通信網的演變

定義

通信的終端越多，它們之間的通信路徑就越錯綜複雜，縱橫交織，象一張巨大的蜘蛛網一樣。通常，就將這些通信路徑上的媒介和設備統稱為通信網。建立通信網的目的是為了開展某種通信業務，因此，一般按通信業務的不同，將通信網普遍劃分為電話網、數據網和移動通信網。

語音通信

電話網是最早發展起來的通信網，可謂歷史悠久。說起電話網，通常主要指的是公共交換電話網（PSTN），它的通信終端就是我們很熟悉的固定電話。固定電話能用來做什麼呢？當然是打電話啦，這個稍微專業點的叫法就是語音通信。語音通信對傳輸的實時性要求很高。不能說一句話，要等半天才傳到對方的耳朵里，這樣的話誰都很不習慣。所以，語音交換主要是由實時性很好的電路交換機來完成的。所謂電路交換機，就是我們現在所使用的程控交換機，這種交換機當有兩端需要通話時，就會建立一條專用的通話電路，在通話期間為通信雙方所占用，因而實時性很好。

然而電路交換雖然實時性較好，但顯然也很占用資源，也就是比較浪費。為什麼這么說呢？因為每次通話，通話雙方都要占住一條電路不放，而在通話過程中，一般總是一方在說，一方在聽，浪費達50%，再加上沉默、思索、找人、等待等等，據估計，浪費量在60%以上。如果將這60%的空閒資源讓與別人，也就是讓別人來分擔你60%的話費，那有多節省啊。

數據通信

另外，隨著計算機的出現，人們對通信的需求不再僅限於打打電話而已，而是希望計算機的程式之間也能進行通信，比如程式之間互發數據，或者發個傳真，發張圖片，或者發文字訊息等。我們把這類的通信統稱為數據通信。

對於數據通信，從終端到傳輸再到交換，整個系統要服務的對象只有一個，那就是數據。那么數據又如何來理解呢？一般認為以編碼的方式表示的信息就是數據，而且，這個數據要能被存儲、傳輸和處理。譬如計算機鍵盤上的每個字元，都是以ASCII碼在計算機內被存儲和處理的。

既然是有編碼，那無非是一些諸如0和1的數字的組合，為什麼不直接稱為數字通信，而要稱為數據通信？原來數字通信是相對於模擬通信來說的，指的是通信系統中傳輸的是數位訊號（通常是一串脈衝波形），這些信號如果不經過編碼，是沒有攜帶信息的。比如有3個“1”和4個“0”這七個數字，如果不經過編碼，誰知道它們表示的是什麼呢？如果根據ASCII將它們組合為“1100001”或“1100010”，則接收到這組數據的計算機就知道這是字元“a”或字元“b”了，而這也就變成了數據，而不僅僅是數字了。

其實到底是數據通信還是電話通信，咱們現在也不必分得那么清楚了。隨著計算機和信源編碼技術的發展，現在無論是聲音、文字、圖像還是什麼別的訊息，都可以通過信源編碼而形成數據了。所以，數據網大有取代電話網的趨勢，此為後話。

數據通信和語音通信的區別

咱們先來看看數據通信和語音通信都有哪些不同呢？

首先，由於訊息格式不一樣，通信的終端是不一樣的。語音通信的終端是電話，數據通信的終端除了計算機，還有數字傳真機、可視圖文接入設備、智慧型用戶電報終端等等。

其次，對傳輸的可靠性要求不同。數位化的語音信號，對傳輸的誤碼率並不敏感，通常認為在10以下即可，這主要是由於人耳對聲音的感知並不是那么精確的。而數據通信由於涉及到程式處理，輸入不同的數據可能會產生不同的結果，因此對誤碼率的要求較高，通常認為誤碼率應低於10。

再次，通信的平均持續時間不同。據統計，90%的用戶數據通信時間在50秒以下，而話音通信的持續時間平均在5分鐘左右。由於多媒體、流媒體、P2P等業務以及網癮族的增多，這個統計並不一定能準確反映現時的情況，但相信差別也不會太大。因此，數據鏈路的建立時間也應當相應要短，換句話說，要能適應突發的數據傳輸。

