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1、,数据交换也称数据通信，是现代信息技术中的一个重要组成部分，它是计算机科学与通信科学相结合的产物，是把通信技术中的信息传输、交换同计算机技术中的数据处理、加工及存储有机结合而形成的一种通信方式。数据通信网的建立与应用，极大地推动了数据通信技术的发展，也为更大规模的生产活动、更大范围的信息资源共享提供了必要的条件。,第2章 数据交换系统,计算机的输入和输出都是数据信号，因此数据通信是计算机和通信相结合而产生的一种通信方式。 数据通信可定义为“用通信线路将远地的数据终端设备与主计算机连接起来进行信息处理”，以实现硬件、软件和信息资源共享。,2.1 数据通信基础,通信对象不同 对可靠性的要求不同 通
2、信的持续时间不同 通信中的信息特性不同 对实时性要求不同,数据与话音的区别,电路交换 报文交换 分组交换,数据通信的交换方式,分组交换,分组交换是将用户发送的一整份报文分割成若干个固定长度的数据块（也叫“分组”），让这些分组以“存储转发”方式在网内传输。,数据通信系统的组成,分组交换方式首先把来自发信终端的数据暂存在交换机的存储器里，接着在网内高速存储和传送，最后传递到收信终端。分组是将整个报文划分成一定大小的块（也叫小包），再加上接收地址和控制信息（也叫标签）所构成的信息传送单位。,2.2 分组交换,分组的形成,分组交换的过程,在数据报方式中，分组头部装载有关目的地址的完整信息，以便分组交换
3、机选择路径。这种方式不需要经历呼叫建立和呼叫清除阶段，对短报文通信传输效率比较高，这一点类似数据的报文交换方式。这种方式的特点是数据分组传输时延较大，但对网络故障的适应性强，一旦某个经由的分组交换机出现故障，可以另外选择传输路径。,数据报方式,两个用户终端设备在开始互相传输数据之前必须通过网络建立逻辑上的连接，每个分组头部指明的只是虚电路标识号，而不必直接是目的地址信息。数据分组按已建立的路径顺序通过网络，在网络终点不需要对数据重新排序，分组传输时延小。 虚电路方式的特点是：一次通信具有呼叫建立、数据传输和呼叫释放三个阶段；数据分组中不需要包含终点地址，对于数据量较大的通信传输效率高。虚电路分
4、组方式的通信过程类似于电路交换过程。,虚电路方式,虚电路可以是永久连接,也可以是临时连接。永久连接的称为“永久虚电路”,用户在向网络预约了该项服务之后,就在两个用户之间建立起永久的虚连接,用户之间的通信直接进入数据的传输阶段,就好象具有一条专线一样,可随时传送数据。临时连接的称为“交换虚电路”,用户终端在通信之前建立虚电路，通信结束后就拆除虚电路。,虚电路的连接,交换虚电路的建立,在虚电路方式下，虽然没有为各个数据终端分配固定的物理上的信道，但是通过对数据分组的编号，仍然可以把各个终端的数据在线路上严格地区分开来，就好像线路也分成了许多信道一样，每个信道用相应的号码表示，因此把这种信道称为逻辑
5、信道。,逻辑信道,分组交换中，多个用户可以共同使用一条虚电路，这实际上也是一种复用，可以叫作为异步时分复用。从电路交换的同步时分复用到分组交换的异步时分复用，本质上来说，就是对信道资源的利用方式不同，或者说是分配资源的思想不同。对同一个物理链路资源，不同的复用方法，实际就是不同的资源分配方法，对应电路交换和分组交换，有两种资源分配方法，即固定分配资源法和动态分配资源法。,信道资源的分配方式,固定分配资源法也称为预分配资源方法，它是根据用户要求预先把线路传输容量的某一部分固定地分配给某个用户。如时分复用中，它采取的方式是把线路传输时间轮流分配给每个用户，每个用户只在分配的时间里向线路发送信息和接
