数据交换

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数据交换(Data Switching)

目录

什么是数据交换[1]

  数据交换是指为了满足不同信息系统之间数据资源的共享需要,依据一定的原则,采取相应的技术,实现不同信息系统之间数据资源共享的过程。

数据交换的必要性[2]

  两端用户通过信道直接连接起来所构成的通信方式是点对点的通信。多个用户之间要进行数据通信,如果任意两个用户之间都有直达线路连接的话,虽然简单方便,但线路利用率低。为此,一般将各个用户终端通过一个具有交换功能的网络连接起来,使得任何接入该网络的两个用户终端由网络来实现适当的交换操作,如图1所示。
Image:DTE用户接入交换网.jpg

数据交换的网络模式[3]

  1.电话交换数据网

  在我国各地,诸如POS电话银行等大部分电子支付业务都是基于电话交换网络(PSTN),用户入网比较方便灵活,相关技术比较成熟。但随着电子支付用户的大量增多和交易量的大幅度增加,基于模拟电话网的电子支付业务也暴露出了一些问题,如交易时间长、“重拨”现象明显、接通率低、可靠性较低、保密性较差和误码率高等。

  2.分组交换数据网

  我国已形成了覆盖全国的公用分组交换等数据网络设施,这为建设上乘的电子支付网络打下了物理基础。分组网本身非常适合于业务量小的实时数据传输,其虚拟电路的灵活设置适用于多台终端同时与银行主机通信,并使扩容变得非常容易;带宽统计复用消除了原来因中继线争用带来的通信不畅;协议的纠错功能保障了误码率比电话网低很多,使交易数据准确无误地被传递;组网模式可以与原有的电话网模式兼容,以便分别发挥各自的优势。电话网对散点终端入网较为适用,分组网对较为集中的大商场更能显示出其优势。数据网在电子支付领域具有固有的安全性能,这不仅体现在数据网本身良好的网络拓扑结构和网络管理能力上,VPN(虚拟专用网)、CUG(闭合用户群)、防火墙等技术的广泛应用也为数据网上电子支付的应用提供有力的保障,可有效防止非法用户的侵入。借助于VPN,银行可利用公用数据网的条件组成专用的虚拟支付网络,可由自己来管理VPN资源。VPN具有专网安全可靠等特点。分组等网上的CUG业务是指若干个用户组成的通信群体,群体内的用户之间可互相通信,本群外的用户无法与内部用户通信,该业务也可为电子支付的安全通信提供方便。分组交换数据网流程图如图2所示。
Image:分组交换数据网流程图.jpg

数据交换指令[4]

  数据交换指令XCH(Exchange)的功能编号为FNCl7。该指令是将数据在指定的目标元件之间进行交换。交换指令一般采用脉冲执行方式,否则每一个扫描周期都要交换一次。数据交换指令的应用示例如图3所示。
Image:数据交换指令的应用示例.jpg

  在图3中,当X0接通时,将D0和D10中的数据进行相互交换,采用脉冲型执行形式。数据交换指令的使用注意事项如下:

  1)两个目标操作数可以取KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z。

  2)XCH(P)占5个程序步,DXCH(P)占9个程序步。

数据交换技术[5]

  数据交换技术是网络的核心技术。在数据通信系统中通常采用线路交换报文交换分组交换的数据交换方式。

  1.线路交换方式

  线路交换通过网络中的节点在两个站之问建立一条专用的通信线路。从通信资源的分配角度来看,交换就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。如图4的电话系统,如果主叫端拨号成功,则在两个站之间就建立了一条物理通道。具体过程如下。
Image:电话系统线路连接.jpg

  1)建立电路。如果站点1发送一个请求到节点2,请求与站点2建立一个连接,那么站点1到节点1是一条专用线路。在交换机上分配一个专用的通道连接到节点2冉到站点2,至此就建立了一条从站点1经过节点1再到站点2的通信物理通道。

