第二章數(shù)據(jù)交換技術(shù)課件

高級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第二章數(shù)據(jù)交換技術(shù)高級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第二章數(shù)據(jù)交換技術(shù)1目錄電路交換1存儲(chǔ)—轉(zhuǎn)發(fā)交換2快速分組交換3目錄電路交換1存儲(chǔ)—轉(zhuǎn)發(fā)交換2快速分組交換32

數(shù)據(jù)交換技術(shù)定義：在任意拓?fù)涞臄?shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的某種轉(zhuǎn)接方式來(lái)實(shí)現(xiàn)從任一端系統(tǒng)到另一端系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)通路接續(xù)的技術(shù)。數(shù)據(jù)交換技術(shù)定義：在任意拓?fù)涞臄?shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)32.1電路交換

回顧一下電路交換的特點(diǎn)兩部電話機(jī)只需要用一對(duì)電線就能夠互相連接起來(lái)。

2.1電路交換4更多的電話機(jī)互相連通5部電話機(jī)兩兩相連，需10對(duì)電線。

更多的電話機(jī)互相連通5部電話機(jī)兩兩相連，需10對(duì)電5更多的電話機(jī)互相連通N部電話機(jī)兩兩相連，需N(N–1)/2對(duì)電線。當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量很大時(shí)，這種連接方法需要的電線對(duì)的數(shù)量與電話機(jī)數(shù)的平方成正比。更多的電話機(jī)互相連通N部電話機(jī)兩兩相連，需N(N–6使用交換機(jī)當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量增多時(shí)，就要使用交換機(jī)來(lái)完成全網(wǎng)的交換任務(wù)。

…

交換機(jī)使用交換機(jī)當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量增多時(shí)，就要使用交換機(jī)來(lái)完成全網(wǎng)的7“交換”的含義在這里，“交換”(switching)的含義是：轉(zhuǎn)接——把一條電話線轉(zhuǎn)接到另一條電話線，使它們連通起來(lái)。從通信資源的分配角度來(lái)看，“交換”就是按照某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路的資源。

“交換”的含義在這里，“交換”(switching)的含義8電路交換的特點(diǎn)電路交換必定是面向連接的。電路交換的三個(gè)階段：建立連接通信釋放連接電路交換的特點(diǎn)電路交換必定是面向連接的。9電路交換舉例A和B通話經(jīng)過(guò)四個(gè)交換機(jī)通話在A到B的連接上進(jìn)行((((交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA電路交換舉例A和B通話經(jīng)過(guò)四個(gè)交換機(jī)((((交換機(jī)10電路交換舉例C和D通話只經(jīng)過(guò)一個(gè)本地交換機(jī)通話在C到D的連接上進(jìn)行((((交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA電路交換舉例C和D通話只經(jīng)過(guò)一個(gè)本地交換機(jī)((((11電路交換傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)效率低計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性。這導(dǎo)致通信線路的利用率很低。電路交換傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)效率低計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性。122.2存儲(chǔ)—轉(zhuǎn)發(fā)交換

2.2.1報(bào)文交換2.2.2分組交換2.2存儲(chǔ)—轉(zhuǎn)發(fā)交換132.2.1報(bào)文交換在20世紀(jì)40年代，電報(bào)通信也采用了基于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)原理的報(bào)文交換(messageswitching)。報(bào)文交換即存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換。報(bào)文則指具有完整消息含義的數(shù)據(jù)單元，交換單元。報(bào)頭中至少要包含的信息：①報(bào)文的起始標(biāo)志②數(shù)據(jù)的開始標(biāo)志③數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)地址④數(shù)據(jù)目的節(jié)點(diǎn)地址及路由信息⑤

控制信息⑥報(bào)文編號(hào)2.2.1報(bào)文交換在20世紀(jì)40年代，電報(bào)通信也14報(bào)文交換特點(diǎn)1、線路利用率高。2、接收者和發(fā)送者無(wú)需同時(shí)工作，當(dāng)接收者處于繁忙時(shí),網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以先將報(bào)文暫時(shí)存儲(chǔ)起來(lái)。3、當(dāng)流量加大時(shí)，在線路交換網(wǎng)絡(luò)中可能導(dǎo)致一些呼叫被阻塞；而在報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)中報(bào)文仍然可以接收，但延時(shí)會(huì)增加。4、報(bào)文交換系統(tǒng)可同時(shí)向多個(gè)目的站發(fā)送同一報(bào)文。這種功能在線路交換方式中是難以實(shí)現(xiàn)的。報(bào)文交換特點(diǎn)1、線路利用率高。15報(bào)文交換特點(diǎn)5、可以建立報(bào)文傳輸?shù)膬?yōu)先級(jí)。6、能夠在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)報(bào)文的差錯(cuò)控制和糾錯(cuò)處理。7、報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行傳輸速率和代碼格式的轉(zhuǎn)換，使兩個(gè)傳輸速率不同且代碼格式相異的工作站連接。8、發(fā)送給未工作的終端的報(bào)文可以被截取，或者存儲(chǔ)下來(lái)，或者轉(zhuǎn)發(fā)給其他終端由于報(bào)文交換存在的一些缺點(diǎn)，所以現(xiàn)在報(bào)文交換已經(jīng)很少有人使用了。報(bào)文交換特點(diǎn)5、可以建立報(bào)文傳輸?shù)膬?yōu)先級(jí)。162.2.2分組交換交換機(jī)理相同于報(bào)文交換，差別在于交換數(shù)據(jù)單元長(zhǎng)度不同。交換單元：分組。把報(bào)文（一段）分成若干分組，在每個(gè)分組前加分組標(biāo)頭進(jìn)行傳輸。兩種方式：數(shù)據(jù)報(bào)：獨(dú)立處理的每個(gè)分組稱為“數(shù)據(jù)報(bào)”。虛電路：建立的一條邏輯連接。2.2.2分組交換交換機(jī)理相同于報(bào)文交換，差別在于交換數(shù)17報(bào)文分組交換的原理在發(fā)送端，先把較長(zhǎng)的報(bào)文劃分成較短的、固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)段。

