分組交換技術

分組交換技術是在計算機技術發展到一定程度，人們除了打電話直接溝通，分組交換在每個分組的前面加上一個分組頭，用以指明該分組發往何地址，然後由交換機根據每個分組的地址標誌，將他們轉發至目的地，這一過程稱為分組交換。

進行分組交換的通信網稱為分組交換網。從交換技術的發展歷史看，數據交換經歷了電路交換、報文交換、分組交換和綜合業務數字交換的發展過程。分組交換實質上是在“存儲—轉發”基礎上發展起來的。它兼有電路交換和報文交換的優點。分組交換在線路上採用動態複用技術傳送按一定長度分割為許多小段的數據—分組。每個分組標識後，在一條物理線路上採用動態複用的技術，同時傳送多個數據分組。把來自用户發端的數據暫存在交換機的存儲器內，接着在網內轉發。到達接收端，再去掉分組頭將各數據字段按順序重新裝配成完整的報文。分組交換比電路交換的電路利用率高，比報文交換的傳輸時延小，交互性好。

分組交換網是繼電路交換網和報文交換網之後一種新型交換網絡，它主要用於數據通信。分組交換是一種存儲轉發的交換方式，它將用户的報文劃分成一定長度的分組，以分組為存儲轉發，因此，它比電路交換的利用率高，比報文交換的時延要小，而具有實時通信的能力。分組交換利用統計時分複用原理，將一條數據鏈路複用成多個邏輯信道，最終構成一條主叫、被叫用户之間的信息傳送通路，稱之為虛電路(V.C)實現數據的分組傳送。

分組交換網具有如下特點：(1)分組交換具有多邏輯信道的能力，故中繼線的電路利用率高；(2)可實現分組交換網上的不同碼型、速率和規程之間的終端互通；(3)由於分組交換具有差錯檢測和糾正的能力，故電路傳送的誤碼率極小；(4)分組交換的網絡管理功能強。

分組交換的基本業務有交換虛電路(SVC)和永久虛電路(PVC)兩種。交換虛電路如同電話電路一樣，即兩個數據終端要通信時先用呼叫程序建立電路(即虛電路)，然後發送數據，通信結束後用拆線程序拆除虛電路。永久虛電路如同專線一樣，在分組網內兩個終端之間在申請合同期間提供永久邏輯連接，無需呼叫建立與拆線程序，在數據傳輸階段，與交換虛電路相同。

分組交換數據網是由分組交換機、網路管理中心、遠程集中器、分組裝拆設備以及傳輸設備等組成 ^[1]  。

分組交換由Donald Davies和保羅·巴蘭在1960年代早期發明。有人認為倫納德·克蘭羅克也是分組交換的發明者，但是Davies在去世之前爭辯這一點並指出，克蘭羅克的研究實際上是關於排隊論，也就是分組交換的關鍵理論基礎。克蘭羅克出版的著作中未顯著提到過把用户消息分割成段，並通過網絡分別發送他們，這是巴蘭和Davies最重要的創新。

電路交換就是計算機終端之間通信時，一方發起呼叫，獨佔一條物理線路。當交換機完成接續，對方收到發起端的信號，雙方即可進行通信。在整個通信過程中雙方一直佔用該電路。它的特點是實時性強，時延小，交換設備成本較低。但同時也帶來線路利用率低，電路接續時間長，通信效率低，不同類型終端用户之間不能通信等缺點。電路交換比較適用於信息量大、長報文，經常使用的固定用户之間的通信。

將用户的報文存儲在交換機的存儲器中。當所需要的輸出電路空閒時，再將該報文發向接收交換機或終端，它以“存儲——轉發”方式在網內傳輸數據。報文交換的優點是中繼電路利用率高，可以多個用户同時在一條線路上傳送，可實現不同速率、不同規程的終端間互通。但它的缺點也是顯而易見的。以報文為單位進行存儲轉發，網絡傳輸時延大，且佔用大量的交換機內存和外存，不能滿足對實時性要求高的用户。報文交換適用於傳輸的報文較短、實時性要求較低的網絡用户之間的通信，如公用電報網。

分組交換實質上是在“存儲——轉發”基礎上發展起來的。它兼有電路交換和報文交換的優點。分組交換在線路上採用動態複用技術傳送按一定長度分割為許多小段的數據——分組，每個分組獨立進行傳送。到達接受端口，再重新組裝為一個完整的數據報文。分組交換比電路交換的傳輸效率高，比報文交換的時延小。