  2)传输数据。电路建立成功以后就可以在两个站点之问进行数据传输,将话音从站点l传送到站点2。这种连接是全双工的,可以在两个方向传输信息。

  3)拆除通道。在数据传送完成后,就要对建立好的通道进行拆除,可以由这两个站中的任何一个来完成,以便释放专用资源。

  线路交换数据的优点是数据传输迅速可靠,并能保持原有序列;缺点是一旦通信双方占有通道后,即使不传送数据,其他用户也不能使用,造成资源浪费。这种方式适用于时间要求高、且连续的批量数据传输。

  2.报文交换方式

  报文交换方式的传输对象是报文,长度不限且可变。报文中包括要发送的正文信息、收发站的地址及其他控制信息。数据传送过程采用存储/转发的方式,不需要在两个站之间提前建立一条专用通路。在交换装置控制下报文先存入缓冲存储器中并进行一些必要的处理,当指定的输出线路空闲时,再将数据转发出去。报文交换方式的典型应用是电报的发送

  报文交换数据的优点是效率高,信道可以复用且需要时才分配信道;可以方便地把报文发送到多个目的节点;建立报文优先权,让优先级高的报文优先传送。缺点是延时长,不能满足实时交互式的通信要求;有时节点收到的报文太多以至于不得不丢弃或阻止某些报文;对中继节点存储容量要求较高。

  3.分组交换方式

  分组交换与报文交换类似,只是交换的单位为报文分组,且限制了每个分组的长度,即将长的报文分成若干个报文组。每个分组的前面都加上一个分组头,用以指明该分组发往何地址,然后由交换机根据每个分组的地址标志将他们转发至目的地。这些分组不一定按顺序抵达。这样处理可以减轻节点的负担,改善网络传输性能。分组交换方式的典型应用是冈特网。

  分组交换的优点是转发延时短,数据传输灵活。由于分组是较小的传输单位,只有出错的分组而不是整个报文会被重发,因而大大降低了重发比例,提高了交换速度。而且每个分组可按不同路径不同顺序到达。缺点是在目的节点要对分组进行重组,增加了系统的复杂性。

数据交换技术比较[6]

  数据交换技术的主要技术指标之一是传输延时,主要由发送时延和传播时延构成。下面分析电路交换、报文交换和分组交换技术时延性能。

  发送时延是指发送节点对数据单元的发送时间。传播时延是指数据单元从一个节点传递到下一个节点所用的时间。在同轴电缆和双绞线中,传播时延为200m/s,在光纤中为300m/s。不论使用何种交换技术,这种时延总是存在的。节点处理时延指交换节点交换数据时进行必要处理所需要的时间。图4中显示出3种交换方式的时延,图5(a)为电路交换,图5(b)为报文交换,图5(c)为分组交换。
Image:3种交换技术时延特性.jpg

  对于图5(a)电路交换,在建立线路阶段,请求连接信号在传递中存在发送时延、传播时延以及节点处理时延,而应答信号以及数据传输过程则不存在节点处理时延。在高速线路下,电路交换的数据具有固定的短时延特性。

  图5(b)报文交换不需要呼叫建立连接,在每个接收节点开始重传之前,整个报文必须全部收到,所以其节点的时延较长。

  图5(c)分组交换中,由于分组不需要等待整个报文到齐后重发,分组长度又相对较短,所以节点处理时延明显减少。

参考文献

  1. 陈海洋编著.环境监察信息化.中国环境科学技术出版社,2010.05.
  2. 毛京丽 董跃武 李文海编著.数据通信原理.北京邮电大学出版社,2011.06.
  3. 张劲松编著.网络金融.机械工业出版社,2010.07.
  4. 秦春斌 张继伟主编.PCL基础及应用教程 三菱FX2N系列.机械工业出版社,2011.01.
  5. 郭琼主编.现场总线技术及其应用.机械工业出版社,2011.03.
  6. 李永忠主编.计算机网络理论与应用.国防工业出版社,2011.03.
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