数据交换

从通信资源的分配角度来看,“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。在计算机网络及通信系统中常谈到的交换技术有电路交换、分组交换、ATM交换及软交换等。从最初适应语音通信的电路交换,到适应数据通信的分组交换,又发展到适应于宽带综合数据业务的ATM。为了适应移动互联网及NGN(下一代网络)的发展,又推出软交换、IMS、MPLS及ASON等新技术。各种交换方式发展关系图如下图所示。

交换方式的发展关系及应用.jpg

1.电路交换

电路交换(Circuit Switching.CS)是 一种直接的交换方式,在通信之前要在通信双方之链上日间建立一条被双方独占的物理通道,这条通道是由节点内部电路对节点间传输路径通过适当选择、连接而形成的。电路交换提供给用户的是“透明通道”,即交换网对用户信息的编码方法、信息格式以及传输控制程序等都不加以限制,但对通信双方来说,必须做到双方的收发速度、编码方法、信息格式以及传输控制等完全一致才能完成通信。

电路交换的特点:通信用户间必须建立专用的物理连接通路,这个连接过程只要不释放,物理连接就水远保持,在通信结束之后释放链路。在整个通信进行的过程中,通信信道由参酒你的用户独安.即使某个时刻没有信息在信道上传速。其他用产也不能使用此信道。采用这种交换方式,可以保证用户的通信带宽,时延较短;但线路的利用率不高。现在广泛使用的电话通信网络中使用的就是电路交换方式,如PSTN交换机以及2G、3G的MSC等,都采用的是电路交换技术。

2.报文交换

报文交换(Messge Swiching, MS)是以报文为数据交换的单位,报文携带有目标地址、源地址等信息,在交换节点采用存储转发的传输方式。报文交换采用存储转发的传输方式,不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路,用户可随时发送报文,是一种无连接服务。报文交换方式适用于实现不同速率、不同协议的终端间或点对多点的传输,是以报文为单位进行存储转发的数据通信。由于报文交换传输时延大、占用存储空间大,因而不适用要求网络时延较小的数据通信。数据通信中有一些交换机及协议采用报文交换技术。

3. 分组交换

分组交换(Packet Swiching,PS)采用存储转发方式,将用户要传送的报文分成若干组,以减少存储时间。分组是指包含用户数据和协议头的块,每个分组通过网络交换机或路由器被传送到正确目的地。一条信息可能被划分为多个分组,每个分组在网路中独立传输,并且可能沿不同路由到达目的地。一旦属于同一条信息的所有分组都到达了目的地,就可以将它们重装,形成原始信息,传递给上层用户。分组交换具体分为数据报传输分组交换和虚电路传输分组交换。

数虽报传输分组交换:交换设备将进入网络的任分组都作为单独的小报文来处理,而不去理会它究竟是属于哪个报文的分组,人们将这些作为基本传输单位的“小报文”称为数据报,其交换原理类似于报文交换,而这种交换多发生在网络层,有些操作都交给上一层来完成。如IP协议就属于这种交换方式,但它对这些所谓的“小报文”还可以再进行切片。

虚电路传输分组交换:是指两个用户的终端设备在开始互相收发数据之前需要通过通信网络建立逻辑上的连接,这种连接直至用户不需要收发数据时才被清除。X.25协议就属于这种分组交换,其主要特点是所有分组都必须沿着事先建立的虚电路传输,是一种面向连接服务。这种方法对于数据量较大的通信来说具有传输率高、分组传输时延小和不容易产生分组丢失等优点,但它存在对网络依赖性大的缺点。

4.帧交换

发生在数据链路层的交换,如互联网设备中的网桥、以太网交换机等都属于帧交换,人们通常称它为MAC(媒体接人控制)交换。最有代表性的帧交换(FS)是在改进X.25协议后发展而成的帧中继(FR),它只有下面两层,没有第三层,所以加快了处理速度。通常在第三层上传输的数据单元称为分组,在第二层上传输的数据单元称为帧(frame),FR在数据链上以简化的方式来传输和交换数据单元。

5.ATM

ATM(异步传送模式)是ITU-T确定用于宽带综合业务数字网(B ISDN)的复用、传输和交换模式技术。ATM在综合了电路交换和分组交换优点的同时,克服了电路交换方式中网络资源利用率低、分组交换方式信息时延大和抖动的缺点,提高了网络的效率。ATM的传输过程分为建立连接、数据传输和连接终止3个阶段。ATM提供高速、高服务质量的信息交换,灵活的带宽分配及适应从很低速率到很高速率的带宽业务。

6.移动通信交换

移动通信(PLMN,公共陆地移动通信网络)的核心网: 2G、3G(R99)采用电路交换,3G(R4)采用软交换及ATM,3G(R5以后版本)以及4G(R9以后版本)采用ISM(IP多媒体子系统)。无线接人通信系统主要采用频分复用多址(FDMA)、时分复用多址(TDMA)和码分复用多址(CDMA)、正交频分复用多址(OFDMA)和非正交复用多址(NDMA)等技术。

7. IP交换

一直以来,业界关于建设宽带传输的核心交换技术存在两个发展方向:一个是计算机界推崇的IP技术,另一个是电信界倡导的ATM技术。目前将ATM高速交换技术作为第二层与第三层的IP路由技术的优点结合起来,形成了适用于IP技术的各种路由交换设备,如ATM网上运行IP(IPOA)、局域网仿真(LANE)以及ATM上的多协议(MPOA)等。

8. MPLS

在标签交换的基础上发展起来的MPLS(多协议标签交换),既具有ATM的高速性能,又具有IP的灵活性和可护充性,可以在同一网络中同时提供ATM和IP业务。利用ATM传送IP是目前公用骨干网上最适用的技术方案之一。 MPLS 已成为业界普遍看好的下一代IP骨干网技术。

9. 软交换

软交换(SS)概念是较早引人到下一代交换网络(NGN)的一项技术 ,在传输为分组网的前提下,能一 定程度上实现业务、控制和承载的分离。软交换技术是一种分布的软件系统,可以基于各种不同技术、协议和设备,在网络环境之间提供无缝的互操作功能。软交换技术通过相应的协议控制或通信规程支持IP PBX和IP电话同时它还具有网关处理能力。软交换设备是分组网络的核心设备,它独立于网络,主要完成呼叫控制、资源分配、协议处理等功能,可以提供包括现在电路交换机所提供的全部业务和其他新的业务。

10. IMS

IP多馄体子系统体(NS)结构设计利用了软交换技术,实现了业务与控制相分离、呼叫控制与媒体传输相分离。IMS 虽然是3GPP为了移动用户接人多媒体服务而开发的系统,但由于它全面融合了IP域的技术,并在开发阶段就和其他组织进行密切合作,使得IMS实际已经不仅仅局限于只为移动用户进行服务。

11.光交换

经过多年的广泛研究,WDM(波分复用)技术在光网络中日趋成熟,全光交叉连接设备(OXC)和全光分插复用设备(OADM)已经得到了设计应用,光信号可以根据其波长直接在光网络中确定路由.而不需要进行光一电一 光的转换。 ASON(自动交换光网络)将IP传输网的智能性和WDM光网络的宽带有机地结合在了一起。现在商用单波光纤的传输容量可以达到10Gbps 以上,如果采用光复用技术,一根光纤的传送容量至少可以达到2000Ghps以上,这就为人们研究全光交换网络技术带来了极大的诱惑。目前用到的技术不波分光交换时分光交换自由空间光交换及混合光交换等。