1、第4章 數據交換4.1 概 述4.1.1 數據交換的必要性 兩端用戶通過信道直接連接起來所構成的通信方式是點對點的通信。多個用戶之間要進行數據通信，如果任意兩個用戶之間都有直達線路連接的話，雖然簡單方便，但線路利用率低。為此，一般將各個用戶終端通過一個具有交換功能的網絡連接起來，使得任何接入該網絡的兩個用戶終端由網絡來實現適當的交換操作。4.1.2 數據交換方式 1利用公用電話網進行數據交換 利用公用電話網進行數據傳輸和交換，其優點是投資少，實現簡易和使用方便。然而，由于電話網是專為電話通信設計的，所以對于數據通信來說存在一定限制和缺陷，主要體現在：(1)傳輸速率低。(2)傳輸差錯率高。(3)

2、線路接續時間長。(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，適合數據通信業務的公用數據網則應運而生。2利用公用數據網進行數據交換 利用公用數據網進行數據交換有兩種交換方式：電路交換方式和存儲-轉發交換方式。電路交換方式又分為空分交換方式和時分交換方式：存儲-轉發交換方式又分為報文交換方式、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 數據通信中的電路交換方式是指兩臺計算機或終端在相互通信之前，需預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行數據信息傳輸，并且不允許其他計算機或終端同時共享該鏈路，通信結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（連續轉接線路不同，即空間不同）和時分交換方式（同一條線路，時間位置不同）。2電路交換方式的原理 采用電路交換方式，數據通信需經歷呼叫建立(即建立一條實際的物理鏈路)、傳輸和呼叫拆除三個階段。不需要調制解調器。信令格式與通信過程不同于電話網。主要設備是電路交換機。核心是交換網。4.2.2 電路交換的優缺點1.電路交換的優點（1）信息的傳輸時延小，且對一次接續而言，傳輸時延固定不變。（2）信息傳輸的效率比較高。（3）信息的編碼方法和信息格式由通信雙方協調，不受網絡的限制。 2.電路交換的缺點（1）電路接續時間較長。（2）電路資源被通信雙方獨占，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）傳輸質量較差。 正因為電路交換自身的特點，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 報文交換方式4.3.1 報文交換方式的概念 報文交換屬于存儲-轉發交換方式，當用戶的報文到達交換機時，先將報文存儲在交換機的存儲器中(內存或外存)，當所需要的輸出電路有空閑時，再將該報文發向接收交換機或用戶終端。 報文應包括3個部分： (1) 報頭或標題。它包括發信站地址、終點收信地址和其他輔助控制信息等。 (2) 報文正文。傳輸用戶信息。 (3) 報尾。表示報文的結束標志，若報文長度有規定，則可省去此標志。由通信控制器，中央處理機，外儲存器組成。n每

5、一個結點接收整個報文，檢查目標結點地址，然后根據網絡中的交通情況在適當的時候轉發到下一個結點。經過多次的存儲轉發，最后到達目標，因而這樣的網絡叫存儲轉發網絡。其中的交換結點要有足夠大的存儲空間（一般是磁盤），用以緩沖收到的長報文。4.3.2 報文交換的優缺點1.報文交換的優點 1.可使不同類型的終端設備之間相互進行通信。 2.在報文交換的過程中沒有電路接續過程，來自不同用戶的報文可以在同一條線路上以報文為單位實現統計時分多路復用，線路利用率高。 3.無呼損。 4.可實現同文報通信。2.報文交換方式的缺點 1.信息的傳輸時延大，而且時延的變化也大。 2.要求報文交換機有高速處理能力，且緩沖存儲器

6、容量大，因此交換機的設備費用高。 3.報文交換不利于實時通信，它適用于公眾電報和電子信箱業務。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-轉發，當用戶的分組到達交換機時，先將分組存儲在交換機的存儲器中，當所需要的輸出電路有空閑時，再將該分組發向接收交換機或用戶終端。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的同一出線，這就需要分組在交換機中排隊等待。l一般終端需經分組裝拆設備(PAD)才能接入分組交換網。l分組交換最基本的思想就是實現通信資源的共享，具體采用統計時分復用(STDM)。4.4.2 分組交換的優缺點1分組交換的優點l傳輸質量高。l可靠性高。

