Data Switches數(shù)據(jù)交換設(shè)備
數(shù)據(jù)交換設(shè)備是一種將終端、計(jì)算機(jī)和其他計(jì)算設(shè)備鏈接到大型計(jì)算機(jī)上的設(shè)備。它們基本上是為很多設(shè)備共享有限個(gè)端口提供方法的集中器設(shè)備。

在早期的廣域網(wǎng)中，數(shù)據(jù)通過(guò)通信子網(wǎng)的交換方式分為兩類： 線路交換方式、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式。

線路交換方式（電路交換方式）

線路交換（circuit exchanging）方式與電話交換方式的工作過(guò)程很類似。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)通信子網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換之前，首先要在通信子網(wǎng)中建立一個(gè)實(shí)際的物理線路連接。

1.線路交換方式的通信過(guò)程

線路交換方式的通信過(guò)程分為以下三個(gè)階段：

(1)線路建立階段

如果主機(jī)H1要向主機(jī)H2傳輸數(shù)據(jù)，首先要通過(guò)通信子網(wǎng)在主機(jī)H1與主機(jī)H2之間建立線路連接。主機(jī)H1首先向通信子網(wǎng)中結(jié)點(diǎn)A發(fā)送"呼叫請(qǐng)求包"，其中含有需要建立線路連接的源主機(jī)地址與目的主機(jī)地址。結(jié)點(diǎn)A根據(jù)目的主機(jī)地址，根據(jù)路選算法，如選擇下一個(gè)結(jié)點(diǎn)為B，則向結(jié)點(diǎn)B發(fā)送"呼叫請(qǐng)求包"。

結(jié)點(diǎn)B接到呼叫請(qǐng)求后，同樣根據(jù)路選算法，如選擇下一個(gè)結(jié)點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)C，則向結(jié)點(diǎn)C發(fā)送"呼叫請(qǐng)求包"。結(jié)點(diǎn)C接到呼叫請(qǐng)求后，也要根據(jù)路選算法，如選擇下一個(gè)結(jié)點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)D，則向結(jié)點(diǎn)D發(fā)送"呼叫請(qǐng)求包"。結(jié)點(diǎn)D接到呼叫請(qǐng)求后，向與其直接連接的主機(jī)H2發(fā)送"呼叫請(qǐng)求包"。主機(jī)H2如接受主機(jī)H1的呼叫連接請(qǐng)求，則通過(guò)已經(jīng)建立的物理線路連接"結(jié)點(diǎn)D-結(jié)點(diǎn)C-結(jié)點(diǎn)B-結(jié)點(diǎn)A"，向主機(jī)A發(fā)送"呼叫應(yīng)答包"。至此，從"主機(jī)H1-結(jié)點(diǎn)A-結(jié)點(diǎn)B-結(jié)點(diǎn)C-結(jié)點(diǎn)D-主機(jī)H2"的專用物理線路連接建立完成。該物理連接為此次主機(jī)H1與主機(jī)H2的數(shù)據(jù)交換服務(wù)。

(2)數(shù)據(jù)傳輸階段

在主機(jī)H1與主機(jī)H2通過(guò)通信子網(wǎng)的物理線路連接建立以后，主機(jī)H1與主機(jī)H2就可以通過(guò)該連接實(shí)時(shí)、雙向交換數(shù)據(jù)。

(3)線路釋放階段

在數(shù)據(jù)傳輸完成后，就要進(jìn)入路線釋放階段。一般可以由主機(jī)H1向主機(jī)H2發(fā)出"釋放請(qǐng)求包"，主機(jī)H2同意結(jié)束傳輸并釋放線路后，將向結(jié)點(diǎn)D發(fā)送"釋放應(yīng)答包"，然后按照結(jié)點(diǎn)C-結(jié)點(diǎn)B-結(jié)點(diǎn)A-主機(jī)H1次序，依次將建立的物理連接釋放。這時(shí)，此次通信結(jié)束。

2.線路交換方式的特點(diǎn)

線路交換方式的特點(diǎn)是：通信子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)是用電子或機(jī)電結(jié)合的交換設(shè)備來(lái)完成輸入與輸出線路的物理連接。交換設(shè)備與線路分為模擬通信與數(shù)字通信兩類。線路連接過(guò)程完成后，在兩臺(tái)主機(jī)之間已建立的物理線路連接為此次通信專用。通信子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)交換設(shè)備不能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，不能改變數(shù)據(jù)內(nèi)容，并且不具備差錯(cuò)控制能力。

