数据交换技术

目录

<线路交换>

<报文交换>

<分组交换>

1.数据报分组交换

2.虚电路分组交换

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计算机网络是以数据交换为目的的技术，从交换技术的发展过程来看，主要经历了线 路交换、报文交换、分组交换的过程。

<线路交换>

线路交换又称为电路交换，是指在发送端和接收端建立起一条实际的专用通信 线路来进行数据的传输，并且在整个数据传输过程中，该专用线路一直为收发两端 占用，直到数据传输结束后才被释放。

线路交换技术的通信包括3种状态:

(1)线路建立:在传输任何数据之前，都必须建立端到端的线路

(2)数据传送:所传输的数据可以是数字的也可以是模拟的

(3)线路拆除:在某个数据传送周期结束后，就要结束链接，通常由两个站中的一个来 完成这个动作。

最典型的应用线路交换技术的例子是电话系统。

如图所示，其中6个矩形代表了电话运营商的交换局，每个局有3条入境线路和3条出 境线路。当电话呼叫通过一个交换局时，在电话入境线路与某一条出境线路之间就会建立 起一个物理连接，如图中虚线所示。当然，这个图里的模型被高度简化了。因为事实上， 两个电话之间的物理路径可能部分是微波，部分是光纤。而且在光纤链路上，会有成千上 万的电话呼叫被复用在一起。然而，我们上面讲的基本思路仍然是有效的，即一旦一个呼 叫被建立起来，在两端之间就会存在一条专用的路径，并且这条路径会一直持续到该次呼叫结束。

从我们日常打电话可以知道，我们拨完号码到开始响铃可能需要10秒钟的时间，长途 电话或者国际电话所需要的时间更长。在这段时间中，电话系统在干什么呢?它正在全力 以赴寻找到达目的地的路径。注意，在开始传输数据之前，呼叫请求信号必须一路传向接 收方，并且要被接收方确认。这对于许多计算机应用来说，比如销售点的信用卡验证，长时间的建立过程是不可取的。因此虽然线路交换设备操作简单，数据传送速度快、延迟 小，但更适用于远程成批处理和发送大量数据的固定用户间的通信。

<报文交换>

接下来我们来看报文交换。顾名思义，其传输单位是报文，需要强调的一点是，这里 所讲的报文指的是信息的一个逻辑单位，而不是望文生义的报纸文章。而报文的内容包括 要发送的正文信息和指明收发站的地址及其它的控制信息。

它与线路交换有一个不同点，报文交换不需要在发送端和接收端之间建立一条专用通 路。如果发送端想要发送一个报文，只需要把一个目的地址附加在报文上，然后把报文以 “存储-转发”的方式在网络内传输。

如图中所示，要将数据从C结点发送数据到F结点， 首先，发送端C将要发送的信息分割成一个个报文，连同接收地址发给本地交换中心6号设备;

然后，6号设备接收该报文并存储下来，待后面的线路空闲时，再转发给下一个结 点，如1号交换设备;1号交换设备接受该报文并存储下来，然后再转发给下一个交换设备 3，依次进行......

最后，接收端F接收该报文，进行整理。

在数据的传输过程中，每次数据交换均由存储和转发两步构成，不需独占一条物理链路，这可提高信道的利用率，同一个数据可发给多个接受点。目前我们所使用的电子邮件 的传送就是利用这种模式。

报文交换比起线路交换有很多优点:传输效率高，开销小，线路利用率高等等，但是 它还是有很多问题的:比如，报文交换不能满足实时或交互式的数据通信的要求，试想一 下，你正在通过网络看视频数据，如果是通过报文交换，这会是一个什么样的情况?此外 如果报文较长，则中间的交换设备需要较大容量的存储器，否则响应时间会过长，增加网络延迟。

那什么样的数据交换技术才能够避免报文交换所存在的问题呢?这就要兼具线路交换 和报文交换方式优点的分组交换了。

<分组交换>

分组交换又称为包交换技术，包是分组交换的基本数据单元，一个包可以是100-1000 个字节的数据，每个分组包含的内容有:要发送的数据、收发站的地址、分组编号、校验 码等传输控制信息。分组交换可采用数据报分组交换和虚电路分组交换两种传输方式。

1.数据报分组交换

数据报分组交换是一种无连接的服务提供方式。 发送端将数据分成若干个较小的分组，采取存储和转发工作方式，允许每个分组走不 同的路径，每个分组都被单独处理。

图中，我们看到发送端C将其要发送的数据拆分为2个分组，分组1和分组2选择了不同的传输路径，最后在交换中心5处汇合。然后重新组成完整的数据再传送给F。

数据报分组交换方式可以避免建立线路的开销，比较适合小量分组的以太网网络应 用，随着光纤的普及和网络传输速度与质量的提高，为了进一步提高通信效率，产生了帧中继交换技术。它采取带宽按需分配的统计复用原理，把位于单条线路上的多个用户站点 的信息汇集到一起，再分为多个分组(称为帧)进行传输，帧的大小由当时的带宽决定， 最大允许4000个字节的数据。这种分组交换方式主要应用于帧中继网络中。

2.虚电路分组交换

虚电路分组交换是一种面向连接的服务提供方式。在数据发送之前要建立一条逻辑连接，连接建立后，分组数据将在这条逻辑连接上传输。

虚电路分组交换建立的是逻辑信道——虚通道，不是电路交换中的一条专用的独占物理信道。虚通道上的交换设备都有缓冲装置，只有在虚通道对应的物理信道空闲时才会进 行发送，这实际上是对物理信道使用了分时共享技术。目前在宽带综合业务数字网中所提出的ATM异步传输模式就是一个典型的虚电路分组交换技术的应用，ATM能在一条物理信 道上同时建立起多条虚电路，以提供不同的业务(如语音、数据以及图像传送)，目前广 泛用于骨干网络，实用于各种高速数据交换业务。

由于光纤的广泛应用，人们现在还在研究光分组交换技术。它的关键技术包括光分组 的产生、同步、缓存、再生等。它既可以在网络内实现资源最佳利用，又可以提供像点到 点这样非常关键的业务，未来的发展前景巨大。