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論計算機網(wǎng)絡(luò )數據交換技術(shù)的發(fā)展
[論文關(guān)鍵詞]數據交換 電路交換 報文交換、分組交換 綜合業(yè)務(wù)數字交換
[論文摘要]本論文討論網(wǎng)絡(luò )數據交換技術(shù)的發(fā)展歷程，闡述數據交換每個(gè)發(fā)展階段的技術(shù)特點(diǎn)。著(zhù)重對分組交換技術(shù)進(jìn)行分析論述。
交換設備是人類(lèi)信息交互中的重要實(shí)施，在相互中起著(zhù)立交橋的作用。交換技術(shù)的發(fā)展總是依賴(lài)于人類(lèi)的信息需求、傳送信息的格式和技術(shù)，以及控制技術(shù)的發(fā)展而螺旋型發(fā)展。從電話(huà)交換一直到當今數據交換、綜合業(yè)務(wù)數字交換，交換技術(shù)經(jīng)歷了人工交換到自動(dòng)交換的過(guò)程。人們對可視電話(huà)、可視圖文、圖象通信和多媒體等寬帶業(yè)務(wù)的需求，也將大大地推動(dòng)異步傳輸技術(shù)（ATM）和同步數字系列技術(shù)（SDH）及寬帶用戶(hù)接入網(wǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步和廣泛應用。
從交換技術(shù)的發(fā)展看，數據交換經(jīng)歷了電路交換、報文交換、分組交換和綜合業(yè)務(wù)數字交換的發(fā)展過(guò)程。
一、電路交換
自1876年美國貝爾發(fā)明電話(huà)以來(lái)，隨著(zhù)需求的增長(cháng)和通信技術(shù)水平的不斷發(fā)展，電路交換技術(shù)從最初的人工接續方式，經(jīng)歷了機電與式自動(dòng)交換、存儲程序控制的模擬和數字交換、第三方可編程交換等技術(shù)的變革，當前正在發(fā)展中的融合多媒體格式相互通信的軟交換技術(shù)。
隨著(zhù)電子技術(shù)，尤其是半導體技術(shù)的迅速發(fā)展，人們在交換機內引入電子技術(shù)，這類(lèi)交換機稱(chēng)作電子交換機。最初是在交換機的控制部分引入電子技術(shù)，話(huà)路部分仍采用接點(diǎn)，出現了“半電子交換機”、“準電子交換機”。只有在微電子技術(shù)和數字技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展以后，才開(kāi)始了全電子交換機的迅速發(fā)展。
1 9 4 6年第一臺電子計算機的誕生，對交換技術(shù)的發(fā)展起了巨大的影響。在20世紀60年代后期，脈沖編碼調制(PCM)技術(shù)成功地應用在通信傳輸系統中，對通話(huà)質(zhì)量和節約線(xiàn)路設備都產(chǎn)生了很大好處。隨著(zhù)數字通信與P C M技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應用，于是產(chǎn)生了將P C M信息直接交換的思想，各國開(kāi)始研制程控數字交換機。1970年法國首先在拉尼翁(Lanion)成功地開(kāi)通了世界上第一臺程控數字交換系統，標志著(zhù)交換技術(shù)從傳統的模擬交換進(jìn)入到了數字交換時(shí)代。程控數字交換技術(shù)采用PCM數字傳輸和數字交換，非常適合信息數字化應用，除應用于普通電話(huà)通信以外，并且為開(kāi)通用戶(hù)電報、數據傳送等非話(huà)業(yè)務(wù)提供了有利條件。目前在電信網(wǎng)中使用的電路交換機全部為程控數字交換機，可向用戶(hù)提供電路方式的固定電話(huà)業(yè)務(wù)、移動(dòng)電話(huà)業(yè)務(wù)和窄帶ISDN業(yè)務(wù)。
二、報文交換
報文交換方式的數據傳輸單位是報文，報文就是站點(diǎn)一次性要發(fā)送的數據塊，其長(cháng)度不限且可變。當一個(gè)站要發(fā)送報文時(shí)，它將一個(gè)目的地址附加到報文上，網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)根據報文上的目的地址信息，把報文發(fā)送到下一個(gè)節點(diǎn)，一直逐個(gè)節點(diǎn)地轉送到目的節點(diǎn)。
