计算机网络PPT第3章

1、第第3章章 数据交换技术数据交换技术3.1 电路交换电路交换3.2 报文交换报文交换3.3 分组交换分组交换 3.4 宽带交换宽带交换 1.5 小结小结 习题习题3.1 电路交换电路交换3.1.1电路交换过程电路交换过程 电路交换技术与电话交换机类似。其特点是电路交换技术与电话交换机类似。其特点是进行数据传输前，首先由用户呼叫，在源端与目的进行数据传输前，首先由用户呼叫，在源端与目的端之间建立起一条适当的信息通道，用户进行信息端之间建立起一条适当的信息通道，用户进行信息传输，直到通信结束后才释放线路。传输，直到通信结束后才释放线路。电路交换通信的基本过程可分为电路建立、数据传电路交换通信的基本

2、过程可分为电路建立、数据传输、电路拆除三个阶段。输、电路拆除三个阶段。 1 电路建立阶段电路建立阶段如同打电话先要通过拨号在通话双方间建立起一条如同打电话先要通过拨号在通话双方间建立起一条通路一样，该阶段是在数据传输之前，主叫用户发通路一样，该阶段是在数据传输之前，主叫用户发出呼叫请求，由交换装置沿途接通一条物理通路，出呼叫请求，由交换装置沿途接通一条物理通路，即建立站到站的线路。例如，主机即建立站到站的线路。例如，主机H1要与主机要与主机H4传输数据，那么首先要通过通信子网，在传输数据，那么首先要通过通信子网，在H1与与H4之间建立一个连接。见图。之间建立一个连接。见图。H1H6H5H4H2

3、H32数据传输阶段数据传输阶段在在H1与与H4通过通信子网的物理电路连接建立以后，通过通信子网的物理电路连接建立以后，数据就可以在主机数据就可以在主机H1与与H4之间进行实时、双向的之间进行实时、双向的交换。在整个数据传输过程中，所建立的电路必须交换。在整个数据传输过程中，所建立的电路必须保持连接状态。保持连接状态。3电路拆除阶段电路拆除阶段数据传输结束后，要进行线路拆除即终止连接，以数据传输结束后，要进行线路拆除即终止连接，以便释放电路。由某一方（便释放电路。由某一方（H1或或H4）发出发出“释放请释放请求包求包”，另一方同意结束传输拆除线路时，发送，另一方同意结束传输拆除线路时，发送“释放

4、应答包释放应答包”；然后逐点拆除到对方节点，结束；然后逐点拆除到对方节点，结束此次通信。被拆除的线路空闲后，可被其它通信使此次通信。被拆除的线路空闲后，可被其它通信使用。用。 电路交换的特点是：电路交换的特点是：（1） 在通信开始时要首先建立连接。在通信开始时要首先建立连接。（2） 一个连接在通信期间始终占用该电路，即使该连一个连接在通信期间始终占用该电路，即使该连接在某个时刻没有数据传送，该电路也不能被其它接在某个时刻没有数据传送，该电路也不能被其它连接使用，电路利用率低。连接使用，电路利用率低。（3）交换机对传输的数据不作处理，对交换机的处理）交换机对传输的数据不作处理，对交换机的处理要求

5、简单，但对传输中出现的错误不能纠正。要求简单，但对传输中出现的错误不能纠正。（4）一旦连接建立以后，数据在系统中的传输时延基）一旦连接建立以后，数据在系统中的传输时延基本上是一个恒定值。本上是一个恒定值。 3.1.2 电路交换原理电路交换原理电路交换按其交换原理可分为时分交换和空分交换电路交换按其交换原理可分为时分交换和空分交换两种。两种。1时分交换时分交换时分交换是时分多路复用的方式在交换上的应用。时分交换是时分多路复用的方式在交换上的应用。交换系统通常包括若干条交换系统通常包括若干条PCM复用线，用复用线，用HW表示；表示；每条复用线又可以有若干个串行通信时隙，用每条复用线又可以有若干个串

