4.1-1分组交换原理解析
现代交换技术第4章分组交换技术
第4章 分组交换技术
2．分组交换的缺点
上面介绍了分组交换的诸多优点，但任何技术在具有优点 的同时都不可避免地具有一些缺点，分组交换也不例外。它的 这些优点都是有代价的。
(3) 分组交换技术的协议和控制比较复杂，如我们前面提到 的逐段链路的流量控制，差错控制，还有代码、速率的变换方 法和接口，网络的管理和控制的智能化等。这些复杂的协议使 得分组交换具有很高的可靠性，但是它同时也加重了分组交换 机处理的负担，使分组交换机的分组吞吐能力和中继线速率的 进一步提高受到了限制。
第4章 分组交换技术
第4章 分组交换技术
4.1 概述 4.2 分组交换原理 4.3 X.25协议 4.4 分组交换机 4.5 帧中继技术 思考题
第4章 分组交换技术
4.1 概 述
4.1.1 分组交换的产生背景
分组交换PS(Packet Switching)技术的研究是从20世纪60年代开 始的。当时，电路交换技术已经得到了极大的发展。电路交换技 术是最适合于话音通信的，但随着计算机技术的发展，人们越来 越多地希望多个计算机之间能够进行资源共享，即能够进行数据 业务的交换。数据业务不像电话业务那样具有实时性，而是具有 突发性的特点，并要求高度的可靠性。这就要求在计算机之间有 高速、大容量和时延小的通信路径。在计算机之间进行数据通信 时，传统的电路交换技术的缺点越来越明显：固定占用带宽，线 路利用率低，通信的终端双方必须以相同的数据率进行发送和接 收等。所有这些都表明电路交换不适合于进行数据通信。因此， 大约在20世纪60年代末、70年代初，人们开始研究一种新形式的、 适合于进行远距离数据通信的技术——分组交换。
第4章 分组交换技术
4.1.4 虚电路与数据报
1. 数据报服务
• 每个数据分组作为独立的信息单位在网上传输。同一终端发出的数 据分组之间在网上彼此无联系，可以从不同的路由传送，会引起失 序，要靠序号字段来恢复原来的次序。 每个分组中携带的信息称为一个数据报。 适用于短报文的数据通信，如询问/响应型、电子邮件型业务等 节点2
• 由固定长度的53个字节组成。前5个字节 称为信头,后48个字节称为信息段(净荷)。
传统分组交换
ATM
2. ATM信元格式
8 4
GFC/VPI＊ VPI VPI VCI 信头 PTI HEC CLP
1＊
1 2 3 4 5 653
VCI
VCI
净荷 在NNI上为VPI
＊：在UNI上为GFC
说明：NNI信头不需要GFC字段，可使VPI扩展为12比特。
4.1.4 虚电路与数据报
3. 虚电路和数据报的比较
比较项目
建链过程 目的地址 路由选择 节点出故障 分组顺序 差错处理 流量控制 必须有
分组交换技术的原理及应用
分组交换技术的原理及应用1. 引言分组交换是一种计算机网络中常用的数据传输技术。
在这种技术中，数据被分成小的数据包并在网络中传输。
本文将介绍分组交换技术的原理和在实际应用中的一些常见场景。
2. 分组交换技术的原理分组交换技术基于分组交换原理工作。
下面是分组交换技术的主要原理：2.1 分组的概念在分组交换技术中，数据被分成一个个小的数据包（也被称为分组）进行传输。
每个分组包含一个头部和一个负载，头部包含了用于路由和传输的信息。
2.2 分组交换的工作方式当数据从源主机传输到目标主机时，数据被分成小的数据包。
每个数据包在传输前被赋予目标地址、源地址以及其他必要的控制信息。
这些数据包独立地在网络中传输，并通过寻找最佳路径到达目标主机。
2.3 分组交换的优势分组交换技术具有以下优势： - 灵活性：分组交换可以适应不同数据大小和传输需求，使网络具有灵活性。
- 高效性：分组交换可以同时传输多个分组，提高网络传输的效率。
- 容错性：由于数据被分成小的数据包进行传输，即使在网络中发生错误，只需重传丢失的数据包，而无需重传整个文件。
3. 分组交换技术的应用分组交换技术在实际应用中有多种场景。
以下是一些常见的应用案例：3.1 互联网互联网是使用分组交换技术进行数据传输的典型例子。
当用户在浏览器中输入一个网址时，电脑将网址分成数据包并通过互联网进行传输。
数据包独立地在网络中传输，然后在目标服务器上重新组装，最终用户可以看到网页的内容。
3.2 VoIP（网络电话）VoIP（Voice over Internet Protocol）是一种基于分组交换的技术，用于通过互联网进行语音通信。
在VoIP中，语音信号被转换成数字数据包，并通过网络进行传输。
这些数据包独立地在网络中传输，并在目标设备上重新组装成语音信号。
