現(xiàn)代交換原理分組交換技術(shù)及其現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)論文

1、現(xiàn)代交換原理報(bào)告分組交換技術(shù)及其現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)班 級(jí)：通信09-03班學(xué) 號(hào)姓 名： 指導(dǎo)教師： 日 期： 2012.5.4 摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展人們對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸和移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)的渴望不斷上升，通信界正依托當(dāng)今飛速發(fā)展的通信技術(shù)向3g體制挺進(jìn)。在這一演進(jìn)過(guò)程中，分組交換技術(shù)以自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)扮演著愈來(lái)愈重要的角色。分組交換是將用戶傳送的數(shù)據(jù)劃分成一定的長(zhǎng)度，每個(gè)部分叫做一個(gè)分組，通過(guò)傳輸分組的方式傳輸信息的一種技術(shù)。它是通過(guò)計(jì)算機(jī)和終端實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信，在傳輸線路質(zhì)量不高、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段還較單一的情況下，應(yīng)運(yùn)而生的一種交換技術(shù)。近年來(lái)，隨著光纖技術(shù)獲得巨大成就，信道的傳輸速率明

2、顯增強(qiáng)，這位分組交換技術(shù)的發(fā)展開辟了新的道路，幀中繼、異步轉(zhuǎn)移模式等快速分組交換技術(shù)迅速的發(fā)展起來(lái)。展望未來(lái)的高速互聯(lián)網(wǎng)世界以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)的分組核心網(wǎng)最終將承擔(dān)全部數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)已是不爭(zhēng)的事實(shí)。關(guān)鍵詞：分組交換 互聯(lián)網(wǎng) 分組交換網(wǎng) 快速分組交換技術(shù)1.分組交換技術(shù)概述隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，交換技術(shù)得到了空前的發(fā)展。從電話交換一直到當(dāng)今數(shù)據(jù)交換、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字交換，交換技術(shù)經(jīng)歷了人工交換到自動(dòng)交換的過(guò)程。人們對(duì)可視電話、可視圖文、圖象通信和多媒體等寬帶業(yè)務(wù)的需求，也將大大地推動(dòng)異步傳輸技術(shù)（atm）和同步數(shù)字系列技術(shù)（sdh）及寬帶用戶接入網(wǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步和廣泛應(yīng)用。分組交換技術(shù)是

3、在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展到一定程度，人們除了打電話直接溝通，組交換也稱為包交換。分組交換方式不是以電路連接為目的，而是以信息分發(fā)為目的。分組交換機(jī)將用戶要傳送的數(shù)據(jù)按一定長(zhǎng)度分割成若干個(gè)數(shù)據(jù)段，這些數(shù)據(jù)段 叫做“分組”(或稱包)。傳輸過(guò)程中，需在每個(gè)分組前加上控制信息和地址標(biāo)識(shí)(即分組頭)，然后在網(wǎng)絡(luò)中以“存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)”的方式進(jìn)行傳送。到了目的地， 交換機(jī)將分組頭去掉，將分割的數(shù)據(jù)段按順序裝好，還原成發(fā)端的文件交給收端用戶，這一過(guò)程稱為分組交換。進(jìn)行分組交換的通信網(wǎng)稱為分組交換網(wǎng)。分組交換網(wǎng)是繼電路交換網(wǎng)和報(bào)文交換網(wǎng)之后一種新型交換網(wǎng)絡(luò)，它主要用于數(shù)據(jù)通信。這一過(guò)程類 似于我們平常的郵寄信件，人們把寫好的

4、信用信封包裝起來(lái)，然后在信封上寫上接收人的地址和姓名，就相當(dāng)于分組頭中的路由控制信息；信封好后投入郵筒，由郵 局進(jìn)行分揀，發(fā)往不同的地點(diǎn)，最后送到接收人的手中；接收人打開信件閱讀，如同分組中的拆包。這整個(gè)過(guò)程如同分組交換過(guò)程，只不過(guò)分組交換為了把信息準(zhǔn)確 地、可靠地、高速地傳到對(duì)方，技術(shù)上要復(fù)雜得多。此外，還要加上地址域和控制域，用以表示這段信息的類型和送往何方，再加上錯(cuò)誤校驗(yàn)位以檢驗(yàn)傳送過(guò)程中發(fā) 生的錯(cuò)誤。分組交換的任務(wù)是，從各個(gè)入端讀入數(shù)據(jù)分組，根據(jù)它們上面的地址域和控制域，來(lái)把它們分發(fā)到各個(gè)出端上。分組交換網(wǎng)一般由分組交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)管理中心、遠(yuǎn)程集中器、分組裝拆設(shè)備、分組終端/非分組終端和

