數(shù)據(jù)交換技術(shù)(Data Switching Technology)
在數(shù)據(jù)通信線路中，最簡單的形式是在由某種傳輸介質(zhì)直接連接的兩臺設(shè)備之間進(jìn)行通信。但在長距離通信中，從源站發(fā)出的數(shù)據(jù)一般還需要經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)中一個或多個用作交換設(shè)備的中間結(jié)點(diǎn)，由相應(yīng)結(jié)點(diǎn)的交換設(shè)備把數(shù)據(jù)從一個結(jié)點(diǎn)傳送到另一個結(jié)點(diǎn)，直至到達(dá)目的站。通常我們將交換網(wǎng)絡(luò)中所有通信的發(fā)送方與接收方的主機(jī)均簡稱為站，而將通信交換設(shè)備簡稱為結(jié)點(diǎn)。這些結(jié)點(diǎn)以不規(guī)則的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)用傳輸線路互相連接起來，而每個站點(diǎn)都連接到某個結(jié)點(diǎn)上。
在交換網(wǎng)絡(luò)中，站點(diǎn)之間需要通過有關(guān)結(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，基本的交換技術(shù)有兩類：電路交換與存儲轉(zhuǎn)發(fā)，存儲轉(zhuǎn)發(fā)又可以分為報(bào)文交換和分組交換，分組交換則可分為面向連接的虛電路傳輸和無連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸。目前，最具有發(fā)展前景的是高速分組交換技術(shù)。
一、電路交換(Circuit Switching)
電路交換(Circuit Switching)是在兩個站點(diǎn)之間通過通信子網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)建立一條專用的通信線路，這些結(jié)點(diǎn)通常是一臺采用機(jī)電與電子技術(shù)的交換設(shè)備(例如程控交換機(jī))。也就是說，在兩個通信站點(diǎn)之間需要建立實(shí)際的物理連接，其典型實(shí)例是兩臺電話之間通過公共電話網(wǎng)絡(luò)的互連實(shí)現(xiàn)通話。
電路交換實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信需經(jīng)過下列三個步驟：首先是建立連接，即建立端到端(站點(diǎn)到站點(diǎn))的線路連接；其次是數(shù)據(jù)傳送，所傳輸數(shù)據(jù)可以是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(如遠(yuǎn)程終端到計(jì)算機(jī))，也可以是模擬數(shù)據(jù)(如聲音)；最后是拆除連接，通常在數(shù)據(jù)傳送完畢后由兩個站點(diǎn)之一終止連接。 電路交換的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時性好，但將電話采用的電路交換技術(shù)用于傳送計(jì)算機(jī)或遠(yuǎn)程終端的數(shù)據(jù)時，會出現(xiàn)下列問題：①用于建立連接的呼叫時間大大長于數(shù)據(jù)傳送時間(這是因?yàn)樵诮⑦B接的過程中，會涉及一系列硬件開關(guān)動作，時間延遲較長，如某段線路被其他站點(diǎn)占用或物理斷路，將導(dǎo)致連接失敗，并需重新呼叫)；②通信帶寬不能充分利用，效率低(這是因?yàn)閮蓚€站點(diǎn)之間一旦建立起連接，就獨(dú)自占用實(shí)際連通的通信線路，而計(jì)算機(jī)通信時真正用來傳送數(shù)據(jù)的時間一般不到10%，甚至可低到1%)；③由于不同計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程終端的傳輸速率不同，因此必須采取一些措施才能實(shí)現(xiàn)通信，如不直接連通終端和計(jì)算機(jī)，而設(shè)置數(shù)據(jù)緩存器等。
