第4章数据交换课件.ppt
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1、要 求1.理解数据交换的必要性;2.理解电路交换、报文交换的基本思路,了解各自的特点及应用场合;3.领会分组交换的基本概念,了解分组长度的选取与那些因素有关;4.理解分组网中分组传输的两种方式。,第4章 数据交换,4.1 概述,要实现数据在网内传输,必须依靠数据交换。1.数据交换的必要性 如果在网内实现点对点的传输,所需链路数太多,线路利用率太低。 数据交换将各用户通过一个具有交换功能的网络连接起来,使得任何两个用户终端由网络来实现必要的交换操作。,N(N-1)/2,N,交换中心,2.交换的概念1)什么是交换:是采用交换机(或节点机)等交换系统,通过路由选择技术在进行通信的双方之间建立物理的/
2、逻辑的连接,形成一条通信电路,实现通信双方的信息传输和交换的一种技术。 具有交换功能的网络称为交换网络,交换中心又称交换节点。2)交换节点的基本组成 交换节点泛指网内的各类交换机,它具有为两个或多个设备创建临时连接的能力。,3. 数据交换的实现,1)利用公用网进行数据交换只增加少量设备就可开展数据业务。优点:投资少、实现简单、地区广泛和使用方便。缺点:误码率高、传输不稳定、线路接续时间长、 不适合高数率传输。2)利用公用数据交换网进行数据交换 公用数据网要求本身可解决数据交换。它可分为两大类:电路交换方式和存储交换方式。 电路交换方式有时分和空分交换方式。 存储交换方式也可称为信息交换和存储转
3、发方式,它可分为报文交换方式和分组(包)交换方式及帧方式。,交换方式分类见下图,交换方式,电路交换,存储转发交换,报文交换,分组交换,X.25交换,快速分组交换,帧中继,信元中继,ATM,SMDS,ATM:高速异步传送模式SMDS:交换型多兆比特数据业务,交换方式分类,4.数据业务的特点及其对交换方式的要求,交换方式的选择和发展,主要取决于通信业务的特点。1)通信速率、信号形式:要求交换机最好适应各种速率和各种不同信号形式的使用。2)业务量、实时性:数据通信的不同应用,其业务量和对实时性的要求也大不相同。短数据业务:最好无呼叫连接,有信息立即发送出去。交换式数据传输:要有较快的响应,要求交换机
4、传输延迟小,最好把通信线路上出新的空闲时间利用上。批方式数据传送:要求交换机具有较大的传送能力,尽量减少附加信息的开销。3)传输差错:要求交换机能及时纠正传输中所发生的差错。4)呼叫/应答:能使用户设备自动处理呼叫中遇到的各种问题。,5.现代数字交换技术四个重要阶段:1)人工交换阶段。2)机电式自动交换阶段:1890年美国人A.B.史瑞桥发明步进式电话交换机;1919年瑞典人尼尔斯.帕尔姆伦河G.A.贝塔兰得发明纵横式接线器;1926年在瑞典开通了第一个4000门纵横制电话试验局。3)电子式自动交换阶段:1970年法国第一台程控机(E10型)4)信息包交换阶段:分组交换、IP交换、ATM交换
5、交换从空分到时分、由低Rb到高Rb,从模拟到数字,从面向话音到面向多媒体,从电交换到光交换,。交换的发展代表整个通信网的发展。,4. 2 电路交换方式,4.2.1 电路交换原理,电路交换方式是指网络中的两台计算机或终端在进行数据交换之前,先建立一条实际的物理链路(专用通信线路),再进行数据通信,且在通信中始终使用该条链路进行信息传输,而不允许其他计算机和终端同时共享该条链路的通信方式。电路交换过程包括以下三个阶段。,1. 电路建立阶段,2. 数据传送阶段,3. 电路拆除阶段,交换局,电路交换过程包括以下三个阶段:1.电路建立阶段 2.数据传送阶段 3. 电路拆除阶段,DTE,交换局,DTE,被
6、叫号码或地址,呼叫,应答,或,4.2.2 电路交换机,电路交换机是实现电路交换的主要设备,它由交换电路部分和控制电路部分构成。 交换电路的作用是完成相应电路的连接,在主叫用户和被叫用户之间建立一条传输通路; 控制部分的主要功用是根据主叫用户的线选信号来控制交换电路完成连接。,2.控制电路部分,集中控制系统,4.2.3电路交换的主要优缺点,1.路交换的优点,(1)信息传输延迟时间短。,(2)信息传输效率较高。,(3)对用户提供“透明”传输通路。,2.电路交换的缺点,(1)电路接续时间较长。,(2)电路利用率低 。,(3)不用类型的终端(终端的数据速率、代码格式、通信协议等不同)不能相互通信。,(