存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式

1.存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的基本概念

存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換（store?and?forward exchanging）方式與線路交換方式的主要區(qū)別表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：發(fā)送的數(shù)據(jù)與目的地址、源地址、控制信息按照一定格式組成一個(gè)數(shù)據(jù)單元（報(bào)文或報(bào)文分組）進(jìn)入通信子網(wǎng)；通信子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)是通信控制處理機(jī)，它負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)單元的接收、差錯(cuò)校驗(yàn)、存儲(chǔ)、路選和轉(zhuǎn)發(fā)功能。

存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

(1)由于通信子網(wǎng)中的通信控制處理機(jī)可以存儲(chǔ)報(bào)文（或報(bào)文分組），因此多個(gè)報(bào)文（或報(bào)文分組）可以共享通信信道，線路利用率高。

(2)通信子網(wǎng)中通信控制處理機(jī)具有路選功能，可以動(dòng)態(tài)選擇報(bào)文（或報(bào)文分組）通過(guò)通信子網(wǎng)的最佳路徑，同時(shí)可以平滑通信量，提高系統(tǒng)效率。

(3)報(bào)文（或報(bào)文分組）在通過(guò)通信子網(wǎng)中的每個(gè)通信控制處理機(jī)時(shí)，均要進(jìn)行差錯(cuò)檢查與糾錯(cuò)處理，因此可以減少傳輸錯(cuò)誤，提高系統(tǒng)可靠性。

(4)通過(guò)通信控制處理機(jī)，可以對(duì)不同通信速率的線路進(jìn)行速率轉(zhuǎn)換，也可以對(duì)不同的數(shù)據(jù)代碼格式進(jìn)行變換。

正是由于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式有以上明顯的優(yōu)點(diǎn)，因此，它在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的使用。

2.存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的分類

存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式可以分為兩類：報(bào)文交換（message exchanging）與報(bào)文分組交換（packet exchanging）。因此，在利用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換原理傳送數(shù)據(jù)時(shí)，被傳送的數(shù)據(jù)單元相應(yīng)可以分為兩類：報(bào)文（message）與報(bào)文分組（packet）。

如果在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，不管發(fā)送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度是多少，都把它當(dāng)做一個(gè)邏輯單元，那么就可以在發(fā)送的數(shù)據(jù)上加上目的地址、源地址與控制信息，按一定的格式打包后組成一個(gè)報(bào)文。另一種方法是限制數(shù)據(jù)的最大長(zhǎng)度，典型的最大長(zhǎng)度是1000或幾千比特。發(fā)送站將一個(gè)長(zhǎng)報(bào)文分成多個(gè)報(bào)文分組，接收站再將多個(gè)報(bào)文分組按順序重新組織成一個(gè)長(zhǎng)報(bào)文。報(bào)文分組通常也被稱為分組。

由于分組長(zhǎng)度較短，在傳輸出錯(cuò)時(shí)，檢錯(cuò)容易并且重發(fā)花費(fèi)的時(shí)間較少，這就有利于提高存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間利用率與傳輸效率，因此成為當(dāng)今公用數(shù)據(jù)交換網(wǎng)中主要的交換技術(shù)。目前，美國(guó)的TELENET、TYMNET以及中國(guó)的CHINAPAC都采用了分組交換技術(shù)。這類通信子網(wǎng)稱為分組交換網(wǎng)。

高速交換技術(shù)　

隨著多媒體應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)的帶寬與傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求越來(lái)越高。寬帶綜合業(yè)務(wù)服務(wù)要求的提出，更進(jìn)一步暴露出傳統(tǒng)的線路交換與分組交換方式的不適應(yīng)性。一種新的交換技術(shù)--異步傳輸模式（ATM） 引起了人們高度的重視。

1.ATM簡(jiǎn)要介紹

ATM(異步傳輸模式)網(wǎng)絡(luò)是在包交換技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)使用經(jīng)驗(yàn)的積累，在90年代初改進(jìn)和發(fā)展的一種新型包交換技術(shù)。70年代中期，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信使用X.25傳輸協(xié)議，這種技術(shù)是用同軸電纜傳輸數(shù)據(jù)幀，由于線路抗電磁干擾性能差，在鏈路級(jí)上要加強(qiáng)糾錯(cuò)措施，一旦發(fā)現(xiàn)傳輸差錯(cuò)，要求發(fā)送方重發(fā)。因此，數(shù)據(jù)通信速率低，每個(gè)端口為64kb/s，稱為慢包技術(shù)。

