數據交換

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數據交換(Data Switching)

目錄

什麼是數據交換[1]

  數據交換是指為了滿足不同信息系統之間數據資源的共用需要,依據一定的原則,採取相應的技術,實現不同信息系統之間數據資源共用的過程。

數據交換的必要性[2]

  兩端用戶通過通道直接連接起來所構成的通信方式是點對點的通信。多個用戶之間要進行數據通信,如果任意兩個用戶之間都有直達線路連接的話,雖然簡單方便,但線路利用率低。為此,一般將各個用戶終端通過一個具有交換功能的網路連接起來,使得任何接入該網路的兩個用戶終端由網路來實現適當的交換操作,如圖1所示。
Image:DTE用户接入交换网.jpg

數據交換的網路模式[3]

  1.電話交換數據網

  在我國各地,諸如POS電話銀行等大部分電子支付業務都是基於電話交換網路(PSTN),用戶入網比較方便靈活,相關技術比較成熟。但隨著電子支付用戶的大量增多和交易量的大幅度增加,基於模擬電話網的電子支付業務也暴露出了一些問題,如交易時間長、“重撥”現象明顯、接通率低、可靠性較低、保密性較差和誤碼率高等。

  2.分組交換數據網

  我國已形成了覆蓋全國的公用分組交換等數據網路設施,這為建設上乘的電子支付網路打下了物理基礎。分組網本身非常適合於業務量小的實時數據傳輸,其虛擬電路的靈活設置適用於多台終端同時與銀行主機通信,並使擴容變得非常容易;帶寬統計復用消除了原來因中繼線爭用帶來的通信不暢;協議的糾錯功能保障了誤碼率比電話網低很多,使交易數據準確無誤地被傳遞;組網模式可以與原有的電話網模式兼容,以便分別發揮各自的優勢。電話網對散點終端入網較為適用,分組網對較為集中的大商場更能顯示出其優勢。數據網在電子支付領域具有固有的安全性能,這不僅體現在數據網本身良好的網路拓撲結構和網路管理能力上,VPN(虛擬專用網)、CUG(閉合用戶群)、防火牆等技術的廣泛應用也為數據網上電子支付的應用提供有力的保障,可有效防止非法用戶的侵入。藉助於VPN,銀行可利用公用數據網的條件組成專用的虛擬支付網路,可由自己來管理VPN資源。VPN具有專網安全可靠等特點。分組等網上的CUG業務是指若幹個用戶組成的通信群體,群體內的用戶之間可互相通信,本群外的用戶無法與內部用戶通信,該業務也可為電子支付的安全通信提供方便。分組交換數據網流程圖如圖2所示。
Image:分组交换数据网流程图.jpg

數據交換指令[4]

  數據交換指令XCH(Exchange)的功能編號為FNCl7。該指令是將數據在指定的目標元件之間進行交換。交換指令一般採用脈衝執行方式,否則每一個掃描周期都要交換一次。數據交換指令的應用示例如圖3所示。
Image:数据交换指令的应用示例.jpg

  在圖3中,當X0接通時,將D0和D10中的數據進行相互交換,採用脈衝型執行形式。數據交換指令的使用註意事項如下:

  1)兩個目標操作數可以取KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z。

  2)XCH(P)占5個程式步,DXCH(P)占9個程式步。

數據交換技術[5]

  數據交換技術是網路的核心技術。在數據通信系統中通常採用線路交換報文交換分組交換的數據交換方式。

  1.線路交換方式

  線路交換通過網路中的節點在兩個站之問建立一條專用的通信線路。從通信資源的分配角度來看,交換就是按照某種方式動態地分配傳輸線路的資源。如圖4的電話系統,如果主叫端撥號成功,則在兩個站之間就建立了一條物理通道。具體過程如下。
Image:电话系统线路连接.jpg

  1)建立電路。如果站點1發送一個請求到節點2,請求與站點2建立一個連接,那麼站點1到節點1是一條專用線路。在交換機上分配一個專用的通道連接到節點2冉到站點2,至此就建立了一條從站點1經過節點1再到站點2的通信物理通道。