7、4)有呼损。,(5)差错率高。,4. 3 报文交换方式,4.3.1 报文交换原理,1. 什么是报文交换 报文交换方式的基础思想是“存储转发”,即将用户的报文(包含信息及接收端地址等辅助信息)存储在交换机的存储器中(内存和外存),当所需的输出电路空闲时,再将该报文发向接收机或用户终端。与电路交换比较,报文交换无需用户之间先建立呼叫,也不存在直接物理信道,交换结束后也不需要拆线过程。,2. 报文格式 无长短、有辅助信息,报头,正文,报尾,报头:起止标志、信息开始、信源地址、目的地址、 控制信息、报文编号。报尾:差错控制,由长度限制可省略。,3报文交换原理,报文交换机组成有通信控制器、中央处理机和外
8、存,实现报文交换的过程如下: (1)通信 信控制器探询各条输入用户线路,如某条用户线有报文输入,则向中央处理机发出中断请求,并逐字把报文送入内存储器;(2) 收到报文结束标志后,中央处理机对报文进行处理,例如分析报头,判别和确定路由,登录输出排队表等;(3) 将报文转移到外部大容量存储器,等待一条空闲线路;(4) 等到线路空闲,把报文从外存储器,调入内存储器,经通信控制器向线路发出去。,4.3.2 报文交换的优缺点,1. 报文交换的优点,(1)易使不同类型的终端互相进行通信。,(2)线路利用率高,(3)可实现同报文通信,(4)无呼损,2报文交换方式的缺点,(1)不利于实时通信。,(2)设备费用
9、高。,44 分组交换方式,4.4.1 为什么提出分组交换方式,电路交换实时性好,但它对于短报文通信效率低,电路利用率低,且不利于不同类型终端相互通信; 报文交换能解决电路交换的缺点,但不能满足数据在实时情况下的通信。 随着计算机的广泛应用,要求数据交换能适应不同速率的交换,接续时间短,实时性好,传输准确性高,且不同类型终端可相互通信。为此,提出了分组交换技术。可以说,分组交换综合了电路交换和报文交换的优点,并使两者的缺点得以相互抵消。,CCITT给分组交换的含义作了如下的叙述: “在网络中进行交换的是这样一个组合实体一组包含着数据和呼叫控制信息(如地址)的二进制数,这些数据、呼叫控制信息以及可
10、能附加的差错控制信息都按规定的格式排列。 分组交换又叫包交换(Packet Switching) 。 分组交换与报文交换同属于存储/转发方式,它们之间的差别在于参与交换的数据单元的长度不同。报文交换的数据单元是报文(Message)而分组交换的数据单元是分组(Packet)。,4.4.2 分组基本格式及长度选取1.分组基本格式,图48 分组基本格式示意图,报文的分组和组合,2.分组长度的选取:,(1)存储器费用;(2)分组处理费用;(3)信道传输质量;(4)正确传输数据信息的信道利用率。,CCITT规定:分组长度以16字节到4096字节的2n字节为标准分组长度,一般选128字节。,4.4.3分
11、组交换原理,1.分组交换工作过程分组交换网的工作过程是: 交换中心的交换机接到分组后首先把它存储起来,然后根据分组中的地址信息、线路的忙闲情况等选择一条路由,再把分组传给下一个交换中心的交换机。如此反复,一直把分组传输到接收方所在的交换机。对于一般终端来说,是收到的分组要交给PAD;来进行报文的合并工作,并送交收方计算机或终端。接入分组交换网的用户终端有两类:分组型终端和非分组型终端。 分组型终端按照分组格式收发信息; 非分组型终端必须在分组网内配置具有分组装拆功能的分组装拆设备(PAD),使不同类型用户终端可以互通。,2. 数据报和虚电路,分组交换方式可进一步分成提供数据报服务的分组交换和提
12、供虚电路服务的分组交换,简称为数据报(Datagram)和虚电路(Vircuit Circuit,VC)。在计算机网络有时又把它们分别称为无连接(Connectionless)服务和面向连接(Connection Oriented)服务。1)数据报的交换方式: 在数据报方式中,每个分组独立地行处理,与报文交换方式中对每个报文独立处理一样。,数据报方式的特点: 用户之间的通信不需要经历呼叫建立和呼 叫清除阶段,对于 短报文通信传输效率 较高。 数据分组传输的时延较大。 对网络拥塞或故障的适应能力较强。,2)虚电路的交换方式概念 虚电路:所谓虚电路是网络内一对数据终端之间的逻辑连接,允许数据同时双
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