分組交換技術（packet switching）也稱包交換，是將用戶傳送的數據劃分成一定的長度，每個部分叫做一個分組，通過傳輸分組的方式傳輸信息的一種技術。它是通過計算機和終端實現計算機與計算機之間的通信，在傳輸線路質量不高、網路技術手段還較單一的情況下，應運而生的一種交換技術。
基本介紹
- 中文名：分組交換方式
- 外文名：packet switching
- 套用學科：通信
- 特點：利用率高，誤碼率小
定義,發展歷史,分類,特點,網路結構,用途,網路現狀,技術套用,
定義
分組交換方式是指數位訊號以信息分組（或稱包）為單位，在網節點進行存儲轉發的交換方式。也稱包交換。分組是在開放系統互連參考模式（OSI - RM）的第三層上、以標號標識的信息組，是一組包括數據和呼叫控制信號的二進制數字序列。一個報文可以是一個分組，也可以分割成若干分組，每個分組必需具有一定的格式，標明編號，並帶有地址信息等，以便使交換機能分發這些分組並且在目的地重新組裝成一個完整的報文。通常一個分組的數據位長為1024位，也可以是2048位、512位或其它規定值。
發展歷史
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戶訊息分割成段，並通過網路分別傳送他們，這是巴蘭和Davies最重要的創新。
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。
2.1 電路交換
電路交換就是計算機終端之間通信時，一方發起呼叫，獨占一條物理線路。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占用該電路。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，不同類型終端用戶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，經常使用的固定用戶之間的通信。
2.2 報文交換
將用戶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，可以多個用戶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，網路傳輸時延大，且占用大量的交換機記憶體和外存，不能滿足對實時性要求高的用戶。報文交換適用於傳輸的報文較短、實時性要求較低的網路用戶之間的通信，如公用電報網。
2.3 分組交換
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。分組交換線上路上採用動態復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復用的技術，同時傳送多個數據分組。把來自用戶發端的數據暫存在交換機的存儲器內，接著在網內轉發。到達接收端，再去掉分組頭將各數據欄位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，互動性好。
2.4 異步傳輸模式
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路，適用於不同的頻寬要求和多樣的業務要求。異步傳輸模式ATM(Asynchronous Transfer Mode)就是用於寬頻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戶終端，網路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。
分類
分組交換以分組為單位進行交換和傳輸，只有在傳送分組的通信過程中才占用傳送信道，其他時間該信道可用於不同的數據終端之間的分組傳送。分組交換採用存儲轉發方式，因而無需在通信的數據終端之間建立一條專用通道。交換機管理與轉發分組的過程有數據報和虛電路（虛呼叫）兩種方式。
3.1 數據報
每個交換機根據接收地址和網路情況，對到達的每個分組獨立進行處理與隨機選擇路由直至到達目的地的通信方式。由於每個分組可以通過不同的路由，且每個路由的傳送遲延是不同的，所以一個完整的報文分割成的多個分組到達目的地交換機的先後次序並不與原序相同，需由接收數據終端重新排序。
3.2 虛電路
先在待通信的兩個數據終端之間選擇合適的路由，建立一條由多段統計時分復用鏈路組成的虛電路，各個分組均按確定的流向沿此虛電路順序通過的通信方式。網路能保證在虛電路上各個分組的可靠傳送，並按原序傳送給接收終端。
特點
①由於以分組作為存儲與轉發單位，所以平均報文的傳送時間較短，占用交換機的存儲空間很少。
②適宜於交換短報文，可突髮式地使用傳送信道的整個信道頻寬，使傳送報文的速度加快。對於長報文，由於要分割成多個分組，且每個分組要花費一定的“開銷”用於指示該分組應到達的目的地址等，因此傳送速度不如電路交換方式快。
③可以分段實施差錯控制，使系統的剩餘差錯（不可檢差錯）比電路交換方式在同樣電路條件下要低。
④可以實現不同速率的數據終端之間的互通。
⑤由於採用統計時分復用電路方式，電路利用率高，但實時性不如電路交換方式。
⑥可使多個數據終端之間同時通信，為分散式進程通信創造了條件。
網路結構
分組交換網一般由分組交換機、網路管理中心、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。
5.1 分組交換機功能
提供網路的基本業務：交換虛電路和永久虛電路，及其他補充業務，如閉和用戶群，網路用戶識別等。
