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IP电话分组交换

时间:2020-05-18 09:28 作者:admin 分享到:
         最初,在计算机之间传递文件和其他形式的数字信息时,使用的是直接的点到点的电路。但是,鉴于前面讲述的原因,这种使用“一直占用所有带宽”的方法实在是太浪费了。
         为了满足传输数据的需要,分组交换网应运而生,它有以下特点:具有可变的比特速率以适应突发量,不太注重时延的变化,但更关注于实现无差错的信息传输。分组交换的突破之处就是使用了“分组”这个概念。
分组的定义是:从源站点出发,完整地通过网络到达目的站点的数据单元。分组中含有一些“网络地址”信息,以使网络节点可以正确地为分组指定到达目的站点的路径。
        突发式的数据分组要求使用一种新的复用方式。这种新的复用方式有几种叫法:统计时分复用或是异步时分复用。因为数据总是突发性的,所以如果采用在PSTN中的作法:把一条链路的容量分成几条固定比特速率的信道,将是毫无意义的。不在链路中区分信道的方法则更有意义一些,这样可以允许每个分组有可能去使用所有的链路容量,但又不会一直占用。所以“一直占用所有带宽”的电路交换复用变成了“有时占用所有带宽”的分组交换复用。这个概念如图一中所示。
(a)时分复用:A・C和B・D的传输速率为64kbit/s
(b)统计时复用:A・C和B・D的传输速率为128kbit/s
图一     
        在使用统计时分复用时,复用器之间的链路是不区分信道的。计算机不会被限制在64kbit/s的速率下,它可以使用全部的128kbit/s的速率,只要双方不同时使用这条链路。一旦这样的事发生,双方同时向网络发出“冲突”信息,复用器别无选择,只能把一方的分组放在缓冲区中,而发送另一方的信息。当得到发送权的那一方发送完信息之后,复用器才可以发送缓冲区中的信息。
        采用统计时分复用的网络可以提供应用程序“所需要的带宽”。使用“灵活的带宽分配”这一专业的术语可能更恰当一些,因为用户总有这样的印象:使用术语“应用程序需要的带宽”时,好像是指带宽可以任意地产生(比如,“我只有1.5Mbit/s的发送速率,但是如果我要求2Mbit/s,那么我仍能得到它。”),实际上并不是任意的,只要满足实际需要即可。缓冲技术使得在整条链路上的带宽可以动态地分配给某一应用程序。另外,一个空闲的应用程序在分组网络上不会占用任何带宽。
        “缓冲区”是指保留给网络用的一块内存区。因为在网络设备中,内存是固定的资源,所以缓冲区在网络设备中也是固定资源。当没有可用的缓冲区时,那么以后到来的分组就会被抛弃。一个设备可以提供的分组队列长度完全取决于设备的缓冲区空间大小。过去,内存还很昂贵,缓冲区因为经济的缘故总是设置得很小。现在,缓冲区已经可以非常大了,但是随着使用的缓冲区越来越大,它在分组交换网中引起的问题也越来越明显,这就是“不固定的可变时延”问题。
        语音质量在很大程度上依靠于稳定的小时延。通常,分组交换网不适合语音传输,因为在统计时分复用的环境下,用于处理突发量的缓冲区引起了更高的、更不稳定的时延。假设一个分组,它含有对时延敏感的信息,不一定是语音信息,可以是比普通电子邮件更重要的金融信息。这个分组到达了某网络节点,但是,如果输出缓冲区已经有了6个分组在等待了,那么这个分组至少要等待6个分组发送完之后才能被发送。下一个网络节点也许有10个分组或者4个、17个。网络负载不同,时延也就不同。
        在电路交换网中,根本没有缓冲区这一概念,分组无须进行缓冲就可被立刻发送。这就是要在电路交换和分组交换间进行权衡的地方。尽管分组交换的传输效率较高且传输的费用较低,但分组交换的传输时延较大且网络管理较为复杂。
        现在网络节点可以很容易地把对时延敏感的分组放在输出缓冲区队列的前面,只要前一分组发送完,就可以立即发送。这就是分组网络的服务质量所关心的内容。但是,尽管这个方法将尽可能地减小时延变化,但使用优先权并不能保证稳定的时延,原因就是一种称为“串行时延”的现象。
