因特網(wǎng)起源于20世紀60年代的阿帕網(wǎng)(ARPANET),這是美國高級研究計劃署(ARPA)贊助的分組交換研究項目。
IP網(wǎng)絡與PSTN采用了不同概念的體系結構
PSTN采用電路交換網(wǎng)絡(SCN)體系結構,即實現(xiàn)主叫方到被叫方的端到端連接。這包括兩個不同的層:電路層和交換傳輸層。由于所有信令流量在七號信令系統(tǒng)(SS7)控制網(wǎng)絡上傳輸,傳輸資源無需用于信令流量。PSTN由配置遠程交換模塊(RSM)的大型集中式專用五類交換機和數(shù)字環(huán)路載波(DLC)組成。PSTN提供了很常高的可靠性、優(yōu)異的語音通信服務質量(QoS)及音質異常清晰的語音傳輸。
另一方面,IP網(wǎng)絡采用"盡力"(best-effort)的無連接分組交換網(wǎng)絡(PSN)體系結構,但這幾乎提供不了QoS保證。雖然PSDN用戶群大大小于PSTN,但正在以迅猛速度增長。
電信改革:催化劑
美國在1999年頒布的《電信法》加快了全球電信業(yè)解除管制及放寬條件的趨勢。如今,人們普遍認為這項法案能夠開辟技術創(chuàng)新及價格合理的電信服務的一個新紀元。
但消費者尚未看到任何重大變化。之所以這樣,主要是因為雖然政策發(fā)生了變化,但服務提供商的低層基礎設施變化并不大,創(chuàng)建新服務的周期仍長達12到18個月。
處在傳輸層的網(wǎng)絡提供商認為產(chǎn)品結構是70%的網(wǎng)絡、30%的服務,但顧客認為同一種產(chǎn)品的結構恰好相反:30%的網(wǎng)絡、70%的服務。
網(wǎng)絡提供商應對數(shù)據(jù)迅猛增長采取了兩個辦法:在為語音而設計及優(yōu)化的模擬和TDM網(wǎng)絡上傳輸數(shù)據(jù),或者為大容量數(shù)據(jù)流量建立獨立的并行網(wǎng)絡。過去在語音流量占網(wǎng)絡主要部分的時候,這種方案還行得通。而在數(shù)據(jù)成為主要部分的將來,在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡即聚合網(wǎng)絡(convergence network)上傳輸語音將更切合實際。
聚合網(wǎng)絡:臨時方案
為了保護現(xiàn)有網(wǎng)絡的巨額投資,運營商可能傾向于逐漸遷移至全分組方式的下一代網(wǎng)絡,分十年或更長時間完成,而不是大規(guī)模更換。因此,某種形式的"聚合網(wǎng)絡"(在現(xiàn)有網(wǎng)絡上提供下一代數(shù)據(jù)服務)以彌合PSTN與新興PSDN之間的差別就必不可少。
聚合網(wǎng)絡將允許PSDN和PSTN共存,還允許呼叫始發(fā)于網(wǎng)絡的IP端、終止于PSTN端及相反過程。語音IP(VoIP)使用因特網(wǎng)協(xié)議(IP)讓語音以包的形式在IP網(wǎng)絡上傳輸。在通過IP網(wǎng)絡傳輸之前,語音信號經(jīng)過數(shù)字化處理、壓縮最后轉換成IP包。
這種新網(wǎng)絡將基于兩種基本的構建模塊:核心傳輸/交換層和接入邊緣。最初,核心傳輸/交換基礎設施將基于組成網(wǎng)絡骨干的IP/ATM核心交換機,IP核心支持與因特網(wǎng)相關的流量,ATM核心傳輸基于電路的流量。
雖然IP和ATM將為傳輸層擔當主角,也非常適合于四類/長途電路交換,但五類TDM在一段時間內仍是網(wǎng)絡所需要的。所以電路交換和分組交換將共存一段時期,IP、ATM和TDM都充當配角。最后,IP和ATM網(wǎng)絡將合為一體,而ATM核心則變得透明、IP成為主要協(xié)議。
然而,要建立性能可靠的下一代網(wǎng)絡(NGN),提供相當于PSTN的QoS、撥號簡易性和組合特性如呼叫等待和受話方付費電話,卻面臨重大挑戰(zhàn)。第一個挑戰(zhàn)就是在分組交換當中實現(xiàn)可靠的呼叫信令功能。第二個挑戰(zhàn)是提供及控制QoS。第三個挑戰(zhàn)是建立VoIP/PSTN聚合網(wǎng)絡作為過渡解決方案。最后一個挑戰(zhàn)是遷移至采用綜合的分組模式體系結構(PMA)的NGN。
軟交換:NGN的核心
過去交換機供應商常常提供運行在四類或五類硬件之上的專有應用。這就意味著要長時間等待服務提供商:提供商需要新的應用使自己的服務不同于競爭服務。但這一切將因軟交換(Softswitch)支持的開放式應用編程接口(API)而發(fā)生改變。這種開放式API將允許服務提供商和第三方開發(fā)商可以按照自己的進度開發(fā)創(chuàng)新應用,無須依賴交換機供應商。除了可以迅速創(chuàng)建服務外,軟交換提供的其它優(yōu)點包括:服務差異化、跨異構網(wǎng)絡的互操作性,以及從電路平穩(wěn)過渡至聚合網(wǎng)絡、然后過渡至下一代分組網(wǎng)絡。
