网工 数据交换技术

在网络中，数据交换技术是指在网络节点之间传输数据包的方式。数据交换技术对于确保数据在网络中的有效传输至关重要。以下是几种主要的数据交换技术：

  1. 电路交换（Circuit Switching）
    • 原理：在数据传输之前建立一条专用的物理连接路径。
    • 特点：提供固定带宽的连接，适合语音通信等实时应用。
    • 示例：传统电话网络（PSTN）
  2. 报文交换（Message Switching）
    • 原理：将整个消息作为一个整体在网络中传输。
    • 特点：消息在到达目的地之前可能需要在多个节点存储转发。
    • 应用：较少使用，因为效率较低且延迟较高。
  3. 分组交换（Packet Switching）
    • 原理：将数据分割成小的数据包在网络中独立传输。
    • 特点：数据包可以在网络中选择最佳路径，提高了网络资源的利用率。
    • 示例：互联网、局域网（LAN）、广域网（WAN）
    分组交换又可以分为两种主要类型：
    • 数据报交换（Datagram Switching）:
      • 原理：每个数据包独立路由，可能走不同的路径。
      • 特点：每个数据包都包含完整的目的地址信息，灵活性高但可能导致数据包乱序。
      • 示例：互联网上的大部分流量。
    • 虚电路交换（Virtual Circuit Switching）:
      • 原理：为每个会话建立一个虚拟连接路径，数据包沿着相同的路径传输。
      • 特点：提供有序的数据包传输，类似于电路交换但更加灵活。
      • 示例：x.25、帧中继、ATM（异步传输模式）
  4. 标签交换（Label Switching）
    • 原理：类似于虚电路交换，但使用标签来标识数据包的路径。
    • 特点：提供快速的数据包转发，适合多媒体和实时应用。
    • 示例：MPLS（多协议标签交换）
  5. 软件定义网络（SDN）交换
    • 原理：将网络控制平面与数据平面分离，通过软件集中管理网络。
    • 特点：提供灵活的网络配置和管理能力。
    • 示例：OpenFlow交换机

目前的交换方式主要有报文交换，分组交换和电路交换。其中分组交换实际上是数据包最大长度恒定的报文交换，根据其具体的工作机制的不同，可以分为以下三种：

数据报交换：类似于报文交换，只是数据包是定长的。

虚电路交换：类似于电路交换，只不过链路是逻辑的、数据包是定长的。

信元交换：数据包定长为53B，而且采取的是面向连接的虚电路方式。

对比项虚电路数据报
是否建立连接需要先建立连接，再传数据不需要建立连接
地址每个分组含有虚电路号每个分组都有源和目的端地址
分组顺序总是按发送顺序到达目的端（不乱序）排序发送，不一定按序接收（乱序）
路由选择在虚电路连接建立时进行，所有分组均按同一路由每个分组独立选择路由
路由器出故障所有通过了故障路由器的虚电路均不能工作出故障的路由器可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化
典型网络X.25、帧中继、ATMIP

总结

  • 电路交换：适用于需要固定带宽的实时应用，如电话通信。
  • 报文交换：较少使用，主要用于存储转发系统。
  • 分组交换：互联网和大多数现代网络的基础。
    • 数据报交换：适用于互联网上的大多数流量。
    • 虚电路交换：适用于需要有序传输的应用。
  • 标签交换：适用于需要快速转发和多媒体应用。
  • 软件定义网络（SDN）交换：提供高度灵活的网络管理和配置能力。

这些数据交换技术各有优势和适用场景，网络设计师和工程师会根据具体的应用需求选择合适的数据交换技术。

电路交换的特点

  1. 固定带宽：
    • 电路交换为每个连接提供固定的带宽，这使得它非常适合语音通信等实时应用。
  2. 低延迟：
    • 由于连接是专用的，因此可以提供低延迟的数据传输。
  3. 高可靠性：
    • 由于连接是预先建立的，因此可以提供较高的数据传输可靠性。
  4. 资源独占：
    • 在连接期间，通信路径上的资源被独占使用，即使数据暂时没有传输也会占用这些资源。

电路交换的应用

  1. 传统电话网络（PSTN）：
    • 电路交换是传统电话网络（Public Switched Telephone Network, PSTN）的核心技术。
  2. 专用线路：
    • 在一些需要固定带宽和低延迟的应用场景中，电路交换仍然被使用。
  3. ISDN（Integrated Services Digital Network）：
    • ISDN是一种使用电路交换技术的综合业务数字网络，可以提供语音和数据服务。

POTS

POTS（Plain Old Telephone System，普通老式电话系统）是指传统的电话服务，它基于电路交换技术。POTS是最早的电话通信系统之一，至今仍在许多地区使用。以下是关于POTS和电路交换的一些关键信息：

POTS的工作原理

  1. 建立连接：
    • 当一方拨打电话时，电话网络会在呼叫者和被叫者之间建立一条专用的物理连接。
    • 这个过程涉及电话交换机（如自动交换局，Automated Switching Office, ASO）之间的连接。
  2. 数据传输：
    • 一旦连接建立，双方就可以通过这条专用连接进行通话。
    • 由于连接是专用的，因此通话不受其他通信的影响，可以提供固定的带宽和低延迟。
  3. 拆除连接：
    • 通话结束后，连接会被拆除，释放所占用的资源。

电路交换的特点

  1. 固定带宽：
    • 电路交换为每次通话提供固定的带宽，这使得它非常适合语音通信等实时应用。
  2. 低延迟：
    • 由于连接是专用的，因此可以提供低延迟的数据传输。
  3. 高可靠性：
    • 由于连接是预先建立的，因此可以提供较高的数据传输可靠性。
  4. 资源独占：
    • 在连接期间，通信路径上的资源被独占使用，即使通话暂时中断也会占用这些资源。

POTS的应用

  1. 传统电话服务：
    • POTS是传统电话服务的基础，用于语音通话。
  2. 传真服务：
    • POTS还可以用于发送和接收传真。
  3. 报警系统：
    • 一些安全报警系统仍然使用POTS线路进行通信。

POTS与现代通信技术的比较

  • POTS：
    • 基于电路交换技术。
    • 提供固定带宽和低延迟。
    • 适合语音通信等实时应用。
  • VoIP（Voice over IP）：
    • 基于分组交换技术。
    • 提供灵活的带宽分配和高效率。
    • 适合互联网电话等非实时应用。

POTS的局限性

  • 资源浪费：即使没有通话，连接路径上的资源也被占用。
  • 灵活性较低：无法动态分配带宽。
  • 扩展性较差：难以应对突发流量。

POTS的现状

尽管POTS技术历史悠久，但随着技术的发展，许多国家和地区正在逐步转向基于IP的通信技术，如VoIP（Voice over IP）。然而，POTS仍然在某些地区和应用中发挥作用，特别是在需要固定带宽和低延迟的场景中。

总结

POTS是基于电路交换技术的传统电话系统，它为用户提供固定带宽和低延迟的语音通信服务。尽管POTS在许多方面已经被现代通信技术所取代，但它在某些特定应用中仍然保持着一定的作用。

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