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1、第三章数据通信的基本原理主要内容3.13.1数据通信的理论基础数据通信的理论基础3.1.13.1.1傅立叶分析傅立叶分析3.1.23.1.2有限带宽信号有限带宽信号3.1.33.1.3信道的最大数据传输速率信道的最大数据传输速率3.23.2数据通信技术数据通信技术3.2.13.2.1数据通信系统的基本结构数据通信系统的基本结构3.2.23.2.2数据编码技术数据编码技术3.2.33.2.3多路复用技术多路复用技术3.2.43.2.4通信线路的通信方式通信线路的通信方式3.33.3通信交换技术通信交换技术3.3.13.3.1电路交换电路交换3.3.23.3.2报文交换报文交换3.3.33.3.3
2、分组交换分组交换3.3.43.3.4交换结构交换结构3.1 数据通信的理论基础 ( 1 )主要内容：主要内容：信号在通信信道上传输时的数学表示及其所受到的限制。信号在通信信道上传输时的数学表示及其所受到的限制。3.1.13.1.1傅立叶分析傅立叶分析 任何一个周期为任何一个周期为T T的有理周期性函数的有理周期性函数 g(t) g(t) 可分解为若干项可分解为若干项（可能无限多项）正弦和余弦函数之和：（可能无限多项）正弦和余弦函数之和：g(t) = c + g(t) = c + + + f = 1/Tf = 1/T基本频率基本频率a an n, , b bn nn n次谐波项的正弦和余弦振幅值
3、次谐波项的正弦和余弦振幅值3.1 数据通信的理论基础 ()已知已知 g(t)g(t)，求，求c, ac, an n, , b bn n1) 1) 将等式两边将等式两边从到积分从到积分可得可得c cc = c = 2)2) 用用sin(2sin(2 kft)kft)乘等式两边，并从到积分，可得乘等式两边，并从到积分，可得a an n a an n = = 3)3) 用用cos(2cos(2 kft)kft)乘等式两边，并从到积分，可得乘等式两边，并从到积分，可得b bn nb bn n = = 3.1 数据通信的理论基础 ( 3 )3.1.2有限带宽信号 (Bandwidth Limited S
4、ignals)对于二进制编码，其输出电对于二进制编码，其输出电压波形为：压波形为： g(t) = g(t) = 3.1 数据通信的理论基础 ( 4 )其傅立叶分析的系数为：其傅立叶分析的系数为：a an n = = cos( cos( n/4) - cos(3 n/4) - cos(3 n/4) + cos(6 n/4) + cos(6 n/4) - n/4) - cos(7 cos(7 n/4)n/4)b bn n = = sin(3 sin(3 n/4) - sin( n/4) - sin( n/4) + sin(7 n/4) + sin(7 n/4) - sin(6 n/4) - sin
5、(6 n/4)n/4)c = 3/8c = 3/8Fig. 2-1Fig. 2-1信号在信道上传输时的特性：信号在信道上传输时的特性：对不同傅立叶分量的衰减不同，因此引起输出失真；对不同傅立叶分量的衰减不同，因此引起输出失真；信道有截止频率信道有截止频率f fc c, 0 , 0 f fc c的振幅不衰减，的振幅不衰减， f fc c以上的振幅衰减厉害，这主以上的振幅衰减厉害，这主要由信道的物理特性决定，要由信道的物理特性决定， 0 0 f fc c称为信道的有效带宽；称为信道的有效带宽；实际使用时，可以接入滤波器，限制用户的带宽；实际使用时，可以接入滤波器，限制用户的带宽；通过信道的谐波次数
6、越多，信号越逼真。通过信道的谐波次数越多，信号越逼真。3.1 数据通信的理论基础 ( 5 )波特率（波特率（baudbaud）和比特率（和比特率（bitbit）的关系：的关系：波特率：信号每秒钟变化的次数，也称调制速率。波特率：信号每秒钟变化的次数，也称调制速率。比特率：每秒钟传送的二进制位数。比特率：每秒钟传送的二进制位数。波特率与比特率的关系取决于信号值与比特位的关系。波特率与比特率的关系取决于信号值与比特位的关系。例：每个信号值可表示位，则比特率是波特率的倍；例：每个信号值可表示位，则比特率是波特率的倍； 每个信号值可表示位，则比特率和波特率相同。每个信号值可表示位，则比特率和波特率相同
7、。对于比特率为对于比特率为bpsbps的信道，发送位所需的时间为的信道，发送位所需的时间为 8/B8/B秒，若秒，若位为一个周期，则一次谐波的频率是：位为一个周期，则一次谐波的频率是：f f1 1 = B/8 Hz = B/8 Hz能通过信道的最高次谐波数目为：能通过信道的最高次谐波数目为：N = N = f fc c / f / f1 13.1 数据通信的理论基础 ( 6 )音频线路的截止频率为音频线路的截止频率为3000Hz3000HzN = N = f fc c / f / f1 1 = 3000/(B/8) = 24000/B= 3000/(B/8) = 24000/BFig. 2-2
