數(shù)據(jù)通信第四章

1、第4章 數(shù)據(jù)交換4.1 概 述4.1.1 數(shù)據(jù)交換的必要性 兩端用戶通過信道直接連接起來所構(gòu)成的通信方式是點(diǎn)對點(diǎn)的通信。多個(gè)用戶之間要進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，如果任意兩個(gè)用戶之間都有直達(dá)線路連接的話，雖然簡單方便，但線路利用率低。為此，一般將各個(gè)用戶終端通過一個(gè)具有交換功能的網(wǎng)絡(luò)連接起來，使得任何接入該網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)用戶終端由網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)慕粨Q操作。4.1.2 數(shù)據(jù)交換方式 1利用公用電話網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 利用公用電話網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換，其優(yōu)點(diǎn)是投資少，實(shí)現(xiàn)簡易和使用方便。然而，由于電話網(wǎng)是專為電話通信設(shè)計(jì)的，所以對于數(shù)據(jù)通信來說存在一定限制和缺陷，主要體現(xiàn)在：(1)傳輸速率低。(2)傳輸差錯(cuò)率高。(3)

2、線路接續(xù)時(shí)間長。(4)傳輸距離受限制。(5)接通率低、不易增加新功能。 為了克服上述缺點(diǎn)，適合數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的公用數(shù)據(jù)網(wǎng)則應(yīng)運(yùn)而生。2利用公用數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 利用公用數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換有兩種交換方式：電路交換方式和存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)交換方式。電路交換方式又分為空分交換方式和時(shí)分交換方式：存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)交換方式又分為報(bào)文交換方式、分組交換方式、幀中繼及ATM方式。4.2 電路交換方式 1電路交換的概念 數(shù)據(jù)通信中的電路交換方式是指兩臺(tái)計(jì)算機(jī)或終端在相互通信之前，需預(yù)先建立起一條物理鏈路，在通信中自始至終使用該條鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸，并且不允許其他計(jì)算機(jī)或終端同時(shí)共享該鏈路，通信結(jié)束后再拆除這條物理鏈路。

3、電路交換方式分為空分交換方式（連續(xù)轉(zhuǎn)接線路不同，即空間不同）和時(shí)分交換方式（同一條線路，時(shí)間位置不同）。2電路交換方式的原理 采用電路交換方式，數(shù)據(jù)通信需經(jīng)歷呼叫建立(即建立一條實(shí)際的物理鏈路)、傳輸和呼叫拆除三個(gè)階段。不需要調(diào)制解調(diào)器。信令格式與通信過程不同于電話網(wǎng)。主要設(shè)備是電路交換機(jī)。核心是交換網(wǎng)。4.2.2 電路交換的優(yōu)缺點(diǎn)1.電路交換的優(yōu)點(diǎn)（1）信息的傳輸時(shí)延小，且對一次接續(xù)而言，傳輸時(shí)延固定不變。（2）信息傳輸?shù)男时容^高。（3）信息的編碼方法和信息格式由通信雙方協(xié)調(diào)，不受網(wǎng)絡(luò)的限制。 2.電路交換的缺點(diǎn)（1）電路接續(xù)時(shí)間較長。（2）電路資源被通信雙方獨(dú)占，電路利用率低。（3）不同

4、類型的終端不能相互通信。（4）有呼損。（5）傳輸質(zhì)量較差。 正因?yàn)殡娐方粨Q自身的特點(diǎn)，使其適合于傳輸信息量較大、通信對象比較確定的用戶。4.3 報(bào)文交換方式4.3.1 報(bào)文交換方式的概念 報(bào)文交換屬于存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，當(dāng)用戶的報(bào)文到達(dá)交換機(jī)時(shí)，先將報(bào)文存儲(chǔ)在交換機(jī)的存儲(chǔ)器中(內(nèi)存或外存)，當(dāng)所需要的輸出電路有空閑時(shí)，再將該報(bào)文發(fā)向接收交換機(jī)或用戶終端。 報(bào)文應(yīng)包括3個(gè)部分： (1) 報(bào)頭或標(biāo)題。它包括發(fā)信站地址、終點(diǎn)收信地址和其他輔助控制信息等。 (2) 報(bào)文正文。傳輸用戶信息。 (3) 報(bào)尾。表示報(bào)文的結(jié)束標(biāo)志，若報(bào)文長度有規(guī)定，則可省去此標(biāo)志。由通信控制器，中央處理機(jī)，外儲(chǔ)存器組成。n每

