第2章 数据交换技术

1、第2章 数据交换技术 p2.1 电路交换的基本原理 p2.2 分组交换的基本原理 p2.3 ATM交换的基本原理 p2.4 多协议标签交换基本原理 p2.5 软交换 2.1 电路交换的基本原理 2.1.1 电路交换概述 p数据通信时，需要通信的两个终端设备通过传输介质直 接连接在一起是不现实的，一般是通过有中间节点的网 络来把数据从源设备发送到目标设备，这些中间节点不 关心数据的内容，只提供一个交换设备，用这个交换设 备把数据从一个节点传到另一个节点直至目的地。在多 个数据终端设备之间，为任意两个终端设备建立数据通 信临时互连通路的过程称为数据交换。 p电路交换是最早出现的交换方式，电话交换网

2、是使用电 路交换技术的典型例子，包括最古老的人工电话交换和 当前先进的数字程控交换，都普遍采用电路交换方式。 一、电路交换的概念 以电路联接为目的的交换方式是电路交换(Circuit Switching)，电话网络中就是采用这种交换技术。电路 交换中，在需要通信时，通信双方动态建立一条专用的通 信线路，在通信的全部时间内，通信双方始终占用端到端 的固定传输带宽,供用户进行信息的传输。 二、电路交换的过程 电路交换技术与电话交换机类似，其特点是进行数据 传输之前，首先由用户呼叫，在源端与目的端之间建立起 一条适当的信息通道，用户进行信息传输，直到通信结束 后才释放线路。电路交换通信的基本过程可分

3、为建立线路 、数据传输、线路释放三个阶段，如图2.1所示。 图2.1 电路交换过程 p1、建立线路阶段 在传输任何数据之前，要先经 过呼叫过程建立一条端到端的 线路，由发起方站点向某个终 端站点（响应方站点）发送一 个请求，该请求通过中间节点 传输至终点。如果中间节点有 空闲的物理线路可以使用，则 接收请求，分配线路，并将请 求传输给下一中间节点，整个 过程持续进行，直至终点，如 图2.2所示。 图2.2 建立线路阶段 p2、数据传输 电路交换连接建立以后，数据就可以从源节点发送到中 间节点，再由中间节点交换到终端节点。电路连接是全双 工的，数据可以在两个方向传输。这种数据传输有最短的 传播延

4、迟，并且没有阻塞的问题，除非有意外的线路或节 点故障而使电路中断，但要求在整个数据传输过程中，建 立的电路必须始终保持连接状态。 p3、线路释放 当站点之间的数据传输完毕，执行释放电路的动作。该 动作可以由任一站点发起，释放线路请求通过途经的中间 节点送往对方，释放线路资源。被拆除的信道空闲后，就 可被其他通信使用。 三、电路交换的特点 1、在通信开始时要首先要建立连接。 2、一个连接在通信期间始终占用该电路，即使该连接在某 个时刻没有数据传送，该电路也不能被其他连接使用，因 此电路利用率较低。 3、交换机对传输的数据不作处理（透明传输），对交换机 的处理要求比较简单，对传输中出现的错误不能纠

5、正，不 能保证数据的准确性。 4、连接建立以后，数据在系统中的传输时延基本上是一个 恒定值。 2.1.2 电路交换原理 一、时分交换与时分接线器 时分交换是时分多路复用的方式在交换上的应用。交换 系统通常包括若干条 PCM复用线，每条复用线又可以有 若干个串行通信时隙，用TS表示。时分交换是交换系统 中PCM 复用线上时间片的交换，即时隙的交换，如图2.3 所示。 图2.3 时隙交换示意图 1、T接线器的功能 完成在同一条复用线上的不同时隙之间的交换，也就是将 T接线器中输入复用线上某个时隙的内容交换到输出复用 线上的指定时隙。 2、T接线器的结构 T接线器主要由话音存储器（SM）和控制存储器