二、報(bào)文交換(Message Switching)
報(bào)文交換(Message Switching)是通過通信子網(wǎng)上的結(jié)點(diǎn)采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方式來傳輸數(shù)據(jù)，它不需要在兩個站點(diǎn)之間建立一條專用的通信線路。報(bào)文交換中傳輸數(shù)據(jù)的邏輯單元稱為報(bào)文，其長度一般不受限制，可隨數(shù)據(jù)不同而改變。一般它將接收報(bào)文站點(diǎn)的地址附加于報(bào)文一起發(fā)出，每個中間結(jié)點(diǎn)接收報(bào)文后暫存報(bào)文，然后根據(jù)其中的地址選擇線路再把它傳到下一個結(jié)點(diǎn)，直至到達(dá)目的站點(diǎn)。
實(shí)現(xiàn)報(bào)文交換的結(jié)點(diǎn)通常是一臺計(jì)算機(jī)，它具有足夠的存儲容量來緩存所接收的報(bào)文。一個報(bào)文在每個結(jié)點(diǎn)的延遲時間等于接收報(bào)文的全部位碼所需時間、等待時間，以及傳到下一個結(jié)點(diǎn)的排隊(duì)延遲時間之和。
報(bào)文交換的主要優(yōu)點(diǎn)是線路利用率較高，多個報(bào)文可以分時共享結(jié)點(diǎn)間的同一條通道；此外，該系統(tǒng)很容易把一個報(bào)文送到多個目的站點(diǎn)。報(bào)文交換的主要缺點(diǎn)是報(bào)文傳輸延遲較長(特別是在發(fā)生傳輸錯誤后)，而且隨報(bào)文長度變化，因而不能滿足實(shí)時或交互式通信的要求，不能用于聲音連接，也不適于遠(yuǎn)程終端與計(jì)算機(jī)之間的交互通信。
三、分組交換(Packet Switching)
分組交換(Packet Switching)的基本思想包括：數(shù)據(jù)分組、路由選擇與存儲轉(zhuǎn)發(fā)。它類似于報(bào)文交換，但它限制每次所傳輸數(shù)據(jù)單位的長度(典型的最大長度為數(shù)千位)，對于超過規(guī)定長度的數(shù)據(jù)必須分成若干個等長的小單位，稱為分組(Packets)。從通信站點(diǎn)的角度來看，每次只能發(fā)送其中一個分組。
各站點(diǎn)將要傳送的大塊數(shù)據(jù)信號分成若干等長而較小的數(shù)據(jù)分組，然后順序發(fā)送；通信子網(wǎng)中的各個結(jié)點(diǎn)按照一定的算法建立路由表(各目標(biāo)站點(diǎn)各自對應(yīng)的下一個應(yīng)發(fā)往的結(jié)點(diǎn))，同時負(fù)責(zé)將收到的分組存儲于緩存區(qū)中(而不使用速度較慢的外存儲器)，再根據(jù)路由表確定各分組下一步應(yīng)發(fā)向哪個結(jié)點(diǎn)，在線路空閑時再轉(zhuǎn)發(fā)；依次類推，直到各分組傳到目標(biāo)站點(diǎn)。由于分組交換在各個通信路段上傳送的分組不大，故只需很短的傳輸時間(通常僅為ms數(shù)量級)，傳輸延遲小，故非常適合遠(yuǎn)程終端與計(jì)算機(jī)之間的交互通信，也有利于多對時分復(fù)用通信線路；此外由于采取了錯誤檢測措施，故可保證非常高的可靠性；而在線路誤碼率一定的情況下，小的分組還可減少重新傳輸出錯分組的開銷；與電路交換相比，分組交換帶給用戶的優(yōu)點(diǎn)則是費(fèi)用低。 根據(jù)通信子網(wǎng)的不同內(nèi)部機(jī)制，分組交換子網(wǎng)又可分為面向連接(Connect-Oriented)和無連接(Connectless)兩類。前者要求建立稱為虛電路(Virtual Circuit)的連接，一對主機(jī)之間一旦建立虛電路，分組即可按虛電路號傳輸，而不必給出每個分組的顯式目標(biāo)站點(diǎn)地址，在傳輸過程中也無須為之單獨(dú)尋址，虛電路在關(guān)閉連接時撤銷。后者不建立連接，數(shù)據(jù)報(bào)(Datagram，即分組)帶有目標(biāo)站點(diǎn)地址，在傳輸過程中需要為之單獨(dú)尋址。
