網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)發(fā)展歷程
1.電路交換技術(shù)
網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)共經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段,電路交換技術(shù)、報(bào)文交換技術(shù)、分組交換技術(shù)和ATM技術(shù)。公眾電話網(wǎng)(PSTN網(wǎng))和移動(dòng)網(wǎng)(包括GSM網(wǎng)和CDMA網(wǎng))采用的都是電路交換技術(shù),它的基本特點(diǎn)是采用面向連接的方式,在雙方進(jìn)行通信之前,需要為通信雙方分配一條具有固定帶寬的通信電路,通信雙方在通信過程中將一直占用所分配的資源,直到通信結(jié)束,并且在電路的建立和釋放過程中都需要利用相關(guān)的信令協(xié)議。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是在通信過程中可以保證為用戶提供足夠的帶寬,并且實(shí)時(shí)性強(qiáng),時(shí)延小,交換設(shè)備成本較低,但同時(shí)帶來的缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率不高,一旦電路被建立不管通信雙方是否處于通話狀態(tài),分配的電路都一直被占用。
2.分組交換技術(shù)
電路交換技術(shù)主要適用于傳送和話音相關(guān)的業(yè)務(wù),這種網(wǎng)絡(luò)交換方式對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而言,有著很大的局限性。首先數(shù)據(jù)通信具有很強(qiáng)的突發(fā)性,峰值比特率和平均比特率相差較大,如果采用電路交換技術(shù),若按峰值比特率分配電路帶寬則會(huì)造成資源的極大浪費(fèi),如果按照平均比特率分配帶寬,則會(huì)造成數(shù)據(jù)的大量丟失。其次是和語音業(yè)務(wù)比較起來,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延沒有嚴(yán)格的要求,但需要進(jìn)行無差錯(cuò)的傳輸,而語音信號(hào)可以有一定程度的失真但實(shí)時(shí)性一定要高。分組交換技術(shù)就是針對(duì)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的特點(diǎn)而提出的一種交換方式,它的基本特點(diǎn)是面向無連接而采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的方式,將需要傳送的數(shù)據(jù)按照一定的長度分割成許多小段數(shù)據(jù),并在數(shù)據(jù)之前增加相應(yīng)的用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行選路和校驗(yàn)等功能的頭部字段,作為數(shù)據(jù)傳送的基本單元即分組。采用分組交換技術(shù),在通信之前不需要建立連接,每個(gè)節(jié)點(diǎn)首先將前一節(jié)點(diǎn)送來的分組收下并保存在緩沖區(qū)中,然后根據(jù)分組頭部中的地址信息選擇適當(dāng)?shù)逆溌穼⑵浒l(fā)送至下一個(gè)節(jié)點(diǎn),這樣在通信過程中可以根據(jù)用戶的要求和網(wǎng)絡(luò)的能力來動(dòng)態(tài)分配帶寬。分組交換比電路交換的電路利用率高,但時(shí)延較大。
3.報(bào)文交換技術(shù)
報(bào)文交換技術(shù)和分組交換技術(shù)類似,也是采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,但報(bào)文交換是以報(bào)文作為傳送單元,由于報(bào)文長度差異很大,長報(bào)文可能導(dǎo)致很大的時(shí)延,并且對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)來說緩沖區(qū)的分配也比較困難,為了滿足各種長度報(bào)文的需要并且達(dá)到高效的目的,節(jié)點(diǎn)需要分配不同大小的緩沖區(qū),否則就有可能造成數(shù)據(jù)傳送的失敗。在實(shí)際應(yīng)用中報(bào)文交換主要用于傳輸報(bào)文較短、實(shí)時(shí)性要求較低的通信業(yè)務(wù),如公用電報(bào)網(wǎng)。報(bào)文交換比分組交換出現(xiàn)的要早一些,分組交換是在報(bào)文交換的基礎(chǔ)上,將報(bào)文分割成分組進(jìn)行傳輸,在傳輸時(shí)延和傳輸效率上進(jìn)行了平衡,從而得到廣泛的應(yīng)用。