6、（CM） 组成。SM 和 CM 都包含若干个存储器单元，SM存储用 户的话音信号，CM存储处理机控制命令字，控制命令字 的主要内容用来指示写入或读出的话音存储器地址。 3、T接线器的工作方式 T接线器有两种工作方式：一种是时钟写入，控制读出， 也称为读出控制方式；一种是控制写入，时钟读出，也称 为写入控制方式。 （1）读出控制方式 图2.4 T接线器的读出控制方式 （2）写入控制方式 图2.5 T接线器的写入控制方式 二、空分交换与空分接线器 空分交换完成两条复用线之间话音信息的交换，可以实现 扩大交换容量的目的。空分交换通过空分接线器来完成， 也称S接线器。 1、S接线器的基本功能 完成在不

7、同复用线之间同一时隙内容的交换，也就是将某 条输入复用线上某个时隙的内容交换到指定的输出复用线 的同一时隙。 2、S接线器的组成 S接线器主要由控制存储器（CM）和交叉矩阵两部分组成 3、S接线器的工作方式 根据控制位置不同，S接线器 有输出和输入两种控制方式。 （1）输入控制方式 按照输入复用线来配置CM， 即每一条输入复用线有一个 CM，由这个CM来决定输入 PCM线上各时隙的信码，要交 换到哪一条输出PCM复用线上 去 图2.6 S接线器的输入控制方式 （2）输出控制方式 按照输出复用线来配 置CM。 图2.7 S接线器的输出控制方式 三、T-S-T形数字交换网络 T接线器只能完成同一条

8、复用线不同时隙之间的交换，而S 接线器只能完成不同复用线相同时隙之间的交换。对于大 规模的交换网络，必须既能实现同一复用线不同时隙之间 的交换又能实现不同复用线之间的时隙交换。把T接线器 和S接线器按照不同顺序组合起来就可以构成较大规模的 数字交换网，如T-S-T型的数字交换网络。 1、T-S-T形交换网的组成 假设输入复用线与输出复用线各有10条，T-S-T形交换网 的组成如图2.8所示。两侧各有10个T接线器，左侧为输 入，右侧为输出，中间由S接线器的1010的交叉矩阵将 它们连接起来。 图2.8 T-S-T交换网的组成 2、TST的交换原理 2.1.3 程控数字电话交换系统 p电话通信是

9、最常见的采用电路交换的通信形式，电话交换 技术经历了早期的人工交换、机电交换和电子交换阶段， 目前已经发展到了以计算机程序控制为主的程控数字电话 交换系统。程控数字交换机的接续速度快、声音清晰、质 量可靠、体积小、容量大、灵活性强，是当今电话交换系 统的主流技术。 p程控数字电话交换系统由硬件和软件两大部分组成。 一、程控数字交换机的硬件基本组成 图2.10 程控数字交换系统硬件组成框图 1、话路部分 话路部分的主要任务是根据用户拨号状况，实现用户之间 数字通路的接续，它由数字交换网络和一组外围电路组成 。外围电路包括用户电路、中继电路、扫描器、网络驱动 器和信令设备。 2、控制部分 控制部分

10、由中央处理器、程序存储器、数据存储器、远端 接口和维护终端组成，其主要任务是根据外部用户与内部 维护管理的要求，执行控制程序，以控制相应硬件实现交 换及管理功能。 二、程控数字交换机的软件基本组成 程控数字交换机的软件由程序模块和数据两个部分组成。 p程序模块分为脱机程序和联机程序两部分。脱机程序主要 用于开通交换机时的系统硬件测试、软件调试以及生成系 统支持程序；联机程序是交换机正常开通运行后的日常程 序，一般包括系统软件和应用软件两部分，如图2.11所示 。 图2.11 程控数字交换系统软件组成框图 p系统软件主要用于系统管理、故障诊断、文件管理和输入 输出设备管理等。应用软件直接面向用户

11、，负责交换机所 有呼叫的建立与释放，具有较强的实时性和并发性。呼叫 处理程序是组成应用软件的主要部分，根据扫描得到的数 据和当前呼叫状态，对照用户类别、呼叫性质和业务条件 等进行一系列的分析，决定执行的操作和系统资源的分配 。运行维护程序用于存取、修改一些半固定数据，使交换 机能够更合理有效的工作。 p程控数字交换机的数据部分包括交换机既有的和不断变化 的当前状态信息。 三、程控交换机的主要性能指标 1、系统容量 系统容量指的是用户线数和中继线数，二者越多，说明容 量越大。容量的大小取决于数字交换网的规模。 2、呼损率 呼损率是指未能接通的呼叫数量与呼叫总量之比。呼损率 越低，说明服务质量越高

