交换技术交换与通信网汇总
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7
终端 中继线
用户小交换机 用户线
市话交换机 汇接交换机
图1.3
大型通信网
8
结
论
交换设备是通信网的重要组成 部分，交换设备的好坏决定了通信网 的好坏。
9
二、通信网的种类及发展
现有的通信网：电话网、电报网、传真网、计
算机数据网、有线电视网CATV、移动通信网、 微波通信网、无线寻呼网、综合业务数字网 ISDN。
通信网的发展趋势：
电话网 各种单一业务通信网 综合业务数字网ISDN（Integrated Services Digital Network） NGN下一代网络
13
• • • • • •
• • • • • • • • • • • •
在计算机网络中， “这一代”网络是以IPv4为基础的互联网， “下一代”网络是以高带宽以及IPv6为基础的NGI（下一代互联网）。 在传输网络中， “这一代”网络是以TDM为基础，以SDH以及WDM为代表的传输网络， “下一代”网络是以ASON（自动交换光网络）以及GFP（通用帧协议） 为基础的网络。 总体来说，我们认为广义上的下一代网络是指以软 在移动通信网络中， 交换为代表， IMS 为核心框架，能够为公众灵活提 “这一代”网络是以 GSM 为代表的网络， “下一代”网络是以3G（主要是WCDMA和CDMA2000）为代表的网络。 供大规模视讯话音数据等多种通信业务，以分组交 在电话网中， 换为业务统一承载平台，传输层适应数据业务特征 “这一代”网络是以TDM时隙交换为基础的程控交换机组成的电话网络， “下一代”网络是指以分组交换和软交换为基础的电话网络。 及带宽需求，与通信运营商相关，可运营、维护、 从业务开展角度来看， 管理的通信网络。 “这一代”网络主要开展基于话音、文字或图像的单一媒体业务， “下一代”网络应当开展基于视频、音频和文字图像的混合多媒体业务。 从电信网络层以下所采用的核心技术来看， “这一代”网络是以TDM电路交换为基础的网络， “下一代”网络在网络层以下将以分组交换为基础构建。
控制层
软交换设备
软交换设备
传输层
IP/ATM 网 络
接入层
SG
MG
AG IPPBX IAD 综合接入
SS7网
PSTN/ ISDN
H。323终 端 MGCP终端 H。248终 端 SIP终端等
WAG
无线网
25
7、光交换技术
光技术在信息的传输中已得到广泛应用，特别是在B-ISDN 中几乎所有的传输都采用光纤传输，而目前的交换机都是电交 换机，采用光交换已是迫切需要。光交换技术处在研发阶段。
电路交换
报文交换 分组交换 三种基本交 换方式 帧中继 快速电路 交换
ATM交换
多协议标记交换 MPLS 宽带交换方式
软交换
单一业务网
宽带综合业务网
下一代网络
16
1、电话网中的交换方式 ---电路交换（circuit switching）
• 主叫方通过拨号的方式通知网络被叫方的电话号码， 网络根据被叫方的号码在主叫与被叫之间建立一条通 路
沿不同的路径传输，类似报文交换。
虚电路方式：首先网络在通信两端建立逻辑连接，然后用户 数据以分组为单位沿该路径顺序传送到达终点
（逐节点转发）。类似于电路交换，但通路不
是一直占用。
分组交换的特点：实时性较好，线路利用率高。 X.25分组交换网采用虚电路方式。Internet采用的是数据报方式。
三种基本交换方式的比较
光→电 光 信 号 电 · · · 光→电 · · · 交 换 电 →光 光 信 号 光 · · · · · · 交 换 光 信 号
电 →光
Hale Waihona Puke Baidu采用光交换的优点：
减少了光电转换的损伤。光信号的抗干扰能力远远高于电信号。 提高了交换速度。电交换的速度受电子器件的速度限制。
26
四、交换设备的组成 程控交换机的组成
用户电路
用户电路
交 换 网 络
出中继 入中继 收号器
中继线
1
话 路 部 分
扫描与驱动电路
存储器
中央处理器
I/O设备
控制部 分
、 程 控 交 换 机 的 基 本 结 构
用户电路——交换机与用户线之 间的接口，向用户话 机提供通话电流，向处理机提供用户状 态等。 出入中继——交换机之间的接口，或交换机与中继线之 间的接口。 收号器 ——接收用户所拨的电话号码。 扫描驱动电路 ——对话路设备的状态进行扫 描，以便送入CPU进行分析处理， CPU发出的指令经驱动电路控制话路设 备动作。 I/O设备 —— 键盘，显示器，打印机等。
10
电话网—主要业务为电话、图文传真、低速数 据、慢速图像。 电报网—主要业务为电报和低速数据（电子信 箱） 传真网—主要利用电话网进行图文传真。 计算机数据网—主要业务为计算机数据、分组 话音、图像。计算机数据网有各种类型，现 存的计算机网如：公用分组交换数据网、公 用数字数据网、Internet、金融网、教育科研 网以及各种局域网。
