电路交换分组交换

分组交换网电路交换报文交换分组交换分组交换网因特网的发展历程本章主要内容终端传输媒介终端电信号电信号信息信息点对点通信在电信系统中，只有两个终端的通信称为点对点通信。1、电路交换点对点通信举例话音数据无交换的多个终端要实现相互间通信，必须以全互连的方式两两相连。若终端数为n，则线对数为C2

=n(n-1)/2n（当终端n=100时，线对数=100X(100-1)/2=4950）无交换的多个终端的通信(终端=5、线对数=10)用户环线交换设备用户间通过交换设备连接引入交换的终端间的通信多个交换节点组成的通信网引入交换的终端间的通信中继线电路交换机的内部结构交换机ABCDEFGH电路交换工作过程A和B之间如何通话？A和B

之间建立电路连接通话在A到B

的连接上进行通话结束，拆除连接

交换机交换机交换机用户线交换机中继线中继线B

用户线C

AD

思考：电路交换的特点？交换节点即交换机应具备什么样的功能？交换节点是如何实现接续的？电路交换的特点电路交换必定是面向连接的。电路交换的三个阶段：建立连接通信（始终占据线路资源）释放连接电路交换传送计算机数据效率低计算机数据具有突发性。这导致通信线路的利用率很低。交换节点的基本功能交换节点必须具备的基本功能：能正确接收和分析从用户线或中继线发来的呼叫信号、地址信号能按目的地址正确地进行选路以及在中继线上转发信号能控制连接的建立与拆除交换节点可控制的接续类型：本局接续、出局接续、入局接续、转接接续交换节点接续类型图示人工交换阶段：磁石式电话机共电式电话机早期的人工交换早期的电路交换是由人工完成的电子式自动交换阶段：人工交换之后是自动交换机电式自动交换阶段：程控交换机阶段：步进制交换机:原理：由用户拨出的电话号码直接控制步进继电器选线，接通线路。缺点：步进继电器动作噪声大到机房维护人员难以承受。纵横制交换机：原理：改进了步进继电器，由用户拨号直接控制改为间接控制，接线器动作噪声小。半电子交换机：话路部分采用机械接点，控制部分采用电子器件。全电子交换机：话路部分和控制部分均采用电子器件。模拟程控交换机：1965年5月美国开通了第一个程控交换机。数字程控交换机：1970年法国开通了第一个数字程控交换机。总结电路交换中“交换”的含义在这里，“交换”(switching)的含义是：转接——把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。2、报文交换在20

世纪40

年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换(message

switching)。长途报文需要经过报文交换中心转发。在报文交换中心，一份份电报被接受下来，并被穿成纸带，操作员以每份报文为单位，撕下纸带，根据报文的目的地址，拿到相应的发报机转发出去。这是人工报文交换，后来也有自动报文交换。报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了。报文交换优点①报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在连接建立时延，用户可随时发送报文。②通信双方不是固定占有一条通信线路，而

是在不同的时间一段一段地部分占有这条物

理通路，因而大大提高了通信线路的利用率。报文交换优点③由于采用存储转发的传输方式，使之具有下列优点：

a.在报文交换中便于设置代码检验和数据重发设施，加之交换结点还具有路径选择，就可以做到某条传

输路径发生故障时，重新选择另一条路径传输数据，提高了传输的可靠性；b.在存储转发中容易实现代

码转换和速率匹配，甚至收发双方可以不同时处于

可用状态。这样就便于类型、规格和速度不同的计

算机之间进行通信；c.提供多目标服务，即一个报

文可以同时发送到多个目的地址，这在电路交换中

是很难实现的；d.允许建立数据传输的优先级，使

优先级高的报文优先转换。报文交换的不足之处①由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程，从而引起转发时延（包括接收报文、检验正确性、排队、发送时间等），而且网络的通信量愈大，造成的时延就愈大，因此报文交换的实时性差，不适合传送实时或交互式业务的数据。②报文交换只适用于数字信号。报文交换的不足之处③由于报文长度没有限制，而每个中间结点都

要完整地接收传来的整个报文，当输出线路不

空闲时，还可能要存储几个完整报文等待转发，要求网络中每个结点有较大的缓冲区。为了降

低成本，减少结点的缓冲存储器的容量，有时

要把等待转发的报文存在磁盘上，进一步增加

了传送时延。3

分组交换分组交换网络的产生背景是20世纪60年代美苏冷战时期的产物。60年代初，美国国防部领导的远景研究规划局

ARPA

(Advanced

Research

Project

Agency)提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络。传统的电路交换(circuit

switching)的电信网有一个缺点：正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁，则整个通信电路就要中断。如要改用其他迂回电路，必须重新拨号建立连接。这将要延误一些时间。新型网络的基本特点网络用于计算机之间的数据传送，而不是为了打电话。网络能够连接不同类型的计算机，不局限于单一类型的计算机。所有的网络结点都同等重要，因而大大提高网络的生存性。计算机在进行通信时，必须有冗余的路由。网络的结构应当尽可能地简单，同时还能够非常可靠地传送数据。请注意名词“结点”“结点”的英文名词是node。虽然node

