第8章_交换技术

1、2022年5月10日星期二2 本章学习常用的交换通信技术。l本章研究：什么是“交换网络”三种重要的交换网络l电路交换网l报文交换网l分组交换网2022年5月10日星期二3l本章开始由数据通信（两台设备之间）进入网络通信（N台设备之间）。l网络连接方案l点对点连接 造价高，利用率低l网状：每对设备之间建立点对点连接l星形：通过中心设备建立点对点连接l多点连接 广播冲突，介质和设备容量限制l总线形：将所有设备接在一条“总线”上 l交换连接 适用在广域网中使用l由互连节点在通信设备（端系统）构建临时连接2022年5月10日星期二4P138 图8.12022年5月10日星期二5l 远程传输通常是通过由

2、中间交换节点构成的网络来实现。l 节点交换机之间为点到点连接。l 交换节点(node)并不关心数据的内容。l 各种终端设备被称为“站点”(station)。这些站点可能是计算机、终端、电话机等。l 所有交换节点及其连接的集合称为“通信网络”。l 数据通过一个节点一个节点交换处理而被“路由路由”(从哪个端口转发给下一个节点)。2022年5月10日星期二62022年5月10日星期二7l满足各种不同速率数据通信的需求l交换速度快l传输准确性高l网络时延要小l满足用户各种数据通信业务的需要 2022年5月10日星期二8P138 图8.22022年5月10日星期二10P139 图8.32022年5月10

3、日星期二11P140 图8.42022年5月10日星期二12P140 图8.52022年5月10日星期二13n传送前需先在两站点间建立专用“通信通道”。n通道由一组网络节点之间依次相互连接的链路组成。n透明连接：两站点间如同直接连接。2022年5月10日星期二14l通信过程三步骤:l建立电路连接 (hello)l传送数据 (talk) l取消电路连接 (bye)l最早为电话通信设计l电路资源为某一次通话专用l数据连接时大部分时间线路是空闲的l固定的数据速率l通信双方必须按同一速率传送2022年5月10日星期二15 交换设备简单（纯硬件）。 透明连接，传输延迟小（仅为物理信号本身延迟）。 带宽固

4、定（不适合猝发性大通信流量），单一速率，无差错控制功能。 只能一对一通信。 独占线路，信道利用率低（空闲也不能利用）。 数据通信时占用线路时间一数据通信时占用线路时间一般不超过般不超过10%10%（语音通信最（语音通信最高可达高可达80%80%）。）。 要求建立连接2022年5月10日星期二16P141 图8.62022年5月10日星期二18报文交换技术的改进（存储转发）以“分组”为单位传输信息分组在每个交换节点处被接收、暂存，随后被传递给下一节点不同于报文交换：报文被“分组”后传送保证任何用户都不能长时间独占某传输线路用用户户报报文文2022年5月10日星期二19l“分组” (packet)

5、l分割的报文段+控制信息l数据以较小的信息包(分组)形式传送l通常以1000字节为一组l更长的报文被分割成一个分组串l每个分组包括有用户数据(部分或全部的)和附加的控制信息l控制信息l“路由”(寻址)信息（收发双方站点地址）l其他有关信息（协议版本、差错处理等）2022年5月10日星期二202022年5月10日星期二21允许同一线路传送多个数据流传输差错纠正能力允许数据通过多个路由器传送每个分组都附加了这四条控制信息原始数据数据分组分组的形成附加的控制信息 发送方地址（源地址） 接收方地址（目标地址） 序列号 校验和2022年5月10日星期二222022年5月10日星期二232022年5月10

6、日星期二24l电路交换 必有“连接-传送-断连”三步； ”透明连接“，延迟最小（交换节点处无延迟）； 恒定数据传输率； 独占信道，线路利用率低而费用高。l分组交换 在每个节点处需存储转发； 交换机根据分组中附加的目标地址确定如何转发； 多个通信过程可共享一个信道； 信息传送存在随机延迟问题：节点处排队长度和时间不定。 2022年5月10日星期二25l发送站点将长报文分割成一个个小的信息包（分组）l分组被逐个发送到网络上l传送分组有两种方式l数据报方式l虚电路方式2022年5月10日星期二26l分组交换网络主要根据其内部工作原理是数据报还是虚电路进行分类。l使用数据报(datagram)技术时，