綜合業務數字網是集語音、數據、圖文傳真、可視電話等各種業務為一體的網絡，適用於不同的帶寬要求和多樣的業務要求。異步傳輸模式ATM(Asynchronous Transfer Mode)就是用於寬帶綜合業務數字網的一種交換技術。ATM是在分組交換基礎上發展起來的。它使用固定長度分組，並使用空閒信元來填充信道，從而使信道被分為等長的時間小段。由於光纖通信提供了低誤碼率的傳輸通道，因而流量控制和差錯控制便可移到用户終端，網絡只負責信息的交換和傳送，從而使傳輸時延減小。所以ATM適用於高速數據交換業務。

分組交換以虛電路的形式進行信道的多路複用，實現資源共享，可在一條物理線路上提供多條邏輯信道，極大地提高線路的利用率。使傳輸費用明顯下降。

不同種類的終端可以相互通信：分組網以X.25協議向用户提供標準接口，數據以分組為單位在網絡內存儲轉發，使不同速率終端，不同協議的設備經網絡提供的協議變換功能後實現互相通信。信息傳輸可靠性高：在網絡中每個分組進行傳輸時，在節點交換機之間採用差錯校驗與重發的功能，因而在網中傳送的誤碼率大大降低。而且在網內發生故障時，網絡中的路由機制會使分組自動地選擇一條新的路由避開故障點，不會造成通信中斷。

由於每個分組都包含有控制信息，所以分組型終端可以同時與多個用户終端進行通信，可把同一信息發送到不同用户。

網絡計費按時長、信息量計費，與傳輸距離無關，特別適合那些非實時性，而通信量不大的用户 ^[2]  。

分組交換網一般由分組交換機、網絡管理中心、遠程集中器、分組裝拆設備、分組終端/非分組終端和傳輸線路等基本設備組成。

提供網絡的基本業務：交換虛電路和永久虛電路，及其他補充業務，如閉和用户羣，網路用户識別等。

在端到端計算機之間通信時，進行路由選擇，以及流量控制。能提供多種通信規程，數據轉發，維護運行，故障診斷，計費與一些網絡的統計等。

網絡配置管理與用户管理，日常運行數據的收集與統計。

路由選擇管理，網路監測，故障告警與網路狀態顯示。

根據交換機提供的計費信息完成計費管理。

允許分組終端和非分組終端接入，有規程變換功能，可以把每個終端集中起來接入至分組交換機的中、高速線路上交織複用。

將來自異步終端（非分組終端）的字符信息去掉起止比特後組裝成分組，送入分組交換網。在接受端再還原分組信息為字符，發送給用户終端。隨着分組技術的發展，RSU與PAD的功能已沒什麼差別。

分組終端/非分組終端（PT/NPT）

分組終端是具有X.25協議接口，能直接接入分組交換數據網的數據通信終端設備。它可通過一條物理線路與網絡連接，並可建立多條虛電路，同時與網上的多個用户進行對話。對於那些執行非X.25協議的終端和無規程的終端稱為非分組終端，非分組終端需經過分組裝拆設備，才能連到交換機端口。通過分組交換網絡，分組終端之間，非分組終端之間，分組終端與非分組終端之間都能互相通信。

是構成分組數據交換網的主要組成部分之一。中繼傳輸線路有PCM數字信道，數字數據傳輸，也有利用ATM連接及其衞星通道。用户線路一般有數字數據電路或市話模擬線。分組交換的網絡結構一般由分組交換機、網絡管理中心、遠程集中器、分組裝拆設備、分組終端/非分組終端和傳輸線路等基本設備組成。分組交換機功能包括提供網絡的基本業務交換虛電路和永久虛電路及其他補充業務，如閉合用户羣，網路用户識別等。

電話撥號入網：用户採用X.28規程或X.32規程，用一個調制解調器通過公用電話網（PSTN）連到分組交換網上。

專線入網：專線用户可租用市話模擬線或數字數據專線，採用X.28或X.25規程。方便地進入CHINAPAC。CHINAPAC向用户提供兩種基本業務功能：

交換虛電路——指在兩個用户之間建立的臨時邏輯連接。

永久虛電路——指在兩個用户之間建立的永久性的邏輯連接。用户一開機，一條永久虛電路就自動建立起來了。

1993年建立的中國公用分組交換網是向全社會開放的網絡，能提供多種業務的全國分組交換網。 CHINAPAC 分為骨幹網和省內網兩極構成。骨幹網以北京為國際出入口局，廣州為港澳出入口局。以北京、上海、瀋陽、武漢、成都、西安、廣州及南京等8個城市為匯接中心。覆蓋全國所有省、市、自治區。匯接中心採用全網狀結構，其它接點採用不完全網狀結構。網內每個接點都有2個或2個以上不同方向的電路，從而保證網路的可靠性。網內中繼電路主要採用數字電路。最高速率達34Mbps。

