第6讲 数据交换技术

1、第六讲第六讲 数据交换技术数据交换技术 3.5 数据交换技术数据交换技术 v为什么要采用数据交换技术为什么要采用数据交换技术 n一个拥有众多用户的通信网不可能采用两两之间连接的一个拥有众多用户的通信网不可能采用两两之间连接的 全互联方式，必须采用交换设备全互联方式，必须采用交换设备 n交换网络有多条信道供多个终端共用，网络的交换设备交换网络有多条信道供多个终端共用，网络的交换设备 能够按照终端的需要分配信道并将它们连接起来。能够按照终端的需要分配信道并将它们连接起来。 v常用的数据交换技术有两大类常用的数据交换技术有两大类 n电路交换电路交换 n存储转发交换存储转发交换 电路交换 v电路交换（

2、电路交换（Circuit SwitchingCircuit Switching）也称为线路交）也称为线路交 换。换。 v交换机负责在两个通信站点之间建立一条物理的交换机负责在两个通信站点之间建立一条物理的 固定传输通路，直到通信完毕后再拆除。固定传输通路，直到通信完毕后再拆除。 v电路交换的三个阶段电路建立、数据传输和电路电路交换的三个阶段电路建立、数据传输和电路 拆除。拆除。 v优点：通信实时性强，适用于交互式会话通信。优点：通信实时性强，适用于交互式会话通信。 v缺点：对突发性通信不适应，系统效率低；系统缺点：对突发性通信不适应，系统效率低；系统 不具有存储数据的能力，不具备差错控制能力，

3、不具有存储数据的能力，不具备差错控制能力， 无法发现和纠正传输过程中的数据差错。无法发现和纠正传输过程中的数据差错。 电路交换 （动画6-1）电路交换 存储转发交换 v原理：把待传送的信息在交换设备控制下，先在原理：把待传送的信息在交换设备控制下，先在 数据缓冲区存储起来，等到信道空闲时再转发出数据缓冲区存储起来，等到信道空闲时再转发出 去。去。 v不需要一条专用的通路，提高了信道的利用率，不需要一条专用的通路，提高了信道的利用率， 以及建立电路延迟小、可进行差错控制等优点。以及建立电路延迟小、可进行差错控制等优点。 v存储转发交换方式可分为：报文交换和报文分组存储转发交换方式可分为：报文交换

4、和报文分组 交换。交换。 存储转发交换 v报文交换（报文交换（Message SwitchingMessage Switching） n以报文为单位发送信息。报文就是计算机一次性要发以报文为单位发送信息。报文就是计算机一次性要发 送的数据块，其长度不限且可变。送的数据块，其长度不限且可变。 n报文包括三部分内容：报头、报文正文和报尾。报头报文包括三部分内容：报头、报文正文和报尾。报头 由发信站地址、终点收信站地址及其他辅助信息组成。由发信站地址、终点收信站地址及其他辅助信息组成。 存储转发交换 v报文分组交换（报文分组交换（Packet SwitchingPacket Switching） n

5、报文分组交换以更短的、标准的报文分组交换以更短的、标准的“报文分组报文分组”（包）为（包）为 单位进行交换传输，每个分组长度有上限。单位进行交换传输，每个分组长度有上限。 n报文分组交换是计算机网络中使用最广泛的一种交换技报文分组交换是计算机网络中使用最广泛的一种交换技 术。术。 n报文分组交换报文分组交换 数据报交换数据报交换 虚电路交换虚电路交换 存储转发交换 v数据报交换数据报交换 n交换网把任一报文分组当作单独的交换网把任一报文分组当作单独的“小报文小报文”（数据报）（数据报） 来处理，而不管它是属于哪个报文的分组，就像报文交换来处理，而不管它是属于哪个报文的分组，就像报文交换 中把一

6、份报文进行单独处理一样。中把一份报文进行单独处理一样。 n数据报分组交换的特点数据报分组交换的特点 同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通信子网；同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通信子网； 同一报文的不同分组到达目的节点时可能出现乱序、重复或同一报文的不同分组到达目的节点时可能出现乱序、重复或 丢失现象；丢失现象； 每一个报文在传输过程中都必须带有源节点地址和目的节点每一个报文在传输过程中都必须带有源节点地址和目的节点 地址；地址； 存储转发交换 v 虚电路分组交换虚电路分组交换 n 虚电路就是两个用户的终端设备在开始互相发送和接收数据之前需要虚电路就是两个用户的终端设备在开始

7、互相发送和接收数据之前需要 通过通信网建立逻辑上的路径。通过通信网建立逻辑上的路径。 n 虚电路分组交换的特点虚电路分组交换的特点 建立逻辑连接，所有分组都必须沿着事先建立的虚电路传输。建立逻辑连接，所有分组都必须沿着事先建立的虚电路传输。 虚电路分组交换方式，也包括虚电路建立、数据传输和虚电路拆虚电路分组交换方式，也包括虚电路建立、数据传输和虚电路拆 除三个阶段。除三个阶段。 报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息，只需携带虚电路报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息，只需携带虚电路 标识号。报文分组到达目的节点不会出现丢失、重复与乱序的现标识号。报文分组到达目的节点不会出现丢失、重复与

