数据交换技术详解(课堂PPT)
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常用于实时数据传输 效率低 不能存储数据 不能平滑通信流量 不能进行差错控制
4
2.6.2 存储转发交换方式: Store-and –forward exchanging
数据 单元
待传输数据 源主机地址 目的主机地址 控制信息
通信子网 通信控制处理器:CCP
报文 或 分组
接收 差错检测 存储 路由选择 传输
5
存储转发的优点：
多个数据单元共享一条通信信道，提高信道使用率 选择最佳路径通过通信子网 平衡网络栽荷 减少传输差错 在采用不同速率或不同编码格式的信道间交换数据单元 可使用优先级
6
存储转发分类：
报文交换：无论数据有多长，都作为一个逻辑数据单元加上
目的地址、源地址和控制信息，并按规定格式封装
报文号 目的地址 源地址
P1 P2
P1 NA
P2
P1 NE
ND
P2
NF
NG
ACK
P1
NB
HB
P1
P2
8
数据报的特点：
报文的不同分组可通过不同的路径进行传输 分组可能不按顺序到达目的主机，可能重传或丢失 在传输过程中，每个分组需要携带源地址和目的地址
9
2.6.4 虚电路方式:Virtual Circuit , VC
NC
ND
发送方在接收到 提示某数据帧发送错误的应答帧后， 重发此帧及在该时间内已发的后续各帧
需要计时器
26
选择重发基本思想： 发送端连续发送数据帧，如果在发送完编号
为n 的数据帧时，收到编号为m (m<n)的数据帧 传送出错的否定性确认帧，则重发编号为m 的数 据帧，选择性重发完后，继续发送编号为n +1的 数据帧
27
已发送数据帧需暂时保留在发送方以备重发 需要计时器，设置时间长度要长于RTT的平均值 需对数据帧和ACK进行编号以区分不同的数据帧和ACK 协议简单 系统通信效率低
24
连续工作方式
持续发送分组，不需要停止等待 ACK
B
t
A
t
25
拉回方式
发送方可以连续向接收方发送数据帧，接收方对接收 的数据帧进行校验，然后向发送方发回应答帧
11
2.7、 差错控制
12
2.7.1、传输差错
1、传输差错定义：接收数据和发送数据 不一致的现象
主机
数据
信道 噪声
目的主机
数据 + 噪声
13
噪声
热噪声: 随机噪声 随机差错
传输介质的电子热运动产生 特点：时刻存在、幅度小、强度与频率无关， 频谱宽，一位错误
脉冲噪声: 突发噪声
突发差错
外界电磁干扰引起
越好，要根据实际传输要求提出误码率要求 (3) 如果传输系统传输的不是二进制码元，需要折合成二进制
码元计算
16
2.7.2. 差错控制策略
纠错码方案
检错码方案
奇偶检验
循环冗余编码
• 为每个分组添加足够的冗余信 息，以便在接收端发现并自动 纠正传输差错
• 分组仅包含足以使接收端发现 错误的冗余信息，但不能确定 传输差错的位置，不能自己纠 正传输错误
• 复杂，需要大量的成本和时间， 不适用于日常通信
• 容易，高效，广泛使用，通过 重发来纠正传输差错
差错控制：有效地检测出错误，并进行纠正，从而提高通信信
道 的传输质量的方法。
17
1、奇偶检验：
在传输前，在数据后加奇偶位 目的计算机重新计算奇偶位并与接收到 的奇偶位相比较 如果再者相同，无差错 如果两者不同，有差错
特点：幅度较大，相邻多位错误
2、 传输差错类型： 随机差错+ 突发差错
14
3、误码率
二进制码元在数据传输过程中被传错的概率
Pe = Ne / N Pe: 误码率 Ne: 被传错的码元数 N: 传输的二进制码元总数
15
（1）误码率是衡量系统正常工作状态下传输可靠性的参数 (2) 对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低
2.6 数据交换技术
1
2.6.1 线路交换: Circuit Switching
NC
ND
HA
NA
NE
NB
HB
NF
NG
2
主机A
结点A
结点B
线
呼叫请求
线
路 建
路
立
交
换 三
数 据
报文或分组
传
步
输
骤
线
释放请求
路
释
放
结点C
