电路交换&分组交换

重庆文理学院分组交换网杨志刚1.电路交换2.报文交换3.分组交换4.分组交换网5.因特网的发展历程本章主要内容终端传输媒介终端电信号电信号信息信息点对点通信在电信系统中，只有两个终端的通信称为点对点通信。1、电路交换点对点通信举例话音数据无交换的多个终端要实现相互间通信，必须以全互连的方式两两相连。若终端数为n，则线对数为C2n=n(n-1)/2（当终端n=100时，线对数=100X(100-1)/2=4950）无交换的多个终端的通信(终端=5、线对数=10)用户间通过交换设备连接用户环线交换设备引入交换的终端间的通信多个交换节点组成的通信网引入交换的终端间的通信中继线电路交换机的内部结构交换机ABCDEFGH电路交换工作过程A和B之间如何通话？A和B之间建立电路连接通话在A到B的连接上进行通话结束，拆除连接((((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思考：电路交换的特点？交换节点即交换机应具备什么样的功能？交换节点是如何实现接续的？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（始终占据线路资源）释放连接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。交换节点可控制的接续类型：本局接续、出局接续、入局接续、转接接续交换节点的基本功能能按目的地址正确地进行选路以及在中继线上转发信号能控制连接的建立与拆除交换节点必须具备的基本功能：能正确接收和分析从用户线或中继线发来的呼叫信号、地址信号交换节点接续类型图示人工交换阶段：磁石式电话机共电式电话机早期的人工交换早期的电路交换是由人工完成的电子式自动交换阶段：人工交换之后是自动交换机电式自动交换阶段：程控交换机阶段：步进制交换机:原理：由用户拨出的电话号码直接控制步进继电器选线，接通线路。缺点：步进继电器动作噪声大到机房维护人员难以承受。纵横制交换机：原理：改进了步进继电器，由用户拨号直接控制改为间接控制，接线器动作噪声小。半电子交换机：话路部分采用机械接点，控制部分采用电子器件。全电子交换机：话路部分和控制部分均采用电子器件。模拟程控交换机：1965年5月美国开通了第一个程控交换机。数字程控交换机：1970年法国开通了第一个数字程控交换机。总结电路交换中“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。2、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)。长途报文需要经过报文交换中心转发。在报文交换中心，一份份电报被接受下来，并被穿成纸带，操作员以每份报文为单位，撕下纸带，根据报文的目的地址，拿到相应的发报机转发出去。这是人工报文交换，后来也有自动报文交换。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。报文交换优点①报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在连接建立时延，用户可随时发送报文。②通信双方不是固定占有一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通路，因而大大提高了通信线路的利用率。报文交换优点③由于采用存储转发的传输方式，使之具有下列优点：a.在报文交换中便于设置代码检验和数据重发设施，加之交换结点还具有路径选择，就可以做到某条传输路径发生故障时，重新选择另一条路径传输数据，提高了传输的可靠性；b.在存储转发中容易实现代码转换和速率匹配，甚至收发双方可以不同时处于可用状态。这样就便于类型、规格和速度不同的计算机之间进行通信；c.提供多目标服务，即一个报文可以同时发送到多个目的地址，这在电路交换中是很难实现的；d.允许建立数据传输的优先级，使优先级高的报文优先转换。报文交换的不足之处①由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程，从而引起转发时延（包括接收报文、检验正确性、排队、发送时间等），而且网络的通信量愈大，造成的时延就愈大，因此报文交换的实时性差，不适合传送实时或交互式业务的数据。②报文交换只适用于数字信号。报文交换的不足之处③由于报文长度没有限制，而每个中间结点都要完整地接收传来的整个报文，当输出线路不空闲时，还可能要存储几个完整报文等待转发，要求网络中每个结点有较大的缓冲区。为了降低成本，减少结点的缓冲存储器的容量，有时要把等待转发的报文存在磁盘上，进一步增加了传送时延。3分组交换是20世纪60年代美苏冷战时期的产物。60年代初，美国国防部领导的远景研究规划局ARPA(AdvancedResearchProjectAgency)提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络。传统的电路交换(circuitswitching)的电信网有一个缺点：正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁，则整个通信电路就要中断。如要改用其他迂回电路，必须重新拨号建立连接。这将要延误一些时间。分组交换网络的产生背景新型网络的基本特点网络用于计算机之间的数据传送，而不是为了打电话。网络能够连接不同类型的计算机，不局限于单一类型的计算机。