¿Cuáles son las tecnologías de conmutación de red?
1. Historia del desarrollo de la tecnología de conmutación de redes
1. Tecnología de conmutación de circuitos
La tecnología de conmutación de redes ha pasado por cuatro etapas de desarrollo: tecnología de conmutación de circuitos, tecnología de conmutación de mensajes, tecnología de conmutación de paquetes y tecnología ATM. La red telefónica pública (red PSTN) y la red móvil (incluidas la red GSM y la red CDMA) utilizan tecnología de conmutación de circuitos. Su característica básica es que adopta un enfoque orientado a la conexión antes de que las dos partes puedan comunicarse, deben asignar una línea. Para los circuitos de comunicación de ancho de banda fijo, ambas partes comunicantes ocuparán los recursos asignados durante el proceso de comunicación hasta el final de la comunicación, y se deben utilizar los protocolos de señalización relevantes durante el establecimiento y liberación del circuito. La ventaja de este método es que puede garantizar suficiente ancho de banda para los usuarios durante el proceso de comunicación y tiene un gran rendimiento en tiempo real, un pequeño retraso y un bajo costo del equipo de conmutación. Sin embargo, la desventaja es que la utilización del ancho de banda de la red no es alta. Cuando se establece un circuito, el circuito asignado siempre está ocupado independientemente de si las partes que se comunican están en una conversación.
2. Tecnología de conmutación de paquetes
La tecnología de conmutación de circuitos es adecuada principalmente para servicios de transmisión y relacionados con la voz. Este método de conmutación de red tiene grandes limitaciones para los servicios de datos. En primer lugar, la comunicación de datos tiene muchas ráfagas y la velocidad de bits máxima y la velocidad de bits promedio son bastante diferentes. Si se utiliza la tecnología de conmutación de circuitos, asignar el ancho de banda del circuito de acuerdo con la velocidad de bits máxima provocará una gran pérdida de recursos. Según la velocidad de bits promedio, la asignación de ancho de banda provocará una gran pérdida de datos. En segundo lugar, en comparación con los servicios de voz, los servicios de datos no tienen requisitos estrictos en cuanto a retardo, pero requieren una transmisión sin errores. Las señales de voz pueden tener un cierto grado de distorsión, pero el rendimiento en tiempo real debe ser alto. La tecnología de conmutación de paquetes es un método de conmutación propuesto en función de las características de los servicios de comunicación de datos. Su característica básica es que adopta un método de almacenamiento y reenvío para la falta de conexión, dividiendo los datos a transmitir en muchos pequeños datos de acuerdo con un determinado. longitud y almacenarlos en Los campos de encabezado correspondientes para el enrutamiento y verificación de datos se agregan antes de los datos, como la unidad básica de transmisión de datos, es decir, paquetes. Al utilizar la tecnología de conmutación de paquetes, no es necesario establecer una conexión antes de la comunicación. Cada nodo primero recibe el paquete enviado por el nodo anterior y lo guarda en el búfer, y luego selecciona el enlace apropiado según la información de la dirección en el encabezado del paquete. Enviado al siguiente nodo, para que el ancho de banda se pueda asignar dinámicamente de acuerdo con los requisitos del usuario y las capacidades de la red durante el proceso de comunicación. La conmutación de paquetes tiene una mayor utilización del circuito que la conmutación de circuitos, pero el retraso es mayor.
3. Tecnología de conmutación de mensajes
La tecnología de conmutación de mensajes es similar a la tecnología de conmutación de paquetes. También utiliza un mecanismo de almacenamiento y reenvío. Sin embargo, la conmutación de mensajes utiliza mensajes como unidades de transmisión. Dado que la longitud de los mensajes varía mucho, los mensajes son largos. Puede causar un gran retraso y es difícil asignar buffers para cada nodo. Para satisfacer las necesidades de mensajes de varias longitudes y lograr una alta eficiencia, los nodos deben asignar buffers de diferentes tamaños; de lo contrario, habrá transmisión de datos. falla. En aplicaciones prácticas, la conmutación de mensajes se utiliza principalmente para transmitir servicios de comunicación con mensajes cortos y bajos requisitos de tiempo real, como las redes telegráficas públicas. La conmutación de mensajes apareció antes que la conmutación de paquetes. La conmutación de paquetes se basa en la conmutación de mensajes y divide los mensajes en grupos para su transmisión. Equilibra el retraso de la transmisión y la eficiencia de la transmisión y se usa ampliamente.
