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摘要：随着信息技术的快速发展，计算机网络已经成为当代十分重要的通讯网络，渗透到人们生活与工作的方方面面。同时，相应的数据通讯也逐渐成熟，其大容量、简单方便、低廉的数据传输，也使得该通讯方式成为当前难以被取替的重要传输方式。而其数据通讯本身是基于数据交换技术而实现的，即通过多台计算机之间的数据交换来完成通讯，接受或者传输数据与信息。而且为了保障数据传输的安全和稳定，该网络通讯方式通常会设置大量的节点，计算机之间的数据传输可以通过任意连接的节点完成。这不但能够在节点与计算机之间形成安全的链接闭环，同时也能充分避免某一节点发生故障时整个网络通讯陷入瘫痪的情况。
关键词：计算机网络；通信数据交换技术；电路交换技术
引言
计算机网络主要是由通信子网、资源子网、网络系统操作层连接的一个系统结构。在计算机运行过程中，每一个独立的计算机均可以与网络设备进行经网络进行数据交换。从根本上来说，通信数据交换技术主要是通过在两个或多个数据终端设备（DTE）之间建立暂时互通通路，实现数据通信的技术体系。利用数据单元交换方式，可以将一个数据、或者信息包，传输给几个不同的终端设备，最大程度降低所传输数据对网络传输过程中各终端设备内部存贮空间的损耗。因此，对通信数据交换技术在计算机网络中的应用进行适当分析具有非常重要的意义。
1网络数据通信交换技术原理
计算机网络一般是在单独的计算机系统中通过联系完成，也就是通信子网、网络系统及资源子网一同组建而成。其中，通信子网和资源中涉及了两个节点和一个链路，在此过程中，两个节点分别是转接节点及访问节点；而链路则是逻辑链路和物理链路。在这两个链路中，逻辑链路相对较为繁琐，包含了双绞线、单模多模光纤以及无线等。计算机则是在这些技术网络框架的结合下，形成了大数据背景下信息传递和共享的平台。网络数据通信交换技术则是在计算机系统正常运行的情况下，和网络设备充分结合形成的信息交换及时，主要的功能在于资源传递和共享。在网络背景下，可以通过多台计算机系统实现信息传递。
2计算机网络中常见的数据交换技术
2.1电路交换技术
电路交换是最常规、传统的数据交换技术，其交换的根本在于利用电路，故而必须在通讯前将线路连接起来。该技术在实际应用时，通常可以分为三大阶段。首先是建立连接。在一开始，需要在已经连接好的线路中，从初始站点对某一结束站点发送通讯请求，从而在两个站点之间构成一条畅通的线路通道并作为数据通讯的渠道。在这一过程中，必然会经过大量节点，在系统的自动管理下，往往会将就近的、空闲的节点分配出来，从而构成一个较为空闲的线路，实现呼叫在各节点间的层层传递，直到到达目标站点为止。其次是占用线路。在通讯线路已经分配好后，站点之间会进行数据交换，此时会占用之前已经建立好的连接线路，从而保障通讯过程的稳定。最后是拆除连接。在数据交换结束之后，被占用的连接线路会被拆除，将线路上的各节点释放为空闲状态，以便后续其它连接线路的正常建立。也就是说，计算机网络中数据通讯的电路交换技术，实际上就是这三个阶段的重复与循环，依靠大量节点所形成的复杂线路网络完成通讯请求。
2.2报文交换技术
报文交换技术就是将网络数据信息封装成报文的形式，并依靠网络中的节点完成数据传输。该方式与传统电路交换相比，最大的区别就在于其将数据传出在报文之中，将通讯传输单位由之前的数据变为了报文，也可以视作数据块，而且其不存在长度限制。最为关键的一点在于，该交换方式时通过附加在报文上的地址来确定目标站点，可以直接依靠路由信息找出通讯线路节点并挖按成数据传输，这就无需提前进行呼叫并建立连接，在传输耗时上得以大幅减少。因此综合来看，报文交换技术的优势主要体现在可一次性传输的数据容量大，而且无需提前建立连接，耗时较少。而且在无需提前建立连接的前提下，该方式可以直接将报文传输至多个目标站点，不用按照预定的线路进行单一传输，在通讯效率方面有着显著增长。当然，该方式也有着一定缺陷，包括无法实现实时或者交互式通讯，延时较高，一次性传输过多数据可能出现报文丢失的情况，成本高昂等。
2.3分组交换技术
分组交换实际上就是利用分组终端，将需要传输的数据信息分割为多个数据段，然后通过节点完成传输。简单来说，该方式就是将原本的数据信息进行分割，并将分割后的新数据通过不同的节点进行传输，从而选择最佳的路由与线路。而接收端在接收这些信息后，只需要依照原本的顺序进行还原组合即可。这种方式最大的特点就在于能够将数据进行分割并分开进行传输，从而能够选择更加合适的、多元化的传输路径，不管是传输速度还是质量都有着一定保障。该方式还能实现不同类型终端间的有效通讯，在适用性方面有着巨大优势。不过该方式对技术有着较高要求，目前还难以推广。
