《计算机网络技术基础教程》 课件 单元2.4 数据交换技术

单元2单元2数据通信基础2.4

数据交换技术熟练掌握数据交换技术分类。清晰理解数据交换技术的工作特点、工作原理、典型应用和优缺点。学习目标内容梳理交换，从通信资源分配的角度看，是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。数据交换技术（dataswitchingtechniques）是指在两个或多个数据终端设备（DTE）之间，建立数据通信的暂时互连通路的各种技术。交换技术通常有：电路交换、报文交换、分组交换、信元交换。2.4数据交换技术数据交换技术电路交换存储转发交换信元交换报文交换分组交换数据报虚电路（一）电路交换电路交换（CircuitSwitching），也称为线路交换。即在两个工作站之间建立实际的物理连接，一旦通信线路建立，这对端点就独占该条物理通道，直至通信线路被取消。电路交换典型应用：电话系统、公用电话交换网。2.4.1电路交换（一）电路交换电路交换是面向连接的，其通信过程需要经历三个阶段，如图所示：电路建立阶段；数据传输阶段;拆除（释放）电路连接阶段。2.4.1电路交换（一）电路交换1.电路建立阶段在通信双方开始传输数据之前，必须建立一条端到端的物理线路。首先，由发送数据的一方发出连接请求，沿途经过的中间节点负责建立电路连接，并向下一个节点转发连接请求，直到连接请求到达接收方。接收方如果同意建立连接，则沿原路返回一个应答，请求通信的发送方接收到应答后就建立了一个连接。建立连接的过程实际上就是电路资源的分配过程，就是在收发双发之间分配了一定的带宽资源，所以这个连接也称为物理连接。2.4.1电路交换（一）电路交换2.数据传输阶段成功建立了电路连接后，双方就可以开始传输数据。该线路是被双方独占的，数据传输过程中不需要进行路径选择，数据在每个中间节点上没有停留，直接向前传递，因此电路交换的传输延迟最短，一般没有阻塞问题，除非有意外的线路或节点故障使电路中断。而且电路交换是全双工的，数据可以在已经建立好的物理线路上进行双向传输。需要注意的是，一旦建立好电路连接后，即使双方没有数据传输，该线路也被双方占用，不能再被其他站点使用。这是因为电路交换系统属于资源与分配系统，一旦分配好了资源，不管有没有数据在传输，都不能再被其他站点使用。这也正是电路交换的一个缺点，会造成带宽资源的浪费。2.4.1电路交换（一）电路交换3.拆除（释放）电路连接阶段数据传输结束后，应该尽快拆除连接以释放占用的带宽资源。通信的任何一方都可以发出拆除连接的请求信号，拆除信号沿途经过各个中间节点，一直到达通信的另一方。释放电路连接后，带宽资源就可以分配给其他需要的站点。4.优缺点2.4.1电路交换专用信道（通信速率较高），数据传输迅速、可靠、不会丢失、有序，通信实时性强，时延很小，电路交换适用于数据传输量大、可靠性要求较高的情况。当建立了连接而双方之间暂时没有数据传输时，造成带宽资源浪费，信道不共享，数据通信效率低，系统不具有存储数据的能力。优点缺点存储转发交换可以分为“报文存储转发交换”与“分组存储转发交换”两种方式。其中的分组存储转发交换方式，又可以分为“数据报”方式与“虚电路”方式。（二）报文交换报文交换采取“存储—转发”（Store-and-Forward）方式，不需要在通信的两个节点之间建立专用的物理线路，每一个节点接收整个报文（信息+地址），检查目标节点地址，然后根据网络中的交通情况在适当的时候转发到下一个节点。经过多次的存储——转发，最后到达目标节点。2.4.2存储转发交换（二）报文交换2.4.2存储转发交换用户可随时发送报文，线路效率高，节点可实现报文的差错控制及码制转换。实时性差，不适合传送实时或交互式业务的数据优点缺点报文交换典型应用：电子邮件系统（E-mail）、电报。要求网络中每个结点有较大的缓冲区，对交换节点的存储量有较高要求。（三）分组交换分组交换也称包交换，仍采用存储转发传输方式，但将一个长报文先分割为若干个较短的分组，然后把这些分组（携带源、目的地址和编号信息）逐个地发送出去。2.4.2存储转发交换分组交换的优缺点2.4.2存储转发交换限制分组的最大长度，降低了节点所需的存储量；分组长度较短，在传输出错时，检错容易并且重发花费的时间较少，因而提高交换速度；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。分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延；优点缺点各分组可以独立路由，选择最佳路径。（三）分组交换分组在网络中传输，还可以分为两种不同的方式：数据报和虚电路。数据报传输是一种面向无连接的传输方式；虚电路传输是一种面向连接的传输方式。数据报方式数据报方式，每个分组自身携带有足够的信息（完整的地址信息），它的传送是被单独处理的。数据报分组交换的特点如下：2.4.2存储转发交换B同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过网络；C同一报文的不同分组到达目的结点时可能出现乱序、重复与丢失现象；D每一个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址，增大了传输开销；E数据报方式报文传输延迟较大，适用于突发性通信，不适用于长报文、会话式通信。A事先无需建立连接，提供的是一种无连接的服务；（三）分组交换虚电路方式虚电路交换在通信和网络中，是由分组交换通信所提供的面向连接的通信服务。在两个节点或应用进程之间建立起一个逻辑上的连接或虚电路后，就可以在两个节点之间依次发送每一个分组，接收端收到分组的顺序必然与发送端的发送顺序一致，因此接收端无须负责在接收分组后重新进行排序。其通信过程：包括虚电路建立、数据传输和虚电路拆除三个阶段。虚电路分组交换的特点如下：2.4.2存储转发交换B不会出现分组丢失、重复、紊乱的现象，有质量保证；C分组通过虚电路上的每个结点时，结点只需要做差错检测，不需要做路径选择；D同一条物理线路上可以建立多条虚电路；E适用于实时数据的传送。A报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息，只需携带虚电路标识号；（四）信元交换ATM（AsynchronousTransferMode，异步传输模式）是一种信元交换和多路复用技术，是一种面向连接的交换技术。它采用信元（Cell）作为传输单位，信元具有固定长度，总共53字节，前5字节是信头（Header），其余48字节是数据段。信元交换技术是一种快速分组交换技术，它综合吸取了分组交换高效率和电路交换高速率的优点。2.4.3信元交换信头（Header）数据段5字节48字节信元（53字节）（四）信元交换1.ATM模型（1）三个功能层：ATM物理层、ATM层和ATM适配层。（2）功能层的作用ATM物理层：利用通信线路的比特流传送功能，实现ATM信元流的传送。控制数据位在物理介质上的发送和接收，负责跟踪ATM信号边界，将ATM信元封装成数据帧。ATM层：负责建立虚连接并通