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软考-网络交换技术

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网络交换技术共经历了4个发展阶段:电路交换技术、报文交换技术、分组交换技术和ATM技术。
1.电路交换技术
公众电话网(PSTN网)和移动网(包括GSM网和CDMA网)采用的都是电路交换技术,它的基本特点是采用面向连接的方式,在双方进行通信之前,需要为通信双方分配一条具有固定带宽的通信电路,通信双方在通信过程中将一直占用所分配的资源,直到通信结束,并且在电路的建立和释放过程中部需要利用相关的信令协议。这种方式的优点是在通信过程中可以保证为用户提供足够的带宽,并且实时性强,时延小,交换设备成本较低,但同时带来的缺点是网络的带宽利用率不高,一旦电路被建立,不管通信双方是否处于通话状态,分配的电路都一直被占用。

2.分组交换技术
电路交换技术主要适用于传送与语音相关的业务,这种网络交换方式对于数据业务而言,有着很大的局限性。首先,数据通信具有很强的突发性,峰值比特率和平均比特率相差较大,如果采用电路交换技术,若按峰值比特率分配电路带宽则会造成资源的极大浪费,如果按照平均比特率分配带宽,则会造成数据的大量丢失;其次,与语音业务比较起来,数据业务对时延没有严格的要求.但需要进行无差错的传输,而语音信号可以有一定程度的失真但实时性一定要高。分组交换技术就是针对数据通信业务的特点而提出的一种交换方式,它的基本特点是面向无连接而采用存储转发的方式,将需要传送的数据按照一定的长度分割成许多小段数据,并在数据之前增加相应的用于对数据进行选路和校验等功能的头部字段,作为数据传送的基本单元即分组。采用分组交换技术,在通信之前不需要建立连接,每个节点首先将前一节点送来的分组收下井保存在缓冲区中,然后根据分组头部中的地址信息选择适当的链路将其发送至下一个节点,这样在通信过程中可以根据用户的要求和网络的能力来动态分配带宽。分组交换比电路交换的电路利用率高,但时延较大。

3.报文交换技术
报文交换技术与分组交换技术类似,也是采用存储转发机制,但报文交换是以报文作为传送单元,由于报文长度差异很大,长报文可能导致很大的时延,并且对每个节点来说缓冲区的分配也比较困难,为了满足各种长度报文的需要并且达到高效的目的,节点需要分配不同大小的缓冲区,否则就有可能造成数据传送的失败。在实际应用中,报文变换主要用于传输报文较短、实时性要求较低的通信业务,如公用电报网。报文交换比分组交换出现待耍早一些,分组交换是在报文交换的基础上,将报文分割成分组进行传输,在传输时延和传输效率上进行了平衡,从而得到广泛的应用。

 4.ATM技术
分组交换技术的广泛应用和发展,出现了传送话音业务的电路交换网络和传送数据业务的分组交换网络两大网络共存的局面,语音业务和数据业务的分网传送,促使人们思考一种新的技术来同时提供电路交换和分组交换的优点,并且同时向用户提供统一的服务,包括话音业务、数据业务和图像信息,由此在20世纪80年代末由原CCITT提出了宽带综合业务数字网的概念,并提出了一种全新的技术一异步传输模式( Asynch- ronous Transfer Mode,ATM)。ATM技术将面向连接机制与分组机制相结合,在通信开始之前需要根据用户的要求建立一定带宽的连接,但是该连接并不独占某个物理通道,而是和其他连接统计复用某个物理通道,同时所有的媒体信息,包括语音、数据和图像信息都被分割并封装成固定长度的分组在网络中传送和交换。ATM另一个突出的特点就是提出了保证QoS的完备机制,同时由于光纤通信提供了低误码率的传输通道,所以可以将流量控制和差错控制移到用户终端,网络只负责信息的交换和传送,从而使传输时延减少。ATM非常适合传送高速数据业务。从技术角度来讲,ATM几乎无懈可击,但ATM披术的复杂性导致了ATM交换机造价极为昂贵,并且在ATM技术上没有推出新的业务来驱动ATM市场,从而制约了ATM技术的发展。目前ATM交换机主要用在骨干网络中,主要利用ATM交换的高速和对QoS的保证机制,并且主要是提供半永久的连接。