3.3 数据中心网络数据中心网络是一个重要的应用场景，使用分组交换技术支持大规模的数据传输和处理。
在数据中心网络中，数据被分成小的数据包，并通过高容量的网络进行传输。
计算机网络技术分组交换
计算机网络技术分组交换在现代通信领域，计算机网络技术扮演着至关重要的角色。
其中，分组交换技术是网络通信中的核心机制之一，它极大地提高了数据传输的效率和灵活性。
本文将详细探讨分组交换技术的原理、特点以及在计算机网络中的应用。
分组交换技术的原理分组交换是一种数据传输方式，它将数据分割成小的数据包，称为“分组”，并通过网络发送。
每个分组都包含必要的信息，如源地址、目的地址和序列号，以确保数据能够正确地到达目的地并被重新组装。
分组交换的特点1. 存储转发：分组交换网络中的节点设备（如路由器）在接收到分组后，会暂时存储该分组，并根据其目的地址选择最佳路径进行转发。
2. 动态路由选择：网络中的路由选择是动态的，根据当前的网络状态和流量情况来选择最优路径。
3. 无连接服务：分组交换不建立固定的通信路径，每个分组独立选择路由，因此称为无连接服务。
4. 可靠性：分组交换网络通过确认机制和重传机制来确保数据的可靠传输。
5. 灵活性：由于分组可以独立选择路由，因此分组交换网络能够灵活应对网络拥塞和故障。
分组交换网络的组成1. 节点：网络中的节点设备负责存储、转发分组。
2. 链路：节点之间的连接，可以是物理链路，也可以是虚拟链路。
3. 传输介质：数据传输的媒介，如光纤、铜缆、无线电波等。
分组交换技术的应用1. 互联网：互联网是分组交换技术最广泛的应用之一，它允许全球范围内的计算机系统进行通信。
2. 虚拟私人网络（VPN）：VPN利用分组交换技术在公共网络中创建安全的通信隧道。
3. 多媒体通信：视频会议、在线游戏等多媒体应用通常使用分组交换技术来传输数据。
4. 云计算：云计算服务提供商使用分组交换技术来优化数据中心之间的数据传输。
分组交换技术的挑战1. 拥塞控制：在高流量情况下，如何有效控制网络拥塞是一个挑战。
2. 安全性：由于分组交换网络的开放性，数据安全和隐私保护是重要的考虑因素。
3. 服务质量（QoS）：在多用户环境中，如何保证不同应用的服务质量也是一个技术难题。
分组交换的原理
分组交换的基本原理分组交换（Packet Switching）是一种网络传输方式，它将数据进行分组并分别发送，不像电路交换那样要占用一条独占的通信线路。
分组交换的基本原理是将要传输的数据分成小块（即数据包或分组），每个数据包附带有目的地址和其他控制信息，然后根据路由规则选择可用的网络链路来传输这些数据包。
在到达目的地后，这些数据包将会重新组装成完整的数据。
下面将详细解释与分组交换相关的基本原理。
1. 数据包的分组在分组交换中，原始的数据通过分组划分为较小的数据包。
数据包是网络传输的最小单位，它通常包括数据部分（即原始数据）、控制信息和目的地址等。
这些数据包在发送前会通过协议进行封装，以确定如何处理和传输这些数据。
数据包的分组大小可以根据网络需求和传输性能而定。
通常情况下，较小的数据包更容易在网络中传输，但会增加一定的开销。
较大的数据包可以提高传输效率，但也会增加延迟和出错的风险。
2. 路由选择在分组交换网络中，路由选择是一个关键步骤。
路由选择决定了数据包从源节点到目的节点的路径，以及在路径上经过的各个中间节点。
路由选择可以通过静态路由或动态路由进行。
静态路由是通过管理员手动配置路由表来选择路径。
动态路由则是使用路由选择协议，例如OSPF（开放最短路径优先）或BGP（边界网关协议），根据网络拓扑和链路状态动态地选择最优路径。
路由选择是基于一系列的路由算法，这些算法通过评估特定指标，例如路径的距离、传输延迟和链路负载等，选择最优的路径。
常见的路由算法有最短路径优先算法（如Dijkstra算法）和距离矢量算法。
3. 存储转发在分组交换中，数据包在网络中的传输是采用存储转发的方式进行的。
存储转发是指在数据包从一个节点传输到下一个节点时，需要先接收完整的数据包，然后再将其转发到下一个节点。
存储转发的过程包括以下几个步骤：•接收：节点接收到数据包后，需要先将其存储在缓冲区中，等待转发；•校验：数据包的接收节点会对其进行错误校验，以确保数据的完整性和正确性；•转发：经过校验后，数据包将被转发到下一个节点；•队列管理：如果接收节点无法及时处理接收到的数据包，那么数据包将会被放入队列中，等待处理；•重传：如果数据包在传输过程中发生错误或丢失，源节点将会重新发送该数据包。
分组交换原理课件
目
CONTENCT
录
• 分组交换概述 • 分组交换的基本原理 • 分组交换协议 • 分组交换网络 • 分组交换技术的发展趋势
