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电话的原理

词典上解释为‘是相隔远距离的人相互间通话时使用的装置’,或‘为了传达语言或电波而安装在电话线终端的设备’。可能大多数人以前者解释较多。一般人都知道电话的用途是什么,但都不太清楚其原理。

有线电话机

电话机具有将终端的音波转换为电子信号,通过电话线传送到远距离的对方,同时将对方传送来的电子信号再生为语音(音波),使其通话的功能,以及发送可从多个对方中选择的信号(拨号脉冲),告知对方的呼叫音等功能。电话机由将语音转换为电流发送到电话线的送话机、将对方传送来的电流还原为语音的受话机、呼叫对方的拨号或按钮、发送呼叫音的铃声、将这些连接在电话线上执行其功能的线路网等组成。送话机内有装满碳素颗粒的小箱子,其前方有薄硬铝合金振动板。振动板根据语音振动,振动碳素颗粒,碳素颗粒传导电流,随着颗粒的接触程度,电阻发生变化,生成语音电流。受话机接受对方的语音电流后,在线圈上生成语音电流引起的磁力,振动铁振动板,发出声音。

无线电话机

这种电话机大致可分为磁石式电话机和***振式电话机及自动式电话机。磁石式电话机由呼叫话务员的响铃小发电机和附有可与对方通话的电池的电话机组成,目前几乎不使用。***振式电话机由在电话局加入者可***同使用的电池和发电机组成,是拿起受话机时其信号到达电话局的电话机。自动式电话机是拨号或旋转按钮数字时,电话局的自动交换机连接对方的电话机。若对方与他人通话时,给出通话中的信号。是目前最为常用的电话机。(

电话机设置在电话通信起点和终点的用户侧,是电话网的用户终端设备。现代的电话机能够方便地实现终端用户之间的呼叫和通话,是经过一百多年来许多人的研究和无数次的改进而形成的。尽管它们的式样千差万别,但一般都有如下基本功能;

1、声电和电声转换功能。因为要进行快速的、远距离的通信,不能直接传送声音,而必须先把声音变成电信号(即以电作为载体),到对方后再把电信号还原成为声音。

2、当主叫方拿起电话机时,交换机应有能知道“有人要打电话”的功能,以便交换机做好接续准备。

3、发送拨号信号的功能。自动电话机正是通过发送拨号信号来指挥电话交换机的工作,并进而建立两个电话机之间的连接的。

4、响铃的功能。即在对方来电话时,电话机能以铃声告诉主人:“有人来电话了。”

5、和交换机之间的电接续功能。

电话机中,实现这五大功能的部件依次是:送受话器、叉簧、拨号盘(或按键盘)、电话铃和电话回路。

送话器是一个装着碳粒的小盒子。小盒子的后面有一个固定电极,前面有个振动膜(称为振动电极)。当你对着送话器讲话时,振动膜随声音的大小变化做幅度不等的振动,使碳粒时而压紧(电阻减小),进而放松(电阻增大),从而使流过两个电极之间的电流也跟着变化。就这样,声音的大小变化便被变成为适合在电路上进行传输的电信号的强弱变化了。

受话器的主体是一个绕有线圈的永久磁铁。对方传来的话音电流在通过线圈时产生一个磁场,吸引磁铁前面的薄铁片产生振动,发出声音。振动的大小决定于流过线圈的电流的大小。这就是受话器为什么能把电信号还原成声音的简单道理。

在我们打电话时,第一个动作便是“摘机”(把送受话器从电话机上拿下来)。这时,电话机上承载送受话器的部分(叫“叉簧”)就会弹起来,使电话机与交换机之间的电路接通。如这时交换机的机线有空,便向电话机送去一个连续的“拨号音”,它告诉你:“我已经在待命,请拨号!”

