挑逗上帝79556269
范文一：软交换的工作原理
《通信网》期中论文
论文题目 软交换的工作原理
姓 名 学 号 学 院 电气工程学院 专业班级 2009级通信工程3班
软交换的工作原理
专业： 姓名：
摘 要 本文首先介绍了软交换的基本概念，软交换技术是一个分布式的软件系统，可以在基于各种不同技术、协议和设备的网络之间提供无缝的互操作性，其基本设计原理是设法创建一个具有很好的伸缩性、接口标准性、业务开放性等特点的分布式软件系统。然后对软交换的体系结构，主要设备及其技术要求，软交换的组网方式等进行了论述。
关键词 软交换原理，软交换设备，技术要求，软交换协议
ABSTRACT
This paper first introduces the basic concept of soft switching, soft switching technology is a distributed software system, based on the different kinds of technologies, protocols and devices network between providing seamless interoperability, its basic design principle is to try to create a good scalability, interface standards, business opening the characteristics of distributed software system,. Then the soft exchange architecture, main equipment and technical requirements, the soft exchange network mode are discussed.
Key Words：The principle of soft switching, soft switching equipment, technical requirements, the soft exchange agreement
1. 软交换的概述
1.1软交换的定义
广义软交换定义：泛指一种体系结构，利用它可以构件下一代网络，通常 称之为软交换系统。
狭义软交换定义：是一个基于软件的分布式控制/交换平台，通常称之为 软交换设备。是网络演进以及下一代分组网络的核心设备之一，它独立于传输网络。
1.2 软交换的概述
自从第一款产品在电信市场上成功推出以来，“软交换”这个概念已经成为电信行业中倍受青睐的时髦用语。由于既能执行与基于硬件的传统电话交换机相同的功能，又能同时处理IP 通信，软交换技术承诺可提供许多优势，如轻松整合电路交换和分组交换、降低网络成本以便运营商更快获得收入。
随着通信网络技术的飞速发展，人们对于宽带及业务的要求也在迅速增长，为了向用户提供更加灵活、多样的现有业务和新增业务，提供给用户更加个性化的服务，提出了下一代网络的概念，且目前各大电信运营商已开始着手进行下一代通信网络的实验。软交换技术又是下一代通信网络解决方案中的焦点之一，已成为近年来业界讨论的热点话题。我国网络与交换标准研究组已经完成了有关软交换体系的总体技术要求框架。
软交换的概念最早起源于美国。当时在企业网络环境下，用户采用基于以太网的电话，通过一套基于PC 服务器的呼叫控制软件，实现PBX 功能（IPPBX ）。对于这样一套设备，系统不需单独铺设网络，而只通过与局域网共享就可实现管理与维护的统一，综合成本远低于传统的PBX 。由于企业网环境对设备的可靠性、计费和管理要求不高，主要用于满足通信需求，设备门槛低，许多设备商都可提供此类解决方案，因此IP PBX应用获得了巨大成功。受到IP PBX成功的启发，为了提高网络综合运营效益，网络的发展更加趋于合理、开放，更好的服务于用户。业界提出了这样一种思想：将传统的交换设备部件化，分为呼叫控制与媒体处理，二者之间采用标准协议（MGCP 、H248）且主要使用纯软件进行处理，于是，SoftSwitch （软交换）技术应运而生。
软交换概念一经提出，很快便得到了业界的广泛认同和重视，ISC （InternationalSoftSwitchConsortium ）的成立更加快了软交换技术的发展步
伐，软交换相关标准和协议得到了IETF 、ITU －T 等国际标准化组织的重视。 根据国际Softswitch 论坛ISC 的定义，Softswitch 是基于分组网利用程控软件提供呼叫控制功能和媒体处理相分离的设备和系统。因此，软交换的基本含义就是将呼叫控制功能从媒体网关（传输层）中分离出来，通过软件实现基本呼叫控制功能，从而实现呼叫传输与呼叫控制的分离，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面。软交换主要提供连接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和呼叫详细记录等功能。与此同时，软交换还将网络资源、网络能力封装起来，通过标准开放的业务接口和业务应用层相连，可方便地在网络上快速提供新的业务。
2.软交换的体系结构
软交换是下一代网络的核心设备之一，在下一代网络中，应有一个较统一的网络系统结构。软交换位于网络控制层，较好地实现了基于分组网利用程控软件提供呼叫控制功能和媒体处理相分离的功能。
软交换与应用/业务层之间的接口提供访问各种数据库、三方应用平台、功能服务器等接口，实现对增值业务、管理业务和三方应用的支持。其中：软交换与应用服务器间的接口可采用SIP 、API ，如Parlay ，提供对三方应用和增值业务的支持；软交换与策略服务器间的接口对网络设备工作进行动态干预，可采用COPS 协议；软交换与网关中心间的接口实现网络管理，采用SNMP ；软交换与智能网SCP 之间的接口实现对现有智能网业务的支持，采用INAP 协议。
通过核心分组网与媒体层网关的交互，接收处理中的呼叫相关信息，指示网关完成呼叫。其主要任务是在各点之间建立关系，这些关系可以是简单的呼叫，也可以是一个较为复杂的处理。软交换技术主要用于处理实时业务，如话音业务、视频业务、多媒体业务等。