4. La aplicación y el desarrollo generalizados de la tecnología ATM y la tecnología de conmutación de paquetes han llevado a la existencia de dos redes principales: una red de conmutación de circuitos que transmite servicios de voz y una red de conmutación de paquetes que transmite servicios de datos. La red separada de transmisión de servicios de voz y. Los servicios de datos han llevado a la gente a pensar en una nueva tecnología que brinde las ventajas de la conmutación de circuitos y la conmutación de paquetes al mismo tiempo, y al mismo tiempo brinde a los usuarios servicios unificados, incluidos servicios de voz, servicios de datos e información de imágenes, por lo que la banda ancha fue propuesto por el CCITT original a finales de los años 1980 el concepto de red digital de servicios integrados y propone una nueva tecnología: el modo de transferencia asíncrona (ATM). La tecnología ATM combina el mecanismo orientado a la conexión y el mecanismo de agrupación. Antes de que comience la comunicación, es necesario establecer una conexión con un determinado ancho de banda según los requisitos del usuario. Sin embargo, esta conexión no ocupa exclusivamente un canal físico, sino que estadísticamente multiplexa un canal físico. canal con otras conexiones, al mismo tiempo, toda la información de los medios, incluida la información de voz, datos e imágenes, se segmenta y encapsula en paquetes de longitud fija para su transmisión e intercambio en la red.
Otra característica destacada de ATM es que propone un mecanismo completo para garantizar la QoS. Al mismo tiempo, debido a que la comunicación por fibra óptica proporciona un canal de transmisión con una tasa de error de bits baja, el control de flujo y el control de errores se pueden trasladar al terminal del usuario, y la red solo es responsable del intercambio y transmisión de información, lo que reduce el retraso en la transmisión, y ATM es muy adecuado para transmitir servicios de datos de alta velocidad. Desde un punto de vista técnico, los cajeros automáticos son casi impecables, pero la complejidad de la tecnología de los cajeros automáticos hace que los conmutadores de cajeros automáticos sean extremadamente costosos y no se han lanzado nuevos servicios en tecnología de cajeros automáticos para impulsar el mercado de cajeros automáticos, lo que restringe el desarrollo de la tecnología de cajeros automáticos. En la actualidad, los conmutadores ATM se utilizan principalmente en redes troncales, aprovechando principalmente la alta velocidad de la conmutación ATM y el mecanismo de garantía de QoS, y proporcionando principalmente conexiones semipermanentes.
2. Integración de tecnología de conmutación de circuitos y tecnología de conmutación de paquetes
1. Tecnología de conmutación integrada
Aunque la tecnología ATM no permite a las personas hacer realidad el sueño de los "servicios integrados", la gente ha estado buscando una manera de proporcionar varios servicios en una red y los operadores de telecomunicaciones también esperan aprovecharla al máximo. recursos de red existentes para proporcionar a los usuarios una variedad de servicios. La primera tecnología propuesta es la tecnología de conmutación integrada, cuyo objetivo principal es soportar la conmutación de circuitos y la conmutación de banda ancha (incluida la conmutación ATM y la conmutación IP) al mismo tiempo mediante la transformación de la red de conmutación de circuitos existente. Muchos fabricantes también han desarrollado interruptores integrados y también se han formulado y promulgado el estándar industrial relevante "Especificaciones técnicas de interruptores integrados". El conmutador integrado tiene las funciones de un conmutador de banda estrecha y también tiene las funciones de un conmutador de banda ancha. Actualmente, existen dos formas principales de implementar conmutadores integrados: una es utilizar nodos de conmutación híbridos, con múltiples matrices de conmutación independientes configuradas dentro del conmutador, es decir, matrices de conmutación de circuitos, módulos de conmutación de paquetes IP y ATM. También se procesan principalmente llamadas PSTN tradicionales. por el módulo de conmutación de circuitos, y los servicios relacionados con la banda ancha son procesados por el módulo de procesamiento de paquetes de banda ancha. Cuando los dos módulos necesitan interactuar, se requiere la conversión de protocolo. El otro método es utilizar nodos de conmutación integrados. Básicamente, hay una única matriz de conmutación ATM o IP dentro del conmutador integrado. Por ejemplo, el conmutador de banda ancha S12P3S de Shanghai Bell utiliza directamente la tecnología ATM como tecnología de conmutación central y toda la información multimedia se convierte. en las celdas ATM se procesan dentro del conmutador y externamente admite redes de conmutación de circuitos, redes ATM y redes IP al mismo tiempo. Los conmutadores integrados que adoptan el modo convergente tienen grandes ventajas en la implementación de servicios rápida y flexible porque se han convertido internamente en una plataforma de conmutación unificada. Los conmutadores integrados son relativamente caros porque integran múltiples funciones. Se utilizan principalmente en oficinas de entrada y oficinas finales con grandes volúmenes de negocios y no son adecuados para su implementación en toda la red.