軟交換是種軟件,駐留在高可伸縮、高度可靠的分布式體系結構環(huán)境中的容錯服務器上,執(zhí)行一些呼叫控制功能,如協(xié)議轉換、驗證、記帳和管理等操作。由于呼叫控制功能,軟交換必須與PSTN和IP網(wǎng)絡都能夠通信,這意味著軟交換需要解釋幾種協(xié)議,如MGCP、H.323和SIP。
此外,為軟交換API培育強大的開發(fā)人員群體也是軟交換最終取得成功同樣重要的一個因素。
盡管存在這些問題,軟交換注定會成為下一代網(wǎng)絡最重要的部分,預計會給電信業(yè)帶來因特網(wǎng)在90年代經(jīng)歷的同樣的增長率。
QoS:重大挑戰(zhàn)
聚合網(wǎng)絡能否成功,服務質量(QoS)至關重要。除了簡單的保證外,QoS 應該定義明確、量化、易于表述、容易整合,以便用戶使用及購買。
QoS 提供了這樣一種環(huán)境:保留了信號的等時性,即信號能夠"實時"進出,而不會出現(xiàn)失真。就IP語音和實時媒體而言,這意味著需要制訂策略來降低及管理端到端時延,如壓縮/解壓和分組時延、傳輸和緩沖時延及路由時延。包丟失和抖動也值得關注。
QoS 涵蓋了開放系統(tǒng)互連(OSI)模型的全部七個層次,以及每個網(wǎng)絡單元、操作系統(tǒng)(實時調度,線程)、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡、調度和流量管理等問題。
M3(多服務、多技術和多廠商)概念正在促使下一代網(wǎng)絡成為現(xiàn)實。但在這種混合環(huán)境提供QoS保證卻異常困難。每種服務對何謂高質量有著不同要求。語音服務可以接受某種程度的信號丟失,但只接受非常小的延時和抖動以確保證高質量呼叫。另一方面,數(shù)據(jù)服務可以接受某種程度的延時,卻無法接受包丟失。
雖然QoS與帶寬有關,但增加帶寬以獲得QoS 解決不了問題,因為新應用可能立即耗盡可用帶寬。所以即便是光纖到路邊和純光纖網(wǎng)絡,某些問題也恐怕永遠得不到解決。
說到服務質量,需要在帶寬和流量工程與優(yōu)先級劃分之間進行根本取舍。由于帶寬更受制約,流量工程與優(yōu)先級劃分變得更為重要。這種權衡反過來導致了兩種全局QoS 策略:一種與帶寬有關(RSVP),另一種與流量優(yōu)先級劃分有關(Diffserver)。
資源預留(如RSVP)是指網(wǎng)絡資源根據(jù)應用的QoS請求來分配,而QoS請求由帶寬管理策略決定。流量優(yōu)先級劃分(如DifferServ)則是根據(jù)帶寬管理策略對網(wǎng)絡流量進行分類,并對網(wǎng)絡資源進行分配。至于后者,每種應用通信流都有相關的服務類別(CoS),網(wǎng)絡單元根據(jù)CoS對更高要求的一類流量給予優(yōu)先處理。
更適合單一通信流的這種QoS依賴于應用及網(wǎng)絡拓撲結構的種類。最流行的QoS協(xié)議有ReSerVation協(xié)議(RSVP)、差異化服務(DiffServ)和多協(xié)議標記交換(MPLS)。
ReSerVation協(xié)議(RSVP)
多年來用于視頻會議的RSVP通常按照每種通信流提供信令,從而實現(xiàn)預留網(wǎng)絡資源的功能。RSVP對IP網(wǎng)絡上的PSTN電路交換功能具有極高的仿真度。路由器為每種通信流保存了狀態(tài)信息,根據(jù)現(xiàn)有容量分配資源。RSVP缺乏可伸縮性和良好的政策管理機制。
差異化服務(DiffServ)
DiffServ為對網(wǎng)絡流量進行分類及確定優(yōu)先級提供了一種粗劣而簡單的方法。每個包作上標記表明屬于某類服務,然后通過網(wǎng)絡傳輸。路徑上的每個路由器會監(jiān)測包頭,并確定"包調度"。這就不需要在所有路由器上保持單一通信流。DiffServ系統(tǒng)支持"容納控制"(容量不夠時會拒絕用戶)、"包調度"、"流量分類"、"策略"和"規(guī)則"。
多協(xié)議標記交換(MPLS)
MPLS通過網(wǎng)絡路由控制功能,根據(jù)包頭里面的標記提供帶寬管理功能。MPLS路由建立了類似ATM虛擬電路的"固定帶寬管道",但QoS級別要比ATM來得"粗劣"。
MPLS現(xiàn)在成了事實上的標準,也許會成為QoS協(xié)議之爭的"贏家"。然而,盡管存在這些差異,MPLS和DiffServ并不互相排斥。
結論
最終,下一代網(wǎng)絡能夠在基于分組的傳輸/交換基礎設施中,以合適的QoS處理語音、視頻和數(shù)據(jù)通信。它還能提供相當于PSTN的QoS、使用簡易性及組合特性如呼叫等待。
下一代網(wǎng)絡的革命不是指聚合語音和數(shù)據(jù),而是指實現(xiàn)基于分組的寬帶網(wǎng)絡。不像B-ISDN、信息高速公路和第二代因特網(wǎng),NGN不會主要因為低層技術的成熟、遷移至分組網(wǎng)絡基礎設施從而節(jié)省成本以及數(shù)據(jù)在核心網(wǎng)絡的急劇增長所帶來的創(chuàng)利機會而日漸式微。
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