數據交換技術（data switching techniques），是在兩個或多個數據終端設備（DTE）之間建立數據通信的暫時互連通路的各種技術。
基本介紹
- 中文名：數據交換技術
- 外文名：dataswitching techniques
- 套用學科：計算機、通信
技術簡介,數據交換的方法,數據交換的基本要求,電路交換,分組交換,報文交換,
技術簡介
在數據通信系統中，當終端與計算機之間，或者計算機與計算機之間不是直通專線連線，而是要經過通信網的接續過程來建立連線的時候，那么兩端系統之間的傳輸通路就是通過通信網路中若干節點轉接而成的所謂“交換線路”。
在一種任意拓撲的數據通信網路中，通過網路節點的某種轉接方式來實現從任一端系統到另一端系統之間接通數據通路的技術，就稱為數據交換技術。
數據交換技術主要是電路交換、分組交換和報文交換。
這三種交換方式各有優缺點，因而各有適用場合，並且可以互相補充。與電路交換相比，分組交換電路利用率高，可實現變速、變碼、差錯控制和流量控制等功能。與報文交換相比，分組交換時延小，具備實時通信特點。分組交換還具有多邏輯信道通信的能力。但分組交換獲得的優點是有代價的。把報文劃分成若干個分組，每個分組前要加一個有關控制與監督信息的分組頭，增加了網路開銷。所以，分組交換適用於報文不是很長的數據通信，電路交換適用於報文長且通信量大的數據通信。
數據交換的方法
DTE之間要進行通信，最簡單的方法是在兩者之間一一用直達線路連線，稱全連通。當DTE個數為時，全連通線路條數為。這種方法通信質量較好，但所需互連線路數多，線路利用率低，通常不可取。如果個DTE之間經交換機進行轉接，則僅需條用戶線，線路利用率高。
數據交換的基本要求
數據交換的基本要求有：①能適應從很低到很高範圍內的不同速率，以滿足不同用戶的需要；②有儘量快的接續速度；③為適應實時性要求，網路時延要小；④有高的傳輸準確性具有適應數據用戶特性變化（多樣化的DTE和多樣化的數據業務）的能力。
電路交換
其原理與一般電話交換原理相同。根據主叫DTE的撥號信號所指定的被叫DTE地址，在收發DTE之間建立一條臨時的物理電路，這條電路一直保持到通信結束才拆除。在通信過程中，不論進行什麼樣的數據傳輸，交換機完全不干預地提供透明傳輸，但通信雙方必須採用相同速率和相同的字元代碼，不能實現不兼容DTE間的通信。
由於電路交換在通信之前要在通信雙方之間建立一條被雙方獨占的物理通路（由通信雙方之間的交換設備和鏈路逐段連線而成），因而有以下優缺點。
①由於通信線路為通信雙方用戶專用，數據直達，所以傳輸數據的時延非常小。
②通信雙方之間的物理通路一旦建立，雙方可以隨時通信，實時性強。
③雙方通信時按傳送順序傳送數據，不存在失序問題。
⑤電路交換的交換的交換設備（交換機等）及控制均較簡單。
缺點：
①電路交換的平均連線建立時間對計算機通信來說嫌長。
②電路交換連線建立後，物理通路被通信雙方獨占，即使通信線路空閒，也不能供其他用戶使用，因而信道利用低。
③電路交換時，數據直達，不同類型、不同規格、不同速率的終端很難相互進行通信，也難以在通信過程中進行差錯控制。
分組交換
電路交換的缺點是電路利用率低，即使雙方在通信過程中有很多空閒時間，其他用戶也不能利用。針對電路交換的缺點，產生了另一種利用計算機進行存儲-轉發的報文交換。它的基本原理是當DTE信息到達作為報文交換用的計算機時，先存放在外存儲器中，然後中央處理機分析報頭，確定轉發路由，並選到與此路由相應的輸出中繼電路上進行排隊，等待輸出。一旦中繼電路空閒，立即將報文從外存儲器取出後發往下一交換機。由於輸出中繼電路上傳送不同用戶發來的報文，不是專門傳送某一用戶的報文，提高了這條中繼電路的利用率。
分組交換仍採用存儲轉發傳輸方式，但將一個長報文先分割為若干個較短的分組，然後把這些分組（攜帶源、目的地址和編號信息）逐個地傳送出去，因此分組交換除了具有報文的優點外，與報文交換相比有以下優缺點：
①加速了數據在網路中的傳輸。因為分組是逐個傳輸，可以使後一個分組的存儲操作與前一個分組的轉發操作並行，這種流水線式傳輸方式減少了報文的傳輸時間。此外，傳輸一個分組所需的緩衝區比傳輸一份報文所需的緩衝區小得多，這樣因緩衝區不足而等待傳送的機率及等待的時間也必然少得多。