8、Fig. 2-2结论结论：即使对于完善的信道，有限的带宽限制了数据的传输速率。3.1 数据通信的理论基础 ( 7 )3.1.33.1.3信道的最大数据传输速率信道的最大数据传输速率19241924年，奈魁斯特（年，奈魁斯特（H. H. NyquistNyquist）推导出推导出无噪声有限带宽信道无噪声有限带宽信道无噪声有限带宽信道无噪声有限带宽信道的最大的最大数据传输率公式：数据传输率公式：最大数据传输率最大数据传输率 = 2Hlog= 2Hlog2 2V (bps)V (bps)任意信号通过一个带宽为的低通滤波器，则每秒采样次就能完任意信号通过一个带宽为的低通滤波器，则每秒采样次就能完整地重
9、现该信号，信号电平分为级。整地重现该信号，信号电平分为级。19481948年，香农（年，香农（C. ShannonC. Shannon）把奈魁斯特的工作扩大到信道受到把奈魁斯特的工作扩大到信道受到随机随机随机随机（热）噪声（热）噪声（热）噪声（热）噪声干扰的情况。干扰的情况。热噪声出现的大小用信噪比（信号功率与噪声功率之比）来衡量。热噪声出现的大小用信噪比（信号功率与噪声功率之比）来衡量。：信号功率，：信号功率，：噪声功率：噪声功率10log10log1010S/NS/N单位：分贝（单位：分贝（dbdb）3.1 数据通信的理论基础 ( 8 )香农的主要结论是：香农的主要结论是： 带宽为带宽为
10、H H 赫兹，信噪比为赫兹，信噪比为S/NS/N的任意信道的的任意信道的最大数据传输率为最大数据传输率为最大数据传输率最大数据传输率 = Hlog= Hlog2 2(1 + S/N) (bps)(1 + S/N) (bps)电话系统的典型信噪比为电话系统的典型信噪比为30db;30db;此式是利用信息论得出的，具有普遍意义；此式是利用信息论得出的，具有普遍意义；与信号电平级数、采样速度无关；与信号电平级数、采样速度无关；此式仅是上限，难以达到。此式仅是上限，难以达到。3.2 数据通信技术 ( 1 )主要内容：主要内容：数据在通信信道上的各种传输方式及其所采用数据在通信信道上的各种传输方式及其所
11、采用的技术。的技术。3.2.1数据通信系统的基本结构基本结构基本结构数据传输数据传输计算机信号变换器计算机信号变换器信道差错控制3.2 数据通信技术 ( 2 )数据表示和传输方式数据表示和传输方式数据表示数据表示数据：数据：模拟数据模拟数据 (Analog Data)(Analog Data)连续连续值值数字数据数字数据 (Digital Data)(Digital Data)离散值离散值数据传输方式数据传输方式信号：信号：模拟信号模拟信号 (Analog Signals)(Analog Signals)数字信号数字信号 (Digital Signals)(Digital Signals)信号
12、发送方式：信号发送方式： 模拟信号发送（模拟信道）模拟信号发送（模拟信道）数字信号发送（数字信道）数字信号发送（数字信道）3.2 数据通信技术 ( 3 )模拟信号发送模拟信号发送：模拟数据（声音）模拟数据（声音）模拟信号模拟信号数字数据（二进制脉冲）数字数据（二进制脉冲）模模拟信号拟信号数字信号发送：数字信号发送：模拟数据模拟数据数字信号数字信号数字数据（二进制脉冲）数字数据（二进制脉冲）数数字信号字信号数字信号发送的优点是：价格便宜，对噪声不敏数字信号发送的优点是：价格便宜，对噪声不敏感；感； 缺点是：易受衰减，频率越高，衰缺点是：易受衰减，频率越高，衰减越厉害。减越厉害。电话系统调制解调器
13、MODEM编码解码器CODEC数字编码解码器3.2 数据通信技术 ( 4 )3.2.23.2.2数据编码技术数据编码技术研究数据在信号传输过程中如何进行编码（变换）研究数据在信号传输过程中如何进行编码（变换）数字数据的数字传输（基带传输）数字数据的数字传输（基带传输）基带：基本频带，指传输变换前所占用的频带，是原始信号所固基带：基本频带，指传输变换前所占用的频带，是原始信号所固 有的频带。有的频带。基带传输：在传输时直接使用基带信号。基带传输：在传输时直接使用基带信号。基带传输是一种最简单最基本的传输方式，一般用低电平表示基带传输是一种最简单最基本的传输方式，一般用低电平表示“ “0 0” ”
14、，高电平表示，高电平表示“ “1 1” ”。适用范围：低速和高速的各种情况。适用范围：低速和高速的各种情况。限制：因基带信号所带的频率成分很宽，所以对传输线有一定的限制：因基带信号所带的频率成分很宽，所以对传输线有一定的要求。要求。3.2 数据通信技术 ( 5 )常用的几种编码方式：常用的几种编码方式：1 1）不归零制码（）不归零制码（NRZNRZ：Non-Return to ZeroNon-Return to Zero）原理：用两种不同的电平分别表示二进制信息原理：用两种不同的电平分别表示二进制信息“ “0 0” ”和和“ “1 1” ”，低电，低电平表示平表示“ “0 0” ”，高电平表示
