1、2022年3月20日星期日2 本章學習常用的交換通信技術。l本章研究：什么是“交換網絡”三種重要的交換網絡l電路交換網l報文交換網l分組交換網2022年3月20日星期日3l本章開始由數據通信（兩臺設備之間）進入網絡通信（N臺設備之間）。l網絡連接方案l點對點連接 造價高，利用率低l網狀：每對設備之間建立點對點連接l星形：通過中心設備建立點對點連接l多點連接 廣播沖突，介質和設備容量限制l總線形：將所有設備接在一條“總線”上 l交換連接 適用在廣域網中使用l由互連節點在通信設備（端系統）構建臨時連接2022年3月20日星期日4P138 圖8.12022年3月20日星期日5l 遠程傳輸通常是通過由

2、中間交換節點構成的網絡來實現。l 節點交換機之間為點到點連接。l 交換節點(node)并不關心數據的內容。l 各種終端設備被稱為“站點”(station)。這些站點可能是計算機、終端、電話機等。l 所有交換節點及其連接的集合稱為“通信網絡”。l 數據通過一個節點一個節點交換處理而被“路由路由”(從哪個端口轉發給下一個節點)。2022年3月20日星期日62022年3月20日星期日7l滿足各種不同速率數據通信的需求l交換速度快l傳輸準確性高l網絡時延要小l滿足用戶各種數據通信業務的需要 2022年3月20日星期日8P138 圖8.22022年3月20日星期日10P139 圖8.32022年3月20

3、日星期日11P140 圖8.42022年3月20日星期日12P140 圖8.52022年3月20日星期日13n傳送前需先在兩站點間建立專用“通信通道”。n通道由一組網絡節點之間依次相互連接的鏈路組成。n透明連接：兩站點間如同直接連接。2022年3月20日星期日14l通信過程三步驟:l建立電路連接 (hello)l傳送數據 (talk) l取消電路連接 (bye)l最早為電話通信設計l電路資源為某一次通話專用l數據連接時大部分時間線路是空閑的l固定的數據速率l通信雙方必須按同一速率傳送2022年3月20日星期日15 交換設備簡單（純硬件）。 透明連接，傳輸延遲小（僅為物理信號本身延遲）。 帶寬固

4、定（不適合猝發性大通信流量），單一速率，無差錯控制功能。 只能一對一通信。 獨占線路，信道利用率低（空閑也不能利用）。 數據通信時占用線路時間一數據通信時占用線路時間一般不超過般不超過10%10%（語音通信最（語音通信最高可達高可達80%80%）。）。 要求建立連接2022年3月20日星期日16P141 圖8.62022年3月20日星期日18報文交換技術的改進（存儲轉發）以“分組”為單位傳輸信息分組在每個交換節點處被接收、暫存，隨后被傳遞給下一節點不同于報文交換：報文被“分組”后傳送保證任何用戶都不能長時間獨占某傳輸線路用用戶戶報報文文2022年3月20日星期日19l“分組” (packet)

5、l分割的報文段+控制信息l數據以較小的信息包(分組)形式傳送l通常以1000字節為一組l更長的報文被分割成一個分組串l每個分組包括有用戶數據(部分或全部的)和附加的控制信息l控制信息l“路由”(尋址)信息（收發雙方站點地址）l其他有關信息（協議版本、差錯處理等）2022年3月20日星期日202022年3月20日星期日21允許同一線路傳送多個數據流傳輸差錯糾正能力允許數據通過多個路由器傳送每個分組都附加了這四條控制信息原始數據數據分組分組的形成附加的控制信息 發送方地址（源地址） 接收方地址（目標地址） 序列號 校驗和2022年3月20日星期日222022年3月20日星期日232022年3月20

6、日星期日24l電路交換 必有“連接-傳送-斷連”三步； ”透明連接“，延遲最小（交換節點處無延遲）； 恒定數據傳輸率； 獨占信道，線路利用率低而費用高。l分組交換 在每個節點處需存儲轉發； 交換機根據分組中附加的目標地址確定如何轉發； 多個通信過程可共享一個信道； 信息傳送存在隨機延遲問題：節點處排隊長度和時間不定。 2022年3月20日星期日25l發送站點將長報文分割成一個個小的信息包（分組）l分組被逐個發送到網絡上l傳送分組有兩種方式l數據報方式l虛電路方式2022年3月20日星期日26l分組交換網絡主要根據其內部工作原理是數據報還是虛電路進行分類。l使用數據報(datagram)技術時，