12、。一般要求呼损率不能高于2% 5%。 3、接续时延 用户摘机后听到拨号音的时延，称为拨号音时延；拨号 之后，听到回铃音的时延，称为拨号后时延。它们统称为 接续时延。 4、话务负荷能力 话务负荷能力是指在一定的呼损率下，交换系统忙时可能 负荷的话务量。话务量反映的是呼叫次数和占用时长的概 念，以二者的乘积来计量:话务量=Ct 若t以小时为单位，则话务量为小时呼，称为爱尔兰（Erl） 5、呼叫处理能力 呼叫处理能力用最大忙时试呼叫次数来表示（BHCA）。 它是衡量交换机处理能力的重要指标。 6、可靠性和可用性 可靠性指的是交换机系统可靠运行不中断的能力，通常采 用中断时间及可用性指标来衡量。可用性

13、是指系统正常运 行时间占总运行时间的百分值。 2.2 分组交换的基本原理 2.2.1 分组交换概述 一、分组交换的概念 p分组交换（Packet Switching）的基本思想是：把用户 要传送的信息分成若干个小的数据块，即分组，这些分组 长度较短，并具有统一的格式，每个分组有一个分组头， 包含用于控制和选路的有关信息。这些分组以存储转发的 方式在网内传输，即每个交换节点首先对收到的分组进行 暂时存储，分析该分组头中有关选路的信息，进行路由选 择，并在选择的路由上进行排队，等到有空闲信道时转发 给下一个交换节点或用户终端。 二、分组交换的特点 p1、传输质量高 p2、可靠性高 p3、为不同种类

14、的终端相互通信提供方便 p4、可以实现分组多路通信 p5、 信息传送时延大 p6、要求分组交换机有比较高的处理能力 比较项目 电路交换 分组交换 信息形式 既适用于模拟信号，也 适用于数字信号 只适用于数字信号 连接建立时间 平均连接建立时间较长 没有连接建立时延 传输时延 提供透明的服务，信息 的传输时延非常小，数 据传输数率恒定 在每个节点的调用请求期间 都有处理延时，且这种延时 随着负载的增加而增加。 传输可靠性 完全依赖于线路 设置有代码检验和信息重发 设施，此外还具有路径选择 功能，从而保证了信息传输 的可靠性。 阻塞控制 没有相关控制机制 采用某种流量控制手段将报 文分组从其相邻节

15、点通过。 表2.1 电路交换与分组交换的比较 2.2.2 分组交换原理 一、分组交换的传输方式 可分为数据报方式和虚电路方式两种。 1、数据报方式 p在数据报方式中，交换节点将每一个分组独立地进行处理 ，即每一个数据分组中都含有终点地址信息，当分组到达 节点后，节点根据分组中包含的终点地址为每一个分组独 立地寻找路由，因此同一用户的不同分组可能沿着不同的 路径到达终点，在网络的终点需要重新排队，组合成原来 的用户数据信息，其示意图如图2.12所示。 图2.12 数据报方式示意图 2、虚电路方式 p两终端用户在相互传送数据之前要通过网络建立一条端到 端的逻辑上的虚连接，称为虚电路。一旦这种虚电路

16、建立 以后，属于同一呼叫的数据均沿着这一虚电路传送。当用 户不再发送和接收数据时，清除该虚电路。在这种方式中 ，用户的通信需要经历连接建立、数据传输、连接拆除三 个阶段，也就是说，它是面向连接的方式。 图2.13 虚电路方式示意图 需要强调的是，分组交换中的虚电路和电路交换中建立的 电路不同。在分组交换中，以统计时分复用的方式在一条 物理线路上可以同时建立多个虚电路，两个用户终端之间 建立的是虚连接；而电路交换中，是以同步时分方式进行 复用的，两用户终端之间建立的是实连接。在电路交换中 ，多个用户终端的信息在固定的时间段内向所复用的物理 线路上发送信息，若某个时间段某终端无信息发送，其它 终端