有时也可译为“节点”，但这是指像天线上的驻波的节点，这种节点很像竹竿上的“节”。在网络中的node的标准译名是“结点”而不是“节点”。报文分组交换的原理（一）在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输报文分组交换的原理（二）每一个数据段前面添加上首部构成分组。分数组1

据数

据数

据分组2分组3请注意：现在左边是“前面”分组交换的原理（三）分组交换网以“分组”作为数据传输单元。依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。分组1数

据分组2数

据分组3数

据分组首部的重要性每一个分组的首部都含有地址等控制信息。分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。分组的形成分组交换的原理（四）接收端收到分组后剥去首部还原成报文。分组1数

据分组2数

据分组3数

据收到的数据数

据数

据数

据分组交换的原理（五）最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。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。报文1101000110101010110101011100010011010010分组交换的优点高效

动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。灵活迅速以分组为传送单位和查找路由。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。可靠

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。分组交换带来的问题分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。分组交换的分类数据报：面向无连接的数据传输,工作过程类似于报文交换。采用数据报方式传输时，被传输的分组称为数据报。虚电路是面向连接的数据传输，工作过程类似于电路交换，不同之处在于此时的电路是虚拟的。虚电路和数据报服务两种服务的思路来源不同虚电路服务的思路来源于传统的电信网。电信网负责保证可靠通信的一切措施，因此电信网的结点交换机复杂而昂贵。数据报服务力求使网络生存性好和使对网络的控制功能分散，因而只能要求网络提供尽最大努力的服务。可靠通信由用户终端中的软件（即TCP）来保证。虚电路和数据报服务对比的方面虚电路服务数据报服务连接的建立必须有不要路由选择在虚电路建立时进行，所有分组均按同一路由每个分组独立选择路由当路由器出故障时所有通过出故障的路由器的虚电路均不能工作出故障的路由器

可能会丢失分组，一些路由可能发

生变化分组的顺序总是按照发送顺序到达目的站到达目的站时不一定按发送顺序三种交换方式比较对比的方面电路交换报文交换分组交换是否需要建立连接只在需要的时候建立交换链路不需要不一定，可随时直传，但传输数据的链路是共享的路由选择不需要需要不一定是否分组不不需要是否存储转发不需要需要实现方法或技术PSTN、ISDNX.25、ATM、帧中继三种交换的比较P1P2P3P4P1P2P3P4报文报文报文ABCDABCDABCD报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文P1P2P3P4连接释放CTM-Circuit

Transfer

ModePTM-Packet

Transfer

ModeATM-Asynchronous

Transfer

Mode各种交换方式IP交换换报文交换电多快ATM帧分路速速交中组交率电换继交换电路换路交交换光交换PTMCTM几种错误的观点1、数据通信一定是分组交换2、分组交换比电路交换通信质量高3、数据通信必须是数字信号四、分组交换网H1A分组交换网DECH5H6H4H2H3H1

向H5

发送分组H2

向H6

发送分组注意分组路径的变化！结点交换机B主机分组交换网的示意图注意分组的存储转发过程H1A分组交换网ECH5H6H4HH3H1

向H5

发送分组结点2D交换机B主机在结点交换机A

暂存查找转发表

找到转发的端口结点交换机C

暂存查找转发表

找到转发的端口在在结点交换机E

暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机H5思考：分组交换网可能会存在的问题？注意结点交换机有多个端口AH1H5H2H4H3H6高速链路结点交换机1234123

E4D1

2

3

41

2

3

4CB1

2

3

4结点交换机在结点交换机中的输入和输出端口之间没有直接连线。结点交换机处理分组的过程是：把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；把分组送到适当的端口转发出去。主机和结点交换机的作用不同主机是为用户进行信息处理的，并向网络发送分组，从网络接收分组。结点交换机对分组进行存储转发，最后把分组交付给目的主机。网络中的分组转发机制路由选择和转发转发是当交换结点收到分组后，根据其目的地址查找转发表(forwardingtable)，并找出应从结点的哪一个接口将该分组发送出去。路由选择是构造路由表(routing

table)的过程。路由表是根据一定的路由选择算法得到的，而转发表又是根据路由表构造出的。在结点交换机中查找转发表层次结构的地址结构局域网采用了平面地址结构(flat

