数据交换技术的工作原理探讨

提要：随着计算机技术的不断发展，计算机网络的规模越来越大，网络结构越来越复杂，数据交换技术也随之进步与发展。数据交换技术的工作原理和演变过程是值得我们关注的，也是我们学习计算机网络相关知识和了解通信领域的一个重要方面。

关键词：数据交换 技术 工作原理 演变过程

一、引言

数据交换技术，是指采用交换机等通信网络设备组成的数据交换系统，通过路由选择技术在通信双方之间建立物理的或逻辑的连接，形成一条通信电路，实现数据传输和交换的技术。数据交换技术是实现多点通信的共享信道的关键技术，是扩展网络规模和提高通信效益的必要技术。

数据交换是建立在通信子网实现的数据信号传输的基础上，它是资源子网中各个通信节点完成各种网络功能的基础。交换的数据可能是实时产生的，也可能是预先准备好的静态数据。我认为网络的本质功能就是数据交换。

二、数据交换技术类型及过程

通常所说的数据交换技术有以下几类，分别是：电路交换技术，存储转发交换技术以及信元交换技术。其中电路交换技术适用于电话网和早期网络；存储转发交换技术用于多种网络形态，是目前使用较广的一种数据交换技术；信元交换技术使用于现代ATM网络系统。

1.电路交换技术

电路交换技术又称线路交换技术，是最古老的一种数据交换技术。它是在数据传输和交换之前建立一条实际的物理电路，通信双方节点与通信子网中的一系列中间交换节点之间的一系列连接序列共同组成。这是一种典型的面向连接的通信模式，通信双方一旦建立连接以后就“独占使用”整条线路，直至通信结束。

2.存储转发交换技术

在存储转发交换网络中，数据在传输的过程中要通过中间节点进行动态路由选择，在所传输的数据中加入必要的控制信息。控制信息里包含双方的网络地址，一方面使得数据得以正确传输，另一方面在出现差错时，能够告知发送发进行数据重传。通信子网中的通信控制处理机可以存储数据，因此多个通信过程传输的数据可以共享信道，使得线路的利用率较电路交换技术高。

在电路交换系统中，通信量较大时容易导致连接无法建立或有堵塞情形出现，使得某通信过程无法建立成功。而存储转发交换系统却总能实施，当通信量大时，其可以在网络中实施流量控制机制确保线路不会堵塞；还可以使用优先级控制机制，安排众多通信过程的通信次序。

在一次通信过程中所需要交换的所有数据，加上必要的通信控制信息共同组成一次通信过程实际转换和交换的数据包，这样的数据包称为报文。报文较大时，为方便传输，就按一定的原则将其分解为多个较小的组成单元，这些小单元再加上一定的控制信息，就组成了一个分组，分组可以作为一个传输单元在网络系统中传输。

（1）报文交换技术

当报文交换技术用于通信双方为相邻接点的情形，信源直接将报文投递给信宿。当报文交换技术的通信双方不在同一物理网络时，则将准备好的报文经由一定的路由选择机制通过中间节点传给接收方。此时，中间节点不再只是起连接的作用，其还具有存储和处理数据的能力。在报文交换系统中，由于一次交换处理的数据量大，因而需要对通信处理的存储和处理能力提出较高的要求，使得通信成本大大增加。且这种系统还易造成堵塞，灵活性和可靠性都会下降。同时，数据交换过程中出现差错的可能性也很大，且检测困难。

（2）分组交换技术

分组交换技术是分割一个报文中有效载荷数据，并加上一定的控制信息后及报文号，组建出一个个分组后，以分组为单位进行传输的一种数据交换模式。此交换系统中的中间节点也不再只是简单的连接链路，而需要判断分组的对错，并进行路由选择。分组交换技术中为避免造成网络堵塞，采用了一定的流量控制机制。报文的分组和重组会耗费大量时间，但它只发生在收发处，而分组的处理效率高，因而整体的效率也较高。可是由于通信过程中要加入一些通信控制数据，因此会造成许多重复的额外的开销；传输过程中分组有可能出现丢失、破环、乱序等情形，相关人员还需采取一定的策略去解决这些问题。分组交换技术根据实现机制的不同分为：数据报交换技术和虚电路交换技术。

3.信元交换技术

信元交换技术多用于现代ATM网络系统。ATM是一种高速分组交换技术，交换的基本数据传输单元是信元，因此ATM技术也称为信元交换技术。在ATM数据交换过程中，文本、语音、视频等数据将被分解为长度固定的信元，每一个信元由信元头和用户数据组成，信元长度为53字节。ATM技术即信元交换技术以统计时分多路复用方式动态分配网络带宽，网络传输延时小，适用实时通信的要求。ATM技术没有链路级纠错和流量控制，协议简单，数据交换效率高。同时，其采用两级虚电路机制增加虚电路分配的灵活性，且传输速率非常高。

三、结语

随着网络时代的到来，数据通信技术发展得越来越兴盛，数据交换技术也随之发展以适应当前形势。了解了上述数据交换技术后，我们看到了这项技术的发展与进步，也从中了解到了有关这项技术的具体工作原理。从最初的电路交换技术，到存储转发交换技术，再到信元交换技术；从面向连接、独占使用信道的系统到无连接，非独占使用，并加上路由选择等功能的系统。

最初接触电路交换技术的时候，认为这是一种很好理解的数据交换技术，重点在于了解物理链路建立和释放的过程，且其中的中间节点也只起到连接的作用。发展到后来的存储转达交换技术，技术手段上相对较为复杂也较为高级。虽说电路交换技术的数据传输质量高，出错率低，可是链路的建立和释放都会花费大量时间，导致整个系统的效率较低，而在报文和虚电路交换技术中，以报文或分组作为传输单元，虽然加入了一些作为标记的控制数据，但数据传输得更为便捷，更为快速。这些系统中的中间节点还具有一定的控制和数据处理功能，因而在一定程度上也能保证数据的有效传输，提高系统的效率。近些年发展起来的信元交换技术也是在人民生活水平不断提高的基础上发展起来的，它对数据的种类，数据传输类型和方式都做了一些改进，使得系统效率更高，更能满足人们的需求。

信息时代的到来引发了一场通信上的革命，好的技术我们会继续使用，但在传统的基础上也要不断创新，这样，我们才能将整个计算机网络建立得更为完善。