- 相關(guān)推薦
論計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換技術(shù)的發(fā)展
[論文關(guān)鍵詞]數(shù)據(jù)交換 電路交換 報(bào)文交換、分組交換 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字交換
[論文摘要]本論文討論網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換技術(shù)的發(fā)展歷程，闡述數(shù)據(jù)交換每個(gè)發(fā)展階段的技術(shù)特點(diǎn)。著重對(duì)分組交換技術(shù)進(jìn)行分析論述。
交換設(shè)備是人類信息交互中的重要實(shí)施，在相互中起著立交橋的作用。交換技術(shù)的發(fā)展總是依賴于人類的信息需求、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。從電話交換一直到當(dāng)今數(shù)據(jù)交換、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字交換，交換技術(shù)經(jīng)歷了人工交換到自動(dòng)交換的過程。人們對(duì)可視電話、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(shù)字系列技術(shù)（SDH）及寬帶用戶接入網(wǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步和廣泛應(yīng)用。
從交換技術(shù)的發(fā)展看，數(shù)據(jù)交換經(jīng)歷了電路交換、報(bào)文交換、分組交換和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字交換的發(fā)展過程。
一、電路交換
自1876年美國貝爾發(fā)明電話以來，隨著需求的增長和通信技術(shù)水平的不斷發(fā)展，電路交換技術(shù)從最初的人工接續(xù)方式，經(jīng)歷了機(jī)電與式自動(dòng)交換、存儲(chǔ)程序控制的模擬和數(shù)字交換、第三方可編程交換等技術(shù)的變革，當(dāng)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)。
隨著電子技術(shù)，尤其是半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，人們在交換機(jī)內(nèi)引入電子技術(shù)，這類交換機(jī)稱作電子交換機(jī)。最初是在交換機(jī)的控制部分引入電子技術(shù)，話路部分仍采用接點(diǎn)，出現(xiàn)了“半電子交換機(jī)”、“準(zhǔn)電子交換機(jī)”。只有在微電子技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展以后，才開始了全電子交換機(jī)的迅速發(fā)展。
1 9 4 6年第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的誕生，對(duì)交換技術(shù)的發(fā)展起了巨大的影響。在20世紀(jì)60年代后期，脈沖編碼調(diào)制(PCM)技術(shù)成功地應(yīng)用在通信傳輸系統(tǒng)中，對(duì)通話質(zhì)量和節(jié)約線路設(shè)備都產(chǎn)生了很大好處。隨著數(shù)字通信與P C M技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，于是產(chǎn)生了將P C M信息直接交換的思想，各國開始研制程控?cái)?shù)字交換機(jī)。1970年法國首先在拉尼翁(Lanion)成功地開通了世界上第一臺(tái)程控?cái)?shù)字交換系統(tǒng)，標(biāo)志著交換技術(shù)從傳統(tǒng)的模擬交換進(jìn)入到了數(shù)字交換時(shí)代。程控?cái)?shù)字交換技術(shù)采用PCM數(shù)字傳輸和數(shù)字交換，非常適合信息數(shù)字化應(yīng)用，除應(yīng)用于普通電話通信以外，并且為開通用戶電報(bào)、數(shù)據(jù)傳送等非話業(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(jī)全部為程控?cái)?shù)字交換機(jī)，可向用戶提供電路方式的固定電話業(yè)務(wù)、移動(dòng)電話業(yè)務(wù)和窄帶ISDN業(yè)務(wù)。
二、報(bào)文交換
報(bào)文交換方式的數(shù)據(jù)傳輸單位是報(bào)文，報(bào)文就是站點(diǎn)一次性要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊，其長度不限且可變。當(dāng)一個(gè)站要發(fā)送報(bào)文時(shí)，它將一個(gè)目的地址附加到報(bào)文上，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)文上的目的地址信息，把報(bào)文發(fā)送到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，一直逐個(gè)節(jié)點(diǎn)地轉(zhuǎn)送到目的節(jié)點(diǎn)。
每個(gè)節(jié)點(diǎn)在收到整個(gè)報(bào)文并檢查無誤后，就暫存這個(gè)報(bào)文，然后利用路由信息找出下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址，再把整個(gè)報(bào)文傳送給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。因此，端與端之間無需先通過呼叫建立連接。報(bào)文在每個(gè)節(jié)點(diǎn)的延遲時(shí)間，等于接收?qǐng)?bào)文所需的時(shí)間加上向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)所需的排隊(duì)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，代表著網(wǎng)絡(luò)未來演進(jìn)的方向。分組交換方式兼有報(bào)文交換和線路交換的優(yōu)點(diǎn)。分組交換技術(shù)使用復(fù)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(jié)點(diǎn)使用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，從而導(dǎo)致掉隊(duì)現(xiàn)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連接兩種方式．分組網(wǎng)絡(luò)包含3個(gè)功能面，分別是數(shù)據(jù)面、控制面和面。數(shù)據(jù)面負(fù)責(zé)分組轉(zhuǎn)發(fā)，因此需要高性能的實(shí)現(xiàn)。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：面向連接和無連接。對(duì)于分組交換技術(shù)來說，面向連接的網(wǎng)絡(luò)與電路交換類似，也需要通過連接建立過程在交換機(jī)中分配資源；但由于它采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用，所分配的資源是用標(biāo)號(hào)來表示的。自分組交換技術(shù)出現(xiàn)以來，已經(jīng)有多種分組交換網(wǎng)投人運(yùn)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(fù)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(rèn)為是X．2 5的改進(jìn)版本，它簡化了協(xié)議以提高處理效率。
