第2章 中间节点上的通信技术

2.1.2 存储—转发交换 存储—
1. 存储-转发交换的概念 存储存储-转发交换（Store-andSwitching） 存储-转发交换（Store-and-Forward Switching）是一种 不要求建立专用物理信道的交换技术。 不要求建立专用物理信道的交换技术。 当发送方要发送信息时，应把目的地址先加到报文中， 当发送方要发送信息时，应把目的地址先加到报文中，然 后从发送节点起，一个节点、 后从发送节点起，一个节点、按地址把报文一个节点地转送到 目的节点；在转送过程中，中间节点要先把报文暂时存储起来， 目的节点；在转送过程中，中间节点要先把报文暂时存储起来， 然后在线路不忙时将报文转发出去，这就是将其称为存储然后在线路不忙时将报文转发出去，这就是将其称为存储-转 发交换的缘由。 发交换的缘由。
第2章 中间节点上的通信技术
2.1 交换技术的演变 2.2 虚电路与数据交换 2.3 交换机 2.4 路由节点上的通信
2.1 交换技术的演变
数据交换：把一条线路上的数据转接到另一条线路上 数据交换： 或者说，交换的基本功能就是转发业务流 或者说， 如图所示，交换是通过交换节点中的交换机构实现的。 如图所示，交换是通过交换节点中的交换机构实现的。交换机构的功 能是将一条输入信道上的数据转送到另外的输出信道上， 能是将一条输入信道上的数据转送到另外的输出信道上，将输入端口 与输出端口对应起来。 与输出端口对应起来。
2.4 路由节点上的通信
2.4.1路由器与路由表
路由节点是连结不同网络的节点。在路由节点上工作的设备是路由器。路由器的主要工作就 是为经过路由器的每个数据分组寻找一条最佳传输路径，并将丐数据分组有效地传送到目的 站点。为此，每个路由器中都要维护一个路由表，供路由选择时使用。
根据设置方式，路由表可以分成两类：静态路由和动态路由
1.静态路由 ——静态路由用预先编好的程序定义表示通过网络的路径，其算法通常由网络管理员人工实现。 该管理员负责发现和传播通过网络的路由。 常用的静态路由算法 ： （1）洪泛（flooding）算法 洪泛算法也称扩散式算法。它的基本思想是，每个节点收到分组后，即将其发往除分组来 的节点之外的其他各相邻节点。但是要限制分组复制的数量，有3种方法： 一是在每个分组的头部设一个计数器，用来统计分组到达节点的数量，当计数器超过规定 值（如端到端最大段数）时，将之丢弃； 二是在每个节点上建立一个分组登记表，不接收重复的分组； 三是只选择距目标节点近的部分节点发送分组。 （2）热土豆（Hot Potato）算法 通常每个节点要为其连接的相邻节点各建一个分组队列。热土豆算法是，节点收到一个分组 后，为了尽快脱手，要将其放在最短的队列中，而不管该分组的目标节点是什么。 （3）固定路由算法 固定路由算法也称查表法，它是在网络的每个节点上都存放一个预先计算好的路由表，给出 本节点到所有可能的目标节点的最短路径
2.2 虚电路与数据报
2.2.1 分组交换的虚电路服务 虚电路的服务过程与下面的部队从A地向D 虚电路的服务过程与下面的部队从A地向D地转移 的过程相似。 的过程相似。 先派侦察兵侦察出一条安全的通道（如图2.5 2.5中的 ① 先派侦察兵侦察出一条安全的通道（如图2.5中的 ），侦察工作完成后 向指挥部发回报告； 侦察工作完成后， A-B-C-D），侦察工作完成后，向指挥部发回报告； 部队接到通道已经侦察好的报告， ② 部队接到通道已经侦察好的报告，开始以支队为单 位沿侦察好的通道转移，并且是先出发的先到达； 位沿侦察好的通道转移，并且是先出发的先到达； 部队转移结束， 地通知D 该通道的任务完成， ③ 部队转移结束，A地通知D地，该通道的任务完成， 停止使用。 停止使用。
• 线路交换是面向连接的服务； • 两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，首先要在通信子网 中建立一个实际的物理线路连接； • 线路交换在数据传输过程中要经过建立连接、数据传输与释放连 接的三个阶段； • 线路交换方式的优点：通信实时性强，适用于交互式会话类通信； • 线路交换方式的缺点：对突发性通信不适应，系统效率低，系统 没有存储数据的能力，不能平滑交通量。
（3）报文交换和分组交换的比较： 报文交换和分组交换的比较：
图3.3 报文交换的基本过程
图3.4 报文分组
2.1.3 分组交换网络中的最佳帧长度 • 最佳帧长度的选择是传输时间、传输开销和网络处理 负载之间的折中。 • 帧的长度分为帧长可变和帧长固定两种。如ATM网络， 其信元长度固定为53B。
交换机构的功能
数据交换的基本方式和数据交换机构的 基本工作原理： 基本工作原理： 2.1.1 电路交换 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 存储-转发交换 存储-转发交换 分组交换的虚电路服务和数据报服务 交换机的功能 交换机实现技术
2.1.1 电路交换（Circuit Switching或Circuit Exchanging） 电路交换（ Switching或 Exchanging） ——电路交换需要建立物理链路 ——电路交换需要建立物理链路，即：它要经过3步：建 电路交换需要建立物理链路， 它要经过3 立连接（呼叫） 数据传送,线路拆除（释放） 立连接（呼叫）,数据传送,线路拆除（释放）