软交换之间的接口实现不同与软交换之间的交互，可采用SIP －T 、H ．323或BICC 协议。
3.软交换网络中的主要设备
3.1 软交换设备（SS ）
作为系统的控制核心，完成协议适配、呼叫处理、资源管理、业务代理等，并作为系统的对外接口完成和其它系统的互连互通功能。
3.2 信令网关（SG ）
功能：位于No.7信令网和IP 网的关口，对信令消息进行中 继、翻译或终结处理
应用： No.7信令网关，完成No.7信令消息与IP 网中信令消息的互通
用户信令网关，主要用于ISDN 接入IP 网用, 通常与MG 在同一物理设备中
协议：SigTran
3.3 中继媒体网关（TG ）
在软交换的控制下，完成流媒体的转换功能，主要用于中继接入。 功能：将一种网络中的媒体转换成另一种网络所要求的格式。 分类：中继媒体网关, 主要完成传统C4/C5的汇接接入；
综合接入媒体网关, 主要完成各种用户和接入网的接入。 协议：MGCP ，H.248
3.4 接入媒体网关(AG)
在软交换的控制下，完成流媒体的转换功能，主要用于终端用户、PRI 、BRI 、V5接入
功能：媒体资源功能， Tone detection, speech synthesis, speech recognition
媒体控制功能， Play prompt, record message 协议： MGCP，SIP
3.5 IAD
主要完成终端用户的语音、数据、图象等的综合接入功能。
3.6 应用服务器
利用软交换提供的应用编程接口（API ），通过提供业务生成环境，完成业务创建和维护功能。
4.软交换设备的技术要求
4.1 NGN的控制核心：软交换设备
软交换机(Softswitch）是一种功能实体，为下一代网络具有实时性要求的业务提供呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。
软交换可继承原有PSTN/ISDN网络的业务特性，因此采用软交换技术实现传统的TDM 交换演进到NGN 已成为业界的共识。
4.1.2软交换机提供业务的方式
基本业务和补充业务都是在 Softswitch 中直接完成的
新业务提供方式有三种
通过API 开放业务，由Application Server或第三方业务平台放业务逻辑， Softswitch 负责业务具体的实施；
Softswitch 充当SSP, 通过 INAP 和智能网中已有的 SCP 通信，重用目前已经存在的智能业务；
直接在 Softswitch 本机上提供增值业务（如800号、移机不改号）
4.1.3 软交换机的功能分工
软交换机其功能可以分为电话呼叫服务器、SIP 服务器等
电话呼叫服务器：通过媒体网关控制协议实现对所属中继网关和接入网关的控制，实现基于分组承载网络的PSTN/ISDN 业务特性。部分设备制造商将这类服务器再细分为汇接（长途）层面的呼叫服务器、端局层面的呼叫服务器和移动呼叫服务器。
SIP 服务器：提供SIP 代理、注册、定位等SIP 协议处理功能，实现基于分组网络的SIP 终端多媒体通信的能力。
4.1.4 软交换设备的设置方式
综合设置方式
在控制层提供单一机型的软交换控制设备，支持多种协议，同时具有电话呼叫控制器和SIP 服务器等多种功能。 分散设置方式
根据不同的功能需求，提供不同类型的软交换控制设备，控制不同的媒体网关和终端设备，以分别提供传统固话业务、移动业务、IP 多媒体业务。
4.1.5 软交换设备的操作平台
C-PCI 平台：采用符合Compact PCI标准的电信级平台，采用通用或专用的实时操作系统。已有多数电信设备厂商推出。
交换机平台：有一部分的软交换机是从传统TDM 交换机升级而来。
商用服务器平台：主要以SUN 商用服务器平台为主，采用商用的操作系统。几乎所有的NGN 设备制造商均推出了此类软交换机。
4.2媒体网关设备技术要求
4.2.1 媒体网关分类
中继网关（TG) ，提供2M 中继接口，实现64K 电路与分组中继的语音编码格式的相互转换，一般放置于局端，与分组骨干网相连 。
用户驻地网关（AG 或RG) ，提供各类传统用户的接入端口，实现基于分组网承载的传统用户接入，端口数量在100以上，一般放置于局端或小区内，与分组城域网相连。
综合接入设备（IAD ），实现用户的数据、语音的综合接入，提供1～48不等数量的用户接入端口，一般放置于楼道或用户家中，通过LAN 或ADSL 接入网络。
4.2.2 分组语音承载类型
TG 或AG 可支持 IP 承载：VoIP
ATM 承载：VoATM(AAL1/2)、VoIPoATM(AAL5) IAD 可支持
IP 承载（网络侧为以太网接口）：VoIP
xDSL 承载（网络侧为xDSL 接口）：如VoADSL
4.2.3 语音编码技术
从模拟话音信号到VOIP 的分组包需要经过以下几个过程：
300-3.4KHz 的模拟语音信号的数字化过程，成为64kbit/s 速率的PCM 语音信号。
PCM 信号经过各种方式的压缩编码，成为各种速率的压缩语音信号。 增加RTP 头、UDP 头、IP 头后，成为VOIP 分组包。 语音编码种类
G.711:64Kb/s（无压缩） G.729a:8Kb/s
G.723.1:5.3kbit/s或6.3kbit/s（可跟据网络情况自动调整速率）
语音静荷大小：一个语音分组所包含语段信息的时间长度，单位一般为ms 。 采用同样的编码器时，语音静荷越大，数据包利用率越高，带宽占有越小，如G.711(20ms）需占有带宽83.6Kb/s,G.711（5ms ）需占有带宽142.4kb/s。 语音静荷越大，引入的时延也越大。
4.2.4 语音处理技术
时延的处理
时延指标
ITU-T G.114建议单向延迟最低门限：<400ms pstn=""><>
软交换系统要达到接近PSTN 的质量：<250 ms="" 。="">
算法时延：与语音编码器的类型有关, 压缩率越高，时延越大 处理时延：与语音静荷大小和设备处理能力有关 网络时延：网络传送时延，是最为显著的时延。