6、行通信时隙，用TS表示。时分交换是交换系统中表示。时分交换是交换系统中PCM复用线上时间复用线上时间片的交换，即时隙的交换。片的交换，即时隙的交换。 （1）T接线器的基本功能接线器的基本功能T接线器的作用是完成在同一条复用线上的不同时隙接线器的作用是完成在同一条复用线上的不同时隙之间的交换。即将之间的交换。即将T接线器中输入复用线上某个时接线器中输入复用线上某个时隙的内容交换到输出复用线上的指定时隙。隙的内容交换到输出复用线上的指定时隙。（2）T接线器的基本组成接线器的基本组成T接线器的结构见图。接线器的结构见图。 话音存储器话音存储器 控制存储器控制存储器 SM CMS信息S命令字 SSSS

7、（3）T接线器的工作方式接线器的工作方式T接线器有两种控制方式：输出控制方式和输入控制接线器有两种控制方式：输出控制方式和输入控制方式。方式。输出控制方式的工作原理见图（输出控制方式的工作原理见图（a）。）。输入控制方式的工作原理见图（输入控制方式的工作原理见图（b）。）。 （a）输出控制方式输出控制方式 （b）输入控制方式输入控制方式 SM CM SM CM信息S15信息S30读 写 2空分交换空分交换 空分交换是指按空间划分的交换。即各次连接采空分交换是指按空间划分的交换。即各次连接采用不同的物理线路连接，从信息交换开始直至结束，用不同的物理线路连接，从信息交换开始直至结束，这条物理连接都

8、是实际存在的，交换结束后，这条这条物理连接都是实际存在的，交换结束后，这条线路就拆除释放。空分交换可以通过空间（线路就拆除释放。空分交换可以通过空间（S）接接线器来实现。线器来实现。 （1）S接线器的基本功能接线器的基本功能 空间接线器的作用是完成在不同复用线之间同一空间接线器的作用是完成在不同复用线之间同一时隙内容的交换，即将某条输入复用线上某个时隙时隙内容的交换，即将某条输入复用线上某个时隙的内容交换到指定的输出复用线的同一时隙。由于的内容交换到指定的输出复用线的同一时隙。由于交换前后发生变化的是被交换内容所在的复用线，交换前后发生变化的是被交换内容所在的复用线，而其所在的时隙并不发生变化

9、，因此称其为空间交而其所在的时隙并不发生变化，因此称其为空间交换。换。（2）S接线器的基本组成接线器的基本组成下图为下图为S接线器的基本组成。主要由一个连接接线器的基本组成。主要由一个连接n条输入线和条输入线和n条输出线的条输出线的nn的电子接点矩阵、控制存储器组以及一些相的电子接点矩阵、控制存储器组以及一些相关的接口逻辑电路组成。通常这些电子接点是触点开关或电关的接口逻辑电路组成。通常这些电子接点是触点开关或电子开关，只要控制这些节点的通与断，即可在任一路输入线子开关，只要控制这些节点的通与断，即可在任一路输入线和任一路输出线之间构成通路。控制存储器共有和任一路输出线之间构成通路。控制存储器

10、共有n组，每组控组，每组控制存储器的存储单元数等于复用线的复用度。制存储器的存储单元数等于复用线的复用度。 3.2报文交换报文交换 报文交换（报文交换（Message Switching）方式是根据数方式是根据数据特点提出来的。报文交换方式的数据传输据特点提出来的。报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。不同的网络可数据块，其长度不限且可变。不同的网络可能采用的协议不同，因而报文信息格式也不能采用的协议不同，因而报文信息格式也不尽相同。尽相同。3.2.1报文交换原理报文交换原理 报文交换不需要在两个站之间建立专

11、用通路，传送方式采报文交换不需要在两个站之间建立专用通路，传送方式采用存储转发方式。当一个站要发送一个报文时，它把一个用存储转发方式。当一个站要发送一个报文时，它把一个目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，然后逐个节点地转送到信息，把报文发送到下一个节点，然后逐个节点地转送到目的节点。每个节点在接收到整个报文后，要对它进行误目的节点。每个节点在接收到整个报文后，要对它进行误码检测，判断有无差错出现。若无错误，则再进一步判断码检测，判断有无差错出现。若无错误，则再进一步判断所收信息是应答信号还是报文信号。

