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发信人: skale (空水澄鲜), 信区: Communication
标  题: [Ch.6]数据交换技术
发信站: BBS 哈工大紫丁香站 (Tue Oct 11 18:35:12 2005)

发信人: Able (泡泡龙·诚实进攻), 信区: EE 
标 题: [Ch.6]数据交换技术 
发信站: 北大未名站 (2003年03月24日12:51:02 星期一), 转信 

数据交换技术(Data Switching Technology) 

　　在数据通信线路中，最简单的形式是在由某种传输介质直接连接的两台设备之间 
进行通信。但在长距离通信中(图1.5)，从源站发出的数据一般还需要经过网络中一 
个或多个用作交换设备的中间结点，由相应结点的交换设备把数据从一个结点传送到 
另一个结点，直至到达目的站。通常我们将交换网络中所有通信的发送方与接收方的 
主机均简称为站，而将通信交换设备简称为结点。这些结点以不规则的网状结构用传 
输线路互相连接起来，而每个站点都连接到某个结点上。 
图1.5 用于长距离通信的交换网络 
　　在交换网络中，站点之间需要通过有关结点之间的数据交换才能实现数据通信， 
基本的交换技术有两类：电路交换与存储转发，存储转发又可以分为报文交换和分组 
交换，分组交换则可分为面向连接的虚电路传输和无连接的数据报传输。目前，最具 
有发展前景的是高速分组交换技术。 

　　一、电路交换(Circuit Switching) 

　　电路交换(Circuit Switching)是在两个站点之间通过通信子网的结点建立一条 
专用的通信线路，这些结点通常是一台采用机电与电子技术的交换设备(例如程控交 
换机)。也就是说，在两个通信站点之间需要建立实际的物理连接，其典型实例是两 
台电话之间必须通过公共电话网络的互连才能实现通话。 
　　利用电路交换进行数据通信需经过下列三个步骤：首先是建立连接，即建立端到 
端(站点到站点)的线路连接；其次是数据传送，所传输的数据可以是数字数据(如远 
程终端到计算机)，也可以是模拟数据(如声音)；最后是拆除连接，当某数据传送完 
毕后，通常由两个站点之一终止连接。 
　　电路交换的优点是实时性好，但将电话采用的电路交换技术用于传送计算机或远 
程终端的数据时，会出现下列问题：①用于建立连接的呼叫时间大大长于数据传送时 
间(这是因为在建立连接的过程中，会涉及一系列硬件开关动作，时间延迟较长，如 
某段线路被其他站点占用或物理断路，将导致连接失败，并需重新呼叫)；②通信带 
宽不能充分利用，效率低(这是因为两个站点之间一旦建立起连接，就独自占用实际 
连通的通信线路，而计算机通信时真正用来传送数据的时间一般不到10%，甚至可低 
到1%)；③由于不同的计算机和远程终端的传输速率不同，因此必须采取一些措施才 
能实现通信，例如不直接连通终端和计算机，而设置数据缓存器等。 

　　二、报文交换(Message Switching) 

　　报文交换(Message Switching)是通过通信子网上的结点采用存储转发的方式来 
传输数据，它不需要在两个站点之间建立一条专用的通信线路。报文交换中传输数据 
的逻辑单元称为报文，其长度一般不受限制，可随数据不同而改变。一般它将接收报 
文站点的地址附加于报文一起发出，每个中间结点接收报文后暂存报文，然后根据 
其中的地址选择线路再把它传到下一个结点，直至到达目的站点。 
　　实现报文交换的结点通常是一台计算机，它具有足够的存储容量来缓存所接收的 
报文。一个报文在每个结点的延迟时间等于接收报文的全部位码所需要时间、等待时 
间，以及传到下一个结点的排队延迟时间。 
　　报文交换的主要优点是线路利用率较高，多个报文可以分时共享结点间的同一条 
通道；此外，该系统很容易把一个报文送到多个目的站点。报文交换的主要缺点是报 
文传输延迟较长(特别是在发生传输错误后)，而且随报文长度变化，因而不能满足实 
时或交互式通信的要求，不能用于声音连接，也不适于远程终端与计算机之间的交互 
通信。 

　　三、分组交换(Packet Switching) 

　　分组交换(Packet Switching)类似于报文交换，但它限制每次所传输数据单位的 
长度(典型的最大长度为数千位)，对于超过规定长度的数据必须分成若干个等长的小 
单位，称为分组(Packets)。从通信站点的角度来看，每次只能发送其中一个分组。 