同時，各地的本地分組交換網也已延伸到了地、市、縣。CHINAPAC 以其龐大的網絡規模，滿足各界客户的需求，並且與公用數字交換網（PSTN），中國公眾計算機互聯網（CHINANET），中國功用數字數據網（CHINADDN），幀中繼網（CHINAFRN）等網絡互連，以達到資源共享。優勢互補。為廣大用户提供高質量的網絡服務。並與美國、日本、加拿大、韓國、香港等幾十個國家和地區分組網相連，滿足大中型企業、外商投資企業、外商在內地辦事處等國際用户的需求 ^[1]  。

CHINAPAC向用户提供兩種基本業務功能：交換虛電路和永久虛電路。

CHINAPAC還向用户提供任選業務功能，主要有閉和用户羣、反向計費、網絡用户識別、呼叫轉移、虛擬專用網、廣播服務、幀中繼等業務。

分組交換在商業中的應用較廣泛。如銀行系統在線式信用卡（POS機）的驗證。由於分組交換提供差錯控制的功能，保證了數據在網絡中傳輸的可靠性。首先，各大商場內部形成局域網，網上的服務器提供卡的管理作用，用户刷卡後，通過服務器上的X.25分組端口或路由器設備連到商業增殖網，它與金卡網絡結算中心通過數字專線連接。商業增殖網主要完成來自各大商場的數據線路匯接及對商場銷售情況的統計等。結算中心又同各大銀行的主機系統連接，實現對信用卡的驗證和信用卡的消費。在遍步中國的各大超市中，已有相當一部分超市利用分組網來改善經營管理手段，拓展市場，取得了良好的經濟效益。在超市中設立電子消費通道，消費者手持的儲金卡經刷卡後，信息送到該超市的後台服務器。服務器的作用是對儲金卡的金額計算和超市的銷售情況的統計。各超市的營業網點通過話上覆用DOV（Data Over Voice）的專線方式，連到超市管理中心，進行一系列的結算、統計等，來擴大超市的消費市場。

分組交換網的利用率高，傳輸質量好，能同時多路通信的特點，因此它的經濟性能也較好。在一些全國性的集團公司中，總公司把指示下達給全國各地分公司甚至國外的機構，利用分組交換就非常經濟。中遠集團在中國各地的分支機構在本地形成局域網絡，通過路由器連到分組交換網，與海關、EDI中心等互通信息。它的主機系統也通過分組交換網實行全程連網，傳送定艙資料、貨運情況、EDI報文等，也可遠程登錄至香港，與海外溝通信息。

虛擬專用網（VPN）是大集團用户利用公用網絡的傳輸條件，網絡端口等網絡資源組織一個虛擬專用網絡。並可以自己管理屬於專用網絡部分的端口進行狀態監視、數據查詢，以及告警、計費、統計等網絡管理操作。VPN主要用於集團用户，各專業行業等。

中國公用分組交換網的骨幹網及各地的本地網組建，網絡的規模比原來擴大了幾倍至幾十倍，並佔據了一塊穩定的數據通信市場。分組交換技術比較適用於終端到主機的交互式通信、交易處理，需要進行協議轉換的場合，跨國通信，要求高度安全的場合和傳輸基礎設施質量不高的地區等。儘管受到了寬帶網絡技術的衝擊，但鑑於中國通信基礎設施比較薄弱，分組交換業務在今後較長一段時間內仍將發揮一定的作用。隨着交換設備的更新換代，更快的交換機處理器的出現，意味着能夠在更高速率下實現分組交換的傳統優點。分組交換的協議轉換功能和控制功能等優勢，使高速傳送數據的新一代分組交換技術在商業、民航、石油系統大有可為。通過挖掘潛力，找準市場切入點，抓住商機，來更好地發揮分組網絡的優勢。

1、生成樹，STP，主要作用是避免環路，網絡中有冗餘，經常使用多條鏈路就會產生環路，廣播風暴，網絡癱瘓，注意的是涉及網絡時候千萬不要忘記生成樹的啓動。比如説一般大企業中核心交換機於其他交換機都是兩條網線連接，這樣其中一條出現錯誤另一條可以工作，但是如果PC2和PC1通信這樣就容易出現環路，產生廣播風暴，，生成樹可以解決這個問題。 

2、鏈路聚合：它的主要作用就是增加網絡帶寬，一種是交換機之間，比如説兩台交換機設備，用一根百兆網線級聯，由於訪問兩台太大就會產生屏蔽，速度變慢，這個時間就可以使用鏈路聚合，使用port-group命令，建立鏈路聚合，多用兩條網線連接交換機，並把兩台交換機連接的端口各自聚合在一起，能增加網絡帶寬。還有一種情況就是，交換機於服務器之間的鏈接，比如説一台服務器連接交換機上，如果訪問量很大，那麼服務器就會承受不了，就可以考慮多按兩塊網卡，使用鏈路聚合使兩塊網卡連接的端口聚合在一起，減輕服務器的負擔 ^[3]  。