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，計費與一些網路的統計等。
5.2 網路管理中心
網路配置管理與用戶管理，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。
5.3 遠程集中器
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、高速線路上交織復用。
5.4 分組裝拆設備
將來自異步終端（非分組終端）的字元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元，傳送給用戶終端。隨著分組技術的發展，RSU與PAD的功能已沒什麼差別。
5.5 分組終端/非分組終端（PT/NPT）
分組終端是具有X.25協定接口，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路連線，並可建立多條虛電路，同時與網上的多個用戶進行對話。對於那些執行非X.25協定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，才能連到交換機連線埠。通過分組交換網路，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。
5.6 傳輸線路
是構成分組數據交換網的主要組成部分之一。目前，中繼傳輸線路有PCM數字信道，數字數據傳輸，也有利用ATM連線及其衛星通道。用戶線路一般有數字數據電路或市話模擬線。分組交換的網路結構一般由分組交換機、網路管理中心、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路的基本業務交換虛電路和永久虛電路及其他補充業務，如閉合用戶群，網路用戶識別等。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，計費與一些網路的統計等。
5.7 進網方式
電話撥號入網：用戶採用X.28規程或X.32規程，用一個數據機通過公用電話網（PSTN）連到分組交換網上。
專線入網：專線用戶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向用戶提供兩種基本業務功能：
交換虛電路——指在兩個用戶之間建立的臨時邏輯連線。
永久虛電路——指在兩個用戶之間建立的永久性的邏輯連線。用戶一開機，一條永久虛電路就自動建立起來了。
用途
分組交換方式特別適合於計算機通信和公用分組交換數據網。後者可提供的業務有虛電路業務（VC）與永久虛電路業務（PVC）。PVC是預先在相應數據終端之間建立了虛電路，因此可省去呼叫建立與拆除程式，加快數據傳送過程。
網路現狀
1993年建立的中國公用分組交換網是向全社會開放的網路，能提供多種業務的全國分組交換網。 CHINAPAC 分為骨幹網和省區域網路兩極構成。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 以其龐大的網路規模，滿足各界客戶的需求，並且與公用數字交換網（PSTN），中國公眾計算機網際網路（CHINANET），中國功用數字數據網（CHINADDN），幀中繼網（CHINAFRN）等網路互連，以達到資源共享。優勢互補。為廣大用戶提供高質量的網路服務。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戶的需求。
技術套用
8.1 提供的業務
CHINAPAC向用戶提供兩種基本業務功能：
交換虛電路——指在兩個用戶之間建立的臨時邏輯連線。
永久虛電路——指在兩個用戶之間建立的永久性的邏輯連線。用戶一開機，一條永久虛電路就自動建立起來了。
CHINAPAC還向用戶提供任選業務功能，主要有閉和用戶群、反向計費、網路用戶識別、呼叫轉移、虛擬專用網、廣播服務、幀中繼等業務。
8.2 商業套用
分組交換在商業中的套用較廣泛。如銀行系統線上式信用卡（POS機）的驗證。由於分組交換提供差錯控制的功能，保證了數據在網路中傳輸的可靠性。首先，各大商場內部形成區域網路，網上的伺服器提供卡的管理作用，用戶刷卡後，通過伺服器上的X.25分組連線埠或路由器設備連到商業增殖網，它與金卡網路結算中心通過數字專線連線。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線，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伺服器。伺服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復用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。
8.3 其它領域套用
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區域網路，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。
8.4 虛擬專用網
虛擬專用網（VPN）是大集團用戶利用公用網路的傳輸條件，網路連線埠等網路資源組織一個虛擬專用網路。並可以自己管理屬於專用網路部分的連線埠進行狀態監視、數據查詢，以及告警、計費、統計等網路管理操作。VPN主要用於集團用戶，各專業行業等。
