交换技术

在大型网络中，发送方到接收方可能存在多条路径。交换技术将决定数据传输的最佳路由。

交换技术用于连接系统以进行一对一通信。

交换技术分类

电路交换

• 电路交换是一种在发送方和接收方之间建立专用路径的交换技术。
• 在电路交换技术中，一旦建立连接，专用路径将一直存在，直到连接终止。
• 网络中的电路交换的运行方式与电话的工作方式类似。
• 在通信发生之前，必须存在完整的端到端路径。
• 在电路交换技术中，当任何用户想要发送数据、语音、视频时，会向接收方发送一个请求信号，然后接收方会回传一个确认信号，以确保专用路径的可用性。收到确认后，专用路径会传输数据。
• 电路交换用于公共电话网络。它用于语音传输。
• 在电路交换技术中，一次可以传输固定数据。

通过电路交换的通信有 3 个阶段

• 电路建立
• 数据传输
• 电路拆除

电路交换可以使用以下两种技术中的任何一种

空间分路交换

• 空间分路交换是一种电路交换技术，其中通过使用一组物理上独立的交叉点来实现单个传输路径。
• 空间分路交换可以通过交叉开关实现。交叉开关是一种金属交叉点或半导体门，可以由控制单元启用或禁用。
• 交叉开关是使用半导体制造的。例如，Xilinx 使用 FPGA 的交叉开关。
• 空间分路交换具有高速、高容量和无阻塞交换机。

空间分路交换可以分为两种方式

• 交叉开关
• 多级开关

交叉开关

交叉开关是一种具有 n 条输入线和 n 条输出线的开关。交叉开关有 n² 个交叉点，称为交叉点。

交叉开关的缺点

随着站数的增加，交叉点的数量也随之增加。因此，对于大型交换机来说，它会变得非常昂贵。对此的解决方案是使用多级开关。

多级开关

• 多级开关是通过将交叉开关分成更小的单元，然后将它们互连而成。
• 它减少了交叉点的数量。
• 如果一条路径失败，那么将有另一条路径可用。

电路交换的优点

• 在电路交换技术中，通信信道是专用的。
• 它具有固定带宽。

电路交换的缺点

• 一旦建立专用路径，唯一发生的延迟就是数据传输速度。
• 建立连接需要很长时间，大约 10 秒，在此期间无法传输任何数据。
• 它比其他交换技术更昂贵，因为每个连接都需要专用路径。
• 它效率低下，因为一旦建立路径且未传输任何数据，该路径的容量就会被浪费。
• 在这种情况下，连接是专用的，因此即使信道空闲，也无法传输其他数据。

报文交换

• 报文交换是一种交换技术，其中报文作为完整单元传输，并通过中间节点路由，在中间节点存储和转发。
• 在报文交换技术中，发送方和接收方之间没有建立专用路径。
• 目标地址附加到报文中。报文交换提供动态路由，因为报文是根据报文中的信息通过中间节点路由的。
• 报文交换机经过编程，能够提供最有效的路由。
• 每个节点都存储整个报文，然后将其转发到下一个节点。这种网络称为存储转发网络。
• 报文交换将每个报文视为独立的实体。

报文交换的优点

• 数据信道在通信设备之间共享，提高了可用带宽的利用效率。
• 由于报文临时存储在节点中，可以减少流量拥塞。
• 报文优先级可用于管理网络。
• 通过网络发送的报文大小可以不同。因此，它支持无限大小的数据。

报文交换的缺点

• 报文交换机必须配备足够的存储空间，以便能够存储报文，直到报文被转发。
• 由于报文交换技术提供的存储和转发功能，可能会出现长时间的延迟。

分组交换

• 分组交换是一种交换技术，其中报文一次发送，但被分成更小的部分，然后单独发送。
• 报文被分成称为数据包的小部分，并为每个数据包分配一个唯一的编号，以在接收端识别其顺序。
• 每个数据包在其头部都包含一些信息，例如源地址、目标地址和序列号。
• 数据包将穿越网络，尽可能走最短的路径。
• 所有数据包将在接收端按正确顺序重新组装。
• 如果任何数据包丢失或损坏，则会要求重新发送报文。
• 如果正确顺序的数据包已到达，则会发送确认消息。

分组交换的方法

分组交换有两种方法

数据报分组交换

• 这是一种分组交换技术，其中数据包称为数据报，被视为独立的实体。每个数据包都包含有关目标的信​​息，交换机使用此信息将数据包转发到正确的目标。
• 数据包将在接收端按正确顺序重新组装。
• 在数据报分组交换技术中，路径不是固定的。
• 中间节点负责做出路由决策以转发数据包。
• 数据报分组交换也称为无连接交换。

虚电路交换

• 虚电路交换也称为面向连接的交换。
• 在虚电路交换的情况下，在发送报文之前会建立预先规划的路由。
• 呼叫请求和呼叫接受数据包用于在发送方和接收方之间建立连接。
• 在这种情况下，在逻辑连接期间路径是固定的。

让我们通过图表来理解虚电路交换的概念

• 在上图中，A 是发送方，B 是接收方。1 和 2 是节点。
• 呼叫请求和呼叫接受数据包用于在发送方和接收方之间建立连接。
• 建立路由后，数据将被传输。
• 数据传输后，接收方会发送确认信号，表明消息已收到。
• 如果用户想终止连接，则发送清晰的终止信号。

数据报方法与虚电路方法之间的区别

分组交换的优点

• 经济高效：在分组交换技术中，交换设备不需要大量二级存储器来存储数据包，因此成本在一定程度上得到了最小化。因此，我们可以说分组交换技术是一种经济高效的技术。
• 可靠：如果任何节点繁忙，则可以重新路由数据包。这确保了分组交换技术提供可靠的通信。
• 高效：分组交换是一种高效的技术。它不需要在传输前建立任何已建立的路径，并且许多用户可以同时使用同一个通信通道，从而非常有效地利用可用带宽。

分组交换的缺点

• 分组交换技术不适用于需要低延迟和高质量服务的应用程序。
• 分组交换技术中使用的协议非常复杂，并且需要高昂的实现成本。
• 如果网络过载或损坏，则需要重新传输丢失的数据包。如果错误未得到恢复，也可能导致关键信息丢失。

关于交换技术最常问的选择题

1. 交换在计算机网络中的主要功能是什么？

1. 连接不同的网络
2. 以数据包或电路的形式传输数据
3. 为网络提供安全
4. 管理网络协议

2. 哪种交换技术对实时语音和视频传输最有效？

1. 分组交换
2. 电路交换
3. 报文交换
4. 帧交换

3. 在分组交换中，数据是如何通过网络传输的？

1. 以连续流的形式
2. 通过专用路径
3. 以称为数据包的离散单元
4. 通过广播

4. 报文交换相对于电路交换的一个关键优势是什么？

1. 更快的设置时间
2. 无需专用路径
3. 实时传输
4. 成本较低

5. 下列哪项最能描述分组交换中虚电路的概念？

1. 为每次会话建立的临时路径
2. 永久专用路径
3. 将数据包广播到所有节点
4. 使用加密进行数据安全