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       数据交换技术
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考试要求:掌握      相关知识点:19个      
        数据交换技术主要包括电路交换、报文交换、分组交换和信元交换。
               电路交换
               当用户要发送信息时,由源交换机根据信息要到达的目的地址,把线路连接到目的交换机,这个过程称为线路接续。线路接续是由联络信号经存储转发方式完成的,即根据用户号码或地址,经局间中继线传送给被叫交换机并转被叫用户。线路接通后,就形成了一条端对端的信息通路,在这条通路上双方即可进行通信。通信完毕后,由通信双方的某一方,向自己所属的交换机发出撤销线路的请求,交换机收到此信号后就将此线路撤销,以供别的用户呼叫时使用。电路交换工作过程如下图所示。
               
               电路交换
               由于电路交换的接续路径是采用物理连接的,在传输电路接续后,控制电路就与信息传输无关,所以电路交换方式的主要优点是:数据传输可靠、迅速,不丢失且保持原来的序列。缺点是在有的环境下,电路空闲时的信道容量被浪费,而且数据传输阶段的持续时间不长的话,电路建立和拆除所用的时间也得不偿失。因此,它适合于系统间要求高质量的大量数据传输的情况,其计费方法一般按照预定的带宽、距离和时间来计算。
               目前电路交换方式的数据通信网是利用现有电话网实现的,所以数据终端的接续控制等信号要做到与电话网兼容。
               报文交换
               报文交换采用了存储-转发的交换方式,其基本原理是用户之间进行数据传输时,主叫用户不需要先建立呼叫,而是先进入本地交换机存储器,等到连接该交换机的中继线空闲时,再根据确定的路由转发到目的交换机,如下图所示。由于每份报文的头部都含有被寻址用户的完整地址,所以每条路由不是固定分配给某一个用户,而是由多个用户进行统计复用。
               
               报文交换
               这种方法比起电路交换来有许多优点,具体如下。
               (1)线路效率较高。这是因为许多报文可以分时共享一条节点的通道。对于同样的通信容量来说,需要较少的传输能力。
               (2)不需要同时使用发送器和接收器来传输数据,网络可以在接收器可用之前,暂时存储这个报文。
               (3)在电路交换网络上,当通信量变得很大时,就不能接收某些呼叫,而在报文交换网络上,却仍然可以接收报文,但传送延迟会增加。
               (4)报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地,而电路交换网络很难做到这一点。
               报文交换的主要缺点是,它不能满足实时或交互式的通信要求,经过网络的延迟相当长,而且有相当大的变化。因此,这种方式不能用于声音连接,也不适合于交互式终端到计算机的连接。有时节点收到过多的数据而不得不丢弃报文,并阻止了其他报文的传送,而且发出的报文不按顺序到达目的地。另外,报文交换中,若报文较长,需要较大容量的存储器,若将报文放到外存储器中去,会造成响应时间过长,增加网络延迟时间。
               分组交换
               分组交换也称为包交换,它也采用存储-转发的交换方式,其工作原理是首先把来自用户的信息电文暂存于存储装置中,并划分为多个一定长度的分组,每个分组前边都加上固定格式的分组标题,用于指明该分组的发端地址、收端地址及分组序号等。
               由于以报文分组作为存储转发的单位,因而分组在各交换节点之间传送比较灵活,交换节点不必等待整个报文的其他分组到齐,一个分组一个分组地转发。这样可以大大压缩节点所需的存储容量,也缩短了网络延时。另外,较短的报文分组比较长的报文可大大减少差错的产生,提高了传输的可靠性。分组交换适用于交互式通信,如终端与主机通信,它是计算机网络中使用最广泛的一种交换技术。
               分组交换目前通常有两种方法,即数据报(Datagram)方式和虚电路(Virtual Circuit)方式。
               1)数据报方式
               在数据报分组交换中,每个分组的传送是被单独处理的。每个分组称为一个数据报,每个数据报自身携带足够的地址信息。一个节点收到一个数据报后,根据数据报中的地址信息和节点所储存的路由信息,找出一个合适的路由,把数据报按原样发送到下一节点。由于各数据报所走的路径不一定相同,因此不能保证各个数据报按顺序到达目的地,有的数据报甚至会在中途丢失。以数据报方式进行传送的整个过程中,不需要建立虚电路,但要为每个数据报做路由选择,如下图所示。
               