01
分组交换概述
分组交换的定义
分组交换是一种通信方式，它将数据分割成若干个 较小的数据包，每个数据包称为一个分组，然后通 过网络将这些分组逐个进行传输。
在传输过程中，每个分组可以选择不同的路径到达 目的地，因此每个分组可能会独立地经历不同的延 迟和丢失。
分组形成
分组交换中，数据被分割成固定长度的数据段，称 为“分组”，每个分组独立进行传输。
分组传输
分组通过传输网络进行传输，可以经过多个网络节 点，最终到达目的地。
分组标识
每个分组都包含源地址、目的地址和其他控制信息 ，以便在网络中进行路由选择和转发。
分组的路由选择
80%
路由选择算法
根据网络的拓扑结构和状态，选 择最佳路径进行分组的传输。
路由协议的要素
路由协议的要素包括路由表、路由 算法、网络拓扑数据库等，它们共 同决定了数据分组的转发方式和路 径。
分组交换网络的性能优化
流量控制
通过流量控制机制，可以防止网 络拥塞和数据丢失，常见的流量 控制技术包括滑动窗口协议和停
止-等待协议。
拥塞控制
拥塞控制机制用于防止过多的数 据分组同时到达网络节点，导致 节点处理能力不足，常见的拥塞 控制算法包括拥塞避免、拥塞抑
企业可以利用分组交换构建高效的数据中心和广 域网，实现企业内部的通信和协作。
实时通信
分组交换可以用于实现音频、视频和其他实时数 据的传输，如在线会议、视频通话等。
物联网
在物联网中，设备之间需要进行大量的数据传输 和通信，分组交换可以提供高效、可靠的数据传 输服务。
分组交与分组交换网要点
路由选择算法分类
路由选择算法分为非自适应路由选择算法和自适应路由选择算 法两大类。
非自适应路由选择算法也叫静态路由选择策略； 自适应路由选择算法又称为动态路由选择策略，即节点的路由
表根据网络的负载和链路的状态而不断地变化； 静态路由选择策略包括泛射路由选择法、固定路由表法和随机
路由选择法；动态路由选择策略包括路由独立路由选择法、集 中式路由法和分布路由选择选择法。
4.2.1 报文交换与分组交换
报文交换的基本思想是先将用户的报文当做一 个逻辑单元整体存储在交换机的存储器中，当 所需要的输出电路空闲时，再将该报文发向接 收交换机或用户终端，所以，报文交换系统是 典型的“存储—转发”系统。
报文交换与分组交换
分组交换的思想是从报文交换而来的，同样采用存储 转发方式，与报文交换的不同在于：分组传输方式由 于受到一次传输数据的最大长度的限制，需要将用户 要传送的信息分割为多个数据段，这些数据称为“分 组”（packet），每分组中有一个分组头，分组头中 主要包含逻辑信道号、分组的序号及其它的控制信息。 由此可见，分组交换的最小信息单元是分组。发送端 把这些“分组”分别发送出去。到达目的地后，接收 端再将一个个“分组”按顺序装好，还原成原来的信 息给用户，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。图4.2是分组形成内容
概述 分组交换的基本原理 分组交换X.25协议 帧中继
4.1 概述
分组交换技术是适应计算机通信的需求而发展起来 的一种先进的通信技术，是重要的数据通信手段之 一；
计算机数据消息对可靠性要求很高，对时延和对数 据抵达顺序要求不严，因此需将数据封装成有纠错 能力的分组进行传送和交换。
泛射路由选择的特点
洪泛式路由选择的优点是具有很高的可靠性。 所有与源节点直接或间接相连的节点都会被访 问到，所以洪泛式可以被应用于广播。 洪泛式的缺点就是产生的通信量负荷过高，额 外开销过大，导致分组排队时延加大。
现代交换原理第4章分组交换技术
路由选择算法 集中式路由交换
动态法
01
扩散式路由法 固定路由表法
静态法：
02
*
数据通信系统性能指标
有效性质量指标是衡量系统传输能力的主要指标，通常从码元传输速率、信息传输速率、频带利用率和差错率等方面来考虑。
*
信息传输速率&码元传输速率
01
I = log2 1/P = log2 N (bit)
2
当主叫DTE想要建立虚呼叫时，它就发送“呼叫请求”分组，该分组包括可供分配的高端的LCN和被叫DTE地址。
3
X.25分组层的数据传输过程与链路层的情况非常类似，数据发送和接受确认、重发过程、窗口机制、流量控制等方面的设计思想是相同的。
4
在虚呼叫任何一端的DTE都能够清除呼叫，通过发送“呼叫清除”分组和“清除指示”分组来完成呼叫清除过程。
8 7 6 5 4 3 2 1
*
分组的传输
分组装配和拆卸设备
（Packet Assembler/Disassembler ，PAD）
