第2章数据通信技术(3).ppt

2 6数据交换技术 请同学们想一下 用座机打电话时 通话双方如何使用电话线路 你使用过IP电话吗 普通电话和IP电话有何不同 数据交换在通信子网中 站点间的数据传输过程称为数据交换 分类 电路交换 存储转发交换 报文交换 分组交换 2 6数据交换技术 结点和站点 结点 用于数据交换的中间设备 站点 发送和接收数据的终端设备 1 定义 通过网络中的结点 在两个站点之间建立专用的通信线路 进行数据传输的交换方式 2 6 1电路交换 Circuitswitching 电路交换举例 交换机 交换机 交换机 交换机 用户线 用户线 中继线 中继线 B D C A 建立线路占用线路进行数据传输释放线路 2 交换过程 3 电路交换的特点 独占性实时性好线路交换设备简单不具备差错控制能力线路利用率低 电路交换的应用场合 持续通话和实时性要求强的场合 2 原理数据与目的地址 源地址 控制信息等组成一数据单元进入通信子网 通信子网的中间结点负责接收数据单元 暂存 差错校验 根据地址确定输出端口 排队等待线路 转发给下一结点 直至终点 1 什么是存储转发交换将要传送的信息存入交换设备的缓冲区中 等到相应的输出电路空闲时 再将信息发送出去 这类交换方式称为存储转发交换 2 6 2存储转发交换 存储转发方式的优点 结点可以存储报文 或分组 因此多个报文 或分组 可以共享通信信道 线路利用率高 报文 或分组 通过各结点时 进行查错与纠错处理 可减少传输错误 提高线路传输可靠性 结点具有路由功能 动态选择报文 或分组 传输的最佳路径 可提高系统效率 结点可对不同通信速率的线路进行速率转换 也可对不同的数据代码格式进行变换 1 报文交换 原理 在要发送的数据上加上目的地址 源地址 控制信息等组成报文 以报文为单位进行 存储 转发 交换 交换过程中 交换设备将收到的报文先存储 待信道空闲时再转发出去 逐级中转 直到目的地 2 存储转发的分类 报文交换 分组交换 分类 特点 相邻结点仅在传输报文时建立结点间的连接 没有建立和拆除连接所需的等待时间 线路利用率高 整个报文 Message 作为一个整体一起发送 报文大小不一 存储管理复杂 对存储容量要求较高 大报文造成存储转发的延时过长 出错后整个报文全部重发 2 分组交换 原理 按交换设备所能处理和传输的数据长度 将长报文分成若干个分组进行传输 首部 首部 首部 发送 发送 接收端 数据 首部 数据 首部 数据 首部 11010011101 00101001110 首部 分组交换 在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块每个块增加带有控制信息的首部构成分组 包 依次把各分组发送到接收端接收端剥去首部 抽出数据部分 还原成报文 因特网的分组交换 TCP TCP IP网络 当部分结点或链路被摧毁时分组交换仍可保持网络畅通 路由器 提高线路利用率 各分组可通过不同路径传输 容错性好 对转发结点的存储要求较低 可用内存来缓冲分组 速度快 转发延时小 适于交互式通信 有强大的纠错机制 流量控制 拥塞控制和路由选择功能某个分组出错可以仅重发出错的分组 效率高 缺点需要分割报文和重组报文 增加了端站点的负担 分组交换的优点 分组交换的分类 交换方式 数据报方式 datagram DG 虚电路方式 virtualcircuit VC 2 6 3数据报方式 面向无连接数据传输 数据传输前不需要建立一条端到端的通路 无连接的 数据报的前部有地址信息和序号 结点须具有存储各分组 独立地确定路由的功能 不能保证分组按序到达 目的站点需要按分组编号重新排序和组装 2 6 4虚电路方式 提供 面向连接 的服务 通信前预先建立一条逻辑连接 虚电路 目的结点向源结点发送呼叫接收分组 将沿途所经过的节点序列定义为一个虚电路号 传送到原结点 数据传输时 分组上需指定虚电路号 分组号 