5、一個(gè)結(jié)點(diǎn)接收整個(gè)報(bào)文，檢查目標(biāo)結(jié)點(diǎn)地址，然后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的交通情況在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)。經(jīng)過多次的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，最后到達(dá)目標(biāo)，因而這樣的網(wǎng)絡(luò)叫存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)。其中的交換結(jié)點(diǎn)要有足夠大的存儲(chǔ)空間（一般是磁盤），用以緩沖收到的長報(bào)文。4.3.2 報(bào)文交換的優(yōu)缺點(diǎn)1.報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn) 1.可使不同類型的終端設(shè)備之間相互進(jìn)行通信。 2.在報(bào)文交換的過程中沒有電路接續(xù)過程，來自不同用戶的報(bào)文可以在同一條線路上以報(bào)文為單位實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用，線路利用率高。 3.無呼損。 4.可實(shí)現(xiàn)同文報(bào)通信。2.報(bào)文交換方式的缺點(diǎn) 1.信息的傳輸時(shí)延大，而且時(shí)延的變化也大。 2.要求報(bào)文交換機(jī)有高速處理能力，且緩沖存儲(chǔ)器

6、容量大，因此交換機(jī)的設(shè)備費(fèi)用高。 3.報(bào)文交換不利于實(shí)時(shí)通信，它適用于公眾電報(bào)和電子信箱業(yè)務(wù)。4.4 分組交換方式1.分組交換的概念 分組交換是以分組為單位存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)用戶的分組到達(dá)交換機(jī)時(shí)，先將分組存儲(chǔ)在交換機(jī)的存儲(chǔ)器中，當(dāng)所需要的輸出電路有空閑時(shí)，再將該分組發(fā)向接收交換機(jī)或用戶終端。2.分組交換的原理l來自不同終端的不同分組可以去往分組交換機(jī)的同一出線，這就需要分組在交換機(jī)中排隊(duì)等待。l一般終端需經(jīng)分組裝拆設(shè)備(PAD)才能接入分組交換網(wǎng)。l分組交換最基本的思想就是實(shí)現(xiàn)通信資源的共享，具體采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用(STDM)。4.4.2 分組交換的優(yōu)缺點(diǎn)1分組交換的優(yōu)點(diǎn)l傳輸質(zhì)量高。l可靠性高。

7、l為不同種類的終端相互通信提供方便。l能滿足通信實(shí)時(shí)性要求。l可實(shí)現(xiàn)分組多路通信。l經(jīng)濟(jì)性好。2分組交換的缺點(diǎn)l由于傳輸分組時(shí)需要交換機(jī)有一定的開銷，使網(wǎng)絡(luò)附加的傳輸信息較多，對長報(bào)文通信的傳輸效率比較低。l要求交換機(jī)有較高的處理能力，故大型分組交換網(wǎng)的投資較大。4.4.3 分組的傳輸方式1數(shù)據(jù)報(bào)方式 (1)數(shù)據(jù)報(bào)方式的概念數(shù)據(jù)報(bào)方式將每個(gè)分組單獨(dú)當(dāng)作一份報(bào)一樣對待，分組交換機(jī)為每一個(gè)數(shù)據(jù)分組獨(dú)立地尋找路徑，同一終端送出的不同分組(分組型終端送出的不同分組或一般終端送出的一份報(bào)文拆成的不同分組)可以沿著不同的路徑到達(dá)終點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)終點(diǎn)，分組的順序可能不同于發(fā)端，需要重新排序。分組型終端有排序功能