  2)傳輸數據。電路建立成功以後就可以在兩個站點之問進行數據傳輸,將話音從站點l傳送到站點2。這種連接是全雙工的,可以在兩個方向傳輸信息。

  3)拆除通道。在數據傳送完成後,就要對建立好的通道進行拆除,可以由這兩個站中的任何一個來完成,以便釋放專用資源。

  線路交換數據的優點是數據傳輸迅速可靠,並能保持原有序列;缺點是一旦通信雙方占有通道後,即使不傳送數據,其他用戶也不能使用,造成資源浪費。這種方式適用於時間要求高、且連續的批量數據傳輸。

  2.報文交換方式

  報文交換方式的傳輸對象是報文,長度不限且可變。報文中包括要發送的正文信息、收發站的地址及其他控制信息。數據傳送過程採用存儲/轉發的方式,不需要在兩個站之間提前建立一條專用通路。在交換裝置控制下報文先存入緩衝存儲器中併進行一些必要的處理,當指定的輸出線路空閑時,再將數據轉發出去。報文交換方式的典型應用是電報的發送

  報文交換數據的優點是效率高,通道可以復用且需要時才分配通道;可以方便地把報文發送到多個目的節點;建立報文優先權,讓優先順序高的報文優先傳送。缺點是延時長,不能滿足實時互動式的通信要求;有時節點收到的報文太多以至於不得不丟棄或阻止某些報文;對中繼節點存儲容量要求較高。

  3.分組交換方式

  分組交換與報文交換類似,只是交換的單位為報文分組,且限制了每個分組的長度,即將長的報文分成若幹個報文組。每個分組的前面都加上一個分組頭,用以指明該分組發往何地址,然後由交換機根據每個分組的地址標誌將他們轉發至目的地。這些分組不一定按順序抵達。這樣處理可以減輕節點的負擔,改善網路傳輸性能。分組交換方式的典型應用是岡特網。

  分組交換的優點是轉發延時短,數據傳輸靈活。由於分組是較小的傳輸單位,只有出錯的分組而不是整個報文會被重發,因而大大降低了重發比例,提高了交換速度。而且每個分組可按不同路徑不同順序到達。缺點是在目的節點要對分組進行重組,增加了系統的複雜性。

數據交換技術比較[6]

  數據交換技術的主要技術指標之一是傳輸延時,主要由發送時延和傳播時延構成。下麵分析電路交換、報文交換和分組交換技術時延性能。

  發送時延是指發送節點對數據單元的發送時間。傳播時延是指數據單元從一個節點傳遞到下一個節點所用的時間。在同軸電纜和雙絞線中,傳播時延為200m/s,在光纖中為300m/s。不論使用何種交換技術,這種時延總是存在的。節點處理時延指交換節點交換數據時進行必要處理所需要的時間。圖4中顯示出3種交換方式的時延,圖5(a)為電路交換,圖5(b)為報文交換,圖5(c)為分組交換。
Image:3种交换技术时延特性.jpg

  對於圖5(a)電路交換,在建立線路階段,請求連接信號在傳遞中存在發送時延、傳播時延以及節點處理時延,而應答信號以及數據傳輸過程則不存在節點處理時延。在高速線路下,電路交換的數據具有固定的短時延特性。

  圖5(b)報文交換不需要呼叫建立連接,在每個接收節點開始重傳之前,整個報文必須全部收到,所以其節點的時延較長。

  圖5(c)分組交換中,由於分組不需要等待整個報文到齊後重發,分組長度又相對較短,所以節點處理時延明顯減少。

參考文獻

  1. 陳海洋編著.環境監察信息化.中國環境科學技術出版社,2010.05.
  2. 毛京麗 董躍武 李文海編著.數據通信原理.北京郵電大學出版社,2011.06.
  3. 張勁松編著.網路金融.機械工業出版社,2010.07.
  4. 秦春斌 張繼偉主編.PCL基礎及應用教程 三菱FX2N系列.機械工業出版社,2011.01.
  5. 郭瓊主編.現場匯流排技術及其應用.機械工業出版社,2011.03.
  6. 李永忠主編.電腦網路理論與應用.國防工業出版社,2011.03.
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