数据交换技术zl

1、第二章 数据交换技术目录电路交换1存储 转发交换2快速分组交换3 数据交换技术定义：在任意拓扑的数据通信网络中，通过网络定义：在任意拓扑的数据通信网络中，通过网络节点的某种转接方式来实现从任一端系统到另一节点的某种转接方式来实现从任一端系统到另一端系统之间数据通路接续的技术。端系统之间数据通路接续的技术。2.1 电路交换 回顾一下电路交换的特点回顾一下电路交换的特点 两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。起来。 更多的电话机互相连通 5 5 部电话机两两相连，需部电话机两两相连，需 10 10 对电线。对电线。 更多的电话机互相连通 N N 部电

2、话机两两相连，需部电话机两两相连，需 N N( (N N 1)/2 1)/2对电线。对电线。当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线对的数量与电话机数的平方成正比。电线对的数量与电话机数的平方成正比。使用交换机当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。全网的交换任务。 交换机“交换”的含义在这里，在这里，“交换交换”(switching)(switching)的含义是：的含义是： 转接转接把一条电话线转接到另一条电话线，把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。使它们连通起来。从通信资源

3、的分配角度来看，从通信资源的分配角度来看，“交换交换”就是按就是按照某种方式照某种方式动态地分配动态地分配传输线路的资源。传输线路的资源。 电路交换的特点电路交换必定是面向连接的。电路交换必定是面向连接的。 电路交换的三个阶段：电路交换的三个阶段： 建立连接建立连接 通信通信 释放连接释放连接电路交换举例 A A 和和 B B 通话经过四个交换机通话经过四个交换机通话在通话在 A A 到到 B B 的连接上进行的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换举例 C C 和和 D D 通话只经过一个本地交换机通话只经过一个本地交换机通话在通话在 C C 到到 D D

4、 的连接上进行的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换传送计算机数据效率低计算机数据具有突发性。计算机数据具有突发性。这导致通信线路的利用率很低。这导致通信线路的利用率很低。2.2 存储 转发交换 2.2.1 2.2.1 报文交换报文交换 2.2.2 2.2.2 分组交换分组交换2.2.1 报文交换在在 20 20 世纪世纪 40 40 年代，电报通信也采用了基于存年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的储转发原理的报文交换报文交换(message switching)(message switching)。 报文交换报文交换 即存储转发交换。报文则指具有完

5、整消息含义即存储转发交换。报文则指具有完整消息含义的数据单元，交换单元。的数据单元，交换单元。 报头中至少要包含的信息：报头中至少要包含的信息： 报文的起始标志报文的起始标志 数据的开始标志数据的开始标志 数据源节点地址数据源节点地址 数据目的节点地址及数据目的节点地址及路由信息路由信息 控制信息控制信息 报文编号报文编号报文交换特点1 1、线路利用率高。、线路利用率高。2 2、接收者和发送者、接收者和发送者无需同时工作无需同时工作，当接收者处于繁，当接收者处于繁忙时忙时, ,网络节点可以先将报文暂时存储起来。网络节点可以先将报文暂时存储起来。3 3、当当流量加大时流量加大时，在线路交换网络中

6、可能导致一些，在线路交换网络中可能导致一些呼叫被阻塞；而在报文交换网络中呼叫被阻塞；而在报文交换网络中报文仍然可以报文仍然可以接收接收，但延时会增加。，但延时会增加。4 4、报文交换系统可报文交换系统可同时向多个目的站发送同一报文同时向多个目的站发送同一报文。这种功能在线路交换方式中是难以实现的。这种功能在线路交换方式中是难以实现的。报文交换特点5 5、可以、可以建立建立报文传输的报文传输的优先级优先级。6 6、能够在网络上实现报文的差错控制和纠错处理。、能够在网络上实现报文的差错控制和纠错处理。7 7、报文交换网络可以进行传输速率和代码格式的报文交换网络可以进行传输速率和代码格式的转转换换，