還有，對不同的數據，其對傳輸速率的要求可能是不同的。比如象棋遊戲和CS遊戲，我想它們對最低網速的要求應該是不同的。而對於語音通信，我們知道，每路PCM話音都固定是64 kbit/s。

由於數據通信和語音通信有這么大的不同，因此用電話網來傳送數據業務，在通信效率、可靠性和經濟性方面是有欠缺的。而要滿足高速的數據通信的要求，更需要建設專門的數據網，而不能受限於電話網。隨著數據通信的需求越來越多，通過專門的數據網來進行數據通信，其經濟效益也越來越明顯，因此，也就有人願意去投資建設數據通信網了。

分組交換

建設數據通信網的關鍵是分組交換。分組交換的原理是把輸入的數據先分成長度相同的分組，然後將這些分組存到快取器中排隊，等線路一有空就轉發出去。這個分組佇列中不一定是清一色的某路電話的分組，而有可能是好幾路電話的分組。這樣，當一路電話不說話時，那么別的電話的分組就可以利用它空出來的時間進行傳送，線路利用就比電路交換飽滿得多。

在70年代後期，有多個國家都先後建立了公用分組數據交換網（PSPDN）。不可否認，這時的分組交換網（也叫X.25網）在提供低速的分組數據服務時是行之有效的。但隨著數據通信需求的增多，一方面，每個分組交換節點都要進行的存儲轉發和X.25協定處理，會造成很大的延時，使需要實時數據通信的用戶很鬱悶。另一方面，我們前面說過，數據通信的特點是持續時間短，突發次數多，而X.25網又是一種面向連線的分組數據網，因此在傳送的數據量較大時，要通過一次次的連線來完成，這顯然也是不經濟的。

數字數據網（DDN）

於是，人們自然想到，要滿足這樣的數據通信需求，乾脆給它一條專線，讓它折騰去怎么樣？數字數據網（DDN）就是在這種情況下發展起來的。數字數據網（DDN）可以為N×64kbit/s（N=1~31）的數位訊號提供半永久性連線。所謂半永久性連線，指的是電路一旦從網管設定後，兩數據終端之間的連線就是固定的，直到用戶提出業務變更時，才再從網管上進行變更。大家可能都已經想到，半永久性連線，是不是意味著不需要交換機了？沒錯。交換機的作用是實時根據呼叫信令來建立連線或者拆除連線，既然已經是半永久性連線了，那自然是不需要交換機來實時建立連線或拆除連線了。可是如果不需要交換機，那網路中縱橫交錯的線路怎么來連線呢？用交叉連線設備。交叉連線的原理和交換機差不多，只不過是少了交換機的實時信令連線功能。有了DDN的專線連線，雖然還不能滿足寬頻數據的需求，但至少不用再頻繁申請連線了，想發就發，一發即到，延時短，質量高，速率也還可以，那感覺，還是很不錯的！不過，想想看，如果有兩個人，一個在深圳，一個在北京，不管是不是在通信，兩個人都永久地占用這么長的一條線路，是不是好浪費啊！

幀中繼（FR）

答案是肯定的。為了減少這種浪費，人們又想到了一個新的辦法，這就是幀中繼（FR）交換機。怎么又是交換機？前面不是剛說過的嗎，用數據專線就是為了避免頻繁地進行呼叫連線，甚至為了達到專線的目的，把交換機都換成交叉連線設備了，怎么現在又用回交換機了？原來，這個交換機是幀中繼交換機，不同於舊的交換機。有什麼不同呢？首先幀中繼交換雖然也是分組交換，但幀中繼並不象X.25那樣，不是每個交換節點都要通過三層協定來保證傳輸的可靠性，而是將X.25協定簡化為兩層。這樣簡化以後，幀通過交換機時的處理時延就可以大大地縮小了。其次，幀中繼採用了統計復用技術，這點又和DDN不同——DDN採用的是時分復用技術（TDM）。所謂統計復用，和時分復用的區別在於，假設張三李四正在通信，如果他們採用的是時分復用，那么他們的通信數據都各自只固定占用一個時分復用幀中的某一個時隙；而如果他們採用的是統計復用，那么一個時分復用幀中的所有時隙就可能都給張三用，也可能都給李四用，還有可能有一些給張三用，有一些給李四用。通過幀中繼，可以為張三或李四建立了一條到達目的地的“虛電路（VC）”。所謂的“虛”電路，意思是在一條實際的物理鏈路上，可能包含有多條經過統計復用的虛的電路，它們的使用效果跟專線差不多，但線路利用率就高多了。

