數據交換技術

• 在現實中，每個設備都進行直接連接是不現實的，它們需要一些中間結點來進行過渡，這些中間結點為交換設備。通常使用的數據交換技術有三種:電路交換、報文交換和分組交換。

一、電路交換

電路交換(cireuit swithing)技術是在通信兩端設備間，通過一個一個交換設備中線路的連接,實際建立了一條專用的物理線路，在該連接被拆除前，這兩端的設備單獨占用該線路進行數據傳輸。電話系統就是采用了線路交換技術。通過一個一個交換機中的輸入線與輸出線的物理連接，在呼叫電話和接收電話間建立了一條物理線路。通話雙方可以一直占有這條線路通話。通話結束后，這些交換機中的輸入線與輸出線斷開物理線路被切斷。

一(1)、電路交換的優點

• 連接建立后，數據以固定的傳輸率被傳輸，傳輸延遲小。
• 由於物理線路被單獨占用，因此不可能發生沖突。
• 適用於實時大批量連續的數據傳輸。

一(2)、電路交換的缺點

• 建立連接將跨多個設備或線纜,需要花費很長的時間。
• 連接建立后,由於線路是專用的，即使空閑，也不能被其他設備使用，造成一定的浪費。
• 對通信雙方而言，必須做到雙方的收發速度、編碼方法 信息格式和傳輸控制等一致才能完成通信。

二、報文交換

報文交換是一種存儲轉發技術，報文交換不要求兩個通信結點之間建立專用通路。節點把要發送的信息組織成一個數據包——報文，該報文含有目標結點的地址，完整的報文在網絡中一站一站地向前傳送”

二(1)、報文交換的優點

• 線路的利用率較高。許多報文可以分時共享交換設備間的線路。
• 當接收端設備不可用時，可暫時由交換設備保存報文,報文在傳輸時對報文的大小小沒有限制。
• 在線路交換網絡中，當通信量變得很大時，某些連接會被阻塞，即網絡在其負荷降下來之前，不再接收更多的請求。而在報文交換網絡中，卻仍然可以接收報文，只是會增加傳輸延遲。
• 能夠建立報文優先級。可以把暫存在交換設備里的許多報文重新安排先后順序，優先級高的報文先轉發，減少高優先級報文的延遲。
• 交換設備能夠復制報文副本,並把每一個拷貝送到多個所需的目的地。
• 報文交換網絡可以進行速率和碼型的轉換。利用交換設備的緩沖作用，可以解決不同數據傳輸率的設備的連接。交換設備也可以很容易地轉換各種編碼格式，如從ASCII碼轉換為EBCDIC碼。

二(2)、報文交換的缺點

• 數據的傳輸延遲比較長，而且延遲時間長短不一,因此不適用於實時或交互式的通信系統。
• 當報文傳輸錯誤時,必須重傳整個報文。

三、分組交換

• 分組交換又稱報文分組交換，或包交換，也是種存儲轉發技術。在報文交換中報文的長度不確定，交換設備的存儲者器容量大小如果按最長的報文計算，顯然不經濟。如果利用交換設備的外存容量，則內外存間變換數據會增加報文處理的時間。分組交換中,將報文分解成若干段，每一段報文加上交換時所需的地址、控制和差錯校驗信息，按規定的格式構成一個數據單位，通常被稱為“ 報文分組”或“包”。在分組交換網絡中，控制和管理通過網絡的交換分組流有兩種方式:數據報和虛電路。

三(1)、分組交換的優點

• 利用率高
  較之電路交換對鏈路的獨占性而言，不同的數據分組可以在同一條鏈路上以動態共享和復用方式進行傳輸,通信資源利用率高，從而使得信道的容量和吞吐量有了很大的提升。因為節點到節點的單個鏈路可以由很多分組動態共享。分組被排隊，並被盡可能快速地在鏈路上傳輸。
• 數據率
  一個分組交換網絡可以實行數據率的轉換:兩個不同數據率的站之間能夠交換分組，因為每一個站以它的自己的數據率連接到這個節點上。
• 排隊機制
  在同一個鏈路上可以同時傳輸不同類型和規格的數據，當分組網絡上有大量的分組時，可以根據設定數據傳輸的排隊機制，保證優先級高的分組優先傳輸。當電路交換網絡上負載很大時，一些呼叫就被阻塞了。在分組交換網絡上,分組仍然被接受，只是其交付時延會增加。
• 優先級:在使用優先級時，如果一個結點有大量的分組在排隊等待傳輸.它可以先傳輸高優先級的分組。這些分組因此將比低優先級的分組經歷更少的時延。

三(2)、分組交換的缺點

• 時延
  一個分組通過一個分組交換網絡結點時會產生時延，而在電路交換網絡中則分組交換不存在這種時延。
• 時延抖動
  因為一個給定的源站和目的站之間的各分組可能具有不同的長度,可以走不同的路徑，也可以在沿途的交換機中經歷不同的時延,所以分組的總時延就可能變化很大。這種現象被稱為抖動。抖動對一些應用來講是不希望有的(例如:電話話音和實時圖像等實時應用中)。
• 開銷大
  要將分組通過網絡傳送，包括目的地址在內的額外開銷信息和分組排序信息必須加在每一個分組里。這些信息降低了可用來運輸用戶數據的通信容量。在電路交換中，一旦電路建立,這些開銷就不再需要。另外，分組交換網絡是一個分布的分組交換節點的集合,在理想情況下,所有的分組交換節點應該總是了解整個網絡的狀態。但是,不幸的是，因為節點是分布的，在網絡一部分狀態的改變與網絡其他部分得知這個改變之間總是有一個時延。此外，傳遞狀態信息需要一定的費用，因此一個分組交換網絡從來不會“完全理想地”運行。

網絡協議

網絡中各個結點的軟硬件不一樣，如果要進行數據傳輸，必須要有一個統一的規則、標准，才能實現數據的傳輸和資源的共享。這種規則，標准的集合,就是網絡協議。

• 語義解釋控制信息每個部分的意義。它規定了需要發出何種控制信息，以及完成的動作與做出什么樣的響應。
• 語法是用戶數據與控制信息的結構與格式，以及數據出現的順序。
• 時序是對事件發生順序的詳細說明(也可稱為“同步”)。

網絡中分層結構的優點

• 各層相互獨立，高層只需向低層索取服務，而不用知道低層如何實現服
• 靈活性好，各層發生變化時，只要接口層不變,不會影響其他層。
• 各層采用適合的技術來實現服務,可改變技術,並不會影響到其他。
• 易維護，將復雜的問題分層簡單化處理，結構體系的維護變得容易。
• 標准化,每一層都可以明確其服務的標准。