80年代中期，在X.25協(xié)議的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了幀中繼(Frame Relzy)技術(shù)。它用于在光纖介質(zhì)上傳輸可變長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)幀。由于光纖介質(zhì)傳輸品質(zhì)高，可以大幅度提高通信速率，最高帶寬可以達(dá)到T3(44.7Mb/s)，稱為快包技術(shù)。但是，幀中繼網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是對(duì)數(shù)據(jù)通信優(yōu)化的，它所使用的長(zhǎng)短不等的數(shù)據(jù)幀不適用于要求低延時(shí)、可控制和可預(yù)測(cè)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息的傳輸。隨著對(duì)多媒體信息通信應(yīng)用的需要，又發(fā)展了信元中繼(Cell Relay)技術(shù)。

在ATM交換方式中，文本、語(yǔ)音、視頻等所有數(shù)據(jù)將被分解為長(zhǎng)度固定的信元（cell）。信元有一個(gè)5字節(jié)的信元頭（header）與一個(gè)48字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)（user data），信元長(zhǎng)度為53字節(jié)。信元中繼技術(shù)使用短的、固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)包作為傳輸信息的單位，因此具有高速、可控制，低延時(shí)的傳輸特性。

原先設(shè)計(jì)ATM網(wǎng)絡(luò)的目的是用作多媒體通信的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)干線。它具有高速的通信能力，而且根據(jù)需要，可以提供可擴(kuò)展的帶寬。可以說(shuō)ATM網(wǎng)絡(luò)是一種全新的快包技術(shù)。

2. ATM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

（1)短的、固定長(zhǎng)度的信元適用于高速、多媒體信息的傳輸。對(duì)于多媒體信息，ATM網(wǎng)絡(luò)提供不同的優(yōu)先級(jí)別，保證要求實(shí)時(shí)性高的話音、視頻信息優(yōu)先傳送，保證低延時(shí)，所以ATM網(wǎng)絡(luò)特別適用于多媒體通信。

（2）可擴(kuò)展的帶寬利用。ATM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的另一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是帶寬可以按需擴(kuò)展的性能，按照通信末端的需求靈活地分配帶寬。

（3）良好的傳輸品質(zhì)。ATM網(wǎng)絡(luò)主要用作面向連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它和無(wú)連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(如LAN、iP)相比，在傳輸品質(zhì)上有很大的提高。面向連接的通信要求在傳輸信息前，通信的兩個(gè)端點(diǎn)之間先建立起虛通道(VP)和虛電路(VC)。一般情況下，虛電路是動(dòng)態(tài)地建立和拆除的，稱為交換的虛電路(SVC)。建立了虛電路，可以在通信的端點(diǎn)之間磋商服務(wù)品質(zhì)(QOS)和可用的數(shù)據(jù)速率(ABR)等，避免在通信中發(fā)生數(shù)據(jù)位的丟失。

（4）通信的規(guī)范化。不論何種信源，在進(jìn)入ATM網(wǎng)絡(luò)時(shí)，使用統(tǒng)一的信元格式，就是都要拆成規(guī)定大小的信元，即便是網(wǎng)絡(luò)管理用的信息，也不例外，這樣有利于信息的規(guī)范化和通信集成。

（5）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。使用固定長(zhǎng)度的信元，可以簡(jiǎn)化在網(wǎng)絡(luò)中末端和中間節(jié)點(diǎn)5對(duì)信元的校驗(yàn)，使網(wǎng)絡(luò)的工作和結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化。

3. ATM網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用舉例

由于ATM的優(yōu)點(diǎn)，許多公司正在自己的網(wǎng)絡(luò)中采用ATM作為核心技術(shù)。其中一個(gè)實(shí)例是Hannaford Brothers，該公司在從緬因州到南加里福尼亞州的8個(gè)州中，擁有150家食品和藥品商店及四家倉(cāng)庫(kù)。 Hannaford發(fā)現(xiàn)，其數(shù)據(jù)通信流量在短短三年內(nèi)提高了15倍，該公司現(xiàn)有的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能處理這一通信流量。Hannaford在主干網(wǎng)中選擇了大西洋貝爾的ATM Cell Relay服務(wù)，因?yàn)樗梢猿休d語(yǔ)音和數(shù)據(jù)，并具有很高的帶寬效率和服務(wù)質(zhì)量功能。大西洋貝爾的ATM CRS網(wǎng)絡(luò)為該公司提供了可擴(kuò)充的帶寬，其容量較以前的網(wǎng)絡(luò)提高了80倍。