计算机通信技术-04ppt课件

.,1,数据交换技术,电路交换、报文交换、分组交换与高速分组交换,.通信与信息工程学院,数据交换技术,定义数据交换技术是实现远距离多节点数据通信必须依靠的技术。在通信网中，当有多个用户之间进行通信时，就要考虑如何把它们连接起来，使一对一的通信成为可能。这种技术可把数据信号从一个节点传向另一个节点，直至到达目的地。,.通信与信息工程学院,解决方案,方案一在每对设备之间安装一条点到点的链路(网状拓扑结构)，或者在一个中心设备和每个其他设备之间设置一条点到点的链路(星型拓扑结构)。(成本高，线路利用率低),.通信与信息工程学院,解决方案,方案二将各个用户终端通过一个具有交换功能的网络连接起来，使得接入该网络的两个用户终端由网络来实现必需的交换操作。,.通信与信息工程学院,原理图,.通信与信息工程学院,优缺点线路利用率高有时延如果有多个用户同时进行通信，还可能出现由于争用线路而引起的“阻塞”和“拥挤”现象。,.通信与信息工程学院,7,现在的计算机网络,.通信与信息工程学院,常用交换方法,电路交换报文交换数据报分组交换虚电路帧中继高速分组交换ATM,.通信与信息工程学院,9,电路交换,电路交换的概念电路交换的特点电路交换的工作过程电路交换的应用,.通信与信息工程学院,10,电路交换的概念,用户在相互通信前，根据信令将主、被叫之间的链路逐段连接起来，形成一条实际的物理链路（一对实线、时隙或频段），连接期间通信双方始终使用并独占该条物理链路，结束后拆除这条物理链路。将该种交换方式成为电路交换。,.通信与信息工程学院,11,电路交换的特点,一定是面向连接的，且是实连接必须有建立连接数据传输释放连接三个过程连接后占用的是实际物理电路所有信息传输沿着同一路径（建立连接的路径）信道独占在释放连接以前两个用户一直占用端到端的固定带宽（资源）即使这两个用户并没有通信，别的用户也不能占用优点：传输可靠、实时，不乱序缺点：信道利用率低使用场合：特别适合实时业务，不适合突发性强的数据传输和频繁更换通信对象的场合。,.通信与信息工程学院,12,电路交换的工作过程,.通信与信息工程学院,13,公共电话交换网,.通信与信息工程学院,14,空分交换,.通信与信息工程学院,空分交换,只要将空分交换矩阵的某个交叉点接通，就能将入线交换到出线上（完全透明）收发交换是在同一矩阵接点完成的，不分开空分交换网络无话音存储功能既可交换模拟信号，也可交换数字信号控制简单，但容量有限,15,.通信与信息工程学院,16,分级的空分交换,.通信与信息工程学院,时分（时隙）交换,时隙交换是在某个时隙将话音存入话音存储器，在另一个时隙将该话音取出时隙交换需要数字交换网络能暂存数字信息,17,.通信与信息工程学院,时隙交换示意图,18,.通信与信息工程学院,报文交换方式,报文交换完全不同于电路交换。在这种交换方式中,两个端点之间无需建立专用的信道。如果一个端点想要发送报文(数据传输单位),则需要把目的端地址添加在报文中一起发送出去。报文交换在20世纪60年代和70年代是十分常用的。它主要的用途是为非智能设备提供高性能服务(如延迟传输，广播)。,.通信与信息工程学院,报文交换原理,报文交换过程报文交换方式的基本思想是“存储转发”交换方式的一种。在这种方式中，一个节点接收一个报文，把它存储在交换机的存储器中（内存或外存），直到合适的路径处于空闲状态，然后沿这条路径将它发送出去。由于在一次报文的接收方和发送方之间不存在直接的链路，因此存储转发被认为是一种交换技术。,.通信与信息工程学院,例子,.通信与信息工程学院,.通信与信息工程学院,.通信与信息工程学院,.通信与信息工程学院,例如在图中，信息报文从DTE数据终端设备A传到D，可以是图中所示的路线，A124D也可以是另外的路线，如，A134D，或者是A1234D，到底走哪一条路线，完全根据当时线路的忙/闲情况（通常称做线路的权值）来决定。,.通信与信息工程学院,报文交换机图6.9报文交换机,.通信与信息工程学院,报文交换的过程如下：(1)通信控制器探询各条输入用户线路，若某条用户线路有报文输入，则向中央处理机发出中断请求，并逐字把报文送入内存储器；(2)收到报文结束标志后，中央处理机对报文进行处理，例如分析报头，判别和确定路由，登录输出排队表等；(3)将报文转移到外部大容量存储器，等待一条空闲输出线路；(4)等到线路空闲，把报文从外存储器调入内存储器，经通信控制器向线路发出去。,.