• 信息交换：解决处于同一通信网中的用户 如何交换信息。
5
一、交换与通信网
组成通信网的三个基本要素：
将消息（话音、图像、数据）转换成媒介能 终端： 够接受的电信号形式，同时将来自传输媒介 的电信号还原成原始消息。如：电话机、 传真机、计算机 或称传输媒介，信息的传输通道。如： 传输线路： 电缆、光缆、无线电波。
特点：通信之前先建立通路，通信时通路独占， 通信结束，通路释放。实时性好，线路利用率 差。
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2、电报网的交换方式
—报文交换 message switching
将整个报文信息（报文+目的地址+源地址）在网络 的每个节点处（交换局）都是先存储，等输出线路空闲 再转发，直至送达目的地。
特点：无需建立通路（无连接），实时性差，线路利 用率好（可在非高峰时期传送）
31
预习
• 交换网络
32
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
电路交换 通路建立时间 长 报文交换 中 分组交换 短
实时性
交互性 线路利用率 协议处理 终端一致性
好
好 低 简单 要求
差
差 中 中 不要求
中
中 高 复杂 不要求
21
4、异步转移模式 ATM Asynchronous Transfer Mode
ATM是ITU-T建议在宽带综合业务数字网B-ISDN中 信息复用、传输、交换的方式。ATM可以看成是分组交 换和电路交换的结合，兼具两者的优点。 ATM是将消息分成固定长度的信元进行存储转发， 采用统计时分复用方式，即不同的业务根据信息速率 的不同决定信元的发送频率，以适应综合业务的需要。
复习
通信业务与通信终端
1
本节内容：交换技术1
• • • • 一、交换与通信网 二、通信网的种类及发展 三、交换技术的种类及发展 四、交换设备的组成
2
重点及难点
• 交换技术与通信网的理解
3
教学要求
• 掌握交换技术的种类与发展 • 掌握通信网的种类及发展 • 了解交换设备的组成
4
“交换”
• 信息传输：解决如何利用媒介传输信息。
11
有线电视网CATV—主要业务为视频（电视）信 号及话音、数据。 综合业务数字网—在一网中实现话音、数据、电 报、视频多种业务，而且象可视电话、图文电 视、视频点播传输的是多媒体信息，即一种业 务同时传输话音、图像、视频、文本的多媒体 信息。 此外还有移动通信网、微波通信网、无线寻 呼网等。
12
14
三、交换技术的发展及种类
交换技术的发展可以从两个方面看： • 交换的控制方式是随着电子技术的发展而发展 （设备方面）。 • 交换方式的发展是随着通信网的发展而发展， 不同业务的通信有不同的特点，其交换方式也 不同（理论方面）。
15
控制方式的发展：
机电式 人工交换 自动交换
电子式
交换方式的发展：
18
3、计算机网的交换方式——分组交换 packet switching
将报文分成若干个报文组（packet)，每个报文组要加上地址、 编号、校验码，然后以报文组为存储转发单位逐节点转发，到达 目的地再按编号组装成原报文。 分组交换有两种工作模式：数据报、虚电路方式。 数据报方式：以分组为基本单位逐节点转发，且不同分组 可
交换设备： 负责在任意的两条用户之间建立和（而后）
6
释放一条通信链路。如：交换机、路由器。
说明： 在图1.2中，任意两个终端需要通信（交换信息），可由交 换设备控制相应的开关接点接通，为两者提供一条通信链路， 当通信结束，则相应的开关接点断开，释放通信链路。 比较： 互连式通信网可靠，不会出现通信阻塞，但成本高（需 n×(n-1)/2根线）。 通过交换设备构成的通信网有可能出现阻塞（不是一定会 阻塞），成本低。 通信网越大，后者的优点越明显。 如N=100时， 图1.1 用户间互连构 图1.2 用户间通过交换设备 交换式通信网需 100根线 构成通信网 成通信网 互连式通信网需100×99÷2=4950根线
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5、 多协议标记交换MPLS
Internet已取得了巨大成功，但随着用户量的急 剧增加，由多层路由器构成的网络已趋于饱和，网 络经常阻塞，用户的业务质量得不到保证，为此需 用ATM技术对传统的Internet网络进行改进。 IP交换和标记交换就是ATM技术与IP路由技术结合 的两个产物，最后这两种产物技术统一成一个标准 多协议标记交换MPLS。
• •
•
•
小 结
• 交换设备是通信网的重要组成部分。交换设 备负责用户间路由的接续和释放。 • 常用的交换方式有：电路交换、报文交换、 分组交换、帧中继（局域网中使用）、异步 转移模式ATM、多协议标记交换MPLS。 • 本课程即是介绍交换设备的组成、各种交换 方式的原理和方法。
30
作业
1 组成通信网的基本要素有哪些？各有什么作用？ 2 介绍电路交换、报文交换、分组交换的特点， 并比较三种基本交换的性能。 3 程控交换机由那些部件组成？