结点D
主机B
呼叫应答
应答
释放应答
3
线路交换特点：
在数据传输开始前建立连接，有一定延迟，但连接 后，在中间各节点的延迟可以忽略不计
HA
NA P4
NE P3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
NB
D1
ACK P1
P2
C2
NF
NG
虚电路连接 数据传输 虚电路释放
HB
10
2、虚电路特点
在传输分组前建立逻辑连接：虚电路连接 报文的所有分组沿着同一条虚电路连接进行传输 分组按序到达目的主机，一般不会丢失或重发 每个分组赋予一个虚电路标识符，分组中没有必要加目
的地址和源地址 在每个节点有必要做差错控制，但没必要进行路由选择 每个节点支持多条虚电路连接
18
奇检验: 取奇偶位为0或1使1的总数（包括奇偶位）是奇数
S
110011000111
校验位
R
110011000111
校验位
19
偶检验:取奇偶位为0或1使1的总数（包括奇偶位）是偶数
S
110011000110
校验位
R
11001100011 0
校验位
20
方法简单，检错能力差，不能检测出两个位或 偶数位发生错误的情况，检错率最高达50%, 用于通 信要求较低的情况
21
2.7.3 差错控制机制------反馈重发
Automatic Request for Repeat，ARQ
S
R
源主机
校验 编码器
存储
发送器
反馈控制器
信 道
接收器
校验译 码器
目的主机
反馈控制器
22
ARQ
停止等待方式 连续工作方式
拉回方式 选择重发方式
23
特点：
发送方在发送完一个数据帧后，要等待接收方的应答帧到 来后，再发下一个数据帧
数据
校验
报文结构
报文分组交换：长报文被 分为多个短的有限长度 分组，1
千或几千比特，每个分组分配分组号，在接收端所有分组按 序号重新组装为长的报文
报文号 分组号 目的地址 源地址 数据
校验 分组结构
7
2.6.3 数据报方式:Datagram,DC
分组交换：
数据报方式 虚电路方式
ACK
NC
ACK
HA
4
2.6.2 存储转发交换方式: Store-and –forward exchanging
数据 单元
待传输数据 源主机地址 目的主机地址 控制信息
通信子网 通信控制处理器:CCP
报文 或 分组
接收 差错检测 存储 路由选择 传输
5
存储转发的优点：
多个数据单元共享一条通信信道，提高信道使用率 选择最佳路径通过通信子网 平衡网络栽荷 减少传输差错 在采用不同速率或不同编码格式的信道间交换数据单元 可使用优先级
6
存储转发分类：
报文交换：无论数据有多长，都作为一个逻辑数据单元加上
目的地址、源地址和控制信息，并按规定格式封装
报文号 目的地址 源地址
P1 P2
P1 NA
P2
P1 NE
ND
P2
NF
NG
ACK
P1
NB
HB
P1
P2
8
数据报的特点：
报文的不同分组可通过不同的路径进行传输 分组可能不按顺序到达目的主机，可能重传或丢失 在传输过程中，每个分组需要携带源地址和目的地址
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2.6.4 虚电路方式:Virtual Circuit , VC
NC
ND
发送方在接收到 提示某数据帧发送错误的应答帧后， 重发此帧及在该时间内已发的后续各帧
需要计时器
26
选择重发基本思想： 发送端连续发送数据帧，如果在发送完编号
为n 的数据帧时，收到编号为m (m<n)的数据帧 传送出错的否定性确认帧，则重发编号为m 的数 据帧，选择性重发完后，继续发送编号为n +1的 数据帧
27
已发送数据帧需暂时保留在发送方以备重发 需要计时器，设置时间长度要长于RTT的平均值 需对数据帧和ACK进行编号以区分不同的数据帧和ACK 协议简单 系统通信效率低
24
连续工作方式
持续发送分组，不需要停止等待 ACK
B
t
A
t
25
拉回方式
发送方可以连续向接收方发送数据帧，接收方对接收 的数据帧进行校验，然后向发送方发回应答帧
11
2.7、 差错控制
12
2.7.1、传输差错