所有的网络结点都同等重要，因而大大提高网络的生存性。计算机在进行通信时，必须有冗余的路由。网络的结构应当尽可能地简单，同时还能够非常可靠地传送数据。请注意名词“结点”“结点”的英文名词是node。虽然node有时也可译为“节点”，但这是指像天线上的驻波的节点，这种节点很像竹竿上的“节”。在网络中的node的标准译名是“结点”而不是“节点”。报文分组交换的原理（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。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（二）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（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。分组的形成分组交换的原理（四）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（五）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。分组交换带来的问题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。分组交换的分类数据报：面向无连接的数据传输,工作过程类似于报文交换。采用数据报方式传输时，被传输的分组称为数据报。虚电路是面向连接的数据传输，工作过程类似于电路交换，不同之处在于此时的电路是虚拟的。虚电路和数据报服务两种服务的思路来源不同虚电路服务的思路来源于传统的电信网。电信网负责保证可靠通信的一切措施，因此电信网的结点交换机复杂而昂贵。数据报服务力求使网络生存性好和使对网络的控制功能分散，因而只能要求网络提供尽最大努力的服务。可靠通信由用户终端中的软件（即TCP）来保证。虚电路和数据报服务对比的方面虚电路服务数据报服务连接的建立必须有不要路由选择在虚电路建立时进行，所有分组均按同一路由每个分组独立选择路由当路由器出故障时所有通过出故障的路由器的虚电路均不能工作出故障的路由器可能会丢失分组，一些路由可能发生变化分组的顺序总是按照发送顺序到达目的站到达目的站时不一定按发送顺序三种交换方式比较对比的方面电路交换报文交换分组交换是否需要建立连接只在需要的时候建立交换链路不需要不一定，可随时直传，但传输数据的链路是共享的路由选择不需要需要不一定是否分组不不需要是否存储转发不需要需要实现方法或技术PSTN、ISDNX.25、ATM、帧中继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CTM-CircuitTransferModePTM-PacketTransferModeATM-AsynchronousTransferMode各种交换方式IP交换多速率电路交换快速电路交换ATM交换帧中继报文交换电路交换分组交换光交换PTMCTM几种错误的观点1、数据通信一定是分组交换2、分组交换比电路交换通信质量高3、数据通信必须是数字信号四、分组交换网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交换网的示意图注意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思考：分组交换网可能会存在的问题？注意结点交换机有多个端口ABCDEH1H5H2H4H3H6高速链路结点交换机12341234123412341234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。网络中的分组转发机制转发是当交换结点收到分组后，根据其目的地址查找转发表(forwardingtable)，并找出应从结点的哪一个接口将该分组发送出去。路由选择是构造路由表(routingtable)的过程。路由表是根据一定的路由选择算法得到的，而转发表又是根据路由表构造出的。路由选择和转发在结点交换机中查找转发表局域网采用了平面地址结构(flataddressing)。对局域网，这种结构非常方便。广域网中一般都采用层次地址结构(hierarchicaladdressing)。1.层次结构的地址结构最简单的层次结构地址举例用二进制数表示的主机地址划分为前后两部分。所连接的交换机的编号所连接的交换机端口的编号计算机在广域网中的地址网络中的分组转发机制转发是当交换结点收到分组后，根据其目的地址查找转发表(forwardingtable)，并找出应从结点的哪一个接口将该分组发送出去。路由选择是构造路由表(routingtable)的过程。路由表是根据一定的路由选择算法得到的，而转发表又是根据路由表构造出的。路由选择和转发在结点交换机中查找转发表局域网采用了平面地址结构(flataddressing)。对局域网，这种结构非常方便。广域网中一般都采用层次地址结构(hierarchicaladdressing)。1.层次结构的地址结构最简单的层次结构地址举例用二进制数表示的主机地址划分为前后两部分。所连接的交换机的编号所连接的交换机端口的编号计算机在广域网中的地址[2,1][2,2]456745674567交换机1交换机2交换机3[1,1][1,3][3,2][3,3]每个交换机都有两组端口。一组是和本地主机相连的低速端口，另一组是和其他交换机相连的高