每個(gè)節點(diǎn)在收到整個(gè)報文并檢查無(wú)誤后，就暫存這個(gè)報文，然后利用路由信息找出下一個(gè)節點(diǎn)的地址，再把整個(gè)報文傳送給下一個(gè)節點(diǎn)。因此，端與端之間無(wú)需先通過(guò)呼叫建立連接。報文在每個(gè)節點(diǎn)的延遲時(shí)間，等于接收報文所需的時(shí)間加上向下一個(gè)節點(diǎn)轉發(fā)所需的排隊延遲時(shí)間之和。
三、分組交換
分組交換是交換技術(shù)發(fā)展的重要成果，代表著(zhù)網(wǎng)絡(luò )未來(lái)演進(jìn)的方向。分組交換方式兼有報文交換和線(xiàn)路交換的優(yōu)點(diǎn)。分組交換技術(shù)使用復用，與電路交換相比大大提高了帶寬利用率。這要求在交換節點(diǎn)使用存儲轉發(fā)，從而導致掉隊現象的發(fā)生。因此，分組交換全引入不固定的延遲的概念。分組交換網(wǎng)絡(luò )主要有面向連接和無(wú)連接兩種方式．分組網(wǎng)絡(luò )包含3個(gè)功能面，分別是數據面、控制面和面。數據面負責分組轉發(fā)，因此需要高性能的實(shí)現。目前主要的分組交換網(wǎng)包括面向連接的X．25、幀中繼、ATM、MPLS以及無(wú)連接的以太網(wǎng)、CP／IP網(wǎng)絡(luò )。
分組交換網(wǎng)有兩種主要的形式：面向連接和無(wú)連接。對于分組交換技術(shù)來(lái)說(shuō)，面向連接的網(wǎng)絡(luò )與電路交換類(lèi)似，也需要通過(guò)連接建立過(guò)程在交換機中分配資源；但由于它采用統計復用，所分配的資源是用標號來(lái)表示的。自分組交換技術(shù)出現以來(lái)，已經(jīng)有多種分組交換網(wǎng)投人運行。電信領(lǐng)域最早提出的是X．2 5網(wǎng)絡(luò )，但由于它協(xié)議復雜，速度有限，逐漸被性能更好的網(wǎng)絡(luò )如幀中繼代替。幀中繼網(wǎng)絡(luò )可以認為是X．2 5的改進(jìn)版本，它簡(jiǎn)化了協(xié)議以提高處理效率。
計算機領(lǐng)域的一個(gè)側重點(diǎn)是局域網(wǎng)，即小范圍、小規模的網(wǎng)絡(luò )，用于互連辦公室內的計算機。目前以太網(wǎng)已成為占統治地位的局域網(wǎng)技術(shù)。
在2 0世紀9 0年代中后期，因特網(wǎng)獲得較大發(fā)展，規模持續擴大，對核心路由器吞吐量的要求也越來(lái)越高。由于路由器對I P分組進(jìn)行轉發(fā)時(shí)路由表的查找比較復雜，轉發(fā)速度受到很大限制。前面指出，面向連接網(wǎng)絡(luò )使用邏輯子信道標號進(jìn)行轉發(fā)表查找，速度是很快的。人們結合ATM技術(shù)在這方面的優(yōu)點(diǎn)，提出將核心網(wǎng)絡(luò )改為使用類(lèi)似于A(yíng) T M的交換機，而只在邊緣網(wǎng)絡(luò )使用路由器的I P交換技術(shù)，最終發(fā)展為多協(xié)議標記交換(MPlS)。然而，在隨后的幾年中，提出了多種實(shí)用的高速路由查找方法，使其不再成為瓶頸。此時(shí)，MPLS最大的優(yōu)點(diǎn)就 是流量工程(Tramc En小needng)能力，即人為控制分組流向。但是由于目前高速路由器還能夠很好地工作，MPLS技術(shù)并沒(méi)有被廣泛使用。
四、綜合業(yè)務(wù)數字交換
綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng)是集語(yǔ)音、數據、圖文傳真、可視電話(huà)等各種業(yè)務(wù)為一體的網(wǎng)絡(luò )，適用于不同的帶寬要求和多樣的業(yè)務(wù)要求。異步傳輸模式ATM(Asynchronous Transfer Mode)就是用于寬帶綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng)的一種交換技術(shù)。A T M是在分組交換基礎上發(fā)展起來(lái)的。它使用固定長(cháng)度分組，并使用空閑信元來(lái)填充信道，從而使信道被等長(cháng)的時(shí)間小段。由于光纖提供了低誤碼率的傳輸通道，因而流量控制和差錯控制便可移到用戶(hù)終端，網(wǎng)絡(luò )只負責信息的交換和傳送，從而使傳輸時(shí)延減小。所以A T M適用于高速數據交換業(yè)務(wù)。