5、傳輸線路等基本設(shè)備組成。2.分組交換技術(shù)特點(diǎn)：分組交換是一種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的交換方式，它將用戶的報(bào)文劃分成一定長(zhǎng)度的分組，以分組為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，因此，它比電路交換的利用率高，比報(bào)文交換的時(shí)延要小，而具有實(shí)時(shí)通信的能力。分組交換利用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用原理，將一條數(shù)據(jù)鏈路復(fù)用成多個(gè)邏輯信道，最終構(gòu)成一條主叫、被叫用戶之間的信息傳送通路，稱之為虛電路(v.c)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分組傳送。在分組交換方式中，由于能夠以分組方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的暫存交換，經(jīng)交換機(jī)處理后，很容易地實(shí)現(xiàn)不同速率、不同規(guī)程的終端間通信。分組交換技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)主要有：1）分組交換方式具有很強(qiáng)的差錯(cuò)控制功能，信息傳輸質(zhì)量高。2）網(wǎng)絡(luò)可靠性強(qiáng)。在分組交換網(wǎng)中，“分

6、組”在網(wǎng)絡(luò)中傳送時(shí)的路由選擇是采取動(dòng)態(tài) 路由算法，即每個(gè)分組可以自由選擇傳送途徑，由交換機(jī)計(jì)算出一個(gè)最佳路徑。因此，當(dāng)網(wǎng)內(nèi)某一交換機(jī)或中繼線發(fā)生故障時(shí)，分組能自動(dòng)避開故障地點(diǎn)，選擇另一 條迂回路由傳輸，不會(huì)造成通信中斷。3）分組交換網(wǎng)對(duì)傳送的數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，使不同速率、不同類型終端之間可以相互通信。4）由于以分組為單位在網(wǎng)絡(luò)中 進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，比以報(bào)文為單位進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的報(bào)文交換時(shí)延要小得多，因此能滿足會(huì)話型通信對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。5）在分組交換中，由于采用了“虛電路”技術(shù)，使 得在一條物理線路上可同時(shí)提供多條信息通路，即實(shí)現(xiàn)了線路的統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用，線路利用率高。6）分組交換的傳輸費(fèi)用與距離無(wú)關(guān)

7、，不論用戶是在同城使用，還是跨 省使用，均按同一個(gè)單價(jià)來(lái)計(jì)算。因此，分組網(wǎng)為用戶提供了經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的信息傳輸手段。當(dāng)然任何一種技術(shù)都很難趨于完美，分組交換技術(shù)也存在自身的不足，如：分組在節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)因排隊(duì)而造成一定的延時(shí) ； 分組必須攜帶一些控制信息而產(chǎn)生額外開銷，管理控制比較困難。3.分組交換技術(shù)的發(fā)展歷史internet是由arpanet網(wǎng)發(fā)展演變而來(lái)的，而arpanet網(wǎng)是世界上最早采用分組交換技術(shù)的廣域網(wǎng)。線路交換的外部表現(xiàn)是通信雙方一旦接通，便獨(dú)占一條實(shí)際的物理線路。這樣一來(lái)，資源就很難實(shí)現(xiàn)共享，最大浪費(fèi)是通信線路，因此，它不適于計(jì)算機(jī)之間的通信。因此提出分組交換技術(shù)。分組交換技術(shù)的概念，

8、最早是由英國(guó)的donald davies和保羅巴蘭在1960年代早期發(fā)明。有人認(rèn)為倫納德克蘭羅克也是分組交換的發(fā)明者，但是davies在去世之前爭(zhēng)辯這一點(diǎn)并指出，克蘭羅克的研究實(shí)際上是關(guān)于排隊(duì)論，也就是分組交換的關(guān)鍵理論基礎(chǔ)?？颂m羅克出版的著作中未顯著提到過(guò)把用戶消息分割成段，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分別發(fā)送他們，這是巴蘭和davies最重要的創(chuàng)新。 從交換技術(shù)的發(fā)展歷史看，數(shù)據(jù)交換經(jīng)歷了電路交換、報(bào)文交換、分組交換和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字交換的發(fā)展過(guò)程。1）電路交換技術(shù)公眾電話網(wǎng)（pstn網(wǎng)）和移動(dòng)網(wǎng)（包括gsm網(wǎng)和cdma網(wǎng)）采用的都是電路交換技術(shù)，它的基本特點(diǎn)是采用面向連接的方式，在雙方進(jìn)行通信之前，需要為通信

