網(wǎng)絡(luò)交換新技術(shù)

2013年秋季學(xué)期研究生課程考核（讀書報(bào)告、研究報(bào)告）考核科目：網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)學(xué)生所在院（系）：電子與信息工程學(xué)院學(xué)生所在學(xué)科：信息與通信工程學(xué)生姓名：學(xué)號：學(xué)生類另U：考核結(jié)果 閱卷人網(wǎng)絡(luò)交換新技術(shù)摘要隨著科技的進(jìn)步，通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的日新月異，交換技術(shù)作為通信網(wǎng)的核心技術(shù)，也在不斷的演進(jìn)和發(fā)展，近些年來涌現(xiàn)出一大批交換新技術(shù)新方法，其中以軟交換技術(shù)和光交換技術(shù)尤為突出。本文在介紹通信網(wǎng)發(fā)展的前提下，重點(diǎn)闡述了下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）的特點(diǎn)，并對其關(guān)鍵技術(shù)軟交換多了介紹，分析了其發(fā)展前景；然后介紹了光交換技術(shù)的概念和相關(guān)技術(shù)，討論了其未來的發(fā)展趨勢；最后針對最近發(fā)展很迅速的云技術(shù)，介紹了適應(yīng)云網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)的研究現(xiàn)狀，引入了銳捷和華為分別開發(fā)的兩款云級交換機(jī)。關(guān)鍵詞：NGN，軟交換技術(shù)，光交換技術(shù)，云級交換機(jī)當(dāng)前，通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正面臨著百年未遇的巨變，電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)的融合正在成為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和演進(jìn)的主題。下一代通信網(wǎng)（nestgenerationnetwork，NGN）將是一個(gè)以軟交換為核心并逐步向IMS過渡，以光網(wǎng)絡(luò)和分組傳送技術(shù)為基礎(chǔ)，業(yè)務(wù)開放的網(wǎng)絡(luò)。通信網(wǎng)是現(xiàn)代信息社會(huì)的基礎(chǔ)設(shè)施，交換設(shè)備是通信網(wǎng)的重要組成部分，而交換技術(shù)是通信網(wǎng)的核心技術(shù)。隨著通信網(wǎng)向數(shù)字化、智能化、綜合化、寬帶化、個(gè)人化方向的快速發(fā)展，各種新型交換技術(shù)不斷涌現(xiàn)，交換領(lǐng)域出現(xiàn)“新技術(shù)層出不窮，多種技術(shù)同時(shí)發(fā)展”的局面，這些技術(shù)將按下一代網(wǎng)絡(luò)的框架在傳送、控制、業(yè)務(wù)等層面進(jìn)行融合。本文就近些年來已取得重要進(jìn)展和正在深入研究的網(wǎng)絡(luò)交換新技術(shù)展開討論，重點(diǎn)介紹NGN與軟交換，光交換以及云交換技術(shù)，了解網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新成果。1NGN與軟交換技術(shù)下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）是集話音、數(shù)據(jù)、視頻和多媒體業(yè)務(wù)于一體的全新網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)的交換技術(shù)基礎(chǔ)是程控交換機(jī)所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，而下一代網(wǎng)絡(luò)的交換技術(shù)基礎(chǔ)則是以軟交換所構(gòu)成的信息網(wǎng)絡(luò)交換平臺，軟交換技術(shù)可以說是上一代網(wǎng)絡(luò)與下一代網(wǎng)絡(luò)的中轉(zhuǎn)樞紐，軟交換的思想是在電信網(wǎng)向下一代網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的過程中產(chǎn)生的，它充分吸取了電信網(wǎng)、智能網(wǎng)和IP技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，采用開放是分層體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的融合，具有巨大的優(yōu)越性。1.1NGNNGN是在網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量和電信外部環(huán)境幾乎同時(shí)發(fā)生巨大變化的前提下，電信業(yè)試圖利用最新技術(shù)成果來適應(yīng)發(fā)展、變革和競爭需要而提出的下一步網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的總體設(shè)想和思路。NGN是電信發(fā)展史上的一個(gè)里程碑，它標(biāo)志著新一代電信網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來。從廣義上講，NGN泛指一個(gè)以IP為中心的全業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，可以支持多業(yè)務(wù)的融合，支持固定接入以及移動(dòng)接入。2004年2月，國際電信聯(lián)盟遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)化組織（ITU-T）對NGN給出的定義是：NGN是一個(gè)分組網(wǎng)絡(luò)，它提供包括電信業(yè)務(wù)在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)，能夠利用多種帶寬和具有QoS能力的傳送技術(shù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能和底層傳送技術(shù)的分離；它提供用戶對不同業(yè)務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)的自由接入，并支持通用移動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)用戶對

