1、1.1交換與通信網第1章 概 論1.2交換方式1.3交換與路由1.4 交換技術的發(fā)展演進1.5 NGN與軟交換1.1 交換與通信網問題： 什么是通信?通信是指按約定規(guī)則進行的信息傳送。Communication, Com.或Comm.。 Telecommunication ，Telecom.1.1交換與通信網信息、消息與信號 信息是消息包含的有效內容。信息是抽象的、本質的，消息是信息的物理形式，消息包含的信息多少可用信息量來度量。消息是信息的載體，消息需調制成信號才能在信道中傳輸。信號是信息的電磁形式，是消息的物理載體。 1.1.1 從點到點通信到通信網（一）點到點通信信源發(fā)送端變換器信道反變

2、換器信宿噪聲源接收端終端電信號電信號消息消息傳輸媒介終端1.1交換與通信網點到點通信系統(tǒng)種類繁多，但還不能稱為通信網。如何實現多個用戶之間的通信？最簡單、最直接的方式就是兩兩互相連接。（一）點到點通信1234561.1交換與通信網全互連方式存在什么問題？（1）N2 問題；（2）經濟性問題；（3）可操作性問題；（4）控制和管理問題。123456在實際應用中，全互連方式僅用于終端數目少、地理位置集中、可靠性要求很高的場合。 （一）點到點通信1.1交換與通信網要實現多用戶間的通信，需要一個合理的拓撲結構將多個用戶有機地連接在一起，并定義標準的通信協(xié)議，以使它們能協(xié)同工作，這樣就形成了一個通信網。 如

3、何實現任意兩個用戶之間的通信？（一）點到點通信1.1交換與通信網123456（二）交換式通信網416235N2問題變成了N條用戶線，由交換機組成的交換式通信網容易組成大型網絡。 開關設備1.1交換與通信網（二）交換式通信網交換式通信網組網示意圖用戶交換機市話交換機匯接交換機用戶線中繼線1.1交換與通信網（二）交換式通信網在交換式通信網中，交換機負責接入用戶、建立連接、分配資源、中轉信息，以及必要的網絡管理與控制功能。 由于用戶眾多、位置分散，因此交換式通信網必須解決編號、尋址、控制、管理、接口標準、可擴充性、服務質量保證等一系列在點到點模型系統(tǒng)中原本不是問題的問題。 1.1交換與通信網（二）交

4、換式通信網（1）交換節(jié)點的功能監(jiān)視功能：發(fā)現和判斷用戶的呼叫請求 。信令功能：接收和分析地址信號 ，按目的地址選路，并轉發(fā)信號。連接功能：按需實現任意端口之間的信息傳送 ?？刂乒δ埽嚎刂七B接的建立與釋放 。（二）交換式通信網交換式通信網首先用于電話通信，并采用電路交換方式構成電話通信網絡。20世紀60年代以后，個人計算機日益普及，迫切需要數據通信，來共享計算機的計算和存儲資源，因此，計算機連網成為現實的需要，這就出現了交換技術的另一個重要分支 數據交換。（2）電話交換與數據交換（二）交換式通信網電話通信和數據通信都是以傳送信息為目的，兩者之間有什么不同呢？通信對象不同業(yè)務特征不同 持續(xù)時間和實

5、時性要求不同 可靠性要求不同 1.1.2 通信網的定義與構成（一）通信網的定義通信網是由一定數量的節(jié)點和連接這些節(jié)點的傳輸系統(tǒng)有機地組織在一起的，按約定的信令或協(xié)議完成任意用戶間信息交換的通信體系。通信網是由各種軟、硬件設施按照一定的規(guī)則互連在一起，完成信息傳遞任務的系統(tǒng)。1.1交換與通信網1.1.2 通信網的定義與構成（二）通信網的構成要素終端(Terminal) 交換節(jié)點(Switching Node)傳輸系統(tǒng)(Transmission System)業(yè)務節(jié)點(Service Node)1.1.2 通信網的定義與構成 電話、傳真、計算機、視頻終端和PBX等，它們是信息的產生者和使用者。主要

6、功能： 1）用戶信息的處理 用戶信息的發(fā)送和接收，并將信息轉換成適合傳輸的信號以及相應的反變換。 2）信令信息的處理 產生和識別連接建立、業(yè)務管理等控制信息。 終端（ Terminal）1.1.2 通信網的定義與構成 交換節(jié)點（ Switching Node ） 通信網的核心設備，負責集中、轉發(fā)用戶終端信息，但并不產生和使用這些信息。主要功能： (1) 接入功能。 (2) 連接功能。 (3) 信令功能。 (4) 其它控制功能。 路由信息更新與維護、計費、話統(tǒng)和維護管理等。網絡接口接口控制信令用戶線中繼線交換節(jié)點功能結構1.1.2 通信網的定義與構成 傳輸系統(tǒng)（ Transmission Sys