17、也不能在分配给该用户终端的时间段内向线路上发送 信息。而虚电路方式则不然，每个终端发送信息没有固定 的时间，它们的分组在节点机内部的相应端口进行排队， 当某终端暂时无信息发送时，线路的全部带宽资源可以由 其它用户共享。我们之所以称这种连接为虚电路，正是因 为每个连接只有在发送数据时才排队竞争占用带宽资源。 比较项目 数据报 虚电路 连接的建立 与释放 无需连接建立和释放的过程 需要连接建立和释放 的过程 数据报中的 地址信息量 每个数据报中需带较多的地 址信息 数据块中仅含少量的 地址信息 数据传输路 径 用户的连续数据块会无序地 到达目的地，接受站点处理 复杂 用户的连续数据块沿 着相同的路

18、径，按序 到达目的地，接受站 点处理方便 可靠性 使用网状拓扑组建网络时， 任一中间结点或者线路的故 障不会影响数据报的传输， 可靠性较高 如果虚电路中的某个 结点或者线路出现故 障，将导致虚电路传 输失效 适用性 较适合站点之间少量数据的 传输 较适合站点之间大批 量的数据传输。 表2.2 数据报与虚电路比较 二、分组交换过程 图2.14 分组交换原理示意图 2.3 ATM交换基本原理 一、ATM的基本概念 pATM是一种传送模式，在这一模式中用户信息被组织成固 定长度的信元，信元随机占用信道资源，也就是说，信元 不按照一定时间间隔周期性地出现。从这个意义上来看， 这种传送模式是异步的(统计

19、时分复用也叫异步时分复用) 。 p ATM的信元具有固定的长度，从传输效率、时延及系统 实现的复杂性考虑，ITU-T规定ATM的信元长度为53字节 。信元的结构如图2.15所示。 图2.15 ATM信元结构 二、ATM技术的特点 p1、采用固定长度的短分组 p2、采用统计复用 p3、采用面向连接并预约传输资源的方式工作 p4、取消逐段链路的差错控制和流量控制 p5、ATM信元头部的功能降低 2.3.2 ATM交换原理 一、虚信道、虚路径与虚连接 p虚信道 VC表示单向传送 ATM 信元的逻辑通路，用虚信 道标识符VCI进行标识，表明传送该信元的虚信道。 p虚路径VP表示属于一组VC子层ATM信

20、元的路径，由相应 的虚路径标识符VPI标识，表明传送该信元的虚路径。 p虚信道、虚路径与传输线路的关系如图2.16所示。 图2.16 虚信道、虚路径与传输线路的关系示意图 虚连接是通过ATM网络在端到端用户之间建立一条速率可变的、 全双工的、由固定长度的信元流构成的连接。该连接由虚信道、 虚通道组成，通过 VCI 和 VPI 进行标识。 图2.17 VCC和VPC的关系示意图 二、VC交换与VP交换 1、VP交换 pVP交换是将一条VP上所有的VC链路全部转送到另一条VP 上去，而这些VC链路的VCI值都不改变 图2.18 VP交换示意图 2、VC交换 pVC交换要和VP交换同时进行。当一条V

21、C链路终止时， VPC也就终止了。这个VPC上的VC链路可以各奔东西， 加入到不同方向的新的VPC中去，如图2.19所示。VC交 换和VP交换合在一起才是真正的ATM交换。 图2.19 VC交换示意图 三、ATM交换过程 图2.20 ATM交换过程示意图 2.3.3 B-ISDN 协议参考模型 p在ITU-T的I.321建议中定义了B-ISDN协议参考模型，如 图2.21所示。它包括三个面：用户面、控制面和管理面。 用户面、控制面都是分层的，分为物理层、ATM层、AAL 层和高层。 图2.21 B-ISDN协议参考模型 p用户平面：采用分层结构，提供用户信息流的传送，同时 也具有一定的控制功能

22、，如流量控制、差错控制等； p控制平面：采用分层结构，完成呼叫控制和连接控制功能 ，利用信令进行呼叫和连接的建立、监视和释放； p管理平面：包括层管理和面管理。层管理采用分层结构， 完成与各协议层实体的资源和参数相关的管理功能，如元 信令；同时层管理还处理与各层相关的OAM信息流。面 管理不分层，它完成与整个系统相关的管理功能，并对所 有平面起协调作用。 2.4 多协议标签交换基本原理 2.4.1 多协议标签交换概述 一、MPLS的一些基本概念 1、标记 p标记是一个短小、定长且只有局部意义的连接标识符，它 对应于一个转发等价类FEC(Forwarding Equivalence Class)

