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。
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2 传统的交换方式
  2.1 传统的电路交换方式
  
  电路交换(CS:Circuit Switching)是最早出现的一种交换方式,电话交换就是CS方式的一个典型应用。CS是一种实时交换的技术,在双方通信前需要建立专用的物理链接通路,如果没有空闲的链接通路,通信就不能进行,待通信结束后,还需要根据信令将这条通路拆除。CS所分配的带宽是固定的,在连接建立后,即使无信息传送也要占用信道带宽,所以电路利用率比较低。但CS的最大优点是实时性好,十分适用于电话交换。
  
  2.2 传统的数据交换方式
  
  由于CS存在着一定的缺陷,对于数据通信来说,就又出现了存储转发式的报文交换和分组交换两种方式。当然,存储转发式的分组交换(简称分组交换)是一种可取的交换方式。
  
  存储转发式的报文交换,与CS的原理不同,不需要给通信双方提供一条物理链接,只是将所接收到的报文暂时贮存起来,然后根据收文中的目的地址信息来选择接收节点,向接收节点传输。由于采用接力传送的方式,任何时刻都只占节点间的一条链路,因而效率较高,但存在着时延过大的问题。公用电信网中的电报自动交换即是报文交换的即是报文交换的典型应用。
  
  分组交换与存储转发式的报文交换不同,需要将用户要传送的信息分割成若干个组(packet),并为其附上分组头,分组头中含有地址或其它控制信息。分组交换可以提供两种服务方式,即数据报(Datagram)和虚电路(VC:Virtual Circuit)方式。
  
  在数据报分组交换的网络中,每个分组独立地选择路由,不需要预先建立逻辑链接,所以连续的分组可能会经过不同的链路进行传送。而在虚电路分组网络中,需要在数据传输前的呼叫建立阶段,选择一条固定的虚电路(VC),一旦VC建立,属于这一呼叫数据分组均沿着这条虚电路进行传送,最后清除分组并将虚电路拆除。
  
  虚电路只是逻辑链接,不同于电路交换中的物理链接,虚电路并不独立占用线路,在一条物理链路上可以建立多个虚电路,以达到资源共享。虚电路实际上是数据报交换和电路交换的一种折衷方案。
  
  还有值得一提的是快速分组交换(FPS:Fast Packet Switching),可以理解为采用了尽量简化的协议。FPS只具有核心网络的功能,可以提供高速、高吞吐量、低迟延的交换,ATM交换就是其中的一种应用。FPS属于固定长度信元继的范畴,便于用硬件来实现,链路的效率也比较提高。
  
  3 多层交换技术
  国际标准化组织(ISO)提出的开放系统互连参考模型(OSI-RM)的下四层(物理层、数据链路层、网络层、传输层)为通信层,因此可以最底层逐一分析:
  
  (1)第一层
  
  为物理层,传统的电路交换就属于这一层。
  
  (2)第二层
  
  为数据链路层,从传统意义上讲,真正的交换即是属于这一层。在这一层中采用了基于硬件的转发机制,能够转发各种数据链路层的协议,包括局域网中的以太网和高速令牌环网。