33
34
二 目前程控交换机的组成
• 交换网络 • 外围接口电路 模拟用户电路 数字用户电路 中继单元 模拟中继单元 数字中继单元 操作管理和维护接口 控制系统：实现交换的控制和系统的维护管理。 信令系统：在交换系统各部件之间、用户与交换机之间、 交换机与交换机之间传送专用的控制联络信号 (信令)的发送接收设备。 网络连接设备：与其它网络(数据网，移动通信网)互连的 接 口设备。 其它辅助设备：电源，配线架 用户电路
23
6、软交换Soft Switch
• 软交换技术是能够将现存网络融合成以IP为中心同 时可以支持语音、数据和多媒体业务的下一代网络 NGN的关键技术。 • 软交换的核心思想是通过软件的方式实现原来电路 交换机的控制、接续、业务处理等功能。
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软交换网络的体系结构图
业务层
SCP 策略服务器 AAA服务器 HRL 应用服务器
终端 中继线
用户小交换机 用户线
市话交换机 汇接交换机
图1.3
大型通信网
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结
论
交换设备是通信网的重要组成 部分，交换设备的好坏决定了通信网 的好坏。
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二、通信网的种类及发展
现有的通信网：电话网、电报网、传真网、计
算机数据网、有线电视网CATV、移动通信网、 微波通信网、无线寻呼网、综合业务数字网 ISDN。
通信网的发展趋势：
电话网 各种单一业务通信网 综合业务数字网ISDN（Integrated Services Digital Network） NGN下一代网络
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• • • • • •
• • • • • • • • • • • •
在计算机网络中， “这一代”网络是以IPv4为基础的互联网， “下一代”网络是以高带宽以及IPv6为基础的NGI（下一代互联网）。 在传输网络中， “这一代”网络是以TDM为基础，以SDH以及WDM为代表的传输网络， “下一代”网络是以ASON（自动交换光网络）以及GFP（通用帧协议） 为基础的网络。 总体来说，我们认为广义上的下一代网络是指以软 在移动通信网络中， 交换为代表， IMS 为核心框架，能够为公众灵活提 “这一代”网络是以 GSM 为代表的网络， “下一代”网络是以3G（主要是WCDMA和CDMA2000）为代表的网络。 供大规模视讯话音数据等多种通信业务，以分组交 在电话网中， 换为业务统一承载平台，传输层适应数据业务特征 “这一代”网络是以TDM时隙交换为基础的程控交换机组成的电话网络， “下一代”网络是指以分组交换和软交换为基础的电话网络。 及带宽需求，与通信运营商相关，可运营、维护、 从业务开展角度来看， 管理的通信网络。 “这一代”网络主要开展基于话音、文字或图像的单一媒体业务， “下一代”网络应当开展基于视频、音频和文字图像的混合多媒体业务。 从电信网络层以下所采用的核心技术来看， “这一代”网络是以TDM电路交换为基础的网络， “下一代”网络在网络层以下将以分组交换为基础构建。
控制层
软交换设备
软交换设备
传输层
IP/ATM 网 络
接入层
SG
MG
AG IPPBX IAD 综合接入
SS7网
PSTN/ ISDN
H。323终 端 MGCP终端 H。248终 端 SIP终端等
WAG
无线网
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7、光交换技术
光技术在信息的传输中已得到广泛应用，特别是在B-ISDN 中几乎所有的传输都采用光纤传输，而目前的交换机都是电交 换机，采用光交换已是迫切需要。光交换技术处在研发阶段。
电路交换
报文交换 分组交换 三种基本交 换方式 帧中继 快速电路 交换
ATM交换
多协议标记交换 MPLS 宽带交换方式
软交换
单一业务网
宽带综合业务网
下一代网络
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1、电话网中的交换方式 ---电路交换（circuit switching）
• 主叫方通过拨号的方式通知网络被叫方的电话号码， 网络根据被叫方的号码在主叫与被叫之间建立一条通 路
沿不同的路径传输，类似报文交换。
虚电路方式：首先网络在通信两端建立逻辑连接，然后用户 数据以分组为单位沿该路径顺序传送到达终点
（逐节点转发）。类似于电路交换，但通路不
是一直占用。
分组交换的特点：实时性较好，线路利用率高。 X.25分组交换网采用虚电路方式。Internet采用的是数据报方式。