9、雙方分配一條具有固定帶寬的通信電路，通信雙方在通信過(guò)程中將一直占用所分配的資源，直到通信結(jié)束，并且在電路的建立和釋放過(guò)程中都需要利用相關(guān)的信令協(xié)議。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是在通信過(guò)程中可以保證為用戶提供足夠的帶寬，并且實(shí)時(shí)性強(qiáng)，時(shí)延小，交換設(shè)備成本較低，但同時(shí)帶來(lái)的缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率不高，一旦電路被建立不管通信雙方是否處于通話狀態(tài)，分配的電路都一直被占用。2）報(bào)文交換技術(shù)報(bào)文交換技術(shù)和分組交換技術(shù)類似，也是采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，但報(bào)文交換是以報(bào)文作為傳送單元，由于報(bào)文長(zhǎng)度差異很大，長(zhǎng)報(bào)文可能導(dǎo)致很大的時(shí)延，并且對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)緩沖區(qū)的分配也比較困難，為了滿足各種長(zhǎng)度報(bào)文的需要并且達(dá)到高效的目的，節(jié)點(diǎn)需要

10、分配不同大小的緩沖區(qū)，否則就有可能造成數(shù)據(jù)傳送的失敗。在實(shí)際應(yīng)用中報(bào)文交換主要用于傳輸報(bào)文較短、實(shí)時(shí)性要求較低的通信業(yè)務(wù)，如公用電報(bào)網(wǎng)。報(bào)文交換比分組交換出現(xiàn)的要早一些，分組交換是在報(bào)文交換的基礎(chǔ)上，將報(bào)文分割成分組進(jìn)行傳輸，在傳輸時(shí)延和傳輸效率上進(jìn)行了平衡，從而得到廣泛的應(yīng)用。3）分組交換技術(shù)分組交換技術(shù)就是針對(duì)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的特點(diǎn)而提出的一種交換方式，它的基本特點(diǎn)是面向無(wú)連接而采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的方式，將需要傳送的數(shù)據(jù)按照一定的長(zhǎng)度分割成許多小段數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)之前增加相應(yīng)的用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行選路和校驗(yàn)等功能的頭部字段，作為數(shù)據(jù)傳送的基本單元即分組。采用分組交換技術(shù)，在通信之前不需要建立連接，每個(gè)節(jié)點(diǎn)首

11、先將前一節(jié)點(diǎn)送來(lái)的分組收下并保存在緩沖區(qū)中，然后根據(jù)分組頭部中的地址信息選擇適當(dāng)?shù)逆溌穼⑵浒l(fā)送至下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣在通信過(guò)程中可以根據(jù)用戶的要求和網(wǎng)絡(luò)的能力來(lái)動(dòng)態(tài)分配帶寬。分組交換比電路交換的電路利用率高，但時(shí)延較大。4.分組交換技術(shù)的應(yīng)用分組交換的基本業(yè)務(wù)有交換虛電路(svc)和永久虛電路(pvc)兩種。交換虛電路如同電話電路一樣，即兩個(gè)數(shù)據(jù)終端要通信時(shí)先用呼叫程序建立電路(即虛電路)，然后發(fā)送數(shù)據(jù)，通信結(jié)束后用拆線程序拆除虛電路。永久虛電路如同專線一樣，在分組網(wǎng)內(nèi)兩個(gè)終端之間在申請(qǐng)合同期間提供永久邏輯連接，無(wú)需呼叫建立與拆線程序，在數(shù)據(jù)傳輸階段，與交換虛電路相同。1993年建立的中國(guó)公用分組

