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網絡中的交換、復用和編碼技術應用

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交換、復用和編碼是計算機網絡技術中幾個非常重要的技術 。本期，我們就關注一下這些技術的內容和應用情況 。

提升傳輸質量和效率的交換技術

首先要明確為什么需要交換技術 。在長距離通信連接中用并行傳輸是不可能的，一是并行傳輸需要多條并行的傳輸線路，所需成本比較高；二是并行傳輸的控制十分復雜，不易實現 。所以在計算機網絡中的傳輸采用的是串行傳輸 。

計算機網路的連接在拓撲上是四通八達的，不可能也不需要在每一對發送方和接收方之間都鋪設專用的傳輸線路，這就需要在多個站點相同方向上傳輸到一定的距離后，根據目的地址實現分支（轉接）選擇，再通向不同的站點 。還有信號在傳輸介質上傳輸有衰減，在傳輸過程中也輕易受到干擾，這也需有一個中繼節點，在中繼節點上修復整形和補充能量，使得信號能夠以正確的外形和足夠的能量繼續在線路上傳輸 。完成以上對信號的轉接，以及對信號修復整形和補充能量就需要交換操作 。

根據所傳輸信號內容的不同要求，需要相應的交換技術，交換技術的發展與通信和計算機網絡技術的應用緊密聯系 。按照交換技術發展的順序講述，目前使用的交換技術有：電路交換、報文交換、分組交換、信元交換 。計算機網絡中主要采用分組交換和信元交換 。

根據通信雙方在通信之前是否需要先建立連接考慮，交換技術提供的服務分為面向連接的和無連接的 。電路交換、信元交換、虛電路分組交換是面向連接的，報文交換、數據報分組交換是無連接的 。

電路交換

電路交換是最早使用的交換技術，主要用在電話業務，雙方在通話之前建立通話連接，在通話過程中一直獨占該連接線路，通話結束時釋放該連接 。電話交換適合實時、較長時間連續有信息傳輸的應用 。

報文交換

報文交換主要用在早期的電報業務，雙方在通信之前不需要建立連接，報文交換采用了存儲、轉發的概念，通信網絡中經過的中間節點完整的接收下整個報文，然后根據目的地址轉發該報文 。若報文在傳輸過程中出錯，則需要重新傳輸整個報文 。隨著通信和計算機網絡技術應用的發展，電報業務已經退出了應用 。

分組交換

計算機網絡中傳輸的數據信息是不確定和突發性的，若采用電路交換，獨占一條連接，則信道的利用率是很低的 。而采用報文交換，在出錯時重新傳輸整個報文所需的時延是很長的，并且在節點之間傳輸整個報文的過程可以看作是串行的，在傳輸路徑上報文沒有到達的節點是處在空閑狀態的 。

分組交換適應計算機網絡中數據的傳輸，也采用存儲、轉發的概念，把所要傳輸的數據（報文）分成長度固定的分組（單元），在節點之間交換分組有以下優點：一是可以減小交換的時延；二是出錯時，只重傳出錯的分組，重新傳輸的數據量小；三是在傳輸路徑上經過的節點可以經過一段時間后實現同時（并行）交換分組，提高了交換效率 。

分組交換根據提供的服務又分為虛電路分組交換和數據報分組交換 。虛電路分組交換提供面向連接的服務，之所以為“虛”是與電路交換區分，該交換并不是一直獨占連接，采用的是存儲轉發技術，分組在建立好的“虛”連接上有序的、經過規定好的節點傳輸 。數據報分組交換是無連接的，每個分組攜帶完整的目的地址，傳輸過程中所經過的交換節點可能會不同，分組到達目的節點順序可能會不一致，這就需要在目的節點重新排序，排好序后交給目的主機 。根據計算機網絡體系結構的層次劃分，分組交換的層次是在網絡層 。

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