addressing)。对局域网，这种结构非常方便。广域网中一般都采用层次地址结构(hierarchical

addressing)。最简单的层次结构地址举例用二进制数表示的主机地址划分为前后两部分。所连接的交换机的编号所连接的交换机端口的编号计算机在广域网中的地址网络中的分组转发机制路由选择和转发转发是当交换结点收到分组后，根据其目的地址查找转发表(forwardingtable)，并找出应从结点的哪一个接口将该分组发送出去。路由选择是构造路由表(routing

table)的过程。路由表是根据一定的路由选择算法得到的，而转发表又是根据路由表构造出的。在结点交换机中查找转发表层次结构的地址结构局域网采用了平面地址结构(flat

addressing)。对局域网，这种结构非常方便。广域网中一般都采用层次地址结构(hierarchical

addressing)。最简单的层次结构地址举例用二进制数表示的主机地址划分为前后两部分。所连接的交换机的编号所连接的交换机端口的编号计算机在广域网中的地址[2,1][2,2]456745673[1,1][1,3][3,2][3,3]每个交换机都有两组端口。一组是和本地主机相连的低速端口，另一组是和其他交换机相连的高速端口。1

交2

换3

机1交1换2机34

5

6

7交换机21

2

3[2,1][2,2]45674567换机3[1,1][3,2][3,3]交1[1,3]每个主机地址中后面的数字是指该交换机的低速端口主机地址[1,3]是指连接在交换机1

的3

号低速端口主机地址[3,2]是指连接在交换机3

的2

号低速端口交1231

换2

机34

5

6

7交换机21

2

3[2,1][2,2]45674567换3[1,1][3,2][3,3]这里给出结点交换机2

中的转发表作为例子例如，一个欲发往主机[3,2]的分组到达了交换机2。机1[1,3]目的站下一跳[1,1][1,3][3,2][3,3][2,1][2,2]交换机1交换机1交换机3交换机3直接直接这时应查找交换机2

的转发表，找目的站为[3,2]的项目。4

5

6

7交换机21

2

3交换机2的转发表交12机31

交换23[2,1][2,2]12341234交换机3[1,1][3,2][3,3]目的站是[3,2]吗？交换机1[1,3]目的站下一跳[1,1][1,3][3,2][3,3][2,1][2,2]交换机1交换机1交换机3交换机3直接直接查找转发表中的下一个项目。否1231234

5

6

7交换机21

2

3交换机2的转发表[2,1][2,2]12341234交换机3[1,1][3,2][3,3]目的站是[3,2]吗？交换机1[1,3]目的站下一跳[1,1][1,3][3,2][3,3][2,1][2,2]交换机1交换机1交换机3交换机3直接直接查找转发表中的下一个项目。否1231234

5

6

7交换机21

2

3交换机2的转发表[2,1][2,2]12341234交换机3[1,1][3,2][3,3]目的站是[3,2]吗？交换机1[1,3]目的站下一跳[1,1][1,3][3,2][3,3][2,1][2,2]交换机1交换机1交换机3交换机3直接直接根据转发表指出的下一跳把分组转发到交换机3。是1231234

5

6

7交换机21

2

3交换机2的转发表[2,1][2,2]12341234交换机3[1,1][3,2][3,3]交换机1[1,3]分组转发到交换机3

后就查找交换机3

的转发表。从转发表（此处省略了）可知不必再转发分组了，把该分组直接交付给主机[3,2]即可。1231234

5

6

7交换机21

2

32.

按照交换机号确定下一跳在转发分组时，可只根据分组的主机地址中的交换机号来查找转发表。只有当分组到达与目的主机相连的结点交换机时，交换机才检查第二部分地址（主机号），并将分组交给目的主机。图的应用可用图论中的“图(graph)”来表示整个广域网。用“结点”表示广域网上的结点交换机，用连接结点与结点的“边”表示广域网

中的链路。连接在结点交换机上的主机与分组转发无关，因此在图中可以不画上。用图表示广域网的例子12341结点边243每一个结点的转发表12431

直接234333结点1

的转发表目的站 下一跳对结点

1

的转发表的第一个项目的解释：若到达结点

1

的分组的目的地址是结点1

上的主机，则下一跳就是直接交付而不必再转发其他结点。每一个结点的转发表1243目的站下一跳132直接3344对结点

2

的转发表的第一个项目的解释：若到达结点

2

的分组的目的地址是结点1

上的主机，则下一跳就应转发到结点3。结点2

的转发表在路由表中使用默认路由12431234直接333结点1

的转发表目的站 下一跳这三个项目的“下一跳”都是转发到“3”（结点3）。可以合并以结点1

和结点2

中的转发表为例来讨论12431默认直接3结点1

的转发表目的站 下一跳默认路由在路由表中使用默认路由1243