計算機網(wǎng)絡(luò )數據交換技術(shù)的發(fā)展論文
[摘要]本文回顧計算機網(wǎng)絡(luò )數據交換技術(shù)的發(fā)展歷程，闡述數據交換每個(gè)發(fā)展階段的技術(shù)特點(diǎn)，并著(zhù)重對分組交換技術(shù)進(jìn)行分析論述。
[關(guān)鍵詞]數據交換;電路交換;報文交換;分組交換;綜合業(yè)務(wù)數字交換
一、引言
交換設備是信息交互中的重要設施，在相互通信中起著(zhù)立交的作用。交換技術(shù)的發(fā)展總是隨著(zhù)人類(lèi)信息需求的發(fā)展、傳送息的格式和技術(shù)的發(fā)展以及控制技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。從電話(huà)換到數據交換、綜合業(yè)務(wù)數字交換，交換技術(shù)經(jīng)歷了從人工交到自動(dòng)交換的過(guò)程。人們對可視電話(huà)、可視圖文、圖像通信和媒體等寬帶業(yè)務(wù)的需求，也將極大地推動(dòng)異步傳輸技術(shù)(ATM)同步數字系列技術(shù)(SDH)及寬帶用戶(hù)接入網(wǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步廣泛應用。從交換技術(shù)的發(fā)展歷程看，數據交換經(jīng)歷了從電路交換到報交換、分組交換和綜合業(yè)務(wù)數字交換的發(fā)展過(guò)程。
二、電路交換
自1876年美國貝爾發(fā)明電話(huà)以來(lái)，隨著(zhù)社會(huì )需求的增長(cháng)和信技術(shù)水平的不斷發(fā)展，電路交換技術(shù)從最初的人工接續方，經(jīng)歷了機電與電子式自動(dòng)交換、存儲程序控制的模擬和數字換、第三方可編程交換等技術(shù)的變革，當前正在發(fā)展融合多媒格式相互通信的軟交換技術(shù)。隨著(zhù)電子技術(shù)，尤其是半導體技術(shù)的迅速發(fā)展，人們在交換內引入電子技術(shù)，這類(lèi)交換機稱(chēng)作電子交換機。最初是在交換的控制部分引入電子技術(shù)，話(huà)路部分仍采用機械接點(diǎn)，出現了半電子交換機”、“準電子交換機”。在微電子技術(shù)和數字技術(shù)進(jìn)步發(fā)展以后，全電子交換機開(kāi)始迅速發(fā)展。
三、報文交換
報文交換方式的數據傳輸單位是報文，報文就是站點(diǎn)一次性發(fā)送的數據塊，其長(cháng)度不限且可變。當一個(gè)站點(diǎn)要發(fā)送報文時(shí)，將一個(gè)目的地址附加到報文上，網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)根據報文上的目的地信息，把報文發(fā)送到下一個(gè)節點(diǎn)，一直傳送到目的節點(diǎn)。每個(gè)節點(diǎn)在收到整個(gè)報文并檢查無(wú)誤后，就暫存這個(gè)報文，后利用路由信息找出下一個(gè)節點(diǎn)的地址，再把整個(gè)報文傳送給一個(gè)節點(diǎn)。因此，端與端之間無(wú)需先通過(guò)呼叫建立連接。報文在個(gè)節點(diǎn)的延遲時(shí)間，等于接收報文所需的時(shí)間與向下一個(gè)節點(diǎn)發(fā)所需的排隊延遲時(shí)間之和。
四、分組交換
分組交換是交換技術(shù)發(fā)展的重要成果，代表著(zhù)網(wǎng)絡(luò )未來(lái)演進(jìn)方向。分組交換方式兼有報文交換和線(xiàn)路交換的優(yōu)點(diǎn)。分組交技術(shù)使用統計復用，與電路交換相比大大提高了帶寬利用率。要求在交換節點(diǎn)使用存儲轉發(fā)，從而導致掉隊現象的發(fā)生。因，分組交換引入不固定的延遲的概念。分組交換網(wǎng)絡(luò )主要有面連接和無(wú)連接兩種方式。分組網(wǎng)絡(luò )包含3個(gè)功能面，分別是數面、控制面和管理面。數據面負責分組轉發(fā)，因此需要高性能實(shí)現。目前主要的分組交換網(wǎng)包括面向連接的X.25、幀中繼、TM、MPLS以及無(wú)連接的以太網(wǎng)、CP/IP網(wǎng)絡(luò )。分組交換網(wǎng)有兩種主要的形式：面向連接和無(wú)連接。