12、如是报文信号则接收所收信息是应答信号还是报文信号。如是报文信号则接收并暂存这个报文，同时向对方发送站发肯定应答信号，然并暂存这个报文，同时向对方发送站发肯定应答信号，然后进入所选路径的转发队列等候，直到利用路由信息找出后进入所选路径的转发队列等候，直到利用路由信息找出下一个节点的地址，再把整个报文传送给下一个节点，直下一个节点的地址，再把整个报文传送给下一个节点，直至目的终点站。若有错误，则拒绝存储报文信息，并发送至目的终点站。若有错误，则拒绝存储报文信息，并发送一个否定应答信号给前一节点要求重发。因此，端与端之一个否定应答信号给前一节点要求重发。因此，端与端之间无需先通过呼叫建立连接。间无需

13、先通过呼叫建立连接。 3.2.2 报文交换主要特征报文交换主要特征（1）电路利用率高。）电路利用率高。（2）传输可靠性高。）传输可靠性高。（3）报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，而电）报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，而电路交换网络很难做到这一点。路交换网络很难做到这一点。（4）报文交换网络可以进行速度和代码的转换。）报文交换网络可以进行速度和代码的转换。（5）可以截获发往未运行的终端的报文，然后存储或重新选）可以截获发往未运行的终端的报文，然后存储或重新选择到另一台终端的路径。择到另一台终端的路径。（6）如果由于某种原因，例如网络交换节点的故障是某一信）如果由于某种原因，

14、例如网络交换节点的故障是某一信息丢失，可以通过校验信息编码来发现这个信息丢失，要息丢失，可以通过校验信息编码来发现这个信息丢失，要求重发该信息。求重发该信息。（7）能够建立报文的优先权。）能够建立报文的优先权。报文交换的主要缺点是，它不能实时或交互式的通信要求，报文交换的主要缺点是，它不能实时或交互式的通信要求，报文经过网络的延迟时间长且不定。报文经过网络的延迟时间长且不定。 3.3 分组交换分组交换 分组交换（分组交换（Packet Switching）也是一种存储也是一种存储/转发的转发的方式，以分组（方式，以分组（Packet）为单位在网内传输信息。为单位在网内传输信息。网络发送节点首先

15、对从终端设备送来的数据报文进网络发送节点首先对从终端设备送来的数据报文进行接收、存储，而后将报文划分成一定长度的分组，行接收、存储，而后将报文划分成一定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交换。每个分组的传送并以分组为单位进行传输和交换。每个分组的传送可以是独立的，互不相关的。接收节点接收来自网可以是独立的，互不相关的。接收节点接收来自网络的具有该节点地址的分组，并重新将这些分组组络的具有该节点地址的分组，并重新将这些分组组装成信息或报文。装成信息或报文。 3.3.1分组交换原理分组交换原理分组交换有两种方式：虚电路（分组交换有两种方式：虚电路（Virtual Circuit：VC）方式和数据

16、报（方式和数据报（Datagram：DG）方式。方式。1虚虚1.虚虚电路方式电路方式 虚电路是指两个用户（数据终端设备：虚电路是指两个用户（数据终端设备：DTE）在进在进行通信之前通过网络建立的逻辑上的连接，虚电路行通信之前通过网络建立的逻辑上的连接，虚电路交换是一种面向连接（交换是一种面向连接（Connection Oriented：CO）的网络服务方式。整个通信过程包括呼叫建立、数的网络服务方式。整个通信过程包括呼叫建立、数据传输和呼叫释放三个阶段，其工作过程类似于电据传输和呼叫释放三个阶段，其工作过程类似于电路交换方式。虚电路不是电路交换中的物理连接，路交换方式。虚电路不是电路交换中的物

17、理连接，而是逻辑连接，是而是逻辑连接，是“虚拟虚拟”的连接。虚电路并不独的连接。虚电路并不独占电路，在一条物理线路上可以同时建立多个虚电占电路，在一条物理线路上可以同时建立多个虚电路，以达到资源共享。路，以达到资源共享。 2数据报方式数据报方式 数据报是一种无连接（数据报是一种无连接（Connectionless：CL）的的网络服务方式。在数据报方式中，每个分组是单独网络服务方式。在数据报方式中，每个分组是单独传送的，就像报文交换中的报文一样。每个分组称传送的，就像报文交换中的报文一样。每个分组称为一个数据报，每个数据报都包含源和目的节点的为一个数据报，每个数据报都包含源和目的节点的地址信息。

