3.数据交换技术

第三章数据交换技术南京理工大学第2章数据通信基础数据通信基础知识(重要概念、技术)•多点传输中–链路复用技术：频分、时分、波分、码分–数据交换技术：线路交换、报文交换、分组交换•差错控制–错误检测–错误纠正•数据通信设备–终端设备–互连设备第3章数据交换技术数据交换技术：通过交换机等中介硬件或软件，在通信设备之间创建临时连接。交换网络AB1234C第3章数据交换技术3.1电路交换3.2报文交换3.3分组交换3.4宽带交换主要内容第3章数据交换技术3.1电路交换3.1.1电路交换过程与电话交换机类似。通信双方需要建立一条实际的物理连接，并独占该连接。电路交换通信的基本过程可分为电路建立、数据传输、电路拆除三个阶段。第3章数据交换技术1．电路建立阶段例如，主机H1要与主机H4传输数据，那么首先要通过通信子网，在H1与H4之间建立一个连接。主机H1以“呼叫请求包”的形式，向与之连接的A发出建立连接的请求，节点A继续选择下一个节点。直到H4响应请求，并发送应答信号。发送呼叫信号H1H4传输1.交换2.发送呼叫信号传输1.交换2.发送呼叫信号传输1.作出反应2.发送回应信号AB第3章数据交换技术2．数据传输阶段物理电路连接建立以后，数据就可以在主机H1与H4之间进行实时、双向的交换。在整个数据传输过程中，所建立的电路必须保持连接状态。发送呼叫信号H1H4传输1.交换2.发送呼叫信号传输1.交换2.发送呼叫信号传输1.作出反应2.发送回应信号AB第3章数据交换技术3．电路拆除阶段数据传输结束后，要进行线路拆除即终止连接，以便释放电路。被拆除的线路空闲后，可被其它通信使用。发送呼叫信号H1H4传输1.交换2.发送呼叫信号传输1.交换2.发送呼叫信号传输1.作出反应2.发送回应信号AB第3章数据交换技术电路交换的特点是：（1）在通信开始时要首先建立连接。（2）一个连接在通信期间始终占用该电路，不会发生冲突；电路利用率低。（3）交换机对传输的数据不作处理，对交换机的处理要求简单，但对传输中出现的错误不能纠正。（4）一旦连接建立以后，数据在系统中的传输时延基本上是一个恒定值。可靠性、实时性好。H1H6H5H4H2H3第3章数据交换技术3.1.2电路交换原理1．时分交换是时分多路复用的方式在交换上的应用。通过T连接器在一条复用线上的不同时隙之间进行交换。第3章数据交换技术2．空分交换空分交换是指按空间划分的交换。通过空间（S）接线器来实现不同的物理线路连接。只要控制这些接线器的通与断，即可在任一路输入线和任一路输出线之间构成通路。从信息交换开始直至结束，这条物理连接都是实际存在的，交换结束后，这条线路就拆除释放。第3章数据交换技术电路交换的特点是：（1）在通信开始时要首先建立连接。（2）一个连接在通信期间始终占用该电路，不会发生冲突；电路利用率低。（3）交换机对传输的数据不作处理，对交换机的处理要求简单，但对传输中出现的错误不能纠正。（4）一旦连接建立以后，数据在系统中的传输时延基本上是一个恒定值。可靠性、实时性好。适合于传输信息量较大且传输速率恒定的业务，不适合突发业务和对差错敏感的数据业务。发送方将发送的数据作为一整体数据块，称为报文（Message,格式见p46)进行传输；两个站点之间无需建立专用通道；传输过程中可能经过多次路由和差错检测。一种存储/转发的方式.每个报文交换节点通常是小型计算机，有足够的存储空间缓存进入的报文。2.报文交换(Messageswitching)第3章数据交换技术优点：•线路利用率高，信道可为多个报文共享。•有校验应答机制可靠性高。•可建立优先级，让紧急信息优先通过；缺点：•每个报文数据量较大，要求中间结点（网络通信设备）缓冲大；•出错重传效率低。实时性不高.2.报文交换(Messageswitching)第3章数据交换技术也是一种存储/转发的方式，将用户的整个数据块报文分成更小的分组（格式见p48），以分组为单位在网络中传输。