15、，高电平表示“ “1 1” ”。缺点：缺点： a a 难以分辨一位的结束和另一位的开始；难以分辨一位的结束和另一位的开始； b b 发送方和接收方必须有时钟同步；发送方和接收方必须有时钟同步； c c 若信号中若信号中“ “0 0” ”或或“ “1 1” ”连续出现，信号直流分量将连续出现，信号直流分量将累加。累加。结论：容易产生传播错误。结论：容易产生传播错误。2 2）曼彻斯特码（）曼彻斯特码（ManchesterManchester），），也称相位编码也称相位编码原理：每一位中间都有一个跳变，从低跳到高表示原理：每一位中间都有一个跳变，从低跳到高表示“ “0 0” ”，从高跳到，从高跳到低
16、表示低表示“ “1 1” ”。优点：克服了优点：克服了NRZNRZ码的不足。每位中间的跳变即可作为数据，又可码的不足。每位中间的跳变即可作为数据，又可作为时钟，能够自同步。作为时钟，能够自同步。3.2 数据通信技术 ( 6 )3 3）差分曼彻斯特码（）差分曼彻斯特码（Differential ManchesterDifferential Manchester）原理：每一位中间都有一个跳变，每位开始时有跳变表示原理：每一位中间都有一个跳变，每位开始时有跳变表示“ “0 0” ”，无，无跳变表示跳变表示“ “1 1” ”。位中间跳变表示时钟，位前跳变表示数据。位中间跳变表示时钟，位前跳变表示数据。
17、优点：时钟、数据分离，便于提取。优点：时钟、数据分离，便于提取。4 4）逢）逢“ “1 1” ”变化的变化的NRZNRZ码码原理：在每位开始时，逢原理：在每位开始时，逢“ “1 1” ”电平跳变，逢电平跳变，逢“ “0 0” ”电平不跳变。电平不跳变。5 5）逢）逢“ “0 0” ”变化的变化的NRZNRZ码码原理：在每位开始时，逢原理：在每位开始时，逢“ “0 0” ”电平跳变，逢电平跳变，逢“ “1 1” ”电平不跳变。电平不跳变。NRZ曼彻斯特差分曼彻斯特逢“1”变化NRZ逢“0”变化NRZ3.2 数据通信技术 ( 7 )n n数字数据的模拟传输（频带传输）数字数据的模拟传输（频带传输）
18、频带传输：指在一定频率范围内的线路上，进频带传输：指在一定频率范围内的线路上，进行载波传输。用基带信号对载波进行调制，使行载波传输。用基带信号对载波进行调制，使其变为适合于线路传送的信号。其变为适合于线路传送的信号。调制（调制（ModulationModulation）：）：用基带脉冲对载波信号用基带脉冲对载波信号的某些参量进行控制，使这些参量随基带脉冲的某些参量进行控制，使这些参量随基带脉冲变化。变化。解调（解调（DemodulationDemodulation）：）：调制的反变换。调制的反变换。调制解调器调制解调器MODEMMODEM（modulation-modulation-demod
19、ulation)demodulation) Figure Figuren nCaption: Modem showing RS-232 Caption: Modem showing RS-232 connector for serial connection to connector for serial connection to computer and RJ-11 jack for connection to computer and RJ-11 jack for connection to phone line.phone line. n nCaption: Computer syst
20、em with modems, showing serial cable to modem and cable to phone jack. n nCaption: Dialup modem for voice telephone lines. n nCaption: Modems in a computer center for dial-up modem access to the organization network. n nCaption: An Ascend Pipeline ISDN modem. n nCaption: Two examples of PCMCIA fax/m
21、odem/Ethernet adapters. 3.2 数据通信技术 ( 8 )n n根据载波根据载波 Asin(Asin( t t + + ) )的三个特性：幅度、频率、的三个特性：幅度、频率、相位，产生常用的三种调制技术：相位，产生常用的三种调制技术：幅移键控法幅移键控法 Amplitude-shift keying (ASK)Amplitude-shift keying (ASK)频移键控法频移键控法 Frequency-shift keying (FSK)Frequency-shift keying (FSK)相移键控法相移键控法 Phase-shift keying (PSK) Ph