4.ATM技術(shù)分組交換技術(shù)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展,出現(xiàn)了傳送話音業(yè)務(wù)的電路交換網(wǎng)絡(luò)和傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的分組交換網(wǎng)絡(luò)兩大網(wǎng)絡(luò)共存的局面,語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的分網(wǎng)傳送,促使人們思考一種新的技術(shù)來同時(shí)提供電路交換和分組交換的優(yōu)點(diǎn),并且同時(shí)向用戶提供統(tǒng)一的服務(wù),包括話音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和圖像信息,由此在20世紀(jì)80年代末由原CCITT提出了寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的概念,并提出了一種全新的技術(shù)——異步傳輸模式(ATM)。ATM技術(shù)將面向連接機(jī)制和分組機(jī)制相結(jié)合,在通信開始之前需要根據(jù)用戶的要求建立一定帶寬的連接,但是該連接并不獨(dú)占某個(gè)物理通道,而是和其他連接統(tǒng)計(jì)復(fù)用某個(gè)物理通道,同時(shí)所有的媒體信息,包括語音、數(shù)據(jù)和圖像信息都被分割并封裝成固定長度的分組在網(wǎng)絡(luò)中傳送和交換。ATM另一個(gè)突出的特點(diǎn)就是提出了保證QoS的完備機(jī)制,同時(shí)由于光纖通信提供了低誤碼率的傳輸通道,所以可以將流量控制和差錯(cuò)控制移到用戶終端,網(wǎng)絡(luò)只負(fù)責(zé)信息的交換和傳送,從而使傳輸時(shí)延減少,ATM非常適合傳送高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。從技術(shù)角度來講,ATM幾乎無懈可擊,但ATM技術(shù)的復(fù)雜性導(dǎo)致了ATM交換機(jī)造價(jià)極為昂貴,并且在ATM技術(shù)上沒有推出新的業(yè)務(wù)來驅(qū)動(dòng)ATM市場,從而制約了ATM技術(shù)的發(fā)展。目前ATM交換機(jī)主要用在骨干網(wǎng)絡(luò)中,主要利用ATM交換的高速和對(duì)QoS的保證機(jī)制,并且主要是提供半永久的連接。
二、電路交換技術(shù)和分組交換技術(shù)的融合
1.綜合交換機(jī)技術(shù)
雖然ATM技術(shù)沒有讓人們實(shí)現(xiàn)“綜合業(yè)務(wù)”的夢(mèng)想,但人們一直在尋找一種途徑試圖實(shí)現(xiàn)在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上提供各種業(yè)務(wù),電信運(yùn)營商也希望能夠充分利用現(xiàn)網(wǎng)資源,盡量為用戶提供豐富的業(yè)務(wù)。首先提出的技術(shù)就是綜合交換機(jī)技術(shù),主要是通過對(duì)現(xiàn)有的電路交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造,來達(dá)到同時(shí)支持電路交換和寬帶交換(包括ATM交換和IP交換)的目的。許多廠家也先后開發(fā)了綜合交換機(jī),并且相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《綜合交換機(jī)技術(shù)規(guī)范》也已經(jīng)制定和頒布。綜合交換機(jī)具有窄帶交換機(jī)的功能,同時(shí)還要具有寬帶交換機(jī)的功能。目前的綜合交換機(jī)的實(shí)現(xiàn)方式主要有兩種:一種是采用混合交換節(jié)點(diǎn)的方式,在交換機(jī)內(nèi)部配置有多個(gè)獨(dú)立交換矩陣,即電路交換矩陣、ATM和IP分組交換模塊,傳統(tǒng)的PSTN呼叫還主要由電路交換模塊進(jìn)行處理,和寬帶相關(guān)的業(yè)務(wù)則交由寬帶分組處理模塊進(jìn)行處理,當(dāng)兩個(gè)模塊之間需要交互時(shí)需要進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。另一種是采用融合交換節(jié)點(diǎn)的方式,綜合交換機(jī)內(nèi)部基本上只有一個(gè)單一的ATM或IP交換矩陣,例如上海貝爾的寬帶交換機(jī)S12?P3S即直接采用ATM技術(shù)作為核心交換技術(shù),所有的媒體信息都轉(zhuǎn)換成ATM信元在交換機(jī)內(nèi)部進(jìn)行處理,對(duì)外則同時(shí)支持電路交換網(wǎng)、ATM網(wǎng)和IP網(wǎng)。采用融合方式的綜合交換機(jī)由于內(nèi)部已改為統(tǒng)一的交換平臺(tái),在靈活快速的業(yè)務(wù)部署方面有很大的優(yōu)勢(shì)。綜合交換機(jī)由于綜合多種功能,所以造價(jià)也比較高,主要用在業(yè)務(wù)量較大的關(guān)口局和端局,不適合全網(wǎng)推行。
2.IP電話技術(shù)