1101000110101010110101011100010011010010假定這個(gè)報(bào)文較長(zhǎng)不便于傳輸報(bào)文分組交換的原理在發(fā)送端，先把較長(zhǎng)的報(bào)文劃分成較短的、固18數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)文分組交換的原理每一個(gè)數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組。首部首部首部分組

1分組

2分組

3請(qǐng)注意：現(xiàn)在左邊是“前面”數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)文分組交換的原理19分組交換的原理分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收端在左邊）。數(shù)據(jù)首部分組

1數(shù)據(jù)首部分組

2數(shù)據(jù)首部分組

3分組交換的原理分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。數(shù)20分組首部的重要性每一個(gè)分組的首部都含有地址等控制信息。分組交換網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)。用這樣的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達(dá)最終目的地。分組首部的重要性每一個(gè)分組的首部都含有地址等控制信息。21分組交換的原理接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報(bào)文。數(shù)據(jù)首部分組

1數(shù)據(jù)首部分組

2數(shù)據(jù)首部分組

3收到的數(shù)據(jù)分組交換的原理接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報(bào)文。數(shù)22數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分組交換的原理最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來(lái)的報(bào)文。這里我們假定分組在傳輸過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)差錯(cuò)，在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)也沒(méi)有被丟棄。報(bào)文1101000110101010110101011100010011010010數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分組交換的原理最23

虛電路分組交換虛呼叫：為建立虛線路的呼叫過(guò)程稱為虛呼叫。虛擬線路（虛線路、虛通路）：通過(guò)虛呼叫建立起來(lái)的邏輯通路稱為虛擬線路。虛通路：通過(guò)節(jié)點(diǎn)間的路由表映射功能建立起來(lái)的一條“虛”通路。

虛電路分組交換虛呼叫：為建立虛線路的呼叫過(guò)程稱為虛呼叫24虛電路分組交換虛線路傳輸“分組”交換方式主要特點(diǎn)：要求一對(duì)通信實(shí)體間聯(lián)結(jié)傳輸?shù)乃蟹纸M都必須沿預(yù)先的虛線路傳輸。每個(gè)節(jié)點(diǎn)無(wú)須為每個(gè)分組進(jìn)行路由選擇。每個(gè)連接只須進(jìn)行一次路由選擇。虛電路分組交換虛線路傳輸“分組”交換方式主要特點(diǎn)：25分組交換網(wǎng)的示意圖H1A分組交換網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1向H5發(fā)送分組H2向H6發(fā)送分組注意分組路徑的變化！結(jié)點(diǎn)交換機(jī)主機(jī)分組交換網(wǎng)的示意圖H1A分組交換網(wǎng)BDECH5H6H4H2H26分組的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程H1A分組交換網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1

向

H5

發(fā)送分組結(jié)點(diǎn)交換機(jī)主機(jī)在結(jié)點(diǎn)交換機(jī)

A

暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口在結(jié)點(diǎn)交換機(jī)

C

暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口在結(jié)點(diǎn)交換機(jī)

E

暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口最后到達(dá)目的主機(jī)

H5分組的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程H1A分組交換網(wǎng)BDECH5H6H4H2H27結(jié)點(diǎn)交換機(jī)ABCDEH1H5H2H4H3H6高速鏈路結(jié)點(diǎn)交換機(jī)123412341

2

3

412

3

41

2

3

4注意結(jié)點(diǎn)交換機(jī)有多個(gè)端口。結(jié)點(diǎn)交換機(jī)ABCDEH1H5H2H4H3H6高速鏈路結(jié)點(diǎn)28結(jié)點(diǎn)交換機(jī)在結(jié)點(diǎn)交換機(jī)中的輸入和輸出端口之間沒(méi)有直接連線。結(jié)點(diǎn)交換機(jī)處理分組的過(guò)程是：把收到的分組先放入緩存（暫時(shí)存儲(chǔ)）；查找轉(zhuǎn)發(fā)表，找出到某個(gè)目的地址應(yīng)從哪個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)；把分組送到適當(dāng)?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去。

