒产生193个比特。这样得到的数据传输速率为1.544Mbps（1s=8000*125微秒，1.544M=125*193，每秒8000帧），其中8kbps用于信令控制。第193个比特用于帧同步和信令。在一种基于该基本方法的变异情况下，第193个比特的使用涉及群内24个时隙（规定划分），称为扩展超帧。分布在第4、8、12、16、20、24个帧的第一个比特称为定帧比特，6个比特共同构成定帧序列001011（DSl ESF；而DSl SF包括12个基帧，每个基帧 包括193个比特，并且每个基帧的第一个比特为定帧比特，12个定帧比特共同组成定帧序 列100011011100 ）……通常情况下接收方必须不断检查这个固定模式，以确保自己没有失去同步。然后再用6个比特的差错校检码来帮助接收方确定自己是否获得同步，如果不同步则利用差错校检码重新获得同步，其余的12个比特则用于网络操作和维护信息的控制信息。
• 在北美及日本地区，使用2.048Mbps的E1载波代替T1载波。E1载波有32个8比特数据样值被封装在125微秒的帧中。32个信道中的30个用于传输信息，2个用于信令。每四个帧为一组，提供了64个比特（8*2*4）信令比特，其中一半用于信令，另一半用于帧同步或各个国家保留使用。
• 时分多路复用允许将多个T1载波复用到一个更高阶的载波中。如图，左侧4条信道被复用到一条T2信道中（每个周期插入4条信道中的一个比特），4个1.544Mbps的T1流应该产生6176Mbps，但实际上是6.312Mbps。这些多出来的比特用于成帧，或者当载波失去同步时的恢复。T1和T3广泛用于顾客，T2和T4仅用于电话系统内部。图示是美国按照4、7、6逐步升级的方案，而ITU标准要求每一级都是讲4个流复用到同一个流中，这一点各个国家不尽相同。
  

SONET/SDH

• 在光纤早期阶段，每个电话公司都有自己的光纤TDM系统。1985年RBOC的研究机构Bellcore开始制定标准——同步光网络（SONET），1989年，产生了SONET标准和ITU建议，建议称为同步数字系列（SDH）（它们仅在一些很小的方面不同与美国）。在美国，几乎所有的长途电话中继线在物理层都运行SONET。
• SONET设计有4个主要目标。第一个也是最重要的，SONET必须定义一个公共的信令标准（涉及波长，时序，帧结构等）使不同的运营商可以协同工作。第二，需要一种用来统一美欧日数字系统的方法。第三，SONET必须提供一种办法来复用多条数字信道。第四，SONET必须支持操作、管理和维护。
• 早期的决定是将SONET设计成一个传统的TDM系统，光纤的全部带宽都分配给一条信道使用，再将这条信道的时间槽划分为不同的子信道。按照这种设计理念，SONET就是一个同步系统。每个发送方和接收方都必须绑定到一个公共时钟。系统由一个主时钟控制，时钟精度约为1/10⁹。SONET线路上的比特按照由主时钟控制的极为精确的时间间隔发送出去。基本SONET帧是每隔125微秒发送长为810个字节的数据块。由于SONET是同步系统，所以不管是否有任何数据需要发送，这个帧都必须发送出去。每秒8000帧的速率正好符合所有数字电话系统中使用的PCM信道的采样率。
• 810字节的SONET最好描述成具有90列宽、9行高的矩形。每秒传输8000次，每次8*810=6480比特，总的数据传输率为51.84Mbps。这是基本的SONET信道，称为同步传输信号-1（STS-1）。所有的SONET中继线都是STS-1的倍数。
• 每一帧的前三列保留用于传输系统信息，如图。前三行（前三列中）包含段的开销；接下来的6行包含线路开销。段开销的生成和校检在每一段的开始和结束时进行，而线路开销则是在每条线路开始和结束时生成和校检。SONET发送器连续地发送810个字节的帧，帧之间没有任何间隙，即没有数据需要发送时也要发送（空数据帧）。接收方如何知道每一帧从何开始呢？每一帧的前两个字节有一个固定模式，接收方搜索到就可以定位帧的起始。每帧中剩下的87列包含了87*9*8*8000=50.112Mbps的用户数据。这些用户数据可以是语音样值（全部通过T1和其他载波传送）或者数据包。承载用户数据的同步有效载荷信封（SPE）可以从帧内任意一个地方开始，甚至可以跨越两帧，如图。线路开销中的第一行包含了一个指针，它指向SPE的第一个字节。SPE的第一列是路径开销（端到端路径子层协议的头）。
• SONET的多路复用层次如下图。从STS-1到STS-768的数据传输率已经被定义，范围在T3（44.736Mbps）到40Gbps之间。对应于STS-n的光纤载波被称为OC-n，其复用也是按比特进行的，除了因同步所需对特定比特进行重新排序外，其他的比特不变。SDH名称有所不同，它们从OC-3开始，因为基于ITU的系统没有接近于51.84Mbps速率的标准，命名以4的倍数递增。总数据包括所有的开销，SPE数据传输速率不包括线路和段的开销。用户数据速率不包括所有开销，并只计算87列的有效载荷。
• 如果一个载波（如OC-3）没有被复用，而是仅承载了来自单个源的数据，则在线路名称后面加一个字母c（表示级联）。因此，OC-3表示由三条独立的OC-1载波构成的一条155.52Mbps载波，而OC-3c则表示来自单个源的1552.52Mbps数据流。一条OC-3c流内的三个OC-1流按列交替插入，首先在第一列中依次插入第一个流、第二个流和第三个流，然后在第二列中插入第一个流（时分复用的原理）……以此类推，最后形成的帧包括270列宽、9行高。