三种基本交换方式的比较
光→电 光 信 号 电 · · · 光→电 · · · 交 换 电 →光 光 信 号 光 · · · · · · 交 换 光 信 号
电 →光
Hale Waihona Puke Baidu采用光交换的优点：
减少了光电转换的损伤。光信号的抗干扰能力远远高于电信号。 提高了交换速度。电交换的速度受电子器件的速度限制。
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四、交换设备的组成 程控交换机的组成
用户电路
用户电路
交 换 网 络
出中继 入中继 收号器
中继线
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话 路 部 分
扫描与驱动电路
存储器
中央处理器
I/O设备
控制部 分
、 程 控 交 换 机 的 基 本 结 构
用户电路——交换机与用户线之 间的接口，向用户话 机提供通话电流，向处理机提供用户状 态等。 出入中继——交换机之间的接口，或交换机与中继线之 间的接口。 收号器 ——接收用户所拨的电话号码。 扫描驱动电路 ——对话路设备的状态进行扫 描，以便送入CPU进行分析处理， CPU发出的指令经驱动电路控制话路设 备动作。 I/O设备 —— 键盘，显示器，打印机等。
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电话网—主要业务为电话、图文传真、低速数 据、慢速图像。 电报网—主要业务为电报和低速数据（电子信 箱） 传真网—主要利用电话网进行图文传真。 计算机数据网—主要业务为计算机数据、分组 话音、图像。计算机数据网有各种类型，现 存的计算机网如：公用分组交换数据网、公 用数字数据网、Internet、金融网、教育科研 网以及各种局域网。
• 信息交换：解决处于同一通信网中的用户 如何交换信息。
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一、交换与通信网
组成通信网的三个基本要素：
将消息（话音、图像、数据）转换成媒介能 终端： 够接受的电信号形式，同时将来自传输媒介 的电信号还原成原始消息。如：电话机、 传真机、计算机 或称传输媒介，信息的传输通道。如： 传输线路： 电缆、光缆、无线电波。
特点：通信之前先建立通路，通信时通路独占， 通信结束，通路释放。实时性好，线路利用率 差。
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2、电报网的交换方式
—报文交换 message switching
将整个报文信息（报文+目的地址+源地址）在网络 的每个节点处（交换局）都是先存储，等输出线路空闲 再转发，直至送达目的地。
特点：无需建立通路（无连接），实时性差，线路利 用率好（可在非高峰时期传送）
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预习
• 交换网络
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人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
电路交换 通路建立时间 长 报文交换 中 分组交换 短
实时性
交互性 线路利用率 协议处理 终端一致性
好
好 低 简单 要求
差
差 中 中 不要求
中
中 高 复杂 不要求
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4、异步转移模式 ATM Asynchronous Transfer Mode
ATM是ITU-T建议在宽带综合业务数字网B-ISDN中 信息复用、传输、交换的方式。ATM可以看成是分组交 换和电路交换的结合，兼具两者的优点。 ATM是将消息分成固定长度的信元进行存储转发， 采用统计时分复用方式，即不同的业务根据信息速率 的不同决定信元的发送频率，以适应综合业务的需要。
复习
通信业务与通信终端
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本节内容：交换技术1
• • • • 一、交换与通信网 二、通信网的种类及发展 三、交换技术的种类及发展 四、交换设备的组成
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重点及难点
• 交换技术与通信网的理解
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教学要求
• 掌握交换技术的种类与发展 • 掌握通信网的种类及发展 • 了解交换设备的组成
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“交换”
• 信息传输：解决如何利用媒介传输信息。
