现代交换技术 第四章 数据交换技术

第四章 数据交换技术
图4.2所示为三个用户（终端）采用统计时 分复用方式共享线路资源的情况。
终端1 终端2 终端3
C F
DA E B
分组标记
复
CF
DE B A
用
空闲
器
图 4.2 统计时分复用示意图
特点：排队，先来先得
第四章 数据交换技术
分组交换与报文交换的区别在于：分组交换将用户要 传输的报文数据分割为若干的分组，每个分组中含有一个 分组头，分组头中包含可供选路信息和其他控制信息。
理解标记交换、多协议标记的基本概念及工作原理。
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基本概念
分组交换：是指将用户要传送的信息分割成若干个分组，传 输网采用存储转发的方式传送分组至目的用户。
ATM：是指异步传输模式。在这个模式中用户信息被组织成 固定长度的信元，信元随机占用信道资源。
IP交换：IP交换是在第三层上进行的交换技术，它是 Ispilon公司提出的专门用于在ATM网上传送IP分组的技术。
数据通信克服了距离和时间上的障碍。
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综上所述，数据通信具有如下特点：
（1）数据通信是人-机或机-机间的通信，计算机直接参 与通信是一个重要特征；
（2）数据通信传输和处理的是离散数字信号，而不是连 续的模拟信号；
（3）传输速率高，要求接续和传输响应时间快； （4）传输系统质量高，要求误码率在10-8～10-10左右。
第四章 数据交换技术
数据交换技术
第四章 数据交换技术
数据交换技术采用不同于电话交换的交 换技术，其根本思想是利用“存储转发” 完成不同终端之间的数据交换。在本章， 按照技术出现的先后顺序，分别介绍了分 组交换、ATM交换、IP交换等数据交换技 术。
第四章 数据交换技术
教学目标
了解数据通信的基本概念； 掌握分组交换的基本原理、工作方式及特点； 掌握分组交换网路由选择和流量控制的方法； 理解ATM交换技术的基本概念及工作原理； 掌握ATM交换机的组成及ATM网络拥塞控制技术； 掌握IP交换技术的基本概念及工作原理；
面向连接的一个比喻
面向无连接？
亚当和夏娃吵架了，任凭亚当如何大声喊，夏娃躲在树林后生闷气，一声不响，亚 当害怕夏娃饿死，于是开始自说自话朝着夏娃的山头扔玉米棒子:一个、两个、三个 共扔了十个，但最终扔到对方山头到底有几个，亚当没有底，也许有的玉米棒子落 到崖了，但是这个效率高啊，可以连续扔，以前扔10个果子需要一分钟，现在只需 要20秒 亚当扔果子、扔玉米部有可能扔到悬崖下，但是扔果子为何可以确保对方收到十个？ 那是因为夏娃收到一个果子，然后喊收到了，如果没有收到，亚当就重新扔，直到 夏娃说收到了。而扔玉米棒子对方没有确认，所以对于丢弃的情况无法知道，也无 法重新扔
4.2 分组交换技术
针对数据通信业务的突发性和高可靠性的特点，分组 交换采用统计时分复用（按需分配通信资源）和存储转发 （进行差错控制）技术以适应数据通信的需求，在通信资源 的利用方面比电路交换具有更高的效率，因而，成为数据通 信领域中主导交换方式，是数据交换技术的基础。
第四章 数据交换技术
4.2.1 分组交换的基本概念及原理
拒绝呼叫接续 排队等待，时延增加 进行流量控制，时延增加
单选题 1分 数据通信的主要特点有此：题未通设答信案 对象为（），传输 处理的信号主要是（），误码率要求（）
A 人和机器，数字信号，高 B 人和人，模拟信号，高 C 机器和机器，数字信号，低 D 机器和机器或人和机器，数字信号，高
提交
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非分组型终端：个人计算机终端、可视图文终端、用户电报终端和各 种专用终端等。
数据终端设备
接口
接口
计算机系统
传
数据
输
输入
控
输出
制
设备
器
DTE
数据 电路 终接 设备
DCE
传输 信道
数据电路 数据链路
数据 电路 终接 设备
DCE
通
中
信
央
ຫໍສະໝຸດ Baidu
控
处
制
理
器
机
DTE
第四章 数据交换技术
传输信道的分类: 根据信道中传输的信号的性质，模拟信道