　　各站点将要传送的大块数据信号分成若干等长而较小的数据分组，然后顺序发送 
；通信子网中的各个结点按照一定的算法建立路由表(各目标站点各自对应的下一个 
应发往的结点)，同时负责将收到的分组存储于缓存区中(而不使用速度较慢的外存储 
器)，再根据路由表确定各分组下一步应发向哪个结点，在线路空闲时再转发；依次 
类推，直到各分组传到目标站点。由于分组交换在各个通信路段上传送的分组不大， 
故只需很短的传输时间(通常仅为ms数量级)，传输延迟小，故非常适合远程终端与计 
算机之间的交互通信，也有利于多对时分复用通信线路；此外由于采取了错误检测措 
施，故可保证非常高的可靠性；而在线路误码率一定的情况下，小的分组还可减少重 
新传输出错分组的开销；与电路交换相比，分组交换带给用户的优点则是费用低。 
　　根据通信子网的不同内部机制，分组交换子网又可分为面向连接(Connect-Orie 
nted)和无连接(Connectless)两类。前者要求建立称为虚电路(Virtual Circuit)的 
连接，一对主机之间一旦建立虚电路，分组即可按虚电路号传输，而不必给出每个分 
组的显式目标站点地址，在传输过程中也无须为之单独寻址，虚电路在关闭连接时撤 
销。后者不建立连接，数据报(Datagram，即分组)带有目标站点地址，在传输过程中 
需要为之单独寻址。 
　　分组交换的灵活性高，可以根据需要实现面向连接或无连接的通信，并能充分利 
用通信线路，因此现有的公共数据交换网都采用分组交换技术。LAN局域网也采用分 
组交换技术，但在局域网中，从源站到目的站只有一条单一的通信线路，因此，不需 
要公用数据网中的路由选择和交换功能。 

　　四、高速分组交换技术(High Speed Packet Switching Technology) 

　　由于网络的应用越来越广泛，人们对通信线路带宽的需求越来越高，现有的交换 
技术，已经不能满足日益增长的网络应用的要求，如交互式的会话对实时性要求很高 
，延迟要很小；高清晰度电视图像及高速数据的传送都要求高速宽带的通信网。 

　　1.帧中继 
　帧中继(Frame Relay)是目前开始流行的一种高速分组技术。典型的帧中继通 
信系统以帧中继交换机作为结点组成高速帧中继网，再将各个计算机网络通过路由器 
与帧中继网络中的某一结点相连；与一般分组交换在每个结点均要对组成分组的各个 
数据帧进行检错等处理不同的是：帧中继交换结点在接收到一个帧时就转发该帧，并 
大大减少(并不完全取消)接收该帧过程中的检错步骤，从而将结点对帧的处理时间缩 
短一个数量级，因此称为高速分组交换。当某结点发现错误则立即中止该帧的传输， 
并由源站申请重发该帧。显然，只有当帧中继网络中的错误率非常低时，帧中继技术 
才是可行的。 
　　帧中继的帧长是可变的，可按需要分配带宽，帧中继网络的传输速率可达64Kbp 
s~45Mbps，适用于局域网、城域网和广域网。 

　　2.ATM异步传输模式 
　　最有发展前途的高速分组交换技术是ATM异步传输模式(Asynchronous Transfer 
Mode)，它是建立在电路交换与分组交换基础上的一种新的交换技术，并由基于光纤 
传输网络的B-ISDN宽带综合业务数字网所采用：用户主机所在网络通过ATM交换结点 
再与光纤数字网络相连。 
　　ATM异步传输模式的主要特点如下： 
模式中的分组称为信元(Cell)，其长度是固定的，由5个字节首部和48个字节的信息 
字组成，因此在各结点可采用硬件对信元进行处理，而缩短信元处理时间； 
交换设备可按网络最大速度设置，而不同类型的服务可复用在一起，各通信信道对 
应信元根据业务量的大小按先到先服务的原则占用各分时段，速率高的信源占用较多 
时段，因而可支持各种业务的不同速率； 
保留电路交换以满足传输从语音到高清晰度电视图像等各种实时性很强的业务需要 
；利用光纤通信误码率低的优点将差错控制由数据链路层改到高层，而提高信元在网 

　

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