23、。一个分组上增加的标记代表该分组隶属的FEC。 标记可以使用标记分配协议LDP(Label Distributed Protocol)、RSVP或通过OSPF、BGP等路由协议搭载来 分配。每一个分组在从源端到目的端的传送过程中，都会 携带一个标记。由于标记是固定长的，并且封装在分组的 最开始部分，因此硬件利用标记就可以实现高速的分组交 换。 1.3通信标准化组织 p标记起起局部连接标识符的作用。对于那些没有内在标记 结构的介质封装，则采用一个特殊的数值填充。图 2.22 给出4字节填充标记的格式，它包含一个20 bit的标记数 值、一个 3 bit的 COS数值、一个 1 bit的堆栈指示符

24、和 一个 8 bit的 TTL数值。 图2.22 MPLS的标记结构 2、标记边缘路由器(LER) p它位于接入网和MPLS网的边界的LSR中，其中入口LER 负责基于 FEC 对 IP分组进行分类，并为 IP分组加上相 应标记，执行第三层功能，决定相应的服务级别和发起 LSP的建立请求，并在建立LSP后将业务流转发到MPLS 网上。而出口 LER 则执行标记的删除，并将除去标记后 的 IP分组转发至相应的目的地。通常 LER 都提供多个端 口以连接不同的网络(ATM、FR、Ethernet等)，LER在 标记的加入和删除，业务进入和离开MPLS网等方面扮演 了重要的角色。 3、标记交换路由器

25、(LSR) LSR是一个通用IP交换机，它位于MPLS核心网中，具有 第三层转发分组和第二层交换分组的功能。它负责使用合 适的信令协议与邻接LSR协调FEC /标记绑定信息，建立 LSP。对加上标记的分组，LSR将不再进行任何第三层处 理，只是依据分组上的标记，利用硬件电路在预先建立的 LSP上执行高速的分组转发。 4、标记分发协议(LDP) 它是 MPLS 中 LSP 的连接建立协议，用于在 LSR 之间 交换FEC/标记关联信息。LSR使用LDP协议交换FEC/标 记绑定信息，建立从入口LER到出口LER的一条LSP。但 是MPLS并不限制已有的控制协议的使用。 5、标记交换路径(LSP)

26、 p一个从入口到出口的交换式路径，在功能上它等效于一个 虚电路。在MPLS网络中，分组传输在LSP(Label- Switched Path)上进行。一个LSP由一个标记序列标识 ，它由从源端到目的端的路径上的所有节点上的相应标记 组成。LSP 可以在数据传输前建立(control-driven)，也 可以在检测到一个数据流后建立(data-driven)。 6、标记信息库(LIB) p保存在一个 LSR(LER)中的标记映射表，在 LSR 中包含 有FEC/标记关联信息和关联端口以及介质的封装信息。 7、转发等价类(FEC) pFEC代表了有相同服务需求的分组的子集。对于子集中所 有的分组，

27、路由器采用同样的处理方式转发。例如最常见 的一种是 LER，它可根据分组的网络层地址确定其所属的 FEC，根据FEC为分组加上标记。 二、MPLS的体系结构 pMPLS网络进行交换的核心思想是在网络边缘进行路由并打上标记， 在网络核心进行标记交换。图2.23所示是一个MPLS网络的示意图。 图2.23 MPLS网络结构示意图 三、MPLS网络执行标记交换步骤 pLSR使用现有的IP路由协议获取到目的网络的可达性信息 ，维护并建立标准IP转发路由表FIB。 pLSR使用LDP协议建立LIB。 p入口LER接收分组，执行第三层的增值服务，并为分组标 上标记。 p核心LSR基于标记执行交换。 p出口