关闭连接 终于亚当扔完了，亚当喊:爱妃，果 子扔完了，寡人去忙别的了。 夏娃回复:好的，我也休息一下，再 见 亚当:再见
何为虚拟连接（电路）？
和物理连接所对应，物理连接是实实在在存在的，看得见摸得着，比如索道。 而虚拟连接是不存在的，看不见摸不着，通过双向的消息、消确认来模拟物理 连接 由于有确认机制，亚当可以确保夏娃可以收到10个果子
第四章 数据交换技术
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7
数据通信概念 分组交换技术 ATM交换技术 IP交换 标记交换技术 多协议标签交换 习题
第四章 数据交换技术
4.1 数据通信概念
数据通信是计算机技术和通信技术相结 合而产生的一种通信方式。它通过通信线路 将数据终端（信源或信宿）与计算机连接起 来，从而可使不同地点的数据终端直接利用 计算机来实现软、硬件和信息资源的共享。
这个新型网络必须满足一些基本要求：
★不是为了打电话，而是用于计算机之间的数据传送。 ★能连接不同类型的计算机。 ★所有的网络节点都同等重要，这就大大提高了网络的 生存性。 ★计算机在通信时，必须有迂回路由。当链路或结点被 破坏时，迂回路由能使正在进行的通信自动地找到合适 的路由。 ★网络结构要尽可能地简单，但要非常可靠地传送数据。
VC1
1 2 3
VC2
A B C
3
2
终端2
交换节点3
1
C B A
321
终端3
交换节点4
图4.5 虚电路工作方式
终端4
数据报－－(DG, Data Gram) (无连接方式）
不需预先建立逻辑连接，而是按每个分组 头的目的地址独立地寻找路由
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终端1
交换节点1
CB A
交换节点2
C
C
交换节点4
第四章 数据交换技术
交换节点1
交换节点2
交换节点3
传输时延
报文
存储时延
处理、排队时延
报文
交换节点1
交换节点2
交换节点3
分组1 分组2 分组3 分组4
分组1 分组2 分组3 分组4
传输时延 存储时延
处理、排队时延
报文交换的时延
分组交换的时延
图4.3 报文交换与分组交换时延比较
第四章 数据交换技术 分组交换方式的工作过程
标记交换：标记交换是Cisco公司推出的一种传统路由器与 ATM技术相结合的多层交换技术，利用标记进行的分组交 换技术。
多协议标记交换：是标记交换的进一步发展，其特点是支 持多种协议。
第四章 数据交换技术
引例
分组交换技术是在冷战时期美国军方研究人员在如何 确保军事电话安全的研究课题中提出来的,针对的是话音 通信,而非数据通信。
第四章 数据交换技术
1．虚电路方式（面向连接服务） 虚电路方式中，用户的通信过程需要经过连接建立、数
据传输和连接拆除三个阶段。因此，虚电路提供的是面向连 接服务。
一旦虚电路建立后，属于同一呼叫的数据分组均沿着这 一虚电路传输，
第四章 数据交换技术
终端1
交换节点1
交换节点2
CB A
3 2 CB 1A
随着计算机网络的发展，数据通信业务急剧增长，数据 通信与话音通信对通信网的传输要求有很大区别。
数据通信的主要特点是突发性很强，对传输的时延不太 敏感，对传输差错十分敏感。因此，数据通信不采用电路交 换方式，而主要采用分组交换方式。
第四章 数据交换技术
原理： 一、报文分割
二、存储转发，差错检测
三、统计时分复用
电路交换
报文交换
分组交换
较长，平均 15s 较短，只需接通交换机 较短，不需要物理链路的建立
短，偏差小，ms 级 长，偏差大，约 1min 左右 短，偏差大，在 200ms 左右
1 10-7
1 10-10
1 10-15
一般
较高
高
适用
不适用
轻负载下适用
低
高
高
比较便宜
较高
较高
有
无
无
不可
可以
可以
和数字信道 根据信道采用的介质，可分为有线信道和
无线信道 根据信道的复用方式，可分为频分信道和
时分信道 根据用途还可分为专用线路和交换网线路
技术:频分多址技术
介绍:FDMA （Frequency Division Multiple Access／Address），把信道频 带分割为若干更窄的互不相交的频带（称为子频 带），把每个子频带分给一个用户专用（称为地 址）。这种技术被称为“频分多址”技术。 FDMA）。