結(jié)點(diǎn)交換機(jī)在結(jié)點(diǎn)交換機(jī)中的輸入和輸出端口之間沒(méi)有直接連線。29主機(jī)和結(jié)點(diǎn)交換機(jī)主機(jī)和結(jié)點(diǎn)交換機(jī)的作用不同：主機(jī)是為用戶進(jìn)行信息處理的，并向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送分組，從網(wǎng)絡(luò)接收分組。結(jié)點(diǎn)交換機(jī)對(duì)分組進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，最后把分組交付給目的主機(jī)。主機(jī)和結(jié)點(diǎn)交換機(jī)主機(jī)和結(jié)點(diǎn)交換機(jī)的作用不同：30分組交換特點(diǎn)分組交換的優(yōu)點(diǎn)：高效動(dòng)態(tài)分配傳輸帶寬，對(duì)通信鏈路是逐段占用。靈活以分組為傳送單位和查找路由。迅速不必先建立連接就能向其他主機(jī)發(fā)送分組；充分使用鏈路的帶寬?？煽客晟频木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議；自適應(yīng)的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性。

分組交換特點(diǎn)分組交換的優(yōu)點(diǎn)：31分組交換特點(diǎn)分組交換的缺點(diǎn)：分組在各結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)需要排隊(duì)，這就會(huì)造成一定的時(shí)延。分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的開銷。

分組交換特點(diǎn)分組交換的缺點(diǎn)：322.3快速分組交換FPS尋找快速分組的原因

時(shí)延：包括數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延（信道上）；轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)處理時(shí)延(節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)交換分組)。

傳輸瓶頸問(wèn)題——在節(jié)點(diǎn)上發(fā)生擁擠。由此，在通路上向線路交換方式接近，縮短(取消)節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)單元存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間→快速分組交換。2.3快速分組交換FPS尋找快速分組的原因33快速分組交換FPS快速分組交換技術(shù)：在分組交換基礎(chǔ)上演變而來(lái)，建立在光纖線路上，能滿足對(duì)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視像等多媒體業(yè)務(wù)的應(yīng)用?？焖俜纸M交換FPS快速分組交換技術(shù)：在分組交換基礎(chǔ)上演變而34快速分組交換FPS主要作了如下的改進(jìn)：縮短分組長(zhǎng)度為53個(gè)字節(jié)（一般幾百～幾千個(gè)字節(jié)）。盡量取消在低層次上對(duì)數(shù)據(jù)單元的差錯(cuò)流量路由等操作，盡量同化低級(jí)通信協(xié)議。采用虛電路與虛通道方式。交換機(jī)與交換協(xié)議控制采用超大規(guī)模集成電路及并行處理與分布式控制技術(shù)。快速分組交換FPS主要作了如下的改進(jìn)：35快速分組交換FPS交換技術(shù)：幀中繼(FrameRelay)幀長(zhǎng)度可變時(shí)；信元中繼(CellRelay)幀長(zhǎng)度不變時(shí)；快速分組交換機(jī)組成：輸入線路控制器LCI；輸出線路控制器LCO；交換結(jié)構(gòu)SF；控制處理器等?？焖俜纸M交換FPS交換技術(shù)：36快速分組交換FPS

LCI功能：對(duì)各信元邏輯信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并添加SF需要的路由信息。SF功能：根據(jù)輸入信元的路由信息將信元轉(zhuǎn)送到相應(yīng)的輸出線路，并緩存沒(méi)有及時(shí)送走的信元，實(shí)現(xiàn)真正信元交換。

控制處理器：建立連接，并進(jìn)行管理和維護(hù)?？焖俜纸M交換FPSLCI功能：對(duì)各信元邏輯信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換37三種交換方式特點(diǎn)線路交換：在數(shù)據(jù)傳送開始之前必須建立一條完整的通路；在線路釋放之前，該通路將被一對(duì)用戶完全占用;適于猝發(fā)式的通信，線路利用率不高。報(bào)文交換：報(bào)文從源站傳送到目的地采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式；在傳送報(bào)文時(shí)，同時(shí)只占用一段通道；在交換節(jié)點(diǎn)中需要緩沖存儲(chǔ)，報(bào)文需要排隊(duì)，時(shí)間延遲取決于中繼交換局的數(shù)目；不適用于實(shí)時(shí)通信的要求。三種交換方式特點(diǎn)線路交換：38三種交換方式特點(diǎn)分組交換：報(bào)文從源站被分成分組進(jìn)行傳輸，并規(guī)定了最大分組長(zhǎng)度；在數(shù)據(jù)報(bào)方式中，目的站需要重新組裝報(bào)文；可根據(jù)通信網(wǎng)的現(xiàn)狀選擇最佳路由，提高了通信效率和可靠性；