2.4帧中继技术
帧中继技术实际上就是一种简化的X.25广域网技术，即在传统的物理线路上建立多条虚拟电路。这些虚拟线路同样有着独特的标识，并能够与相应的对端接口实现有效连接，从而提供数据传输通道。该技术的优势在于以光纤作为介质，故而具有光纤传输的大量优点，如传输质量高、吞吐量大、资源利用率高等。不过，该技术本身有着实时传输性能不佳的缺陷，并且对线路质量及终端设备智能化要求偏高。
2.5光交换技术
2.5.1光交换矩阵技术发展现状
光交换矩阵可以实现光束在时间、空间、波长等维度上的切换，是光通信、光计算机、光信息处理等光信息系统的关键器件。通常来说，光交换矩阵的性能由开关单元、切换机制和互连结构等多方面因素决定。表1中，我们对目前具备商用可能性的光交换矩阵的相关性能进行了分析比较。其中，基于微机电系统（MEMS）和波束控制（Beam-Steering）的开关矩阵已经达到商用成熟阶段，规模已经可以达到数百端口；纳秒级切换时间的光交换矩阵规模仍较小，依赖于模块多级级联，因此插损偏高。在近年来光交换矩阵的研究中，研究人员在驱动集成、片上放大、偏振不敏感方面做了大量的研究，结果表明光交换矩阵整体向着高可靠、低损耗、小功耗、小体积以及大规模方向发展。同时，近几年光交换矩阵在电信领域（光传送网（OTN）建设中需要构建大量的可重构型光分插复用器（ROADM）、光交叉连接（OXC）节点，光交换矩阵是搭建这些节点的基础模块）、网络测试领域有大规模应用的趋势。
2.5.2光收发节点技术
在传统的点对点光纤通信或光电路交换（OCS）系统中，光接收机一般接收另外一个固定节点发送的连续模式光信号，并从中检测出电信号。使用快速光交换的收发系统，是因为光信号的非连续性：除了满足传统光接收机所要求的高灵敏度外，还要有较大的动态范围和快速的响应能力，即突发模式接收技术。光突发模式接收机主要由信号整形、突发同步和数据恢复3大部分组成。表2中，我们对传统接收机与突发模式接收机相关性能要求进行了比较。其中，对于突发模式信号，两相邻突发分组信号间有相位突变。在这种情况下，要避免使用传统的交流耦合方式。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因光接收机在交流耦合之后，要对信号进一步放大，再进行整形和判别输出；而突发信号的不均衡，其直流成分（均值）发生漂移，要影响到后面放大器的直流工作点，使其不能稳定工作。此外，判决电路对幅度不均衡信号进行判决时，要么会出现小信号的丢失，要么会出现大信号的脉宽失真。上述原因都是研制高速突发接收模块的需要解决的技术难题。
2.5.3全光交换网络相关技术
依赖于不同维度的光开关器件的研究进展，基于光交换的DCN近年来得到广泛关注，包括IBM、Google在内的大量企业与研究机构在数据中心内也进行了大量的尝试与实验。开放式可插拔规范（OPS）、光突发交换技术（OBS）需要复杂的冲突避免机制，需要在光缓存器件、光逻辑器件等方面进行技术突破；光电路交换（OCS）相关技术的成熟度较高，光时隙交换次之，光时隙交换系统依赖于快速光交换器件；收发模块方面，除OCS外，其他交换机制的实现均依赖于突发模式收发技术。综合分析上述多方面因素，光时分复用（OTDM）系统在数据延时、控制时效性等方面有一定的优势，混合波分复用（WDM）的OTDM系统可以作为一种实现数据中心内动态光互连拓扑重构的可行方案；而OCS机制比较适合于可以提前预知流量变化的场景。
2.5.4低延时或确定性延时控制技术
为了满足光电混合网络对动态业务实时调度的要求，需要极大提升现有网络控制平面的时效性，包括有效降低控制软件的响应时间及其抖动，降低控制消息传递时延及其抖动。传统网络控制系统（如软件定义网络控制器）响应时间随网络负载差异较大，业务响应时延基本保持在百毫秒到秒级；控制消息传递的时延与抖动也无法有效控制。如果实时网络控制系统的时延抖动过大，会引起网络协议振荡，最终导致网络稳定性变差。为了提升控制效率，软件加速技术、国际互联网工程任务组（IETF）（DetNet）和IEEE802.1时间敏感网络（TSN）等确定性网络低延时传输技术、控制系统与收发节点的高精度时间同步技术都将是提升控制系统时效性的关键手段。
2.5.5基于通信模式的拓扑重构
