論計算機網絡數據交換技術的發展

［摘 要］ 本文回顧計算機網絡數據交換技術的發展歷程，闡述數據交換每個發展階段的技術特點，并著重對分組交換技術進行分析論述。

［關鍵詞］ 數據交換； 電路交換； 報文交換； 分組交換； 綜合業務數字交換

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2011 . 07 . 024

［中圖分類號］TN919.2；F273.1 ［文獻標識碼］A ［文章編號］1673 - 0194（2011）07- 0044 - 01

一、引言

交換設備是信息交互中的重要設施，在相互通信中起著立交橋的作用。交換技術的發展總是隨著人類信息需求的發展、傳送信息的格式和技術的發展以及控制技術的發展而發展。從電話交換到數據交換、綜合業務數字交換，交換技術經歷了從人工交換到自動交換的過程。人們對可視電話、可視圖文、圖像通信和多媒體等寬帶業務的需求，也將極大地推動異步傳輸技術（ＡＴＭ）和同步數字系列技術（ＳＤＨ）及寬帶用戶接入網技術的不斷進步和廣泛應用。

從交換技術的發展歷程看，數據交換經歷了從電路交換到報文交換、分組交換和綜合業務數字交換的發展過程。

二、電路交換

自１８７６年美國貝爾發明電話以來，隨著社會需求的增長和通信技術水平的不斷發展，電路交換技術從最初的人工接續方式，經歷了機電與電子式自動交換、存儲程序控制的模擬和數字交換、第三方可編程交換等技術的變革，當前正在發展融合多媒體格式相互通信的軟交換技術。

隨著電子技術，尤其是半導體技術的迅速發展，人們在交換機內引入電子技術，這類交換機稱作電子交換機。最初是在交換機的控制部分引入電子技術，話路部分仍采用機械接點，出現了“半電子交換機”、“準電子交換機”。在微電子技術和數字技術進一步發展以后，全電子交換機開始迅速發展。

三、報文交換

報文交換方式的數據傳輸單位是報文，報文就是站點一次性要發送的數據塊，其長度不限且可變。當一個站點要發送報文時，它將一個目的地址附加到報文上，網絡節點根據報文上的目的地址信息，把報文發送到下一個節點，一直傳送到目的節點。

每個節點在收到整個報文并檢查無誤后，就暫存這個報文，然后利用路由信息找出下一個節點的地址，再把整個報文傳送給下一個節點。因此，端與端之間無需先通過呼叫建立連接。報文在每個節點的延遲時間，等于接收報文所需的時間與向下一個節點轉發所需的排隊延遲時間之和。

四、分組交換

分組交換是交換技術發展的重要成果，代表著網絡未來演進的方向。分組交換方式兼有報文交換和線路交換的優點。分組交換技術使用統計復用，與電路交換相比大大提高了帶寬利用率。這要求在交換節點使用存儲轉發，從而導致掉隊現象的發生。因此，分組交換引入不固定的延遲的概念。分組交換網絡主要有面向連接和無連接兩種方式。分組網絡包含３個功能面，分別是數據面、控制面和管理面。數據面負責分組轉發，因此需要高性能的實現。目前主要的分組交換網包括面向連接的Ｘ．２５、幀中繼、ＡＴＭ、ＭＰＬＳ以及無連接的以太網、ＣＰ／ＩＰ網絡。

分組交換網有兩種主要的形式：面向連接和無連接。對于分組交換技術來說，面向連接的網絡與電路交換類似，也需要通過連接建立過程在交換機中分配資源；但由于它采用統計復用，所分配的資源是用邏輯標號來表示的。自分組交換技術出現以來，已經有多種分組交換網投入運行。電信領域最早提出的是Ｘ．２５網絡，但由于它協議復雜，速度有限，逐漸被性能更好的網絡如幀中繼代替。幀中繼網絡可以認為是Ｘ．２５的改進版本，它簡化了協議以提高處理效率。

計算機領域的一個側重點是局域網，即小范圍、小規模的網絡，用于互連辦公室內的計算機。目前以太網已成為占統治地位的局域網技術。

在２０世紀９０年代中后期，因特網獲得較大發展，規模持續擴大，對核心路由器吞吐量的要求也越來越高。由于路由器對ＩＰ分組進行轉發時路由表的查找比較復雜，轉發速度受到很大限制。前面指出，面向連接網絡使用邏輯子信道標號進行轉發表查找，速度是很快的。人們結合ＡＴＭ技術在這方面的優點，提出將核心網絡改為使用類似于ＡＴＭ的交換機，而只在邊緣網絡使用路由器的ＩＰ交換技術，最終發展為多協議標記交換（ＭＰLＳ）。然而，在隨后的幾年中，提出了多種實用的高速路由查找方法，使其不再成為瓶頸。此時，ＭＰＬＳ最大的優點就是流量工程能力，即人為控制分組流向。但是由于目前高速路由器還能很好地工作，ＭＰＬＳ技術并沒有被廣泛使用。

五、計算機網絡數據交換技術發展的展望

近年來，以Ｉｎｔｅｒｎｅｔ為代表的新技術革命正在深刻地改變著電信的傳統觀念和體系架構，并且隨著信息社會的到來，人們的日常生活、學習工作已經離不開網絡，人類社會對網絡業務需求急劇增長，并且對網絡也提出了更高的要求，不僅要提供話音、數據、視頻業務，也要同時支持實時多媒體流的傳送，并且要求網絡具有更高的安全性、可靠性和高性能。下一代網絡應是一個能夠屏蔽底層通信基礎設施多樣性，并能提供一個統一開放的、可伸縮的、安全穩定和高性能的融合服務平臺，能夠支持快速靈活地開發、集成、定制和部署新的網絡業務。

下一代網絡將是一個以軟交換為核心、以光網絡為基礎、采用分組型傳送技術的開放式的融合網。軟交換的出現，可通過一個融合的網絡為用戶同時提供話音、數據和多媒體業務，實現國際電聯提出的“通過互聯互通的電信網、計算機網和電視網等網路資源的無縫融合，構成一個具有統一接入和應用界面的高效率網路，使人類能在任何時間和地點，以一種可以接受的費用和質量，安全地享受多種方式的信息應用”的目標。

主要參考文獻

［１］ 金惠文，陳建亞，等．現代交換原理［Ｊ］． 北京：電子工業出版社，２００５．

［２］ 桂海源，現代交換原理［Ｍ］． 北京：人民郵電出版社，２００２．

［３］ 趙慧玲，張國宏，等． ＡＴＭ、幀中繼、ＩＰ技術與應用［Ｍ］． 北京：電子工業出版社，１９９８．