计算机网络PPT第3章.

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1、第3章 数据交换技术 3.1 电路交换 3.2 报文交换 3.3 分组交换 3.4 宽带交换 1.5 小结 习题 3.1 电路交换 3.1.1电路交换过程 电路交换技术与电话交换机类似。其特点是 进行数据传输前，首先由用户呼叫，在源端与目的 端之间建立起一条适当的信息通道，用户进行信息 传输，直到通信结束后才释放线路。 电路交换通信的基本过程可分为电路建立、数据 传输、电路拆除三个阶段。 1 电路建立阶段 如同打电话先要通过拨号在通话双方间建立起一条通 路一样，该阶段是在数据传输之前，主叫用户发出 呼叫请求，由交换装置沿途接通一条物理通路，即 建立站到站的线路。例如，主机H1要与主机H4传 输

2、数据，那么首先要通过通信子网，在H1与H4之 间建立一个连接。见图。 H1 H6 H5 H4 H2H3 2数据传输阶段 在H1与H4通过通信子网的物理电路连接建立以后， 数据就可以在主机H1与H4之间进行实时、双向的 交换。在整个数据传输过程中，所建立的电路必须 保持连接状态。 3电路拆除阶段 数据传输结束后，要进行线路拆除即终止连接，以便 释放电路。由某一方（H1或H4）发出“释放请求包 ”，另一方同意结束传输拆除线路时，发送“释放应 答包”；然后逐点拆除到对方节点，结束此次通信 。被拆除的线路空闲后，可被其它通信使用。 电路交换的特点是： （1） 在通信开始时要首先建立连接。 （2） 一个

3、连接在通信期间始终占用该电路，即使该连 接在某个时刻没有数据传送，该电路也不能被其它连 接使用，电路利用率低。 （3）交换机对传输的数据不作处理，对交换机的处理 要求简单，但对传输中出现的错误不能纠正。 （4）一旦连接建立以后，数据在系统中的传输时延基 本上是一个恒定值。 3.1.2 电路交换原理 电路交换按其交换原理可分为时分交换和空分交换两 种。 1时分交换 时分交换是时分多路复用的方式在交换上的应用。交 换系统通常包括若干条PCM复用线，用HW表示； 每条复用线又可以有若干个串行通信时隙，用TS表 示。时分交换是交换系统中PCM复用线上时间片 的交换，即时隙的交换。 （1）T接线器的基本

4、功能 T接线器的作用是完成在同一条复用线上的不同时隙 之间的交换。即将T接线器中输入复用线上某个时 隙的内容交换到输出复用线上的指定时隙。 （2）T接线器的基本组成 T接线器的结构见图。 话音存储器 控制存储器 SM CM S 信息S 命令字 SS SS （3）T接线器的工作方式 T接线器有两种控制方式：输出控制方式和输入控制 方式。 输出控制方式的工作原理见图（a）。 输入控制方式的工作原理见图（b）。 （a）输出控制方式 （b）输入控制方式 SM CM SM CM 信息S 15 信息S 30 读写 2空分交换 空分交换是指按空间划分的交换。即各次连接采 用不同的物理线路连接，从信息交换开始

5、直至结束 ，这条物理连接都是实际存在的，交换结束后，这 条线路就拆除释放。空分交换可以通过空间（S） 接线器来实现。 （1）S接线器的基本功能 空间接线器的作用是完成在不同复用线之间同一时 隙内容的交换，即将某条输入复用线上某个时隙的 内容交换到指定的输出复用线的同一时隙。由于交 换前后发生变化的是被交换内容所在的复用线，而 其所在的时隙并不发生变化，因此称其为空间交换 。 （2）S接线器的基本组成 下图为S接线器的基本组成。主要由一个连接n条输入线和n 条输出线的nn的电子接点矩阵、控制存储器组以及一些相关 的接口逻辑电路组成。通常这些电子接点是触点开关或电子 开关，只要控制这些节点的通与断

6、，即可在任一路输入线和 任一路输出线之间构成通路。控制存储器共有n组，每组控制 存储器的存储单元数等于复用线的复用度。 3.2报文交换 报文交换（Message Switching）方式是根据数 据特点提出来的。报文交换方式的数据传输 单位是报文，报文就是站点一次性要发送的 数据块，其长度不限且可变。不同的网络可 能采用的协议不同，因而报文信息格式也不 尽相同。 3.2.1报文交换原理 报文交换不需要在两个站之间建立专用通路，传送方式采 用存储转发方式。当一个站要发送一个报文时，它把一个 目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址 信息，把报文发送到下一个节点，然后逐个节点地转送到 目

7、的节点。每个节点在接收到整个报文后，要对它进行误 码检测，判断有无差错出现。若无错误，则再进一步判断 所收信息是应答信号还是报文信号。如是报文信号则接收 并暂存这个报文，同时向对方发送站发肯定应答信号，然 后进入所选路径的转发队列等候，直到利用路由信息找出 下一个节点的地址，再把整个报文传送给下一个节点，直 至目的终点站。若有错误，则拒绝存储报文信息，并发送 一个否定应答信号给前一节点要求重发。因此，端与端之 间无需先通过呼叫建立连接。 3.2.2 报文交换主要特征 （1）电路利用率高。 （2）传输可靠性高。 （3）报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，而电 路交换网络很难做到这一点。