电交换网络适合针对老鼠流进行灵活分发，而光交换网络提供了可重配置的快速光通道，为突发的大象流业务按需提供实时的高速连接。为了达到上述目的，需要在数据中心中部署知识平面、智能控制平面来实现流量的高效感知和光电混合网络的实时控制。在该体系中，首先通过知识平面对数据中心业务进行感知与分析，可以充分利用sFlow、NetFlow等基于报文随机采样的网络流量监测控制技术。这些技术可以实时完整地提供全网范围的数据链路层、网络层和传输层的网络流量信息，进而对网络流量进行实时的分析与分类，与网络控制平面形成联动，再根据业务需求实时改变网络拓扑，在数据面实现相应流量的高效汇聚与转发。同时，在数据平面拓扑构造方面，通过电交换设备和点到点光链路构成DCN基础拓扑，使其具备基本的连通性，再通过光交换矩阵连接必要的节点，如接入层架顶交换机（ToR）或汇聚层ToR构成可重构的高速互连拓扑。
2.6物联网技术
随着现代通信工程的快速发展，物联网已经成为互联网发展的重要方向，并在人们的生活与工作中得以广泛应用。虽说当前4G网络还难以完全满足物联网应用需求，但是随着5G时代的到来，这一问题将迎刃而解。对计算机网络数据通讯而言，物联网的发展同样对其数据交换技术提出了更高要求，主要体现在对数据的自动化、智能化处理上，实现基于人工智能的万物互联。其中，无线接入技术与人工智能技术是计算机网络支持物联网发展的重要技术，在近年来得以大量研究并取得一定程度的应用。
3数据通信交换技术发展需要注意的问题及发展趋势
3.1注意问题
3.1.1注重实效性
在生活发展节奏不断夹克环境下，人们给网络提出了严格的要求，人们之间信息传递逐渐频繁，如果脱离网络，使得我们生活脚步逐渐迟缓，缺少实时交流。近几年来，随着网络技术的快速发展，带动了人们的发展，因此，要求网络数据通信交换技术具备较强的效率性和时效性。
3.1.2注意规避风险
不管应用哪种技术，都需要做好风险防范工作，特别是和我们实际生活有着直接关联的电子技术，网络技术通信交换已经步入到各个领域中，和我们日常工作和生活有着直接关联，能够促进各个数据之间的传递和共享。假设在此过程中出现一些漏洞，必将会造成网络系统安全问题出现。因此，需要加强风险评判和防范。为了保证人们的网络安全，在网络数据通信交换技术发展过程中，应该综合思考风险问题，并采取对应的风险防范和处理对策。
3.2发展趋势
在近几年发展进程中，出现了几种新型通信数据交换技术，如波分光交换技术、时分光交换技术、波分及时分结合交换技术等。其中波分光交换技术主要是以波分复用技术为依据，通过改变波长，实现高速信息交换。由于波分光具有多个输入输出光纤，且每一输入输出光纤具有多载波信号，其可在解复用器、复用器间实现高效数据信号转换；而时分光交换技术主要是依据时分复用基础，在时隙转换原理的指导下，进行光交换。时分光交换技术可以将单一时分复技术转化为时间分化信号。并设定若干个相同帧长度的时隙。同时将各时隙经光缆与其他信号相连，实现实时动态信息交互；波分及时分结合技术可以在波分、时分技术间灵活转换，数据信息传输效率较高。除此之外，ATM信元交换技术在近期计算机网络传输中也得到了一定的应用，ATM信元交换技术主要是在传统交换方式的基础上，依据包交换原理，进行的数据交换模式。ATM信元交换技术广泛应用于综合宽带业务中数据网络传输模块。其最大程度保留了物理线路交换优势，可以实现在帧中灵活交换数据包。ATM信元交换技术中光纤为主要传输介质，相关用户可以直接通过光纤链接与其他人员进行信息交互。整体传输过程中传输错码率较低，且流量损耗量较低。在网络数据通信交换技术全面发展的环境下，可以将其划分为电传输环节、光传输环节、网络交换环节等。在传统模式中，网络通信一般涉及了数据交换以及电传输，和之前进行比较，也可以实现光信号的传递。在这种情况下，应该配备充足的光电转换设施。从光传输角度来说，传输终端可以承载电信号，近几年来，随着商业化水平的不断提升，光包以及光路等数据传递添加了诸多新特征。例如，ATM 交换模式中融合了信元交换，在建设包交换以及传统交换体系的同时，在更高层级中结合了宽带综合性业务，在连通信元以后，能够设定实时性的业务流程，更好的满足业务发展要求。
结束语
综上所述，在光纤技术不断发展进程中，光交换技术逐步取代了传统计算机网络通信交换技术，成为计算机网络通信主要应用技术。但是由于光交换技术应用时间较晚，整体发展还不够成熟，在实际应用中出现了一些问题。据此，相关人员应根据现阶段计算机网络数据传输要求，依托计算机网络通信数据交换技术原理，充分利用光交换及ATM技术优势，进行多种新型通信数据交换技术的组合研发，以便为后期计算机网络技术发展提供一定的帮助。
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论文作者:张喜军
论文发表刊物:《防护工程》2019年15期
论文发表时间:2019/12/2
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