第二章数据交换技术.

高级计算机网络第二章数据交换技术目录电路交换1存储—转发交换2快速分组交换3数据交换技术定义：在任意拓扑的数据通信网络中，通过网络节点的某种转接方式来实现从任一端系统到另一端系统之间数据通路接续的技术。2.1电路交换回顾一下电路交换的特点两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。更多的电话机互相连通5部电话机两两相连，需10对电线。更多的电话机互相连通N部电话机两两相连，需N(N–1)/2对电线。当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线对的数量与电话机数的平方成正比。使用交换机当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。交换机“交换”的含义在这里，“交换”(switching)的含义是：转接——把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。电路交换的特点电路交换必定是面向连接的。电路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接电路交换举例A和B通话经过四个交换机通话在A到B的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换举例C和D通话只经过一个本地交换机通话在C到D的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换传送计算机数据效率低计算机数据具有突发性。这导致通信线路的利用率很低。2.2存储—转发交换2.2.1报文交换2.2.2分组交换2.2.1报文交换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(messageswitching)。报文交换即存储转发交换。报文则指具有完整消息含义的数据单元，交换单元。报头中至少要包含的信息：①报文的起始标志②数据的开始标志③数据源节点地址④数据目的节点地址及路由信息⑤控制信息⑥报文编号报文交换特点1、线路利用率高。2、接收者和发送者无需同时工作，当接收者处于繁忙时,网络节点可以先将报文暂时存储起来。3、当流量加大时，在线路交换网络中可能导致一些呼叫被阻塞；而在报文交换网络中报文仍然可以接收，但延时会增加。4、报文交换系统可同时向多个目的站发送同一报文。这种功能在线路交换方式中是难以实现的。报文交换特点5、可以建立报文传输的优先级。6、能够在网络上实现报文的差错控制和纠错处理。7、报文交换网络可以进行传输速率和代码格式的转换，使两个传输速率不同且代码格式相异的工作站连接。8、发送给未工作的终端的报文可以被截取，或者存储下来，或者转发给其他终端由于报文交换存在的一些缺点，所以现在报文交换已经很少有人使用了。2.2.2分组交换交换机理相同于报文交换，差别在于交换数据单元长度不同。交换单元：分组。把报文（一段）分成若干分组，在每个分组前加分组标头进行传输。两种方式：数据报：独立处理的每个分组称为“数据报”。虚电路：建立的一条逻辑连接。报文分组交换的原理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。1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输数据数据数据报文分组交换的原理每一个数据段前面添加上首部构成分组。首部首部首部分组1分组2分组3请注意：现在左边是“前面”分组交换的原理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）。数据首部分组1数据首部分组2数据首部分组3分组首部的重要性每一个分组的首部都含有地址等控制信息。分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。分组交换的原理接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数据首部分组1数据首部分组2数据首部分组3收到的数据数据数据数据分组交换的原理最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。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。报文1101000110101010110101011100010011010010虚电路分组交换虚呼叫：为建立虚线路的呼叫过程称为虚呼叫。虚拟线路（虚线路、虚通路）：通过虚呼叫建立起来的逻辑通路称为虚拟线路。虚通路：通过节点间的路由表映射功能建立起来的一条“虚”通路。虚电路分组交换虚线路传输“分组”交换方式主要特点：要求一对通信实体间联结传输的所有分组都必须沿预先的虚线路传输。每个节点无须为每个分组进行路由选择。每个连接只须进行一次路由选择。分组交换网的示意图H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1向H5发送分组H2向H6发送分组注意分组路径的变化！结点交换机主机分组的存储转发过程H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1向H5发送分组结点交换机主机在结点交换机A暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机C暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机E暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机H5结点交换机ABCDEH1H5H2H4H3H6高速链路结点交换机12341234123412341234注意结点交换机有多个端口。结点交换机在结点交换机中的输入和输出端口之间没有直接连线。结点交换机处理分组的过程是：把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；把分组送到适当的端口转发出去。主机和结点交换机主机和结点交换机的作用不同：主机是为用户进行信息处理的，并向网络发送分组，从网络接收分组。结点交换机对分组进行存储转发，最后把分组交付给目的主机。分组交换特点分组交换的优点：高效动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。灵活以分组为传送单位和查找路由。迅速不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。可靠完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。分组交换特点分组交换的缺点：分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。2.3快速分组交换FPS寻找快速分组的原因时延：包括数据传输时延（信道上）；转发节点处理时延(节点存储交换分组)。传输瓶颈问题——在节点上发生拥挤。由此，在通路上向线路交换方式接近，缩短(取消)节点对数据单元存储转发时间→快速分组交换。快速分组交换FPS快速分组交换技术：在分组交换基础上演变而来，建立在光纤线路上，能满足对语音、数据、视像等多媒体业务的应用。快速分组交换FPS主要作了如下的改进：缩短分组长度为53个字节（一般几百～几千个字节）。尽量取消在低层次上对数据单元的差错流量路由等操作，尽量同化低级通信协议。采用虚电路与虚通道方式。交换机与交换协议控制采用超大规模集成电路及并行处理与分布式控制技术。快速分组交换FPS交换技术：帧中继(FrameRelay)帧长度可变时；信元中继(CellRelay)帧长度不变时；快速分组交换机组成：输入线路控制器LCI；输出线路控制器LCO；交换结构SF；控制处理器等。快速分组交换FPSLCI功能：对各信元逻辑信号进行转换并添加SF需要的路由信息。SF功能：根据输入信元的路由信息将信元转送到相应的输出线路，并缓存没有及时送走的信元，实现真正信元交换。控制处理器：建立连接，并进行管理和维护。三种交换方式特点线路交换：在数据传送开始之前必须建立一条完整的通路；在线路释放之前，该通路将被一对用户完全占用;适于猝发式的通信，线路利用率不高。报文交换：报文从源站传送到目的地采用存储转发方式；在传送报文时，同时只占用一段通道；在交换节点中需要缓冲存储，报文需要排队，时间延迟取决于中继交换局的数目；不适用于实时通信的要求。三种交换方式特点分组交换：报文从源站被分成分组进行传输，并规定了最大分组长度；在数据报方式中，目的站需要重新组装报文；可根据通信网的现状选择最佳路由，提高了通信效率和可靠性；分组交换技术是网络中使用最广泛的一种交换技术。三种交换的比较报文报文报文ABCDABCDABCD报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文连接释放