分組交換的靈活性高，可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)面向連接或無連接的通信，并能充分利用通信線路，因此現(xiàn)有的公共數(shù)據(jù)交換網(wǎng)都采用分組交換技術(shù)。LAN局域網(wǎng)也采用分組交換技術(shù)，但在局域網(wǎng)中，從源站到目的站只有一條單一的通信線路，因此，不需要公用數(shù)據(jù)網(wǎng)中的路由選擇和交換功能。 四、高速分組交換技術(shù)(High Speed Packet Switching Technology)
由于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用越來越廣泛，人們對通信線路帶寬的需求越來越高，現(xiàn)有的交換技術(shù)，已經(jīng)不能滿足日益增長的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的要求，如交互式的會話對實(shí)時性要求很高，延遲要很小；高清晰度電視圖像及多媒體實(shí)時數(shù)據(jù)的傳送都要求高速寬帶的通信網(wǎng)。
1.幀中繼
幀中繼(Frame Relay)是目前開始流行的一種高速分組技術(shù)。典型的幀中繼通信系統(tǒng)以幀中繼交換機(jī)作為結(jié)點(diǎn)組成高速幀中繼網(wǎng)，再將各個計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通過路由器與幀中繼網(wǎng)絡(luò)中的某一結(jié)點(diǎn)相連；與一般分組交換在每個結(jié)點(diǎn)均要對組成分組的各個數(shù)據(jù)幀進(jìn)行檢錯等處理不同的是：幀中繼交換結(jié)點(diǎn)在接收到一個幀時就轉(zhuǎn)發(fā)該幀，并大大減少(并不完全取消)接收該幀過程中的檢錯步驟，從而將結(jié)點(diǎn)對幀的處理時間縮短一個數(shù)量級，因此稱為高速分組交換。當(dāng)某結(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)錯誤則立即中止該幀的傳輸，并由源站申請重發(fā)該幀。顯然，只有當(dāng)幀中繼網(wǎng)絡(luò)中的錯誤率非常低時，幀中繼技術(shù)才是可行的。
幀中繼的幀長是可變的，可按需要分配帶寬，幀中繼網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率可達(dá)64Kbps~45Mbps，適用于局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。
2.ATM異步傳輸模式
最有發(fā)展前途的高速分組交換技術(shù)是ATM異步傳輸模式(Asynchronous Transfer Mode)，它是建立在電路交換與分組交換基礎(chǔ)上的一種新的交換技術(shù)，并由基于光纖網(wǎng)絡(luò)的B-ISDN寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)所采用：用戶主機(jī)所在網(wǎng)絡(luò)通過ATM交換結(jié)點(diǎn)再與光纖數(shù)字網(wǎng)絡(luò)相連。
ATM異步傳輸模式的主要特點(diǎn)如下：
1). 模式中的分組稱為信元(Cell)，其長度是固定的，由5個字節(jié)首部和48個字節(jié)的信息字組成，因此在各結(jié)點(diǎn)可采用硬件對信元進(jìn)行處理，而縮短信元處理時間
2). 交換設(shè)備可按網(wǎng)絡(luò)最大速度設(shè)置，而不同類型的服務(wù)可復(fù)用在一起，各通信信道對應(yīng)信元根據(jù)業(yè)務(wù)量的大小按先到先服務(wù)的原則占用各分時段，速率高的信源占用較多時段，因而可支持各種業(yè)務(wù)的不同速率
3). 保留電路交換以滿足傳輸從語音到高清晰度電視圖像等各種實(shí)時性很強(qiáng)的業(yè)務(wù)需要
利用光纖通信誤碼率低的優(yōu)點(diǎn)將差錯控制由數(shù)據(jù)鏈路層改到高層，而提高信元在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸速率。
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