是一个规程转换器或者说是网络服务器，主要功能是向各种不同的终端提供服务，帮助它们进入分组交换网，或者具体说就是帮助终端要发送的数据生成分组，并通过线路发送给网络（交换机）。
X.25协议产生背景
数据通信网发展的重要里程碑是采用分组交换方式，构成分组交换网。和电路交换网相比，分组交换网的两个站之间通信时，网络内不存在一条物理电路供其专用，因此不会像电路交换那样，所有的数据传输控制仅仅涉及到两个站之间的通信协议。
X.25是ITU-T制定的WAN通信协议标准，它定义了用户设备与网络设备之间的连接是如何建立和维护的。X.25在OSI/RM出现之前就制定了，在OSI和CCITT的共同努力下，X.25与OSI/RM的下三层可以对应起来，只是第三层叫做“分组层”，物理层建议采用X.21bis，数据链路层采用平衡型链路接入规程LAP B的异步平衡模式ABM。
1.分组交换原理
4.3.2 分层
• 分层，将网络功能分解并在若干水平层内实现， 每层只解决特定范围内的问题，各层之间定义 明确的接口形式。 • 分层的目的
– 降低系统实现的复杂度，各层只实现有限功能。 – 可使不同厂商的分组通信设备同层功能一致，方便 互联互通。 – 增加/删减功能容易，并且不致影响已有设备或功 能。 – 说明抽象通信服务的概念和实现方法。 – 体现协议的概念及其工作原理。
16
4.3.3 体系结构
• 传输层（transport layer）：运行在终端上， 提供端到端数据传输服务，包括复用／解复 用和端到端的可靠传输。 会话层（session layer）：用户间建立会话， 提供对话控制、令牌管理、同步控制等功能。 表示层（presentation layer）：为通信双方提 供公共的、独立于具体设备的数据表示方法。 应用层（application layer）：提供特定类应 用程序或业务所需的通信服务。例如发出那 些请求、作出何种响应何如何传送数据等。
•
•
•
17
4.4 分组网络的路由选择
• 路由选择，依某一标准计算两终端间最佳路径， 分配路径信息到各节点构建路由表。 • 面向连接网络，建立连接时查路由表生成转发表 项，数据分组转发时查转发表完成转发；无连接 网络，每个分组都根据路由表确定转发出口。 • 路由选择算法，要求正确、简单、健壮、稳定、 公平和最优等。健壮指部分链路故障导致拓扑改 变但算法仍正常工作，稳定指算法收敛快，公平 指能均匀承担业务负荷，最优指代价最小。 • 代价可以是链路带宽、传播延迟、租用成本、流 量状况等。
• 排队：缓存分组，再按照一定的顺序逐一发送到出口链 路 • 转发：为分组查找出口，将其转移到出口链路模块
三、简答题 1.描述分组交换的基本原理。
分组交换是一种网络通信技术，它基于分组数据交换的思想，将整个数据分成小的数据包（分组），并通过网络按需发送和路由，直到到达目的地。
它的基本原理在于将数据划分为小的数据包，每个数据包包含目标位置区域和部分数据内容，并通过网络中的路由器进行转发和传输。
1. 数据分组：在分组交换中，数据被分成很小的数据包，每个数据包包含了目标位置区域、数据内容和校验信息。
这种方式可以更加高效地利用网络资源，避免了传统电路交换中的固定带宽浪费和等待时间的问题。
2. 路由转发：当数据包产生后，它会被发送到网络中的路由器，路由器根据数据包的目标位置区域，选择合适的路径进行传输，这个过程称为路由转发。
通过路由转发，可以避免网络拥塞和传统电路交换中的瓶颈问题。
3. 目的地接收：一旦数据包到达目的地，目的地系统会重新组装这些数据包，恢复原始的数据内容。
分组交换允许不同的数据包通过不同的路径到达目的地，在到达后再按照序号进行重新组装，保证了数据的完整性和准确性。
个人观点：分组交换的基本原理体现了网络通信技术上的创新和进步，通过分组数据交换的思想，使得网络通信更加高效和灵活。
相比于传统的电路交换，分组交换具有更大的带宽利用率和网络资源利用率，为现代互联网的发展和应用奠定了基础。
总结回顾：分组交换作为网络通信的基础技术，其基本原理是通过数据分组、路由转发和目的地接收，实现了高效的数据传输和通信。
在当今的互联网时代，分组交换的思想已经深入到了我们的生活和工作中，成为了网络通信的基石。
对于分组交换的深入理解和掌握，对于我们更加深入地了解网络通信技术和提高网络通信的效率至关重要。
分组交换作为一种网络通信技术，在现代互联网中扮演着至关重要的角色。
它通过将数据划分为小的数据包并通过网络进行传输，实现了高效的、灵活的数据通信。
在这篇文章中，我们将进一步探讨分组交换技术的发展历程、应用领域以及未来的发展趋势。
让我们回顾一下分组交换技术的发展历程。