6、收信息，当在分配的时间内用户没有信息要传输时，这段时间也不能由其他用户使用，而保持空闲状态，所以线路的利用率较低。 这种方法实现了多个用户对一条传输线路的资源共享，由于采用了固定分配方法，而使各个信道的传输出现较多的空闲状态，线路的传输能力不能得到充分的利用。这也是固定分配资源方式的不足之处。,固定分配资源方式,为了克服固定分配资源方式的缺点，采取用户有数据传输时才给他分配资源的方法，称为动态分配或按需分配。当用户暂停发送数据时，不给他分配线路资源，线路的传输能力可用于为其他用户传输数据。这种根据用户实际需要分配线路资源的方法也称为统计复用。这样每个用户的数据传输速率可以高于平均速率，最高可以
7、达到线路总的传输能力。例如，对32路的E1线路，传输速率为2Mbit/s，32个用户的平均速率为64kbit/s，当用固定分配复用方式时，每个用户最高传输速率为64kbit/s，而在统计复用方式下，每个用户的最高速率可以达到2Mbit/s (包含用户信息的分组头在内)。,动态分配资源方式,在统计复用方式下，各个用户数据在通信线路上互相交织传输，没有固定的时间位置，这样出现的新问题是，如何区分不同用户的数据？为了识别来自不同终端的用户数据，采取的措施是，在发送到线路之前先给这些数据打上与终端或信道有关的“标记”，通常是在用户数据的开头加上终端号或信道号，这样在接收端就可以通过识别用户数据的“标记
8、”把它们区分开来。这与日常生活中写信类似，需要在信封上写上收件和发件人的地址和姓名。,标记,公用分组交换网诞生于20世纪70年代，它是一个以数据通信为主要业务的公共数据网(PDN) 。在PDN内，各节点交换机间用存储转发的方式交换分组。为了使用户设备经PDN的连接能标准化，原CCITT在1976年制定了X.25协议标准，所以习惯上称PDN为X.25网。,公用分组交换网,X.25使得两台数据终端设备DTE可以通过现有的电话网络进行通信。为了进行一次通信，通信的一端必须首先呼叫另一端，请求在它们之间建立一个会话连接；被呼叫的一端可以根据自己的情况接收或拒绝这个连接请求。一旦这个连接建立，两端的设备
9、可以全双工地进行信息传输，并且任何一端在任何时候均有权拆除这个连接。,X.25网,X.25协议的分层结构,X.25的管理功能,流量控制是指通过一定的手段使得在网中各个链路上的信息流量都保持在一定的上限之下； 路由选择是指为网中的分组在多个可能的路由中选择一个合适的路由进行传输； 差错控制是指使用反馈重发方法来完成数据传输的质量保证措施。,流量控制的起因,(1)电路交换中，一对终端在通信时得到的一条信道是供该通信专用的，并可以满足其最大的通信能力要求，因此不需要排队。但在分组交换中，由于中继线路是多用户交叉复用的，所以必须用流量控制的方法来防止线路过分拥挤，导致数据分组排队等待时间过长。 (2)
10、由于用户终端的传输速率可能不一致，所以必须用流量控制的方法来调整终端发送数据的速率，以防止向慢速终端发送的数据分组太多，超出其接收能力。在电路交换中，所有终端的通信速率都是一样的，所以不存在这个问题。 (3)由于用户终端和交换机处理数据分组的能力限制，必须使用流量控制方法在其不能处理更多数据时抑制对方的数据发送。,流量控制的方法,实现流量控制的方法是在接收端给发送端发送特殊的数据分组，用该数据分组来控制发送端停止发送数据或重新开始发送数据。具体的流量控制方法有多种，一种常用的流量控制方法叫做“窗口法”。它把已经发送出去但尚未收到应答的数据分组数记为N，并令N不可大于某一常值W，W被称做窗口尺寸
11、。使用这种流量控制方法，只要控制应答的发送，就可控制对方发送信息的速率。这里窗口尺寸的选择很重要，如果W很大，则对流量控制的响应可能不够及时；同时W也不能太小，如果终端从发送一个数据分组到收到它的响应的时间是T，在这段时间内终端共可发送M个数据分组，而WM的话，则终端在任何时候都不能以全速发送数据，这样就造成传输效率不高。,路由选择的起因,路由选择功能并非是分组交换系统必须具有的，但是，在分组交换系统中增加一点简单的路由选择功能，就可以在很大程度上改善系统的性能。这是因为，在一个固定路由结构的网上，各条路径上的信息量往往是极不均匀的，有的路径空闲，有的路径则可能已经发生拥塞。而路由选择功能则可
