通信网络发展简史

老九

通信网络发展简史

回顾一下通信网络的发展是很有意义的事情，这不仅有利于理解网络本身的发展方向，也有利于了解人类社会基于网络演进的走向。

在没有网络的时代，大众进行信息交互是困难重重；而在有网络的时代，大众进行信息交互是易如反掌，网络在现代信息社会里的作用必不可少。那么什么是通信网络？通信网络由交换路由节点和传输链路组成，是用户业务信息传输与交换的平台，是面向大众用户的信息公共设施，或者面向专业用户的信息支持设施。通信网络的节点具有交换、存储、计算、管理和信息传送等基本功能；通信网络节点一般采用光纤、微波和卫星等传输手段，实现节点间的互联，并通过有线连接/无线空中接口为各类末端用户提供有线/无线接入，从而构成通信网络。根据网络节点部署的不同，有地面网络、空中网络或天基网络之分。如果地空天都有节点部署，并且也有相应的链路，那么这就是地空天混合网络。如果所有节点采用相同的互联协议，而不管是何种链路，那么这就是地空天一体化网络。

在节点的交换体制上，最早是人工交换，接线员把主叫用户连接到被呼用户，建立一对线路，构成话音传输双向通道。人工交换之后是电路交换，说白了就是用电子电路的通与断，来代替人工接线，而控制电路的通与断（术语称为接续）的是信令。现代网络上要跑两种最基本的信息：信令信息和用户业务信息。电路交换之后是分组交换即数据包交换。在电路交换情况下，一条连接建立之后，不管连接的通道有没有业务，这条连接都是处于忙的状态，是实连接；在数据包交换情况下，用户可以收到来自于其它多个不同用户的信息，是“虚”连接。电路交换的好处是服务质量好；不足之处是不灵活且效率低，而分组交换的优点和缺点刚好与电路交换的优点和缺点相反。分组交换基于网络的分层式结构，较早时候采用的是X.25协议，如今分组交换协议采用的是IP协议。从网络分层模型上看，IP协议处于第三层即网络层。网络层的作用是进行IP封包和拆包，并根据IP地址实施节点间的转发。

在分组交换进入IP时代之后，传输和控制就可以分离了，这就是软交换。为什么在网络需要控制，这是因为要控制网络节点上的用户信息转发。但是如果业务与控制之间耦合得太紧就不灵活了。软交换有一个称为IMS（移动多媒体子系统）的体系构架，这可是3GPP移动通信系统的最基本的体系构架，3G、4G及其演进，虽然网元以及连接网元的协议有所不同，但其体系构架是一脉相承的。

软交换之后是软件定义网络SDN。如果说软交换的业务与控制分离，那么SDN则是服务与控制分离。然而，SDN的本质还是IP交换，只不过是SDN通过网络资源的虚拟化，网络的效率更高，服务质量更好罢了。5G的网络切片技术就是建立在这个基础上。所谓网络切片，就是能为应用提供一个虚拟的网络，当有多个应用时，看上去就好像是把网络切割成多个特定网络那样，是一个个网络切片，这样就可以做到按用户的业务需求而提供有质量保证的服务了，这大概是5G在网络上的主要演进吧。此外，5G把节点的计算能力下沉到接入网侧，称为边缘计算，这也是重大演进。

当把用户接入到网络是有线时，则是固定网络，比如电话网、计算机网；当把用户接入到网络是无线时，则是移动通信网络或者无线局域网。移动通信网络从模拟向数字演进，如今已经是第五代移动通信（5G）了，而第六代移动通信也箭在弦上，整装待发。无线接入技术从FDMA到TDMA，再到CDMA、OFDMA，期间不过20年，传输速率增加到Gbps量级 ，时延降低至ms量级。如今用户可以通过低轨卫星接入卫星通信网络，可为用户提供无处不在的网络连接。

移动通信的核心网实现了IP分组交换之后，移动通信网络和IP互联网就能融合在一起，这就是我们今天的移动互联网。于是基于服务器—客户模式的分组业务应用如雨后春笋般层出不穷，日新月异，诸如微信、支付宝等为大众提供了功能强大的交互平台和服务平台，改变了人类的交流方式和生活方式，也改变了个人信息的安全性。比如，在微信里的所有信息交互，到服务器一查一个准，可以了如指掌。为什么？因为节点有存储功能。在6G网络体系构架中，将引入人工智能功能，使6G网络演进成智能化的信息通信网络，迎接数字智能时代的到来，彻底改变人与通信网络的关系，使通信网络成为人类社会进步的阶梯。

上面把网络的一些基本发展做了简要的叙述，今天这里只说点皮毛。在这世界上，物在数量上比人多得多。比如在日常生活中，人是一个，可是与此人相关的物不知有多少，例如电器用品就有很多，万物互联是个吸引人的概念，未来的通信网络将为人与人、物与物、人与物提供无处不在的信息传输与交互，其愿景非常美丽诱人，人类与其关系可以用一句流行的话来概括：一切皆有可能。然而，作为工程技术人员来说，对所有的系统及其技术前景，抱着审慎乐观而不人云亦云的态度是非常必要的。

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