《計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程》 課件 單元2.4 數(shù)據(jù)交換技術(shù)

單元2單元2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.4

數(shù)據(jù)交換技術(shù)熟練掌握數(shù)據(jù)交換技術(shù)分類。清晰理解數(shù)據(jù)交換技術(shù)的工作特點、工作原理、典型應(yīng)用和優(yōu)缺點。學(xué)習(xí)目標(biāo)內(nèi)容梳理交換，從通信資源分配的角度看，是按照某種方式動態(tài)地分配傳輸線路的資源。數(shù)據(jù)交換技術(shù)（dataswitchingtechniques）是指在兩個或多個數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）之間，建立數(shù)據(jù)通信的暫時互連通路的各種技術(shù)。交換技術(shù)通常有：電路交換、報文交換、分組交換、信元交換。2.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)電路交換存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換信元交換報文交換分組交換數(shù)據(jù)報虛電路（一）電路交換電路交換（CircuitSwitching），也稱為線路交換。即在兩個工作站之間建立實際的物理連接，一旦通信線路建立，這對端點就獨占該條物理通道，直至通信線路被取消。電路交換典型應(yīng)用：電話系統(tǒng)、公用電話交換網(wǎng)。2.4.1電路交換（一）電路交換電路交換是面向連接的，其通信過程需要經(jīng)歷三個階段，如圖所示：電路建立階段；數(shù)據(jù)傳輸階段;拆除（釋放）電路連接階段。2.4.1電路交換（一）電路交換1.電路建立階段在通信雙方開始傳輸數(shù)據(jù)之前，必須建立一條端到端的物理線路。首先，由發(fā)送數(shù)據(jù)的一方發(fā)出連接請求，沿途經(jīng)過的中間節(jié)點負(fù)責(zé)建立電路連接，并向下一個節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)連接請求，直到連接請求到達接收方。接收方如果同意建立連接，則沿原路返回一個應(yīng)答，請求通信的發(fā)送方接收到應(yīng)答后就建立了一個連接。建立連接的過程實際上就是電路資源的分配過程，就是在收發(fā)雙發(fā)之間分配了一定的帶寬資源，所以這個連接也稱為物理連接。2.4.1電路交換（一）電路交換2.數(shù)據(jù)傳輸階段成功建立了電路連接后，雙方就可以開始傳輸數(shù)據(jù)。該線路是被雙方獨占的，數(shù)據(jù)傳輸過程中不需要進行路徑選擇，數(shù)據(jù)在每個中間節(jié)點上沒有停留，直接向前傳遞，因此電路交換的傳輸延遲最短，一般沒有阻塞問題，除非有意外的線路或節(jié)點故障使電路中斷。而且電路交換是全雙工的，數(shù)據(jù)可以在已經(jīng)建立好的物理線路上進行雙向傳輸。需要注意的是，一旦建立好電路連接后，即使雙方?jīng)]有數(shù)據(jù)傳輸，該線路也被雙方占用，不能再被其他站點使用。這是因為電路交換系統(tǒng)屬于資源與分配系統(tǒng)，一旦分配好了資源，不管有沒有數(shù)據(jù)在傳輸，都不能再被其他站點使用。這也正是電路交換的一個缺點，會造成帶寬資源的浪費。2.4.1電路交換（一）電路交換3.拆除（釋放）電路連接階段數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，應(yīng)該盡快拆除連接以釋放占用的帶寬資源。通信的任何一方都可以發(fā)出拆除連接的請求信號，拆除信號沿途經(jīng)過各個中間節(jié)點，一直到達通信的另一方。釋放電路連接后，帶寬資源就可以分配給其他需要的站點。4.優(yōu)缺點2.4.1電路交換專用信道（通信速率較高），數(shù)據(jù)傳輸迅速、可靠、不會丟失、有序，通信實時性強，時延很小，電路交換適用于數(shù)據(jù)傳輸量大、可靠性要求較高的情況。當(dāng)建立了連接而雙方之間暫時沒有數(shù)據(jù)傳輸時，造成帶寬資源浪費，信道不共享，數(shù)據(jù)通信效率低，系統(tǒng)不具有存儲數(shù)據(jù)的能力。優(yōu)點缺點存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換可以分為“報文存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換”與“分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換”兩種方式。其中的分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，又可以分為“數(shù)據(jù)報”方式與“虛電路”方式。（二）報文交換報文交換采取“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”（Store-and-Forward）方式，不需要在通信的兩個節(jié)點之間建立專用的物理線路，每一個節(jié)點接收整個報文（信息+地址），檢查目標(biāo)節(jié)點地址，然后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的交通情況在適當(dāng)?shù)臅r候轉(zhuǎn)發(fā)到下一個節(jié)點。