分组交换的基本原理最初可以追溯到20世纪60年代，当时美国的军方和科研机构开始研究并应用这一技术，以满足不断增长的通信需求。
第八讲 分组交换原理
存储转发原理 并非完全新的概念
• 在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用 了基于存储转发原理的报文交换 (message switching)。 • 报文交换的时延较长，从几分钟到几小 时不等。现在报文交换已经很少有人使 用了。
三种交换的比较
电路交换 报 文 报文交换 分组交换 连接建立
数据传送
第4章 分组交换原理
基本概念、网络形式、网络 体系结构、路由选择、流量 和拥塞控制、设备结构
补充：分组交换的原理（一）
• 在发送端，先把较长的报文划分成较短 的、固定长度的数据段。
报文
1101000110101010110101011100010011010010
假定这个报文较长 不便于传输
分组交换的原理（二）
• 每一个数据段前面添加上首部构成分组。
报文
数 1据 分组
首部 首部
数
分组 2
据
数
据
分组 3 首部
分组交换的原理（三）
• 分组交换网以“分组”作为数据传输单 元。 • 依次把各分组发送到接收端（假定接收 分组 1 端在左边）。
首部 数 据 首部 分组 2 数 据 首部 分组 3 数 据
分组首部的重要性
收到的数据
分组交换的原理（五）
• 最后，在接收端把收到的数据恢复成为 原来的报文。
报文
1101000110101010110101011100010011010010 数 据 数 据 数 据
• 这里我们假定分组在传输过程中没有出 现差错，在转发时也没有被丢弃。
分组交换网的示意图
H2 结点交换机 B 主机 H1 H4
4.1 概述
• 分组交换的本质特征是数据以分组为单位，采用 统计复用与存储转发工作模式。 • 统计复用，也称异步时分复用，指将用户数据划 分数据单元，若干比特，用逻辑标号标识数据单 元，构成分组，按照先来先服务复用传输信道。 属于动态分配共享资源，可提高传输信道的带宽 利用率。 • 存储转发，指分组数据抵达交换机先进行缓存， 检查无错后再根据分组中携带的目的地址和资源 状况选择路由，将分组经出口连路转发输出。
《分组交换技术》课件
分组交换技术的协议体系
总结词
协议共同协作完成数据的传输和路 由控制。
详细描述
链路层协议负责数据链路的建立、维护和释放，以及数据帧的封装和拆卸。网络层协议负责数据的路 径选择和逻辑地址寻址，以确保数据能够到达正确的目的地。传输层协议负责数据的分段和重组，以 及端到端的流量控制和错误控制。这些协议共同协作，确保数据的可靠传输。
通用分组无线服务（GPRS）
GPRS是移动通信网络中的一种技术，使用分组交换技术来提供数据服务。通 过GPRS，用户可以在移动设备上使用互联网、电子邮件、即时通讯等服务。
长期演进技术（LTE）
LTE是新一代的移动通信技术，也使用分组交换技术来提供高速数据传输。与 GPRS相比，LTE具有更高的数据传输速度和更低的延迟。
01 03
华为云分组交换技术概述
华为云作为国内领先的云服务提 供商之一，也积极采用了分组交 换技术来提升其网络性能和数据 传输能力。
02
技术特点
华为云的分组交换技术具有高带 宽、低延迟和灵活扩展等特点， 能够满足各种不同场景的需求。
技术评价
阿里云的分组交换技术具有较高的性 能和稳定性，但在某些场景下仍需进 一步优化和改进。
分组交换技术在华为云中的应用
技术展望
随着云计算技术的不断发展，华 为云的分组交换技术也将不断优 化和改进，以适应更多的应用场 景和需求。
04
应用实例
华为云分组交换技术在实际应用 中取得了显著的效果，例如在视 频会议、在线游戏和实时音视频 传输等领域。
04 分组交换技术的优势与挑 战
分组交换技术的优势
灵活性
分组交换技术可以根据不同的 业务需求，动态分配带宽，满
足各种数据传输需求。
分组交换
优点:1) 具有很高的可靠性。
2) 所有与源节点直接或间接相连的节点都会 被访问到，所以洪泛式可以被应用于广播。 缺点:产生的通信负荷过高，额外开销过大，导致分 组排队时延加大。
* 随机路由选择:
1)当节点收到一个分组，节点只选择一条输出路由，这
条路由是在除了的概率可能是相等的，也可能是不等分 组来源的那条路由之外的其它路由当中随机选择的。输 出路由被选中的。 2)优点:比较简单、稳健性也较好。 3)改进的随机路由选择方法:给每条输出路由分配一个
图7.分级的流量控制机制
*
流量控制方法：
实际应用中流量控制的方法主要有以下三种： 1)证实法:
发送方发送一个分组之后不再继续发送新的分组，接 收方收到一个分组之后会向发送方发送一个证实，发送方收 到这个证实之后再发送新的分组。接收方可以通过暂缓发送 证实来控制发送方的发送速度，从而达到控制流量的目的。
可用于点到点和端到端的流量控制。X.25的数据链路
层和分组层均采用这种流量控制方法。
2)预约法：
发送端在向接收端发送分组之前，先向接收
端预约缓冲存储区（一般为８个分组的空间），
然后发送端再根据接收端所允许发送分组的数量
发送分组，从而有效地避免接收端发生死锁;
数据报工作方式的分组交换网通常采用这种
流量控制方式;可用于沿到沿和端到端的流量控
比如打电话，建立10秒，拆线2秒，通话120秒，开销为1/10。 传一则报文，建立10秒，拆线2秒，传数据2秒，开销为信息的6倍。
2.报文交换
特点：独立封装，完整地址，独立选路， 存储转发。电路利用率高，时延长且不确定。 适用于短信、短消息，突发性数据业务。 不适合于流信息和时延要求高的信息流如语音视 频图像等。
分组交换的优缺点
2.分组交换的原理
分组交换网中有3个交换中心（交换节点）； 4个数据用户终端，其中B和C为分组型终端，A和D为一般终端。 分组型终端：以分组的形式发送和接收信息； 一般终端：发送和接收的不是分组而是字符流。
假定这个报文较长 不便于传输
每一个数据段前面添加上分组头构成分组。
分数组 1 据
报文 数据
数据
分组头
分组 2
分组头
分组 3
分组头
分组交换网以“分组”作为数据传输单元。 依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。
分组 1
分组头 数 据
分组 2
分组头 数 据
分组 3
分组头 数 据
每个分组的分组头都含有地址和控制信息，长度为3~10B； 用户数据部分的长度是固定的，平均为128B，不超过256B；
第4章 数据交换
本章主要内容
1 数据交换的必要性和交换方式
2
电路交换方式
3
报
帧方式
4.1 概述
4.1.1 数据交换的必要性
两个用户通过信道直接连接构成的通信方式是点对点通信。
若多用户之间进行数据通信，任意两用户间都有直达线路连接。
缺点：线路利用率低。
当用户的数量增多时，使用交换机来完成全网的交换任务。
1. 电路交换的优点
（1）信息的传输时延小，且对一次接续而言，传输时延固定不变。 （2）信息传输的效率比较高。 （3）信息的编码方法和信息格式由通信双方协调，不受网络的限制。
2. 电路交换的缺点
（1）电路接续时间较长。 （2）电路资源被通信双方独占，电路利用率低。 （3）不同类型的终端不能相互通信。 （4）有呼损。 （5）传输质量较差。
第四章 分组交换原理讲解
A-C:用数据报方式,各分 组独立选择路由
B-D:采用虚电路方式,各 分组按已建立的虚
电路顺序传送
B 3D2D1D 存储器
分组交换机丙
PAD: packet Assemble and Disassemble分组装拆接 口
2012.04 通信工程系 王琳珠 16
现代交换原理
虚电路的特点： (1) 虚电路的路由选择仅仅发生在虚电路建立的时候，在以后的
分组沿虚电路顺序发送，发送完，逻辑连接释放。 特点：是面向连接的交换方式。延时小，软件简单，故障时
需要重新建立连接。 X.25分组交换网采用。
2012.04 通信工程系 王琳珠 15
现代交换原理
工A 作 原 理 示 意
分组交换机甲
C PAD
1C
接口
存储器
分组交换机乙
PAD
D
接口
D
存储器 2 C 1 C C
现代交换原理
4.1.2 分组交换的概念
分组交换的基本思想：把用户要传送的信息分成 若干个小的数据块，即分组(packet)，这些分组 长度较短，并具有统一的格式，每个分组有一个 分组头，包含用于控制和选路的有关信息。
2012.04 通信工程系 王琳珠 5
现代交换原理
两个关键
统计时分复用
STDM (Statistical Time Division Multiplexing) ： 也称异步时分复用， 指将用户数据划分数据单元， 若干比特；用逻辑标号标识 数据单元，构成分组，按照 先来先服务复用传输信道。 属于动态分配共享资源，可 提高传输信道的带宽利用率。
2012.04 通信工程系 王琳珠 8
现代交换原理
工作过程
4.1-1分组交换原理解析
– – – – –
现代交换与网络