通信与信息工程学院,报文格式,.通信与信息工程学院,报文交换的优缺点,与电路交换方式相比，报文交换方式具有如下优点:（1）线路利用率高。因为节点之间的信道可被报文所共享。这样,对相同的流量要求,所需的总传输容量要小些。（2）接收者和发送者无需同时工作,当接收者处于“忙”时,中间节点可将报文暂时存储起来。（3）当流量加大时,在电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,报文仍然可以接收,但延时会增加。（4）报文交换系统可同时向多个目的站发送同一报文。这种功能在电路交换方式中是难以实现的。（5）可以建立报文传输的优先级。（6）能够在网络上实现报文的差错控制和纠错处理。（7）报文交换网络可以进行传输速率和代码格式的转换,使两个传输速率不同且数据格式相异的端点可相互连接。（8）发送给未准备好终端的报文可以被暂时存储下来,或者转发给其它终端。,.通信与信息工程学院,报文交换方式的主要缺点是不适于实时通信或交互式通信,网络的延时比较长,波动范围比较大。所以,它不能用来传输声音或图像信号,也不适用于交互式通信。报文交换设备费用高。其高费用主要表现在报文交换机具有高速处理能力和大的缓冲存储器容量。报文交换适用于公众电报和电子信箱业务，不适合实时通信。报文交互方式在早期的广域网中也有应用。但是，在现代网络中，很少采用。,.通信与信息工程学院,分组交换,问题的提出电路交换虽然实时性好，但它对于短报文通信效率低，电路利用率低，且不利于不同类型终端相互通信；报文交换虽能解决电路交换的缺点，但又不满足数据在实时情况下的通信。随着计算机的广泛应用，要求数据交换能适应不同速率的交换，接续时间短，实时性好，传输准确性高，且不同类型终端可相互通信。为此，提出了分组交换技术。分组交换综合了电路交换和报文交换的优点，并使两者的缺点得以相互抵消。分组交换方式也属于存储一转发交换方式，但它不是以报文为单位进行交换，而是把报文分组，以短的、格式化的离散报文为单位进行交换和传输。这些单元是大小可变的数据块，称为包。包的最大长度由网络决定。分组交换方式是目前网络中应用最多的方法。,.通信与信息工程学院,32,分组交换,分组交换概念利用存储/转发的方式，将数据报文分割成一个个分组（包），以分组为单位进行传输和交换。这种方式称为分组交换。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。,.通信与信息工程学院,数据,数据,数据,分组交换,每一个数据段前面添加上首部构成分组。,首部,首部,首部,请注意：现在左边是“前面”,.通信与信息工程学院,分组交换,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）。,.通信与信息工程学院,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。,.通信与信息工程学院,分组交换,接收端收到分组后剥去首部还原成报文。,数据,首部,数据,首部,数据,首部,收到的数据,.通信与信息工程学院,数据,数据,数据,分组交换,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。,.通信与信息工程学院,分组交换网的示意图,H1,A,分组交换网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1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,主机,.通信与信息工程学院,注意分组的存储转发过程,H1,A,分组交换网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1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,.通信与信息工程学院,40,分组交换的优势,提高了信道利用率众多数据分组共享一条传输信道采用尽力转发的方式调整数据传输速率存储-转发模式可以设置业务的优先级,.通信与信息工程学院,分组交换的形式,虚电路(VirtualCircuit)数据报(Datagram),41,.