数据交换技术

2.2数据互换技术

教学目的:规定理解电路互换、报文互换和分组互换技术的概念，工作原理和各自的特点。

教学重难点：1、电路互换技术的工作原理和特点。

2、报文互换技术的工作原理和特点。

3、分组互换技术（虚电路分组互换和数据报分组互换）的工作原理和特点。

4、各种数据互换技术的性能比较。

课题导入：前面我们学习了信号的编码，知道了数字数据的数字信号编码和模拟信号编码以及模拟数据的数字信号编码，那么数据通过编码后在通信线路上进行传输的最简朴形式，是在两个互连的设备之间直接进行数据通信。但网络中所有的设备并不是两两相连的，而是通过中间节间，而中间结点并不关心所传数据的内容，而是提供一种互换技术，这就是我们今天要学习的新内容。

一、电路互换(Circuit Switching)

电路互换(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互换设备(例如程控互换机)。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通过公共电话网络的互连实现通话。

电路互换实现数据通信需通过下列三个环节：一方面是建立连接，即建立端到端(站点到站点)的线路连接；另一方面是数据传送，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)；最后是拆除连接，通常在数据传送完毕后由两个站点之一终止连接。

电路互换的优点是实时性好，但将电话采用的电路互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用于建立连接的呼喊时间大大长于数据传送时间(这是由于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，并需重新呼喊)；②通信带宽不能充足运用，效率低(这是由于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由于不同计算机和远程终端的传输速率不同，因此必须采用一些措施才干实现通信，如不直接连通终端和计算机，而设立数据缓存器等。

电路交换举例•A 和B 通话经过四个交换机•通话在A 到B 的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA

二、报文互换(Message Switching) 报文互换(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。报文互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。一般它将接受报文站点的地址附加于报文一起发出，每个中间结点接受报文后暂存报文，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。

实现报文互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受的报文。一个报文在每个结点的延迟时间等于接受报文的所有位码所需时间、等待时间，以及传到下一个结点的排队延迟时间之和。

报文互换的重要优点是线路运用率较高，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。报文互换的重要缺陷是报文传输延迟较长(特别是在发生传输错误后)，并且随报文长度变化，因而不能满足实时或交互式通信的规定，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、分组互换(Packet Switching)

分组互换(Packet Switching)的基本思想涉及：数据分组、路由选择与存储转发。它类似于报文互换，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提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提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(各目的站点各自相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)，再根据路由表拟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，直到各分组传到目的站点。由于分组互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，也有助于多对时分复用通信线路；此外由于采用了错误检测措施，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犯错分组的开销；与电路互换相比，分组互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，分组互换子网又可分为面向连接(Connect-Oriented)和无连接(Connectless)两类。前者规定建立称为虚电路(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的站点地址，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消。后者不建立连接，数据报(Datagram，即分组)带有目的站点地址，在传输过程中需要为之单独寻址。

分组互换的灵活性高，可以根据需要实现面向连接或无连接的通信，并能充足运用通信线路，因此现有的公共数据互换网都采用分组互换技术。LAN局域网也采用分组互换技术，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互换功能。

四．三种数据互换技术的比较

为了便于理解与区别，本节要对以上三种互换方式进行比较。一方面从大的分类上进行比较，那就是“电路互换”与“存储互换”的比较。

1．“存储互换”方式与“电路互换”方式的重要区别 在存储互换方式中，发送的数据与目的地址、源地址和控制信息按照一定格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网。通信子网中的节点是通信控制解决机，它负责完毕数据单元的接受、差错校验、存储、路选和转发功能，在电路互换方式中以上功能均不具有。

存储转发相对电路互换方式具有以下优点:

由于通信子网中的通信控制解决机可以存储分组，多个分组可以共享通信信道，线路运用率高。通信子网中通信控制解决机具有路选功能，可以动态选择报文分组通过通信子网的最佳途径。可以平滑通信量，提高系统效率。分组在通过通信子网中的每个通信控制解决机时，均要进行差错检查与纠错解决，因此可以减少传输错误，提高系统可靠性。通过通信控制解决机可以对不同通信速率的线路进行转换，也可以对不同的数据代码格式进行变换。

2．电路互换与分组互换的比较

（1）从分派通信资源（重要是线路）方式上看

电路互换方式静态地事先分派线路，导致线路资源的浪费，并导致接续时的困难；而分组互换方式可动态地（按序）分派线路，提高了线路的运用率，由于使用内存来暂存分组，也许出现由于内存资源耗尽，而中间节点不得不丢弃接到的分组的现象。

（2）从用户的灵活性方面看

电路互换的信息传输是全透明的，用户可以自行定义传输信息的内容、速率、体积和格式等，可以同时传输语音、数据和图像等；分组互换的信息传输则是半透明的，用户必须按照分组设备的规定使用基本的参数。 （3）从收费方面看

电路互换网络的收费仅限于通信的距离和使用的时间；分组互换网络的收费则考虑传输的字节（或者分组）数和连接的时间。

以上三种数据互换技术总结如下:

电路互换：在数据传送之前需建立一条物理通路，在线路被释放之前，该通路将一直被一对用户完全占有。 报文互换：报文从发送方传送到接受方采用存储转发的方式。分组互换：此方式与报文互换类似，但报文被提成组传送，并规定了分组的最大长度，到达目的地后需重新将分组组装成报文。

它们之间的互换原理综合比较如图3-37所示。

三种交换的比较P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文A B C D A B C DA B C D报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放

小结： 1、电路互换：在数据传输之前必须先设立一条完全的通路，在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用，电路互换率不高，适合于较轻和间接式负载使用租用的线路进行通信。

2、报文互换：报文从源点传送到目的地采用存储转发的方式，报文需要排队，因此报文互换不适合交互式通信，不能满足实时通信的规定。

3、分组互换：报文被分组传送，并规定了最大长度，分组互换技术是数据网是最广泛使用的一种互换技术，合用于互换中档和大量数据的情况。

课后习题：1、什么是数据互换，有几种互换方法？

2、分组互换的工作原理及特点？