7、每个分组是独立传送的，送往同一个目的站的分组可能沿着不同路由传送。l使用虚电路(virtual circuit)技术时，两个端节点间的路由是固定不变的，虚电路上的所有分组都沿同一路由传送。“散车散车”“车队车队”2022年5月10日星期二27l每个分组相互独立l每个分组可以使用任何可用的路线l需为每个分组（需自带地址）选择路由l分组的到达可能无序l分组在传送中可能丢失l在接收端对分组重新排序并对丢失的分组进行补救处理2022年5月10日星期二28Figure 8.7P142 图8.72022年5月10日星期二29P142 图8.8目的地址目的地址输出端口输出端口2022年5月10日星期二30F

8、igure 8.9P142 图8.92022年5月10日星期二32l传送前要先建立预定的路由（各节点虚电路表中记录虚电路号）l通过呼叫建立连接(握手)l每个分组中含有虚电路号而非目标地址l对使用同一虚电路的所有分组只需做一次路由选择l有序传送，接收后无需排序l清除请求，断开电路l并非独享线路(存储转发而非透明直连2022年5月10日星期二33P143 图8.102022年5月10日星期二34P144 图8.112022年5月10日星期二35P144 图8.122022年5月10日星期二36P145 图8.132022年5月10日星期二37P145 图8.142022年5月10日星期二38P14

9、6 图8.152022年5月10日星期二39P147 图8.162022年5月10日星期二40n数据报数据报( (datagram) ) 无需呼叫建立连接阶段，所以传输少量数据时比虚电路快。分组可绕过故障结点到达目的地，但不保证分组能按序到达，数据丢失也不知晓。n虚电路（虚电路（virtual circuit） 传输前需先建立连接，所以适用于两端之间大数据量交换。能保证每个分组按序正确到达。但构成虚电路的某个结点或链路出故障时，虚电路完全失效。2022年5月10日星期二41l数据报技术数据报技术l无需呼叫建立连接阶段l传输少量数据时比虚电路快l传输更灵活l可通过选择不同路由避绕网络中的拥塞区域

10、l但不保证分组能按序到达，数据丢失也不知晓l虚电路技术虚电路技术l传输前需先建立连接，所以适用于两端之间大数据量交换。l顺序传送，差错控制简便l分组传送速率更快l因为无需花费时间选择路由l可靠性较低l构成虚电路的某个结点或链路出故障时，虚电路完全失效。P.1472022年5月10日星期二43l电路交换机l空分交换机l时分交换机l时间-空间-时间交换机l分组交换机l“榕树”(Banyan)交换机l“巴切尔榕树”(Batcher-banyan)交换机2022年5月10日星期二44l最初用于模拟网络，目前同时用于模拟和数字网络。l信号通道和信号通道之间被物理隔开（空间分隔）。l纵横制交换机（单级空分

11、交换机）l交叉点：微电子开关（晶体管）l交叉点数量大，成本高： nm （n-输入线数，m-输出线数）l实际所需交叉点：相连站点数的平方l一个交叉点损坏将使对应线路无法连接l交叉点利用率低（即使所有连接全部开通，仍有大部分交叉点处于闲置状态）2022年5月10日星期二45P147 图8.172022年5月10日星期二46l将多台纵横交换机按多级（通常为3级）结构组合在一起。l特点：l减少了交叉点的数量；l提高了可靠性（两个站点间的连接在网络中具有多条通路）；l更加复杂的控制系统；l高通信量时会引起阻塞。l阻塞解决方案：Clos准则(见P149)2022年5月10日星期二47P148 图8.182

12、022年5月10日星期二48在一个三级交换系统中，交叉点的数量是在一个三级交换系统中，交叉点的数量是 2kN + k(N/n)2远远小于单级交换系统的交叉点数量远远小于单级交换系统的交叉点数量 (N2)。式中：N - 输入或输出数 k - 中间级纵横交换机个数 n 将N个输入分为组，每组n条输入线Note示例：P148 例8.32022年5月10日星期二492022年5月10日星期二50l采用时分复用（TDM）在交换机内部实现交换。l最常用的是时隙互换（TSI，time-slot interchange）技术。l缺点是使用时隙互换时，对每个连接的处理会产生延迟（每个时隙必须存储在随机存储器RAM中，然后被检索和传送）。l事实上，所有的现代电路交换机都使用数字时分技术。事实上，所有的现代电路交换机都使用数字时分技术。2022年5月10日星期二51P150 图8.192022年5月10日星期二52P150 图8.202022年5月10日星期二53l四个组成部分：参见P151 图8.21输入端口，输出端口，路由处理器和交换结构。2022年5月10日星期二54P151 图8.23P151 图8.222022年5月10日星期二55P151 图8.242022年5月10日星期二56P