經(jīng)過多次的存儲——轉(zhuǎn)發(fā)，最后到達目標(biāo)節(jié)點。2.4.2存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換（二）報文交換2.4.2存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換用戶可隨時發(fā)送報文，線路效率高，節(jié)點可實現(xiàn)報文的差錯控制及碼制轉(zhuǎn)換。實時性差，不適合傳送實時或交互式業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)優(yōu)點缺點報文交換典型應(yīng)用：電子郵件系統(tǒng)（E-mail）、電報。要求網(wǎng)絡(luò)中每個結(jié)點有較大的緩沖區(qū)，對交換節(jié)點的存儲量有較高要求。（三）分組交換分組交換也稱包交換，仍采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)傳輸方式，但將一個長報文先分割為若干個較短的分組，然后把這些分組（攜帶源、目的地址和編號信息）逐個地發(fā)送出去。2.4.2存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換分組交換的優(yōu)缺點2.4.2存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換限制分組的最大長度，降低了節(jié)點所需的存儲量；分組長度較短，在傳輸出錯時，檢錯容易并且重發(fā)花費的時間較少，因而提高交換速度；分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的開銷。分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)時需要排隊，這就會造成一定的時延；優(yōu)點缺點各分組可以獨立路由，選擇最佳路徑。（三）分組交換分組在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，還可以分為兩種不同的方式：數(shù)據(jù)報和虛電路。數(shù)據(jù)報傳輸是一種面向無連接的傳輸方式；虛電路傳輸是一種面向連接的傳輸方式。數(shù)據(jù)報方式數(shù)據(jù)報方式，每個分組自身攜帶有足夠的信息（完整的地址信息），它的傳送是被單獨處理的。數(shù)據(jù)報分組交換的特點如下：2.4.2存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換B同一報文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過網(wǎng)絡(luò)；C同一報文的不同分組到達目的結(jié)點時可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)與丟失現(xiàn)象；D每一個分組在傳輸過程中都必須帶有目的地址與源地址，增大了傳輸開銷；E數(shù)據(jù)報方式報文傳輸延遲較大，適用于突發(fā)性通信，不適用于長報文、會話式通信。A事先無需建立連接，提供的是一種無連接的服務(wù)；（三）分組交換虛電路方式虛電路交換在通信和網(wǎng)絡(luò)中，是由分組交換通信所提供的面向連接的通信服務(wù)。在兩個節(jié)點或應(yīng)用進程之間建立起一個邏輯上的連接或虛電路后，就可以在兩個節(jié)點之間依次發(fā)送每一個分組，接收端收到分組的順序必然與發(fā)送端的發(fā)送順序一致，因此接收端無須負(fù)責(zé)在接收分組后重新進行排序。其通信過程：包括虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸和虛電路拆除三個階段。虛電路分組交換的特點如下：2.4.2存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換B不會出現(xiàn)分組丟失、重復(fù)、紊亂的現(xiàn)象，有質(zhì)量保證；C分組通過虛電路上的每個結(jié)點時，結(jié)點只需要做差錯檢測，不需要做路徑選擇；D同一條物理線路上可以建立多條虛電路；E適用于實時數(shù)據(jù)的傳送。A報文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息，只需攜帶虛電路標(biāo)識號；（四）信元交換ATM（AsynchronousTransferMode，異步傳輸模式）是一種信元交換和多路復(fù)用技術(shù)，是一種面向連接的交換技術(shù)。它采用信元（Cell）作為傳輸單位，信元具有固定長度，總共53字節(jié)，前5字節(jié)是信頭（Header），其余48字節(jié)是數(shù)據(jù)段。信元交換技術(shù)是一種快速分組交換技術(shù)，它綜合吸取了分組交換高效率和電路交換高速率的優(yōu)點。2.4.3信元交換信頭（Header）數(shù)據(jù)段5字節(jié)48字節(jié)信元（53字節(jié)）（四）信元交換1.ATM模型（1）三個功能層：ATM物理層、ATM層和ATM適配層。（2）功能層的作用ATM物理層：利用通信線路的比特流傳送功能，實現(xiàn)ATM信元流的傳送?？刂茢?shù)據(jù)位在物理介質(zhì)上的發(fā)送和接收，負(fù)責(zé)跟蹤ATM信號邊界，將ATM信元封裝成數(shù)據(jù)幀。ATM層：負(fù)責(zé)建立虛連接并通