8、乱序的现 象；象； 报文分组通过每个虚电路上的节点时，节点只需要做差错检测，报文分组通过每个虚电路上的节点时，节点只需要做差错检测， 而不需要做路径选择。而不需要做路径选择。 通信子网中每个节点可以和任何节点建立多条虚电路连接。通信子网中每个节点可以和任何节点建立多条虚电路连接。 存储转发交换 图图320三种交换技术比较示意图三种交换技术比较示意图 （动画7-1、2 、3 ） 三种交换方式比较 存储转发交换 v三种交换方式比较三种交换方式比较 图图320三种交换技术比较示意图三种交换技术比较示意图 3.6 传输介质 v输介质又称为通信介质或媒体，在网络中是连接收、输介质又称为通信介质或媒体，在

9、网络中是连接收、 发双方的物理通道，也是通信中实际传送信息的载体。发双方的物理通道，也是通信中实际传送信息的载体。 v传输特性传输特性 n吞吐量：是指单位时间传输介质能传输的数据量。吞吐量吞吐量：是指单位时间传输介质能传输的数据量。吞吐量 也称为容量或传输速率，用也称为容量或传输速率，用MbpsMbps（每秒兆位）度量（每秒兆位）度量 n可扩展性：是指网络介质的三种物理规格：最大段长度、可扩展性：是指网络介质的三种物理规格：最大段长度、 每段的最大节点数以及最大网络长度每段的最大节点数以及最大网络长度 n连接性：是指传输介质与网络设备的连接特性连接性：是指传输介质与网络设备的连接特性 n抗噪性

10、：是指传输介质防止噪声干扰对信号传输影响的能抗噪性：是指传输介质防止噪声干扰对信号传输影响的能 力。力。 传输介质 v 有线传输介质有线传输介质 n同轴电缆同轴电缆 粗缆粗缆 细缆细缆 n双绞线双绞线 屏蔽双绞线屏蔽双绞线 非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线 n光纤光纤 多模光纤多模光纤 单模光纤单模光纤 v 无线电信道无线电信道 n微波通信微波通信 n红外通信红外通信 n卫星通信卫星通信 n蓝牙蓝牙 n蜂窝无线通信蜂窝无线通信 3.7 通信接口设备 v串行接口串行接口 nEIA RS-232CEIA RS-232C nEIA RS-449EIA RS-449 n EIA RS-422/485 EIA

11、RS-422/485 v调制解调器调制解调器 vX.21X.21接口接口 v以太网接口卡以太网接口卡 3.8 差错控制技术 v差错：信宿所接收到的数据和信源所发出的数据差错：信宿所接收到的数据和信源所发出的数据 不一致，即造成传输差错，或简称差错不一致，即造成传输差错，或简称差错 . . v防止由于各种噪声干扰等因素引起的信息传输错防止由于各种噪声干扰等因素引起的信息传输错 误或将差错限制在所允许的尽可能小的范围内而误或将差错限制在所允许的尽可能小的范围内而 采取的措施采取的措施. . v差错控制的方式基本上有两类：差错控制的方式基本上有两类： n一类是纠错；一类是纠错； n另一类重发另一类重

12、发 差错的控制方法 v“回声回声”法法 n发送方把报文发送给接收方，接收方把收到的报文再送发送方把报文发送给接收方，接收方把收到的报文再送 回给发送方。发送方比较接收到的报文与原报文。回给发送方。发送方比较接收到的报文与原报文。 n“回声回声”法简单可靠，但信道的利用率最高也只有法简单可靠，但信道的利用率最高也只有 50%50%。 v“表决表决”法法 n发送方每次发送给接收方的报文采取一式多份的方式发送方每次发送给接收方的报文采取一式多份的方式 （一般为奇数份），接收方选取多数者作为正确的报文（一般为奇数份），接收方选取多数者作为正确的报文 v自动请求重发法（自动请求重发法（ARQARQ） n

13、发送端发送具有校验码的报文，接收端根据协议将反馈发送端发送具有校验码的报文，接收端根据协议将反馈 信道反馈给发端。信道反馈给发端。 差错的控制方法 v前向纠错法（前向纠错法（FECFEC） n前向纠错指发送端将信息码元按一定规则附加纠错码，前向纠错指发送端将信息码元按一定规则附加纠错码， 纠错能力有限，当接收的码字中有差错且在该码字的纠纠错能力有限，当接收的码字中有差错且在该码字的纠 错能力之内时，接收端会自动纠错。错能力之内时，接收端会自动纠错。 v混合纠错法（混合纠错法（HECHEC） n混合纠错是反馈纠错与前向纠错两种方式的结合。当接混合纠错是反馈纠错与前向纠错两种方式的结合。当接 收端