7、l為不同種類的終端相互通信提供方便。l能滿足通信實時性要求。l可實現分組多路通信。l經濟性好。2分組交換的缺點l由于傳輸分組時需要交換機有一定的開銷，使網絡附加的傳輸信息較多，對長報文通信的傳輸效率比較低。l要求交換機有較高的處理能力，故大型分組交換網的投資較大。4.4.3 分組的傳輸方式1數據報方式 (1)數據報方式的概念數據報方式將每個分組單獨當作一份報一樣對待，分組交換機為每一個數據分組獨立地尋找路徑，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文拆成的不同分組)可以沿著不同的路徑到達終點。在網絡終點，分組的順序可能不同于發端，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)數據報方式的特點用戶之間的通信不需要經歷呼叫建立和呼叫清除階段，對于數據量小的通信，傳輸效率比較高。 數據分組的傳輸時延較大，且離散度大。 同一終端送出的若干分組到達終端的順序可能不同于發端，需重新排序。 對網絡擁塞或故障的適應能力較強。2虛電路方式 (1)虛電路方式的概念 虛電路方式是兩個用戶終端設備在開始互相傳輸數據之前必須通過網絡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，用戶發送的數據將通過該路徑按順序通過網絡傳送到達終點。當通信完成之后用戶發出拆鏈請求，網絡清除連接。 為了區分一條線路上不同終端的分組，對分組進行編號(即分組頭中的邏輯信

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

10、如數據報方式靈活。n3.虛電路的重鏈接4.4.4 分組長度的選取1分組長度與延遲時間設分組長度為Lbit，其中hbit為分組頭長，數據長度為xbit，即有 分組交換機發送一個分組的時間為 式中，L為分組長度(bit)；c為輸出線路的傳輸能力，也是交換機的吞吐量(bits)；n為分組到達率，即每秒到達的分組數。可見，分組長度與交換過程中的延遲時間成正比。xhLnLcnLcLtq12分組長度與交換機費用 分組交換機費用主要包括兩部分：存儲器費用和分組處理費用。 圖中交換機費用是存儲器費用和分組處理費用之和。考慮交換機費用時的最佳分組長度應是交換機費用曲線最低點所對應的分組長度。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的升級技術，在OSI參考模型的第二層上用簡化的方法傳輸和交換數據的一種技術，以幀為單位儲存轉發。n僅完成物理層與數據鏈路層核心層功能，將流量控制、糾錯控制等留給終端完成。n4.5.2 幀中繼發展的必要條件n1.光纖傳輸線的使用（傳輸質量大大提高）。n2.用戶終端智能化（終端處理能力加強）。n4.5.3幀中繼技術的功能n1.傳遞數據業務n2.交換機功能簡化n3.建立邏輯鏈接n4.提供帶寬管理和防阻塞機制n5.可以提供交換虛電路業務和永久虛電路業務n4.5.4幀中繼的特點n1.高效性n帶寬利用率高、傳輸速率高、網絡時延小n2.經濟性n3.可靠性n4.靈活性n組

12、網、接入、業務提供n5.長遠性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為基礎發展演變出的通信網，能夠提供端到端的數字鏈接，支持包括話音和非話音在內的多種電信業務。用戶通過一組有限的、標準的多用途用戶-網絡接口接入網內。n特征：端到端的數字鏈接綜合的業務標準的多用途用戶-網絡接口n（2）B-ISDN的概念nB-ISDN中無論交換節點間的中繼線還是用戶與交換機之間的用戶環路，一律采用光纖傳輸。n具備條件：n能提供高速傳輸業務的能力。n能再給定帶寬內高效的傳輸任意速率的業務。n網絡設備與業務特性無關n信息的傳遞方式與業務種

13、類無關n2.ATM定義：nATM是一種轉移模式，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信源不需要周期性出現，從這個意義上看，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：虛通道標示符VCI：虛通路標示符PT：靜核類型CLP：信元優先比特HEC：信頭效驗碼n2.ATM信頭結構nUNI：用戶-網絡接口nNNI：網絡節點接口4.6.3 ATM的特點n1.面向連接的方式工作n2.采用異步時分復用n3.沒有逐段鏈路的差錯控制和流量控制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：給定參考點上具有同一虛通道標示符的一組VC。nVPI：標志了具有相同的VPI的一組VC。n2.虛通路鏈接（VCC）和虛通道鏈接（VPC）nVC鏈路：兩個存在點（VC連接點）之間的鏈路，經過該點的VCI值轉換。nVCC虛通路鏈接：多段VC鏈路組成。nVP鏈路：連個存在