局域网的数据交换技术研究

局域网的数据交换技术研究

[摘要]主要论述局域网数据交换的三种方式电路交换、报文交换、分组交换，对于其数据交换的原理以及优缺点进行了比较分析。

[关键词]局域网电路交换报文交换分组交换

一个局域网的通信网络由许多交换结点互连而成。信息在这样的网络中传输就像火车在铁路网络中运行一样，经过一系列交换结点，从一条线路交换到另一条线路，最后才能到达目的地。交换结点转发信息的方式可分为电路交换、报文交换和分组交换3种。

一、电路交换

这种交换方式把发送方和接收方用一系列链路直接连通。电话交换系统就是采用这种交换方式。当交换机收到一个呼叫后就在网络中寻找一条临时通路供两端的用户通话，这种临时通路可能要经过若干个交换局的转接，并且一旦建立连接就成为这一对用户之间的临时专用通路，别的用户不断打断，直到通话结束后才拆除连接。它的特点是实时性强，时延小，交换设备成本较低。但同时也带来线路利用率低，电路接续时间长、通信效率低，不同类型终端用户之间不能通信等缺点。电路交换比较适用于信息量大、长报文，经常适用的固定用户之间的通信。

建立连接阶段, 发起方站点向某个响应方站点发送一个请求, 该请求通过中间结点传输至终点, 如果中间结点有空闲的物理线路可以使用, 接收请求, 分配线路, 并将请求传输给下一中间结点, 整个过程持续进行, 直至终点。如果中间结点没有空闲的物理线路可以使用, 整个线路的“串接”将无法实现。仅在通信的两个站点之间建立起物理线路之后, 才允许进入数据传输阶段。线路一旦被分配, 在未释放之前, 其它站点将无法使用。数据传输阶段,在已经建立物理线路的基础上, 站点之间进行数据传输。所传输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) , 既可以从发起方站点传往响应方站点, 也允许相反方向的数据传输。拆除连接阶段, 当站点之间的数据传输完毕,执行释放线路的动作, 拆除连接并释放线路资源。

早期的电路交换技术采用空分交换技术，由n条全双工输入/输出线路组成纵横交换矩阵，在输入线路和输出线路的交叉点处有触发开关。每个站点分别与一条输入线路和一条输出线路相连，只要适当控制这些交叉触点的通断，就可以控制任意两个站点之间的数据交换。这种交换机的开关数量与站点数的平方成正比，成本高，可靠性差，已经被更先进的时分交换技术取代了。

时分交换是时分多路复用技术在交换机中的应用。比较常见是TDM总线交换，每个站点都通过全双工线路与交换机相连，当交换机中某个控制开关接通时

该线路获得一个时槽，线路上的数据被输出到总线上。在数字总线的另一端按照同样的方法接收各个时槽上的数据。

目前，现有的电路交换网主要指PSTN、N-ISDN（固定网络），同时包括IN 及信令网(No．7)。

二、报文交换

报文交换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。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。因而这样的网络又叫存储转发网络。其中的交换结点要有足够大的存储空间（一般是磁盘），用以缓冲接收到的长报文。

报文交换的优点是中继电路利用率高，可实现不同速率，不同规程的终端间互通，但它的缺点也是显而易见的。以报文为单位进行存储转发，网络传输时延大，且占用大量的交换机内存和外存，不能满足对实时性要求高的用户。报文交换适用于传输的报文较短，实时性要求较低的网络用户之间的通信，如公用电报网，电子邮件系统（例如E-mail）适合于采用报文交换方式。

三、分组交换

在这种交换方式中数据包有固定的长度，因而交换结点只要在内存中开辟一个小的缓冲区就可以了。进行分组交换时，发送结点先要对传送的信息分组，对各个分组编号，加上源地址和目标地址以及约定的分组头信息，这个过程叫做信息的打包。

在分组交换中，由于能够分组方式进行数据的暂存交换，经交换机处理后，很容易地实现不同速率、不同规程的终端间通信。其特点主要有：

（一）线路利用率高：分组交换以虚电路的形式进行信道的多路复用，实现资源共享，可以一条物理线路上提人工多条逻辑信道，极大地提高线路的利用率。使传输费用明显下降。

（二）不同种类的终端可以相互通信：分组网以X．25协议向用户提供标准接口，数据以分组为单位在网络内存储转发，使没速率终端，不同协议的设备经网络提供的协议变换功能后实现互相通信。

（三）信息传输可靠性高：在网络中每个分组进行传输时，在节点交换机之间采用差错校验与重发的功能，因而在网中传送的误码率大大降低。而且在网内发生故障时，网络中的路由机制会使分组自动地选择一条新的路由器避开故障点，不会造成通信中断。

（四）分组多路通信：由于每个分组都包含有控制信息，所以分组型终端可以同时与多个用户终端进行通信，可把同一信息发送到不同用户。

（五）计费与传输距离无关：网络计费按时长、信息量计费、与传输距离无关，特别适合那些非实时性，而通信量不大的用户。

随着网络化时代的来临, 人们对信息的需求与日俱增, 尤其是宽带业务在全球突飞猛进地发展,给计算机网络业务的发展带来了空前的机遇与契机。建立高速大容量的计算机网络已成为现代信息技术发展的必然趋势。计算机网络数据交换技术也必须同步发展并力求达到完美的适应和匹配, 以便向网络用户提供尽可能快速高效的互联网和大流量的信息资源。

参考文献：

[1]李艳芳，屈长青．报文到报文第三层交换技术研究[J]．零陵学院学报,2002,(6).

[2]镇桂勤，逢玉台．分组交换技术与光分组交换技术[J]．现代通信，2001,(10).

[3]张建超，李斯伟．分组交换与帧中继[J]. 中国民航学院学报，1999,(4).

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。