7、tem ） 為信息傳送提供通道，并實現網絡節(jié)點的互連。包括線路接口、傳輸媒介、交叉連接設備等。 其主要目標是提高物理線路的利用率，采用復用技術，如頻分、時分、碼分、波分復用等。 為保證交換節(jié)點正確接收和識別傳輸的數據流，交換節(jié)點必須與傳輸系統(tǒng)協(xié)調一致，保持幀同步和位同步、遵守相同的體制(如SDH、WDM)等。1.1.2 通信網的定義與構成 業(yè)務節(jié)點（ Service Node ） 業(yè)務控制點(SCP)、智能外設（IP）、語音信箱（VMS），以及因特網上各種服務器等。由連接在網絡邊緣的計算機、數據庫系統(tǒng)組成。 (1) 實現獨立于交換節(jié)點的控制邏輯。 (2) 實現對交換節(jié)點業(yè)務控制。 (3) 提供

8、智能化、個性化、差異化服務。 基本業(yè)務的呼叫建立、執(zhí)行控制在交換節(jié)點實現，但很多新的電信業(yè)務則轉移到業(yè)務節(jié)點中。1.1.2 通信網的定義與構成（三）通信網的類型按信號方式劃分：模擬通信網和數字通信網。按服務區(qū)域劃分：本地/長途或LAN/MAN/WAN。 按業(yè)務類型劃分：電話通信網(PSTN、PLMN)、數據通信網(X.25 、FR 、Internet) 。按服務對象劃分：公用通信網和專用通信網。按活動方式劃分：固定通信網和移動通信網。1.1.2 通信網的定義與構成各類通信網有什么異同 ? 技術體制不同、承載業(yè)務不同； 傳遞方式不同；服務范圍不同；組網結構、基本功能和實現原理相似。1.1.2 通

9、信網的定義與構成（四）通信網的結構通信網的結構與用戶規(guī)模、業(yè)務需求、組網技術等密切相關。從不同的視角，具有不同的觀點。從用戶接入與信息傳遞和網絡功能角度可以采用兩種劃分方法。 1.1.2 通信網的定義與構成（四）通信網的結構用戶駐地網、接入網和核心網核心網駐地網接入網駐地網接入網UNIUNISNISNI公用設施用戶設備（四）通信網的結構 用戶駐地網CPNCustomer Premises NetworkCPN是用戶自有網絡，指用戶終端至業(yè)務集中點之間所包含的傳輸及線路等相關設施。小至終端，大至局域網。實現用戶和業(yè)務的集中，信息的變換與適配、復用與交換、尋址與選路等功能。（四）通信網的結構 接入

10、網AN （Access Network ）有線接入銅線接入技術：HDSL、ADSL、VDSL、LAN etc.光纖接入技術：FTTC、FTTB、FTTH混合光纖/同軸電纜接入HFC無線接入固定無線接入：LDMS、MMDS、 802.11 、802.16移動無線接入：GSM、CDMA、UMTS、WIMAX綜合接入：FTTC+HFC、有線+無線（四）通信網的結構 核心網CN （Core Network）是通信網的骨干，由現有和未來的寬帶、高速骨干傳輸網和大型交換節(jié)點構成。發(fā)展趨勢：IP化、綜合化、扁平化所有業(yè)務全部由統(tǒng)一的IP核心網承載，差別僅在于接入網。統(tǒng)一的IP核心網用統(tǒng)一的設備代替原來各網系

11、專用設備，大大降低開發(fā)和運營成本。（四）通信網的結構業(yè)務網、傳送網和支撐網支撐網電話網ATM 網InternetFR 網移動網業(yè)務網光傳送網傳送網SDH/SONET信令網管理網同步網（四）通信網的結構 業(yè)務網（Service Networks）提供各種通信業(yè)務，如話音、數據、多媒體、租用線、VPN等，采用不同交換設備通過傳送網互連在一起形成不同類型的業(yè)務網。構成業(yè)務網的主要技術要素：網絡拓撲結構、交換技術、編號計劃、信令技術、路由選擇、業(yè)務類型、計費方式、服務質量保證機制等，其中交換節(jié)點是構成業(yè)務網的核心要素。（四）通信網的結構 傳送網（Transmission Networks）獨立于業(yè)務網

