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本专业主要介绍基于分组交换(或数据交换)的交换网络方面的相关内容,主要包括基于ITU-T X.25的分组交换、帧中继、ATM、软交换等。而单纯的用于话音的电路交换则在固定电话通信网络内介绍。

由于数据通信技术是数据交换通信网络的基础,因此将数据通信的一些基本技术也在此一并介绍。

由于ATM技术非常适宜于宽带综合业务数据网络(B-ISDN),因此ATM技术与B-ISDN密不可分,为此ATM技术与B-ISDN相关的内容将在综合业务数据网络内介绍。

数据交换通信网络简介

通信系统中的交换网络,是为了实现网内任意用户之间信息的有效传递。试想,如果只有两个或少数用户之间进行信息传递,可以不需要交换网络,每个用户之间建立一条直通线路即可,若成千上万的用户,乃至全球的用户之间传递信息,就必须建立交换网络,每个用户只需要一条到达本地交换设备的线路,然后通过由本地交换设备、国内长途交换设备和国际长途交换设备等所组成的交换网络就可实现全球的任意用户之间的信息传递。

交换网络的核心是交换设备。最初的交换设备,提供的业务非常单纯,就是话音交换,称之为电话交换机。就电话交换机而言,经过了由人工(磁石交换机、供电交换机)到自动(步进制纵横制程控制)、由模拟到数字的演变。先期在通信交换网络中广泛使用的是称为数字程控自动交换设备,不过它所提供的业务已可实现有限窄带的综合业务了。交换设备的关键是采用的交换技术。为了满足人们日益增长的话音、数据、文本、图像和多媒体等信息通信的需要,交换技术经历了由电路交换技术(如SPC)、分组交换技术(如X.25FRATM)和软交换技术的发展过程。

依据交换技术的发展里程,参见下图所示,从业务应用的角度看,电路交换技术主要是提供的话音交换业务,分组交换技术主要是提供的数据交换业务,而软交换技术则是提供的全业务交换。从性能和功能的表现看,交换技术的发展表现为:由人工到自动;由模拟到数字;由传统到智能;由封闭性到开放性;由低比特率到高比特率;由恒定比特率到变比特率;由单一业务到综合业务又到全业务。

电路交换技术是一种采用公共控制方式,在信源和信宿间实时的建立起电路连接,构成一条信息通道供两端通信用户专用。通信其间,该通道一直为通信双方用户占用,通信结束,立即释放。该通道的物理电路是由若干条中间电路交换机连接起来的传输链路组成。电路交换方式的系统结构简单,支持数字信号的实时传输,因此长期以来一直用于电话网和实时活动数字图像的传输。目前,在窄带ISDN中也仍然沿用着这一传统交换技术。电路交换技术的缺点在于,其线路利用率较低,一旦通路建立起来以后不管是否传输信息,也不管线路上的信息量有多大,它始终独占事先确定好的固定信道容量,直至该条通路被释放,因而不适于宽带交换的要求。


分组交换技术是利用报文交换的存储--转发原理,使不同终端的数据采用一定长度的标准数据格式,通过非专用的许多逻辑子信道,进行数据的快速交换。它是将信息数据分成许多小段,称为分组,再在这些分组的前后加上一些协议信息,即分组的目的地址、分组编号、控制比特等,沿不同路由进行传送,收端可按分组编号重新组装成原始信息。随着技术的发展,分组交换技术又分为传统分组交换和快速分组交换。传统分组交换技术是完全基于ITU-T X.25协议的技术,它继承了报文交换方式线路利用率高、提供信道和端口多路复用能力的优点,又大大缩短了系统的时延、提供了快速响应能力,实现了风险分散、资源共享。然而,尽管它具有上述这些优点,可仍有其弱点限制了它在更大范围中的应用。首先,为了在网络的各条链路上提供符合要求的端到端性能,必须在连接的每条链路上执行复杂的协议,以完成差错和流量控制等功能。高度复杂的协议大大提高了对网络内部的处理要求和延长了交换时间,这使分组交换技术仍然很难用于像话音和活动图像传输这样的实时业务;其次,该方式中的分组长度是可变的,因此网络内需要进行相当复杂的缓冲器管理,这也限制了高速大容量实时业务的应用;另外,由于该方式中的各个分组数据可以通过不同的路由到达接收端,因而它们通过系统时的延时可能相差较大,增加了数据间的延时抖动,同样限制了它在对延时抖动敏感业务中的应用。

