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分組交換(Packet Switch),有時又稱分組業務(Packet Service),這是移動通信網路發展的早期,針對不同的業務需求及實現方式不同,而提供的分類概念。早期的移動通信網路,主要提供語音業務,也就是我們常說的打電話。語音業務在通信網路上通常需要獨占式的電路通路資源,不同用戶之間要能通話就需要通信網路提供電路交換功能,將彼此獨占式的電路通路資源互相接通,所以稱語音業務為電路交換(Circuit Switch)。

與之相對的,是移動通信網路還希望為用戶提供數據業務,也就是我們常說的上網:通過手機或其他移動終端,能夠訪問網際網路信息。對於大多數數據業務來說(比如瀏覽網頁、收發郵件、BBS等),並不需要獨占的電路通路,物理上的通訊資源可以充分被不同的用戶共享。因此該業務的實現方式就不需要電路(獨占式的電路通路)交換,而只需要完成包交換即可,所以稱之為分組交換(Packet Switch)。Packet被翻譯為分組,是習慣上的原因,英文準確的意思是打包、信息包。

電路交換和分組交換有著不同的套用場景,因此也有著不同的網路架構。當然,隨著技術的發展,如今的電路交換業務往往已經並不需要實際的獨占式的電路交換;在分組交換網路上,同樣也能提供打電話業務,但是與之有關的系統架構和概念仍然被保留下來。

基本介紹

  • 中文名:分組交換
  • 外文名:PS
  • 發展歷史:PS概念源於通用無線分組業務
  • 系統架構:移動通信網路分組域架構區分GSM系和CMDA系
  • 分組交換方式:分組交換分為數據報方式和虛電路方式
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基本概念

CS:Circuit Switch表面意思就是電路交換;CS業務主要是一些語音業務,如64K語音等等。但是也包括一些電路型數據業務,最為常見和經典的就是傳真;
PS:Packet Switch表面意思就是分組交換。PS業務就是常見的數據業務,也包括流媒體業務、VOIP等等。一些網路,如WLAN、LTE等都是沒有CS業務的,他們的語音業務都只能通過VOIP來實現。
在3G網路中,接入網同時連線CS和PS,即核心網分割為CS域、PS域,打電話信號走CS域,數據業務信號走PS域。
所謂分組交換,確切地應該叫分包交換,是將用戶數據分割為一定的長度的報文進行傳輸和交換,每個一定長度的報文就被稱為一個分組(Packet)。在每個分組的前面加上一個分組頭,分組頭中主要為地址信息,用以指明該分組發往什麼地方,然後由交換機根據每個分組的地址標誌,將它們轉發至目的地,這一過程稱為分組交換。這一過程就好比我們寄快遞,都要附上帶有目的地址的快遞單,用於指明該包裹發往何地址,快遞公司根據目的地址,經過若干箇中轉站最終將快遞送到目的地。進行分組交換的通信網稱為分組交換網。

發展歷史

PS概念源於通用無線分組業務(GPRS,General Packet Radio Service)。GPRS一般被認為是移動通信的2.5代技術(2.5G),而PS是第三代移動通信技術提出的概念,它在2.5G的基礎上實現了功能擴展和增強,其最終目的是提供高速的分組數據業務。
第三代移動通信技術,國際上主要有三大標準:WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000。其實不管是在WCDMA、TD-SCDMA還是在CDMA2000中,或是在傳統的GSM網路中,都是存在PS和CS這兩個概念的,這是移動通信技術發展到一定階段的必然產物。

系統架構

移動通信網路分組域架構區分GSM系和CMDA系,其中前者為歐洲主導(由ETSI演變為3GPP組織),主要包括GSM/GPRS/WCDMA等系列技術。中國主導的TD-SCDMA技術僅在無線接入方面與歐洲主導的GSM系有不同,其核心網架構與3GPP規範相同。CDMA係為美國主導,包括CMDA/CDMA 1x/CDMA2000/CDMA EVDO等技術。
GSM系的分組域網路主要由SGSN和GGSN網元組成,其架構如下圖所示:
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移動終端經基站(BTS或NodeB)和基站控制器(BSC或RNC)接入SGSN網元,SGSN根據用戶請求的APN(Access Point Name,接入點名,用於區分不同的接入類型,比如是接入國際網際網路還是某企業區域網路),將用戶的請求訊息送到不同的GGSN網元,然後與GGSN一起合作,為移動用戶創建數據業務的傳輸通路。GGSN網元與目標數據網路連線,是移動用戶在移動通信網路到PDN(Public Data Network,公用數據網路)的出口。
CDMA系的分組域網路主要由PDSN網元組成,系統架構如下圖所示:
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CDMA系的移動終端經基站和基站控制器,直接接入PDSN網元,然後可以直接訪問PDN。如果用戶漫遊到外地,則一般會經過FA(Foreign Agent,外地代理)訪問PDN,或者由FA再經HA(Home Agent,歸屬代理)訪問PDN。

補充說明

分組交換方式

分組交換分為數據報方式和虛電路方式,下面兩張圖表明兩者之間的區別以及工作原理了。
下圖是數據報方式的分組交換,主機H1向H5傳送分組,可以經過A-C-E,也可以選擇A-B-C-E,或者A-B-E等。網路只是盡力地將分組交付給目的主機,但不保證所傳送的分組不丟失,也不保證分組能夠按傳送的順序到達接收端。所以網路提供的服務是不可靠的,也不保證服務質量。這種方式適用於安全性要求不高的、較短的單個分組報文。
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下圖是虛鏈路方式的分組交換。是指在信息傳送之前,在傳送端和接收端建立起一個邏輯連線,然後開始傳送分組,所有的分組在這條邏輯連線上按照固定的路徑進行交換轉發,等通信結束後拆除該邏輯連線。例如主機H1採用虛電路方式向H5傳送分組,所有分組都會經過相同的路徑:A-B-E。和數據報方式相比,虛鏈路方式可以保證分組有序的到達接收端,服務質量得到了保證。
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無論上述那種方式,分組交換採用的都是“存儲-轉發”的機制,從源站傳送報文時,將報文劃分成有固定格式的分組,把目的地址添加在分組中,然後網路中的交換機將源站的分組接收後暫時存儲在存儲器中,再根據提供的目的地址,不斷通過網路中的其它交換機選擇空閒的路徑轉發,最後送到目的地址。

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