缩短时延的方法：提高设备处理能力，选择合适的编码器，对时延敏感的业务应设置高传送优先级。
对抖动（jitter ）的处理
抖动是指IP 包传输时间的长短变化，导致话音的断续及部份失真，影响音质 。
国标中要求网络时延抖动必须在80MS 以内。
抖动缓冲技术：话音包到达时首先进入缓冲池暂存，系统以稳定平滑的速率将话音包从缓冲池中取出、解压、播放给受话者。 增加整个系统的延迟时间， 要具备缓冲区大小动态调整
回声消除（EC)
回声是由远端电话设备（主要是2/4线转换）将讲话者语音的信号反馈回来产生的。
传送时延越长（>50ms），回声越严重。 媒体网关通过回声消除器来实现回声的抵消
静音压缩（VAD) 和舒适噪音(CNG)的产生
为节约带宽，当呼叫的双方长时间不通话时，需要对静音进行压缩 。
当环境过于安静时，媒体网关要能够生成舒适噪音，以满足人们的听觉习惯。
分组丢失的帧侧和补偿
如果网络中的分组丢失过多，会影响到通话的质量，会出现断话等现象。
对于分组丢失的处理包括预防和补偿两步：预防就是要将语音等业务打上高的优先级，当网络出现拥塞时，优先传送这类业务；补偿就是媒体网关设备必须能够实现对丢失分组的再生功能。
4.3信令网关的技术要求
4.3.1信令网关功能
在现有网络和NGN 网络互通的信令层面，必须首先保证现有网络和NGN 网络中的交换设备使用相同的应用层协议，同时，由于NGN 网络在承载层和现有网络不同，所以，在两个网络中的承载信令部分，分别使用窄带信令承载，和宽带信令承载，而信令网关就是两种承载进行转换的专用网关设备。
4.3.2 信令网关的组网方式
图2信令点组网方式（1）
图2信令点组网方式（2）
信令转接点组网方式
图3信令点组网方式
MGCP/H248
图4 内置信令网关
4.3.4 信令网关作为宽带IP Network STP
独立的信令网关可实现STP 功能，组建基于IP 的七号信令网。
图5 基于IP 的七号信令网
5.软交换组网技术要求
5.1软交换组网
5.1.1单平面结构
所有SS （软交换机） 均了解全网的路由设置数据， 任一SS 的增加和减少，所有的SS 均需要做路由数据更改。
图6 单平面结构
5.1.2 多域平面结构（路由服务器方式）
引入路由数据分层的概念，即SS 仅了解一定区域的路由设置数据，在SS
图7 多域平面结构
5.1.3 分级结构
在软交换控制设备之上增加一层代理服务器或高级软交换机。
代理服务器或高级软交换机接受下级软交换送来的呼叫控制信号，完成被叫用户的寻址, 和呼叫的接续处理功能。在这种情况下，呼叫信号的传递路径大于一跳。
图8 分级结构
6.软交换网络中的协议
6.1 协议种类
软交换与网关之间：H.248、MGCP
软交换之间：SIP-T 、BICC
软交换与信令网关之间：SIGTRAN(SCTP、M3UA 、M2UA 、M2PA)SIP 、H.323
6.2软交换协议分类
呼叫控制协议
H323：由ITU-T 推出，基于二进制，用于IP 电话、视频通信的协议体系，软交换体系中主要应用于软交换与H323 GK、软交换与H323 GW /终端之间、H323终端之间。
SIP ：由IETF 推出的基于文本的会话通信协议，主要应用于SIP 服务器（软交换）之间、SIP 服务器与SIP 终端之间、SIP 终端之间。
SIP-T ：SIP 协议的扩展，用于在软交换机之间透传ISUP 的负载消息，ITU －T
对SIP-T 作进一步完善，称为SIP-I 。
BICC ：ITU-T
6.3 软交换协议
用户 /业务
数据库 呼叫控制
图9 协议体系
6.4 软交换协议分类
6.4.1 呼叫控制协议
H323：由ITU-T 推出，基于二进制，用于IP 电话、视频通信的协议体系，软交换体系中主要应用于软交换与H323 GK、软交换与H323 GW /终端之间、H323终端之间。
SIP ：由IETF 推出的基于文本的会话通信协议，主要应用于SIP 服务器（软交换）之间、SIP 服务器与SIP 终端之间、SIP 终端之间。
SIP-T ：SIP 协议的扩展，用于在软交换机之间透传ISUP 的负载消息，ITU －T 对SIP-T 作进一步完善，称为SIP-I 。
BICC ：ITU-T 推出的与承载网络无关的呼叫控制协议，功能与ISUP 类似。
6.4.2 网关控制协议（主从控制协议）
MGCP:早期使用的网关控制协议，由IETF 制定，应用于软交换与TG/AG/MS/IAD之间。
H248/MAGACO:由ITU/IETF共同制定，功能与MGCP 类似，但在多媒体业务实现、协议维护管理等方面比MGCP 有优势。
6.4.3 媒体流传送协议
RTP ：IP 实时媒体流传输协议，用于承载各类编码的语音、视频信号。
RTCP ：IP 实时媒体流传输控制，与RTP 同时使用，用于传送媒体流QOS 的反馈信息。
6.4.4 信令传输协议（SIGTRAN)
M3UA ：适配七号信令MTP3层的消息
M2UA/M2PA: ：适配七号信令MTP2层的消息
IUA:适配ISDN Q.931协议
V5UA:适配V5协议
SCTP:在适配协议下层提供可靠的传输服务, 与TCP/UDP并列为IP 网的传输层协议。
6.4.5 业务调用协议
SIP:可应用于软交换机与应用服务器之间
INAP ：软交换（SSF ）－SCP
CAMEL:软交换（Mobile SSF）－Mobile SCP
6.4.6策略控制协议
COPS ：用于策略下发与响应信息上报。
6.4.7网管协议
SNMP:由IETF 定义，广泛应用于计算机界、IP 网的网管协议，在软交换体系中应用最普遍。
Q3:TMN框架内定义的网管接口协议，适用于ATM 网关或部分由电路交换机改造的软交换。
MML ：人机命令接口，部分软交换采用。
6.4.8 数据库访问协议：
LDAP （Lightweight Directory Access Protocol），适用于SIP 服务器与数据库之间或软交换与路由服务器（RS) 之间的数据访问。
MAP ：应用于软交换机（MSC/VLR SERVER）与HLR 之间
6.4.9 API的协议:
CORBA ：分布对象技术，API 常用。
SIP ：用于基于SIP 的API