2. Tecnología de telefonía IP
Los conmutadores integrados admiten principalmente la conmutación de paquetes mediante la transformación de conmutadores de circuitos. En el proceso de exploración de la integración de la tecnología de conmutación de circuitos y la tecnología de conmutación de paquetes, la gente también espera utilizar la conmutación de paquetes. En este momento, a partir de la aparición de aplicaciones web, la red de Internet se desarrolla a una velocidad asombrosa y, finalmente, se convierte en una red global. La gente utiliza la red de Internet para obtener diversos servicios. La red de Internet se basa en tecnología IP y es una tecnología de conmutación de paquetes. Adopta un enfoque de mejor esfuerzo para transmitir y seleccionar rutas de forma independiente para cada paquete en función de la información de enrutamiento y las condiciones de la red. La red de Internet se utiliza principalmente para transmitir servicios de datos. Con el gran éxito de Internet, la tecnología IP se ha convertido en la tecnología pilar de las futuras redes de información. La tecnología de red basada en TCP/IP no solo se ha convertido en la tecnología dominante para transmitir servicios de datos. pero también los operadores de telecomunicaciones tradicionales empiezan a intentar utilizar la tecnología IP para transmitir servicios de voz. Hoy en día, los operadores de telecomunicaciones tradicionales generalmente han establecido sus propias redes IP. Además de proporcionar servicios de datos en la red IP que actualmente tienen ganancias relativamente bajas, los operadores esperan aprovechar al máximo los recursos existentes para brindar a los usuarios los mejores servicios. Lo importante es Lo más importante es el negocio de voz. Actualmente, el negocio de voz sigue siendo la principal fuente de ingresos en las operaciones. La primera aplicación para transmitir negocios de voz en redes de paquetes es la tecnología de telefonía IP.
La tecnología de telefonía IP se ha convertido en un negocio con el que la gente está familiarizada. Utiliza principalmente la serie de protocolos H.323, incluido el protocolo de señalización H.225 responsable del establecimiento de llamadas y el protocolo H.245 responsable de. establecimiento de canales de medios. Los servicios de voz se transmiten en la red IP mediante paquetes RTP.
Aunque la calidad de voz de los teléfonos IP no es tan alta como la que brindan a los usuarios las redes tradicionales de conmutación de circuitos, el protocolo H.323 generalmente se considera el protocolo más maduro para soportar servicios de voz, imágenes y datos en redes de paquetes y es Utilizado actualmente en el campo de los teléfonos IP. Hay muchas redes VoIP en funcionamiento que utilizan el protocolo H.323 en el mundo. Pero algunas deficiencias del H.323 también son obvias. En primer lugar, la señalización de control de llamadas en el protocolo H.323 se basa en Q.931. El protocolo Q.931 es un protocolo basado en la interfaz UNI. El protocolo en sí es relativamente simple y no existe una definición de la interfaz NNI. No hay ningún problema en realizar llamadas de computadora a computadora en una red privada, pero para brindar servicios a nivel nacional y conexiones PSTN a PSTN, debe confiar en la interfaz NNI. En segundo lugar, la red H.323 utiliza una puerta de enlace centralizada. La puerta de enlace debe procesar flujos de medios y flujos de señalización al mismo tiempo, lo que también limita el desarrollo de la red H.323 en términos de capacidades de procesamiento. Actualmente, el UIT-T está aprovechando la experiencia de las especificaciones relacionadas con el IETF para ampliar y revisar aún más los protocolos de la serie H.323. Además, en comparación con SIP, el protocolo H.323 tiene poca escalabilidad y, para brindar servicios similares a los brindados a los usuarios en redes de conmutación de circuitos en la red H.323, muchos fabricantes han ampliado el protocolo H.323. Por lo tanto, la interconexión entre dispositivos H.323 de diferentes fabricantes también es un tema importante al que se enfrenta el desarrollo de redes H.323.