8、，而一般終端沒有排序功能。 (2)數(shù)據(jù)報(bào)方式的特點(diǎn)用戶之間的通信不需要經(jīng)歷呼叫建立和呼叫清除階段，對于數(shù)據(jù)量小的通信，傳輸效率比較高。 數(shù)據(jù)分組的傳輸時(shí)延較大，且離散度大。 同一終端送出的若干分組到達(dá)終端的順序可能不同于發(fā)端，需重新排序。 對網(wǎng)絡(luò)擁塞或故障的適應(yīng)能力較強(qiáng)。2虛電路方式 (1)虛電路方式的概念 虛電路方式是兩個(gè)用戶終端設(shè)備在開始互相傳輸數(shù)據(jù)之前必須通過網(wǎng)絡(luò)建立一條邏輯上的連接(稱為虛電路)，一旦這種連接建立以后，用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)將通過該路徑按順序通過網(wǎng)絡(luò)傳送到達(dá)終點(diǎn)。當(dāng)通信完成之后用戶發(fā)出拆鏈請求，網(wǎng)絡(luò)清除連接。 為了區(qū)分一條線路上不同終端的分組，對分組進(jìn)行編號(即分組頭中的邏輯信

9、道號)，邏輯信道號相同的分組就認(rèn)為占的是同一個(gè)邏輯信道。 經(jīng)過交換機(jī)邏輯信道號要改變，即邏輯信道號只有局部意義。 多段邏輯信道鏈接起來構(gòu)成一條端到端的虛電路。 在一條物理線路上可以同時(shí)有多條虛電路。 虛電路可以分為兩種：交換虛電路（SVC）和永久虛電路（PVC）。(2)虛電路方式的特點(diǎn)虛電路方式有以下幾個(gè)特點(diǎn)：l一次通信具有呼叫建立、數(shù)據(jù)傳輸和呼叫清除3個(gè)階段。對于數(shù)據(jù)量較大的通信傳輸效率高。l終端之間的路由在數(shù)據(jù)傳送前已被決定。l數(shù)據(jù)分組按已建立的路徑順序通過網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)終點(diǎn)不需要對分組重新排序，分組傳輸時(shí)延較小，而且不容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)分組的丟失。l虛電路方式的缺點(diǎn)是對網(wǎng)絡(luò)擁塞或故障的適應(yīng)能力不

10、如數(shù)據(jù)報(bào)方式靈活。n3.虛電路的重鏈接4.4.4 分組長度的選取1分組長度與延遲時(shí)間設(shè)分組長度為Lbit，其中hbit為分組頭長，數(shù)據(jù)長度為xbit，即有 分組交換機(jī)發(fā)送一個(gè)分組的時(shí)間為 式中，L為分組長度(bit)；c為輸出線路的傳輸能力，也是交換機(jī)的吞吐量(bits)；n為分組到達(dá)率，即每秒到達(dá)的分組數(shù)?？梢?，分組長度與交換過程中的延遲時(shí)間成正比。xhLnLcnLcLtq12分組長度與交換機(jī)費(fèi)用 分組交換機(jī)費(fèi)用主要包括兩部分：存儲(chǔ)器費(fèi)用和分組處理費(fèi)用。 圖中交換機(jī)費(fèi)用是存儲(chǔ)器費(fèi)用和分組處理費(fèi)用之和?？紤]交換機(jī)費(fèi)用時(shí)的最佳分組長度應(yīng)是交換機(jī)費(fèi)用曲線最低點(diǎn)所對應(yīng)的分組長度。4.5幀中繼n4.5