12、，負責為業(yè)務網分配電路，提供信息透明傳輸通道，此外還包含相應的管理功能，如電路調度、網絡監(jiān)視、故障切換等。構成要素：傳輸介質、復用體制、傳輸節(jié)點等。傳送網節(jié)點：TM、ADM、DXC ，其中ADM和DXC是構成傳送網的核心節(jié)點。（四）通信網的結構 傳送網與業(yè)務網的異同相似之處：節(jié)點都具有交換功能。不同之處：業(yè)務網節(jié)點的基本交換單位本質上是面向終端業(yè)務的，粒度較小；而傳送網節(jié)點是面向中繼的，粒度較大（VC、)。業(yè)務節(jié)點的連接一般在信令控制下建立，傳送節(jié)點之間的連接通過管理功能指配建立。 （四）通信網的結構 支撐網（Support Networks） 提供網絡正常運行必需的同步、信令和管理功能，以確

13、保服務質量。包含：同步網：確保設備之間數字信號的正確接收和發(fā)送。信令網：傳送業(yè)務相關或無關的控制信息。管理網：監(jiān)視網絡運行狀況，實施網絡控制與管理，以便充分利用網絡資源，保證網絡的服務質量。1.1交換與通信網第1章 概 論1.2交換方式1.3交換與路由1.4 交換技術的發(fā)展演進1.5 NGN與軟交換1.2 交換方式1.2.1交換技術概述1.2.2主要交換技術1.2.1 交換技術概述 根據信息傳遞時是否預先建立端到端的連接，通信網交換技術分為兩大類：面向連接型（CO,Connection Oriented）無連接型（CL,Connectionless ）面向連接適用于大批量、可靠數據傳輸業(yè)務，但

14、網絡控制較復雜；無連接方式控制簡單，適用于突發(fā)性強、數據量少的業(yè)務。（一） 面向連接和無連接1.2.1 交換技術概述通信網是以交換節(jié)點為核心構建的，為了實現信息傳遞，各交換節(jié)點必須擁有當前網絡的拓撲結構信息（網絡地圖）。節(jié)點包含路由表、轉發(fā)表（可選）、交換模塊（空分型、共享型等）和控制信令（路由交換信令、轉發(fā)表建立信令、端到端連接信令）。（二） 交換節(jié)點的功能結構路由與轉發(fā)有什么區(qū)別 ? 1.2.1 交換技術概述問題：1.2.1 交換技術概述（二） 交換節(jié)點的功能結構面向連接型節(jié)點維護管理路由表路由信息交換UNI信令呼叫處理轉發(fā)控制NNI信令轉發(fā)表交換模塊管理信息路由協(xié)議信令信息信令信息用戶信

15、息用戶信息無連接型節(jié)點維護管理路由表路由信息交換轉發(fā)控制交換模塊管理信息路由協(xié)議用戶信息用戶信息1.2.1 交換技術概述對于CL網絡，由于無需創(chuàng)建和維持連接狀態(tài)，網絡節(jié)點根據路由表轉發(fā)信息；而CO網絡則同時需要路由表和轉發(fā)表。路由表用于建立節(jié)點之間的連接，可靜態(tài)設置（如PSTN、ATM網），也可動態(tài)創(chuàng)建（如Internet）。 轉發(fā)表通過網管或信令創(chuàng)建，控制節(jié)點內部連接。網管指配的轉發(fā)表，支持永久或半永久連接；而信令創(chuàng)建的轉發(fā)表，支持動態(tài)連接。（三） 路由與轉發(fā)目前廣域網上使用的交換技術主要包括：電路交換、分組交換、幀中繼、ATM技術、IP交換。電路交換和分組交換是通信網最基本的交換技術，幀中

16、繼、ATM以及各種IP交換則是基于這兩種技術的綜合或改進。交換技術的發(fā)展趨勢：信道利用率越來越高，支持可變速率和多媒體業(yè)務，并具有復雜的協(xié)議體系來保證服務質量。1.2.2 主要交換技術1.2.2 主要交換技術電路交換多速率電路交換快速電路交換異步傳送模式（ATM）快速分組交換分組交換控制簡單控制復雜固定比特率可變比特率電路域分組域1.2.2 主要交換技術MRCS交換技術電路交換分組交換FCSX.25FRCRPVCSVCSMDSATMFPSIP廣域網局域網二層交換三層交換（1）基本過程：連接建立、信息傳送、釋放。（2）技術特點 帶寬固定，電路利用率低。 實時性強。 無差錯控制，不適于數據傳輸。