逻辑信道号代表了信道的一种编号资源 – 每一条物理链路上，逻辑信道号的分配是相互独立的，也就是说， 逻辑信道号并不在全网中有效，而是在每段物理链路上局部有效， 即仅具有局部意义。 – 由分组交换网内的分组交换设备负责出/入线上逻辑信道号的转换 工作。 – 每个逻辑信道可被定义为总是处于几种工作状态中的转移过程中， 例如“准备好”状态、“呼叫建立”状态、“数据传输”状态、 “呼叫清除”状态等等。
– –
现代交换与网络
差错纠正（重发控制） – 最基本的停止等待协议 – 预防性重发
• 接收端只对接收的正确数据分组向发送端发出确认应答，如果发送端 在一定时间内收不到确认应答，或发现确认和数据分组序号不连续， 就重发没有 如果接收端检验出接收到的数据分组有差错，就向发送端发出重发请 求，发送端收到重发请求后，重发数据分组，如此循环交替，直到收 到正确的数据分组为止。
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节点机2 节点机5 3 2 1
c b a
终端A
c
b
a
3
终端C
2
1
节点机1
3
1
VC1 VC2
节点机3
节点机4
终端B
3 2 1
2
1
3
终端D
2
c b a c b a
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至其他DTE DTE-A 至其他交换机 交换机A 至其他DTE 交换机B DTE-B
交换虚电路的建立与释放
呼叫请求分组 呼叫请求分组 入呼叫分组
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– –
流量控制的必要性
为了让网络各链路上的流量维持在一个合理、均匀、平滑的水平， 以提高网络的吞吐能力和可靠性，防止阻塞的发生。 在分组交换网中的流量控制特别重要，因为：
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-固定分配资源法 -动态资源分配技术
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4.1 分组交换原理
• • • • • • • 资源分配原则 分组交换原理 逻辑信道 分组与分组格式 分组在网络中的传递方式 差错控制 流量控制
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把用户要传送的信息分成若干个小的数据块，即分组，这些 分组具有统一标准的格式，每个分组均有分组头 分组头存放用于控制和选路的有关状态信息和控制信息。这 些分组以“存储--转发”的分组交换方式在网内传输，即每 个分组交换机首先对收到的分组进行缓存，分析该分组头中 有关选路的信息并确定路由选择，然后在所选择的路由上再 次进行排队等待。 显然，属于同一个报文的多个分组有可能并行传送； 不同用户发出的数据也可能共享同一物理信道。 因此，分组交换可以实现资源共享，成功克服了电路交换中 独占链路以及链路利用率低的缺点。
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第四章 数据网络基础
-1-
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主要内容
4.1 4.3 4.5 4.7
分组交换原理
4.2
TCP/IP模型 网络层 ATM技术 PTN技术
数据链路层 因特网路由选择协议 MPLS技术
4.4
4.6 4.8
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4.1 分组交换原理
• • • • • • • 资源分配原则 分组交换原理 逻辑信道 分组与分组格式 分组在网络中的传递方式 差错控制 流量控制
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逻辑信道号代表了信道的一种编号资源 – 每一条物理链路上，逻辑信道号的分配是相互独立的，也就是说， 逻辑信道号并不在全网中有效，而是在每段物理链路上局部有效， 即仅具有局部意义。 – 由分组交换网内的分组交换设备负责出/入线上逻辑信道号的转换 工作。 – 每个逻辑信道可被定义为总是处于几种工作状态中的转移过程中， 例如“准备好”状态、“呼叫建立”状态、“数据传输”状态、 “呼叫清除”状态等等。
通信信息 分组头 信息分组块1 分组1 分组头 信息分组块2 分组2 分组头 信息分组块2 分组3 图7-5 分组的形成
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经典的X.25协议分组头的格式 – 分组头由3个字节构成，包含通用格式识别符GFI、逻辑信道组号 LCGN和逻辑信道号LCN、分组类型识别符等3个部分。