11、.1幀中繼的概念n幀中繼是分組交換技術(shù)的升級技術(shù)，在OSI參考模型的第二層上用簡化的方法傳輸和交換數(shù)據(jù)的一種技術(shù)，以幀為單位儲(chǔ)存轉(zhuǎn)發(fā)。n僅完成物理層與數(shù)據(jù)鏈路層核心層功能，將流量控制、糾錯(cuò)控制等留給終端完成。n4.5.2 幀中繼發(fā)展的必要條件n1.光纖傳輸線的使用（傳輸質(zhì)量大大提高）。n2.用戶終端智能化（終端處理能力加強(qiáng)）。n4.5.3幀中繼技術(shù)的功能n1.傳遞數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)n2.交換機(jī)功能簡化n3.建立邏輯鏈接n4.提供帶寬管理和防阻塞機(jī)制n5.可以提供交換虛電路業(yè)務(wù)和永久虛電路業(yè)務(wù)n4.5.4幀中繼的特點(diǎn)n1.高效性n帶寬利用率高、傳輸速率高、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延小n2.經(jīng)濟(jì)性n3.可靠性n4.靈活性n組

12、網(wǎng)、接入、業(yè)務(wù)提供n5.長遠(yuǎn)性nATM兼容4.6 ATM交換n4.6.1 ATM定義n1.B-ISDN的概念n(1)N-ISDN的概念：以電話IDN為基礎(chǔ)發(fā)展演變出的通信網(wǎng)，能夠提供端到端的數(shù)字鏈接，支持包括話音和非話音在內(nèi)的多種電信業(yè)務(wù)。用戶通過一組有限的、標(biāo)準(zhǔn)的多用途用戶-網(wǎng)絡(luò)接口接入網(wǎng)內(nèi)。n特征：端到端的數(shù)字鏈接綜合的業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的多用途用戶-網(wǎng)絡(luò)接口n（2）B-ISDN的概念nB-ISDN中無論交換節(jié)點(diǎn)間的中繼線還是用戶與交換機(jī)之間的用戶環(huán)路，一律采用光纖傳輸。n具備條件：n能提供高速傳輸業(yè)務(wù)的能力。n能再給定帶寬內(nèi)高效的傳輸任意速率的業(yè)務(wù)。n網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與業(yè)務(wù)特性無關(guān)n信息的傳遞方式與業(yè)務(wù)種

13、類無關(guān)n2.ATM定義：nATM是一種轉(zhuǎn)移模式，在這一模式中信息被組織成固定長度的信源，來自某用戶的一段信息的各個(gè)信源不需要周期性出現(xiàn)，從這個(gè)意義上看，這種傳輸模式是異步的。4.6.2 ATM信源n1.ATM信源GFC：一般流量控制VPI：虛通道標(biāo)示符VCI：虛通路標(biāo)示符PT：靜核類型CLP：信元優(yōu)先比特HEC：信頭效驗(yàn)碼n2.ATM信頭結(jié)構(gòu)nUNI：用戶-網(wǎng)絡(luò)接口nNNI：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口4.6.3 ATM的特點(diǎn)n1.面向連接的方式工作n2.采用異步時(shí)分復(fù)用n3.沒有逐段鏈路的差錯(cuò)控制和流量控制n4.信頭功能被簡化n5.采用固定長度的信源，信息段長度較小4.6.4 ATM的虛鏈接n1.虛通路（VC）和虛通道（VP）nVC:描述ATM信源單向傳輸能力的概念，是傳輸ATM信源的邏輯信道。nVCI：ATM服用線上具有相同的VCI的信源在同一邏輯信道上傳輸。nVP：給定參考點(diǎn)上具有同一虛通道標(biāo)示符的一組VC。nVPI：標(biāo)志了具有相同的VPI的一組VC。n2.虛通路鏈接（VCC）和虛通道鏈接（VPC）nVC鏈路：兩個(gè)存在點(diǎn)（VC連接點(diǎn)）之間的鏈路，經(jīng)過該點(diǎn)的VCI值轉(zhuǎn)換。nVCC虛通路鏈接：多段VC鏈路組成。nVP鏈路：連個(gè)存在