17、基于呼損制方式工作。 電路交換適合于電話通信、文件傳送、高速傳真，不適合突發(fā)和對差錯敏感的數據業(yè)務。（一） 電路交換（一）電路交換人工交換機需要話務員1878 : 磁石式交換機1891 : 共電式交換機自動交換機 1892 : 史端喬交換機1919 : 縱橫制交換機1965 : 程控交換機（一）電 路 交 換人工交換機組成（1）多速率電路交換（MRCS Multi-rate Circuit Switching）是為適應多業(yè)務交換的需求而產生的，提供不同的帶寬，包括基本速率（如64kbps）及其整數倍。 （2）實現方式采用不同速率的交換網絡：硬件多，控制簡單；采用統(tǒng)一的交換網絡：硬件少，但控制復

18、雜。 多速率電路交換（一）電 路 交 換（3）技術特點基本速率難以確定：速率過低，難以承載高帶寬業(yè)務；速率過高，對低帶寬業(yè)務又造成浪費。靈活性差。不能滿足寬帶業(yè)務的交換要求。不適應突發(fā)業(yè)務：帶寬固定分配?？刂戚^復雜、難以實現。 多速率電路交換 基本思想：只在信息傳送時才分配帶寬和資源。不為每個呼叫專門分配和保留其所需的帶寬，提高了帶寬的利用率。連接建立和拆除要有相當高的速度，否則難以實現。只有當信息發(fā)送時才建立真正的連接，時延比電路交換大。 快速電路交換 基本原理 是為適應數據通信的要求而產生的交換方式，分組交換也叫包交換，它是以分組為信息單位，以存儲/轉發(fā)方式在網絡中傳送數據的交換方式。 分

19、組長度=？ 開銷與時延（二）分 組 交 換交換節(jié)點A交換節(jié)點B交換節(jié)點C分組1分組3分組4分組2分組1分組2分組5分組3分組4分組5傳輸時延存儲時延處理與排隊時延分組交換的過程（二）分 組 交 換 技術特點： 1）采用存儲/轉發(fā)方式，支持異種終端間的可變速率通信要求 2）采用統(tǒng)計時分復用，線路利用率高 3）具有差錯控制功能，傳輸可靠性高 4）經濟性好（二）分 組 交 換 分組交換缺點： 1）技術實現復雜（交換機要完成轉發(fā)、路由、流控、速率和規(guī)程轉換等）。 2）分組長度可變，存儲管理復雜。 3）協(xié)議處理復雜，時延大。 4）網絡附加信息多，長報文通信效率較低。（二）分 組 交 換 分組交換提供的服

20、務 （1）數據報(DG：Datagram) （2）虛電路(VC：Virtual Circuit) 交換式虛電路(SVC,Switched Virtual Circuit) 永久虛電路(PVC,Permanent Virtual Circuit) （二）分 組 交 換第一代分組交換系統(tǒng)ARPANet，幾百包/秒第二代分組交換系統(tǒng)DPS2500、EWSP等，幾萬包/秒第三代分組交換系統(tǒng)快速分組交換，吉比特路由器等（二）分 組 交 換 分組交換系統(tǒng) 虛電路和數據報兩種服務的比較虛電路 （VC）數據報（DG）分組頭邏輯信道標識詳細的目的地址選路面向連接（CO）無連接（CL）分組順序收端不需對分組重新排

21、序收端需對分組重新排序 時延傳輸時延小 傳輸時延大 故障敏感對網絡故障適應能力較差 對網絡故障適應能力強 應用連續(xù)的數據流傳送業(yè)務（文件、傳真） 面向事務的詢問/響應型數據業(yè)務（二）分 組 交 換 電路交換以電路連接為目的。信息傳送時與交換系統(tǒng)無關。 分組交換以信息分發(fā)為目的。交換機對分組逐個加工處理（差錯控制、流量控制等），并根據分組頭中的地址和控制域，將分組分發(fā)到出端口。 電路交換是一種“粗放”的交換方式，只管連接而不管傳送的信息。分組交換比較“精細”，對傳送的信息進行管理。 分組交換與電路交換的比較（二）分 組 交 換 FR（Frame Switching）簡化分組交換協(xié)議，以加快節(jié)點的

