数据通信第四章

第4章数据交换4.1概述4.1.1数据交换的必要性

两端用户通过信道直接连接起来所构成的通信方式是点对点的通信。多个用户之间要进行数据通信，如果任意两个用户之间都有直达线路连接的话，虽然简单方便，但线路利用率低。为此，一般将各个用户终端通过一个具有交换功能的网络连接起来，使得任何接入该网络的两个用户终端由网络来实现适当的交换操作。4.1.2数据交换方式

1．利用公用电话网进行数据交换

利用公用电话网进行数据传输和交换，其优点是投资少，实现简易和使用方便。然而，由于电话网是专为电话通信设计的，所以对于数据通信来说存在一定限制和缺陷，主要体现在：(1)传输速率低。(2)传输差错率高。(3)线路接续时间长。(4)传输距离受限制。(5)接通率低、不易增加新功能。为了克服上述缺点，适合数据通信业务的公用数据网则应运而生。2．利用公用数据网进行数据交换

利用公用数据网进行数据交换有两种交换方式：电路交换方式和存储-转发交换方式。电路交换方式又分为空分交换方式和时分交换方式：存储-转发交换方式又分为报文交换方式、分组交换方式、帧中继及ATM方式。4.2电路交换方式

1．电路交换的概念

数据通信中的电路交换方式是指两台计算机或终端在相互通信之前，需预先建立起一条物理链路，在通信中自始至终使用该条链路进行数据信息传输，并且不允许其他计算机或终端同时共享该链路，通信结束后再拆除这条物理链路。电路交换方式分为空分交换方式（连续转接线路不同，即空间不同）和时分交换方式（同一条线路，时间位置不同）。2．电路交换方式的原理采用电路交换方式，数据通信需经历呼叫建立(即建立一条实际的物理链路)、传输和呼叫拆除三个阶段。不需要调制解调器。信令格式与通信过程不同于电话网。主要设备是电路交换机。核心是交换网。4.2.2电路交换的优缺点1.电路交换的优点（1）信息的传输时延小，且对一次接续而言，传输时延固定不变。（2）信息传输的效率比较高。（3）信息的编码方法和信息格式由通信双方协调，不受网络的限制。

2.电路交换的缺点（1）电路接续时间较长。（2）电路资源被通信双方独占，电路利用率低。（3）不同类型的终端不能相互通信。（4）有呼损。（5）传输质量较差。正因为电路交换自身的特点，使其适合于传输信息量较大、通信对象比较确定的用户。4.3报文交换方式4.3.1报文交换方式的概念报文交换属于存储-转发交换方式，当用户的报文到达交换机时，先将报文存储在交换机的存储器中(内存或外存)，当所需要的输出电路有空闲时，再将该报文发向接收交换机或用户终端。报文应包括3个部分：(1)报头或标题。它包括发信站地址、终点收信地址和其他辅助控制信息等。(2)报文正文。传输用户信息。

(3)报尾。表示报文的结束标志，若报文长度有规定，则可省去此标志。

由通信控制器，中央处理机，外储存器组成。每一个结点接收整个报文，检查目标结点地址，然后根据网络中的交通情况在适当的时候转发到下一个结点。经过多次的存储——转发，最后到达目标，因而这样的网络叫存储——转发网络。其中的交换结点要有足够大的存储空间（一般是磁盘），用以缓冲收到的长报文。4.3.2报文交换的优缺点1.报文交换的优点

1.可使不同类型的终端设备之间相互进行通信。

2.在报文交换的过程中没有电路接续过程，来自不同用户的报文可以在同一条线路上以报文为单位实现统计时分多路复用，线路利用率高。

3.无呼损。

4.可实现同文报通信。2.报文交换方式的缺点1.信息的传输时延大，而且时延的变化也大。2.要求报文交换机有高速处理能力，且缓冲存储器容量大，因此交换机的设备费用高。3.报文交换不利于实时通信，它适用于公众电报和电子信箱业务。4.4分组交换方式1.分组交换的概念分组交换是以分组为单位存储-转发，当用户的分组到达交换机时，先将分组存储在交换机的存储器中，当所需要的输出电路有空闲时，再将该分组发向接收交换机或用户终端。2.分组交换的原理来自不同终端的不同分组可以去往分组交换机的同一出线，这就需要分组在交换机中排队等待。一般终端需经分组装拆设备(PAD)才能接入分组交换网。分组交换最基本的思想就是实现通信资源的共享，具体采用统计时分复用(STDM)。4.4.2分组交换的优缺点1．分组交换的优点传输质量高。可靠性高。为不同种类的终端相互通信提供方便。能满足通信实时性要求。可实现分组多路通信。经济性好。2．分组交换的缺点由于传输分组时需要交换机有一定的开销，使网络附加的传输信息较多，对长报文通信的传输效率比较低。要求交换机有较高的处理能力，故大型分组交换网的投资较大。4.4.3分组的传输方式1．数据报方式

(1)数据报方式的概念

数据报方式将每个分组单独当作一份报一样对待，分组交换机为每一个数据分组独立地寻找路径，同一终端送出的不同分组(分组型终端送出的不同分组或一般终端送出的一份报文拆成的不同分组)可以沿着不同的路径到达终点。在网络终点，分组的顺序可能不同于发端，需要重新排序。

