分组交换原理及应用-反法西斯战争时期的中国与世界研究

6．1．3　分组交换的原理及应用

1．分组交换系统的组成

分组（数据）交换网由分组交换机和通信线路组成。实际的数据通信系统有许许多多的连接方法，但任何一个数据通信系统的构成都可以归结成如图6．1所示。

数据通信系统由数据终端设备（Data Terminal Equipment，DTE）、数据电路和计算机系统组成。数据终端设备根据数据通信业务内容的不同有多种类型，可分为分组型终端（PT）和非分组型终端（NPT）两大类。分组交换系统的终端设备（DTE）根据数据通信业务

图6．1　数据通信系统的组成

内容的不同有多种类型，也可分为分组型终端（PT）和非分组型终端（NPT）两大类。分组型终端有计算机、数字传真机、智能用户电报终端、可视图文接入设备、局域网和各种专用终端等；非分组型终端是不能直接进入分组交换网的，必须在非分组型终端和分组交换网之间加入分组装拆设备（PAD）。数据电路由传输信道和数据电路终接设备（DCE）组成。DCE的作用根据信道的不同而不同，如果传输信道属于模拟信道，DCE的作用就是完成D/A转换，即把终端设备送来的数字信号变换为模拟信号再送往信道，或者反过来把信道送来的模拟信号变换成数字信号再送到终端设备；如果信道是数字的，则DCE的作用是实现信号码型与电平的变换、信道特性的均衡等。

传输信道除有模拟传输信道和数字传输信道之外，还有专用线路和交换网线路之分。通过交换网进行数据传输和话音通信的情况类似，每次通信要通过呼叫的连接建立，通信结束后要拆除连接。而专线则较简单，采用固定连接方法，无须呼叫建立和拆线等过程。

数据通信的过程中必需按一定的规程进行控制，如通信线路的连接、收发双方的同步工作方式的选择、传输差错的检测与纠正、数据流的控制等，所有这些都是需要双方按事先约定的传输控制规程来完成，由图6．1所示的传输控制器和通信控制器具体地执行。数据电路加上传输控制规程就是数据链路。

2．分组交换的工作原理

分组交换的工作原理如图6．2所示。图中A、D为非分组终端；B、C为分组终端。分组终端是指可以将数据信息分成若干个分组，并能执行分组通信协议，可以直接和分组网络相连接的终端；非分组终端是指不能将数据信息分组的终端。显然，为了能够允许非分组终端利用分组交换网络进行通信，在分组交换机中必须设置分组装拆（PAD）模块，用来完成用户报文信息和分组之间的转换。

（1）非分组终端A和分组终端C的通信过程

图中非分组终端A的报文中带有接收端（分组终端）C的地址标识，说明A要和C通信。分组交换机甲将非分组终端A的报文分成1、2两个分组，存入存储器并进行路由选择，将分组1直接送给分组交换机乙，将分组2通过分组交换机丙传给分组交换机乙，分组交换机将两个分组从存储器中取出送给相应的路由。若接收到的是经由不同的路径传输来的、顺序被打乱的分组，接收终端必须将接收的分组重新排序，然后交给相应的处理器。

（2）分组终端B和非分组终端C的通信过程(www.xing528.com)

分组终端B将分组经过相同的路由传输给接收端分组交换机乙，分组交换机乙通过装拆设备将分组组装成报文传输给非分组终端D。

可见，图6．2中终端A和终端C之间通信采用的是数据报方式，分组交换机的分组装拆

图6．2　分组交换的工作原理

接口先对报文进行分组，包括载有目的地址的分组头，交换机根据分组头部装载的目的地址信息选择路由。这种方法在用户之间的通信不需要经历呼叫建立和呼叫清除阶段，对短报文通信传输效率比较高，这一点类似数据的报文交换方式。这种方式分组的传输时延和传输路径有关，所以分组时延差别较大，对网络故障的适应性强，若某条路由出现故障，可以另外选择传输路径。

终端B和D之间的通信使用虚电路方式，其通信过程类似电路交换过程，一次通信具有连接建立、数据传输和连接释放三个阶段。即两个用户在开始通信之前，必须通过网络建立逻辑上的连接，数据分组中不必直接标识终点的地址，只指明虚电路标识号即可，数据分组按已建立的路径顺序通过网络，在网络终点不需要对数据重新排序，分组传输时延小。

虚电路分组交换方式中电路的建立是逻辑上的，只是为收发终端之间建立逻辑通道。具体地说，就是在分组交换机中设置相应的路由对照表，指明分组传输的路径，虚电路分组传输方式并不像电路交换中确定具体电路或是PCM具体时隙，当发送端有数据发送，只要输出线上有空闲，数据就沿该路径传输给下一个交换节点，否则在交换机中等待。收发两端在通信过程中如果一段时间内没有数据发送，网络仍旧保持这种连接，但并不占用网络的传输资源，因此，对于数据量较大的通信传输效率很高。

3．分组交换网的应用

分组交换网的应用是多种多样的，主要有以下三种：

（1）利用分组交换网组建系统内部的各种专网。将各部门的计算机联成网络，使数据能高速、可靠地在网内传输，并做到资源共享。

（2）利用分组网实现数据业务的处理。如金融系统的通存通兑、电子汇兑、资金清算、自动取款机业务等。证券公司的行情发布、公安部门的户籍、身份证管理等，都可以在分组交换网上开展。

（3）通过分组网接入数据通信的增值业务网，如电子邮箱业务、国际计算机互联网业务、银行系统在线式信用卡（POS机）的验证等。由于分组交换提供差错控制的功能，保证了数据在网络中传输的可靠性。首先，各大商场或超市内部形成局域网，网上的服务器提供卡的管理作用，用户刷卡后，通过服务器上的X．25分组端口或路由器设备连到商业增值网，它与金卡网络结算中心通过数字专线连接。商业增值网主要完成来自各大商场或超市的数据线路汇接及对其销售情况的统计等。结算中心又同各大银行的主机系统连接，实现对信用卡的验证和信用卡的消费。

由于分组交换网具有灵活性强，可靠性高，易于实施，适合不同机型、不同速率的客户通信等优点，所以得到了广泛的应用。由于分组交换只能提供中低速的数据传输业务，随着通信技术的快速发展和用户对高带宽业务需求的增长，分组交换已经受到了宽带网络技术的巨大冲击。尽管如此，分组交换技术和分组交换网在数据通信领域至今及今后较长一段时间仍将起着重要的作用。交换设备的更新换代，更快的分组交换处理器的出现，使得分组交换技术能够在较高速率下发挥其传统优势，带来新的业务增长点。