分组交换技术及其应用
2019-11-05 01:36:22
供稿：网友
随着微电子技术、计算机技术的飞速发展，交换技术得到了空前的发展。从电话交换一直到当今数据交换、综合业务数字交换，交换技术经历了人工交换到自动交换的过程。人们对可视电话、可视图文、图象通信和多媒体等宽带业务的需求，也将大大地推动异步传输技术（ATM）和同步数字系列技术（SDH）及宽带用户接入网技术的不断进步和广泛应用。
分组交换技术是在计算机技术发展到一定程度，人们除了打电话直接沟通，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。
分组交换也称包交换，它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。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。
分组交换技术介绍
分组交换与其他交换的比较
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。
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。
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。
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。
异步传输模式（ATM）
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。
分组交换的特点
在分组交换方式中，由于能够以分组方式进行数据的暂存交换，经交换机处理后，很轻易地实现不同速率、不同规程的终端间通信。分组交换的特点主要有：
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。
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。
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。
计费与传输距离无关：
网络计费按时长、信息量计费，与传输距离无关，非凡适合那些非实时性，而通信量不大的用户。
分组交换的网络结构
分组交换网一般由分组交换机、网络治理中心、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：
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。
网络治理中心（NMC）
网络配置治理与用户治理，日常运行数据的收集与统计。
路由选择治理，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治理。
远程集中器（RCU）
答应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。
分组装拆设备（PAD）
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。
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。
中国公用分组交换网（CHINAPAC）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。
用户进网方式
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。
分组交换应用
分组交换提供的业务
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。
分组交换在商业中的应用
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治理作用，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。
在遍步全市的各大超市中，已有相当一部分超市利用分组网来改善经营治理手段，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。个超市的营业网点通过话上复用DOV（Data Over Voice)的专线方式，连到超市治理中心，进行一系列的结算、统计等，来扩大超市的消费市场。
分组交换在其它领域中的应用
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。中远集团在全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。
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。并可以自己治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、统计等网络治理操作。VPN主要用于集团用户，各专业行业等。
分组交换在现阶段的作用
中国公用分组交换网的骨干网及各地的本地网组建至今，网络的规模比原来扩大了几倍至几十倍，并占据了一块稳定的数据通信市场。分组交换技术比较适用于终端到主机的交互式通信、交易处理，需要进行协议转换的场合，跨国通信，要求高度安全的场合和传输基础设施质量不高的地区等。尽管受到了宽带网络技术的冲击，但鉴于我国通信基础设施比较薄弱，分组交换业务在今后较长一段时间内仍将发挥一定的作用。随着交换设备的更新换代，更快的交换机处理器的出现，意味着能够在更高速率下实现分组交换的传统优点。分组交换的协议转换功能和控制功能等优势，使高速传送数据的新一代分组交换技术在商业、民航、石油系统大有可为。通过挖掘潜力，找准市场切入点，抓住商机，来更好地发挥分组网络的优势。
