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4-4 分封交換技術
4-4-1 分封交換的 運作程序 『分封交換』（Packet Switching）技術是一種連接導向服務，通訊雙方事先必須建立連線。運作方式如下：首先工作站發出要求連線訊號，該訊號攜帶著目的位址和來源位址，由原始端點開始尋找可以到達目的地的下一個端點路徑，如找到就將連線訊號傳送給下一個端點，並在端點上註冊該訊號經過的鏈路。如此，一個端點傳給下一個端點，並在每一個端點紀錄要求連線訊息的鏈路，一直到達目的地。目的工作站回應是否同意連線訊息時，就依照要求連線所註冊的路徑傳回給要求連線端，雙方傳送訊息就依照所註冊的連線傳送。 要求連線時所經過的端點，都有註冊連線鏈路，但這只是登錄並未實際佔有，以後在傳送資料時，每一個端點依照事先登錄的路徑傳送，因此稱之為『虛擬電路』（Virtual Circuit）。訊息在虛擬電路上傳送時，並不保證下一個路徑是空閒的，也就是說，所登錄的路徑也有可能被其他連線佔用。所以訊息到達某一端點並不保證可以即時往下一個端點傳送，訊息也必須儲存在端點上等待下一個路徑是否空閒，因此也具備有『儲存再往前送』（Store-and-Forward）的功能。 我們可以發現，虛擬電路具有儲存再往前送功能，因此在每一個端點上必須有大量的緩衝器儲存訊息。為了提高傳輸效率及減低端點的儲存空間，我們將欲傳送的訊息分割成若干個較小的封包，每個封包上都給於順序編號，稱之為『分封包裝』（Packet Encapsulation）。傳送訊息時，再依照封包序號發送到網路上，也許每一個封包上網路上會有不同延遲的時間，但因為每一個封包都是依照事先建立的路徑傳送資料，所以到達目的地時也會依照原來的封包順序排列（In-order）。也可以發現，每一個封包經過端點到端點之間都是儲存再前送，在端點之間就可以完成錯誤控制，因此當封包到達目得地時應該沒有錯誤。又在每一端點之間針對小封包做錯誤檢出，錯誤檢出率也較高；並且發生錯誤時，只要針對故障的封包要求重新傳送，也可以提高整體傳輸效率。 總而言之，訊息傳送前將其分封為若干個封包，再依照事先建立的虛擬路徑傳送，因此稱之為『分封交換』（Packet Switching）技術。在每一個端點上都必須具有分封交換功能，因此網路上的端點稱為『分封交換機』（Packet Switch）。 如圖 4-4 所示，工作站 A 希望將訊息傳送給工作站 D。其動作步驟如下：(1) 首先工作站 A 將訊息分割若干個封包並依序編號，每個封包固定大小（或某一長度範圍內） (2) 工作站 A 發出要求連線訊號進入 node1，node1 依照其目的位址尋找出下一個端點（node2），並將 node1 到 node2 之間的虛擬路徑登錄下來。再由 node2 尋找下一個端點路徑。依此類推，所建立並保留的路徑為 node1 → node2 → node5 → node6 → 工作站 B。(3) 工作站 B 收到要求連線訊號，判斷是否同意連線，並將回應訊號依照保留路徑，傳送給工作站 B（node6 → node5 → node2 → node1 →工作站 A）。(5) 工作站 A 收到回應訊號再依照路徑將訊息封包依序（編號 1、2、3、4、）發送到網路上。(6) 工作站 B 將按順序到達的封包組合回原來訊息。(7) 工作站 A 在訊息發送完後，送出要求斷線的訊號進入 node1，node1 也發送要求斷訊訊號給 node2 並釋放該連線，依此類推，工作站 D 接收到要求斷線訊號並釋放所有虛擬路徑。工作站 D 再將依序收到的封包組合回原來的訊息。一般網路上對於分割封包和組合封包的工作都是由上一層（傳輸層）的通訊軟體來完成，網路層只負責分封交換的工作。 圖 4-4 分封交換技術 4-4-2 分封交換的優點 (1) 可靠性高：結合電路交換和訊息交換技術的優點，提供一個可靠性的傳輸。而且分封成小封包，每一封包的延遲時間也相對較短。 (2) 即時性較高：建立虛擬路徑後再傳送，對於封包在網路上的延遲時間比較容易預估，如使用在即時性較高的應用上，也較能夠事先用其他方法來克服時間延遲的問題。 (3) 線路使用率高：虛擬路徑建立後並未佔有，因此網路的使用率高。 (4) 適用範圍：可靠性要求較高的中小型網路。 4-4-3 分封交換的缺點 ● 大網路費用高：分封交換網路上每一端點都必須設有分封交換機，在較大網路上設備費用過於龐大（如網際網路）。 ● 小訊息效率低：在大網路上，只傳送小訊息就必須事先建立連線，效率低、浪費資源（如E-mail）。 4-4-4 各種交換技術的比較 圖 4-5 為上述三種交換技術的比較時序圖。在圖中斜線表示經過每一個端點的延遲時間。電路交換的延遲主要是發生建立連線時，但連線成功後便佔有該線路，爾後再傳遞訊息的延遲時間便較短，因此較適用於即時性的傳輸訊息，如語音或視訊傳送。分封交換技術中雖然建立了連線但並未佔有，因此不論回應訊息或傳遞封包，在每一端點之間都有不一定的延遲時間；雖然即時性方面沒有電路交換技術好，但是透過虛擬路徑整體延遲時間還是可以預估到，而且到達的封包也按照順序，還是可以應用在傳送經過壓縮的語音或視訊。如以傳輸速率來講，訊息交換傳輸速率最快，但傳送前並未建立連線，而且是整個訊息一起傳送也一起延遲，因此並不適合即時性的訊息傳送，主要應用於資料傳輸。
圖 4-5 各種交換技術之比較 在連結交換技術下，各端點的交換機並不同於一般交換器（如，Ethernet Switch 或 IP Switch）。一般交換器只針對進入的封包（或訊框）依照其目的位址轉送到另一個埠口上（Port），並不具有路徑選擇的功能，只限制於交換器本身的運作。然而交換機不但具有路徑選擇功能，而且它的連線是屬於交換機之間共同來達成，目前 ISDN 或 ATM 交換機都採用這種技術模式運作。 |
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