業(yè)務(wù)使用的一致性和統(tǒng)一性。NGN是業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)，業(yè)界公認(rèn)的主要特征有：（1） 業(yè)務(wù)和終端趨于IP化；（2） 高速寬帶，能綜合實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、寬帶業(yè)務(wù)、窄帶業(yè)務(wù)以及多媒體業(yè)務(wù)；（3） 業(yè)務(wù)網(wǎng)采用業(yè)務(wù)與呼叫控制分離、呼叫與承載分離的體系結(jié)構(gòu)；（4） 安全可信的網(wǎng)絡(luò)；（5） 能夠保證電信級的服務(wù)質(zhì)量；（6） 有良好的生態(tài)模型和商業(yè)價(jià)值鏈1.2軟交換技術(shù)傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)是基于程控交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)，NGN是基于軟交換的網(wǎng)絡(luò)。我國信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸研究所對軟交換的定義是：“軟交換是網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)以及下一代分組網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備之一，它獨(dú)立于傳送網(wǎng)絡(luò)，主要完成呼叫控制、資源分配、協(xié)議處理、路由、認(rèn)證、計(jì)費(fèi)等主要功能，同時(shí)可以向用戶提供現(xiàn)有電路交換機(jī)所能提供的所有業(yè)務(wù)，并向第三方提供可編程能力?！庇纱丝磥?，軟交換的基本含義是把呼叫控制功能從媒體網(wǎng)關(guān)中分離出來，通過服務(wù)器上的軟件實(shí)現(xiàn)基本呼叫控制功能，包括呼叫選路、管理控制、連接控制和信令互通。從廣義上看，軟交換泛指一種體系結(jié)構(gòu)，包括了4個(gè)功能層面：媒體/接入層、傳輸層、控制層和業(yè)務(wù)/應(yīng)用層，如圖所示。它主要由軟交換設(shè)備、信令網(wǎng)關(guān)、應(yīng)用服務(wù)器、IDA（integratedaccessdevice）等組成。如下圖：業(yè)務(wù)/應(yīng)用層控制層傳輸層媒體業(yè)務(wù)/應(yīng)用層控制層傳輸層媒體/接入層從狹義上講，軟交換指交換設(shè)備，定位在控制層。軟交換是NGN的控制功能實(shí)體，為NGN具有實(shí)時(shí)性要求的業(yè)務(wù)提供呼叫控制和連接控制功能，是NGN網(wǎng)絡(luò)呼叫和控制的核心。在軟交換系統(tǒng)中，核心交換設(shè)備是軟交換機(jī)/軟交換服務(wù)器，它提供傳統(tǒng)的長途和本地電話業(yè)務(wù)，完成信令處理等功能。除了軟交換機(jī)外，在邊緣接入層還有很多軟交換設(shè)備可分為窄帶接入設(shè)備和寬帶接入設(shè)備。所謂窄帶接入，簡單地可以認(rèn)為是利用軟交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備替代現(xiàn)有的電話匯接局和端局，它的網(wǎng)絡(luò)中除了包含軟交換設(shè)備外，還涉及中繼網(wǎng)關(guān)和接入網(wǎng)關(guān)。所謂寬帶接入，簡單地可以認(rèn)為是利用軟交換等設(shè)備為綜合接入設(shè)備、智能終端用戶提供業(yè)務(wù)，它的網(wǎng)絡(luò)組織中除了包含軟交換等核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之外，更重要的是終端。目前，國內(nèi)外很多運(yùn)營商都部署了商用的軟交換網(wǎng)絡(luò)，基于軟交換技術(shù)的NGN有了長足的進(jìn)步，軟交換作為電信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向得到了業(yè)界的認(rèn)同，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的實(shí)際能力已超過實(shí)際的業(yè)務(wù)需要，從技術(shù)層面上看是樂觀的。但總體上，NGN在技術(shù)和市場上還在繼續(xù)完善發(fā)展中，期待著軟交換等核心技術(shù)的進(jìn)一步研究。2光交換技術(shù)目前，光纖已成為通信網(wǎng)的主要傳輸媒介。以電子技術(shù)為基礎(chǔ)的交換方式，無論是數(shù)字程控交換、ATM交換、還是高速路由器，他們的交換容量都受到電子期間工作速度的限制。因?yàn)楣饧夹g(shù)在高速寬帶信號上由于電交換，研究和開發(fā)具有高速寬帶大容量潛力的光交換技術(shù)勢在必行。光交換被認(rèn)為是未來寬帶通信網(wǎng)最具潛力的新一代交換技術(shù)，基于光纖的全光網(wǎng)絡(luò)方案能提供高速、大容量的傳輸及處理服務(wù)，打破信息傳輸?shù)摹捌款i”，可以在很長時(shí)間內(nèi)適應(yīng)高速寬帶業(yè)務(wù)的帶寬需求。