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| 分组交换 |
概述编辑本段回目录
1970年左右，人们开始研究一种新的长途数字数据通信的体系结构形式：分组交换。虽然目前使用的分组交换技术与那时相比已经取得了很大的发展，但是今天分组交换的基本技术与70年代的网络技术基本上是相同的，而且分组交换仍然是实现长途数据通信少数有效的技术中的一种。并且两种最新的广域网技术：帧中继和ATM，基本上是分组交换方式的变种。
分组交换是作为一种解决交互式处理应用的技术而发展起来的，它设计用来支持突发性的数据流的传送，这种业务流的持续连接时间长而业务量低。分组交换网络采用了统计复用技术，即多个会话连接可以共享一条通信信道，这无疑大大提高了传输效率。然而，共享通信链路会引入时延。因此未来我们要考虑的一个关键问题是分组交换网络如何传送时延敏感的业务流，比如实时业务流。在分组交换网络中，分组通过一系列中间节点进行选路，通常要跨越多个网络。它们以存储——转发的方式在一系列分组交换机（即路由器）之间转发，最终到达目的地。在传输过程中信息被分割成包含目的地址和序列号的分组。
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| 分组交换如图9-2 |
（2）虚电路方式：它与数据报方式的区别主要是在信息交换之前，需要在发送端和接收端之间先建立一个逻辑连接，然后才开始传送分组，所有分组沿相同的路径进行交换转发，通信结束后再拆除该逻辑连接。网络保证所传送的分组按发送的顺序到达接收端。所以网络提供的服务是可靠的，也保证服务质量。如图9-2（b）所示，主机H1向H5发送的所有分组都经过相同的节点A-B-E，主机H2向H6发送的所有分组也都经过相同的节点B-E。
这种方式对信息传输频率高、每次传输量小的用户不太适用，但由于每个分组头只需标出虚电路标识符和序号，所以分组头开销小，适用长报文传送。
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分组交换网与电路交换网相比也有一些缺点：（1）时延：一个分组通过一个分组交换网结点时会产生时延，而在电路交换网中则不存在这种时延。（2）时延抖动：因为一个给定的源站和目的站之间的各分组可能具有不同的长度，可以走不同的路径，也可以在沿途的交换机中经历不同的时延，所以分组的总时延就可能变化很大。这种现象被称为抖动。抖动对一些应用来讲是不希望有的（例如：电话话音和实时图像等实时应用中）。（3）额外开销大：要将分组通过网络传送，包括目的地址在内的额外开销信息和分组排序信息必须加在每一个分组里。这些信息降低了可用来运输用户数据的通信容量。在电路交换中，一旦电路建立，这些开销就不再需要。另外，分组交换网络是一个分布的分组交换结点的集合，在理想情况下，所有的分组交换结点应该总是了解整个网络的状态。但是，不幸的是，因为结点是分布的，在网络一部分状态的改变与网络其他部分得知这个改变之间总是有一个时延。此外，传递状态信息需要一定的费用，因此一个分组交换网络从来不会“完全理想地”运行。
分组交换原理编辑本段回目录
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挂在分组交换网上的终端有两类：分组型终端和一般终端。所谓分组型终端是以分组的形式发送和接收信息；一般终端它发送和接收的信息是报文，需经分组装拆设备处理后才能接入分组交换网。若发送终端是一般终端，要由PAD将其发送的报文拆成若干个分组再送往分组交换网上传输；若接收终端是一般终端，要由PAD将属于一份报文的若干个分组重新组装成报文再送给一般终端。
分组交换的基本原理是采用“存储——转发”技术，从源站发送报文时，将报文划分成有固定格式的分组（Packet），把目的地址添加在分组中，然后网络中的交换机将源站的分组接收后暂时存储在存储器中，再根据提供的目的地址，不断通过网络中的其它交换机选择空闲的路径转发，最后送到目的地址。这样就解决了不同类型用户之间的通信，并且不需要像电路交换那样在传输过程中长时间建立一条物理通路，而可以在同一条线路上以分组为单位进行多路复用，所以大大提高了线路的利用率。
分组交换是把电路交换和报文交换的优点结合起来产生的一种交换技术。电路交换过程类似于打电话，当用户需发送数据时，主叫方需通过呼叫，由交换网完成被叫才与它建立一条物理连接数据通路，需拆除连接时，由通信双方中任一方完成。它的特点是适合发送一次性大批量的信息。由于建立连接时间长，传递短报文时，效率较低。并且对通信双方在信息传输速率、编码格式、通信协议等方面完全兼容，这就限制了不同速率、不同编码格式、不同通信协议的双方用户进行通信。报文交换的基本原理是采用“存储－转发”技术，从源站发送报文时，把目的地址添加在报文中，然后网络中的交换机将源站的报文接收后暂时存储在存储器中，再根据提供的目的地址，不断通过网络中的其它交换机选择空闲的路径转发，最后送到目的地址。这样就解决了不同类型用户之间的通信，并且不需要像电路交换那样在传输过程中长时间建立一条物理通路，而可以在同一条线路上以报文为单位进行多路复用，所以大大提高了线路的利用率。但此种方式时延较长，时延变化大，不适用于实时及会话式通信，但适用于电子邮件、计算机文件、公用电报等业务。
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分组交换协议X.25编辑本段回目录
