数据通信技术_2(new)

电路交换
根据在交换网络中实现出、入线接续的方式， 电路交换可分为
空分交换 时分交换
空分交换
空分交换接续网络的基本构成模块是交 叉点矩阵和控制存储器。所谓的空分就是信 号通路在物理上彼此分隔。在电路交换中， 每次数据传输都要在接续网络中建立专用的 物理通路，该通路专用于本次通信的两个站 点。
空分交换网络单元
报文交换的优点
采用了存储转发的技术大大提高了线路利用率。 优点
每一条信道可以被许多用户共用。 当业务量增大时，将优先级别高的报文先转发出去。 可以增加差错控制机制确保报文有序无误地传送。 可以进行不同速率、不同码型交换，从而实现了不同
种类终端间的数据传送。
报文交换的不足
由于采用了“存储—转发”方式，在节点处排队等 待传送，增加了数据传输的延迟。
时分交换就是采用时分复用（TDM）方法实 现数据交换。
报文交换
20世纪60年代和70年代，最常用的一种 存储转发方式的交换技术是报文交换。报文 包含用户要传送的信息、目的地址、源地址 和一些差错控制信息。交换节点接收报文， 并存储在本地的辅助存储器中，然后分析报 文中的目的地址并选择路由，并在该路由上 排队，等待有空闲电路时转发报文到下一个 节点。
网络采用令牌传递与双环结构技术来确定物 理层和数据链路层的媒体访问部分。
FDDI的技术特性
FDDI采用光纤作为传输介质；
由于采用光纤线路，误码率低，传输损耗小，因 而传输速率高，数据传输速率可达100Mb/s ；
传输距离远，站间距离可达2km，如采用单模光 纤则更远；
光纤不容易受外部因素如电磁波的干扰，没有泄 露，所以传输可靠，且不易窃听，安全保密性极 好。
100Base-T和传统的以太网没有本质的区别， 同样采用CSMA/CD，数据帧的长度、格式、 差错控制等，具有同样的星型拓扑结构，只 是速度提升了10倍。因此，与传统的以太网 具有很好的兼容性。
千兆位以太网
随着多媒体技术的广泛应用，对网络性能特 别是主干带宽提出了更高的要求，100Mbps 的快速以太网难以在主干网中担任重任。
交换机的分类
直通式交换机 存储转发式交换机 混合式交换机
直通式交换机
直通式交换机工作方式类似于电路交换；交换机内 部有一个MAC地址和交换机端口之间的对照表。交 换机收到信息的帧头后，取出目的地址，查询对照 表，找出相应的输出端口，直接将信息帧转发到端 口。
优点：传输时延小，速度快； 缺点：不进行错误检测，可靠性差；当输出端口忙
FDDI网络结构
FDDI网络的基本结构为逆向双环，数据在两 个环上沿相反的方向传输，其中一个环作为 主环，另一个作为副环，用作备份。
DAS：双环连接站点；
快速以太网和千兆位以太网
除FDDI外，得到广泛应用的高速局域网技术 主要是在传统的以太网基础上发展起来的快 速以太网和千兆位以太网。
100Base-T
详细的目的地址
选路
分组顺序
故障敏感 性
应用
预先建立，映像表
按顺序到达，无失 序
较为敏感
较连续的数据流
无建立过程，独立 选路
会引起失序
故障防卫能力较强
面向事务的询问/ 响应型数据业务
分组交换方式的优点
线路的效率较高 因为单条节点到节点的链 路在一段时间内可以被许多分组动态地共享。 这些分组排队等候，并尽可能快地通过这条 链路传输到下一节点。相反，使用电路交换， 节点到节点链路上的时隙资源通过同步时分 复用被预先分配。在大多数时间里，这条链 路可能是空闲的，因为它的部分时隙是某个 空闲连接专用的
为什么要分组交换
数据源的突发性例子 – 网页浏览
用户要浏览网页，首先要建立TCP 连接，发送包含地址信息的请求 服务器通过HTTP响应用户的要求， 返回需要的文件
关闭TCP 连接，离线浏览
分组交换技术的产生与发展
分组交换
✓ 分组交换技术是解决数据通信中通信资源共享问 题的最佳技术； ✓ 又称为包交换; ✓ 优点:信息传输质量高、网络可靠性高、线路利用 率高、经济性能好、利于不同类型终端间的相互通信;