接收方收到所有分组后，将分组重新组装成报文。分组交换数据报方法虚电路方法3.分组交换(packetSwitching)第3章数据交换技术数据报与虚电路同一报文的不同分组可以独立选路。自适应能力强。接收端需排序。出错重传效率高。路由选择复杂。例：IP网络。数据报：第3章数据交换技术数据报与虚电路电路交换和分组交换的结合。分三个阶段：•建立：发送方发带有网络地址的呼叫分组，建立虚电路。•传输：沿建立好的虚电路传输数据；•拆除：拆除虚电路。虚电路：第3章数据交换技术数据报与虚电路固定传输路径，无需中间路由。分组中不用携带目的地址信息，传输的额外开销较小。顺序到达，无需排序。虚电路特点：第3章数据交换技术3.分组交换虚电路：面向连接的分组交换技术数据报：无连接的分组交换技术分组交换的特点优点：传输质量高；信道利用率高；各分组可以单独传输。存在的问题：需要进行报文分组、排序和重组，占用网络开销。不适宜传输实时性高的数据。适用于：数据量较小、实时性要求不高的数据；突发性或断续性数据。第3章数据交换技术第3章数据交换技术3.3.2分组交换网公用分组交换网的网络结构，根据网络的规模可采用二级或三级结构。我国公用分组网（CHINAPAC）采用三级结构，即国家骨干网、省内网和本地网三级。核心设备：分组交换节点机。数据交换技术数据交换技术线路交换报文交换分组交换数据报方法虚电路方法数据交换技术数据交换技术的分类：第3章数据交换技术数据交换技术4.新技术的发展实现高速信息交换和传输；满足不同应用的需要（包括：文本、语音、视频），提供多级服务。——宽带交换帧中继传输的分组称为帧，帧的长度不等。提供56Kbps~2Mbps的传输速度，有四种服务等级。ATM（AsynchronousTransferMode）传输固定长度的分组（53字节），称为信元。提供1.5Mbps~45Mbps的传输速度，有三种服务等级。ATM是面向连接的，它是通过建立虚电路进行数据传输。第3章数据交换技术帧中继(FrameRelay,FR)帧中继采用虚电路技术。结点间无需差错控制和流量控制，由高层端到端控制。无需存储转发，额外开销少，能充分利用网络资源。因而帧中继具吞吐量高、时延低。第3章数据交换技术帧中继技术适用于以下三种情况1、带宽要求为56kbit/s~2Mbit/s，而参与通信的各方多于两个的时候。2、通信距离较长时。3、当数据业务量为突发性时，由于帧中继具有动态分配带宽的功能，选用帧中继可以有效地处理突发性数据。第3章数据交换技术帧中继(FrameRelay,FR)第3章数据交换技术ATM(AsynchronousTransferMode)信元是信息传输、复用和交换的基本单位，又叫信元中继。每个信元都有固定的长度，共有53个字节，其中5个字节是信头，48个字节是信息段。信头包含各种控制信息，主要是信元的路径信息、优先级、一些维护信息和信头的纠错码。ATM是面向连接的，通过建立虚电路进行数据传输。第3章数据交换技术ATM工作方式ATM采用异步时分复用方式。来自不同用户的信元逐个输出到传输线路，形成信息流。信元的信头中包含的VPI（虚通道）/VCI（虚信道）标识，用来说明该信元所属的虚连接。具有同样标识的信元在传输线上不对应某个固定时隙，采用异步时分复用方式。虚信道第3章数据交换技术ATM连接的建立从连接方式来分，有两种最基本的类型：永久虚电路(PVC)和交换虚电路(SVC)。永久虚电路：用于经常进行数据传输的固定连接的两个站点间。交换虚电路：建立过程更复杂，当建立连接时，相应的信道指定用于连接两个用户，拆除连接后，该信道又可分配给其它用户使用。数据交换技术4.新技术的发展实现高速信息交换和传输；满足不同应用的需要（包括：文本、语音、视频），提供多级服务。——宽带交换帧中继传输的分组称为帧，帧的长度不等。提供56Kbps~2Mbps的传输速度，有四种服务等级。