分组交换网与分组交换技术

学院：电气工程学院

1．分组交换技术

1.1分组交换的定义

分组交换技术也称包交换，是将用户传送的数据划分成一定的长度，每个部分叫做一个分组，通过传输分组的方式传输信息的一种技术。它是通过计算机和终端实现计算机与计算机之间的通信，在传输线路质量不高、网络技术手段还较单一的情况下，应运而生的一种交换技术。

1.2分组交换概述

分组交换在每个分组的前面加上一个分组头，用以指明该分组发往何地址，然后由交换机根据每个分组的地址标志，将他们转发至目的地，这一过程称为分组交换。进行分组交换的通信网称为分组交换网。从交换技术的发展历史看，数据交换经历了电路交换、报文交换、分组交换和综合业务数字交换的发展过程。分组交换实质上是在“存储—转发”基础上发展起来的。它兼有电路交换和报文交换的优点。分组交换在线路上采用动态复用技术传送按一定长度分割为许多小段的数据—分组。每个分组标识后，在一条物理线路上采用动态复用的技术，同时传送多个数据分组。把来自用户发端的数据暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发。到达接收端，再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。分组交换比电路交换的电路利用率高，比报文交换的传输时延小，交互性好。

1.3分组交换技术的发展

1.3.1一段有趣的争议

分组交换由Donald Davies和保罗·巴兰在1960年代早期发明。有人认为伦纳德·克兰罗克也是分组交换的发明者，但是Davies在去世之前争辩这一点并指出，克兰罗克的研究实际上是关于排队论，也就是分组交换的关键理论基础。克兰罗克出版的著作中未显著提到过把用户消息分割成段，并通过网络分别发送他们，这是巴兰和Davies最重要的创新。

1.3.2发展历史

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

（1）电路交换

电路交换就是计算机终端之间通信时，一方发起呼叫，独占一条物理线路。当交换机完成接续，对方收到发起端的信号，双方即可进行通信。在整个通信过程中双方一直占用该电路。它的特点是实时性强，时延小，交换设备成本较低。但同时也带来线路利用率低，电路接续时间长，通信效率低，不同类型终端用户之间不能通信等缺点。电路交换比较适用于信息量大、长报文，经常使用的固定用户之间的通信。

（2）报文交换

将用户的报文存储在交换机的存储器中。当所需要的输出电路空闲时，再将该报文发向接收交换机或终端，它以“存储——转发”方式在网内传输数据。报文交换的优点是中继电路利用率高，可以多个用户同时在一条线路上传送，可实现不同速率、不同规程的终端间互通。但它的缺点也是显而易见的。以报文为单位进行存储转发，网络传输时延大，且占用大量的交换机内存和外存，不能满足对实时性要求高的用户。报文交换适用于传输的报文较短、实时性要求较低的网络用户之间的通信，如公用电报网。

（3）分组交换

分组交换实质上是在“存储——转发”基础上发展起来的。它兼有电路交换和报文交换的优点。分组交换在线路上采用动态复用技术传送按一定长度分割为许多小段的数据——分组。每个分组标识后，在一条物理线路上采用动态复用的技术，同时传送多个数据分组。把来自用户发端的数据暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发。到达接收端，再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。分组交换比电路交换的电路利用率高，比报文交换的传输时延小，交互性好。

（4）异步传输模式

综合业务数字网是集语音、数据、图文传真、可视电话等各种业务为一体的网络，适用于不同的带宽要求和多样的业务要求。异步传输模式ATM (Asynchronous Transfer Mode)就是用于宽带综合业务数字网的一种交换技术。ATM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ATM适用于高速数据交换业务。

1.4分组交换的技术特点

（1）线路利用率高

分组交换以虚电路的形式进行信道的多路复用，实现资源共享，可在一条物理线路上提供多条逻辑信道，极大地提高线路的利用率。使传输费用明显下降。

（2）互相通信

不同种类的终端可以相互通信：分组网以X.25协议向用户提供标准接口，数据以分组为单位在网络内存储转发，使不同速率终端，不同协议的设备经网络提供的协议变换功能后实现互相通信。信息传输可靠性高：在网络中每个分组进行传输时，在节点交换机之间采用差错校验与重发的功能，因而在网中传送的误码率大大降低。而且在网内发生故障时，网络中的路由机制会使分组自动地选择一条新的路由避开故障点，不会造成通信中断。