12、以在一定程度“匀化”各个路径上的业务量。 由于数据业务具有高度突发性，因此在运行中，网络各部分的负荷分布会有很大的波动，合理选择分组的路由，不但可以迅速而可靠地把分组传输到目的地，而且可以保证现有其他数据呼叫的性能不受影响。,路由选择的方法,路由选择是网络提供的功能，不同的分组交换网有其各自不同的路由选择方法。 按路由选择准则划分，有最短路径法、最小时延法和最低费用法。这里，路径的定义比较清晰；各网时延的测量有其不同的定义，比较复杂；费用则是由链路长度、数据率、是否要保密、传输时延、链路差错率情况等一个或多个因素综合确定，定义并不统一。 按路由选择对网络变化的适应性划分，有静态法和动态法。前者
13、或者不需要路由表，或者采用固定的路由表，因此不需要考虑传送网络变化信息的协议；后者的路由表将随着网络负荷的变化和网络拓扑的变化动态调整。 按路由表调整的方式划分，有分布式和集中式两种方式。前者由各个交换结点根据收到的网络变化信息自行调整其路由表；后者是各个节点将变化信息集中传送到网管中心，由网管中心统一调整路由表后下载到各个节点。,差错控制的起因,信号在物理信道中传输时，线路本身电器特性造成的随机噪声、信号幅度的衰减、频率和相位的畸变、电器信号在线路上产生反射造成的回音效应、相邻线路间的串扰以及各种外界因素（如大气中的闪电、开关的跳火、外界强电流磁场的变化、电源的波动等）都会造成信号的失真。在
14、数据通信中，将会使接受端收到的二进制数码和发送端实际发送的二进制数码不一致，从而造成由“0”变成“1”或由“1”变成“0”的差错。,差错控制的方法,在分组交换系统中，使用反馈重发方法来完成数据传输的差错控制。基本做法有以下两种。 第一种做法是：如果接收端发现接收的数据分组是有差错的，就向发送端发出“重发请求”，发送端收到“重发请求”后，重发数据分组，如此循环交替，直到收到正确的数据分组为止。 第二种做法是：接收端只对接收的正确数据分组向发送端发出确认应答，如果发送端在一定时间内收不到确认应答，或发现确认和数据分组序号不连续，就重发没有确认的数据分组。,帧中继又叫快速分组交换。它是在分组交换原理
15、的基础上发展起来的，而对原来的分组交换协议进行了简化。通常，在第3层传送的数据单元称为分组，在第2层传送的数据单元称为帧。所以帧交换是将用户信息流以帧为单位在网络内传送的一种交换方式。,2.3 帧中继,局域网和广域网,局域网（LAN）是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。某一区域指的是同一办公室、同一建筑物或同一学校等，一般是方圆几千米以内。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。局域网是封闭型的，可以由办公室内的两台计算机组成，也可以由一个公司内的上千台计算机组成。 广域网（WAN）是一种跨接范围很大的计算机网络，从几十公里
16、到几千公里，它能连接多个城市或国家。广域网中的通信主要使用分组交换技术，可以利用公用分组交换网将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。通常广域网的数据传输速率比局域网低，而信号的传播延迟却比局域网要大得多。,主要局域网技术,局域网的不足,广域网的作用,X.25的局限,早期的计算机网，信道误码率高，设备可靠性差，为了保证信息传输的正确性，在数据链路层的帧中设置了FCS字段，进行差错控制，发现差错立即重发，而且在每个节点都进行这种检测，因此限制了传输速率。 在数据链路层和网络层要求目标节点对所收信息进行确认。当源节点发现已超时，但尚未收到确认信息，立即重发该帧，这也会影响传输速率。 由于采用自动请求重发差错控制和滑动窗流量控制机制，导致数据分组经过网络的时延和时延抖动加大。,对广域网提出的更高要求,一是应有更高的传输速率。目前吉比特的LAN已问世。此外，交换大容量文件和图像都要求WAN具有高速率。X.25的64kbit/s的速率不能满足要求。 二