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有线电视网CATV—主要业务为视频（电视）信 号及话音、数据。 综合业务数字网—在一网中实现话音、数据、电 报、视频多种业务，而且象可视电话、图文电 视、视频点播传输的是多媒体信息，即一种业 务同时传输话音、图像、视频、文本的多媒体 信息。 此外还有移动通信网、微波通信网、无线寻 呼网等。
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三、交换技术的发展及种类
交换技术的发展可以从两个方面看： • 交换的控制方式是随着电子技术的发展而发展 （设备方面）。 • 交换方式的发展是随着通信网的发展而发展， 不同业务的通信有不同的特点，其交换方式也 不同（理论方面）。
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控制方式的发展：
机电式 人工交换 自动交换
电子式
交换方式的发展：
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3、计算机网的交换方式——分组交换 packet switching
将报文分成若干个报文组（packet)，每个报文组要加上地址、 编号、校验码，然后以报文组为存储转发单位逐节点转发，到达 目的地再按编号组装成原报文。 分组交换有两种工作模式：数据报、虚电路方式。 数据报方式：以分组为基本单位逐节点转发，且不同分组 可
交换设备： 负责在任意的两条用户之间建立和（而后）
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释放一条通信链路。如：交换机、路由器。
说明： 在图1.2中，任意两个终端需要通信（交换信息），可由交 换设备控制相应的开关接点接通，为两者提供一条通信链路， 当通信结束，则相应的开关接点断开，释放通信链路。 比较： 互连式通信网可靠，不会出现通信阻塞，但成本高（需 n×(n-1)/2根线）。 通过交换设备构成的通信网有可能出现阻塞（不是一定会 阻塞），成本低。 通信网越大，后者的优点越明显。 如N=100时， 图1.1 用户间互连构 图1.2 用户间通过交换设备 交换式通信网需 100根线 构成通信网 成通信网 互连式通信网需100×99÷2=4950根线
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5、 多协议标记交换MPLS
Internet已取得了巨大成功，但随着用户量的急 剧增加，由多层路由器构成的网络已趋于饱和，网 络经常阻塞，用户的业务质量得不到保证，为此需 用ATM技术对传统的Internet网络进行改进。 IP交换和标记交换就是ATM技术与IP路由技术结合 的两个产物，最后这两种产物技术统一成一个标准 多协议标记交换MPLS。
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小 结
• 交换设备是通信网的重要组成部分。交换设 备负责用户间路由的接续和释放。 • 常用的交换方式有：电路交换、报文交换、 分组交换、帧中继（局域网中使用）、异步 转移模式ATM、多协议标记交换MPLS。 • 本课程即是介绍交换设备的组成、各种交换 方式的原理和方法。
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作业
1 组成通信网的基本要素有哪些？各有什么作用？ 2 介绍电路交换、报文交换、分组交换的特点， 并比较三种基本交换的性能。 3 程控交换机由那些部件组成？
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二 目前程控交换机的组成
• 交换网络 • 外围接口电路 模拟用户电路 数字用户电路 中继单元 模拟中继单元 数字中继单元 操作管理和维护接口 控制系统：实现交换的控制和系统的维护管理。 信令系统：在交换系统各部件之间、用户与交换机之间、 交换机与交换机之间传送专用的控制联络信号 (信令)的发送接收设备。 网络连接设备：与其它网络(数据网，移动通信网)互连的 接 口设备。 其它辅助设备：电源，配线架 用户电路
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6、软交换Soft Switch
• 软交换技术是能够将现存网络融合成以IP为中心同 时可以支持语音、数据和多媒体业务的下一代网络 NGN的关键技术。 • 软交换的核心思想是通过软件的方式实现原来电路 交换机的控制、接续、业务处理等功能。
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软交换网络的体系结构图
业务层
SCP 策略服务器 AAA服务器 HRL 应用服务器