28、LER删除标记，转发分组到目的网络。 四、MPLS的特点 1、简单转发 标记交换基于一个准确匹配的标记（4 bytes），小于传 统IP头（20 bytes），有利于基于硬件高速转发。 2、采用等价转发类FEC增强可扩展性 FEC具有汇聚性，可以实现标签及路径的复用。路由决策 更灵活，不需要32位IP地址比较，路由査找的速度加快 ，可以适应用户数量快速增长的需求。 3、基于QoS的路由 边缘标签路由交换机可以估算满足特定QoS的路径。 4、流量管理 可以支撑许多增值业务（如隧道、虚拟专网VPN）及路 由迂回等，可以指定某一个分组流经特定路径转发，达到 链路、交换设备流量平衡。 5、与ATM或帧

29、中继核心网结合，提高了路由扩展性 边缘路由器不再关心中间传输层，简化了路由表，对分 组和信元采用统一的处理法则，降低了网络复杂性，具有 更好的可管理性。在ATM层上直接承载IP分组，提高了传 输效率。 2.4.2 MPLS标记的分配方法 分配方法有两种：下游标记分配和上游标记分配。 一、下游标记分配 p下游分配的策略是指标记的分发沿着数据流传输的逆行方 向进行。下游 LSR 为某个FEC分配一个标记，该LSR用 所分配的标记作为本地交换表的索引。可以证明，这是单 播通信量最自然的标记分发方式。以数据流驱动分配为例 ，当 LSR 构造自己的路由表时，它可以为每个路由表目 的地自由地分配任意的标记

30、，实现也很容易。然后，它将 所指定的标记传递给上游邻节点，告诉上游 LSR 对以它 为下一跳路由的流分配该标记为输出标记。这样当携带该 标记的数据分组从上游传递过来时，就可以用该标记作为 交换表索引指针，查到相应的输出标记和输出接口。大多 数网络采用下游分配标签的方法。 图2.24 下游标记分发过程示意图 二、上游标记分发 p上游标记分配是指标记的分发沿着数据流传输的方向进行 。这时，上游LSR为下游LSR选择一个标记，下游LSR将 用该标记解释分组的转发。在产生标记的LSR上，该标记 不是本地交换表的索引，而是交换表的查找结果，即本地 的输出标记。这种分发机制适合于多播情况，因为它允许 对所

31、有输出端口使用同样的标记。 2.4.3 报文在MPLS的转发 一、标签交换路径LSP的建立 p标签交换路径LSP是由MPLS内各个LSR使用传统的路由 协议生成的路由表内容所确定的。对于一个MPLS报文， 根据标签在MPLS网络中经过转发到达目的端所经过的路 径与根据路由表内容进行第三层转发到达目的端所经过的 路径是完全一致的。这两种方法的最大区别在于确定转发 路径所进行的检索方法不同。标签交换转发是通过精确匹 配标签来检索转发表，检索速度快，操作简单，适合硬件 实现；路由转发则采用最长匹配报文目的IP地址来检索路 由表，检索速度慢，准确性差。 标签交换路径LSP的建立首先是根据目的端地址信息

32、 通过路由协议生成路由表，这个过程称为选路。选路过程 完毕后就建立了从源端到目的端的各个LSR的路由表，下 一步是根据路由表在每个LSR中建立转发表的过程，这时 使用前面讨论过的标签分发协议LDP，MPLS网络通过在 各个LSR建立转发表构建了用于报文标签交换转发所经过 的路径，即标签交换路径LSP。图2.25说明了LSP的建立 过程。 图2.25 LSP建立过程 二、MPLS报文在MPLS网络中的转发过程 图2.26 MPLS转发过程示意图 2.5 软交换的基本原理 2.5.1 软交换的概述 一、软交换技术产生的背景 p20世纪90年代中期，已有话音和数据两种不同类型的通 信网络投入运营。不

33、同运营商为了不断扩大自己的业务地 盘，纷纷参与市场竞争，传统的通信网络框架已分崩离析 。电信企业力图发展图像和计算机业务；有线电视企业积 极发展计算机和电话业务；计算机企业则试图把活动图像 和电话业务纳入自己的业务范围。这样，三网合一发展综 合业务已成为必然。 p众多的业务中，数据业务的年增长率高达25%40%， 且呈指数增长，数据业务量不仅将超过电话，而且已进入 包括声音和图像在内的多媒体通信领域。这种情况对传统 PSTN/ISDN带来了直接影响，大量拨号上网用户长时间 占用电路，造成网络资源紧张，正常电话接通率下降。 p如何保持传统电信网的无处不在和高质量、高可靠性，同 时又可以将用户转移