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X.25网络提出X.25技术时，网络主要还是一个模拟的环境。模拟网络的一个较严重的问题是：噪声在通过一些放大器时会被放大，这会导致非常高的差错率。因此，X.25提供的一个增值业务就是在网络内实施差错控制功能。由于分组交换是存储——转发技术，在每一个中间节点，要对分组进行差错检测。如果分组一切正常的话，中间节点将对原始发送节点发出确认信息；如果中间节点接收到的分组有差错，节点将发出信息要求重传。因此，在分组路经的任何一个节点，如果发现噪声积累造成差错，就会对差错进行纠正，从而可以保证数据流更为准确地发送。就像PSTN网络一样，X.25分组交换网络也是分级的。
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X.25本质上是ITU-T制定的用户设备和分组交换网络之间的标准接入协议。它定义了分组模式的终端通过专用电路接入到公共数据网络的接口。还有一些常用的X系列协议，它们是：
（1）X.28是终端设备与PAD之间的标准协议；
（2）X.29是PAD与网络之间的标准协议；
（3）X.75是两个或多个的分组交换网络互联的网关协议，其中一个网络可以是专用的分组数据网络，而另一个可以是公共分组数据网络，或者它们是两个不同运营商网络等等。
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X.25的优点如下：（1）由于X.25是第一个提供第三层网络地址信息，从而使得分组能够在一系列中间节点和网络中进行路由和中继的技术，因此它有很强的寻址功能；（2）由于使用了统计复用技术，它的带宽利用率较高；（3）分组可以绕开发生拥塞的节点而通过其他连接和节点重新进行路由，因此改善了拥塞控制能力；（4）能够持续地在每一个中间节点上对所有类型的差错进行检测和纠错，因此差错控制功能得以提高；（5）在节点和线路发生故障时可以重新选路，因此可用性很高。
X.25的缺点如下：（1）排队时延较大；（2）低速通信链路；（3）分组尺寸较小，带宽的利用率不如采用较大尺寸分组的新协议高；（4）没有QoS保证，因此不适于对时延敏感的应用；（5）仅用于传输数据，而今天我们正努力寻求综合业务的解决方案。
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（1）物理层：基本功能是建立、保持和拆除DTE和DCE之间物理链路,定义了物理链路的机械、电气、功能和规程的特性，提供同步、全双工的点到点比特流的传输手段，DTE和本地DCE之间的接口按X.21建议规定。（2）数据链路层：通过DTE和本地分组交换机PSE(PacketSwitchedEquipment)间的物理链路向分组层提供等待重发、差错控制方式的分组传送服务，所以可靠性高，这一层规定的LAPB(LinkAccessProcedureBalanced)规程是HDLC规程的平衡类子集，主要规定了数据链路的建立和拆除规程、建立后的信息传输规程以及差错控制、流量控制等。另外这一层还规定了多链路规程MLP（MultiLinkProcedure），通过在多条平行的数据链路上同时传送信息帧，以提高信息的吞吐量和可靠性。
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| 分组交换图9-6 |
分组交换网的构成编辑本段回目录
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分组交换的网络结构一般由分组交换机、网络管理中心、远程集中器、分组装拆设备、分组终端/非分组终端和传输线路等基本设备组成。(1)分组交换机实现数据终端与交换机之间的接口协议(X·25)，交换机之间的信令协议(如X·75或内部协议)，并以分组方式的存储转发、提供分组网服务的支持，与网路管理中心协同完成路由选择、监测、计费、控制等。根据分组交换机在网络中的地位，分为转接交换机和本地交换机两种；(2)网路管理中心(NMC)与分组交换机共同协作保证网路正常运行。
其主要功能有网路管理、用户管理、测量管理、计费管理、运行及维护管理、路由管理、搜集网路统计信息以及必要的控制功能等等，是全网管理的核心；(3)分组装拆设备(PAD)的主要功能是把普通字符终端的非分组格式转换成分组格式，并把各终端的数据流组成分组，在集合信道上以分组交织复用，对方再将收到的分组格式作相反方向的转换。(4)远程集中器的功能类似于分组交换机，通常含有PAD的功能，它只与一个分组交换机相连，无路由功能，使用在用户比较集中的地区，一般装在电信部门。(5)提供网络的基本业务：交换虚电路和永久虚电路及其他补充业务，如闭和用户群，网路用户识别等。在端到端计算机之间通信时，进行路由选择，以及流量控制。能提供多种通信规程，数据转发，维护运行，故障诊断，计费与一些网络的统计等。
用户进网方式有：电话拨号入网：用户采用X.28规程或X.32规程，用一个调制解调器通过公用电话网(PSTN)连到分组交换网上。专线入网：专线用户可租用市话模拟线或数字数据专线，采用X.28或X.25规程。方便地进入CHINAPAC。CHINAPAC向用户。提供两种基本业务功能：交换虚电路——指在两个用户之间建立的临时逻辑连接。永久虚电路——指在两个用户之间建立的永久性的逻辑连接。用户一开机，一条永久虚电路就自动建立起来了。
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| 分组交换 |
分组交换在计算机通信网中的应用：由于分组交换具有线路利用率高、可靠性好的优点，使它在计算机通信网中得到广泛应用，归纳起来其应用方式主要有以下两种。1、分组交换作为计算机通信网的交换方式。分组交换是目前在计算机通信网中应用的最多的一种交换方式。利用分组交换网可连接到各种计算机，分组交换网作为广域网的一种形式，为计算机之间提供数据传输和交换。2、利用分组交换进行局域网互连。