通信与信息工程学院,虚电路方式,面向连接的方式，但为虚连接（逻辑连接）“虚”的含义：只有传送分组时才占用物理电路意味着一条物理电路可以同时建立多条虚电路特点信道不独占，采用统计复用方式，实现信道共享同一虚电路的分组通信路径相同，故通信有序一个用户可与多个用户建立虚连接每个虚电路都由一个虚电路号或虚电路标识来表征建立虚电路时需要传送源、目地址建立虚电路后，则传输数据时，只需携带虚电路号或标识,42,.通信与信息工程学院,虚电路方式,分组按相同路径到达目的地顺序到达,43,.通信与信息工程学院,虚电路方式的分类,永久性虚电路PVC事先已建立连接，可直接进行通信，通信后不需拆链交换性虚电路SVC通信前建立连接，通信后拆除连接,44,.通信与信息工程学院,X.25,45,.通信与信息工程学院,数据报方式,无连接通信前无需建链，通信后也无需拆链每个分组单独选路，造成：不同的分组可能传输路径不同到达同一目的地的数据可能乱序分组必须携带源、目地址不能保证时延和时延抖动，是一种尽力传送方式适合突发的数据传输，不适合实时业务的传输,46,.通信与信息工程学院,数据报方式,主机1到主机2的分组沿不同路径到达主机2出现乱序（先发后到）,47,.通信与信息工程学院,IP,48,.通信与信息工程学院,两种方式的比较,选路虚电路方式一旦虚电路建立，在端到端之间所选定路由上的各个交换节点都具有映象表，存放出入逻辑信道的对应关系，每个分组到来时只要查找映象表，而不需要进行复杂的选路。数据报方式无通路建立过程，对每个分组独立进行选路。时延虚电路方式按映像表选路，时延小。数据报方式按分组头的地址信息选路，时延大。信息有序性虚电路方式所有分组沿同一路径传输，能够保证有序性。数据报方式各个分组沿不同路径传输，信息无序到达。,49,.通信与信息工程学院,两种方式的比较,错误处理虚电路方式对故障较为敏感，当传输链路或交换节点发生故障时可能引起虚电路的中断，需要重新建立。数据报方式中各个分组可选择不同路由，对故障的防卫能力较强，从而可靠性较高。应用虚电路方式适用于较连续的数据流传送，其持续时间应显著地大于呼叫建立的时间，如文件传送、传真业务等。数据报方式则适用于面向事务的询向响应型数据业务。,50,.通信与信息工程学院,三种交换的比较,ABCD,ABCD,ABCD,报文交换,电路交换,分组交换,t,.通信与信息工程学院,帧中继,帧中继是快速分组技术帧方式的一种，是分组技术的升级技术。快速分组交换(FastPacketSwitching,FPS)的目标是通过简化通信协议来减少中间节点对分组的处理，以获得高的分组吞吐量和小的分组传输时延。帧方式是在开放系统互连(OSI)参考模型的第二层，由于数据链路层数据单元一般称作帧，故称为帧方式。帧方式包括帧交换和帧中继两种类型，帧中继交换机对用户数据帧基本不作处理，只进行检测，但不纠错，而且省去流量控制等功能，这些功能由终端来完成。而帧交换却保留有差错控制和流量控制等功能。因此，帧中继比帧交换更简化，传输效率更高，所以得到了更广泛的应用。,.通信与信息工程学院,1.帧中继的体系结构图6.17表示帧中继的体系结构。它包括两个操作平面。,.通信与信息工程学院,控制平面(即C平面)用于建立和释放逻辑连接，其协议在用户和网络之间操作。用户平面(即U平面)用于传送用户数据和管理信息，其协议提供端到端的功能。,.通信与信息工程学院,2.帧中继格式,.通信与信息工程学院,2.帧中继格式,用来表明帧开始和结束，规定其编码为01111110。,.通信与信息工程学院,2.帧中继格式,其长度是可变的，最多可4096字节。具有透明性,.通信与信息工程学院,2.帧中继格式,该字段的长度为2字节，也可扩展为3或4字节，由以下几部分组成：DLCI数据链路连接标识符CR：命令响应EA：扩展地址FECN前向显式拥塞通知BECN后向显式拥塞通知DE：可丢弃标识符,.通信与信息工程学院,2.帧中继格式,校验字段通常使用CRC冗余校验法。,.通信与信息工程学院,帧中继的特点,帧中继的主要特点如下。1高效性2经济性3高可靠性4灵活性,.通信与信息工程学院,ATM交换,ATM(AsynchronousTransferMode)是异步传送模式的简称。它也是一种建立在电路交换和分组交换的基础上的一种面向连接的快速分组交换技术，它采用定长分组，能够较好地对宽带信息进行交换。它与帧中继的区别在于帧中继中分组的长度是可变的，而ATM分组的长度是固定的。和帧中继一样，ATM几乎不为差错控制提供额外开销，差错控制依赖于系统自身的稳定性，以及终端系统中检错和纠正差错的高层逻辑。