Sin embargo, la aplicación exitosa de los teléfonos IP y una considerable participación de mercado han permitido a las personas ver los albores de la integración empresarial. Las personas se han dado cuenta gradualmente de que los servicios de voz se pueden transmitir en redes de paquetes y pueden lograr una comunicación relativamente ideal. efectos. Y la conmutación de paquetes tiene muchas ventajas potenciales de rendimiento. Una ventaja es utilizar eficientemente las capacidades de comunicación del canal de transmisión, especialmente para transmisiones en ráfagas. Aunque la ráfaga del habla no es tan prominente como la de los datos interactivos, todavía muestra cierta ráfaga en forma de períodos de ráfaga/períodos de silencio. La duración media de la ráfaga depende del detector de silencio utilizado; en una conversación telefónica típica, una única fuente de voz está activa sólo entre el 35 y el 45 % del tiempo. Otra ventaja es la multiplexación estadística, de modo que el bloqueo de llamadas es una función del ancho de banda promedio requerido en lugar del ancho de banda máximo. Por tanto, puede ser más flexible en aspectos como el control de transmisión y la facturación. Debido a estas ventajas, las aplicaciones de voz por Internet, especialmente la telefonía IP, se han convertido en una de las aplicaciones más llamativas en la tendencia de las "tres redes en una".
3. Tecnología Softswitch
Con el desarrollo de la tecnología de telefonía IP, la industria de las comunicaciones básicamente ha llegado al consenso de que el núcleo de las futuras redes de telecomunicaciones adoptará tecnología de conmutación de paquetes, y basada en ella. Con este entendimiento, se realizaron mejoras desde una perspectiva técnica para abordar las deficiencias de la tecnología de telefonía IP actual. Primero, se separaron las funciones de control de llamadas de puerta de enlace y conmutación de medios, y finalmente se propuso el concepto de conmutación suave. Aunque la tecnología de conmutación por software todavía utiliza redes de paquetes como red portadora, desde una perspectiva técnica, la tecnología de conmutación por software todavía puede considerarse como otro hito en el desarrollo de la tecnología de conmutación. Las redes tradicionales de conmutación de circuitos y de conmutación de paquetes han concentrado demasiada inteligencia en cada nodo de la red. En las redes de conmutación de circuitos, los nodos de red no solo son responsables del control de llamadas y del procesamiento de toda la información relacionada con las llamadas, sino también del procesamiento de voz. Al mismo tiempo, en las redes de conmutación de circuitos, muchos servicios necesitan configurar la lógica empresarial relevante en los nodos de la red. Actualmente, muchos servicios requieren procesamiento de datos en la oficina final, lo que también restringe la prestación oportuna de los servicios. En las redes de conmutación de paquetes representadas por las redes H.323, como se mencionó anteriormente, los dispositivos de puerta de enlace también necesitan realizar el control de llamadas y el establecimiento del flujo de medios al mismo tiempo. El retraso en el procesamiento de paquetes es largo y los requisitos para los nodos de red son relativamente altos. Un nuevo concepto propuesto por la tecnología softswitch es separar el control de llamadas, el establecimiento de portador y la lógica empresarial. Cada entidad se conecta y comunica a través de protocolos estándar, de modo que los servicios se puedan brindar de manera más flexible en Internet. El equipo de conmutación por software es en realidad una plataforma de control/conmutación distribuida basada en software y es la entidad que implementa la función de "control de llamadas" de los conmutadores tradicionales controlados por programa. Separa la función de control de llamadas de la puerta de enlace tradicional y expone los protocolos entre servicios, control, acceso y conmutación, logrando así un entorno operativo de red de múltiples proveedores e introduciendo fácilmente múltiples servicios.
El establecimiento de redes de telecomunicaciones que utilizan tecnología softswitch está pasando de la etapa experimental a la etapa comercial. Varios operadores nacionales y extranjeros han dedicado gran entusiasmo a la tecnología softswitch y esperan utilizar la tecnología softswitch para expandir los tipos de negocios. , el propósito de aumentar la cuota de mercado. Desde una perspectiva de estándares, las organizaciones de estándares nacionales y extranjeras están intensificando sus esfuerzos para formular una serie de especificaciones técnicas relacionadas con la tecnología de softswitch. Las normas no solo consideran la tecnología de softswitch como la tecnología central para el desarrollo de redes fijas, sino también como la tecnología de redes móviles. la tecnología central de las redes del futuro. Desde la propuesta y el desarrollo hasta la perfección y madurez de la tecnología de softswitch, aún debe pasar por la prueba de la tecnología y la prueba del mercado.