14、收到码字后首先检验有无差错，如果差错在编码的收端收到码字后首先检验有无差错，如果差错在编码的 纠错能力之内，则自动纠错；如果超过编码的纠错能力，纠错能力之内，则自动纠错；如果超过编码的纠错能力， 则通过反馈信道命令发送端重发以纠正错误则通过反馈信道命令发送端重发以纠正错误 差错控制编码 v差错控制编码可分为检错码和纠错码两类差错控制编码可分为检错码和纠错码两类 v在高可靠的信道上通常使用检错码，当偶尔有错在高可靠的信道上通常使用检错码，当偶尔有错 误发生时，只需重新传送整个数据块即可。误发生时，只需重新传送整个数据块即可。 v而在错误发生比较频繁的信道上，如无线链路，而在错误发生比较频繁的信道

15、上，如无线链路， 最好使用纠错码，在每个数据块中加入足够的冗最好使用纠错码，在每个数据块中加入足够的冗 余信息，以便接收方能够计算出原始的数据是什余信息，以便接收方能够计算出原始的数据是什 么，自动纠错。因为重发数据块也可能是错误的。么，自动纠错。因为重发数据块也可能是错误的。 v常用的差错检测编码有奇偶校验码、循环冗余码常用的差错检测编码有奇偶校验码、循环冗余码 奇偶校验码 v奇偶校验码是通过增加冗余位来使得码字某些位奇偶校验码是通过增加冗余位来使得码字某些位 中中“1 1”的个数保持为偶数（或奇数）的编码方法。的个数保持为偶数（或奇数）的编码方法。 异步通信系统使用了两种奇偶校验方法，即偶

16、校异步通信系统使用了两种奇偶校验方法，即偶校 验和奇校验。验和奇校验。 v水平奇偶校验和水平垂直奇偶校验。水平奇偶校验和水平垂直奇偶校验。 垂直奇偶校验 v 先把字符水平地排列起来，再按垂直方向将每个字符的比先把字符水平地排列起来，再按垂直方向将每个字符的比 特展开，在每一列上附加一个奇偶校验位，即构成垂直奇特展开，在每一列上附加一个奇偶校验位，即构成垂直奇 偶校验码偶校验码 v 垂直奇偶校验能检验出每个字符中所有奇数个的错，但检垂直奇偶校验能检验出每个字符中所有奇数个的错，但检 验不出偶数个的错，差错的漏检率接近验不出偶数个的错，差错的漏检率接近50% 50% 水平奇偶校验码 v 先把字符水

17、平地排列起来，再按垂直方向将每个字符的比先把字符水平地排列起来，再按垂直方向将每个字符的比 特展开，在水平行进行分组，每一行上附加一个奇偶校验特展开，在水平行进行分组，每一行上附加一个奇偶校验 位，即构成水平奇偶校验码位，即构成水平奇偶校验码 v 水平奇偶校验能检验出所有字符的相同位上出现的所有奇水平奇偶校验能检验出所有字符的相同位上出现的所有奇 数个的错，但检验不出偶数个的错，差错的漏检率接近数个的错，但检验不出偶数个的错，差错的漏检率接近 50% 50% 水平垂直奇偶校验码 v将垂直奇偶校验和水平奇偶校验结合起来便构成将垂直奇偶校验和水平奇偶校验结合起来便构成 水平垂直奇偶校验码，也称为方

18、阵码水平垂直奇偶校验码，也称为方阵码 v方阵码的漏检率仅有百分之一到万分之一方阵码的漏检率仅有百分之一到万分之一 循环冗余码（CRC） v循环冗余码是先将要发送的信息数据与一个通信循环冗余码是先将要发送的信息数据与一个通信 双方共同约定的数据进行除法运算，并由余数得双方共同约定的数据进行除法运算，并由余数得 出一个校验码序列也称为冗余码。接收端将包括出一个校验码序列也称为冗余码。接收端将包括 校验码序列在内的数据帧与约定的数据进行除法校验码序列在内的数据帧与约定的数据进行除法 运算，若余数为运算，若余数为“0 0”，则表示接收的数据正确，则表示接收的数据正确， 若余数不为若余数不为“0 0”，

19、则表明数据在传输的过程中出，则表明数据在传输的过程中出 错。错。 vCRCCRC码检错能力强，能检测出所有奇数位错误、码检错能力强，能检测出所有奇数位错误、 所有偶数位错误和所有小于、等于冗余位数的突所有偶数位错误和所有小于、等于冗余位数的突 发性错误。发性错误。 循环冗余码（CRC） v 例例3-13-1 n 设生成多项式设生成多项式G(x)=x4+x+1G(x)=x4+x+1，发送的信息，发送的信息m(x)m(x)为为 11010110111101011011，计算，计算CRCCRC码。码。 n 解：解：G(x)G(x)是是4 4次多项式，冗余位为次多项式，冗余位为4 4（即（即r=4r=4），生成多项式是），生成