8 7 6 5 4 3 2 1 分组头
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4.1 分组交换原理
• • • • • • • 资源分配原则 分组交换原理 逻辑信道 分组与分组格式 分组在网络中的传递方式 差错控制 流量控制
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–
概念：
通过对数据分组的编号，可以把来自各个终端的数据分组在链路 上完全区分开，如同把传送链路划分成若干子信道一样，这种子 信道称为逻辑信道 逻辑信道为各个终端提供相互独立的数据传送虚拟通路。 逻辑信道号代表着传送链路的部分资源，当某个终端要求通信时， 统计时分复用器就负责分配一个逻辑信道号给它。 逻辑信道号与各个终端的代号无关 同一个终端，每次呼叫被分配的逻辑信道号都可能不同。 一个终端可以同时通过网络建立多个数据通路 统计时分复用器为每个通路分配一个逻辑信道号，并维护一个终 端号与逻辑信道号的映射表：通过逻辑信道号，可以识别出哪个 终端发来数据
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分组交换的优点
- 显著提高线路资源利用率--- 可同时有若干不同用户终端按需 进行资源共享，大大降低了用户费用。 - 由于采用存储—转发方式，无须预先建立端到端的物理连接， 也就不必如电路交换方式那样采用严格而耗费资源巨大的控制 规程。 - 相对易于实现不同类型的数据终端设备(不同的传输速率、不 同的代码、不同的通信控制规程等)之间的通信。 - 每个分组沿着分组交换网络内的通路传送时，有逐段、独立的 差错控制和流量控制，故即使在传输媒介不太好的情况下，端 到端误码率也可以被控制在10-11以下，保证了传送质量。 - 分组交换方式的路由选择和拥塞控制等功能，能保证在网内线 路或某些分组交换设备出现故障后，可为所传送分组自动、智 能地选择一条迂回路由，避开故障点。 - 由于分组交换在降低通信成本、提高通信可靠性等方面巨大的 优势，因此，推动了数据通信网高速的发的缺点
- 信息传送时延大 - 协议和控制比较复杂
• 解决办法： – 提高传输能力 – 改进分组交换技术
分组交换涵盖范围
分组交换是一种大类结合方式，后来发展起来的ATM、IP、 MPLS等其他交换技术，从根本的交换思想和方式上来看都属于分 。 组交换这个大类，只是具体的技术细节有所区别
GFI LCN
LCGN
分组类型识别符
分组数据
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X.25协议的网络层分组类型 – 呼叫建立分组用于在两个DTE之间建立交换虚电路。 – 数据传输分组用于两个DTE之间实现数据传输。 – 恢复分组实现分组层的差错恢复。 – 呼叫清除分组用在两个DTE之间断开虚电路。
类 型 DTE? DCE 呼叫请求 呼叫接受 DTE 数据 DTE RR DTE RNR DTE REJ DTE 中断 DTE 中断证实 登记请求 复位请求 DTE 复位证实 重启动请求 DTE 重启动证实 — 清除请求 DTE 清除证实 DCE? DTE 入呼叫 呼叫连接 DCE 数据 DCE DCE RR RNR 功 能 呼叫建立分组 数据分组 流量控制分组 在两个 DTE 之间建立 SVC 两个 DTE 之间传送用户数据 流量控制
逻辑信道 终端 终端 1 终端 2 计算机 进程 进程
255 254
255 254
…
终端 n
…
…
201
201 线路
进程
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4.1 分组交换原理
• • • • • • • 资源分配原则 分组交换原理 逻辑信道 分组与分组格式 分组在网络中的传递方式 差错控制 流量控制
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分组是交换和传送处理的对象 – 分组是由终端将欲发送的用户信息块（报文或数据报）分成若干 符合标准格式的块，然后给每个块“戴”上一顶“帽子”，被称 为分组头，分组头用于存储具有标准的格式的控制信息、地址信 息和状态信息。 – 由于每个分组都带有含控制信息和地址信息的分组头，所以每个 分组就可以在分组交换网内独立地传送， – 可以以分组为单位进行流量控制、路由选择和差错控制等相关处 理。