12、交換網(wǎng)是向全社會(huì)開放的網(wǎng)絡(luò)，能提供多種業(yè)務(wù)的全國(guó)分組交換網(wǎng)。 chinapac 分為骨干網(wǎng)和省內(nèi)網(wǎng)兩極構(gòu)成。骨干網(wǎng)以北京為國(guó)際出入口局，廣州為港澳出入口局。以北京、上海、沈陽(yáng)、武漢、成都、西安、廣州及南京等8個(gè)城市為匯接中心。覆蓋全國(guó)所有省、市、自治區(qū)。匯接中心采用全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其它接點(diǎn)采用不完全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。網(wǎng)內(nèi)每個(gè)接點(diǎn)都有2個(gè)或2個(gè)以上不同方向的電路，從而保證網(wǎng)路的可靠性。網(wǎng)內(nèi)中繼電路主要采用數(shù)字電路。最高速率達(dá)34mbps。同時(shí)，各地的本地分組交換網(wǎng)也已延伸到了地、市、縣。chinapac 以其龐大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，滿足各界客戶的需求，并且與公用數(shù)字交換網(wǎng)（pstn），中國(guó)公眾計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)（chin

13、anet），中國(guó)功用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（chinaddn），幀中繼網(wǎng)（chinafrn）等網(wǎng)絡(luò)互連，以達(dá)到資源共享。優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。為廣大用戶提供高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。并與美國(guó)、日本、加拿大、韓國(guó)、香港等幾十個(gè)國(guó)家和地區(qū)分組網(wǎng)相連，滿足大中型企業(yè)、外商投資企業(yè)、外商在內(nèi)地辦事處等國(guó)際用戶的需求。分組交換在商業(yè)中的應(yīng)用較廣泛。如銀行系統(tǒng)在線式信用卡（pos機(jī)）的驗(yàn)證。由于分組交換提供差錯(cuò)控制的功能，保證了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)目煽啃?。首先，各大商?chǎng)內(nèi)部形成局域網(wǎng)，網(wǎng)上的服務(wù)器提供卡的管理作用，用戶刷卡后，通過(guò)服務(wù)器上的x.25分組端口或路由器設(shè)備連到商業(yè)增殖網(wǎng)，它與金卡網(wǎng)絡(luò)結(jié)算中心通過(guò)數(shù)字專線連接。商業(yè)增殖網(wǎng)主要完成

14、來(lái)自各大商場(chǎng)的數(shù)據(jù)線路匯接及對(duì)商場(chǎng)銷售情況的統(tǒng)計(jì)等。結(jié)算中心又同各大銀行的主機(jī)系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)信用卡的驗(yàn)證和信用卡的消費(fèi)。在遍步中國(guó)的各大超市中，已有相當(dāng)一部分超市利用分組網(wǎng)來(lái)改善經(jīng)營(yíng)管理手段，拓展市場(chǎng)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。在超市中設(shè)立電子消費(fèi)通道，消費(fèi)者手持的儲(chǔ)金卡經(jīng)刷卡后，信息送到該超市的后臺(tái)服務(wù)器。服務(wù)器的作用是對(duì)儲(chǔ)金卡的金額計(jì)算和超市的銷售情況的統(tǒng)計(jì)。各超市的營(yíng)業(yè)網(wǎng)點(diǎn)通過(guò)話上復(fù)用dov（data over voice)的專線方式，連到超市管理中心，進(jìn)行一系列的結(jié)算、統(tǒng)計(jì)等，來(lái)擴(kuò)大超市的消費(fèi)市場(chǎng)。在一些全國(guó)性的集團(tuán)公司中，總公司把指示下達(dá)給全國(guó)各地分公司甚至國(guó)外的機(jī)構(gòu)，利用分組交換就非

15、常經(jīng)濟(jì)。中遠(yuǎn)集團(tuán)在中國(guó)各地的分支機(jī)構(gòu)在本地形成局域網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)路由器連到分組交換網(wǎng)，與海關(guān)、edi中心等互通信息。它的主機(jī)系統(tǒng)也通過(guò)分組交換網(wǎng)實(shí)行全程連網(wǎng)，傳送定艙資料、貨運(yùn)情況、edi報(bào)文等，也可遠(yuǎn)程登錄至香港，與海外溝通信息。5.分組交換網(wǎng)未來(lái)展望1）分組交換與移動(dòng)虛擬專用網(wǎng)近幾年隨著移動(dòng)通信的迅猛發(fā)展，移動(dòng)電話對(duì)于人們的日常生活也產(chǎn)生了巨大的影響，使人們的通信方式發(fā)生了革命化的改變。而同時(shí)，運(yùn)營(yíng)商在繁榮過(guò)后也面臨著arpu值下降和降低獲得用戶的成本問(wèn)題。除了不斷尋找新的像sms一樣深入人心的大眾應(yīng)用外，運(yùn)營(yíng)商們開始更加注重為企業(yè)用戶提供服務(wù)，開發(fā)專門為集團(tuán)用戶提供服務(wù)的業(yè)務(wù)，其中mvpn(