22、ase-shift keying (PSK) 3.2 数据通信技术 ( 9 )1 1）幅移键控法（调幅）幅移键控法（调幅） 幅移就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，即：幅移就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，即： A(t) A(t) 取不同的值表示不同的信息码。取不同的值表示不同的信息码。 例如：例如：A(t) A(t) 取取A A1 1，A A2 2，A A1 1表示表示“ “0 0” ”，A A2 2表示表示“ “1 1” ”。 Fig. 2-18Fig. 2-183.2 数据通信技术 ( 10 )2 2）频移键控法（调频）频移键控法（调频） 频移就是把振幅、相位作为常量，
23、而把频率作为变量，即：频移就是把振幅、相位作为常量，而把频率作为变量，即： ( (t) t) 取不同的值表示不同的信息码。取不同的值表示不同的信息码。 例如：例如： ( (t) t) 取取 1 1， 2 2， 1 1表示表示“ “0 0” ”， 2 2表示表示“ “1 1” ”。 Fig. 2-18Fig. 2-183.2 数据通信技术 ( 11 )3 3）相移键控法（调相）相移键控法（调相） 相移就是把振幅、频率作为常量，而把相位作为变量，即：相移就是把振幅、频率作为常量，而把相位作为变量，即： ( (t) t) 取不同的值表示不同的信息码。取不同的值表示不同的信息码。 例如：例如： ( (
24、t) t) 取取 1 1， 2 2， 1 1表示表示“ “0 0” ”， 2 2表示表示“ “1 1” ”。 Fig. 2-18Fig. 2-183.2 数据通信技术 ( 12 )模拟数据数字传输模拟数据数字传输解决模拟信号数字化问题，也称为脉冲代码调制解决模拟信号数字化问题，也称为脉冲代码调制PCMPCM（Pulse Pulse Code ModulationCode Modulation）。）。根据根据NyquistNyquist原理进行采样。原理进行采样。1 1）常用的）常用的PCMPCM技术技术将模拟信号振幅分成多级（将模拟信号振幅分成多级（2 2n n），），每一级用每一级用 n n
25、 位表示。位表示。例如：贝尔系统的例如：贝尔系统的 T1 T1 载波将模拟信号分成载波将模拟信号分成128128级，每次采样用级，每次采样用7 7位二进制数表示。位二进制数表示。2 2）差分脉冲代码调制）差分脉冲代码调制原理：不是将振幅值数字化，而是根据前后两个采样值的差进行原理：不是将振幅值数字化，而是根据前后两个采样值的差进行编码，输出二进制数字。编码，输出二进制数字。3 3） 调制调制原理：根据每个采样值与前一个值之间差原理：根据每个采样值与前一个值之间差“ “+1+1” ”或或“ “-1-1” ”来决定来决定输出二进制输出二进制“ “1 1” ”或或“ “0 0” ”。缺点：编码速度跟
26、不上变化太快的信号。缺点：编码速度跟不上变化太快的信号。3.2 数据通信技术 ( 13 )3.2.33.2.3多路复用技术多路复用技术由于一条传输线路的能力远远超过传输一个用户信号所需的能力，为由于一条传输线路的能力远远超过传输一个用户信号所需的能力，为了提高线路利用率，经常让多个信号同时共用一条物理线路。了提高线路利用率，经常让多个信号同时共用一条物理线路。常用的有三种方法：常用的有三种方法：时分复用时分复用 TDMTDM（Time Division MultiplexingTime Division Multiplexing）主要用于数字数据传输主要用于数字数据传输T1T1载波，分成载波，
27、分成 24 24 个信道个信道Fig. 2-26Fig. 2-26频分复用频分复用 FDMFDM（Frequency Division MultiplexingFrequency Division Multiplexing）Fig. 2-24Fig. 2-24波分复用波分复用 WDMWDM（Wavelength Division MultiplexingWavelength Division Multiplexing）Fig. 2-25Fig. 2-253.2 数据通信技术 ( 14 )3.2.4通信线路的通信方式连接方式连接方式为适应不同的需要，通信线路采用不同的连接方为适应不同的需要，通信
28、线路采用不同的连接方式。式。点点 点方式点方式多点方式多点方式ABABCD3.2 数据通信技术 ( 15 )通信方式通信方式从信息传送方向和时间的关系角度研究。从信息传送方向和时间的关系角度研究。单工通信方式单工通信方式信息只能单向传输，监视信号可回送。信息只能单向传输，监视信号可回送。半双工通信方式半双工通信方式信息可以双向传输，但在某一时刻只能单向传输。信息可以双向传输，但在某一时刻只能单向传输。AB数据监视信号AB数据监视信号3.2 数据通信技术 ( 16 )全双工通信方式全双工通信方式信息可以同时双向传输，一般采用四线式结构。信息可以同时双向传输，一般采用四线式结构。AB数据监视信号3