8、（4）报文交换网络可以进行速度和代码的转换。 （5）可以截获发往未运行的终端的报文，然后存储或重新选 择到另一台终端的路径。 （6）如果由于某种原因，例如网络交换节点的故障是某一信 息丢失，可以通过校验信息编码来发现这个信息丢失，要 求重发该信息。 （7）能够建立报文的优先权。 报文交换的主要缺点是，它不能实时或交互式的通信要求， 报文经过网络的延迟时间长且不定。 3.3 分组交换 分组交换（Packet Switching）也是一种存储/转发的 方式，以分组（Packet）为单位在网内传输信息。 网络发送节点首先对从终端设备送来的数据报文进 行接收、存储，而后将报文划分成一定长度的分组 ，并

9、以分组为单位进行传输和交换。每个分组的传 送可以是独立的，互不相关的。接收节点接收来自 网络的具有该节点地址的分组，并重新将这些分组 组装成信息或报文。 3.3.1分组交换原理 分组交换有两种方式：虚电路（Virtual Circuit：VC ）方式和数据报（Datagram：DG）方式。1虚1. 虚电路方式 虚电路是指两个用户（数据终端设备：DTE）在进 行通信之前通过网络建立的逻辑上的连接，虚电路 交换是一种面向连接（Connection Oriented：CO） 的网络服务方式。整个通信过程包括呼叫建立、数 据传输和呼叫释放三个阶段，其工作过程类似于电 路交换方式。虚电路不是电路交换中的

10、物理连接， 而是逻辑连接，是“虚拟”的连接。虚电路并不独占 电路，在一条物理线路上可以同时建立多个虚电路 ，以达到资源共享。 2数据报方式 数据报是一种无连接（Connectionless：CL）的 网络服务方式。在数据报方式中，每个分组是单独 传送的，就像报文交换中的报文一样。每个分组称 为一个数据报，每个数据报都包含源和目的节点的 地址信息。当一个节点收到一个数据报后，根据数 据报中的地址信息和当前网络的工作状态，为每个 数据报选择传输路径。当某个站点要发送一个报文 时，先把报文拆成若干个带有序号和地址信息的数 据报，依次发送到网络节点上。因此，数据报经过 网络可能会有不同的路由，不能保证

11、按顺序到达接 收端，接收端必须对已收到的且属于同一报文的数 据报重新排序。 3分组交换的特点 （1）传输质量高 （2）对线路动态复用，传输效率高。 （3）可在不同终端之间通信 （4）提供可靠的服务质量（QoS） （5）经济性好 （6）为用户提供补助业务 3.3.2分组交换网 公用分组交换网的网络结构，根据网络的规模可 采用二级或三级结构。我国公用分组网（ CHINAPAC）采用三级结构，即国家骨干网、 省内网和本地网三级。国家骨干网由设置在直 辖市、省会和自治区首府等骨干节点所组成， 省内网由设置省内或自治区内的各城市的省内 节点组成，本地网可根据需要建立，它由城市 或地区的本地节点所组成。

12、3.4 宽带交换 随着数据通信的快速发展，其应用范围也越来越 广。现有的交换技术，已远远不能满足信息化社 会的需求，例如，声频、视频、数字、图像等多 种媒体的传输要求高速、宽带的通信网。过去普 遍采用的数据通信协议采用了一系列的技术来保 证传输的可靠性，这些技术都需要网络设备进行 复杂的协议处理，从而限制了网络吞吐量的提高 。因此需要一种新的数据通信技术，它只进行很 少的误码处理、具有极高的吞吐量和高效的处理 突发的能力。正是这些需求促进了宽带交换技术 的发展。 3.4.1 快速分组交换 快速分组交换并不是一种数据传送机制，它只是一 个总的概念，在实现的技术上有两大类：帧中继 （Frame R

13、elay）和信元中继（Cell Relay）。 帧中继非常适合于高速数据应用。在后面的章节将 详细介绍帧中继技术。 信元中继以分组交换原理，将数据分成信元在线 路上传输，信元的长度是固定的53个字节，信元 通过网络的传输时延是可以预测的。异步传输模 式(ATM)是信元中继的传输和交换技术。 3.4.2 ATM交换 异步传输模式ATM(Asynchronous Transfer Mode)是信元中继的传输和交换技术。在这种传 输模式中，信息被组织成固定长度的信元(Cell)在 网络中传输和交换，包含一段特定用户信息的信 元并不需要周期性地出现在信道上。ATM是面向 连接的，它是通过建立虚电路来进

14、行数据传输的 。 1ATM信元 在ATM中，信元是信息传输、复用和交换的基 本单位。每个信元都有固定的长度，共有53个 字节，其中5个字节是信头（Header）48个字节 是信息段（Information field）。信头包含各种 控制信息，主要是信元的路径信息、优先级、 一些维护信息和信头的纠错码。信息段中包含 来自各种不同业务的用户数据，这些数据透明 的穿越网络。信元的格式与业务类型无关，任 何业务的信息都同样的被分割封装成统一格式 的信元。 2ATM工作方式 ATM采用异步时分复用方式。在这种复用方式中 ，来自不同用户的信元被逐个输出到传输线路 ，形成信息流。信元的信头中包含的VPI/VCI标 识，用来说明该信元所属的虚连接。具有同样 标识的信元在传输线上不对应某个固定的时隙 ，在线路上的出现不具有周期性。这种复用方 式叫做异步时分复用，又叫统计复用。 ATM是面向连接的，由虚通道(VP)和虚信道(VC) 二级构成。 VC是一种用于描述具有相同VCI标识值的一种单 向传输ATM信元的概念；而VP则是一种用于描 述那些具有相同VPI标识值，且属于不同VC的 单向传输ATM信元的概念。VP和VC的关系见 图。 物理信道 VP VP VP VC VC VC VP VP VP VC VC VC 3ATM连接的建立 ATM中的连接可以是点到点的连接，也可以 是点到多点或多点到多点