7、使两个传输速率不同且代码格式相异的工作，使两个传输速率不同且代码格式相异的工作站连接。站连接。8 8、发送给未工作的终端的报文可以被截取，或者存发送给未工作的终端的报文可以被截取，或者存储下来，或者转发给其他终端储下来，或者转发给其他终端 由于报文交换存在的一些缺点，所以现在报由于报文交换存在的一些缺点，所以现在报文交换已经很少有人使用了。文交换已经很少有人使用了。2.2.2 分组交换交换机理相同于报文交换，差别在于交换数据单元交换机理相同于报文交换，差别在于交换数据单元长度不同。长度不同。交换单元：分组。把报文（一段）分成若干分组，交换单元：分组。把报文（一段）分成若干分组，在每个分组前加分

8、组标头进行传输。在每个分组前加分组标头进行传输。两种方式：两种方式： 数据报数据报：独立处理的每个分组称为：独立处理的每个分组称为“数据报数据报”。 虚电路虚电路：建立的一条逻辑连接。：建立的一条逻辑连接。报文分组交换的原理在发送端，先把较长的报文在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定划分成较短的、固定长度的数据段。长度的数据段。 1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输数 据数 据数 据报文分组交换的原理每一个数据段前面添加上每一个数据段前面添加上首部首部构成分组。构成分组。首部首部首部分组 1分组 2分组 3请注意：现在

9、左边是“前面”分组交换的原理分组交换网以分组交换网以“分组分组”作为数据传输单元。作为数据传输单元。依次依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。边）。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3分组首部的重要性每一个每一个分组的首部都含有分组的首部都含有地址地址等控制信息。等控制信息。分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的首部中的地址信息地址信息，把分组，把分组转发转发到下一个结点到下一个结点交换机。交换机。用这样的用这样的存储转发存储转发方式，最后分组就能到达方式，最后分组就能到达最最终目的

10、地终目的地。分组交换的原理接收端收到分组后接收端收到分组后剥去首部还原成报文剥去首部还原成报文。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3收到的数据数 据数 据数 据分组交换的原理最后，在接收端把收到的数据最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来恢复成为原来的报文的报文。这里我们假定分组在传输过程中没有出现差这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。错，在转发时也没有被丢弃。报文1101000110101010110101011100010011010010 分组交换网的示意图H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发

11、送分组注意分组路径的变化！结点交换机主机分组的存储转发过程H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组结点交换机主机在结点交换机 A 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 C 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 E 暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机 H5结点交换机ABCDEH1H5H2H4H3H6高速链路 结点交换机123412341 2 3 41 2 3 41 2 3 4注意结点交换机有多个端口。注意结点交换机有多个端口。结点交换机在结点交换机中的输入和输出端口之间在结点交换机中的输入和输出端口之间没有直接没有直接连线连线。结点交换机处理分组的过

12、程是：结点交换机处理分组的过程是： 把收到的分组先把收到的分组先放入缓存放入缓存（暂时存储）；（暂时存储）； 查找查找转发表转发表，找出到某个目的地址应从哪个端，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；口转发； 把分组送到适当的把分组送到适当的端口端口转发出去。转发出去。 主机和结点交换机主机和结点交换机的作用不同：主机和结点交换机的作用不同： 主机是主机是为用户进行信息处理为用户进行信息处理的，并向网络的，并向网络 发送发送分组，从网络接收分组。分组，从网络接收分组。 结点交换机对分组进行结点交换机对分组进行存储转发存储转发，最后把分组交，最后把分组交付给目的主机。付给目的主机。 虚电路分组交换

13、虚呼叫：为建立虚线路的呼叫过程称为虚呼叫。虚呼叫：为建立虚线路的呼叫过程称为虚呼叫。虚拟线路（虚线路、虚通路）：通过虚呼叫建立虚拟线路（虚线路、虚通路）：通过虚呼叫建立起来的逻辑通路称为虚拟线路。起来的逻辑通路称为虚拟线路。虚通路：通过节点间的路由表映射功能建立起来虚通路：通过节点间的路由表映射功能建立起来的一条的一条“虚虚”通路。通路。虚电路分组交换虚线路传输虚线路传输“分组分组”交换方式主要特点：交换方式主要特点： 要求一对通信实体间联结传输的所有分组都必要求一对通信实体间联结传输的所有分组都必须沿预先的虚线路传输。须沿预先的虚线路传输。 每个节点无须为每个分组进行路由选择。每个节点无须为