29、.2 数据通信技术 ( 17 ) 1) 1)同步方式同步方式目的：接收方必须知道每一位信号的开始及其宽度，以便正确的采样接收。目的：接收方必须知道每一位信号的开始及其宽度，以便正确的采样接收。以字符传输（字符为基本传输单位）为例，在基于字符的信息传送中，可以以字符传输（字符为基本传输单位）为例，在基于字符的信息传送中，可以采用异步方式，也可以采用同步方式。采用异步方式，也可以采用同步方式。2 2）异步方式）异步方式信息是以字符为单位传送的；信息是以字符为单位传送的；每个字符由发送方异步产生，有随机性；每个字符由发送方异步产生，有随机性；字符一般采用字符一般采用5 5，6 6，7 7或或8 8位
30、二进制编码；位二进制编码；需要辅助位，每个字符可能需要用需要辅助位，每个字符可能需要用1010位或位或1111位才能传送，例如：位才能传送，例如：起始位，起始位，1 1位；位；字符编码，字符编码，7 7位；位；奇偶校验位，奇偶校验位，1 1位；位；终止位，终止位，1 21 2位。位。3.2 数据通信技术 ( 18 )特点：特点：传输效率低；传输效率低；主要用于字符终端与计算机之间的通信。主要用于字符终端与计算机之间的通信。0 1 0 1 0 11 00 1起始位字符编码奇偶校验终止位3.2 数据通信技术 ( 19 )2 2）同步方式）同步方式信息是以报文为单位传送的；信息是以报文为单位传送的；
31、传输开始时，以同步字符使收发双方同步；传输开始时，以同步字符使收发双方同步；从传输信息中抽取同步信息，修正同步，保证正确采样。从传输信息中抽取同步信息，修正同步，保证正确采样。特点：特点：可以不间断地传输信息，传输效率较高；可以不间断地传输信息，传输效率较高；字符间减少了辅助信息；字符间减少了辅助信息；传输的信息中不能有同步字符出现，透明性较差。传输的信息中不能有同步字符出现，透明性较差。SYN SYN 信 息 SYN SYN3.2 数据通信技术 ( 20 )3 3）基于位的传送中，采用同步方式。）基于位的传送中，采用同步方式。信息以二进制位流为单位传送；信息以二进制位流为单位传送；传输过程中
32、收发双方以位为单位同步；传输过程中收发双方以位为单位同步；传输的开始和结束由特定的八位二进制位同步。传输的开始和结束由特定的八位二进制位同步。特点：特点：传输效率高；传输效率高；通明性好。通明性好。标记 二进制位流 标记n nCommunication networks can be classified based on the Communication networks can be classified based on the way in which the nodes exchange information:way in which the nodes exchange inf
33、ormation:A Taxonomy of Communication NetworksCommunication Communication NetworkNetworkSwitchedSwitchedCommunication Communication NetworkNetworkBroadcastBroadcastCommunication Communication NetworkNetworkCircuit-SwitchedCircuit-SwitchedCommunication Communication NetworkNetworkPacket-SwitchedPacket
34、-SwitchedCommunication Communication NetworkNetworkDatagramDatagram Network NetworkVirtual Circuit NetworkVirtual Circuit Network3.3 通信交换方式（1）n n在多结点通信网络中，为有效利用通信设备和线路，一般希望动态地设定通信双方间的线路。动态地接通或断开通信线路，称为“交换”n n交换方式分类：电路交换电路交换报文交换报文交换存储转发方式存储转发方式分组交换（包交换）分组交换（包交换）存储转发方式存储转发方式混合交换混合交换 3.3 通信交换方式（2）3.3.1
35、3.3.1电路交换（电路交换（circuit switchingcircuit switching）n n原理原理 直接利用可切换的物理通信线路，连接通信双方。直接利用可切换的物理通信线路，连接通信双方。n n三个阶段三个阶段 建立电路建立电路 传输数据传输数据 拆除电路拆除电路n n特点特点 在发送数据前，必须建立起点到点的物理通路；在发送数据前，必须建立起点到点的物理通路； 建立物理通路时间较长，数据传送延迟较短。建立物理通路时间较长，数据传送延迟较短。n n例例 Telephone networksTelephone networks ISDN (Integrated Services