22、處理速度。 （1）基本原理 幀交換是一種幀方式的承載業(yè)務，在數據鏈路層以簡化的方式傳送和交換數據單元。 （2）與分組交換的比較 幀方式在鏈路層進行復用和傳送；將用戶平面和控制平面分離。 幀交換FS（二）分 組 交 換 FPS（Fast Packet Switching）進一步簡化協(xié)議，只保留核心功能，以提供高速、高吞吐量、低時延的服務。 （1）快速分組交換分類 專指ATM交換，但廣義的FPS包括幀中繼（Frame Relay）信元中繼（Cell Relay）。 （2）幀中繼（Frame Relay） 與幀交換相比，進一步簡化了協(xié)議。 快速分組交換FPS （3）幀中繼產生背景和應用 傳輸系統(tǒng)：數

23、字化、光纖化 終端系統(tǒng)：智能化 為簡化或取消差錯和流量控制創(chuàng)造了條件。應用范圍： FR采用可變長度幀，適于突發(fā)信息傳送。 局域網（LAN）互連。 快速分組交換FPS ATM（ Asynchronous Transfer Mode ）是ITU-T為B-ISDN確定的復用、傳輸和交換模式，其設計目標是在一個統(tǒng)一的網絡平臺上用分組交換技術來實現話音、數據、圖像等業(yè)務的綜合傳送。（1）固定長度的信元中繼（2）信頭簡化：以減少交換節(jié)點處理開銷5字節(jié)48字節(jié)信元頭 負載（凈荷）（三） ATM 交 換（3）面向連接（CO） 為便于控制和管理，ATM虛連接采用等級結構：虛信道連接（VCC:Virtual Ch

24、annel Connection）虛通路連接（VPC:Virtual Path Connection ） 傳 輸 線 路155M/bs STM-1 通 道 2Mb/s 數字通道 (E1)數字電路 (64kb/s)STM 中 的 分 級 通 道 結 構 （物 理 通 道 概 念） 傳 輸 線 路 虛 通 路 (VP)虛信道（VC)ATM 的非 分 級 通 道 結 構 （ 邏 輯 通 道 概 念）(a) STM(b) ATM（三） ATM 交 換（4）異步時分（ATD）交換STD：Synchronous Time Division 同步時分交換ATD：Asynchronous Time Divis

25、ion 異步時分交換 CBA CBATS0TSiTSnTS0TSiTSnXZYZ空YZ空XX空(a) STD（連接和時隙位置一一對應）(b) ATD（屬于同一連接的各信元不占用固定的時隙位置）這里的同步、異步與數字通信中的同步、異步有什么區(qū)別 ? （三） ATM 交 換（5）引入了ATM適配層（AAL）AAL實現與特定業(yè)務類型相關的功能，以此來支持區(qū)分服務的能力，這對實現綜合業(yè)務的傳送目標來說至關重要，也是ATM與其他面向單業(yè)務優(yōu)化設計的網絡間的重要區(qū)別。（三） ATM 交 換1988年，確定了ATM的固定信元格式。90年代初期，小容量ATM交換機面世。90年代中期，美歐洲等開始建立ATM實驗

26、網。目前，其應用逐步從骨干網轉移至接入，用于承載IP業(yè)務。（三） ATM 交 換 IP交換是將第二層交換和網絡流量管理能力與第三層路由功能的靈活性和可擴展性結合在一起的交換技術。1996年Ipsilon公司了提出IP交換的概念。1996年Cisco提出了標簽交換的概念。1997年IETF提出了MPLS技術標準。（四）IP 交 換NGN（下一代網絡）是一個能夠提供語音、數據、視頻和多媒體業(yè)務的基于分組傳送的、業(yè)務開放的網絡架構。按照ITU-T的定義：NGN是一個基于分組交換的網絡，能夠提供包括電信業(yè)務在內的所有業(yè)務；能夠利用多種寬帶和QOS保障的傳送技術；其業(yè)務相關功能與其傳送技術相獨立；NGN

27、使用戶可以自由接入到不同的業(yè)務提供商；NGN支持通用移動性，為用戶提供始終如一、普遍存在的業(yè)務。（五）NGN與軟交換基本特征：基于分組傳送技術提供全業(yè)務具有QOS保證網絡與業(yè)務分離自由接入和通用移動性?；灸康模汉喕Y構，推進網絡和/或業(yè)務融合。（五）NGN與軟交換軟交換（SoftSwitch）是網絡演進以及下一代分組網絡的核心設備之一，它獨立于傳送網絡，主要完成呼叫控制、資源分配、協(xié)議處理、路由、認證、計費等主要功能，同時可以向用戶提供現有電路交換機所能提供的所有業(yè)務，并向第三方提供可編程能力。（五）NGN與軟交換IADAMG寬窄帶接入UMGPLMN/3GSGTMGPSTNUMG業(yè)務平面IP