波分多路复用

• 频分多路复用的一种形式和TDM一样，都是利用了光纤信道的巨大带宽。这种形式被称为波分多路复用（WDM）。光纤WDM的基本原理如图。4条光纤汇合到一个光纤组合器中，每条光纤的能量位于不同的波长处，四束光波被组合到一条共享的光纤上，然后传输给接收方。在远端，这束光又被分离到与输入端一样多的光纤上。每条输出光纤包含一个短的、特殊结构的核，该核能过滤掉其他所有波长而仅留下某一个波长。然后，结果信号被路由到它们的目的地，或者以其他不同的方式组合起来以便再次复用传输。这种技术实际上是极高频率上的频分多路复用。
  
• WDM之所以流行是因为单根光纤带宽很大，约为25000GHz。WDM技术发展飞速，1990年前后发明，第一个商业信道系统8个信道带宽均为2.5Gbps。到2006年，具有192个信道（信道带宽为10Gbps）和64个信道（信道带宽为40Gbps）的产品问世，如此高的带宽足以每秒传输80部完整的DVD电影。多大200个或100个信道紧紧挤在光纤上，每个至少具有50Gbps，公司展示的技术表明，实验室内光纤已经拥有10倍的传输能力。当信道数目很大，并且波长间隔非常接近，这样的系统通常称为密集波分多路复用。波分复用技术的驱动力之一是全光元件的发展。以前，每个100千米必须把光纤上的全部信号分离开来，把每个信道的光信号转换成电子信号做单独的放大处理。然后再把电子信号转换成光信号，合并后再发送出去。如今，全光放大器可每隔1000千米重新生成整个信号，无需进行多次光电转换。

1.5交换

电路交换

• 当你发出一个电话呼叫时，电话系统的交换设备就会寻找一条从你电话通向接收方电话的物理路径。这项技术就是电路交换。过程如图，其中6个个矩形代表了电话运营商的交换局（端局、长途局等），每个局有3条入境路线和3条出境路线。当电话呼叫通过一个交换局时，在电话入境线路与某一条出境线路之间就会建立一个物理连接。
  
• 在电话业早期，接线员在输入插槽和输出插槽中插入一段跳接电缆，就完成了相应的连接建立过程，之后出现了自动化电路交换设备。图示模型被高度简化了，事实上，两个电话之间的物理路径可能部分是微波，部分是光纤。而在光纤链路上，会有成千上万的电话呼叫被复用在一起，然而基本思路仍然有效，一旦一个呼叫被建立起来，在两端之间就会存在一个专用路径，并持续到该次呼叫结束。
• 电路呼叫的一个重要特点就是发送数据之间需要建立一条端到端的路径，从拨号到响铃，电话系统在寻找到达目的地的路径，在开始传输数据之前，呼叫信号一路传到接收方并需要接收方确认。在电话呼叫双方之间保留路径的好处是：一旦完成连接的建立，那么数据传输的唯一延迟是电磁信号的传播时间，每千米大约需要5毫秒。而且不存在拥塞的危险，不会存在忙音。当然，在建立连接之前，由于交换能力或者中继线传输能力不足，可能听到忙音。

包交换
替代电路交换的一个方案是包交换，如图。包交换无需像电路交换那样实现设立一条专用路径。路由器使用储存-转发传输技术，把经过它的每个数据包发送到目的地。这个转发过程与电路交换不同：电路交换中，连接的建立过程预留了从发送端到接收端一路上的带宽资源，该电路上的所有数据将走相同的路径（让所有数据遵循相同的路径意味着它们到达接收端的秩序不可能出现混乱）；在数据包交换中，不同的数据包可以走不同的路径，路径的选择取决于它们被传输时的网络状况，所以它们到达接收端的秩序可能出现混乱。

• 包交换对数据包的大小规定了严格的上限。这样可以确保没有任何用户可以长时间（比如许多毫秒）霸占任何传输线路，因此数据包交换网络可以处理交互式的网络通信。它能减少延迟，因为在长消息的第二个数据包完全到达某个中间节点之前该消息的第一个数据包已经被转发出去了，然而，路由器内存中的数据包在发往下一个路由器之前积累的储存-转发延迟超过了电路交换的延迟，在电路交换中，比特就好像流过线路一样通过路由器。
• 因为数据包交换过程中没有为传输数据预留带宽，数据包可能不得不等待一段时间才能转发，这样就引入了排队延迟，如果许多包要在同一时间被发送出去还会引入阻塞；数据包却不存在用户听到一个忙音而无法使用网络的危险。因此，在电路交换中拥塞发生在建立电路时，而在数据包交换中拥塞发生在转发数据包时。
• 预留带宽如果没有流量通过就会被浪费，从这里看，数据包交换服务效率更高。而且数据包交换比电路交换容错性能更好：如果某个交换机出现故障，那么所有使用它的电路将被终止，而数据包交换可以绕过那个交换机。在电路交换中，历史沿袭下来的做法是按距离和时间收费（对移动电话距离并不很重要，除非长途），数据包交换一般按流量计费。
• 下图总结了电路交换和数据包交换的不同之处。传统意义上，电话网络使用电路交换技术来提供高质量的电话呼叫服务，而计算机网络使用的的数据包交换技术则更加简洁高效。存在一些例外：一些较老的计算机网络内部是电路交换（如X.25），一些较新的电话网络则使用了数据包交换的IP电话技术，这在外人看来是一个标准的电话呼叫，而在网络内部交换的却是语音数据包，虽然通话质量可能比常规的电话呼叫质量更低。