由于使用了固定长度的分组，ATM需要处理的额外开销比帧中继还要少。因此，ATM设计的工作范围在几十到几百Mbps之间，甚至可以工作在Gbps的范围内。,.通信与信息工程学院,ATM交换,基本特征传输、复用和交换都是以信元(Cell)为基本单位进行信元长度固定：53字节（5字节头部48字节载荷），有利于宽带高速交换。异步是指属于同一用户的信元不一定按固定的时间间隔周期性地出现采用虚连接方式，异步时分复用按时隙交换，每时隙交换一个信元用户信元传输不按固定时隙（无周期性）简化了信头功能。信元传递过程中不需源、目地址，只用虚连接标识VPI/VCI，由于其简单的信头，使信头处理速度快，处理时延小。支持多种业务（实时、非实时、不同速率），所有信息在最低层是以面向连接的方式传送，以保持电路交换适合于传送实时性很强的业务的优点。,62,.通信与信息工程学院,ATM交换,ATM具有的灵活性和适应性，使其成为B-ISDN的理想交换传送方式.ATM使用光纤信道传输.免除了差错控制和流量控制，大大简化了网络控制ATM的一个明显缺点就是信元首部的开销太大。,.通信与信息工程学院,ATM信元,PDU：53字节长信元SDU：48字节长的信息块头部：UNI信头与NNI信头,64,.通信与信息工程学院,ATM信元,VPI:VirtualPathIdentifier虚通路标识符（NNI信头12位，UNI信头8位）VCI:VirtualChannelIdentifier虚通道标识符（16位）VPI/VCI：标识一个信元的路径信息一个信元在传输过程中，其VPI/VCI是变化的,65,.通信与信息工程学院,ATM用户终端,发端给高层信息加上帧头，形成UNI信元给UNI信元分配VPI/VCI将信元复用形成信元流收端识别VPI/VCI，将信元进行分流去掉帧头，恢复上层数据，并交上层,66,.通信与信息工程学院,ATM交换机（网络节点）,选路根据虚电路表进行选路虚电路表连接建立时创建变换信头、转发信元VPI、VCI、HEC在每个节点都可能变根据虚电路表中信元的转发出口，以及下一虚链路的VPI/VCI标识，改写信头和重新计算HEC然后向下一个节点转发信元,67,.通信与信息工程学院,ATM交换原理,一个虚连接由多段虚电路（VPI/VCI）串联组成。VPI/VCI标识值已存于该虚连接中的各ATM交换机中ATM交换的实质是逐段交换不同的VPI/VCI标识,VPI=1VCI=3,ATM交换机1,ATM交换机3,ATM交换机2,端口1,端口3,端口2,VPI=4VCI=3,VPI=2VCI=1,68,.通信与信息工程学院,VC交换,VPI/VCI都会发生改变VC交换点终止于VC链和VP链,69,.通信与信息工程学院,VP交换,原理信元经过交换节点向下转发时只改变VPI的值将一个VP内的所有虚拟连接交换到另一个VP内优势可由网管系统建立半永久性VPC，以达到快速高效传输,70,.通信与信息工程学院,本章小结,数据通信不仅要实现点对点通信，还要实现区域的直至全球的数据通信，这种终端之间建立的完全互联网络，必须要有数据交换。通过交换可以把多个设备连接在一起。公用数据交换方式有两大类：电路交换方式和存储交换方式。存储交换方式中又分报文交换和分组交换两种方式。帧中继和ATM交换也属于存储交换方式，它们是快速分组方式。电路交换方式是两终端用户相互通信前，先建立起一条实际的物理链路，并在两用户通信的整个时间内，始终使用该条链路直至一方拆除该链路，而不允许其他用户共享该条链路的通信交换方式。采用电路交换方式，数据通信需要经历呼叫建立、数据传输和呼叫拆除3个阶段。,.通信与信息工程学院,本章小结,报文交换方式是将用户的数据信息作为一份报文存储在交换机的存储器中，当所需的输出电路空闲时，再将该报文发向接收机或用户终端。报文交换的主要优点是无呼损，很容易实现不同类型终端的相互通信，可采用时分多路复用方式，线路利用率高，并能实现同报文广播通信。报文交换主要缺点是传输时延长，由于要有高速处理能力和大容量存储器，故成本费用高。报文交换方式不适合实时通信，它适用于公众电报和电子信息通信中。,.通信与信息工程学院,本章小结,分组交换是以分组为单位的存储转发方式。它放弃了报文交换中以报文为单位的交换方式，将报文截成若干比较短的、规格化的“分组”(或称包)进行交换和传输。同一终端送出不同分组可以在网内独立传输，进行流量控制，路由选择和差错控制等通信处理。分组交换采用统计时分复用方式，动态地分配带宽。分组交换网