ATM（AsynchronousTransferMode）传输固定长度的分组（53字节），称为信元。提供1.5Mbps~45Mbps的传输速度，有三种服务等级。ATM是面向连接的，它是通过建立虚电路进行数据传输。第3章数据交换技术第3章数据交换技术电路交换报文交换分组交换快速分组交换主要内容数据通信基础知识(重要概念、技术)•差错控制–错误检测–错误纠正•多点传输中–链路复用技术：频分复用、时分复用、波分复用–数据交换技术：线路交换、报文交换、分组交换•传输媒介–有线传输介质、无线传输介质•数据通信设备–终端设备–互连设备第4章传输介质及其应用第4章传输介质及其应用传输媒体是通信网络传送数据时发送方和接收方之间的物理通路，计算机网络中采用的传输媒体可分为有线传输介质（硬介质）和无线传输介质（软介质）两大类。传输介质有线传输介质无线传输介质双绞线同轴电缆光缆微波激光无线电波红外线屏蔽双绞线非屏蔽双绞线基带同轴电缆宽带同轴电缆单模光纤多模光纤第4章传输介质及其应用(1)双绞线使用最广泛的传输媒介，由两两绞在一起的铜导线组成，外面包上一个绝缘护套，防止导线产生的干扰信号互相影响。根据是否有金属丝编制织的屏蔽层，将双绞线分为屏蔽双绞线(STP)和非屏蔽双绞线(UTP)。带有屏蔽层的导线传输速率更大，抗干扰能力更强。第4章传输介质及其应用常见双绞线的型号最高传输频率最高传输速率主要应用最大网段长度连接器采用形式3类双绞线16MHZ10Mbps语音和10Mbps的以太网100米RJ454类双绞线20MHZ16Mbps语音传输100Mbps的以太网100米RJ455类双绞线100MHZ100Mbps语音100BASE-T以太网100米RJ45超5类双绞线200MHZ1000Mbps千兆以太网100米RJ456类双绞线250MHz100米RJ457类双绞线600MHZ100米RJ45第4章传输介质及其应用第4章传输介质及其应用线序标准按照T568B（T568A）的标准制作双绞线。T568B和T568A为美国电子电气工程师协会（EIA/TIA）两种双绞线制作标准。其中T568B标准在以太网中应用较广泛。T568B白绿绿白橙蓝白蓝橙白棕棕T568A第4章传输介质及其应用对错线头对比第4章传输介质及其应用Straight-ThroughCable（直通线）：用在PC机与交换机或集线器、交换机或集线器与路由器的连接中。双绞线线缆的两端使用同一种标准，即同时采用T568B或T568A。CrossoverCable（交叉线）：用于PC机与PC机之间、PC机与路由器之间、路由器与路由器之间、交换机与交换机、交换机与集线器、集线器与集线器之间的线路连接中。双绞线一端采用T568B标准，另一端采用T568A标准。第4章传输介质及其应用(1)双绞线–特点：传输模拟信号和数字信号，传输速率10Mbps～1000Mbps，最大直接传输距离100m。–优点：价格便宜、安装方便–缺点：传输距离和传输速度有限制。–应用：目前常用于将建筑物内多个计算机连接到集线器或交换机组成星型结构的局域网。hub段最大长度100m1234第4章传输介质及其应用(2)同轴电缆组成：铜质芯线的内导体、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层；分类：–50基带同轴电缆：传输数字信号，传输速率10Mb/s，常用于局域网。2500米内需加4个中继器。–75宽带同轴电缆：传输模拟信号，传输速率比基带同轴电缆高，常用于闭路电视。第4章传输介质及其应用第4章传输介质及其应用2.同轴电缆的主要特性（1）物理特性。同轴电缆可以工作在较宽的频率范围内。（2）传输特性。基带同轴电缆仅用于数字传输，并使用曼彻斯特编码，数据传输速率最高可达10Mbps。宽带同轴电缆既可用于模拟信号传输又可用于数字信号传输。(3）连通性。同轴电缆适用于点到点和多点连接。（4）地理范围。基带