16、移動(dòng)虛擬專用網(wǎng))最受運(yùn)營(yíng)商和企業(yè)用戶的矚目。在這種情況下，基于2g移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的mvpn無(wú)法滿足用戶的需求。因此新一代的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，包括gprs和3g系統(tǒng)所提供的高速接入和大容量將大大改變這一缺陷。新一代的移動(dòng)網(wǎng)使用分組交換技術(shù)，提供“永遠(yuǎn)在線”的方式，根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)量來(lái)計(jì)費(fèi)。這樣，用戶可以通過(guò)mvpn持久的與內(nèi)部網(wǎng)相連接，并可在任何時(shí)候發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。2）分組交換技術(shù)的gprs系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)gprs是在gsm基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種屬于25g的移動(dòng)通信系統(tǒng)。不同于原來(lái)gsm所采用的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式，gprs采取了分組交換技術(shù)，因此在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載和支持上具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。概括地說(shuō)，gprs具有“實(shí)時(shí)在線

17、”、“按量計(jì)費(fèi)”、“快捷登錄”、“高速傳輸”、“自如切換”的優(yōu)點(diǎn)。3）分組交換在新一代蜂窩網(wǎng)應(yīng)用移動(dòng)通信的業(yè)務(wù)發(fā)展變遷傾向，既然是要從長(zhǎng)期以來(lái)一直經(jīng)營(yíng)的電話通信業(yè)務(wù)急劇轉(zhuǎn)變?yōu)榻昱d起的以數(shù)據(jù)通信為主的綜合業(yè)務(wù)，那么蜂窩網(wǎng)內(nèi)部即通信網(wǎng)本身必須作出較大手適應(yīng)性改革。首先，通信網(wǎng)對(duì)傳統(tǒng)電話通信的交換過(guò)程是利用“電路交換”，現(xiàn)在決定改為以數(shù)據(jù)通信為主的綜合業(yè)務(wù)，就應(yīng)當(dāng)斷然改用對(duì)數(shù)據(jù)通信最為合適有利的交換方式，即所謂“分組交換”（packet switching）。對(duì)話音和圖像數(shù)據(jù)采取分組交換，這不僅顯著地提高數(shù)據(jù)通信交換的效率，而且仍然能夠確保電話和圖像通信的業(yè)務(wù)質(zhì)量要求。為了盡快滿足廣大便攜式計(jì)算機(jī)

18、移動(dòng)連入internet的要求，2g蜂窩網(wǎng)在正式進(jìn)化為3g蜂窩網(wǎng)的過(guò)渡時(shí)期，提出中間過(guò)渡的一代，稱為2.5g蜂窩網(wǎng)。2.5g主要寄托于gprs（通用分組無(wú)線電業(yè)務(wù)）。這也是為了適應(yīng)移動(dòng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)需要、向分組交換網(wǎng)過(guò)注而邁出的重要一大步。接著，在3g蜂窩網(wǎng)，理所當(dāng)然地要提供分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而且必須相應(yīng)地保證qos達(dá)到預(yù)定要求。由此得知，3g的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)既是繼承2g的電路交換網(wǎng)，又是利用gprs的分組交換網(wǎng)，而internet和其他數(shù)據(jù)網(wǎng)就通過(guò)gprs與分組交換的無(wú)線網(wǎng)取得聯(lián)系。6.結(jié)論分組交換技術(shù)是通信中一門重要的技術(shù)，中國(guó)公用分組交換網(wǎng)的骨干網(wǎng)及各地的本地網(wǎng)組建至今，網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模比原來(lái)擴(kuò)大了幾倍至幾十倍，并占據(jù)了一塊穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信市場(chǎng)。分組交換技術(shù)比較適用于終端到主機(jī)的交互式通信、交易處理，需要進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合，跨國(guó)通信，要求高度安全的場(chǎng)合和傳輸基礎(chǔ)設(shè)施