单级续接
开关元件的数目与用户数的平方成正比
两级续接
当用户数较多时，为了节省设备，可采用两 级续接。将输入线和输出线进行分组，每一 组与一个矩阵开关相连接。
三级续接
为了避免在两级续接中的阻塞现象，可以再 增加一级接续而形成三级接续。三级续接阻 塞绿明显低于二级。
一般而言，级数愈多，则阻塞率愈小。
数据通信技术2
5：数据交换技术 6：数字数据网 7: 综合业务数字网 8：ATM交换
5：数据交换技术
电路交换 分组交换 帧中继
交换的概念 交换中 心
多个用户之间进行数据通信，最简单的方法就是在任意 两个用户之间建立直达线路。问题在于连线太多，解决方 案？
什么是交换
简单来说，根据用户终端的请求建立和拆除 用户之间连接的过程就是交换。
时会造成冲突；不能连接不同速率的网络。
存储转发式交换机
存储转发式交换机接收到信息帧后，先将其 暂存，并取出目的地址，查询对照表，然后 进行差错校验，最后将无错的帧转发到目的 端口。
特点：增加了传输延时，但可取性高，可连 接不同速率的链路，并且支持不同类型网络 之间的扩展。
混合式交换机
综合了直通式和存储转发式两种方式，当差 错率小于某一下限时，按直通方式工作，否 则就按存储转发式工作。
或者说，在多个数据终端设备（DTE）之间， 为任意两个终端设备建立数据通信临时互连 通路的过程即为交换。
具有交换功能的网络称为交换网络。
交换方式的分类
按信道占用方式分类
电路交换 存储-转发式交换
按存储转发的信息单位分类
报文交换 分组交换
按数据交换过程中对比特差错控制方式分类
快速分组交换： 分组交换
练习
电路交换过程中，采用空分电路交换，入线 群与出线群均为16，采用单级接续，接续部 件中开关元件为多少？如采用二级、三级接 续接续部件中开关元件分别为多少？分别比 单级接续节省元件多少？二级接续与三级接 续哪一种方式接通率高？
空分电路交换的不足
交叉点的数量跟相连站点数量的平方成正比； 交叉点的利用率很低。即使在所有的连接设备都处
用户数据
分组 头
用户数据
分组
分组 头
用户数据
分组 头
用户数据
分组 头
用户数据
分组的产生与组合
分组类型
数据分组:是用来承载用户数据的分组
控制分组:是保证和控制数据分组在网络中正确传 输和交换的分组。
两种服务方式
面向连接
用户的数据能够确保正确传输
无连接
用户的数据不能确保正确传输
两种交换机制
分组交换的基本思想
将要传送的数据按一定的长度分成多个数据 段，这些数据段称为“分组”(包括:路由和 控制信息)，发送端把这些“分组”分别发送 出去。到达目的地，目的交换机将一个个 “分组”按顺序装好，还原成原文件发送给 收端用户，这一过程称为分组交换。进行分 组交换的通信网称为分组交换网。
分组传送方式(资源共享方式)
计算机局城网是将有限地理范围的计算机、终端和 其他数字设备互连起来的数据通信网络。
特点：
覆盖的地理范围有限； 数据传输速率高，目前最高可达1000Mb/s以上； 误码率低； 网络拓扑简单、易构造，可灵活扩充网络； 可靠，易维护； 建设成本低，见效快，且系统归属明确。
LAN的传输媒体与网络拓扑
千兆位以太网在快速以太网的基础上通过再 次提速来提高性能，它继承了以太网廉价、 易构的特点，目前成为局域网主干网络的主 流技术之一。
交换式局域网与虚拟局域网
交换式局域网的核心是网络交换机。交换机 实质上相当于一个多端口网桥，将原来的共 享端口改造成独享的、可并行的端口。由于 交换机可以同时建立多条通道，从而可以提 供数倍甚至数十倍于共享网络的带宽。
于活动状态的情况下，也只有小部分交叉点被占用。 设备越多，交叉点数越多，利用率越低； 如果一个交叉点损坏了，那么在该交叉点上相交的 线路所属的设备之间将无法通信。这不符合网络可 靠性的要求。
时分电路交换
通常的模拟式交换器采用空分电路交换方式， 而数字式交换机则采用时分电路交换方式， 简称时分交换。
缺点
