浅析分组交换网的交换技术.docx
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浅析分组交换网的交换技术
课题名称浅析分组交换网的分组交换方式
学院（部）电子与控制工程学院
专业电气工程及其自动化
班级2012320402
学生姓名李建琼
学号201232040206
指导教师（签字）徐先锋
2015年12月29日
浅析分组交换网的分组交换方式
摘要
互联网是20世纪中后期快速发展起来的一项重要的信息产业技术。
十几年来，互联网的用户数量呈指数增加，互联网的通讯量日益迅猛地增长。
用户对网络带宽的要求不断地上升，远远超出了互联网现有的连接和交换容量。
随着多媒体技术和实时视频点播的出现，用户对互联网服务质量的要求也越来越苛刻。
因此，对互联网中路由和交换设备的研究已变得越来越热门，并且取得了许多引人注目的成果，很多国际著名的网络设备商和服务商都竞相开发和配置了越来越快的交换器和路由器。
在高速路由器的研制中，交换技术占据了核心的地位。
虽然各类交换器的结构及相应的调度算法五花八门，但其发展却有着一定的规律可循。
从共享总线式交换器到交叉开关结构的出现曾一度掀起了交换结构研究的新潮流。
交叉开关不但可以使得多个端口之间并行地进行信息的传递，也可以高效地进行一对多的多播传输。
由于对交叉开关的调度必然是集中式算法，所以在端口数扩展方面会引起很大的困难。
随着高速随机存储技术的突破，共享存储式的交换器在大容量交换结构的设计中有着逐渐取代交又开关结构的趋势。
共享存储技术以极高存储带宽的代价来换取简单的调度算法。
本论文以代表当今的前沿技术的IBM瑞士和法国的集成电路实验室的Q-64G交换系统的性能为参照，从平衡负载的原则出发，对中国科技大学的FELSwitch（性能接近前者）的输出队列调度算法进行改进，给出了改进的最长队列调度算法（ILQF），从而降低了信元平均延时，提高了吞吐率。
并通过仿真试验验证ILQF对FELSwitch系统性能的改进作用。
关键词：
分组交换网交换方式技术应用
目录
引言4
一、定义5
二、发展历史5
2.1电路交换5
2.2报文交换5
2.3分组交换5
2.4异步传输模式6
三、分类6
3.1数据报6
3.2虚电路6
四、特点6
五、网络结构7
5.1分组交换机功能7
5.2网络管理中心7
5.3远程集中器7
5.4分组装拆设备7
5.5分组终端/非分组终端（PT/NPT）8
5.6传输线路8
5.7进网方式8
六、用途8
七、网络现状8
八、技术应用9
8.1提供的业务9
8.2商业应用9
8.3其它领域应用10
8.4虚拟专用网10
九、结论10
参考文献：
11
引言
在信息化社会中，计算机已从单一使用发展到集群使用。
越来越多的应用领域需要计算机在一定的地理范围内联合起来进行协同工作，而在这的基础上，不同计算机之间的通信便已成为至关重要，而又在不同的通信方式中分组交换网已成为广域网技术的重要组成部分。
很多国家的通信部门建立了电路交换公用数据网（CSPDN）、分组交换公用数据网（PSPDN）、数字数据网（DDN）、综合业务数字网（ISDN）、和帧中继（FR）网等，以此为基础提供电路交换数据传送业务、分组交换数据传送业务、租用电路数据传送业务、帧中继数据传送业务和利用公用电话网的数据传送业务。
我国已建立了PSPDN（CHINAPAC）和DDN（CHINADDN），并开放了分组数据、租用电路和部分的帧中继业务。
随着社会信息化事业的发展，数据通信网的应用不断地扩大和普及，越来越显示出数据通信在社会信息化中所占的重要地位。
分组交换网是广域网技术的一种，在分组交换网中的分组交换方式是人们所主要研究和创新的关键，分组交换方式越多，人们所能利用的通信信息就越多，就能更好的进行通信，就能更方便的进行通信。
一、定义
分组交换方式是指数字信号以信息分组（或称包）为单位，在网节点进行存储转发的交换方式。
也称包交换。
分组是在开放系统互连参考模式（OSI-RM）的第三层上、以标号标识的信息组，是一组包括数据和呼叫控制信号的二进制数字序列。
一个报文可以是一个分组，也可以分割成若干分组，每个分组必需具有一定的格式，标明编号，并带有地址信息等，以便使交换机能分发这些分组并且在目的地重新组装成一个完整的报文。
通常一个分组的数据位长为1024位，也可以是2048位、512位或其它规定值。
二、发展历史
分组交换由DonaldDavies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。
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。
2.1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。
2.2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。
2.3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。
2.4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（AsynchronousTransferMode）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。
三、分类
分组交换以分组为单位进行交换和传输，只有在传送分组的通信过程中才占用传送信道，其他时间该信道可用于不同的数据终端之间的分组传送。