参考文献
【1】奥特斯曼 《软交换技术》 电子工业出版社
【2】赵学军 ，陆立， 林俐等 《软交换技术与应用》 人民邮电出版社
【3】赵学军 《软交换技术问答》 人民邮电出版社
范文二：软交换技术原理
1/82软交换网络设备的技术要求
3/82
完成电路交换网和分组交换网之间SS7转换的功能
中继媒体网关（TG ）
主要完成终端用户的语音、数据、图象等的综合接入功能。应用服务器
5/82
7/82
在控制层提供单一机型的软交换控制设备，支持多种协议，同时具有电话呼叫控制器和SIP 服务器等多种功能。
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13/82
中继网关（TG) ：提供2M 中继接口，实现64K 电路与分组中继的语音编码格式的相互转换，一般放置于局端，与分组骨干网相连。
用户驻地网关（AG 或RG):提供各类传统用户的接入端口，实现基于分组网承载的传统用户接入，端口数量在100以上，一般放置于局端或小区内，与分组城域网相连。
综合接入设备（IAD ）：实现用户的数据、语音的综合接入，提供1～48不等数量的用户接入端口，一般放置于楼道或用户家中，通过LAN 或ADSL 接入网络。15/82
IP 承载：VoIP
ATM 承载：VoATM(AAL1/2)、VoIPoATM(AAL5)
IAD 可支持
IP 承载（网络侧为以太网接口）：VoIP
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时延的处理
时延指标
PSTN 的语音端到端时延：<>
在分组网上传送话音的时延可以分为几类：处理时延：与语音静荷大小和设备处理能力有关
缩短时延的方法：提高设备处理能力，选择合适的编码器，对时延敏感的业务应设置高传送优先级。19/82
对抖动（jitter ）的处理
国标中要求网络时延抖动必须在80MS 以内。增加整个系统的延迟时间，
20/82
23/82
25/82
27/82
29/82MGCP/H248
IP Network
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33/82
引入路由数据分层的概念，即SS 仅了解一定区域的路由设置数据，在SS 之上增加一层路由服务器用于对其他区域被叫用户的寻址
路由服务器不做呼叫控制信号的传递，呼叫控制信号的传递最多需要一跳
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软交换机
关键单板冗余备份
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虚拟网关：同一网关划分为若干部分（虚拟网关），每一部分可受不同的软交换控制。若有软交换故障，则只影响该网关部分的话务接入
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软交换与网关之间：H.248、MGCP
软交换之间：SIP-T 、BICC
软交换与信令网关之间：SIGTRAN(SCTP、M3UA 、M2UA 、M2PA)
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H323：由ITU-T 推出，基于二进制，用于IP 电话、视频通信的协议体系，软交换体系中主要应用于软交换与H323 GK 、软交换与H323 GW /终端之间、H323终端之间。SIP-T ：SIP 协议的扩展，用于在软交换机之间透传ISUP 的负载消息，ITU －T 对SIP-T 作进一步完善，称为SIP-I 。
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MGCP:早期使用的网关控制协议，由IETF 制定，应用于软交换与TG/AG/MS/IAD之间。
RTP ：IP 实时媒体流传输协议，用于承载各类编码的语音、视频信号。
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M3UA ：适配七号信令MTP3层的消息
M2UA/M2PA: ：适配七号信令MTP2层的消息
V5UA:适配V5协议
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范文三：软交换的发展
软交换的发展（第一部分：简介与背景）
原文地址：http://networkheresy.wordpress.com/2011/06/14/the-rise-of-soft-switching-part-i-introduction-and-background/
【这个系列由Jesse Gross, Andrew Lambeth, Ben Pfaff, Martin Casado 撰写而成。Ben在OpenFlow的设计实现初期就参与并一直持续地在做出贡献，他也是Open vSwtich的主要开发者之一。 Jesse也是Open vSwtich的主要开发者之一并负责和kernel的对接与数据通路。Andrew在虚拟网络界混了很长的时间了，其在VMware主导开发了VDS分布式交换项目。这些作者目前都工作在Nicira（开发OVS的公司）】
你有多少次被卷入这样的争论中了？
网卡厂商：”你应该把虚拟机的网络放在网卡上去做。它能直接访问主机内存并且能使用一颗带TCAM（三态内容寻址存储器，主要用于快速查找ACL、路由等表项）的交换芯片来做快速查表。比x86芯片查得快多了，很明显网卡是做虚拟机之间网络的正确地方。“
交换机厂商：”扯淡，你应该把虚拟机网络放在交换机上去做。只需要加一个标签把它发出去，让专业人士来做交换与路由吧。不仅是因为有更大的TCAM（读者可以想象一下交换机比网卡大多少），而且那正是我们的赖以生存的技能啊。你既然可以把外部网络放心地交给Cisco，那虚拟机间的网络也交给我们处理吧。交换机是做虚拟机之间网络的正确地方。“
主机软件厂商：”你们两都错了，虚拟机网络应该在主机里用软件来实现。软件是灵活高效的，而且主机对虚拟机的各种属性比如寻址与迁移已经有了丰富的了解。主机软件才是做虚拟机之间网络的正确地方。“