分组型终端有排序功能，而一般终端没有排序功能。

(2)数据报方式的特点

①用户之间的通信不需要经历呼叫建立和呼叫清除阶段，对于数据量小的通信，传输效率比较高。②数据分组的传输时延较大，且离散度大。③同一终端送出的若干分组到达终端的顺序可能不同于发端，需重新排序。④对网络拥塞或故障的适应能力较强。2．虚电路方式

(1)虚电路方式的概念虚电路方式是两个用户终端设备在开始互相传输数据之前必须通过网络建立一条逻辑上的连接(称为虚电路)，一旦这种连接建立以后，用户发送的数据将通过该路径按顺序通过网络传送到达终点。当通信完成之后用户发出拆链请求，网络清除连接。为了区分一条线路上不同终端的分组，对分组进行编号(即分组头中的逻辑信道号)，逻辑信道号相同的分组就认为占的是同一个逻辑信道。经过交换机逻辑信道号要改变，即逻辑信道号只有局部意义。多段逻辑信道链接起来构成一条端到端的虚电路。在一条物理线路上可以同时有多条虚电路。虚电路可以分为两种：交换虚电路（SVC）和永久虚电路（PVC）。(2)虚电路方式的特点虚电路方式有以下几个特点：一次通信具有呼叫建立、数据传输和呼叫清除3个阶段。对于数据量较大的通信传输效率高。终端之间的路由在数据传送前已被决定。数据分组按已建立的路径顺序通过网络，在网络终点不需要对分组重新排序，分组传输时延较小，而且不容易产生数据分组的丢失。虚电路方式的缺点是对网络拥塞或故障的适应能力不如数据报方式灵活。3.虚电路的重链接4.4.4分组长度的选取1．分组长度与延迟时间设分组长度为Lbit，其中hbit为分组头长，数据长度为xbit，即有

分组交换机发送一个分组的时间为

式中，L为分组长度(bit)；c为输出线路的传输能力，也是交换机的吞吐量(bit／s)；n为分组到达率，即每秒到达的分组数。可见，分组长度与交换过程中的延迟时间成正比。2．分组长度与交换机费用分组交换机费用主要包括两部分：存储器费用和分组处理费用。

图中交换机费用是存储器费用和分组处理费用之和。考虑交换机费用时的最佳分组长度应是交换机费用曲线最低点所对应的分组长度。4.5帧中继4.5.1帧中继的概念帧中继是分组交换技术的升级技术，在OSI参考模型的第二层上用简化的方法传输和交换数据的一种技术，以帧为单位储存转发。仅完成物理层与数据链路层核心层功能，将流量控制、纠错控制等留给终端完成。4.5.2帧中继发展的必要条件1.光纤传输线的使用（传输质量大大提高）。2.用户终端智能化（终端处理能力加强）。4.5.3帧中继技术的功能1.传递数据业务2.交换机功能简化3.建立逻辑链接4.提供带宽管理和防阻塞机制5.可以提供交换虚电路业务和永久虚电路业务4.5.4帧中继的特点1.高效性带宽利用率高、传输速率高、网络时延小2.经济性3.可靠性4.灵活性组网、接入、业务提供5.长远性ATM兼容4.6ATM交换4.6.1ATM定义1.B-ISDN的概念(1)N-ISDN的概念：以电话IDN为基础发展演变出的通信网，能够提供端到端的数字链接，支持包括话音和非话音在内的多种电信业务。用户通过一组有限的、标准的多用途用户-网络接口接入网内。特征：端到端的数字链接

综合的业务

标准的多用途用户-网络接口（2）B-ISDN的概念B-ISDN中无论交换节点间的中继线还是用户与交换机之间的用户环路，一律采用光纤传输。具备条件：能提供高速传输业务的能力。能再给定带宽内高效的传输任意速率的业务。网络设备与业务特性无关信息的传递方式与业务种类无关2.ATM定义：ATM是一种转移模式，在这一模式中信息被组织成固定长度的信源，来自某用户的一段信息的各个信源不需要周期性出现，从这个意义上看，这种传输模式是异步的。4.6.2ATM信源1.ATM信源GFC：一般流量控制VPI：虚通道标示符VCI：虚通路标示符PT：静核类型CLP：信元优先比特HEC：信头效验码2.ATM信头结构UNI：用户-网络接口NNI：网络节点接口4.6.3ATM的特点1.面向连接的方式工作2.采用异步时分复用3.没有逐段链路的差错控制和流量控制4.信头功能被简化5.采用固定长度的信源，信息段长度较小4.6.4ATM的虚链接1.虚通路（VC）和虚通道（VP）VC:描述ATM信源单向传输能力的概念，是传输ATM信源的逻辑信道。VCI：ATM服用线上具有相同的VCI的信源在同一逻辑信道上传输。VP：给定参考点上具有同一虚通道标示符的一组VC。VPI：标志了具有相同的VPI的一组VC。2.虚通路链接（VCC）和虚通道链接（VPC）VC链路：两个存在点（VC连接点）之间的链路，经过该点的VCI值转换。VCC虚通路链接：多段VC链路组成。VP链路：连