②簡化了存儲管理。因為分組的長度固定，相應的緩衝區的大小也固定，在交換結點中存儲器的管理通常被簡化為對緩衝區的管理，相對比較容易。
③減少了出錯機率和重發數據量。因為分組較短，其出錯機率必然減少，每次重發的數據量也就大大減少，這樣不僅提高了可靠性，也減少了傳輸時延。
④由於分組短小，更適用於採用優先權策略，便於及時傳送一些緊急數據，因此對於計算機之間的突髮式的數據通信，分組交換顯然更為合適些。
缺點：
①儘管分組交換比報文交換的傳輸時延少，但仍存在存儲轉發時延，而且其結點交換機必須具有更強的處理能力。
②分組交換與報文交換一樣，每個分組都要加上源、目的地址和分組編號等信息，使傳送的信息量大約增大5%～10%，一定程度上降低了通信效率，增加了處理的時間，使控制複雜，時延增加。
③當分組交換採用數據報服務時，可能出現失序、丟失或重複分組，分組到達目的結點時，要對分組按編號進行排序等工作，增加了麻煩。若採用虛電路服務，雖無失序問題，但有呼叫建立、數據傳輸和虛電路釋放三個過程。
報文交換
報文交換雖然提高了電路利用率，但報文經存儲轉發後會產生較大的時延。報文愈長、轉接的次數愈多，時延就愈大。為了減少數據傳輸的時延，提高數據傳輸的實時性，產生了分組交換。分組交換也是一種存儲轉發交換方式，但它是將報文劃分為一定長度的分組，以分組為單位進行存儲轉發；，這樣既繼承了報文交換方式電路利用率高的優點，又克服了其時延較大的缺點。分組交換利用統計時分復用原理，將一條數據鏈路復用成多個邏輯信道，在建立呼叫時，通過逐段選擇邏輯信道，最終構成一條主叫、被叫用戶之間的信息傳送通路，即虛電路，從而實現數據分組的傳送。虛電路是分組交換提供的一種業務類型，它屬於連線型業務，即通信雙方在開始通信前必須首先建立起邏輯上的連線。由於存在這一連線，在源節點分組交換機與目的節點分組交換機之間傳送與接收分組的次序將保持不變。分組交換提供的另一種業務類型是數據報，它屬於無連線型業務，在這類業務中將每一分組作為一個獨立的報文進行傳送，通信雙方在開始通信前無需建立虛電路連線，因而在一次通信過程中，源節點分組交換機與目的節點分組交換機之間傳送與接收分組的次序不一定相同，接收方分組的重新排序將由終端來完成。同時，分組在網內傳輸過程中可能出現的丟失與重複差錯，網路本身也不作處理，均由雙方終端的協定來解決。一般說來，數據報業務對節點交換機要求的處理開銷小，傳送時延短，但對終端的要求較高；而虛電路業務則相反。
報文交換是以報文為數據交換的單位，報文攜帶有目標地址、源地址等信息，在交換結點採用存儲轉發的傳輸方式，因而有以下優缺點：
優點：
①報文交換不需要為通信雙方預先建立一條專用的通信線路，不存在連線建立時延，用戶可隨時傳送報文。
②由於採用存儲轉發的傳輸方式，使之具有下列優點：a.在報文交換中便於設定代碼檢驗和數據重發設施，加之交換結點還具有路徑選擇，就可以做到某條傳輸路徑發生故障時，重新選擇另一條路徑傳輸數據，提高了傳輸的可靠性；b.在存儲轉發中容易實現代碼轉換和速率匹配，甚至收發雙方可以不同時處於可用狀態。這樣就便於類型、規格和速度不同的計算機之間進行通信；c.提供多目標服務，即一個報文可以同時傳送到多個目的地址，這在電路交換中是很難實現的；d.允許建立數據傳輸的優先權，使優先權高的報文優先轉換。
③通信雙方不是固定占有一條通信線路，而是在不同的時間一段一段地部分占有這條物理通路，因而大大提高了通信線路的利用率。
缺點：
①由於數據進入交換結點後要經歷存儲、轉發這一過程，從而引起轉發時延（包括接收報文、檢驗正確性、排隊、傳送時間等），而且網路的通信量愈大，造成的時延就愈大，因此報文交換的實時性差，不適合傳送實時或互動式業務的數據。
②報文交換隻適用於數位訊號。
③由於報文長度沒有限制，而每箇中間結點都要完整地接收傳來的整個報文，當輸出線路不空閒時，還可能要存儲幾個完整報文等待轉發，要求網路中每個結點有較大的緩衝區。為了降低成本，減少結點的緩衝存儲器的容量，有時要把等待轉發的報文存在磁碟上，進一步增加了傳送時延。
總之，若要傳送的數據量很大，且其傳送時間遠大於呼叫時間，則採用電路交換較為合適；當端到端的通路有很多段的鏈路組成時，採用分組交換傳送數據較為合適。從提高整個網路的信道利用率上看，報文交換和分組交換優於電路交換，其中分組交換比報文交換的時延小，尤其適合於計算機之間的突髮式的數據通信。