分组交换采用存储转发方式，因而无需在通信的数据终端之间建立一条专用通道。
交换机管理与转发分组的过程有数据报和虚电路（虚呼叫）两种方式。
3.1数据报
每个交换机根据接收地址和网路情况，对到达的每个分组独立进行处理与随机选择路由直至到达目的地的通信方式。
由于每个分组可以通过不同的路由，且每个路由的传送迟延是不同的，所以一个完整的报文分割成的多个分组到达目的地交换机的先后次序并不与原序相同，需由接收数据终端重新排序。
3.2虚电路
先在待通信的两个数据终端之间选择合适的路由，建立一条由多段统计时分复用链路组成的虚电路，各个分组均按确定的流向沿此虚电路顺序通过的通信方式。
网路能保证在虚电路上各个分组的可靠传送，并按原序传送给接收终端。
四、特点
1、由于以分组作为存储与转发单位，所以平均报文的传送时间较短，占用交换机的存储空间很少。
2、适宜于交换短报文，可突发式地使用传送信道的整个信道带宽，使传送报文的速度加快。
对于长报文，由于要分割成多个分组，且每个分组要花费一定的“开销”用于指示该分组应到达的目的地址等，因此传送速度不如电路交换方式快。
3、可以分段实施差错控制，使系统的剩余差错（不可检差错）比电路交换方式在同样电路条件下要低。
4、可以实现不同速率的数据终端之间的互通。
5、由于采用统计时分复用电路方式，电路利用率高，但实时性不如电路交换方式。
6、可使多个数据终端之间同时通信，为分布式进程通信创造了条件。
五、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。
5.1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。
5.2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。
5.3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。
5.4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。
5.5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。
5.6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。
5.7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。
六、用途
分组交换方式特别适合于计算机通信和公用分组交换数据网。
后者可提供的业务有虚电路业务（VC）与永久虚电路业务（PVC）。
PVC是预先在相应数据终端之间建立了虚电路，因此可省去呼叫建立与拆除程序，加快数据传送过程。
七、网络现状
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、香港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。
八、技术应用
8.1提供的业务
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。
CHINAPAC还向用户提供任选业务功能，主要有闭和用户群、反向计费、网络用户识别、呼叫转移、虚拟专用网、广播服务、帧中继等业务。
8.2商业应用
分组交换在商业中的应用较广泛。
如银行系统在线式信用卡（POS机）的验证。
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殖网，它与金卡网络结算中心通过数字专线连接。
商业增殖网主要完成来自各大商场的数据线路汇接及对商场销售情况的统计等。
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。
在遍步中国的各大超市中，已有相当一部分超市利用分组网来改善经营管理手段，拓展市场，取得了良好的经济效益。
在超市中设立电子消费通道，消费者手持的储金卡经刷卡后，信息送到该超市的后台服务器。
服务器的作用是对储金卡的金额计算和超市的销售情况的统计。
各超市的营业网点通过话上复用DOV（DataOverVoice）的专线方式，连到超市管理中心，进行一系列的结算、统计等，来扩大超市的消费市场。
8.3其它领域应用
分组交换网的利用率高，传输质量好，能同时多路通信的特点，因此它的经济性能也较好。
在一些全国性的集团公司中，总公司把指示下达给全国各地分公司甚至国外的机构，利用分组交换就非常经济。
中远集团在中国各地的分支机构在本地形成局域网络，通过路由器连到分组交换网，与海关、EDI中心等互通信息。
它的主机系统也通过分组交换网实行全程连网，传送定舱资料、货运情况、EDI报文等，也可远程登录至香港，与海外沟通信息。
8.4虚拟专用网
虚拟专用网（VPN）是大集团用户利用公用网络的传输条件，网络端口等网络资源组织一个虚拟专用网络。
并可以自己管理属于专用网络部分的端口进行状态监视、数据查询，以及告警、计费、统计等网络管理操作。
VPN主要用于集团用户，各专业行业等。
九、结论
在微机技术发展迅猛的时代，广域网技术的发展会越来越重要，且分组交换网的发展也非常重要，要想使分组交换网发展得到扩大，分组交换方式是必不可少的，也是越来越重要的。
参考文献：
【1】蔡皖东计算机网络西安电子科技大学出版社2007（3）69-70
【2】谢魏分组交换技术浅析科学与财富2012（10）179
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