我怀疑那些熟悉这些争论的人都快被他们搞晕了，赤裸裸的市场行销被粉饰成一场技术讨论。对于这个观点的讨论充斥着太多市场方面的杂音。为啥呢？可能是因为它像屠龙刀，谁拿到便可一统江湖。虚拟机网络的接入层发展尚不到十年，这是一个能从里到外控制网络的机会。已经给传统的硬件厂商带来了很大的危险感。
幸运的是，不管市场如何争辩其中的细微差别，我们相信技术讨论是会正确地向前走的。
这个系列文章的目的是探讨一下在虚拟化边缘网络（指还没有接入到传统物理网络之前的网络）的技术实现上，软件与各种硬件实现的区别（直通，加标签，在网卡上做交换等等）。当前计划是分三章。首先，我们对当前的各种提案做一个大概的浏览。在下一章里，我们将聚焦软交换的实现。最后我们将描述一下我们希望硬件生态系统如何演进以对网络在虚拟边缘提供更好的支持。
不是我吹牛，对于绝大多数部署环境来说，软交换绝对是正确的选择。这个所谓的正确是指灵活、强力、经济，最后：它真的很快。现在的Vswitch可以在耗费一个核20%的情况下处理1G的带宽，在处理10G时需要一个核。下一章我们会具体讨论下数据的长度。
在我们正式开始之前，可以先说下作者的偏见。这没什么可隐晦的，我们都是软件开发者，自然对软件解决方案有一种天然的倾向性。而且，本文作者们正在开发的OVS（以后就用OVS代指Open vSwitch）致力于同时支持硬件（网卡和第一跳交换机（即VM的接入层交换机））和软件转发模式。事实上，在一些比较重要的部署环境里，我们致力于让OVS直接运行在硬件交换机上。
好吧，回归本章正题：背景。
一般来说：虚拟边缘网络是指如何对虚拟机的流量进行转发和策略控制。由于虚拟机是共驻于宿主机上，因此有两个选择，一个是在主机侧直接用软件来实现，一个是把它发出去到硬件上做完决策后再发回来。
我们先来大致瞧瞧目前主流的几种讨论方案：
加标签+发卡弯：这种方案是把虚拟机间的数据先发出主机，让接入层硬件交换机来做第一次的转发。不出意料地，这是HP（VEPA是在主机外的接入层交换机做第一次交换）和Cisco（VN-tag在把数据由主机外侧的接入层交换机上发至核心交换机做第一次转发）主推的方案 。
想法其实很简单，当虚拟机发包时，包被加上一个标签后发至第一跳交换机（第一跳是指第一次有查表转发的行为，普通网卡单纯只是把包发到交换机上当然不算，有的交换机也做这样的事，只是把包汇聚到上层交换机，自己不做查表转发），交换机对报文进行查表转发，如果下一跳是在同一宿主机上的另一个虚拟机，报文就再次被发回到主机（这就是发卡弯的说法来源）后转给目的虚拟机。打标签的工作既可在主机侧的vswtich（这时候的vswitch应该就不再具备转发的功能，只是作为主机与虚拟机的一个桥梁）上做，也可在直通模式下放在网卡上做（稍后细说）。
这个方案的理由在于让具有专业功能的硬件交换机来做报文的转发及策略比软件要快的多。在下一章，我们将讨论一下在虚拟网络边缘处：硬交换一定比软交换强很多么？（我看不一定）
发卡弯有两个显而易见的缺点。首先：虚拟机间的带宽受第一跳硬件的限制。然后：这大大地消耗了虚拟机与外部网络通信的带宽。
也许在DMA和数据发送（应该是指网卡的行为）上的耗费并没有引起显著的延迟，但是如果把交换决定权给一个远端的设备，你将失去虚拟机间收发报文时宝贵的上下文信息，包括（也许有）这些虚拟机里的应用程序。
再来看一下这些标签本身，对于VN-tag，Cisco建议在以太包头里（MAC地址后）新增一块区域（这就改变了传统的以太网报文格式，因此就需要造新的硬件来支持...），HP作为VEPA的一个主推者，决定使用现有的VLAN-tag（和源MAC），这样现在的大多数既存设备就可以支持了。无论哪种标签，不过是数据的几个Bit而已。一个新的标签VN-tag（需要新的ASIC（特殊应用集成电路，一般用于交换机中做查表转发，是交换机的灵魂））也好，利用既存的标签（通常使用VLAN和MPLS（多协议标签交换，MPLS包头是插入在传统的第二层数据链路层包头和第三层IP包头之间的一个32位的字段））也罢，功能是没有区别的。
盲目地相信MAC认证：另一个方案是在虚拟网络边缘通过MAC地址来识别虚拟机。看起来有些厂商想把现有的NAC（Network Access Control）解决方案推销给虚拟化市场，我呸。
无论什么时候，只要没有主机的参与，这个方案就会有一大堆问题。它基本不提供虚拟机间的管理策略，它可以轻易地被源MAC欺骗行为所愚弄，而且经常依赖主机的一些特定行为以决定动态事件，愚不可及。这将是是我最后一次提到它，因为它实在不是一个可行的方案。
在网卡上做交换：另一种比较流行的方案是在网卡上做虚拟机间的网络交换。它有两个可取之处。第一：如果使用直通模式的话，主机侧将被绕过，因此需要有个地方来做报文的分类转发。第二：在硬件上进行报文转发要比软件快。
然而，在网卡上做交换并未跟上发展的步伐（而且我们也不相信它能取得什么显著的进展）。使用直通将舍弃掉很多虚拟机带来的好处（下文细说），而且在网卡上做DMA也并不是毫无花销的，更重要的是，现阶段网卡上的交换芯片远不及在传统交换机上使用的芯片强力（应该是有功耗，空间之类的限制）。在网卡上做交换的唯一好处是避免了发卡弯的发生（也许还能通过CPU使用QPI技术共享内存）。
【备注：本文上一版把SR-IOV和直通混为一谈是不对的，虽然它经常和和直通一起配合使用，但是SR-IOV本身并不是一种直通技术】
直通适合于哪呢？直通是一种绕过主机，让报文在虚拟机和网卡之前直接DMA来收发数据，它经常和基于网卡的交换一起配合使用（82599的使用模式），有时也在网卡上打上一个标签后仍给接入层交换机去做转发（Cisco的一种使用模式）。直通基本上消除了由主机侧软件提供的虚拟网络层。
直通另一个为人所津津乐道的优点是省CPU。但是这种模式干掉了软件介入层，简直就是对所有主机软件开发人员（包括他们的客户）的群体嘲讽啊。如果使用直通，你将失去如下功能：内存过载、页共享、热迁移、容错（是live standby的那种）、实时快照、x86上软件灵活控制的能力、设备驱动的独立性。
