通信网几种交换技术的分析

1 电路交换

电路交换是电话网通信使用的交换技术, 基本的工作思想是:当需要通信时, 交换机在收、发终端建立一条临时的电路连接, 该连接在通信期间始终保持接通, 直至通信结束才被释放, 在通信过程中, 交换机不需要对信息进行差错检验和纠正。

优点:传输时延小, 实时性好;交换机对信息不需存储、分析和处理, 在处理方面的开销较小, 信息的传输效率较高;信息的编码类型和信息格式由通信双方协定, 不受网络限制。

缺点:电路的接续时间较长, 当传输较短信息时, 通道建立的时间可能大于通信时间;通道是专用的, 即使在没有信息传送时也不允许别的用户使用, 造成电路利用率低;电路双方在信息传输、编码格式、同步方式、通信协议等方面要完全兼容, 这就限制了各种不同类型用户终端的互通;容易产生呼损, 有可能出现由于对方用户终端忙或网络负载过重而呼叫不通的情况。

因此, 电路交换技术适用于语音、文件传送和传真等业务等, 但不适合于具有突发性和对差错敏感的数据业务。

2 分组交换

分组交换是数据网通信使用的交换技术, 基本的工作思想是把一份要发送的数据报分成若干个较短的、按一定格式组成的分组, 然后采用统计时分复用将这些分组传送到一个交换机, 通过在交换机的存储和传发, 实现快速通信。根据交换机对分组的不同处理方式, 分组交换有数据报和虚电路两种工作模式;在数据报工作模式目的地需要重新组装数据报;在虚电路工作模式, 数据传送之前必须通过虚呼叫设置一条虚电路。

优点:灵活实现不同速率不同类型数据终端的互通;在网络负载较轻的情况下信息的传输时延较小, 能够较好地满足计算机交互业务的需求;实现线路动态统计复用, 在一条物理线路上可以同时提供多条信息通路, 电路的利用率高;传送过程中进行差错校验, 传送路由可因故障而改变可靠性高。

缺点:由于附加了分组头, 降低了传输效率, 不利于长数据报的通信;技术实现复杂, 要求交换机具有较高的处理能力。

因此, 分组交换适用于一般的数据业务, 但不太适用于实时的多媒体业务。

3 ATM交换

ATM是指异步传输模式, 是ITU-T给出的新一代交换和复用技术。ATM交换的思想是综合电路交换适合实时业务的优势和分组交换适配各种速率业务以及具有较高复用效率的优势, 达到支持高速和低速的实时数据业务。

优点:采用光纤传输, 简化了分组交换, 按53B固长度的信元进行统计复用, 并取消了链路上的流量控制和差错控制, 时延小, 实时性好;采用虚电路连接, 减少了传送过程中交换机为每个信元作路由选择的开销, 并可以保证信元顺序的正确性;预约资源, 保证信元可以在一定允许的差错速率下传送。

因此, ATM交换综合了电路交换和分组交换的优势, 灵活性高, 实时性好, 适用于语音、数据和视频等多媒体业务。

4 IP交换

IP交换是IP技术与ATM技术的结合, 其指导思想体现在IP over ATM方案:将ATM技术应用于Internet, 解决带宽问题, 并将ATM的Qo S能力引入Internet, 满足各种实时业务的性能要求。在IP over ATM方案中, IP层主要实现多业务汇聚和数据的封装, ATM层负责提供端到端的Qo S。

为实现IP与ATM的结合, 其解决方案分为重叠模式和集成模式, 这两种模式的不同在于使用或不使用ATM论坛协议和组件。

(1) 重叠模式。重叠模式的设计思想是:IP与ATM各自保持原有的网络结构和协议结构不变, 通过在2个不同层次的网络之间进行数据映射、地址映射和控制协议映射来实现IP over ATM。

网络的规划思想是:ATM交换机构成核心网, 路由器则位于核心网周围, 由路由器构成的IP网络负责路由表的维护并确定下一跳路由器, 然后将IP分组转换成ATM信元, 经由ATM核心网建立的VC传送到选定的下一跳路由器。

优点:与标准的ATM网络及业务兼容。

缺点:IP的传输效率低, 地址解析服务器容易成为网络瓶颈, 不能充分发挥ATM在Qo S方面的优势。

因此, 重叠模式不适用于组建大型IP骨干网。

(2) 集成模式。集成模式的设计思想是:让核心网的ATM交换机直接运行IP路由协议, 将其看做IP层的对等层, 而不是为其提供服务的下一层设备;使用IP服务的用户终端只需要一个IP地址来标识, 网络无需再进行IP地址到ATM地址的解析处理, 也不再使用ATM信令建立端到端的VC。

网络的规划思想是:ATM交换机仍然基于VPI/VCI实现分组转发, 不同点在于ATM交换机的VPI/VCI表不再由标准的ATM信令建立和维护, 改为由IP路由协议和基于TCP/IP的其它标记分发控制协议创建和维护, 因此集成模式的ATM交换机实际上一个多协议标签交换路由器。

优点:综合了第三层路由的灵活性和第二层交换的高效性, IP分组的传输效率高, 可以充分发挥ATM面向连接的全部优点。

缺点:协议较为复杂, 与标准的ATM技术不兼容。

因此, 集成模式适合用于组建大型IP骨干网。

5 软交换

现有的通信网从业务类型来看, 有固定电话网、移动电话网、计算机网、有线电视网, 为了最大限度地利用现有的网络资源, 融合成为一个支持多媒体业务、提供多用途的综合开放业务网络, 业界产生了下一代网络 (NGN) 的构思。NGN在目前尚未完全实现, 但技术的研究正朝着NGN的方向, 逐步发展和部分实现。其中软交换正是能适应NGN发展要求的技术方案。

软交换是NGN的核心技术, 其本质的思想是将控制和承载进行分离, 这也决定了软交换的特点是集中式和分布式的结合:控制功能集中在软交换机完成, 业务承载功能由网络中的分布网元实现, 当需要支持新的业务功能时, 可以由网元实现, 或增加接入网元实现。

软交换的上述特点, 使得其网络体系结构开放, 有利于异构网络的融合, 也有利于在软交换的平台之上进行新业务的开发。

基于软交换的网络体系结构规划为:媒体接入层、传输服务层、控制层、业务应用层, 各层主要的功能规划如下。

(1) 媒体接入层:主要实现异构网络到核心传输网以及异构网络之间的互连互通。 (2) 传输服务层:完成业务数据和控制层与媒体接入层之间控制信息的集中承载传输。 (3) 控制层:决定呼叫的建立、接续和交换, 将呼叫控制与媒体业务相分离, 理解上层生成的业务请求, 通知下层网元如何处理业务流。 (4) 业务应用层:决定业务的提供和生成, 并通知控制层做出相应的处理。

3G网络运营后, WCDMA网络的3GPP R4版本, 核心网电路域实现了控制和承载的分离, 传统移动网交换机 (MSC) 分为MSC服务器 (MSC SERVER) 和媒体网关 (MGW) , 2G无线网和3G无线网通过MGW接入, 这就是基于软交换的网络体系结构。

摘要：本文首先分析电路交换、分组交换、ATM交换和IP交换的技术思想、特点和适用的业务范围, 最后分析了软交换和基于软交换的网络体系结构。

关键词：电路交换,分组交换,ATM交换,IP交换,软交换,网络体系结构