對于分組交換技術(shù)來(lái)說(shuō)，面向連接的網(wǎng)絡(luò )與電路交換類(lèi)似，也需要通過(guò)連接建立過(guò)程在交換機中分配資源;但由于它采用統計復用，所分配的資源是用邏輯標號來(lái)表示的。自分組交換技術(shù)出現以來(lái)，已經(jīng)有多種分組交換網(wǎng)投入運行。電信領(lǐng)域最早提出的是X.25網(wǎng)絡(luò )，但由于它協(xié)議復雜，速度有限，逐漸被性能更好的網(wǎng)絡(luò )如幀中繼代替。幀中繼網(wǎng)絡(luò )可以認為是X.25的改進(jìn)版本，它簡(jiǎn)化了協(xié)議以提高處理效率。計算機領(lǐng)域的一個(gè)側重點(diǎn)是局域網(wǎng)，即小范圍、小規模的網(wǎng)絡(luò )，用于互連辦公室內的計算機。目前以太網(wǎng)已成為占統治地位的局域網(wǎng)技術(shù)。
在20世紀90年代中后期，因特網(wǎng)獲得較大發(fā)展，規模持續擴大，對核心路由器吞吐量的要求也越來(lái)越高。由于路由器對IP分組進(jìn)行轉發(fā)時(shí)路由表的查找比較復雜，轉發(fā)速度受到很大限制。前面指出，面向連接網(wǎng)絡(luò )使用邏輯子信道標號進(jìn)行轉發(fā)表查找，速度是很快的。人們結合ATM技術(shù)在這方面的優(yōu)點(diǎn)，提出將核心網(wǎng)絡(luò )改為使用類(lèi)似于A(yíng)TM的交換機，而只在邊緣網(wǎng)絡(luò )使用路由器的IP交換技術(shù)，最終發(fā)展為多協(xié)議標記交換(MPLS)。然而，在隨后的幾年中，提出了多種實(shí)用的高速路由查找方法，使其不再成為瓶頸。此時(shí)，MPLS最大的優(yōu)點(diǎn)就是流量工程能力，即人為控制分組流向。但是由于目前高速路由器還能很好地工作，MPLS技術(shù)并沒(méi)有被廣泛使用。
五、計算機網(wǎng)絡(luò )數據交換技術(shù)發(fā)展的展望
近年來(lái)，以Internet為代表的新技術(shù)革命正在深刻地改變著(zhù)電信的傳統觀(guān)念和體系架構，并且隨著(zhù)信息社會(huì )的到來(lái)，人們的日常生活、學(xué)習工作已經(jīng)離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò )，人類(lèi)社會(huì )對網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)需求急劇增長(cháng)，并且對網(wǎng)絡(luò )也提出了更高的要求，不僅要提供話(huà)音、數據、視頻業(yè)務(wù)，也要同時(shí)支持實(shí)時(shí)多媒體流的傳送，并且要求網(wǎng)絡(luò )具有更高的安全性、可靠性和高性能。下一代網(wǎng)絡(luò )應是一個(gè)能夠屏蔽底層通信基礎設施多樣性，并能提供一個(gè)統一開(kāi)放的、可伸縮的、安全穩定和高性能的融合服務(wù)平臺，能夠支持快速靈活地開(kāi)發(fā)、集成、定制和部署新的網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)。下一代網(wǎng)絡(luò )將是一個(gè)以軟交換為核心、以光網(wǎng)絡(luò )為基礎、采用分組型傳送技術(shù)的開(kāi)放式的融合網(wǎng)。軟交換的出現，可通過(guò)一個(gè)融合的網(wǎng)絡(luò )為用戶(hù)同時(shí)提供話(huà)音、數據和多媒體業(yè)務(wù)，實(shí)現國際電聯(lián)提出的“通過(guò)互聯(lián)互通的電信網(wǎng)、計算機網(wǎng)和電視網(wǎng)等網(wǎng)路資源的無(wú)縫融合，構成一個(gè)具有統一接入和應用界面的高效率網(wǎng)路，使人類(lèi)能在任何時(shí)間和地點(diǎn)，以一種可以接受的費用和質(zhì)量，安全地享受多種方式的信息應用”的目標。
主要參考文獻
[1]金惠文，陳建亞，等.現代交換原理[J].北京：電子工業(yè)出版社，2005.
[2]桂海源，現代交換原理[M].北京：人民郵電出版社，2002.
[3]趙慧玲，張國宏，等.ATM、幀中繼、IP技術(shù)與應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，1998.
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