28、 核心網控制平面交換平面接入平面SoftSwitchSoftSwitchiOSSPolicyServerApplicationServerSCPLocationServerRADIUSServerMRS（五） NGN與軟交換1.1交換與通信網第1章 概 論1.2交換方式1.3交換與路由1.4 交換技術的發(fā)展演進1.5 NGN與軟交換 交換技術主要用于電信網，路由技術主要用于計算機網。交換和路由技術在很長時間內一直分屬于這兩類網絡，被視作兩個并行的技術。在互聯(lián)網的沖擊下，電信網和計算機網逐漸趨于融合，IP逐漸成為通信網的核心技術，因此，有必要厘清交換和路由間的關系。 交換的含義十分廣泛，從控制方

29、式看有面向連接和無連接，其中面向連接方式還有實連接和虛連接之分；從網絡應用看，有電話交換、分組交換、局域網交換等；從涉及的網絡層次來看，與第三層相關的稱為分組交換，如X.25、IP協(xié)議；與第二層相關的則稱為幀交換，如幀中繼、ATM和LAN switch。眾所周知，路由技術屬于第三層，但從廣義上說，它屬于分組交換范疇。1.3 交換與路由 交換和路由技術的主要差別主要體現在下列方面。（1）交換技術主要是面向連接的，而路由技術則是無連接的。雖然交換技術可以是無連接的，但電信網中實際應用的交換技術大多是面向連接的，這是電信網基于服務質量保證和運營管理需要而確定的基本原則。路由具有靈活性，它無需預先建立

30、連接，路由器之間通過路由協(xié)議可以自動發(fā)現網絡故障，從而確保通信的可靠性。（2）交換具有信令機制，而路由則沒有。信令的基本任務是在交換機之間以及用戶和交換機之間交互控制信息，藉此建立端到端的連接。信令是電信網的特有技術，由于信令電信網存在一個獨立的控制面，其功能就是負責呼叫和連接的建立、維護和管理。而路由技術主要體現為網絡層的路由協(xié)議、算法與分組轉發(fā)，沒有專用的信令機制，也沒有獨立的呼叫控制面。1.3 交換與路由（3）交換是有狀態(tài)的，而路由則是無狀態(tài)的。為了保持呼叫連接，交換機必須保存連接狀態(tài)信息，如出入端口、呼叫標識、帶寬等信息，因此交換是有狀態(tài)的。路由器雖然也保存并不斷更新其路由信息，但路由

31、表只與分組的目的地址相關，而與具體的通信過程無關，因此路由器是無狀態(tài)的。（4）交換具有QoS保證，而路由則難以確保。由于交換連接是固定的，即使是虛連接，屬于同一呼叫的數據包其傳送路徑也是相同的，因此數據分組傳送是有序的，端到端時延和丟包等性能易于控制。而在路由技術中，屬于同一通信過程的數據包可能經由不同路徑，網絡只能保證可達性，難以保證到達順序和傳輸性能。因此，QoS一直是困擾路由技術的一個難題。1.3 交換與路由 在通信網的演進和發(fā)展過程中，源于電信網的交換技術和源于互聯(lián)網的路由技術曾集中體現為ATM與IP的競爭。多年的探索和實踐證明，電信網和互聯(lián)網必須相互結合，IP和ATM必須互相借鑒。其

32、實，ATM和IP是分屬不同層次的技術，各有其優(yōu)勢和不足。融合這兩種技術的MPLS充分體現了交換與路由技術結合的優(yōu)勢。電信級IP通信網和新一代互聯(lián)網也在借鑒和引入類似于電信網的控制與管理平面。 總之，交換是電信網的核心技術，即使是下一代通信網依然如此。必需深入研究網絡演進環(huán)境下的新的交換技術，包括交換和路由技術的有機結合。1.3 交換與路由1.1交換與通信網第1章 概 論1.2交換方式1.3交換與路由1.4 交換技術的發(fā)展1.5 NGN與軟交換1.4 交換技術的發(fā)展1.4.1 電路交換技術的發(fā)展1.4.2 分組交換技術的發(fā)展1.4.3 寬帶交換技術的發(fā)展 1892年誕生了第一部步進制史端喬（Ar