ATM

幀中繼之後的數據網，就是ATM和IP啦。ATM的最大的目的是要建立一個數據和語音甚至視頻等所有媒體都能通用的網路。為了滿足高性能的數據通信，它需要分組交換；而為了滿足語音、視頻等的實時性，它又需要傳輸延遲足夠小，即交換要足夠地快。為此，它充分吸取了幀中繼的統計復用和虛電路原理，同時對幀中繼的幀進行改造，將幀長變短，且固定長度為53位元組。這樣做的目的是便於通過硬體來加快交換的速度。ATM被稱為是學院派（純技術流）的傑作，很完美，但也很複雜。可惜生不逢時，還來不及證明自己，就被IP的風頭給蓋過了！

IP網

其實凡事看似偶然之中都存有必然，不是說簡單就好嗎？所以ATM搞得那么複雜，被簡單IP搶過風頭那是遲早的事。為什麼呢？因為既然IP能滿足這么多的需求，能把網際網路撐得如此之大，就說明IP更有有過人之處。那么IP最過人之處是什麼？籠統地說，就是它只專注於數據通信，並不是試圖去適應這業務，那業務，而是讓這業務那業務來適應它。IP的理想很簡單，卻抓住了通信的未來。因為既然一切訊息都可以通過信源編碼來轉換為數據，那么專注於數據通信，也就抓住了通信的未來。

NGN網

通信的未來是什麼樣子的呢？考慮到經濟社會，一切都需要花錢，因此要看清未來的通信網方向，我們不能從純技術的角度來分析。而要關注經濟效益，技術必須要為經濟服務，上面的通信網的一步步的發展，就是遵循這樣的原則的。當前，電信運營商都有各種通信業務，如語音、移動、數據等基本業務，將來多媒體流媒體等新業務也可能會迅速增多。而為了開展這些業務，到目前為止，運營商是分別通過電話網、移動通信網和數據網來提供的。這極大地增加了運營成本。難道將來多媒體業務來了，又要單獨建一張多媒體通信網嗎？然後又有新業務，又建一張新網嗎？這樣疲於應付，顯然誰都會覺得難以為繼。於是，呼喚一張能適應過去、現在和將來所有可能業務的下一代通信網（NGN）的聲音，就出現。

顯然，下一代通信網的目的是可以靈活、快速地提供業務；可以實現網路大融合；可以滿足多種用戶的不同需求；網路建設和運營成本低。而要實現靈活、快速地提供業務，就需要一個開放的網路架構，將傳統上鐵板一塊的業務、呼叫控制和承載（帶路由功能的傳輸）分離為獨立的網路單元，各單元之間採用標準、開放的接口協定。而要實現網路大融合，就需要綜合考慮電信網、有線電視網、計算機網等網路的特點，建設高速分組核心網。這一網路架構，也稱為軟交換結構。

在軟交換的架構中，呼叫控制都統一由軟交換來提供，各種用戶終端，如固定電話、行動電話、ADSL、計算機等等，只需通過網關接入NGN，即可互連互通，實現基本的電信業務。而對於彩信、彩鈴、視頻點播等等增值業務，可以架設相應的套用伺服器（NGN套用層功能），通過軟交換提供的接口和協定接入到NGN，即可在全網範圍內提供該業務。如果NGN能夠建成，對於運營商來說，今後無論什麼業務，都只需要維護和管理一張網，而且這張網還具有很好的擴展性，可持續發展，因此建設和運營成本自然也就低了。