數據交換技術的工作原理探討

提要：隨著計算機技術的不斷發展，計算機網絡的規模越來越大，網絡結構越來越復雜，數據交換技術也隨之進步與發展。數據交換技術的工作原理和演變過程是值得我們關注的，也是我們學習計算機網絡相關知識和了解通信領域的一個重要方面。

關鍵詞：數據交換 技術 工作原理 演變過程

一、引言

數據交換技術，是指采用交換機等通信網絡設備組成的數據交換系統，通過路由選擇技術在通信雙方之間建立物理的或邏輯的連接，形成一條通信電路，實現數據傳輸和交換的技術。數據交換技術是實現多點通信的共享信道的關鍵技術，是擴展網絡規模和提高通信效益的必要技術。

數據交換是建立在通信子網實現的數據信號傳輸的基礎上，它是資源子網中各個通信節點完成各種網絡功能的基礎。交換的數據可能是實時產生的，也可能是預先準備好的靜態數據。我認為網絡的本質功能就是數據交換。

二、數據交換技術類型及過程

通常所說的數據交換技術有以下幾類，分別是：電路交換技術，存儲轉發交換技術以及信元交換技術。其中電路交換技術適用于電話網和早期網絡；存儲轉發交換技術用于多種網絡形態，是目前使用較廣的一種數據交換技術；信元交換技術使用于現代ATM網絡系統。

1.電路交換技術

電路交換技術又稱線路交換技術，是最古老的一種數據交換技術。它是在數據傳輸和交換之前建立一條實際的物理電路，通信雙方節點與通信子網中的一系列中間交換節點之間的一系列連接序列共同組成。這是一種典型的面向連接的通信模式，通信雙方一旦建立連接以后就“獨占使用”整條線路，直至通信結束。

2.存儲轉發交換技術

在存儲轉發交換網絡中，數據在傳輸的過程中要通過中間節點進行動態路由選擇，在所傳輸的數據中加入必要的控制信息。控制信息里包含雙方的網絡地址，一方面使得數據得以正確傳輸，另一方面在出現差錯時，能夠告知發送發進行數據重傳。通信子網中的通信控制處理機可以存儲數據，因此多個通信過程傳輸的數據可以共享信道，使得線路的利用率較電路交換技術高。

在電路交換系統中，通信量較大時容易導致連接無法建立或有堵塞情形出現，使得某通信過程無法建立成功。而存儲轉發交換系統卻總能實施，當通信量大時，其可以在網絡中實施流量控制機制確保線路不會堵塞；還可以使用優先級控制機制，安排眾多通信過程的通信次序。

在一次通信過程中所需要交換的所有數據，加上必要的通信控制信息共同組成一次通信過程實際轉換和交換的數據包，這樣的數據包稱為報文。報文較大時，為方便傳輸，就按一定的原則將其分解為多個較小的組成單元，這些小單元再加上一定的控制信息，就組成了一個分組，分組可以作為一個傳輸單元在網絡系統中傳輸。

（1）報文交換技術

當報文交換技術用于通信雙方為相鄰接點的情形，信源直接將報文投遞給信宿。當報文交換技術的通信雙方不在同一物理網絡時，則將準備好的報文經由一定的路由選擇機制通過中間節點傳給接收方。此時，中間節點不再只是起連接的作用，其還具有存儲和處理數據的能力。在報文交換系統中，由于一次交換處理的數據量大，因而需要對通信處理的存儲和處理能力提出較高的要求，使得通信成本大大增加。且這種系統還易造成堵塞，靈活性和可靠性都會下降。同時，數據交換過程中出現差錯的可能性也很大，且檢測困難。

（2）分組交換技術

分組交換技術是分割一個報文中有效載荷數據，并加上一定的控制信息后及報文號，組建出一個個分組后，以分組為單位進行傳輸的一種數據交換模式。此交換系統中的中間節點也不再只是簡單的連接鏈路，而需要判斷分組的對錯，并進行路由選擇。分組交換技術中為避免造成網絡堵塞，采用了一定的流量控制機制。報文的分組和重組會耗費大量時間，但它只發生在收發處，而分組的處理效率高，因而整體的效率也較高。可是由于通信過程中要加入一些通信控制數據，因此會造成許多重復的額外的開銷；傳輸過程中分組有可能出現丟失、破環、亂序等情形，相關人員還需采取一定的策略去解決這些問題。分組交換技術根據實現機制的不同分為：數據報交換技術和虛電路交換技術。

3.信元交換技術

信元交換技術多用于現代ATM網絡系統。ATM是一種高速分組交換技術，交換的基本數據傳輸單元是信元，因此ATM技術也稱為信元交換技術。在ATM數據交換過程中，文本、語音、視頻等數據將被分解為長度固定的信元，每一個信元由信元頭和用戶數據組成，信元長度為53字節。ATM技術即信元交換技術以統計時分多路復用方式動態分配網絡帶寬，網絡傳輸延時小，適用實時通信的要求。ATM技術沒有鏈路級糾錯和流量控制，協議簡單，數據交換效率高。同時，其采用兩級虛電路機制增加虛電路分配的靈活性，且傳輸速率非常高。

三、結語

隨著網絡時代的到來，數據通信技術發展得越來越興盛，數據交換技術也隨之發展以適應當前形勢。了解了上述數據交換技術后，我們看到了這項技術的發展與進步，也從中了解到了有關這項技術的具體工作原理。從最初的電路交換技術，到存儲轉發交換技術，再到信元交換技術；從面向連接、獨占使用信道的系統到無連接，非獨占使用，并加上路由選擇等功能的系統。

最初接觸電路交換技術的時候，認為這是一種很好理解的數據交換技術，重點在于了解物理鏈路建立和釋放的過程，且其中的中間節點也只起到連接的作用。發展到后來的存儲轉達交換技術，技術手段上相對較為復雜也較為高級。雖說電路交換技術的數據傳輸質量高，出錯率低，可是鏈路的建立和釋放都會花費大量時間，導致整個系統的效率較低，而在報文和虛電路交換技術中，以報文或分組作為傳輸單元，雖然加入了一些作為標記的控制數據，但數據傳輸得更為便捷，更為快速。這些系統中的中間節點還具有一定的控制和數據處理功能，因而在一定程度上也能保證數據的有效傳輸，提高系統的效率。近些年發展起來的信元交換技術也是在人民生活水平不斷提高的基礎上發展起來的，它對數據的種類，數據傳輸類型和方式都做了一些改進，使得系統效率更高，更能滿足人們的需求。

信息時代的到來引發了一場通信上的革命，好的技術我們會繼續使用，但在傳統的基礎上也要不斷創新，這樣，我們才能將整個計算機網絡建立得更為完善。