5.lP电话技术
伴随着Intemet的巨大成功,已使IP技术成为当前乃至未来信息网络的支柱技术,基于TCP/IP的网络技术不仅成为传送数据业务的主导技术,而且传统的电信运营商开始尝试使用lP技术来传送话音业务。现在传统的电信运营商一般都组建了自己的lP网络,除了在口网络上提供目前利润相对较低的数据业务之外,运营商充分利用现有资源向用户提供丰富的业务,最主要的是话音业务,目前话音业务仍然属于运营上最主要的收入来源,最早出现的在分组网上传送话音业务的应用就是IP电话技术。
lP电话技术目前已经成为人们比较熟悉的业务,主要采用H.323系列协议,包括负责呼叫建立的信令协议H.225和负责建立媒体通道的H.245协议,语音业务采用RTP分组的方式在lP网中进行传输。lP电话的语音质量虽然没有传统电路交换网向用户提供的语音质量高,但H.323协议被普遍认为是目前在分组冈上支持话音、图像和数据业务最成熟的协议,目前在lP电话领域得到广泛应用。世界上有很多利用H.323协议组建的VoIP网络正在运营。但H.323的有些缺点也很明显。首先,H.323协议中的呼叫控制信令是以Q.931为基础的。Q.931协议是一种基于r_n\n接口的协议,协议本身比较简单,没有关于NNI接口的定义。这在专用网内实现计算机.计算机的呼叫没有问题,但要提供全国性业务及PSTN-to-PSTN连接则必须依赖I.nn接口。其次,H.323网络中使用的是集中式的网关,网关要同时处理媒体流和信令流,在处理能力上也限制了H.323网络的发展。目前,ITU-T借鉴IETF相关规范的经验,在进一步扩展和修订H.323系列协议。
另外,和SIP相比较,H.323协议的可扩展性较差,并且为了在H.323网络提供类似在电路交换网络上向用户提供的业务,许多厂家都对H.323协议进行了扩展,所以不同厂家的H.323设备之间的互联也是一个H.323网络发展所面临的一个重要问题。

6.软交换技术
软交换的概念最早起源于美国。当时在企业网络环境下,用户采用基于以太网的电话,通过一套基于PC服务器的呼叫控制软件(Call Manager、Cal! Server),实现PBX功能(lP PBX)。对于这样一套设备,系统不需单独铺设网络,而只通过与局域网共享就可实现管理与维护的统一,综合成本远低于传统的PBX。由于企业网环境对设备的可靠性、计费和管理要求不高,主要用于满足通信需求,设备门槛低,许多设备商都可提供此类解决方案,因此lP PBX应用获得了巨大成功。受到IP PBX成功的启发,为了提高网络综合运营效益,网络的发展更加趋于合理、开放,更好的服务于用户。业界提出了这样一种思想:将传统的交换设备部件化,分为呼叫控制与媒体处理,二者之间采用标准协议( MGCP、H248)且主要使用纯软件进行处理。于是,SofiSwitchc软交换)技术应运而生。
软交换的基本含义就是将孵叫控制功能从媒体网关(传输层)中分离出来,通过软件实现基本呼叫控制功能,包括呼叫选路、管理控制、连接控制(建立,拆除会话)和信令互通,从而实现呼nq传输与呼叫控制的分离,为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面。软交换主要提供连接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和呼叫详细记录等功能。与此同时,软交换还将网络资源、网络能力封装起来,通过标准开放的业务接口和业务应用层相连,从而可方便地在网络上快速提供新业务。

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