让我们关注一下最后一点（硬件解耦），在直通模式下，只要你买了新的硬件，那就准备好几个小时去对数百个虚拟机进行驱动升级吧，或者仅仅是因为网卡有一些硬件Bug你就不得不为你的旧硬件升级驱动。你还可以挑战一下如何从一个磁盘快照中快速恢复系统，或者从一个装有老驱动的模板里部署环境。
为了使其能正常工作，VMware和其他一些组织已经投入了很大的人力来解决这些非自然的操作，比如：把设备驱动代码注入到虚拟机中去。但迄今为止，这些解决方案仅限于一些特定的可用硬件。但更通用层次的，比如NPA（Network Professional Association），并没声明要去解决这些问题，而且从Linux Kernel邮件列表来看，似乎也在苟延残喘。
虽然对直通这样那样一堆批评，但确实有一些需要直通的特殊用例存在，比如对吞吐量敏感的应用或追求单包延迟的应用。我们将在接下来的一章细说。
软交换：软交换是指虚拟边缘网络在主机侧的vswitch上进行交换，并且不把查表转发决定权交给具有特殊功能的硬件的行为。这是迄今为止最为流行的方案，而且将来也会是。在下一章，我们将在下一章隆重地介绍它，简介就到此为止吧。
这些是全部么？
当然不是，上面所说的不是对现在各种可行方案的一个概括，而是一个带有各种商业倾向的舆论调查。在下一章，我们将聚焦于软交换，在性能方面（延迟、吞吐量、CPU负载）和上面提到的方案做一个详细的对比。
范文四：IMS与软交换的比较
IMS 与软交换的比较
1.软交换概念
软交换(Soft-Switch )的基本含义就是把呼叫控制功能从媒体网关中分离出 来,通过服务器上的软件实现基本呼叫控制功能,包括呼叫选路、管理控制、连 接控制(建立会话、拆除会话)和信令互通(如从 SS7到 IP ) ,其结果就是把呼 叫传输与呼叫控制分离, 为控制、 交换和软件可编程建立分离的平面, 使业务提 供者可以自由的将传输业务与控制协议结合起来, 实现业务转移。 软交换采用了 开放式应用程序接口(API ) ,允许在交换机制中灵活引入新业务,主要提供连 接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和呼叫详 细记录的生成等功能。
2.IMS 概念
IMS (IPMultimediaSubsystem )即 IP 多媒体子系统,由 3GPP 标准组织在 R5版本基础上提出, 是在基于 IP 的网络上提供多媒体业务的通用网络架构, R5版本主要定义了 IMS 的核心结构、 网元功能、 接口和流程等内容; R6版本对 IMS 进行了完善,增加了部分 IMS 业务特性、 IMS 与其他网络的互通规范和 WLAN 接入等特性; R7加强了对固定、移动融合的标准化制定,要求 IMS 支持 xDSL 、 cable 等固定接入方式。
3.IMS 与软交换的比较
3.1 IMS网络与软交换网络的联系
需要从固定软交换和移动软交换网络两方面分别加以分析:对于固定网络中 的软交换, 两者是一个互通和演进的关系; 对移动网络中的软交换, 是一个业务 互补、网络互通、融合替代的关系。
固定软交换已经具备了基于 SIP 的智能终端接入能力和 SIP 的会话控制能 力, 首先通过将用户数据从软交换中提取出来, 建设独立的用户数据库并通过标 准的信令进行访问, 再将软交换的业务逻辑从交换中提取出来, 实现业务与控制 的分离,这样软交换网络己具备 IMS 的核心特征。在网络的演进过程中,会形 成 S 一 CSCF 、 P 一 CSCF 、 I 一 CSCF 的分布。
而移动软交换的 CS 域和 IMS 域不是平滑演进的关系,而是一个业务互补、 网络互通、融合替代的关系。 CS 域是一个以提供话音业务为主要目标的网络, 其引入软交换技术只实现了核心网的承载 IP 化,并没有解决多媒体业务的提供 问题。 IMS 域具备了多媒体业务的提供能力,因此, IMS 在 3G 网络中的引入, 应该是以 CS 为互补。
3.2软交换与 IMS 的区别
范文五：NGN、软交换和IMS的关系
NGN、软交换和IMS的关系,专题:NGN、IMS和软交换,
续合元 约4983字
摘要:下一代网络(NGN)是业界的热点话题，其中关于IP多媒体子系统(IMS)、软交换
(Softswitch)的定位和未来发展方向需要达成共识。软交换和IMS都是属于NGN的业务网。
软交换从设备的实现而言，应该可以平滑演进到IMS，但是从网络的演进而言，由于软交换
将主要支持传统的公共交换电话网/综合业务数字网(PSTN/ISDN)业务，而它的基本业务和补
充业务都是在本地实现，因此要实现向IMS的平滑演进有一定难度。
关键词:下一代网络;IP多媒体子系统;软交换
Abstract: When NGN becomes a hot topic in the industry, it is imperative to reach a consensus on positioning IP Multimedia Subsystem (IMS) and Softswitch, and planning their future directions. Both the Softswitch and IMS are adopted in the Next Generation Network (NGN) service layer. The Softswitch equipment can be evolved smoothly to relevant equipment in IMS. However, it is rather difficult to realize smooth network evolution towards IMS as the Softswitch mainly supports the traditional Public Switched Telephone Network/Integrated Services Digital Network (PSTN/ISDN) services, and its basic and complementary services are offered locally.