               分组交换的数据报方法
               2)虚电路方式
               在虚电路分组交换中,为了进行数据传输,网络的源节点和目的节点之间要先建立一条逻辑通路。每个分组除了包含数据之外,还包含一个虚电路标识符。在预先建立好的路径上的每个节点都知道把这些分组引导到哪里去,不需要进行路由选择。通信完毕后,由某一个站提交清除请求来结束这次连接。它之所以是"虚"的,是因为这条电路不是专用的,如下图所示。
               
               分组交换的虚电路方法
               虚电路分组交换的主要特点是:在数据传送之前必须通过虚呼叫设置一条虚电路,而不像电路交换那样有一条专用通路。分组在每个节点上仍然需要缓冲,接着在线路上进行排队,等待输出。
               在分组交换方式中,由于能够以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。分组交换主要具有以下特点。
               (1)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,可在一条物理线路上提供多条逻辑信道,极大地提高了线路的利用率。
               (2)不同种类的终端可以相互通信。数据以分组为单位在网络内存储转发,使不同速率终端、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。
               (3)信息传输可靠性高。每个分组在网络中进行传输时,在节点交换机之间采用差错校验与重发的功能,因而在网络中传送的误码率大大降低。而且当网络内发生故障时,网络中的路由机制会使分组自动地选择一条新的路由以避开故障点,不会造成通信中断。
               (4)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。
               信元交换
               信元交换又称为异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode, ATM),它是在分组交换的基础上发展起来的一种传输模式,结合了电路交换和分组交换的优点,是一种面向连接的快速分组交换技术。在这一模式中,信息被组织成信元。因为包含来自某用户信息的各个信元不需要周期性出现(这是ATM区别于其他传输模式的一个基本特征),所以把这种传输模式称为异步传输。这里的"异步"不是指数字通信过程中的不同步,而是指不需要对发送方的信号按一定的步调(同步)进行发送。ATM信元是固定长度的分组,并使用空闲信元来填充信道,从而使信道被分为等长的时间小段。每个信元共有53个字节,分为两个部分。前面5个字节为信头,主要完成寻址功能;后面48个字节为信息段,用来装载来自不同用户、不同业务的信息。话音、数据、图像等所有的数字信息都要经过切割,封装成统一格式的信元后在网络中传递,最后在接收端恢复成所需格式。
               信元交换的主要特点是:该技术简化了交换过程,去除了不必要的数据校验,采用了易于处理的固定信元格式,从而使传输时延减小,交换速率大大高于传统的数据网,适用于高速数据交换业务。
               电路交换、报文交换和分组交换的比较
               电路交换、报文交换和分组交换等3种数据交换技术的总结如下。
               (1)电路交换:在数据传送之前需要建立一条物理通路,在线路被释放之前,该通路将一直被一对用户完全占有,适用于连续传送大量数据的场合,如下图所示。
               (2)报文交换:报文从发送方传送到接收方采用存储-转发的方式。在传送报文时,只占用一段通路;在交换节点中需要缓冲存储,报文需要排队。因此,这种方式不能满足实时通信的要求,如下图所示。
               (3)分组交换:此方式与报文交换类似,但报文被分成组传送,并规定了分组的最大长度,到达目的地后需将分组重新组装成报文。这是网络中采用最广泛的一种交换技术,如下图所示。
               
               3种交换方式的比较
               3种数据交换方式各有其特点,对于实时性强的交互式传输,电路交换最合适,不宜用报文交换;对于网络中较轻的或间歇式负载,报文交换较合适;对于中等或稍重的负载,分组交换有较好的效果。
 
本知识点历年真题:
隶属试卷 题号/题型 题干 难度系数/错误率
   2016年上半年
   网络管理员
   上午试卷 综合知识
第22题
选择题
下面的网络中,属于电路交换网络的是(21),属于分组交换网络的是(22)。

51%
   2011年上半年
   网络管理员
   上午试卷 综合知识
第24题
选择题
传统电话网采用的交换方式是(23),帧中继网采用的交换方式是(24)。

50%
 
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