        当一个对时延敏感的分组在缓冲区中被放置在一个已经开始发送的分组的后面,串行时延的问题就出现了。广域网中的所有链路都是顺序地逐比特地操作的,一旦代表了一个数据单元的第一个比特已经在一个串行端口上开始发送了,那么没有什么简单的办法可以打断这个数据单元。(已经有一些支持“向前抛弃”的方法,但是这些尝试表明它们带来的麻烦要比它们带来的好处更多,所以这种方法今天已经很少使用。)因此,对时延敏感的传输必须等到正在输出的数据单元全部通过了这个串行端口后才可以开始。由串行时延引起的时延变量取决于数据单元本身允许的最大长度。较长的数据单元带来了较轻的链路负载,更好的网络吞吐量;但是增大了串行时延。非常短的数据单元,例如ATM信元,与其他方法相比,减少了串行时延,但是加重了链路负载,降低了网络吞吐量。
        在分组网络中只有两种处理串行时延的方式。第一种,限制数据单元尺寸。在IP中,这被称为“最大传输单元(MTU)长度”。第二种,把共享的不区分信道的链路的速率增大到它能承受的最高值。在许多分组网中,同时采用上述两种方法来处理串行时延问题。
        所有的分组都包含了网络地址信息,用以告诉网络节点在哪个输出端口上排队。分组中的网络地址信息有两种基本格式。在面向连接的分组网中,网络地址是单独的被称为“网络标识符”的数字,之所以这样,是因为从定义上来讲,一个连接与两个网络端点有关,如果有一个网络标识符为22的连接源于A点,止于B点,那么网络节点仅仅知道连接标识符就可以了。因为所有通过连接22到B点的分组都来自于A点;从A点出发到B点的分组都将通过连接22。
        在无连接分组网中,网络地址是一个完整的、在全球唯一的、可以作为源端发送数据或作为终端接收数据的节点的地址。所以,一个无连接的分组在网络地址域中也许会有类似于“到:B;来自于:A”的信息。没有了连接,接收者需要知道分组是从何而来的。
        第一个分组网络是像PSTN—样面向连接的。这是出于以下考虑:首先,许多分组网是由电话公司建立的,而电话公司一直以来都是处理面向连接类型的服务;其次,通过建立连接可以引导分组流向固定的路径;再次,连接为网络服务提供了一种简单的,又为众人接受的计费方式(根据连接持续的时间来计费);最后,也是最关键的一点,网络花费了很多时间和精力用于传递分组。在一个无连接网络中,分组仅仅是带着发送端和接收端的网络地址,它被放进网络,就好像把一封信丢进信箱中。如果接收端不能收到这个分组(比如,计算机关了),结果是我们作了无用功。电话公司通常对收不到呼叫不负责任,但用户也不愿意为没传递到的分组付费。所以,面向连接的方式协调了双方的利益。同意建立连接时,就对发送者说,“我就在这儿,已经准备好,可以接受你发送的数据了。”
        所以面向连接的分组网要求发送端和接收端在信息发送之前,先建立连接。在分组网中,有两种建立连接的方式。首先,可以事先在称为“服务准备”的阶段手工地标注出连接图。也就是说,当一个公司和网络服务供应商进行联系以求连接A、B、C、D四个站点时,就向网络服务供应商递交一份连接关系图。这份图主要告诉网络服务供应商站点之间将要建立哪些连接。并不是所有的顾客都需要或想要把自己的站点与其余的各个站点都连接起来。这样的连接在分组网中称为“永久虚电路”(简称PVC),一个功能较完善的网络如图二所示。

图二      使用永久虚电路的分组网络
       
       图二图表明在节点A和节点C之间没有虚电路。但并不意味着它们之间不能进行通信。它们只是必须通过节点B来实现。在节点A和C之间没有直接连接,也许是出于对这两个站点之间的业务流量级别的考虑,也许是因为这个组织不能再多承受一条链路了,也许还有别的原因。 
        但是如果节点A和C之间一定要建立一条虚电路,又该采取什么办法呢?在一个虚电路环境中,必须手工进行配置,这通常在24小时内可实现(但绝不可能马上就实现了)。另一种方法是使用“连接要求”或“服务虚连接”(简称同一种信令协议。
        在分组网中,后数据传输使用的物理网是相同的。与PSTN以及七号信令网相比,分组网中的所有网络节点既相当于七号信令节点,也相当于PSTN的中心局节点。

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