36、Digital Networks)ISDN (Integrated Services Digital Networks)3.3 通信交换方式（4）n nA node (switch) in a circuit switching networkincoming linksoutgoing linksNode3.3 通信交换方式（5）n nMultiplexing/Multiplexing/DemultiplexingDemultiplexing Time divided in frames and frames divided in slotsTime divided in frames an
37、d frames divided in slots Relative slot position inside a frame Relative slot position inside a frame determinesdetermines which conversation the data belongs towhich conversation the data belongs to Needs synchronization between sender and Needs synchronization between sender and receiverreceiver I
38、n case of non-permanent conversationsIn case of non-permanent conversationsn nneeds to dynamic bind a slot to a conservationneeds to dynamic bind a slot to a conservation3.3 通信交换方式（6）3.3.23.3.2 报文交换（报文交换（message switchingmessage switching）n n原理原理 信息以报文（逻辑上完整的信息段）为单位进行存信息以报文（逻辑上完整的信息段）为单位进行存储转发。储转发。
39、Fig. 2-35Fig. 2-35n n特点特点 线路利用率高；线路利用率高； 要求中间结点（网络通信设备）缓冲大；要求中间结点（网络通信设备）缓冲大； 延迟时间长。延迟时间长。 3.3 通信交换方式（7）3.3.33.3.3分组交换（分组交换（packet switchingpacket switching）n n原理原理 信息以分组为单位进行存储转发。源结点把报文分为分组，在中信息以分组为单位进行存储转发。源结点把报文分为分组，在中间结点存储转发，目的结点把分组合成报文。间结点存储转发，目的结点把分组合成报文。 分组：比报文还小的信息段，可定长，也可变长。分组：比报文还小的信息段，可定长
40、，也可变长。 Fig. 2-34Fig. 2-34Fig. 2-35Fig. 2-35n n特点特点 每个分组头包括目的地址，独立进行路由选择每个分组头包括目的地址，独立进行路由选择 网络结点设备中不预先分配资源网络结点设备中不预先分配资源 线路利用率高；线路利用率高； 结点存储器利用率高；结点存储器利用率高； 易于重传，可靠性高；易于重传，可靠性高；3.3 通信交换方式（8）易于开始新的传输，让紧急信息优先通过；易于开始新的传输，让紧急信息优先通过；额外信息增加。额外信息增加。n n分组交换分为数据报（数据报（datagramdatagram）和虚电路（和虚电路（virtual virtua
41、l circuitcircuit）3.3 通信交换方式（9）n nA node in a packet switching networkincoming linksoutgoing linksNodeMemory3.3 通信交换方式（10）n nData from any conversation can be transmitted at any given timen nHow to tell them apart?use use meta-data (header)meta-data (header) to to describe datadescribe data3.3 通信交换方式
42、（11）n n数据报数据报 每个分组均带有全称网络地址（源、目的），可走不同的路径。每个分组均带有全称网络地址（源、目的），可走不同的路径。 例例: IP networks: IP networksn n虚电路虚电路 电路交换和分组交换的结合电路交换和分组交换的结合n ndata is transmitted as packetsdata is transmitted as packetsn nall packets from one packet stream are sent along a all packets from one packet stream are sent along