18、当一个节点收到一个数据报后，根据数地址信息。当一个节点收到一个数据报后，根据数据报中的地址信息和当前网络的工作状态，为每个据报中的地址信息和当前网络的工作状态，为每个数据报选择传输路径。当某个站点要发送一个报文数据报选择传输路径。当某个站点要发送一个报文时，先把报文拆成若干个带有序号和地址信息的数时，先把报文拆成若干个带有序号和地址信息的数据报，依次发送到网络节点上。因此，数据报经过据报，依次发送到网络节点上。因此，数据报经过网络可能会有不同的路由，不能保证按顺序到达接网络可能会有不同的路由，不能保证按顺序到达接收端，接收端必须对已收到的且属于同一报文的数收端，接收端必须对已收到的且属于同一报

19、文的数据报重新排序。据报重新排序。 3分组交换的特点分组交换的特点（1）传输质量高）传输质量高（2）对线路动态复用，传输效率高。）对线路动态复用，传输效率高。（3）可在不同终端之间通信）可在不同终端之间通信（4）提供可靠的服务质量（）提供可靠的服务质量（QoS）（5）经济性好）经济性好（6）为用户提供补助业务）为用户提供补助业务3.3.2分组交换网分组交换网公用分组交换网的网络结构，根据网络的规模可公用分组交换网的网络结构，根据网络的规模可采用二级或三级结构。我国公用分组网采用二级或三级结构。我国公用分组网（CHINAPAC）采用三级结构，即国家骨干网、采用三级结构，即国家骨干网、省内网和本地

20、网三级。国家骨干网由设置在直省内网和本地网三级。国家骨干网由设置在直辖市、省会和自治区首府等骨干节点所组成，辖市、省会和自治区首府等骨干节点所组成，省内网由设置省内或自治区内的各城市的省内省内网由设置省内或自治区内的各城市的省内节点组成，本地网可根据需要建立，它由城市节点组成，本地网可根据需要建立，它由城市或地区的本地节点所组成。或地区的本地节点所组成。 3.4 宽带交换宽带交换 随着数据通信的快速发展，其应用范围也越来越随着数据通信的快速发展，其应用范围也越来越广。现有的交换技术，已远远不能满足信息化社广。现有的交换技术，已远远不能满足信息化社会的需求，例如，声频、视频、数字、图像等多会的需

21、求，例如，声频、视频、数字、图像等多种媒体的传输要求高速、宽带的通信网。过去普种媒体的传输要求高速、宽带的通信网。过去普遍采用的数据通信协议采用了一系列的技术来保遍采用的数据通信协议采用了一系列的技术来保证传输的可靠性，这些技术都需要网络设备进行证传输的可靠性，这些技术都需要网络设备进行复杂的协议处理，从而限制了网络吞吐量的提高。复杂的协议处理，从而限制了网络吞吐量的提高。因此需要一种新的数据通信技术，它只进行很少因此需要一种新的数据通信技术，它只进行很少的误码处理、具有极高的吞吐量和高效的处理突的误码处理、具有极高的吞吐量和高效的处理突发的能力。正是这些需求促进了宽带交换技术的发的能力。正是

22、这些需求促进了宽带交换技术的发展。发展。 3.4.1 快速分组交换快速分组交换快速分组交换并不是一种数据传送机制，它只是一快速分组交换并不是一种数据传送机制，它只是一个总的概念，在实现的技术上有两大类：帧中继个总的概念，在实现的技术上有两大类：帧中继（Frame Relay）和信元中继（和信元中继（Cell Relay）。）。帧中继非常适合于高速数据应用。在后面的章节将帧中继非常适合于高速数据应用。在后面的章节将详细介绍帧中继技术。详细介绍帧中继技术。 信元中继以分组交换原理，将数据分成信元在线信元中继以分组交换原理，将数据分成信元在线路上传输，信元的长度是固定的路上传输，信元的长度是固定的5

23、3个字节，信元个字节，信元通过网络的传输时延是可以预测的。异步传输模通过网络的传输时延是可以预测的。异步传输模式式(ATM)是信元中继的传输和交换技术。是信元中继的传输和交换技术。 3.4.2 ATM交换交换 异步传输模式异步传输模式ATM(Asynchronous Transfer Mode)是信元中继的传输和交换技术。在这种传输模式是信元中继的传输和交换技术。在这种传输模式中，信息被组织成固定长度的信元中，信息被组织成固定长度的信元(Cell)在网络中在网络中传输和交换，包含一段特定用户信息的信元并不传输和交换，包含一段特定用户信息的信元并不需要周期性地出现在信道上。需要周期性地出现在信道