全光網(wǎng)絡(luò)是指光信息流在網(wǎng)絡(luò)中傳輸及交換時(shí)始終以光的形式存在，而不需要經(jīng)過光電、電光轉(zhuǎn)換。也就是說，信息從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸過程中始終在光域內(nèi)，波長成為全光網(wǎng)絡(luò)最基本積木單元。由于全光網(wǎng)絡(luò)中的信號傳輸全部在光域內(nèi)進(jìn)行，因此，全光網(wǎng)絡(luò)具有對信號的透明性，通過波長選擇器實(shí)現(xiàn)路由選擇。目前的全光網(wǎng)絡(luò)，并非是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全部光學(xué)化，而是信息流在傳輸和交換過程中以光的形式存在，控制部分仍然用電路方法實(shí)現(xiàn)。這是由于目前光邏輯器件的功能還比較簡單，不能完成控制部分的復(fù)雜的邏輯處理功能，因此，現(xiàn)有的光交換控制單元還要由電信號來完成，即所謂的電控光交換。在控制單元的輸入端進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，而在輸出端完成電光轉(zhuǎn)換。隨著光器件技術(shù)的發(fā)展，光交換技術(shù)的最終發(fā)展趨勢將是光控光交換，就目前來說，力圖實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全光化是不現(xiàn)實(shí)的也是不必要的。與電交換技術(shù)類似，光交換技術(shù)按照交換方式可分為光路光交換和分組光交換。如下圖：波導(dǎo)空分一空分-自由空間— 時(shí)分L光路光交換波分混合光交換—一分組突發(fā)分組光交換-標(biāo)記」時(shí)隙路由不同的交換技術(shù)可以支持不同粒度的交換，其中，波導(dǎo)空分、自由空間和波分光交換類似于現(xiàn)存的電路交換網(wǎng)，是粗粒度的信道分割。時(shí)分和分組光交換屬于信道分割粒度較細(xì)的交換。另外，針對目前光電路交換和光分組交換存在的一些問題，近年來，人們提出了光突發(fā)交換技術(shù)和自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)。隨著快速波長變換技術(shù)的成熟，光突發(fā)交換技術(shù)將得到飛速發(fā)展，成為下一代光傳輸和交換網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)。自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)即通常所說的智能光網(wǎng)絡(luò)，也具有很大的應(yīng)用前景。目前，新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和解決方案不斷涌現(xiàn)，光網(wǎng)絡(luò)將成為和各種技術(shù)和方案相互競爭、相互融合、向未來公共通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的綜合傳達(dá)平臺。隨著IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和光器件技術(shù)的快速發(fā)展，光網(wǎng)絡(luò)和IP技術(shù)的結(jié)合越來越緊密，光網(wǎng)絡(luò)未來的發(fā)展趨勢將是適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的光分組交換網(wǎng)，在電網(wǎng)絡(luò)向光網(wǎng)絡(luò)的跨越過程中，光交換技術(shù)發(fā)展將會(huì)起到?jīng)Q定性的作用。3云網(wǎng)絡(luò)下的新型交換機(jī)二十世紀(jì)末的網(wǎng)絡(luò)主要是為了實(shí)現(xiàn)靜態(tài)應(yīng)用和電子郵件應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，往往只是針對某一特殊的應(yīng)用需求。而目前隨著承載業(yè)務(wù)的變化和交換技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)的、可預(yù)測的新特點(diǎn)，如云網(wǎng)絡(luò)。云網(wǎng)絡(luò)根據(jù)各種應(yīng)用對資源的實(shí)時(shí)需要，動(dòng)態(tài)地供應(yīng)資源，以滿足多種應(yīng)用需求。顯然，云網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)理念和服務(wù)范疇，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)固有的高傳輸延遲成為了網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的最大障礙，云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)交換將迎來黃金時(shí)代?？v觀數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，它正呈現(xiàn)出從物理領(lǐng)域遷移到虛擬領(lǐng)域并且最終過渡到云網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心中，客戶服務(wù)器是基于傳統(tǒng)萬維網(wǎng)、郵件傳輸或文件傳輸?shù)囊笤O(shè)計(jì)的；新的數(shù)據(jù)中心云網(wǎng)絡(luò)與之不同，它必須具有更高的性能，這也對新一代數(shù)據(jù)交換架構(gòu)提出了很高的要求。