2.3 交换机
2.3.1 交换机的功能
现代通信网络按照有无交换功能可以分为两大类： 交换网和传输网。 简单地说：交换机的作用是接收数据，然后有选 择地将数据转发出去，实现交换网中的数据流控制。 交换机功能概括为: 数据转发 物理编址-定义数据帧的物理地址 网络拓扑结构-定义设备物理连接所形成 的网络拓扑结构 差错验证-错误发生时发出告警 数据帧整序 流量控制-延缓数据的传输能力
2.动态路由 动态（Dynamic）路由表是路由器根据网络系统的 运行情况自动调整的路由表。通常是通过路由器与相 邻路由器交换网络信息来动态地进行路由表维护的。 根据发现和计算到达目的网络的新路径的方法，可 以把动态路由算法分为3种： （1）距离向量（distance vector）算法 距离向量算法的原理非常简单：它把每经过一个路 由器称为一跳。一条路由上的跳数称为“距离”，然 后动态地选择最短距离作为路径。
2.2.2 分组交换的数据报服务
数据报服务方式犹如大部队化整为零后分头向某地行进集结， 数据报服务方式犹如大部队化整为零后分头向某地行进集结， 每个分组都加有目的地地址，并且按“各自为战”的策略， 每个分组都加有目的地地址，并且按“各自为战”的策略，依据网 络的运行情形各自选择合适的路径，向目的地进发。这样， 络的运行情形各自选择合适的路径，向目的地进发。这样，就会呈 现以下几个传输特点。 现以下几个传输特点。 每个分组所走过的路径可能是不相同的， （1）每个分组所走过的路径可能是不相同的， 由于传输路径不同，各节点交换处理的时间不等， （2）由于传输路径不同，各节点交换处理的时间不等，到达目的 地的时间也不相同， 地的时间也不相同，于是就会出现到达目的地后各分组的顺序与 发送时的顺序不同，必须重新排序，再装配成报文。 发送时的顺序不同，必须重新排序，再装配成报文。 数据报服务不需要进行连接，因此也说它提供无连接的服务。 （3）数据报服务不需要进行连接，因此也说它提供无连接的服务。 后面要介绍的IP就只提供数据报服务。 IP就只提供数据报服务 后面要介绍的IP就只提供数据报服务。 （4）数据报服务要求在传送过程中每一个数据分组都要带有目的 地址和源地址。同时在传送到目的地后，有可能出现乱序、 地址和源地址。同时在传送到目的地后，有可能出现乱序、重复 与丢失现象，因而传输延时较大，适合于突发性通信， 与丢失现象，因而传输延时较大，适合于突发性通信，不适合于 长报文通信。 长报文通信。
2.3.2 交换机单元分类
构成交换机构的最基本元件是交换单元。交换单元的 基本实现技术有两种：空间交换和时隙交换 1. 空间交换 空间交换是指交换单元按照链路的空间分布进行交换， 将分组从一条链路转送到另一条链路分组安排到输出链路上的另一个时隙上。 （1）STM传输模式的交换机 （2）ATM传输模式的交换机 3. 多级互联网络交换结构MIN 4. 分组交换结构
电路交换、 2.2.3 电路交换、虚电路与数据报的比较
主要从三个过程、三个参数上对交换方式进行比较。 （1）三个过程 · 连接过程； · 传输过程； · 释放过程 （2）三个参数 （a）时延 · 呼叫时延：呼叫连接过程花费的时间。 · 传输时延：从一个节点传输到下一个节点所用的时间。 · 节点时延（处理延迟）：节点进行数据交换和处理花费的时间。 （b）顺序 分组到达目的节点的顺序是否与源节点发送时的顺序一致。 （c）通用性 是否适合不同类型、不同速率的计算机或终端之间通信。
虚电路与数据报的比较
项目类型 电路设置 地址 状态信息 路由选择 路由器失败的影响 拥塞控制 数据报子网 不需要 每个分组都有源端和目的 端的完整地址 子网不存储状态信息 对每个分组独立选择 除了在崩溃时全丢失分组 外，无其他影响 难 虚电路子网 需要 每个分组都含有一个短的虚电路 号 建立好的每条虚电路都要求占用 子网表空间 当虚电路建好时，路由就已确定， 所以分组都经过路由 所有经过路由器的虚电路都要被 终止 如果有足够的缓冲区分配给己经 建立的每条虚电路，则容易控制
电路交换方式的工作原理
电路交换有如下特点： 电路交换有如下特点：
由于需要连接过程，建立连接需要时间， （1）由于需要连接过程，建立连接需要时间，故适合传输大量数据而 传输少量数据时效率不高； 传输少量数据时效率不高； 连接一旦建立，便可以固定的速率传输数据，除了传输延迟外， （2）连接一旦建立，便可以固定的速率传输数据，除了传输延迟外， 不再有别的延迟； 不再有别的延迟； 一旦连接成功，就建立了一条临时专线，即使不通话，也被占用， （3）一旦连接成功，就建立了一条临时专线，即使不通话，也被占用， 他人不可使用。 他人不可使用。
2. 分组交换系统的发展 （1）早期的存储-转发交换以报文（Message）形式进行， 称为报文交换。 缺点：报文较大，因而传输延时较长，不适合传 输语音等实时信号；在传输过程中容易因为个别错 误而导致整个报文传输作废。 （2）分组交换（Packet Switching）,也称包交换 特点：分组交换网中，要先把一个报文分割成 规定长度的信息组--分组打包，然后在每个分组上 贴上标签--报头，按编号一批一批地将“数据分组” 发出去；在每一个中间节点上，都要先存储、后转 发；传送到达目的地后，再重新装配成完整的报文。 ATM、TCP/IP都是分组交换