1、传输差错定义：接收数据和发送数据 不一致的现象
主机
数据
信道 噪声
目的主机
数据 + 噪声
13
噪声
热噪声: 随机噪声 随机差错
传输介质的电子热运动产生 特点：时刻存在、幅度小、强度与频率无关， 频谱宽，一位错误
脉冲噪声: 突发噪声
突发差错
外界电磁干扰引起
越好，要根据实际传输要求提出误码率要求 (3) 如果传输系统传输的不是二进制码元，需要折合成二进制
码元计算
16
2.7.2. 差错控制策略
纠错码方案
检错码方案
奇偶检验
循环冗余编码
• 为每个分组添加足够的冗余信 息，以便在接收端发现并自动 纠正传输差错
• 分组仅包含足以使接收端发现 错误的冗余信息，但不能确定 传输差错的位置，不能自己纠 正传输错误
• 复杂，需要大量的成本和时间， 不适用于日常通信
• 容易，高效，广泛使用，通过 重发来纠正传输差错
差错控制：有效地检测出错误，并进行纠正，从而提高通信信
道 的传输质量的方法。
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1、奇偶检验：
在传输前，在数据后加奇偶位 目的计算机重新计算奇偶位并与接收到 的奇偶位相比较 如果再者相同，无差错 如果两者不同，有差错
特点：幅度较大，相邻多位错误
2、 传输差错类型： 随机差错+ 突发差错
14
3、误码率
二进制码元在数据传输过程中被传错的概率
Pe = Ne / N Pe: 误码率 Ne: 被传错的码元数 N: 传输的二进制码元总数
15
（1）误码率是衡量系统正常工作状态下传输可靠性的参数 (2) 对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低
2.6 数据交换技术
1
2.6.1 线路交换: Circuit Switching
NC
ND
HA
NA
NE
NB
HB
NF
NG
2
主机A
结点A
结点B
线
呼叫请求
线
路 建
路
立
交
换 三
数 据
报文或分组
传
步
输
骤
线
释放请求
路
释
放
结点C
结点D
主机B
呼叫应答
应答
释放应答
3
线路交换特点：
在数据传输开始前建立连接，有一定延迟，但连接 后，在中间各节点的延迟可以忽略不计
HA
NA P4
NE P3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
NB
D1
ACK P1
P2
C2
NF
NG
虚电路连接 数据传输 虚电路释放
HB
10
2、虚电路特点
在传输分组前建立逻辑连接：虚电路连接 报文的所有分组沿着同一条虚电路连接进行传输 分组按序到达目的主机，一般不会丢失或重发 每个分组赋予一个虚电路标识符，分组中没有必要加目
的地址和源地址 在每个节点有必要做差错控制，但没必要进行路由选择 每个节点支持多条虚电路连接
18
奇检验: 取奇偶位为0或1使1的总数（包括奇偶位）是奇数
S
110011000111
校验位
R
110011000111
校验位
19
偶检验:取奇偶位为0或1使1的总数（包括奇偶位）是偶数
S
110011000110
校验位
R
11001100011 0
校验位
20
方法简单，检错能力差，不能检测出两个位或 偶数位发生错误的情况，检错率最高达50%, 用于通 信要求较低的情况
21
2.7.3 差错控制机制------反馈重发
Automatic Request for Repeat，ARQ
S
R
源主机
校验 编码器
存储
发送器
反馈控制器
信 道
接收器
校验译 码器
目的主机
反馈控制器
22
ARQ
停止等待方式 连续工作方式
拉回方式 选择重发方式
23
特点：
发送方在发送完一个数据帧后，要等待接收方的应答帧到 来后，再发下一个数据帧
数据
校验
报文结构
报文分组交换：长报文被 分为多个短的有限长度 分组，1
千或几千比特，每个分组分配分组号，在接收端所有分组按 序号重新组装为长的报文
报文号 分组号 目的地址 源地址 数据
校验 分组结构
7
2.6.3 数据报方式:Datagram,DC
分组交换：
数据报方式 虚电路方式
ACK
NC
ACK
HA