数据交换技术
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2023年3月19日发(作者：火箭模型手工制作)数据交换的方式
一、数据交换方式概述：
在计算机网络中，传输系统的设备费用常常要占整个计算机网络费用的一半左右，所
以当通信用户较多而传输的距离较远时，通常采用交换技术。交换又称为转换，这种交
换是通过某些交换中心将数据进展集中和传送，使传输线路为各个用户所共用，从而大
大节省通信线路，提高传输设备的利用率，降低系统费用。当前的数据交换技术有三种
最根本的方式：电路交换、报文交换、分组交换。一个数据通信网的有效性，可靠性和经
济性直承受网络所采用的交换方式影响。
二、数据交换的三种方式：
1、电路交换
1.1电路交换的根本工作原理：在数据传输期间，源结点与目的结点之间有一条由中间结
点构成的专用物理连接线路，在数据传输完毕之前，这条线路一直保持。如果两个相邻
结点之间的信道容量很大时，这两个相邻结点之间可以同时有多个物理电路。
1.2电路交换技术实现通信的3个过程：
①电路建立
在传输任何数据之前，必须建立端到端的连接。整个阶段通过源站点请求完成交换
网中对应的逐个结点连接过程，以建立起一条由源站到目的站的传输通道。
②数据传输
源站和目的站沿已建立的传输通道，进展数据或信号传输。这种传输在经过中间结
点时几乎没有延迟，并且没有阻塞问题，除非有意外的线路或结点故障而导致电路中断。
③电路拆除
在完成数据或信号的传输后，就要完毕连接。通常是由源站或目标站提出终止通信，
各结点相应拆除该电路的对应连接，释放由该电路占用的结点和信道资源。
1.3电路交换的优缺点：
优点：〔1〕由于通信线路为通信双方用户专用，数据直达，所以传输数据的时延非
常小。
〔2〕通信双方之间的物理通路一旦建立，双方可以随时通信，实时性强。〔3〕双方通信
时按发送顺序传送数据，不存在时序问题。
〔4〕电路交换既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号。〔5〕电路交换的交换的
交换设备〔交换机等〕与控制均较简单。
缺点：
〔1〕电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说偏长。〔2〕电路交换连接建立后，
物理通路被通信双方独占，即使通信线路空闲，也不能供其他用户使用，因而信道利用率
低。
〔3〕电路交换时，数据直达，不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进展通信，
也难以在通信过程中进展过失控制。
2.报文交换
2.1报文交换的根本工作原理：无需在两个站点之间建立一条专用通路，其数据传输的单
位是报文，长度不限且可变。传送过程采用存储-转发方式，即发送站在发送一个报文时
把目的地址附加在报文上，途经的网络结点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下
一个结点，通过逐个结点转送，直到目的站点。每个结点在收下整个报文后，暂存报文并
检查有无错误，然后利用路由信息找到下一个结点的地址，再把整个报文传送到下一个
结点。在同一时间段，报文的传输只占用两个结点之间的一段线路。而在两个通信用户
间的其他线路段，可传输其他用户的报文，不像电路交换那样必须占用端到端的全部信
道。在电路交换网络中，每个结点是一个电子设备或是机电结合的交换设备，这种设备
发送和接收的速度一样快。报文交换结点通常是一台小型计算机，它具有足够的存储空
间来缓冲收到的报文。
2.2报文交换的优缺点：
优点：〔1〕报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在连接
建立时延，用户可随时发送报文。
〔2〕由于采用存储转发的传输方式，使之具有以下优点：
a.在报文交换中便于设置代码检验和数据重发设施，加之交换结点还具有路径选择，就
可以做到某条传输路径发生故障时，重新选择另一条路径传输数据，提高了传输的可靠
性；
b.在存储转发中容易实现代码转换和速率匹配，甚至收发双方可以不同时处于可用状态。
这样就便于类型、规格和速度不同的计算机之间进展通信；
c.提供多目标效劳，即一个报文可以同时发送到多个目的地址，这在电路交换中是很难
实现的；
d.允许建立数据传输的优先级，使优先级高的报文优先转换。〔3〕通信双方不是固定占
有一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地局部占有这条物理通路，因而大大提高了
通信线路的利用率。
缺点：〔1〕由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程，从而引起转发时
延〔包括接收报文、检验正确性、排队、发送时间等〕，而且网络的通信量愈大，造成
的时延就愈大，因此报文交换的实时性差，不适合传送实时或交互式业务的数据。
〔2〕报文交换只适用于数字信号。
〔3〕由于报文长度没有限制，而每个中间结点都要完整地接收传来的整个报文，当输出
线路不空闲时，还可能要存储几个完整报文等待转发，要求网络中每个结点有较大的缓
冲区。为了降低本钱，减少结点的缓冲存储器的容量，有时要把等待转发的报文存在磁
盘上，进一步增加了传送时延。
3分组交换
3.1分组交换的根本原理：分组交换与报文交换的工作方式根本一样，形式上的主要差异
在于，分组交换网中要限制所传输的数据单位的长度,一般选128B。发送节点首先对从终
端设备送来的数据报文进展接收、存储，而后将报文划分成一定长度的分组，并以分组
为单位进展传输和交换。接收节点将接收到的分组重新组装成信息或报文
3.2分组的根本格式
3.3分组交换的实现方式控制倚息酸*伞信息
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3.4分组交换的优缺点：
优点：
〔1〕加速了数据在网络中的传输。因为分组是逐个传输，可以使后一个分组的存储操作
与前一个分组的转发操作并行，这种流水线式传输方式减少了报文的传输时间。此外，传
输一个分组所需的缓冲区比传输一份报文所需的缓冲区小得多，这样因缓冲区缺乏而等待
发送的机率与等待的时间也必然少得多。
〔2〕简化了存储管理。因为分组的长度固定，相应的缓冲区的大小也固定，在交换结点
中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理，相比照拟容易。
〔3〕减少了出错机率和重发数据量。因为分组较短，其出错机率必然减少，每次重发的
数据量也就大大减少，这样不仅提高了可靠性，也减少了传输时延。
〔4〕由于分组短小，更适用于采用优先级策略，便于与时传送一些紧急数据，因此对于
计算机之间的突发式的数据通信，分组交换显然更为适宜些。
缺点：〔1〕尽管分组交换比报文交换的传输时延少，但仍存在存储转发时延，而且
其结点交换机必须具有更强的处理能力。
〔2〕分组交换与报文交换一样，每个分组都要加上源、目的地址和分组编号等
信息，使传送的信息量大约增大5%-10%一定程度上降低了通信效率，增加了处理的时间，
使控制复杂，时延增加。
〔3〕当分组交换采用数据报效劳时，可能出现失序、丧失或重复分组，分组到达目的结
点时，要对分组按编号进展排序等工作，增加了麻烦。假设采用虚电路效劳，虽无失序
问题，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。
三、数据传输方式的选择：
传送的数据量很大，且其传送时间远大于呼叫时间，那么采用电路交换较为适宜；
当端到端的通路有很多段的链路组成时，采用分组交换传送数据较为适宜。从提高整
个网络的信道利用率上看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换比报文交
换的时延小，尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信。