交换功能

计算机术语

交换功能主要包括购买和销售两个方面。在交换过程中,产品的所有权发生转移,买方主体需要对购买什么、向谁购买、购买数量、购买时间、购买地点等进行抉择，卖方主体需要确定目标市场、进入市场、努力促销并实施售后服务等。在交换过程中,价格因素起着十分重要的作用。

简介

交换功能是指数据经过交换机等设备从一个局域网传输到另一个局域网或是指从一个系统传输到另一个系统。机器或系统具有交换功能使不同系统或区域的数据可以相互交换，加快了信息传递的速度。交换速率和交换端口选择对于一个机器和系统来说是十分重要，这直接影响交换功能实现的好坏。

必要性

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。

交换机

交换机（Switch）意为“开关”是一种用于电（光）信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。交换（switching）是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法，把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术的统称。交换机根据工作位置的不同，可以分为广域网交换机和局域网交换机。广域的交换机（switch）就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备，它应用在数据链路层。交换机有多个端口，每个端口都具有桥接功能，可以连接一个局域网或一台高性能服务器或工作站。实际上，交换机有时被称为多端口网桥。

端口

在电脑网络中，通信端口（port），又称为连接端口、接口、端口、协议端口（protocol port），是一种经由软件创建的服务，在一个电脑操作系统中扮演通信的端点（endpoint）。每个通信端口都会与主机的IP地址及通信协议关联。通信端口以16比特数字来表示，这被称为通信端口编号（port number）。位于传输层的通信协议通常需要指定端口号，例如在TCP/IP协议族之下的TCP与UDP协议。在应用层中，使用主从式架构的通信协议，在每个通信端口上提供多路复用服务（multiplexing service）。经由公认连接端口号（well-known port numbers），通常可以辨认出这个连接使用的通信协议，其中具代表性的是最基础的1024个公认连接端口号（well-known port numbers），例如telnet协议默认使用23端口来连接，HTTP连接默认使用80端口。端口号有两种用途：标识服务器上提供特定网络服务的进程。客户机可以按照服务器IP与端口号与相应的服务器进程创建网络连接，获得相应的网络服务。例如，通常使用80端口号提供http服务，使用23端口号telnet服务。服务器的这种功能叫做listening。客户机通常使用动态指定的端口号与服务器创建连接。由本机地址、本机端口号、目标机地址、目标机端口号、通信协议组成的五元组，用于唯一确定正在使用的网络连结。因此，对于不同的协议、不同的目标机地址，本机的不同地址（如果本机使用多个网卡）等多种情形，同一个端口号可以复用。因此对于1对1通信，且本机与目标机之间只能创建一个通信连接，则不需要使用端口号。网络防火墙或者网关还可提供端口转发（port forwarding），即NAT。

传输速率

数据传输速率(Data transfer rate)简称传输速率，在电信领域是指在单位时间内在数据传输系统设备之间传送比特，字符，或者块的平均值。传输速率可以应用于不同功能。反应时间可以帮助网络管理员查明网络里面什么位置速率下降和潜在的阻断。通过分析数据传输速率来相应做调整，作为一个保护性措施，系统可以运行得更加有效，并可以在高负荷的时候预防处理特别的带宽限制。测试装置比如光纤回路测试可以帮助测量和管理数据传输速率。传输速率是衡量系统传输能力的主要指标。它有以下几种不同的定义：

码元传输速率

携带数据信息的信号的单元叫做码元，每秒钟通过信道传输的码元数称为码元传输速率，记作rs，单位是波特（Bd），简称波特率。码元传输速率又称调制速率。

比特传输速率

每秒钟通过信道传输的信息量称为比特传输速率，记作rb。单位是比特/秒（b/s），简称比特率。

消息传输速率

每秒钟从信息源发出的数据比特数（或字节数）称为消息传输速率，单位是比特/秒（或字节/秒），简称消息率，记作rm。

码元传输速率

码元传输速率与比特传输速率具有不同的定义，不应混淆，但是它们之间有确定的关系。对二进制来说，每个码元的信息含量为一比特。因此，二进制的码元传输速率与比特传输速率在数值上是相等的。对于M进制来说，每一码元的信息含量为log2M比特，因此，如果码元传输速率为rs波特，则相应的比特传输速率为：

rb=rslog2M（b/s）

式中M为大于等于2的整数。

消息传输速率与比特传输速率的关系是

rm=ηrb（b/s）

式中η是传输效率

通常在传输数据的过程，总要加入一些多余度，这些多余的比特携带的不是数据信息，而是为数据可靠传输服务的信息，因此，传输效率η总是小于1的。

需要传输的比特率有高有低，范围非常宽。低的每秒几比特，高的达到每秒几百兆比特，甚至上千。通常把300b/s以下的比特率称为低速，300-2400b/s的称为中速。

2400b/s以上的称为高速。

交换方式

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。

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。

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。

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因特网。

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。

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