电话机的拨号盘有旋转式的和按键式的。用它们拨号时,送出去的是直流脉冲或双音频信号。不管是哪一种信号,它们的作用都是控制电话局里的交换机,让它去完成主叫用户和被叫用户间的接续。

如果被叫电话空闲,交换机便向它送出一个振铃电流,使对方的电话机响铃。这是在告诉对方:“有人来电话了!”与此同时,主叫用户将听到一个“回铃音”。如果对方电话没空,交换机便给主叫用户送出一个“嘟、嘟、嘟……”的“忙音”。

双音多频是指DTMF(Dual Tone MultiFrequency),D T M F 信号由8 个频率两两组合而成。这8 个频率又分为低频群和高频群两组。低频群的4 个频率依次为697Hz、770Hz、852Hz、941Hz;高频群的4 个频率依次为1209Hz、1336Hz、1477Hz、1336Hz。在通信领域应用中,D T M F 主要用于电话机拨号信号和C I D ( C a l l e rIdentification,来电显示)信号的传送。在应用于电话机的拨号信号中, 按照国家电信标准, 其信号持续 时间和间隔时间都不小于4 0 m s,而频率偏差不大于± 1 . 5 % 局域网交换机根据使用的网络技术可以分为:

以大网交换机、令牌环交换机、FDDI交换机、ATM交换机、快速以太网交换机等。

如果按交换机应用领域来划分,可分为:

台式交换机、工作组交换机、主干交换机、企业交换机、分段交换机、端口交换机、网络交换机等。

局域网交换机是组成网络系统的核心设备。对用户而言,局域网交换机最主要的指标是端口的配置、数据交换能力、包交换速度等因素。因此,在选择交换机时要注意以下事项:

(1)交换端口的数量;

(2)交换端口的类型;

(3)系统的扩充能力;

(4)主干线连接手段;

(5)交换机总交换能力;

(6)是否需要路由选择能力;

(7)是否需要热切换能力;

(8)是否需要容错能力;

(9)能否与现有设备兼容,顺利衔接;

(10)网络管理能力。

三、目前常见的三种交换技术

1.端口交换

端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中,这类集线器的背板通常划分有多条以太网段(每条网段为一个广播域),不用网桥或路由连接,网络之间是互不相通的。以大主模块插入后通常被分配到某个背板的网段上,端口交换用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。根据支持的程度,端口交换还可细分为:

模块交换:将整个模块进行网段迁移。

端口组交换:通常模块上的端口被划分为若干组,每组端口允许进行网段迁移。

端口级交换:支持每个端口在不同网段之间进行迁移。这种交换技术是基于OSI第一层上完成的,具有灵活性和负载平衡能力等优点。如果配置得当,那么还可以在一定程度进行容错,但没有改变***享传输介质的特点,从而未能称之为真正的交换。

2.帧交换

帧交换是目前应用最广的局域网交换技术,它通过对传统传输媒介进行微分段,提供并行传送的机制,以减小冲突域,获得高的带宽。一般来讲每个公司的产品的实现技术均会有差异,但对网络帧的处理方式一般有以下二种:

直通交换:提供线速处理能力,交换机只读出网络帧的前14个字节,便将网络帧传送到相应的端口上。

存储转发:通过对网络帧的读取进行验错和控制。

前一种方法的交换速度非常快,但缺乏对网络帧进行更高级的控制,缺乏智能性和安全性,同时也无法支持具有不同速率的端口的交换。因此,各厂商把后一种技术作为重点。

有的厂商甚至对网络帧进行分解,将帧分解成固定大小的信元,该信元处理极易用硬件实现,处理速度快,同时能够完成高级控制功能(如美国MADGE公司的LET集线器)如优先级控制。

3.信元交换

ATM技术代表了网络和通讯技术发展的未来方向,也是解决目前网络通信中众多难题的一剂“良药”,ATM采用固定长度53个字节的信元交换。由于长度固定,因而便于用硬件实现。ATM采用专用的非差别连接,并行运行,可以通过一个交换机同时建立多个节点,但并不会影响每个节点之间的通信能力。ATM还容许在源节点和目标、节点建立多个虚拟链接,以保障足够的带宽和容错能力。ATM采用了统计时分电路进行复用,因而能大大提高通道的利用率。ATM的带宽可以达到25M、155M、622M甚至数Gb的传输能力。

