《计算机网络》 数据交换

线路交换的实质、优缺点
不难看出，线路交换的外部表现是通信双方一旦接通， 便独占一条实际的物理线路。线路交换的实质是：在交 换设备内部由硬件开关接通输入线与输出线。
线路交换技术的优点：传输延迟小（惟一的延迟是电磁 信号的传播时间）；线路一旦接通，不会发生冲突。对 于占用信道的用户来说，可靠性和实时响应能力都很好。
数据交换
交换技术是采用交换机或结点 机等交换系统，通过路由选择技 术在要进行通信的双方之间建立 物理的逻辑的连接，形成一条通 信电路，实现通信双方的信息传 输和交换的一种技术。
网络中的数据交换技术
在计算机网络中，计算机通常使用公用通信的传 输线路进行数据交换，以提高传输设备的利用率。在 网络中的数据交换方式可分为线路（电路）交换和存 储转发交换两大类，其中存储转发交换又可分为报文 交换和分组交换两种。分组交换可分为传统的分组交 换、帧中继交换和信元交换三种。
由此可见，数据交换方式中的交换，其实质是在交换设备内部将 数据从输入线切换到输出线的方式。线路交换方式是静态分配线 路；存储转发方式则是动态分配线路。
分组交换的原理
数据以短的分组传输，分组 长度的上限为1000字节
每个分组中包含有部分用户 数据及一些控制信息
控制包含有把此报文经网络 传送到目的站所需的信息
ATwk.baidu.com信元格式
报文交换方式的优缺点
报文交换方式具有如下优点：线路利用率高，信道可 为多个报文共享；接收方和发送方无需同时工作，在 接收方“忙”时，报文可以暂存交换器处；可同时向 多个目标地址发送同一报文；能够在网络上实现报文 的差错控制和纠错处理；报文交换网络能进行速度和 代码转换，例如，将ASCII码转换为EBCDIC码。
5.1 线路交换
交换（switch）的概念来源于电话系统。当用户发出通 话呼叫时，电话系统中的交换机（telephone switch） 在呼叫者电话与接收者电话之间寻找一条客观存在的物 理通道。一旦找到，通话便可建立起来。然后，两端的 电话便拥有这条线路，直到通话结束。这里，所谓“交 换”体现在交换设备内部，当交换机从一条输入线收到 呼叫请求时，它首先根据被呼叫者的号码寻找一条合适 的空闲输出线，然后，通过硬件开关（比如电磁继电器） 将二者连通。电话系统的这种交换方式就叫做“线路交 换”(circuit switching)。
时分交换（时分复用技术） 时分交换是把低速数据流划分成块，与其他信息 块一起，共享一个高速数据流。各个数据块由控 制逻辑操作，使数据从输入通向输出。
空分交换
单级空分开关
时分交换
时分复用 时间片互换 多时分交换
5.2 报文交换
在 报 文 交 换 （ message switching ） 方 式 中 ， 信 息 的 交 换 是 以 报 文 （message）为单位的，通信的双方之间无需建立专用通道。例如，当计算 机间通信时，发送机要先把准备发送的信息加上报文头，包括目标地址、源 地址等信息，并将形成的报文发送给交换设备。交换器把收到的报文信息存 入缓冲区并输送进队列排队等候处理，这个过程称为“第一次排队”。
报文交换的主要缺点是：不适合实时通信或交互通信， 也不适合用于交互式的“终端-主机”连接。另外，报 文在传输过程中每经过一个交换器，要经过两次排队， 造成较大的时间延迟。
5.3 分组交换
报文交换方式要经过两次排队，传输还是按串行方式进行的，且对 所传输的报文大小不加限制，对很长的报文，会占用一条交换线路 长达数分钟，显然不太适合于交互式通信。
分组原理
5.4 帧中继交换
帧中继交换是将报文分割成具有统一格式、一定长 度的帧，按存储转发方式进行的一种数据交换方式。 它在传统的分组交换的基础上，简化了差错控制、 流量控制和路由选择功能，从而可以节省传统分组 交换的许多开销，降低延迟，提高吞吐率。
帧中继交换时的呼叫控制信号与用户数据采用分开 的逻辑连接。
缺点：建立通话线路所需时间较长（有时需要10秒或更 长）；一旦接通就要独占线路，造成信道浪费。
线路交换技术
空分交换： 在空分线路交换中，每个通信设备之间的路径以 空间来划分，每个连接都需要通过开关建立一条 物理路径，这条路径只能专门用来传送该对通信 设备间的信号。开关的基本部分是电子纵横式开 关，由控制单元控制其断开或闭合。
为了解决上述问题，人们便提出了一种称为分组交换 （packet switching）的技术。就是将用户的大报文分割成若干个具有统一 格式、具有固定长度的报文分组（称为包，packet）。以报文分组 为单位，在网络中按照类似于流水线的方式进行存储转发传输，从 而可以使各个交换器处于并行操作状态，很显然这样一来便可以大 大缩短报文的传输时间。每一个报文分组均含有数据和目标地址， 同一个报文的不同分组可以在不同的路径中传输，到达指定目标以 后，再将它们重新组装成完整的报文。
在第三层实现逻辑连接的多路复用和交换。
5.5 信元交换技术
信元交换是将报文分割成具有统一格式、长度为53字 节的信元帧，按存储转发方式进行的一种数据交换方 式。 它包含有一个5字节长的信元头和48字节长的信 元信息域。
信元交换具有应用独立和透明的传送能力。所有与应 用有关的功能都和网络分离；信元在网络中传送期间 出现的一切问题（丢、错、延）都由终端来处理，所 以，传送机制就变得十分简单。
交换器依次对输送进队列排队等候的报文信息做适当处理以后，根据报文的 目标地址，选择适当的输出链路。如果此时输出链路中有空闲的线路，便启 动发送进程，把该报文发往下一个交换器，这样通过多次转发，一直把报文 送到指定的目标。由此可见，在这个过程中，交换器的输入线与输出线之间 不必建立物理连接。但是如果该输出链路没有空闲的线路，则需要将报文信 息从缓冲区送到该链路的输出队列排队等候发送，这个过程称为“第二次排 队”。也就是说，在交换器处，报文首先被存储起来，并且在待发报文登记 表中进行登记，等待报文前往的目标地址的线路空闲时再转发出去。
计算机网络中的线路交换
在计算机网络中，计算机之间需要通信时， 也是由交换机负责在其间建立一条实际的专用物 理连接通道。其通信过程可以分为：电路建立阶 段、数据传输阶段和拆除电路连接3个阶段。其特 点是先有两个结点的线路接通然后才能通信，双 方通信的内容不受交换机的约束，即传输信息的 符号、编码、格式以及通信控制规程等均随用户 的需要决定。
分组交换的优点
由于报文分组交换技术严格限制报文分组大小的上限，使分组可 以在交换器的内存中存放，保证任何用户都不能独占线路超过几 十毫秒，线路利用率高。因此非常适合于交互式通信。另外，在 具有多个分组的报文中，分组之间不必等齐就可以单独传送，这 样，避免了拥塞，减少了时间延迟，提高了交换器的吞吐率，这 是分组交换的另一个优点。报文分组交换能根据网络的流量，自 行选择路径到达目的地，因此能够最有效地利用网络带宽。