隨著(zhù)通信技術(shù)和通信業(yè)務(wù)需求的發(fā)展，迫使電信網(wǎng)絡(luò )必須向寬帶綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng)(B—ISDN)方向發(fā)展。這要求通信網(wǎng)絡(luò )和交換設備既要容納非實(shí)時(shí)的數據業(yè)務(wù)，又要容納實(shí)時(shí)性的電話(huà)和信號業(yè)務(wù)，還要考慮到滿(mǎn)足突發(fā)性強、瞬時(shí)業(yè)務(wù)量大的要求，提高通信效率和性。在這樣的通信業(yè)務(wù)條件下，傳統的電路交換和分組交換都不能夠勝任。電路交換的主要缺點(diǎn)是信道帶寬(速率)分配缺乏靈活性，以及在處理突發(fā)業(yè)務(wù)情況下效率低。而分組交換則由于處理操作帶來(lái)的時(shí)延而不適宜于實(shí)時(shí)通信。因此，在研究新的傳送模式時(shí)需要找出兩全的辦法，既能達到網(wǎng)絡(luò )資源的充分利用，又能使各種通信業(yè)務(wù)獲得高質(zhì)量的傳送水平。這種新的傳送模式就是后來(lái)出現的“異步轉移模式”(ATM)。
A T M是在光纖大容量傳輸媒體的中分組交換技術(shù)的新發(fā)展。在大量使用光纜之前，數字通信網(wǎng)中的中繼線(xiàn)路是最緊張也是質(zhì)量最差的資源，提高線(xiàn)路利用率和減少誤碼是最著(zhù)重考慮的事情。光纜的大量使用不僅大大增加了通信能力，而且也大大提高了傳輸質(zhì)量。這使得人們逐漸傾向于寧可犧牲部分線(xiàn)路利用率來(lái)減少節點(diǎn)的處理負擔。
與此同時(shí)，人類(lèi)對于通信帶寬的需求日益增加。特別是傳送圖像信息和海量數據，已經(jīng)使人們對于數據通信的速率由過(guò)去的幾千比特／秒增加到幾兆比特／秒。這樣，節點(diǎn)的處理能力成了數據通信網(wǎng)中的“瓶頸”。A T M對于節點(diǎn)處理能力的要求遠低于分組轉送方式，更能適應現代的這種環(huán)境。
A T M方式中，采用了分組交換中的虛電路形式，同時(shí)在呼叫建立過(guò)程中向網(wǎng)絡(luò )提出傳輸所希望使用的資源，網(wǎng)絡(luò )根據當前的狀態(tài)決定是否接受這個(gè)呼叫�？梢哉f(shuō)，A T M方式既兼顧了網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)效率，又能夠滿(mǎn)足接入網(wǎng)絡(luò )的連接進(jìn)行快速數據傳送的需要。
五、網(wǎng)絡(luò )數據交換技術(shù)發(fā)展的展望
近年來(lái)。以Internet為代表的新技術(shù)革命正在深刻地改變著(zhù)傳統的電信觀(guān)念和體系架構，并且隨著(zhù)信息的到來(lái)，人們的日常生活、學(xué)習工作已經(jīng)離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò )，這導致了人類(lèi)社會(huì )對網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)需求急劇增長(cháng)，并且對網(wǎng)絡(luò )也提出了更高的要求，不僅要提供話(huà)音、數據、視頻業(yè)務(wù)，也要同時(shí)支持實(shí)時(shí)多媒體流的傳送，并且要求網(wǎng)絡(luò )具有更高的安全性、可靠性和高性能。下一代網(wǎng)絡(luò )應是—個(gè)能夠屏蔽底層通信基礎設施多樣性，并能提供一個(gè)統一開(kāi)放的、可伸縮的、安全穩定和高性能的融合服務(wù)平臺，能夠支持快速靈活地開(kāi)發(fā)、集成、定制和部署新的網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)。
下一代網(wǎng)絡(luò )將是—一個(gè)以軟交換為核心、光網(wǎng)絡(luò )為基礎、分組型傳送技術(shù)的開(kāi)放式的融合網(wǎng)。軟交換的出現，可通過(guò)一個(gè)融合的網(wǎng)絡(luò )為用戶(hù)同時(shí)提供話(huà)音、數據和多媒體業(yè)務(wù)，實(shí)現國際電聯(lián)提出的“通過(guò)互聯(lián)互通的電信網(wǎng)、計算機網(wǎng)和電視網(wǎng)等網(wǎng)路資源的無(wú)縫融合，構成一個(gè)具有統一接入和應用界面的高效率網(wǎng)路，使人類(lèi)能在任何時(shí)間和地點(diǎn)，以一種可以接受的費用和質(zhì)量，安全的享受多種方式的信息應用”的目標。
參考文獻:
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