24、上。ATM是面向连接的，是面向连接的，它是通过建立虚电路来进行数据传输的。它是通过建立虚电路来进行数据传输的。 1ATM信元信元 在在ATM中，信元是信息传输、复用和交换的基中，信元是信息传输、复用和交换的基本单位。每个信元都有固定的长度，共有本单位。每个信元都有固定的长度，共有53个个字节，其中字节，其中5个字节是信头（个字节是信头（Header）48个字节个字节是信息段（是信息段（Information field）。）。信头包含各种信头包含各种控制信息，主要是信元的路径信息、优先级、控制信息，主要是信元的路径信息、优先级、一些维护信息和信头的纠错码。信息段中包含一些维护信息和信头的纠错码

25、。信息段中包含来自各种不同业务的用户数据，这些数据透明来自各种不同业务的用户数据，这些数据透明的穿越网络。信元的格式与业务类型无关，任的穿越网络。信元的格式与业务类型无关，任何业务的信息都同样的被分割封装成统一格式何业务的信息都同样的被分割封装成统一格式的信元。的信元。 2ATM工作方式工作方式ATM采用异步时分复用方式。在这种复用方式中，采用异步时分复用方式。在这种复用方式中，来自不同用户的信元被逐个输出到传输线路，来自不同用户的信元被逐个输出到传输线路，形成信息流。信元的信头中包含的形成信息流。信元的信头中包含的VPI/VCI标识，标识，用来说明该信元所属的虚连接。具有同样标识用来说明该信

26、元所属的虚连接。具有同样标识的信元在传输线上不对应某个固定的时隙，在的信元在传输线上不对应某个固定的时隙，在线路上的出现不具有周期性。这种复用方式叫线路上的出现不具有周期性。这种复用方式叫做异步时分复用，又叫统计复用。做异步时分复用，又叫统计复用。ATM是面向连接的，由虚通道是面向连接的，由虚通道(VP)和虚信道和虚信道(VC)二级构成。二级构成。VC是一种用于描述具有相同是一种用于描述具有相同VCI标识值的一种单标识值的一种单向传输向传输ATM信元的概念；而信元的概念；而VP则是一种用于描则是一种用于描述那些具有相同述那些具有相同VPI标识值，且属于不同标识值，且属于不同VC的的单向传输单向

27、传输ATM信元的概念。信元的概念。VP和和VC的关系见的关系见图。图。 物理信道VPVPVPVCVCVCVPVPVPVCVCVC3ATM连接的建立连接的建立ATM中的连接可以是点到点的连接，也可以中的连接可以是点到点的连接，也可以是点到多点或多点到多点的连接。从连接是点到多点或多点到多点的连接。从连接方式来分，有两种最基本的类型：永久虚方式来分，有两种最基本的类型：永久虚电路电路(PVC)和交换虚电路和交换虚电路(SVC)。 4ATM交换原理交换原理ATM的连接有两种：虚通道连接（的连接有两种：虚通道连接（VPC）和虚信道和虚信道连接（连接（VCC）。虚信道连接。虚信道连接VCC是最基层的传输

28、是最基层的传输信道，由信道，由VCI和和VPI值共同标识。虚通道连接值共同标识。虚通道连接VPC是比是比VCC高一级的传输信道，它可以包含若高一级的传输信道，它可以包含若干干VCC。VPC是将成束的虚信道作为一个单元一是将成束的虚信道作为一个单元一起交换。用于交换的路由信息只限于信元头中的起交换。用于交换的路由信息只限于信元头中的VPI部分。部分。ATM的交换也有两种类型，即虚通道交换（的交换也有两种类型，即虚通道交换（VP交交换）和虚信道交换（换）和虚信道交换（VC交换）。虚连接建立后，交换）。虚连接建立后，被赋予被赋予VPI/VCI值作为标识，并在虚连接经过的值作为标识，并在虚连接经过的每个每个ATM交换机上建立一个连接映射表。交换机上建立一个连接映射表。3.5 小结小结 数据交换方式基本上分为三种，即电路交换数据交换方式基本上分为三种，即电路交换（Circuit Switch：CS）、）、报文交换（报文交换（Message Switch：MS）和分组交换（和分组交换（Packet Switch：PS）。）。从交换原理上看，电路交换是电路传