检验等信息 通过 数字管道 传到目的地 分组按序到达 异步传输模式 AsynchronousTransferMode 是一种快速分组交换技术 信息以固定长度的信元为单位进行传送 每个信元由5个字节的首部和48字节的用户数据组成 信元首部包含着传输信息所必需的地址和控制信息 采用信元交换技术 网络不对用户数据进行检查 信元交换方式适用于各种类型信息的传输 是提供综合业务的网络技术基础 2 6 5信元交换 ATM 2 6 6三种交换的比较 ABCD ABCD ABCD 报文交换 电路交换 分组交换 t 连接建立 数据传送 连接释放 通过通信信道接收到的数据与原来发送的数据不一致的现象称为 传输差错 判断数据经传输后是否有错的手段和方法称为差错检测 差错控制 在通信过程中 发现差错并进行纠正的方法和手段 差错控制的概念 2 7差错控制技术 特点 时刻存在 幅度较小 强度与频率无关 但频谱很宽 是随机类噪声 称为 随机差错 热噪声差错 2 7 1差错的产生 冲击噪声差错 特点 冲击噪声幅度大 持续时间长等 是产生差错的主要原因称为 突发差错 1 产生原因 指接收码元中错误码元数占传输总码元数的比例Pe 接收码元中错误码元数 传输的总码元数 2 误码率 2 7 2常用差错控制编码 差错控制编码是用以实现对信号传输中差错控制的编码 分为检错码和纠错码两种 在向信道发送数据信息位前 要先按照某种关系为其附加上一定的冗余位 构成一个码字后再发送 这个过程称为差错控制编码过程 接收端接收到该码字后 检查信息位和冗余位间的关系 以确定传输过程中是否有差错 这过程称检验过程 在发送的数据中增加一些用于检查差错的附加位 这些有发现错误能力的码称为检错码 接收方根据收到的检错码检测到差错时 发出 否定应答 通知对方进行重发 特点 通过 重传机制 达到纠正差错的目的 易实现 编码和解码的速度较快 常用的检错码有 奇偶校验码和循环冗余码等 检错 纠错码是指在发送每一组信息时发送足够的附加位 接收端通过这些附加位在接收译码器的控制下发现错误 并自动地纠正错误 译码器设备较复杂 为了纠正差错 附加的冗余码较多 会降低传输效率 常见纠错编码 海明纠错码 正反纠错码等 适用场合 没有反向信道 线路传输时间长 要求重发不经济的场合 纠错 奇校验是在二进制序列中 若 1 的个数为奇数 则校验位为 0 若 1 的个数为偶数 则校验位为 1 偶校验是在二进制序列中 若 1 的个数为偶数 则校验位为 0 若 1 的个数为奇数 则校验位为 1 1 奇 偶校验码 规则 表奇偶校验位的设置 又称横纵奇偶校验或方块奇偶校验 既做水平校验也做垂直校验 检错能力可以明显提高 2 水平垂直奇偶校验码 3 循环冗余校验 CRC 差错检测原理 收发双方约定一个生成多项式G x 发送方根据发送的数据和G x 计算出CRC校验和并把它加在数据的末尾形成新的二进制序列一起发送 接收方用接收到的数据被G x 除 若余数不为零 则传输有错 常见的生成多项式 CRC 12G x x12 x11 x3 x2 x 1CRC 16G x x16 x15 x2 1CRC CCITTG x x16 x12 x5 1CRC 32G x x32 x26 x23 x22 x16 x12 x11 x10 x8 x7 x5 x4 x2 x 1 计算校验和的算法 设生成多项式G x 为r阶 在数据帧C x 的末尾附加r个零 使帧长为k r位 按模2除法 用对应于G x 的位串去除对应于C x 2r的位串 运算时 加法不进位 减法不借位 求出r位余数多项式T x 即冗余码 将T x 加在数据C x 的末尾形成发送数据的比特系列 又称检错重发 它是利用编码的方法在数据接收端检测差错 当检测出差错后 设法通知数据发送端重新发送数据 直到无差错为止 5 差错控制的基本方法 自动请求重传 原理 发送端在发送完一个数据帧后 要等待接收端返回应答信息 当应答为确认信息 ACK 时