計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)側(cè)重點(diǎn)是局域網(wǎng)，即小范圍、小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，用于互連辦公室內(nèi)的計(jì)算機(jī)。目前以太網(wǎng)已成為占統(tǒng)治地位的局域網(wǎng)技術(shù)。
在2 0世紀(jì)9 0年代中后期，因特網(wǎng)獲得較大發(fā)展，規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，對(duì)核心路由器吞吐量的要求也越來越高。由于路由器對(duì)I P分組進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)路由表的查找比較復(fù)雜，轉(zhuǎn)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(biāo)號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)表查找，速度是很快的。人們結(jié)合ATM技術(shù)在這方面的優(yōu)點(diǎn)，提出將核心網(wǎng)絡(luò)改為使用類似于A T M的交換機(jī)，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(biāo)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)并沒有被廣泛使用。
四、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字交換
綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)是集語音、數(shù)據(jù)、圖文傳真、可視電話等各種業(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(shù)字網(wǎng)的一種交換技術(shù)。A T M是在分組交換基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它使用固定長度分組，并使用空閑信元來填充信道，從而使信道被等長的時(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(cuò)控制便可移到用戶終端，網(wǎng)絡(luò)只負(fù)責(zé)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(shù)據(jù)交換業(yè)務(wù)。
隨著通信技術(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?qū)拵ЬC合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(B—ISDN)方向發(fā)展。這要求通信網(wǎng)絡(luò)和交換設(shè)備既要容納非實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，又要容納實(shí)時(shí)性的電話和信號(hào)業(yè)務(wù)，還要考慮到滿足突發(fā)性強(qiáng)、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(tǒng)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(dá)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出現(xiàn)的“異步轉(zhuǎn)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(shù)字通信網(wǎng)中的中繼線路是最緊張也是質(zhì)量最差的資源，提高線路利用率和減少誤碼是最著重考慮的事情。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路利用率來減少節(jié)點(diǎn)的處理負(fù)擔(dān)。
與此同時(shí)，人類對(duì)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(shù)據(jù)，已經(jīng)使人們對(duì)于數(shù)據(jù)通信的速率由過去的幾千比特／秒增加到幾兆比特／秒。這樣，節(jié)點(diǎn)的處理能力成了數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中的“瓶頸”。A T M對(duì)于節(jié)點(diǎn)處理能力的要求遠(yuǎn)低于分組轉(zhuǎn)送方式，更能適應(yīng)現(xiàn)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(jù)當(dāng)前的狀態(tài)決定是否接受這個(gè)呼叫�？梢哉f，A T M方式既兼顧了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營效率，又能夠滿足接入網(wǎng)絡(luò)的連接進(jìn)行快速數(shù)據(jù)傳送的需要。
五、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換技術(shù)發(fā)展的展望
近年來。以Internet為代表的新技術(shù)革命正在深刻地改變著傳統(tǒng)的電信觀念和體系架構(gòu)，并且隨著信息的到來，人們的日常生活、學(xué)習(xí)工作已經(jīng)離不開網(wǎng)絡(luò)，這導(dǎo)致了人類社會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求急劇增長，并且對(duì)網(wǎng)絡(luò)也提出了更高的要求，不僅要提供話音、數(shù)據(jù)、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(yīng)是—個(gè)能夠屏蔽底層通信基礎(chǔ)設(shè)施多樣性，并能提供一個(gè)統(tǒng)一開放的、可伸縮的、安全穩(wěn)定和高性能的融合服務(wù)平臺(tái)，能夠支持快速靈活地開發(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(chǔ)、分組型傳送技術(shù)的開放式的融合網(wǎng)。軟交換的出現(xiàn)，可通過一個(gè)融合的網(wǎng)絡(luò)為用戶同時(shí)提供話音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)國際電聯(lián)提出的“通過互聯(lián)互通的電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)和電視網(wǎng)等網(wǎng)路資源的無縫融合，構(gòu)成一個(gè)具有統(tǒng)一接入和應(yīng)用界面的高效率網(wǎng)路，使人類能在任何時(shí)間和地點(diǎn)，以一種可以接受的費(fèi)用和質(zhì)量，安全的享受多種方式的信息應(yīng)用”的目標(biāo)。
參考文獻(xiàn):
[1]金惠文 陳建亞 紀(jì) 紅 馮春燕:現(xiàn)代交換原理.北京:出版社，2005
[2]桂海源:現(xiàn)代交換原理.北京:人民郵電出版社，2002
[3]趙惠鈴:ATM、幀中繼、IP技術(shù)與應(yīng)用.北京:電子工業(yè)出版社，1998
【論計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換技術(shù)的發(fā)展】相關(guān)文章：
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)測控技術(shù)發(fā)展的作用08-15
論ＩＴ行業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展遠(yuǎn)景04-18
當(dāng)代認(rèn)識(shí)論發(fā)展的新路向05-31
論析新時(shí)期勞動(dòng)價(jià)值論的創(chuàng)新和發(fā)展04-27
論社區(qū)護(hù)理現(xiàn)狀及其發(fā)展對(duì)策05-03
論北方辣根栽培技術(shù)05-27