34、到其它网络，实现异构网络的无缝连 接和更广泛的业务和应用，是业务提供者和网络运营商致 力的目标。 p首先，实现上述思想的成功方案是IP电话。由于IP网传输 时延不定，QoS无法保证，为了支持实时电话业务， IETF定义了实时协议RTP(Real-Time Protocol)支持 QoS，定义了资源预留协议RSVP(Resource Reservation Protocol)为呼叫保留网络资源。此外，IP 网是开放式的网络，为了保证网络安全，必须验证电话用 户身份(即鉴权)，对重要电话信息必须加密。此外还必须 对电话用户通话进行计费。 目前，IP电话的体系结构大体可分为两种，一种是基于 H.32

35、3的IP电话体系结构，另一种是基于SIP的IP电话体 系结构。基于H.323的IP电话网络由IP电话网关 GW( GateWay )和网守GK( GateKeeper )组成 图2.27 IP电话系统的组成 p在最初的IP电话网关设计中，信令处理、IP网传输层地址 交换、编码语音流的传送都在同一设备中实现。因此从表 面看上去，最初的IP电话设备与传统电话一样，其交换都 是由硬件来实现的，都是公认的“硬交换”。 p后来，人们发现IP电话的用户语音流传输和IP电话的呼叫 接续控制二者之间并没有必然的物理上的联系和依存关系 ，因此无需将媒体流的传输与呼叫的控制在物理上放在一 起，可以将IP电话网关进

36、行功能分解。分解后网关只负责 不同网络的媒体格式的适配转换，故称之为媒体网关 MGW。所有控制功能，包括呼叫控制、连接控制、接入 控制和资源控制等功能由另外设置的独立的媒体网关控制 器MGC负责。MGC是与传统硬交换不同的“软交换”设 备，这就是最初软交换(Soft Switch)概念的由来。 经过数年的探索，各电信设备制造厂商逐步认同上述 分离控制的思想，积极开发各自的产品系列。不同制造商 对 MGC 赋予不同的名称，例如呼叫服务器(Call Server)、呼叫性能服务器(Call Feature Server)、呼 叫代理(Call Agent)等。前美国贝尔通信研究所首先将此 概念在I

37、ETF提出，并提出MGW-MGC之间的控制协议草 案。其后，ITU-T和IETF合作研究，制定了统一的控制协 议标推，这就是著名的H.248协议。 由于MGC的基础功能是呼叫控制，其地位相当于电话 网中的交换机，但是和普通交换机不同的是，MGC并不 具体负责话音信号的传送，只是向MGW发出指令，由后 者完成话音信号的传送和格式转换，相当于 MGC 中只包 含交换机的控制软件，而交换网络则位于MGW 之中。因 此，人们把 MGC 统称为“软交换机”，以屏蔽不同厂商 的名称差异，并由制造厂商和运营商联合发起成立了全球 性的“国际软交换联盟”ISC论坛性组织，积极推行软交 换技术及其应用。 二、软交

38、换的特点 1、智能化的软交换设备能方便地实现不同信令的转换，并 具有开放接口和API，方便新业务的产生。 2、呼叫传输由简单的设备完成，如媒体网关，或由IP终端 设备直接完成端到端传输。 3、从运营方面讲，软交换的组网方案对新老运营公司都有 利。 4、传统运营公司用它实现PSTN与分组网的融合，保护传统 投资，又具有创新能力；而新公司利用它可以比较容易地 进入竞争激烈的通信业务市场，不需对传统设备进行巨大 投资，没有资金压力。 5、协议体系众多，而且这些协议分别来自不同的标准化组 织，有些相互补充，有些则相互竞争。 6、不同协议之间和不同厂家设备之间的互操作有问题： 7、实时业务的QoS保障问题、网络的有效集中管理问题尚 待进一步解决。 2.5.2 软交换的网络结构和功能 图2.28 基于软交换的网络分层模型 1、边缘接入层 p边缘接入层负责将各种不同的网络和终端设备接入软交换 体系结构，将各种业务量进行集中，并利用公共的传送平