4.1.3 第四章 数据交换技术 分组交换技术的产生
（1）电路交换
链路专用，链路利用率低 时延短， 话音通信
（2）报文交换
“存储-转发”，初期数据通信
（3）分组交换
报文交换基础上对报文分割， 链路利用率高，时延长，主流数据通信
第四章 数据交换技术
电路交换、报文交换、分组交换的优、缺点比较
分类 接续时间 传输时延 传输质量（误码率） 数据可靠性 实时会话业务 电路利用率 交换机费用 信号传输的“透明”性 异种终端的互连性 对过载的反应
面向连接的一个比喻
亚当和夏娃分别生活在两个山头，山头之间 是万丈深渊，亚当采集野果需要分享给夏娃， 如果他们之间有一条索道（物理连接），野 果可以顺着索道滑到夏娃那一边，事实上山 头之间没有索道，但是亚当何等聪明，于是 他想出了一个方法，假设亚当需要给夏娃10 个野果，否则她会饿死
连接建立 亚当对着夏娃大喊:爱妃，你听得到吗？ 夏娃回应:孩他爹，我听得到！ 亚当接着喊:那好，我扔果子给你吃，你接 到果子就喊一声，一共十个。 运送货物 于是亚当开始扔第一个，夏娃喊收到了一个 亚当扔第二个，夏娃喊收到两个
TDMA
中文名称： 时分多址
定义： 利用不同的时间 分割成不同信道 的多址技术。
第四章 数据交换技术
4.1.2 数据通信的特点
数据通信和传统的电报、电话通信有着重要的区别。电报、 电话通信是人与人之间的通信，而数据通信则是实现终端 与终端或计算机之间的通信，在传输过程中按一定的规程 进行控制，使双方稳定可靠地工作。
报文
分
C
P组
1C
A
交 A换
非分组
机 D甲
终端
分
组
2C 1C
交
换
C
机
乙
分组终端
C 2
2D 2C
3D 2D 1D B 分组终端
D 2
分 组
3D
1D
分 组
P
交 换
交 换
A
机 丙
机 丁
D
报文 D
D
非分组终端
图4.4 分组交换的工作原理
第四章 数据交换技术
4.2.2 分组交换的工作方式
虚电路 数据报
第四章 数据交换技术
3．两种工作方式的特点
虚电路方式具有以下特点： ①面向连接的工作方式。 ②分组按序传送。 ③分组头简单。不需要包含目的终端的地址，只需要包含能
够识别虚连接的标志即可完成寻址功能。 ④对故障敏感。在虚电路方式中，一旦出现故障或虚连接中
断，则通信中断。
第四章 数据交换技术
数据报方式具有以下特点： ①无连接的工作方式。 ②存在分组失序现象。 ③分组头复杂。它包含目的终端地址，每个分组交换节点需
根分据组分终组端的把业用务户信要息发量送，的选数择据一信条息最分佳割路成由许(多即用最户经数济据合段理，的每路个由用)，户把数这据个分组 经段一被个送或往几下个一转个接交交换换点机时最应后附送加到一收些信必终要端的所操连作接信的息交，换如机源，地此址交、换目机的再地把这个 “址分、组用”户送数给据收段信编终号端及，差收错信控终制端信从息“等分。组”中取出用户数据段，再把它按顺序 装配恢复成原有的数据信息。
分组交换节点对所收到的各个分组分别处理并独立传 送，即收到一个分组后按其中的选路信息选择转发路径并 进行发送，从而减少了用户数据在网络节点的存储时间， 并且在采用逐段重发纠错方式时，分组交换只需重传传输 出错的分组数据，无需重传整个用户报文数据。
因此，分组交换的时延要小于报文交换的时延。图4.3 所示报文交换与分组交换时延比较。
第四章 数据交换4技.术1.1数据通信系统的基本概念
数据通信系统由数据终端设备(DTE)、数据电路和计算机系统组 成。数据终端设备根据数据通信业务内容的不同，可分为分组型终端 (PT)和非分组型终端(NPT)两大类。
分组型终端:计算机、数字传真机、智能用户电报终端(teletex)、用户 分组装拆设备(PAD)、用户分组交换机、专用电话交换机(PABX)、可 视图文接入设备(VAP)、局部地区网(LAN)设备和各种专用终端等。
终端2
B
CB A
A
交换节点3
A
图4.6 数据报工作方式
无连接：多路径
面向连接：单一路径
无握手信号，可靠性低 有握手信号，可靠性高
面向连接相当于电话，面向无连接相当于短信。前者时刻保持链接状态， 一旦信号不好，连接中断，需要重连才能继续通信。后者，则不管你有 没有开机，有没有信号，直接丢给你，也不管你有没有收到。