資料交換技術主要有三種:電路交換、封包交換、、分組交換。電路交換技術的優點是資料傳輸可靠、迅速,資料不會遺失且維持原來的序列;封包交換方式適合於非即時的通訊業務,如電報。分組交換能有效改善封包傳輸時的延遲現象,網路頻道利用率較高。
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資料交換技術主要有三種:電路交換、封包交換和、分組交換。
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通訊子網路是由若干網路節點和連結依照一定的拓樸結構互連起來的網路。中間的這些交換節點有時又稱為交換設備,這些交換設備並不處理流經的數據,而只是簡單地把數據從一個交換設備傳送到另一個交換設備,直至到達目的地。子網路是為所有進入子網路的資料提供一條完整的傳輸路徑的通路,實現這種資料通路的技術就稱為「資料交換技術」。
一般依照通訊子網路中的網路節點對進入子網路的資料所實施的轉送方式的不同,可以將資料交換方式分為電路交換和儲存轉送交換兩大類。常用的交換技術有電路交換、封包交換和分組交換3種。
電路交換
電路交換(Circuit Switching)方式與電話交換方式的工作過程很類似。兩台電腦透過通訊子網路交換資料之前,首先要在通訊子網路中透過交換設備間的線路連接,建立一條實際的專用實體通路。
以此方式的交換網能為任一入網資料提供一條臨時的專用物理通路,由通路上各節點在空間上或時間上完成通道轉接而構成,為來源主機(輸出端)和宿主機(接收端)之間建立起一條直通的、獨佔的實體線路。因此,在通路連接期間,無論這條線路有多長,交換網為一對主機提供的都是點到點鏈路上的數據通信,即建立連接的兩端設備獨佔這條線路進行數據傳輸,直至該連接處被釋放。公用電話網的交換方式採用的就是電路交換,通話雙方一旦建立通話,則可以一直獨佔這條線路,直至通話結束,釋放連接,這時其他用戶才能使用這條線路。
電路交換技術的優點是資料傳輸可靠、迅速,資料不會遺失且保持原來的序列;其缺點是通道利用率低,即使在兩個站點之間資料傳輸的間歇期,電路也不讓其他站點使用。電路交換適用於即時大量連續的資料傳輸。
電路交換方式最重要的特點是在一對主機之間建立起一條專用的資料路徑。通訊過程包括線路建立、資料傳輸和線路釋放3個過程。通路建立時需要一定的呼叫建立時間。一旦通路建立,在各個節點上幾乎沒有延時,因此適用於即時或互動式會話類通信,如數位語音、傳真等通訊業務。但由於通路建立時,線路是專用的,即使是空閒的,其他用戶也不能使用,因此線路利用率不高。由於通訊子網路中的各個節點(交換設備)無法儲存數據,也不能改變資料內容,且不具備錯誤控制能力,因而整個系統不具備儲存資料的能力,無法發現與修正傳輸過程中發生的資料差錯,系統效率較低。在電路交換方式的基礎上,人們提出了儲存轉送交換方式。
封包交換
訊息交換(Message Switching)是指網路的每個節點(交換設備)先完整地將整個封包(Message)接收並儲存下來,然後選擇合適的連結轉發到下一個節點。每個節點都對封包進行儲存轉發,最終到達目的地。
在報文交換中,中間設備必須有足夠的內存,以便將接收到的整個報文完整地存儲下來,然後根據報文的頭部控制信息,找出報文轉發的下一個交換節點。若一時沒有空閒的鏈路,報文只好暫時存儲,並等待發送。因此,一個節點對於一個封包造成的延遲往往不確定。
封包資料在交換網中完全是按接力式傳送的。通訊的雙方事先並不知道報文所要經過的傳輸通路,但每個報文確實經過了一條邏輯上存在的通路。由於按接力方式工作,任何時刻一份報文只佔用一條鏈路的資源,不必佔用通路上的所有鏈路資源,提高了網絡資源的共享性。報文交換方式雖然不要求呼叫建立線路和釋放線路的過程,但每一個節點對報文資料的儲存轉送時間比較長。封包交換方式適合於非即時的通訊業務,如電報;而不適合傳輸即時的或互動的業務,如話音、傳真等。另外,由於封包交換是以整個封包作為儲存轉送單位的,因此,當封包傳輸出現錯誤需要重傳時,必須重傳整個封包。
分組交換
分組交換又稱包交換(Packet Switching),與封包交換同屬於儲存轉送式交換。兩者之間的差異在於參與交換的資料單元長度不同。在分組交換網路中,電腦之間要交換的資料不是作為一個整體進行傳輸,而是劃分為大小相同的許多資料分組來進行傳輸,這些資料分組稱為「包」(Packet)。每個分組除含有一定長度需要傳輸的資料外,還包括一些控制訊息,其中包括分組將被發送的目的地址。一個分組的最大長度通常被限制在1 000~2 000 bit。這些資料分組可以透過不同的路由器先後到達相同目的位址,資料分組到達目的地後進行合併還原,以確保收到的資料在整體上與發送的資料完全一致。
這種通訊方式類似「單頁郵局」的模式。假設單頁郵局規定每封信只能用一頁紙,寫長信的人就必須給每頁信紙編號,放在不同的信封中;收信人在收到信件後,必須按信紙的順序整理合併,才能讀到完整的信件。
在分組交換中,根據網路中傳輸控制協定和傳輸路徑的不同,可分為兩種方式:資料封包(Datagram)分組交換和虛擬電路(Virtual Circuit)分組交換。
(1)資料封包分組交換。在資料報方式中,每個報文分組又稱為資料報。每個資料封包在傳輸的過程中都要選擇路徑,各個資料封包可以依照不同的路徑到達目的地。在發送方,每個資料封包的分組順序與每個資料封包到達目的地的順序是不同的。在接收方,再依分組的順序將這些資料報組合成一個完整的報文。
(2)虛電路分組交換。虛電路方式試圖將資料報方式與電路交換方式結合起來,發揮兩種方式的優點,達到最佳的資料交換效果。資料報在分組發送之前,發送方和接收方之間不需要預先建立連接;而在虛擬電路方式中,發送分組之前,首先必須在發送方和接收方建立一條通路。在這一點上,虛電路方式和電路交換方式相同。整個通訊過程分為3個階段:虛擬電路建立、資料傳輸、虛擬電路拆除。但與電路交換不同的是,虛電路建立階段建立的通路不是一條專用的物理線路,而只是一條路徑,在每個分組沿此路徑轉發的過程中,經過每個節點時仍然需要存儲,並且等待隊列輸出。通路建立後,每個分組都由此路徑都達目的地。因此在虛擬電路交換中,各個分組是依照發送方的分組順序依序到達目的地的,這點又和資料封包分組交換不同。
與封包交換相比,分組交換把整個要傳輸的資料分成了若干分組,而每一個分組又包含有大量的傳輸控制訊息,因此分組交換的通訊方式會明顯降低資料通訊的效率。但分組交換卻有以下3個優點。
① 通訊線路是公用的,每個分組都不會佔用太長的通訊線路時間,有利於合理分配通訊線路,並兼顧網路上各主機的通訊需求。
② 資料傳輸難免會出錯,若某些分組出現傳輸錯誤,只需重傳該分組即可,而不需要重傳整個數據,有利於迅速進行數據糾錯。
③ 能有效改善封包傳輸時的延遲現象,網路頻道利用率較高。
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