銳捷網(wǎng)絡(luò)在今年3月的2013新品戰(zhàn)略發(fā)布會(huì)上推出了Newton18000系列交換機(jī)，這是互聯(lián)網(wǎng)業(yè)界首個(gè)同時(shí)支持云數(shù)據(jù)中心和云園區(qū)網(wǎng)特性，解決云架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合、虛擬化、靈活部署的新一代云架構(gòu)核心交換機(jī)。近年網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用正在實(shí)現(xiàn)向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的轉(zhuǎn)變，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)對產(chǎn)品及服務(wù)產(chǎn)生了顛覆性的影響。但網(wǎng)絡(luò)功能與設(shè)備數(shù)量數(shù)倍增長卻增加了10倍的網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，而且互聯(lián)網(wǎng)終端智能化，應(yīng)用云端化，端到端中的管道卻被忽視，因此互聯(lián)網(wǎng)急需簡單化，管道（園區(qū)網(wǎng)）急需云端化來滿足云應(yīng)用。銳捷產(chǎn)品和解決方案市場部總經(jīng)理?xiàng)罴t飛表示：“Newton18000系列交換機(jī)讓管理變得極簡單，以前如果你想管理10000人的網(wǎng)絡(luò)，你的設(shè)備起碼要在500臺到800臺，現(xiàn)在或許只需要1臺或者2臺機(jī)器即可?！痹撓盗挟a(chǎn)品不僅是全球單板性能最高、最低時(shí)延的交換機(jī)，同時(shí)也具備全球最領(lǐng)先的虛擬化技術(shù)，可以讓用戶按照所需，自由分配網(wǎng)絡(luò)資源，從而實(shí)現(xiàn)對業(yè)務(wù)的游歷支撐。此外，Newton18000系列交換機(jī)也是全球第一臺同時(shí)支持云數(shù)據(jù)中心和云園區(qū)網(wǎng)的核心交換機(jī)，能夠即插即用，實(shí)現(xiàn)零配置接入。2013年5月，華為攜CloudFabric數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)解決方案亮相在京舉辦的2013CCS中國云計(jì)算高峰論壇。華為數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃部部長寧軍表示，在當(dāng)前技術(shù)和商業(yè)模式的變革浪潮下，數(shù)據(jù)中心正在經(jīng)歷著從GE服務(wù)器到10GE服務(wù)器的演進(jìn)，同時(shí)考慮到服務(wù)器虛擬化的應(yīng)用，這一切都使內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)流量呈爆發(fā)性增長，給網(wǎng)絡(luò)帶來了新的挑戰(zhàn)，華為推出了業(yè)界最高性能的云級交換機(jī)CloudEngine系列，能為用戶提供一個(gè)彈性、虛擬和開放的云網(wǎng)絡(luò)，助力企業(yè)的發(fā)展。目前，華為云級交換機(jī)CloudEngine系列已經(jīng)在海外國家級e-Health以及國內(nèi)能源行業(yè)、大企業(yè)等多個(gè)行業(yè)得到應(yīng)用，獲得客戶的一致好評。2012年北美權(quán)威測評實(shí)驗(yàn)室Miercom對CloudEngine系列數(shù)據(jù)中心交換機(jī)出具測評報(bào)告。數(shù)據(jù)顯示，云級交換機(jī)CloudEngine系列產(chǎn)品在轉(zhuǎn)發(fā)性能和綠色節(jié)能方面的表現(xiàn)尤為突出。此外，戴爾等公司在進(jìn)行這方面的研究，云網(wǎng)絡(luò)下的交換新技術(shù)新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，在促進(jìn)科技更好更快地轉(zhuǎn)化為商業(yè)價(jià)值的同時(shí)，也將為人們的生產(chǎn)生活帶來極大的便利。4小結(jié)本文對于網(wǎng)絡(luò)交換的新技術(shù)做了初步介紹，重點(diǎn)討論了NGN和軟交換、光交換這兩項(xiàng)研究較為深入、應(yīng)用前景更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)交換新技術(shù)。另外，結(jié)合近幾年興起的云技術(shù)，關(guān)注了在云時(shí)代交換技術(shù)的新發(fā)展，引入了銳捷和華為的兩款云級交換機(jī)。在完成此報(bào)告的過程中，學(xué)生學(xué)到了很多，對于網(wǎng)絡(luò)交換這門課程有了更深刻的了解和感受，提高了文獻(xiàn)檢索和閱讀外文文獻(xiàn)的能力。參考文獻(xiàn)卞佳麗.現(xiàn)代交換原理與通信網(wǎng)技術(shù).北京：北京郵電大學(xué)出版社,2005.羅國明，沈慶國，張曙光.現(xiàn)代交換原理與技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社,2010.HuangY.TheMajorTechnologyandCaseAnalysisofSoftswitchBearingNetwork[C].InternationalConferenceofChinaCommunication(ICCC2010E-BOOK).ScientificResearchPublishing,2010:107-110.SatoK,HasegawaH,NiwaT,etal.ALarge-ScaleWavelengthRouting