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计算机网络中的交换技术,计算机分组交换技术

张世龙 05-13 10:09 110次浏览

[论文关键词]数据交换电路交换消息交换,分组交换综合业务数字交换

[论文摘要]本文探讨了计算机网络数据交换技术的发展历程,阐述了数据交换每个发展阶段的技术特点。 重点分析论述分组交换技术。

交换设备是人类信息交流中的重要实施,在相互通信中起着立交桥的作用。 交换技术的发展总是依赖于人类的信息需求、发送信息的格式和技术以及控制技术的发展而呈螺旋形发展。 从电话交换到今天的数据交换,再到综合业务数字交换,交换技术经历了从人工交换到自动交换的过程。 对可视电话、图像输入、图像通信、多媒体等宽带业务的需求也将极大地推动异步传输技术(atm )、同步数字系列技术(sdh )和宽带用户接入网技术的进步和广泛应用。

从交换技术的发展历史来看,数据交换经历了电路交换、消息交换、分组交换和综合业务数字交换的发展过程。

一.电路更换

自1876年美国贝尔发明电话以来,随着社会需求的增加和通信技术水平的发展,电路交换技术从最初的人工连接方式,经过机电和电子式的自动交换、记忆程序控制的模拟和数字交换、第三方可编程交换等技术的变革,现在正在发展中的多媒体技术

随着电子技术特别是半导体技术的迅速发展,人们在被称为电子交换机的交换机内引入了电子技术。 最初在交换机的控制部分引入了电子技术,但在通道部分还采用了机械触点,出现了“半电子交换机”、“准电子交换机”。 只有在微电子技术和数字技术进一步发展之后,全电子交换机才开始了迅速的发展。

九四六年第一台计算机的问世,对交换技术的发展产生了巨大的影响。 20世纪60年代后期,脉冲编码调制(pcm )技术成功应用于通信传输系统,给通话质量和线路设备成本的节约带来了巨大的优势。 随着数字通信和p c m技术的迅速发展和广泛应用,产生了直接交换PCCM信息的思想,各国开始开发可编程数字交换机。 1970年法国首先在留尼汪成功开通了世界上第一个可编程数字交换系统,标志着交换技术从传统的模拟交换进入了数字交换时代。 程控数字交换技术采用pcm数字传输和数字交换,非常适合信息数字化应用,应用于普通电话通信以外,而且为用户电报、数据传输等非话业务开通提供了有利条件。 目前电信网上使用的电路交换机都是程控数字交换机,可以为用户提供电路方式的固定电话服务、手机服务和窄带isdn服务。

二.信息交换

消息交换方式的数据传输单位是消息,消息是站点一次发送的数据块,其长度不限,是可变的。 在某个站尝试发送消息时,将目的地地址添加到该消息中,并且网络节点根据该消息中的目的地信息将该消息发送到下一个节点,用于每个节点转发到目的地节点。

每个节点收到整个消息并检查无误后,临时保存该消息,使用路由信息找出下一个节点的地址,并将整个消息发送到下一个节点。 因此,终端和终端之间不需要先通过调用建立连接。 每个节点处的消息的延迟时间等于接收消息所需的时间和转发到下一个节点所需的排队延迟时间之和。

三.小组交换

分组交换是交换技术发展的重要成果,标志着网络未来发展的方向。 分组交换方式兼有信息交换和线路交换的优点。 分组交换技术使用统计复用,与线路交换相比,大大提高了带宽利用率。 这需要在交换机节点上使用存储传输,从而导致掉话。 为此,分组交换都引入了不固定延迟的概念。 分组交换网络主要有两种方式:面向连接和面向非连接。 数据包网络包含数据面、控制面、管理面三个功能面。 因为数据面负责数据包传输,所以需要高性能的实现。 当前主要分组交换网包括面向连接的x.25、帧中继、atm、mpls以及无连接以太网、cp/ip网络。

分组交换网有两种主要形式:面向连接和无连接。 在分组交换技术中,面向连接的网络与电路交换一样,需要通过连接建立过程向交换机分配资源,但由于采用统计复用,分配的资源用逻辑标签表示。 分组交换技术问世以来,已有多种分组交换网的投融资者在运行。 通信领域最先提出的是x.2 5网络,但由于协议复杂、速度有限,正在被帧中继等性能更好的网络代替。 帧中继网络可以认为是x.2 5的改进版,它简化了协议以提高处理效率。