33、mond Strowger）自動交換機。用戶通過話機的撥號盤向交換機發(fā)送撥號脈沖，控制交換機中電磁繼電器與上升旋轉型選擇器的動作，完成電話的自動接續(xù)。從此，電話交換由人工交換時代邁入自動交換時代，這是第一個里程碑式的轉變。步進制交換機及其后出現的機動制（旋轉制或升降制）交換機均屬于直接控制方式的機電式自動交換機，這類交換機的特點是選擇器均需進行上升和/或旋轉的動作，噪聲大，接續(xù)部件易磨損，通話質量欠佳，維護工作量大。1.4.1 電路交換技術的發(fā)展1機電式電話交換 縱橫制交換機的出現是電話交換技術進入自動化時代后具有重要意義的轉折點?？v橫制最先在瑞典和美國獲得廣泛應用，具有代表性的是瑞典的ARF

34、、ARM、ARK等系列產品和美國的1號、4號和5號縱橫制交換機。日本、英國和法國等也先后研制出自己的縱橫制交換機。我國從20世紀50年代開始研制縱橫制交換機，并陸續(xù)定型和批量生產，主要型號有用于市話的HJ921，用于長話的JT801和屬于用戶交換機的HJ905、HJ906等。 1.4.1 電路交換技術的發(fā)展1機電式電話交換 1965年，美國開通了世界上第一個程控交換局，在公用電信網中引入程控交換技術，這是交換技術發(fā)展中具有重大意義的里程碑，標志著計算機技術與通信技術完美結合的開始。從此，世界各國、各大電信產業(yè)公司紛紛致力于程控交換系統(tǒng)的研制，程控交換技術顯示了巨大的優(yōu)越性和生命力。早期的程控交

35、換屬于模擬程控交換。程控交換的全稱為存儲程序控制（SPC，Stored Program Control）交換方式，它的特點是應用計算機軟件來控制交換機的各種接續(xù)動作。所謂模擬程控交換，是指控制部分采用SPC方式，而話路部分傳送和交換的是模擬話音信號。與程控交換方式相比，機電式交換使用布線邏輯控制（WLC，Wired Logical Control）方式。 1.4.1 電路交換技術的發(fā)展2模擬程控交換 1970年，法國在拉尼翁（Lanion）成功開通世界上第一個數字程控交換系統(tǒng)E10，標志著交換技術從傳統(tǒng)的模擬交換進入數字交換時代。到20世紀80年代中期，技術上已趨于成熟，各技術發(fā)達國家和國際著

36、名電信廠商相繼推出眾多型號的數字程控交換系統(tǒng)，如阿爾卡特的E10，貝爾電話設備制造公司（BTM）的S1240，AT&T的4ESS和5ESS，愛立信的AXE10（全數字型），西門子的EWSD，北電的DMS，富士通的FETEX-150，以及日本電氣（NEC）的NEAX-61等。1.4.1 電路交換技術的發(fā)展3數字程控交換 數字程控交換在技術上表現為以下3個主要特征：（1）采用大規(guī)模集成電路，實現了用戶接口模塊（用戶級）和數字交換網絡（選組級）的全數字化；（2）在信令技術方面，普遍采用7號共路信令方式；（3）隨著微處理機技術的迅速發(fā)展，數字程控交換普遍采用多機分散控制方式。 經過一百多年的發(fā)展，電路

37、交換技術現已非常成熟和完善，是通信網中使用的一種主要交換技術。傳統(tǒng)電話網中的交換機，GSM、CDMA數字移動通信系統(tǒng)的移動交換機，窄帶綜合業(yè)務數字網（N-ISDN）中的交換機，智能網IN（Intelligent Network）中的業(yè)務交換點SSP（Service Switching Point）均使用過電路交換技術。 1.4.1 電路交換技術的發(fā)展3數字程控交換1.4.2 分組交換技術的發(fā)展1第一代分組交換系統(tǒng)1.4.2 分組交換技術的發(fā)展2第二代分組交換系統(tǒng)1.4.2 分組交換技術的發(fā)展3第三代分組交換系統(tǒng)1.4.3 寬帶交換技術的發(fā)展1ATM交換技術的發(fā)展 20世紀80年代隨著寬帶業(yè)務的

38、發(fā)展及其業(yè)務發(fā)展的某些不確定性，迫切要求找到一種新的交換方式，能兼具電路交換和分組交換的優(yōu)點，適應寬帶業(yè)務快速發(fā)展的需要。1983年出現的快速分組交換（FPS）和異步時分交換（ATD）的結合，導致了ATM交換方式的產生。 從20世紀80年代后期到90年代初期，是ATM技術發(fā)展的黃金時代。計算機界和電信界致力于ATM技術的研究和ATM系統(tǒng)的開發(fā)。首先推出的是吞吐量在10GB以下的小容量ATM交換機，用于計算機通信網。隨著寬帶業(yè)務的發(fā)展和ATM技術的逐漸成熟，ATM交換技術的應用開始從專用網擴大到公用網，其標志是相繼推出了一系列用于公用網的大容量ATM交換系統(tǒng)和一些公用ATM寬帶試驗網投入運行。1