Key words: next generation network; IP multimedia subsystem; Softswitch
下一代网络(NGN)从其概念提出之日起，关于它的名称、定义和业务范围的讨论就是热点
话题，到后来关于它的业务层采用何种技术也成为一个焦点问题。起初业务层网络技术以软
交换(Softswitch)技术为主，认为NGN是提供多业务和网络融合的系统;后来又出现了IP
多媒体子系统(IMS)，认为IMS将会取代软交换成为NGN在业务层的主要网络技术。那么NGN、
软交换和IMS的关系如何,软交换的作用何在,下面就这些问题进行分析和探讨。
1 NGN
NGN是英文Next Generation Network的缩写，字面意思是下一代网。从字面上理解这
一概念不准确，因为下一代网后面出现的网络还可以叫下一代网络。实际上，目前研究的NGN
是一个基于分组的核心网络(有别于先前的时分复用网络)，能够提供包括电信业务在内的多
种业务，支持多种宽带能力和具有按需求的服务质量(QoS)进行传送的技术，实现与业务相关
的功能与底层传送技术的独立。它可以根据用户的选择自由地接入网络、业务提供者和业务。
因此，这个名字只是为了强调其相对于先前的网络有突破性或者革命性。
NGN是个有能力提供全业务的网络，包括话音、数据、视频、流媒体、Internet接入、
数字电视广播、移动等各种带宽、有线和无线的业务和应用，并提供开放的业务接口，允许
多种业务提供商构建和提供业务。从用户的角度看，NGN包含现有业务环境(如电话业务、无
线/移动业务、广播和分布式业务以及Internet等)提供的所有电信业务和应用。从NGN所提
供的业务和应用可以看出，NGN业务和应用并不是一种革命性的目标，而是一种完美目标，
即换一种技术方式实现现有所有网络的业务和应用，同时考虑未来可能出现的各种业务和应
用。
2 软交换及其定位
软交换是电信交换网络演进过程中实现承载与控制分离的一种技术。软交换利用分组数
据网的信息传送的能力，把传统电路交换机的呼叫控制功能、媒体承载功能、业务功能进行
分离。软交换机不再处理媒体流和业务的属性，只是负责基本的呼叫控制，用户的接入由各
种用户网关来完成。
软交换技术开始的出发点是采用承载与控制分类、控制与业务分离的思想，利用分组IP
网的传送能力提供电信级的IP语音(VoIP)业务，使运营商能够更快更有效地提供各种满足不
同用户群需求的基于话音的增值业务。由于IP分组网本身具有综合业务的传送能力，不仅可
以传送IP化的话音，也可以传送IP化的视频和多媒体业务，因此人们自然想到软交换如果能够实现对这些业务的控制能力，这个网络就具备了在一个网络上提供多种业务的能力，实现电信界追求的网络和业务融合的理想。因此在基于软交换控制的网络中增加了宽带接入的会话初始协议(SIP)用户，在软交换的控制下提供宽带的视频业务、多媒体业务和一些数据业务。
但是NGN IMS概念的出现，使得这种想法搁浅了。以欧洲电信标准组织(ETSI)为代表的TISPAN计划提出了NGN的4个业务部件:公共交换电话网/综合业务数字网(PSTN/ISDN)仿真部件、IP多媒体子系统部件、流媒体部件和其他多媒体部件。ITU-T SG13也给出了NGN的框架(如图1所示)，其中基于IMS的体系架构是NGN的主体架构。ITU-T认为IMS代表了NGN发展的方向，NGN IMS可以支持PSTN/ISDN仿真业务，也可以支持基于IMS的各种宽带业务，同时还可以支持支持固定和移动接入的宽带用户，使得移动和固定融合(FMC)成为可能。但是由于基于IMS的网络融合研究刚刚开始，技术上还不够成熟稳定，其标准化工作还有很长的路要走。特别是NGN IMS要支持PSTN/ISDN仿真业务，要求基于IMS的网络具备原有PSTN/ISDN的许多特征，就会失去IMS的一些天然优势，因此并不一定适合所有PSTN/ISDN业务的提供。
[图片]
目前，相当多的运营商面临的问题是如何将传统的基于电路的PSTN/ISDN演进到基于分组技术的NGN中。在2004年12月ITU NGN会议上，大会同意启动基于呼叫服务器(称之为CS-based PES，即软交换提供PSTN/ISDN业务)网络演进的标准化研究工作。ITU下一代网络热点组(FGNGN)也在2004年6月启动了PSTN演进的研究，提出了基于呼叫服务器的PSTN演进方案和示例。呼叫服务器将主要完成电路交换网的演进历程，而IMS将主要完成多媒体业务的功能，随着IMS的成熟，两者的应用将长期共存。
因此软交换技术实现电路交换向分组交换演进是电话网发展的重要技术举措，而NGN IMS可能是未来NGN中解决宽带固定和移动融合提供多媒体业务的总体架构。考虑到这些因素，如果把软交换定位于实现电路交换向分组交换演进电话网，根据市场需求支持少量的部分宽带用户的业务(如视频和部分多媒体业务)，实现一线入户(一线提供宽窄带的业务)，可能是一种市场和网络演进综合考虑的选择。
软交换网络是固网运营商由于市场业务竞争的需求在现阶段实施NGN的一种方式。目前软交换可以提供C4局的业务，替代传统的电路交换，实现长途电话业务;也可以通过数据接入把各种终端接入软交换的核心业务网进行服务，提供C5局的业务。
现有的软交换网络组网时有两种结构:一种方式是软交换设备接入不同的有线用户，包括窄带用户和宽带用户，暂称之为综合软交换;另外一种组网方式是由媒体网关控制器(MGC)和SIP服务器两个设备共同完成软交换的业务，MGC接入和控制窄带用户，暂称之为窄带软交换;SIP服务器接入和控制宽带用户，暂称之为宽带软交换。