四、交换机应用中几个值得注意的问题

1.交换机网络中的瓶颈问题

交换机本身的处理速度可以达到很高,用户往往迷信厂商宣传的Gbps级的高速背板。其实这是一种误解,连接入网的工作站或服务器使用的网络是以大网,它遵循CSMA/CD介质访问规则。在当前的客户/服务器模式的网络中多台工作站会同时访问服务器,因此非常容易形成服务器瓶颈。有的厂商已经考虑到这一点,在交换机中设计了一个或多个高速端口(如3COM的Linkswitch1000可以配置一个或两个100Mbps端口),方便用户连接服务器或高速主干网。用户也可以通过设计多台服务器(进行业务划分)或追加多个网卡来消除瓶颈。交换机还可支持生成树算法,方便用户架构容错的冗余连接。

2.网络中的广播帧

目前广泛使用的网络操作系统有Netware、Windows NT等,而Lan

Server的服务器是通过发送网络广播帧来向客户机提供服务的。这类局域网中广播包的存在会大大降低交换机的效率,这时可以利用交换机的虚拟网功能(并非每种交换机都支持虚拟网)将广播包限制在一定范围内。

一般每台交换机的端口都支持一定数目的MAC地址,这样交换机能够“记忆”住该端口一组连接站点的情况,厂商提供的定位不同的交换机端口支持MAC数也不一样,用户使用时一定要注意交换机端口的连接端点数。如果超过厂商给定的MAC数,交换机接收到一个网络帧时,只有其目的站的MAC地址不存在于该交换机端口的MAC地址表中,那么该帧会以广播方式发向交换机的每个端口。

3.虚拟网的划分

虚拟网是交换机的重要功能,通常虚拟网的实现形式有三种:

(1)静态端口分配

静态虚拟网的划分通常是网管人员使用网管软件或直接设置交换机的端口,使其直接从属某个虚拟网。这些端口一直保持这些从属性,除非网管人员重新设置。这种方法虽然比较麻烦,但比较安全,容易配置和维护。

(2)动态虚拟网

支持动态虚拟网的端口,可以借助智能管理软件自动确定它们的从属。端口是通过借助网络包的MAC地址、逻辑地址或协议类型来确定虚拟网的从属。当一网络节点刚连接入网时,交换机端口还未分配,于是交换机通过读取网络节点的MAC地址动态将该端口划入某个虚拟网。这样一旦网管人员配置好后,用户的计算机可以灵活地改变交换机端口,而不会改变该用户的虚拟网的从属性,而且如果网络中出现未定义的MAC地址,则可以向网管人员报警。

(3)多虚拟网端口配置

该配置支持一用户或一端口可以同时访问多个虚拟网。这样可以将一台网络服务器配置成多个业务部门(每种业务设置成一个虚拟网)都可同时访问,也可以同时访问多个虚拟网的资源,还可让多个虚拟网间的连接只需一个路由端口即可完成。但这样会带来安全上的隐患。虚拟网的业界规范正在制定当中,因而各个公司的产品还谈不上互操作性。Cisco公司开发了Inter-Switch

Link(ISL)虚拟网络协议,该协议支持跨骨干网(ATM、FDDI、Fast

Ethernet)的虚拟网。但该协议被指责为缺乏安全性上的考虑。传统的计算机网络中使用了大量的***享式Hub,通过灵活接入计算机端口也可以获得好的效果。

4. 高速局域网技术的应用

快速以太网技术虽然在某些方面与传统以大网保持了很好的兼容性,但100BASE-TX、100BASAE-T4及100BASE-FX对传输距离和级连都有了比较大的限制。通过100Mbps的交换机可以打破这些局限。同时也只有交换机端口才可以支持双工高速传输。

目前也出现了CDDI/FDDI的交换技术,另外该CDDI/FDDI的端口价格也呈下降趋势,同时在传输距离和安全性方面也有比较大的优势,因此它是大型网络骨干的一种比较好的选择。