綜合交換機(jī)主要是采用對(duì)電路交換機(jī)進(jìn)行改造的方式來支持分組交換的方式,在探索電路交換技術(shù)和分組交換技術(shù)融合的過程中,人們同時(shí)也希望能夠利用分組網(wǎng)絡(luò)來傳送話音業(yè)務(wù),此時(shí)基于Web應(yīng)用的出現(xiàn),Internet網(wǎng)絡(luò)以驚人的速度發(fā)展起來,并最終發(fā)展成為一個(gè)全球性的網(wǎng)絡(luò),人們使用Internet網(wǎng)絡(luò)來得到各種服務(wù)。Internet網(wǎng)絡(luò)是基于IP技術(shù),屬于分組交換技術(shù),采用盡力而為的方式,對(duì)每個(gè)分組根據(jù)路由信息和網(wǎng)絡(luò)情況獨(dú)自進(jìn)行傳輸和選路。Internet網(wǎng)絡(luò)主要用來傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),伴隨著Internet的巨大成功,已使IP技術(shù)成為未來信息網(wǎng)絡(luò)的支柱技術(shù),基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅成為傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的主導(dǎo)技術(shù),而且傳統(tǒng)的電信運(yùn)營商開始嘗試使用IP技術(shù)來傳送話音業(yè)務(wù)?,F(xiàn)在傳統(tǒng)的電信運(yùn)營商一般都組建了自己的IP網(wǎng)絡(luò),除了在IP網(wǎng)絡(luò)上提供目前利潤相對(duì)較低的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)之外,運(yùn)營商希望能夠充分利用現(xiàn)有資源向用戶提供豐富的業(yè)務(wù),最主要的是話音業(yè)務(wù),目前話音業(yè)務(wù)仍然屬于運(yùn)營上最主要的收入來源,最早出現(xiàn)的在分組網(wǎng)上傳送語音業(yè)務(wù)的應(yīng)用就是IP電話技術(shù)。
IP電話技術(shù)目前已經(jīng)成為人們比較熟悉的業(yè)務(wù),主要采用H.323系列協(xié)議,包括負(fù)責(zé)呼叫建立的信令協(xié)議H.225和負(fù)責(zé)建立媒體通道的H.245協(xié)議,語音業(yè)務(wù)采用RTP分組的方式在IP網(wǎng)中進(jìn)行傳輸。IP電話的語音質(zhì)量雖然沒有傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)向用戶提供的語音質(zhì)量高,但H.323協(xié)議被普遍認(rèn)為是目前在分組網(wǎng)上支持語音、圖像和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)最成熟的協(xié)議,目前在IP電話領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。世界上有很多利用H.323協(xié)議組建的VoIP網(wǎng)絡(luò)正在運(yùn)營。但H.323的有些缺點(diǎn)也很明顯。首先,H.323協(xié)議中的呼叫控制信令是以Q.931為基礎(chǔ)的。Q.931協(xié)議是一種基于UNI接口的協(xié)議,協(xié)議本身比較簡單,沒有關(guān)于NNI接口的定義。這在專用網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)-計(jì)算機(jī)的呼叫沒有問題,但要提供全國性業(yè)務(wù)及PSTN-to-PSTN連接則必須依賴NNI接口。其次,H.323網(wǎng)絡(luò)中使用的是集中式的網(wǎng)關(guān),網(wǎng)關(guān)要同時(shí)處理媒體流和信令流,在處理能力上也限制了H.323網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。目前,ITU-T借鑒IETF相關(guān)規(guī)范的經(jīng)驗(yàn),在進(jìn)一步擴(kuò)展和修訂H.323系列協(xié)議。另外,和SIP相比較,H.323協(xié)議的可擴(kuò)展性較差,并且為了在H.323網(wǎng)絡(luò)提供類似在電路交換網(wǎng)絡(luò)上向用戶提供的業(yè)務(wù),許多廠家都對(duì)H.323協(xié)議進(jìn)行了擴(kuò)展,所以不同廠家的H.323設(shè)備之間的互聯(lián)也是一個(gè)H.323網(wǎng)絡(luò)發(fā)展所面臨的一個(gè)重要問題。
