信息交換技術的發展趨勢

摘要：對電信行業而言，交換是一個非常重要的概念。從傳統的步進制交換機，到縱橫制交換機，直至程控數字交換機和ATM交換機都離不開交換的概念。所以對傳統的電信行業，20世紀實際上是一個以交換為核心的世紀。然而在數據技術領域引入交換這個名詞則實為一種時髦。因為交換在人們的印象中是一種很“COOL”的概念，以至于不采用交換一詞就無法顯示數據節點機的時代價值。其實，數據交換的本質是“存儲轉發”，當存儲轉發的過程快到一定程度時，人們就習慣地將其稱之為交換。也就是說，交換在數據領域是一個相對概念。

關鍵詞：電信行業交換數據領域

在新世紀到來的時候，其實人們早已將交換概念的內涵擴展了，其外延一直延伸至廣義的信息交換。這樣做的結果一方面豐富了交換的概念，另一方面也導致了一些困惑。所以我們說人類技術的進步已經進入了一個交換新世紀。這里交換的概念不僅涉及對延時敏感的話音，而且包含數據交換和視頻交換。也就是說現在的交換概念不再是電路交換，也不完全是分組交換，而是信息交換。

由于分層概念是新通信基礎設施的關鍵之一，所以信息傳遞也是分層的，這才有了分層交換的概念，才有了我們經常聽到的各種交換的新名詞，如第二層交換、第三層交換、第四層交換。其實最基本的交換還是第一層，即物理層的交換，傳統電話交換系統就是采用的這種交換。在其它層的交換實際上是一種軟交換或虛擬交換。

最初交換的概念是由硬件派生出來的，但是現在已經可以由軟件和固件實現，如采用ASIC實現的第二層、第三層交換，甚至是第四層交換。正是這種概念的革新，才常使一些墨守經典交換概念的人感到費解和困惑。

過去，交換的概念幾乎是面向連接的服務的專利，但是現在交換的概念已將會晤過程分解為更多的子過程，只要其中一部分采用了交換，就對此技術冠以時髦的交換概念/名稱。過去的交換概念主要在物理層，所以具有確定性和穩定性，譬如PSTN交換機、DDN和交叉連接設備，但是現在交換的概念已經擴展至協議推的各層，而且是從統計的角度來定義的。這里連接的概念已經讓位給流的概念，當然流是需要識別的，因此才有了標簽技術。當然，不同的應用協議會帶來不同的流特征和標簽體系。

具體而言，新交換的概念可以應用在局域網和／或廣域網。最早在局域網中的交換概念是第二層交換，它是為了解決以太網共享帶寬瓶頸問題而提出的，采用了MAC地址作為識別交換端口的標識。但是值得注意的是，在廣域網中早就采用了第二層交換，如幀中繼和ATM交換。

在現代數據網中，路由器是網絡的核心構件。但是由于它對每個分組都要進行第三層處理，所以速度受到限制。因此，路由器設備廠商便千方百計提高節點機的速率，當然采用硬件實現原來由軟件實現的第二層，甚至第三層功能是一種方案，再者簡化第二層和第三層的處理功能也是一種方案。顯然，將兩者同時實現更是一種理想。交換技術相對于路由技術的好處就是快，當網絡規模很大時，高速，大容量路由器是十分必要的。另一方面，由于現代通信網絡大都采用光纖技術，所以現在數據網絡的主要瓶頸是節點/路由器。現在的L3交換、路由交換或其它名詞都是這種思路的結果。雖然L3交換最初也是為LAN設計的，它采用目的IP地址進行交換，但是現在這種技術也已經開始在WAN中使用。

在網絡邊緣，由于服務器應用越來越多，出現了新的網絡邊緣瓶頸，因此第四層交換的概念開始在用戶側或局域網測產生。L4層能夠基于端口地址實現交換，通常聽到的基于策略的路由選擇就是在L4層完成的、L4交換多用于分布式系統，以提高訪問速度。顯然，目前在廣域網中還無法應用L4交換，但是未來的網絡智能節點有可能在第四層實現某種形式的交換。

交換的概念固然很好，但是其發展并非一帆風順。如果我們能夠利用硬件實現路由器的各層功能，就可以實現端口線速處理能力，消除路由器的處理瓶頸。挑戰10Gb/S、100Gb/S、甚至1000Gb/S的交換式路由器將是新世紀初的艱卜仟務。但是這里的挑戰實往太多，怎樣才能在既提高速度，又不失靈活性的條件下實現高速路由器呢？未來的趨勢將是軟件硬件化，即用智能硬件實現傳統的軟件功能，以及硬件軟件化，即可編程硬件。人們希望演過電路將在下一世紀為高速信息交換敞開大門。另外，協議的并行處理技術也將個新世紀扮演十分重要的角色。

在人們對自然、社會和信息應用以及對事物的認識總是從簡單到復雜，從確知規律到統計規律。信息交換技術發展的規律也不例外，在下一世紀，這種潮流將逐漸形成主流。更多的統計和智能控制技術將應用于交換系統，產生諸如ActiveFlow，SmartStream等新的交換模型。其實，信息交換技術一直在不停地發展，各層獨立發展的道路似乎已經走到了盡頭。因此才有將各層交換集成在一