快速分组交换技术是在分组交换技术的基础上通过简化通信协议、最大限度地提供并行处理能力,以提高分组吞吐量和减小分组传输时延为目的而提出的一种交换技术。目前,快速分组交换的实现主要有两种方式:一是帧中继技术(FRFrame Relay);另一是异步转移模式(ATMAsynchronous Transfer Mode)技术。FR仍是以X.25分组交换技术为基础,但尽力简化X.25中的复杂规程,采用流水线方式进行数据处理。由于FR只作差错检查,不作分组重发,纠错处理以及流量控制等由智能终端去做,因而大大简化了处理过程,提高了速度和效率,减少了网络延时。FR的用户速率一般为64 Kbit/s~2Mbit/sFR对一般的多媒体应用是可以满足要求的,但在应用于高速活动图像的传输时还有一定的困难。ATM技术也是以分组交换技术为基础,同时融合了电路传送方式的优点发展而成的。它克服了电路交换技术不适应速率变化的缺点,并简化分组通信中的协议,由硬件完成对简化通信协议的处理,各交换节点不再对信息进行差错控制,提高了通信处理能力。它既继承了电路交换技术的速率独立性,又保留了高速分组交换技术的速率任意性,并且能够全面支持QoS的传输交换技术,届时成为下一代通信网的基础技术之一。由于ATM具备了许多现代通信网所必须的特点,因而在上世纪八十年代末被当初的CCITT建议作为未来宽带综合业务数据网的传送方式。然而由于ATM技术过于复杂、建设成本过高在一定程度上限制了ATM的实际应用,进而随着IP技术的发展,对其也带来了致命的冲击。

软交换技术是一种全新的交换技术,前述的无论是电路交换、传统分组交换,还是快速分组交换技术,都是为了不断满足宽带综合业务通信的需求而发展的。但它们总归没有跳出传统交换的陈旧理念,即“呼叫控制”与业务提供是结合在一起的,不同的业务,需要不同的呼叫控制功能,这对交换系统的要求就非常高,不便于业务的提供和开展,限制了宽带的、智能的、开放的业务的发展。

国际软交换协会(ISC)对软交换的定义是:“软交换是提供呼叫控制功能的软件实体”。由此可以看出:第一,它主要提供呼叫控制功能,包括呼叫的路由选择、管理控制(建立和拆除会话)、信令互通等;第二,它定位在控制层,与传输层进行了分离;第三,呼叫控制功能是由软件来实现的。因此,也有人把软交换设备称之为呼叫服务器,或媒体网关控制器。这是从狭义上来看,软交换仅指软交换设备,但从广义上来看,软交换是指一种体系结构,利用该体系结构可以建立新一代网络框架。软交换体系的功能涵盖了网络系统中的四个功能层面,即接入层、传送层、控制层和业务层,主要由软交换设备、媒体网关、信令网关、应用服务器、IAD(中继网关、接入网关等)等组成。因此,大约在上世纪末期,软交换被ITU-T推荐为下一代网络(NGN)的核心,也就是说新一代通信网络(NGN)是以软交换技术为核心构建的。

由于软交换技术,把网络系统的四个功能层面进行了分离,这些功能实体之间采用标准协议进行连接,因此各功能实体可以独立发展,又能有机的组成一个整体,使得业务提供商可以无需关心网络底层的实现细节,在市场上依据自己的需求,推出优势产品,方便的引入各种业务的开展;同时使得PSTNPLMNININTERNETCATV网等各种业务网络能够互通融合。它既可以实现电路型信息交换,也可以实现分组型信息的交换。

电路交换技术主要实现的是话音业务,因此电路交换技术将在固定电话通信网络专业内介绍。在数字交换通信网络专业内主要介绍如下图所示的内容:

 

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