14、每个分组进行路由选择。 每个连接只须进行一次路由选择。每个连接只须进行一次路由选择。分组交换特点分组交换的优点：分组交换的优点： 高效高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。 灵活灵活 以分组为传送单位和查找路由。以分组为传送单位和查找路由。 迅速迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组；不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。充分使用链路的带宽。 可靠可靠 完善的网络协议；自适应的路由选择协议使完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。网络有很好的生存性。 分组交换特点分组交换的缺点：分组交换的缺点： 分组在各

15、结点存储转发时需要分组在各结点存储转发时需要排队排队，这就会造，这就会造成一定的成一定的时延时延。 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的信息）也造成了一定的开销开销。 2.3 快速分组交换FPS寻找快速分组的原因寻找快速分组的原因 时延：包括时延：包括数据传输时延数据传输时延（信道上）；（信道上）；转发节转发节点处理时延点处理时延( (节点存储交换分组节点存储交换分组) )。 传输瓶颈问题传输瓶颈问题在节点上发生拥挤。在节点上发生拥挤。 由此，在通路上向线路交换方式接近，缩短由此，在通路上向线路交换方式接近，缩短( (取消取消)

16、)节点对数据单元存储转发时间节点对数据单元存储转发时间快速分组交换。快速分组交换。快速分组交换FPS快速分组交换技术：在分组交换基础上演变而来，快速分组交换技术：在分组交换基础上演变而来，建立在光纤线路上，能满足对语音、数据、视像建立在光纤线路上，能满足对语音、数据、视像等多媒体业务的应用。等多媒体业务的应用。快速分组交换FPS主要作了如下的改进：主要作了如下的改进：缩短分组长度为缩短分组长度为5353个字节（一般几百个字节（一般几百几千个字几千个字节）。节）。尽量取消在低层次上对数据单元的差错流量路由尽量取消在低层次上对数据单元的差错流量路由等操作，尽量同化低级通信协议。等操作，尽量同化低级

17、通信协议。采用虚电路与虚通道方式。采用虚电路与虚通道方式。交换机与交换协议控制采用超大规模集成电路及交换机与交换协议控制采用超大规模集成电路及并行处理与分布式控制技术。并行处理与分布式控制技术。快速分组交换FPS交换技术：交换技术： 帧中继帧中继 (Frame Relay) (Frame Relay) 帧长度可变时；帧长度可变时； 信元中继信元中继 (Cell Relay) (Cell Relay) 帧长度不变时；帧长度不变时；快速分组交换机组成：快速分组交换机组成： 输入线路控制器输入线路控制器LCILCI； 输出线路控制器输出线路控制器LCOLCO； 交换结构交换结构SFSF； 控制处理器

18、等。控制处理器等。快速分组交换FPS LCI LCI功能：对各信元逻辑信号进行转换并添加功能：对各信元逻辑信号进行转换并添加SFSF需要的路由信息。需要的路由信息。 SF SF功能：根据输入信元的路由信息将信元转送功能：根据输入信元的路由信息将信元转送到相应的输出线路，并缓存没有及时送走的信元，到相应的输出线路，并缓存没有及时送走的信元，实现真正信元交换。实现真正信元交换。 控制处理器：建立连接，并进行管理和维护。控制处理器：建立连接，并进行管理和维护。三种交换方式特点线路交换：线路交换： 在数据传送开始之前必须建立一条完整的通路；在数据传送开始之前必须建立一条完整的通路； 在线路释放之前，该通路将被一对用户完全占用在线路释放之前，该通路将被一对用户完全占用; ; 适于猝发式的通信，线路利用率不高。适于猝发式的通信，线路利用率不高。报文交换：报文交换： 报文从源站传送到目的地采用存储转发方式；报文从源站传送到目的地采用存储转发方式； 在传送报文时，同时只占用一段通道；在传送报文时，同时只占用一段通道； 在交换节点中需要缓冲存储，报文需要排队，时在交换节点中需要缓冲存储，报文需要排队，时间延迟取决于中继交换局的数目；间延迟取决于中继交换局的数目； 不适用于实时通信的要求。不适用于实时通信的要求。三种交换方式特