由于软交换是NGN实施的初级阶段，而且目前主要是针对有线接入用户考虑的业务，它的演进和发展应该考虑到未来NGN的需求。如果运营商在规划NGN时，认为PSTN要演进到NGN的CS-based PES网络，在实施和演进软交换网的时候就应该考虑到这种需求，部署窄带软交换满足市场的需求。即使有宽带的一些市场需求，也建议采用综合软交换提供业务，而不建议采用宽带软交换组网。
宽带软交换主要是基于SIP服务器提供类似于IP终端的话音业务，从形式上看当然可以实现这些终端用户的移动性和一些IP话音的需求，SIP服务器也能按照IMS的标准去演进到NGN的IMS。但实际上它与IMS体系架构还相距甚远，主要体现在用户的用户数据和业务数据还在本地的服务器设置，并没有集中的数据库设置和管理;核心控制只有服务的SIP服务器，并没有按照IMS架构规定的代理/呼叫会话控制功能(P-CSCF)、查询/呼叫会话控制功能(I-CSCF)、服务/呼叫会话控制功能(S-CSCF)区分这些功能。也许从产品的提供平台上SIP
服务器能够演进到IMS的产品，但是目前SIP服务器组织的运营网络却很难演进到NGN的IMS。
3 IMS及其定位
IMS由3GPP标准组织在其标准R5版本中提出，R5主要定义IMS的核心结构、网元功能、接口和流程等内容;R6版本增加了部分IMS业务特性、IMS与其他网络的互通规范和无线局域网(WLAN)接入特性等;R7版本加强了对固定、移动融合的标准化制订，要求IMS支持数字用户线(xDSL)、电缆调制解调器等固定接入方式。目前，3GPP R5和R6已经被冻结。
TISPAN和ITU-T SG13标准组织主要从固网的角度出发研究NGN的相关标准。IMS是TISPAN定义的NGN体系架构中的业务部件之一，TISPAN IMS是在3GPP R6 IMS核心规范的基础上对功能实体和协议进行扩展的，支持固定接入方式。
当3G牌照发放之后，每个运营商都有可能成为全业务运营商。传统的固网运营商在组建R4的3G网并提供业务之后，不久的将来可能由于市场竞争压力，而组建一个IMS网络。这个IMS网络在一开始只是接入3G的用户，但是从网络的标准上一定要考虑接入有线宽带数据用户。当然最好是在一开始就统筹考虑这两类接入用户的业务需求，而建设一个一开始就融合的网络，但是从业务需求方面，有线和无线接入用户在业务需求的时间上有差距，业务种类也可能不一样，因此业务网可能是分离的网络。将来随着用户对业务的需求性的类同、运营商全业务的运营，两个网络将会走向融合，届时这个网络会通过WLAN、WiMax等各种接入技术或接入网而接入用户。
IMS是一个在分组域(PS)上的多媒体控制/呼叫控制平台，IMS使得PS具有电路域(CS)的部分功能，支持会话类和非会话类的多媒体业务。IMS为未来的多媒体应用提供一个通用的业务平台，典型的业务如呈现、消息、会议、一键通(PoC)等。因此对于传统的移动运营商，IMS的需求更多的是未来FMC和近期市场的需求，在考虑建设IMS网络时，不仅要考虑移动用户的需求，也需要考虑大客户的需求和一些潜在固定宽带用户的需求。但是这些固定业务的需求，并不是传统PSTN/ISDN业务的需求，应该是宽带多媒体业务的需求，因此在考虑建设IMS时也并不需要考虑PSTN仿真业务(PES)的提供，而是提供PSTN模拟业务(PSS)。
对于IMS的宽带接入用户，未来不仅有多媒体业务的需求，还有流媒体业务的需求。目前NGN R1版本支持多媒体业务，所以现在已经准备在NGN的R2版本中，在IMS上支持流媒体业务。IMS的优势在于用户的归属业务服务器中存储了用户定制业务的触发机制，用户的个性化的一些业务流媒体业务(或IPTV业务)在IMS上实现应该是一种很好的选择。
4 结束语
NGN从字面上理解，并不是一个特定的网络，它是一个发展的网络。目前研究的NGN的重点是在一个统一的分组网上提供多业务的能力，但是从长远看NGN各个层面(例如业务层、承载层、传送层)和各个部分(终端、客户网络、接入网、核心网)都可能发生变化，这些内容都应该是NGN的研究范围[1-6]。软交换和IMS都属于NGN的业务网，它们的业务范围也比较重叠，但是它们定位还是有些差别，软交换是一种NGN中现实的业务实现方案，而且已经在现网中应用，但是其标准化程度不高;IMS是一种网络框架结构的标准，目前在现网中的应用还不多。软交换从设备的实现而言，应该可以平滑演进到IMS，但是从网络的演进而言，由于软交换将主要支持传统的PSTN/ISDN业务，而它的基本业务和补充业务都是在本地实现，因此要实现向IMS的平滑演进有一定难度。
5 参考文献
[1] ITU-T Draft Supplement TRY.ngn.rel1.scope -NGN Release 1 Scope[S].
[2] ITU-T Draft Recommendation Y.2012 (formerly Y.NGN-FRA) [Draft Version 0.8]
[S].
[3] ITU-T Draft Recommendation Y.piev - PSTN/ISDN evolution to NGN[S].
[4] ITU-T Draft Recommendation Y.PIEA(PSTN/ISDN Emulation Architecture)[S].
[5] ITU-T Draft Recommendation Y.csem[S].
[6] ITU-T Draft Recommendation Y.IFN (IMS for Next Generation Networks) [S].
收稿日期:2006-07-15
作 者 简 介
续合元，信息产业部电信研究院通信标准研究所总工程师，教授级高级工程师。电信研
究院硕士研究生导师。中国标准协会网络交换组信令与协议工作组的组长，信息产业部通信
科技委专家咨询组成员。