43、 a pre-established path (=virtual circuit)pre-established path (=virtual circuit)n nGuarantees in-sequence delivery of packetsGuarantees in-sequence delivery of packetsn nHoweverHowever: Packets from different virtual circuits may : Packets from different virtual circuits may be interleavedbe interl
44、eaved3.3 通信交换方式（12）分三个阶段分三个阶段n n建立：发带有全称网络地址的呼叫分组，建立虚电建立：发带有全称网络地址的呼叫分组，建立虚电路路n n传输：沿建立好的虚电路传输数据；传输：沿建立好的虚电路传输数据；n n拆除：拆除虚电路。拆除：拆除虚电路。n nFig. 2-43Fig. 2-43Note: packet headers dont need to Note: packet headers dont need to contain the full destination address of contain the full destination address
45、of the packet the packet 例例: : ATM networksATM networks3.3 通信交换方式（13）n n电路交换与分组交换的比较电路交换与分组交换的比较 Most important advantage of packet-switching over Most important advantage of packet-switching over circuit switching: Ability to exploit statistical circuit switching: Ability to exploit statistical mul
46、tiplexing:multiplexing:n nefficient bandwidth usage; ratio between peek and efficient bandwidth usage; ratio between peek and average rate is 3:1 for audio, and 15:1 for data average rate is 3:1 for audio, and 15:1 for data traffictraffic However, packet-switching needs to deal with However, packet-
47、switching needs to deal with congestion:congestion:n nmore complex routersmore complex routersn nharder to provide good network services (e.g., delay harder to provide good network services (e.g., delay and bandwidth guarantees)and bandwidth guarantees) In practice they are combined:In practice they
48、 are combined:n nIP over SONET, IP over Frame RelayIP over SONET, IP over Frame Relay Fig. 2-36Fig. 2-363.3 通信交换方式（14）n n结论：电路交换适用于实时信息和模拟信号传送，在电路交换适用于实时信息和模拟信号传送，在线路带宽比较低的情况下使用比较经济；线路带宽比较低的情况下使用比较经济；报文交换适用于线路带宽比较高的情况，可靠报文交换适用于线路带宽比较高的情况，可靠灵活，但延迟大；灵活，但延迟大；分组交换缩短了延迟，也能满足一般的实时信分组交换缩短了延迟，也能满足一般的实时信息传送。在高带宽的通信中更为经济、合理、息传送。在高带宽的通信中更为经济、合理、可靠。是目前公认较（最）好的一种交换技术。可靠。是目前公认较（最）好的一种交换技术。3.3 通信交换方式（15）3.3.3交换结构（switch fabric）crossbar crossbar 交换交换Fig. 2-38Fig. 2-38空分交换空分交换Fig. 2-39Fig. 2-39时分交换时分交换Fig. 2-40Fig. 2-40