独占电路和一组用户设备，其他用户不能利用。 电路交换的呼叫建立过程所花时间太长。 由于计算机和各种终端的传输速率不一样，很难使这些不同速
率的设备互相通信。 双方数据通路建立连接以后，一旦出现了故障，都必须重新建
立连接。这对重要的与紧急的通信很不利。
综上所述，计算机的数据通信必须寻找其它的交换技术。
采用统计时分复用方式，具有动态分配带宽 和用标记区别数据所属用户的特点;
实现了多用户对线路资源共享的同时，提高 了线路资源的利用率，并可以很好的支持突发 性业务。
1
2
1

2
3
1
3
用户 用户 数据 标识
分组的形成
分组是由用户数据(长度有限)和分组头组成的。 数据终端的用户数据报文的长度超过了分组的用 户数据部分的最大长度，则需要将该报文拆分成若 干个数据段，并在每个数据段前加上分组头，形成 分组。
局城网中最常用的传输媒体有：双绞线、同 轴电缆、光纤等。
局城网所采用的拓扑结构主要为总线型、环 型、星型以及树型。
同轴电缆多用于总线型、树型网络，双绞线 则适用于各种拓扑的网络，光纤多采用星型 和环型结构的网络。
局域网标准
光纤分布式数据接口（FDDI）
FDDI （Fiber Distributed Data Interface）光 纤分布式数据接口，是上世纪80年代由美国 国家标准协会（ANSI）X3T9.5委员会所制定。
网络重构以及用户的迁移都不需改变物理连接； 提高了网络的可管理性和安全性。
交换式以太网VLAN实现的途径
基于端口的虚拟 基于MAC地址的虚拟 基于网络地址的虚拟
接入网技术
接入网技术要解决的问题就是如何将用户连接到各 种网络上。
接入网技术可以分为标准接口技术、有线接入技术 和无线接入技术。
电路交换
电路交换的过程
Source
Signal Signal
Go Ahead
Signal Destination
呼叫建立
Message
信息传送
Release
连接释放
类比：打电话的过程
电路交换是最早出现的一种交换方式，也是应 用最广泛的一种。
电路交换的优缺点
优点
数据传输速度快，一旦线路接通，数据直通，传输延迟时间短。 数据按序传送，先发送的数据先被收到。
分组交换方式的优点
分组交换网络能够完成数据率之间的转换。 两个不同数据率的站点可以互相交换分组， 因为它们以各自合适的数据率与自己的节点 相连接
在电路交换网络中，通信量非常大时，某些 呼叫会被阻塞。在分组交换网络中，只是传 递的时延增长
能够使用优先级别
网络体系结构
局域网LAN与IEEE802标准体系
报文长度未作规定，报文只能暂存在磁盘上，磁 盘读取增加了额外的传输时延。
任何报文都必须排队等待，即使是非常短小的报 文，显然这种方式不太合理。
报文交换难以支持实时通信和交互式通信的要求。
为什么要分组交换
计算机通信的特点是传送信息的突发性。当 有信息需要传送时，希望能在短时间内传完， 所以它占用线路的时间短，但要求占用极大 的带宽。分组交换的动态复用信道的特点非 常适合于计算机通信的特点。
交换式以太网案例
虚拟局域网VLAN
虚拟网络技术可以让网络管理员轻松地改变 网络的结构，不必做物理布线上的改变，很 容易地使整个网络系统很好地适应不断变化 中的企业应用。
VLAN的特点
网络管理员对网络上的工作站可以按业务功能分组， 而不必按地理位置划分；
虚拟网对网间信息有隔离作用，一个虚拟子网内的 广播信息被限制在本虚拟子网以内，不对外产生影 响；
标准接口主要指V5接口。V接口是数字交换机的数字用户 接口。
有线接入技术又分为光纤接入、同轴电缆接入和铜缆接 入。
无线接入技术可分为移动接入与固定接入。
光纤接入网技术
虚电路方式：在分组发送前，首先建立一条 预定的路由，所有分组均在这个连接上进行 传送，帧顺序和路径都是确定的。
数据报方式：每个分组独立处理，独自选择 在网络中传输的路由，不进行数据校验和重 传
虚电路方式的分组交换
数据报方式的分组交换
两种交换机制的比较
项目 类别 分组头
虚电路
逻辑信道标识
数据报