计算机领域的一个方面是局域网,也就是小型网络,用于互连办公室中的计算机。 如今,以太网已成为占主导地位的局域网技术。

20世纪90年代后期,互联网蓬勃发展,规模不断扩大,对核心路由器吞吐量的要求也不断提高。 由于路由器转发i p分组时路由表的检索很复杂,所以转发速度受到很大限制。 如上所述,针对连接网络使用逻辑子信道标签进行转发表检索是高速的。 人们结合atm技术在这方面的优点,提出了一种核心网使用skddh这样的交换机,仅在边缘网络中使用路由器的i p交换技术,并最终发展到多协议标签交换(mpls )。 但是在接下来的几年里,提出了一些实用的快速路由方法,不再成为瓶颈。 此时,mpls的最大优点是流量工程(tramc en的模糊西装)能力,即人为地控制群的流动。 但是,目前高速路由器工作还很好,所以mpls技术没有被广泛使用。

四.综合业务数字交换

综合业务数字网络是集语音、数据、图文传真、可视电话等多种业务于一体的网络,适合不同带宽要求和多种业务要求。 异步传输模式ATM (a同步

ous transfer mode)就是用于宽带综合业务数字网的一种交换技术。skddh是在分组交换基础上发展起来的。它使用固定长度分组,并使用空闲信元来填充信道,从而使信道被等长的时间小段。由于光纤通信提供了低误码率的传输通道,因而流量控制和差错控制便可移到用户终端,网络只负责信息的交换和传送,从而使传输时延减小。所以skddh适用于高速数据交换业务。

随着通信技术和通信业务需求的发展,迫使电信网络必须向宽带综合业务数字网(b—isdn)方向发展。这要求通信网络和交换设备既要容纳非实时的数据业务,又要容纳实时性的电话和电视信号业务,还要考虑到满足突发性强、瞬时业务量大的要求,提高通信效率和经济性。在这样的通信业务条件下,传统的电路交换和分组交换都不能够胜任。电路交换的主要缺点是信道带宽(速率)分配缺乏灵活性,以及在处理突发业务情况下效率低。而分组交换则由于处理操作带来的时延而不适宜于实时通信。因此,在研究新的传送模式时需要找出两全的办法,既能达到网络资源的充分利用,又能使各种通信业务获得高质量的传送水平。这种新的传送模式就是后来出现的“异步转移模式”(atm)。

skddh是在光纤大容量传输媒体的环境中分组交换技术的新发展。在大量使用光缆之前,数字通信网中的中继线路是最紧张也是质量最差的资源,提高线路利用率和减少误码是最着重考虑的事情。光缆的大量使用不仅大大增加了通信能力,而且也大大提高了传输质量。这使得人们逐渐倾向于宁可牺牲部分线路利用率来减少节点的处理负担。

与此同时,人类对于通信带宽的需求日益增加。特别是传送图像信息和海量数据,已经使人们对于数据通信的速率由过去的几千比特/秒增加到几兆比特/秒。这样,节点的处理能力成了数据通信网中的“瓶颈”。skddh对于节点处理能力的要求远低于分组转送方式,更能适应现代的这种环境。

skddh方式中,采用了分组交换中的虚电路形式,同时在呼叫建立过程中向网络提出传输所希望使用的资源,网络根据当前的状态决定是否接受这个呼叫。可以说,skddh方式既兼顾了网络运营效率,又能够满足接入网络的连接进行快速数据传送的需要。

五、计算机网络数据交换技术发展的展望

近年来。以internet为代表的新技术革命正在深刻地改变着传统的电信观念和体系架构,并且随着信息社会的到来,人们的日常生活、学习工作已经离不开网络,这导致了人类社会对网络业务需求急剧增长,并且对网络也提出了更高的要求,不仅要提供话音、数据、视频业务,也要同时支持实时多媒体流的传送,并且要求网络具有更高的安全性、可靠性和高性能。下一代网络应是—个能够屏蔽底层通信基础设施多样性,并能提供一个统一开放的、可伸缩的、安全稳定和高性能的融合服务平台,能够支持快速灵活地开发、集成、定制和部署新的网络业务。

下一代网络将是—一个以软交换为核心、光网络为基础、分组型传送技术的开放式的融合网。软交换的出现,可通过一个融合的网络为用户同时提供话音、数据和多媒体业务,实现国际电联提出的“通过互联互通的电信网、计算机网和电视网等网路资源的无缝融合,构成一个具有统一接入和应用界面的高效率网路,使人类能在任何时间和地点,以一种可以接受的费用和质量,安全的享受多种方式的信息应用”的目标。

参考文献:

[1]gxdxc 无限的柚子 纪 红 微笑的眼睛:现代交换原理.北京:电子工业出版社,2005

[2]kndtk:现代交换原理.北京:人民邮电出版社,2002

[3]yhdpy:atm、帧中继、ip技术与应用.北京:电子工业出版社,1998

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