但是IP電話的成功應(yīng)用和相當(dāng)程度的市場占有份額讓人們看到業(yè)務(wù)融合的曙光,人們逐漸認(rèn)識(shí)在分組網(wǎng)上可以傳送話音業(yè)務(wù),并且可以達(dá)到較為理想的通信效果。并且分組交換具有很多潛在的性能優(yōu)點(diǎn),一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是高效利用傳輸通道的通信能力,尤其是對(duì)突發(fā)傳輸更是如此。盡管語音所表現(xiàn)出的突發(fā)性沒有交互式數(shù)據(jù)那么突出,但還是以突發(fā)期/靜音期的方式表現(xiàn)出一定的突發(fā)性。平均突發(fā)期的長度取決于所使用的靜音偵測(cè)器,在典型的電話交談中,單個(gè)語音源只有大約35-45%的時(shí)間里是活動(dòng)的。另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是統(tǒng)計(jì)復(fù)用,這樣呼叫阻塞是所需平均帶寬,而不是峰值帶寬的函數(shù)。因此在傳輸控制,計(jì)費(fèi)等方面的可以更靈活。正因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn),因特網(wǎng)語音應(yīng)用,尤其是IP電話,已經(jīng)成為“三網(wǎng)合一”大潮中最引人注目的應(yīng)用之一。
三、軟交換技術(shù)
隨著IP電話技術(shù)的發(fā)展,通信業(yè)內(nèi)基本上達(dá)成了未來電信網(wǎng)絡(luò)的核心將采用分組交換技術(shù)的共識(shí),并且在這種共識(shí)之下,針對(duì)目前IP電話技術(shù)所存在的缺點(diǎn)從技術(shù)角度進(jìn)行了改進(jìn),首先是將網(wǎng)關(guān)呼叫控制和媒體交換的功能相分離,并最終提出了軟交換的概念。軟交換技術(shù)雖然仍然采用分組網(wǎng)絡(luò)作為承載網(wǎng)絡(luò),但是從技術(shù)角度來講,軟交換技術(shù)仍然可以看作是交換技術(shù)發(fā)展的又一個(gè)里程碑。傳統(tǒng)的電路交換和分組交換網(wǎng)絡(luò)在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上都集中了太多的智能,在電路交換網(wǎng)絡(luò)中,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅要負(fù)責(zé)呼叫控制,處理所有和呼叫相關(guān)的信息,同時(shí)還需要負(fù)責(zé)進(jìn)行話音通路的建立,同時(shí),在電路交換網(wǎng)絡(luò)中,許多業(yè)務(wù)都需要在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上配置相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯,目前許多業(yè)務(wù)都需要在端局上作數(shù)據(jù),這樣也制約了業(yè)務(wù)的及時(shí)提供。在以H.323網(wǎng)絡(luò)為代表的分組交換網(wǎng)絡(luò)中,如上所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備也需要同時(shí)進(jìn)行呼叫控制和媒體流的建立,分組的處理時(shí)延較長并且對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的要求也比較高。軟交換技術(shù)提出的一個(gè)新的概念就是將呼叫控制、承載建立、業(yè)務(wù)邏輯相分離,各實(shí)體之間通過標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議進(jìn)行連接和通信,在網(wǎng)上可更加靈活地提供業(yè)務(wù)。其中的軟交換設(shè)備實(shí)際上是一個(gè)基于軟件的分布式交換/控制平臺(tái),是實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)程控交換機(jī)“呼叫控制”功能的實(shí)體。它將呼叫控制功能從傳統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)中分離出來,公開業(yè)務(wù)、控制、接入和交換間的協(xié)議,從而真正實(shí)現(xiàn)多廠家的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營環(huán)境,并可方便地引入多種業(yè)務(wù)。
采用軟交換技術(shù)組建電信網(wǎng)絡(luò)正在從試驗(yàn)階段走向商用階段,國內(nèi)外的各個(gè)運(yùn)營商都對(duì)軟交換技術(shù)傾注了極大的熱情,希望能夠利用軟交換技術(shù)來達(dá)到拓展業(yè)務(wù)種類、增加市場份額的目的。從標(biāo)準(zhǔn)的角度來講,國內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)都在加緊制定和軟交換技術(shù)相關(guān)的一系列技術(shù)規(guī)范,標(biāo)準(zhǔn)上不僅將軟交換技術(shù)作為固定網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的核心技術(shù),而且移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)也將軟交換技術(shù)作為未來網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)。軟交換技術(shù)從提出、發(fā)展到完善和成熟,還需要經(jīng)歷技術(shù)的考驗(yàn)和市場的考驗(yàn)。