7、每個分組是獨立傳送的，送往同一個目的站的分組可能沿著不同路由傳送。l使用虛電路(virtual circuit)技術時，兩個端節點間的路由是固定不變的，虛電路上的所有分組都沿同一路由傳送。“散車散車”“車隊車隊”2022年3月20日星期日27l每個分組相互獨立l每個分組可以使用任何可用的路線l需為每個分組（需自帶地址）選擇路由l分組的到達可能無序l分組在傳送中可能丟失l在接收端對分組重新排序并對丟失的分組進行補救處理2022年3月20日星期日28Figure 8.7P142 圖8.72022年3月20日星期日29P142 圖8.8目的地址目的地址輸出端口輸出端口2022年3月20日星期日30F

8、igure 8.9P142 圖8.92022年3月20日星期日32l傳送前要先建立預定的路由（各節點虛電路表中記錄虛電路號）l通過呼叫建立連接(握手)l每個分組中含有虛電路號而非目標地址l對使用同一虛電路的所有分組只需做一次路由選擇l有序傳送，接收后無需排序l清除請求，斷開電路l并非獨享線路(存儲轉發而非透明直連2022年3月20日星期日33P143 圖8.102022年3月20日星期日34P144 圖8.112022年3月20日星期日35P144 圖8.122022年3月20日星期日36P145 圖8.132022年3月20日星期日37P145 圖8.142022年3月20日星期日38P14

9、6 圖8.152022年3月20日星期日39P147 圖8.162022年3月20日星期日40n數據報數據報( (datagram) ) 無需呼叫建立連接階段，所以傳輸少量數據時比虛電路快。分組可繞過故障結點到達目的地，但不保證分組能按序到達，數據丟失也不知曉。n虛電路（虛電路（virtual circuit） 傳輸前需先建立連接，所以適用于兩端之間大數據量交換。能保證每個分組按序正確到達。但構成虛電路的某個結點或鏈路出故障時，虛電路完全失效。2022年3月20日星期日41l數據報技術數據報技術l無需呼叫建立連接階段l傳輸少量數據時比虛電路快l傳輸更靈活l可通過選擇不同路由避繞網絡中的擁塞區域

10、l但不保證分組能按序到達，數據丟失也不知曉l虛電路技術虛電路技術l傳輸前需先建立連接，所以適用于兩端之間大數據量交換。l順序傳送，差錯控制簡便l分組傳送速率更快l因為無需花費時間選擇路由l可靠性較低l構成虛電路的某個結點或鏈路出故障時，虛電路完全失效。P.1472022年3月20日星期日43l電路交換機l空分交換機l時分交換機l時間-空間-時間交換機l分組交換機l“榕樹”(Banyan)交換機l“巴切爾榕樹”(Batcher-banyan)交換機2022年3月20日星期日44l最初用于模擬網絡，目前同時用于模擬和數字網絡。l信號通道和信號通道之間被物理隔開（空間分隔）。l縱橫制交換機（單級空分

11、交換機）l交叉點：微電子開關（晶體管）l交叉點數量大，成本高： nm （n-輸入線數，m-輸出線數）l實際所需交叉點：相連站點數的平方l一個交叉點損壞將使對應線路無法連接l交叉點利用率低（即使所有連接全部開通，仍有大部分交叉點處于閑置狀態）2022年3月20日星期日45P147 圖8.172022年3月20日星期日46l將多臺縱橫交換機按多級（通常為3級）結構組合在一起。l特點：l減少了交叉點的數量；l提高了可靠性（兩個站點間的連接在網絡中具有多條通路）；l更加復雜的控制系統；l高通信量時會引起阻塞。l阻塞解決方案：Clos準則(見P149)2022年3月20日星期日47P148 圖8.182

12、022年3月20日星期日48在一個三級交換系統中，交叉點的數量是在一個三級交換系統中，交叉點的數量是 2kN + k(N/n)2遠遠小于單級交換系統的交叉點數量遠遠小于單級交換系統的交叉點數量 (N2)。式中：N - 輸入或輸出數 k - 中間級縱橫交換機個數 n 將N個輸入分為組，每組n條輸入線Note示例：P148 例8.32022年3月20日星期日492022年3月20日星期日50l采用時分復用（TDM）在交換機內部實現交換。l最常用的是時隙互換（TSI，time-slot interchange）技術。l缺點是使用時隙互換時，對每個連接的處理會產生延遲（每個時隙必須存儲在隨機存儲器RAM中，然后被檢索和傳送）。l事實上，所有的現代電路交換機都使用數字時分技術。事實上，所有的現代電路交換機都使用數字時分技術。2022年3月20日星期日51P150 圖8.192022年3月20日星期日52P150 圖8.202022年3月20日星期日53l四個組成部分：參見P151 圖8.21輸入端口，輸出端口，路由處理器和交換結構。2022年3月20日星期日54P151 圖8.23P151 圖8.222022年3月20日星期日55P151 圖8.242022年3月20日星期日56P