（3）分组多路通信

由于每个分组都包含有控制信息，所以分组型终端可以同时与多个用户终端进行通信，可把同一信息发送到不同用户。

2.分组交换网

2.1分组交换网概述

分组交换网是继电路交换网和报文交换网之后一种新型交换网络，它主要用于数据通信。分组交换是一种存储转发的交换方式，它将用户的报文划分成一定长度的分组，以分组为存储转发，因此，它比电路交换的利用率高，比报文交换的时延要小，而具有实时通信的能力。分组交换利用统计时分复用原理，将一条数据链路复用成多个逻辑信道，最终构成一条主叫、被叫用户之间的信息传送通路，称之为虚电路(V.C)实现数据的分组传送。

2.2分组交换网的现状

1993年建立的中国公用分组交换网是向全社会开放的网络，能提供多种业务的全国分组交换网。 CHINAPAC 分为骨干网和省内网两极构成。骨干网以北京为国际出入口局，广州为港澳出入口局。以北京、上海、沈阳、武汉、成都、西安、广州及南京等8个城市为汇接中心。覆盖全国所有省、市、自治区。汇接中心采用全网状结构，其它接点采用不完全网状结构。网内每个接点都有2个或2个以上不同方向的电路，从而保证网路的可靠性。网内中继电路主要采用数字电路。最高速率达34Mbps。

同时，各地的本地分组交换网也已延伸到了地、市、县。CHINAPAC 以其庞大的网络规模，满足各界客户的需求，并且与公用数字交换网（PSTN），中国公众计算机互联网（CHINANET），中国功用数字数据网（CHINADDN），帧中继网（CHINAFRN）等网络互连，以达到资源共享。优势互补。为广大用户提供高质量的网络服务。并与美国、日本、加拿大、韩国、等几十个国家和地区分组网相连，满足大中型企业、外商投资企业、外商在内地办事处等国际用户的需求。

2.3分组交换网的主要特点

(1)分组交换具有多逻辑信道的能力，故中继线的电路利用率高；

(2)可实现分组交换网上的不同码型、速率和规程之间的终端互通；

　　(3)由于分组交换具有差错检测和纠正的能力，故电路传送的误码率极小；

(4)分组交换的网络管理功能强。

2.4分组交换网的网络结构

分组交换网一般由分组交换机、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）分组交换机功能

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。

（2）网络管理中心

　　网络配置管理与用户管理，日常运行数据的收集与统计。

　　路由选择管理，网路监测，故障告警与网路状态显示。

　　根据交换机提供的计费信息完成计费管理。

（3）远程集中器

允许分组终端和非分组终端接入，有规程变换功能，可以把每个终端集中起来接入至分组交换机的中、高速线路上交织复用。

（4）分组装拆设备

　　将来自异步终端（非分组终端）的字符信息去掉起止比特后组装成分组，送入分组交换网。在接受端再还原分组信息为字符，发送给用户终端。随着分组技术的发展，RSU与PAD的功能已没什么差别。

　　分组终端/非分组终端（PT/NPT）

　　分组终端是具有X.25协议接口，能直接接入分组交换数据网的数据通信终端设备。它可通过一条物理线路与网络连接，并可建立多条虚电路，同时与网上的多个用户进行对话。对于那些执行非X.25协议的终端和无规程的终端称为非分组终端，非分组终端需经过分组装拆设备，才能连到交换机端口。通过分组交换网络，分组终端之间，非分组终端之间，分组终端与非分组终端之间都能互相通信。

（5）传输线路

　　是构成分组数据交换网的主要组成部分之一。目前，中继传输线路有PCM数字信道，数字数据传输，也有利用ATM连接及其卫星通道。用户线路一般有数字数据电路或市话模拟线。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。分组交换机功能包括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，如闭合用户群，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。

（6）进网方式

　　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。

2.5分组交换网的基本业务

分组交换的基本业务有交换虚电路(SVC)和永久虚电路(PVC)两种。

交换虚电路如同电话电路一样，即两个数据终端要通信时先用呼叫程序建立电路(即虚电路)，然后发送数据，通信结束后用拆线程序拆除虚电路。永久虚电路如同专线一样，在分组网内两个终端之间在申请合同期间提供永久逻辑连接，无需呼叫建立与拆线程序，在数据传输阶段，与交换虚电路相同。

　　分组交换数据网是由分组交换机、网路管理中心、远程集中器、分组装拆设备以及传输设备等组成。

　　(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。下载本文