分组交换技术的发展

1.3.2　分组交换技术的发展

20世纪60年代初期，欧洲RAND公司的成员Paul Baran和他的助手们为北大西洋公约组织制定了一个基于话音打包传输与交换的空军通信网络体制，目的在于提高话音通信网的安全和可靠性。这个网络的工作原理设想是：把送话人的话音信号分割成数字化的一些“小片”，各个小片被封装成“包”，并在网内的不同通路上独立地传输到目的端，最后从包中卸下小片装配成原来的话音信号送给受话人。这样，在除目的地之外的任何其他终点，只能窃听到只言片语，不可能是一个完整的语句。另外，由于每个话音小片可以有多条通路到达目的站，因而网络具有抗破坏和抗故障能力。

第一次论述这种分组交换通信网络体制的论文发表于1964年（P.Baran et al.，On Distributed Communications，Series of 11reports，Rand Coorp.Santa Monica，Ca.，Aug.1964）。可惜由于当时的技术尤其是数字技术水平所限，并且对语音信号实现复杂处理的器件以及大型网络的分组交换、路由选择和流量控制等功能所要求的计算机还十分缺乏和昂贵，因而这种网络体制未能实现。

第一个利用这个研究成果的是美国国防部的高级研究计划局ARPA（Advanced Research Project Agency）。当时ARPA在全国范围内的许多大学和实验室安装了许多计算机，进行大量的基础和应用科学研究工作。由于时区、计算中心负荷、专用软件、硬件等的差别，他们觉得需要一种能交换数据和共享资源的有效办法。当时世界上还没有任何能实现资源共享的网络，因此ARPA决定致力于开发一个网络，把分组交换技术应用于网络的数据通信。这就是1969年开始组建、1971年投入运营的ARPANET——世界上第一个采用分组交换技术的计算机通信网。

第一代的分组交换机由一台主机和一台接口信息处理机IMP（Interface Message Processor）组成，如图1.22所示。主机将发送的报文分成多个组，加上分组头，为每一个分组独立选路，然后将某个输入队列中的分组转移到某个输出队列中并发往目的地。接收端作相反处理。IMP执行较低级别的规程，例如链路差错控制，以减轻主计算机的负荷。系统中的软件也是ARPANET专用的。受计算机速度的限制，第一代分组交换机每秒只能处理几百个分组。

到1969年12月已经有由4个节点组成的实验性网络被启动。当更多的IMP被安装时，网络增长非常快，并且很快覆盖了全美国。

图1.22　第一代分组交换系统

图1.23　第二代分组交换系统

后来，IMP软件被修改，允许终端直接连接到特殊的IMP即终端接口处理机（TIP）上，每台IMP可以有多台主机（为了节省开支），主机可以与多台IMP对话（保护主机不受IMP故障影响），主机还可以与IMP远距离连接（适用于主机远离网络的情况）。这就是第二代分组交换机的雏形，如图1.23所示。这一时期不同研究机构以各自的协议控制分组交换机的工作。

第二代分组交换系统的特征是采用共享媒体将IMP互联，计算机主要用于虚电路的建立，通信协议各自独立。

1974至1975年间，已有多个独立的公用分组网在建设之中。在英国的NPL、美国的TELENET、加拿大的DATAPAC、法国的PTT以及其他一些国家的努力之下，分组交换技术逐步完善，形成了多层次结构的网络体系。1976年3月，ITU－T制定了著名的X.25建议，实现了用户—网络接口的标准化，使得不同数据终端可以通过任何一个分组数据网传送信息。在这以后，又陆续制定了其他有关的建议，如X.28、X.75、X.29等，这些协议对不同终端接入分组交换网、分组交换网之间的互联、分组交换网与电话交换网的互联起到了重要的作用。

第三代分组交换系统使用标准化的协议，用交换网络取代了共享媒体网络，解决了分组交换机的瓶颈问题，增强了并行处理功能，大大提高了网络的吞吐量。第三代分组交换机的结构示意图如图1.24所示。

图1.24　第三代分组交换系统