39、.4.3 寬帶交換技術的發(fā)展1ATM交換技術的發(fā)展 從技術角度看，ATM在多業(yè)務承載方面是最佳的，而且ATM相關協(xié)議和標準十分完善，但其協(xié)議體系的復雜性造成了ATM系統(tǒng)研制、配置、管理、故障定位的難度；在當時情況下，ATM沒有機會將原有設施推倒重來，構建一個純ATM網。相反，ATM必須支持已經應用到桌面的IP協(xié)議才能夠生存。傳統(tǒng)的IP技術只能提供盡力而為（Best Effort）服務，沒有任何有效的服務質量保證機制。同時，IP技術在發(fā)展過程中也遇到了路由器瓶頸等問題。如果把ATM與IP技術結合起來，既可以利用ATM網絡資源為IP用戶提供高速數據轉發(fā)，發(fā)展ATM上的IP用戶業(yè)務，又可以解決Int

40、ernet發(fā)展中的瓶頸問題，推動Internet業(yè)務的進一步發(fā)展。ATM的發(fā)展在20世紀90年代中期達到頂峰。1.4.3 寬帶交換技術的發(fā)展2IP交換技術的發(fā)展 IP交換的概念，最早由美國Ipsilon公司在1996年提出。它將IP路由處理器捆綁在ATM交換機上，去除了交換機中原有的ATM信令。IP交換機使用IP路由協(xié)議進行路由選擇。它的連接建立是由數據流驅動的，即“一次路由、多次交換”：對于單個的IP分組，采用傳統(tǒng)IP逐跳轉發(fā)方式進行轉發(fā)；對于長持續(xù)時間的業(yè)務流，能自動建立一個虛通路，使用ATM交換方式進行轉發(fā)。Cisco公司在1996年秋提出了標簽交換技術。這也是一種IP交換技術，它除了可

41、以在ATM網絡中實現外，還可以在幀中繼、以太網等網絡中實現。其標簽連接的建立除了由數據流驅動外，還可以使用拓撲驅動等方式。1.4.3 寬帶交換技術的發(fā)展2IP交換技術的發(fā)展 在IP交換的發(fā)展過程中，互聯(lián)網工程任務組（IETF，Internet Engineering Task Force）起到了積極的推動作用，IETF在1997年初成立了多協(xié)議標簽交換（MPLS，Multiple Protocol Label Switch）工作組，綜合了Cisco和Ipsilon等的IP交換方案，制定出了一個統(tǒng)一的、完善的第3層IP交換技術標準，即MPLS。MPLS明確規(guī)定了一整套協(xié)議和操作過程，最終通過AT

42、M、幀中繼、點對點協(xié)議（PPP，Point to Point Protocol）和以太網等實現IP網絡快速交換。MPLS所具有的面向連接、高速交換、支持QoS、擴展性好等特點，使它在國內外具體組網中獲得了廣泛的應用，已成為主流的寬帶交換技術。1.4.3 寬帶交換技術的發(fā)展3光交換技術的發(fā)展 光交換技術是在光域直接將輸入的光信號交換到不同的輸出端，完成光信號的交換。光交換的優(yōu)點在于，光信號在通過光交換單元時，不需經過光電、電光轉換，因此它不受檢測器、調制器等光電器件響應速度的限制，對比特速率和調制方式透明，可以大大提高交換單元的吞吐量。目前，光網絡已經由過去的點到點波分復用發(fā)展到面向連接的OAD

43、M/OXC和自動交換光網絡（ASON），并將向融合電路交換和分組交換的智能光網絡演進。光交換將是未來寬帶網絡使用的另一種寬帶交換技術。1.5 NGN與軟交換 “下一代”的提法，最早見于1996年美國政府和大學分別牽頭提出的下一代Internet（NGI，Next Generation Internet）計劃和Internet2。與此同時，國際上一些由政府部門、行業(yè)團體和標準化組織等機構組織和參與的NGN行動計劃也紛紛出現，如互聯(lián)網工程任務組（IETF）提出的下一代IP，第三代合作伙伴計劃（3GPP，3G Partnership Project）提出的下一代移動通信，以及歐盟的NGN行動計劃等。1997年，Lucent公司的Bell實驗室首次提