1、数据通信第4章 数据交换1第4章 数据交换数据通信本章内容、重点和难点本章内容 电路交换、报文交换、分组交换和帧中继的概念及原理。路由选择和流量控制。本章重点 电路交换、报文交换、分组交换和帧方式的概念及优缺点。分组交换的原理。虚电路和数据报工作模式的原理与特点。路由选择的方式和流量控制的实现措施。本章难点 分组交换技术的原理。虚电路和数据报工作模式。路由选择和流量控制。2第4章 数据交换数据通信学习本章目的和要求 掌握电路交换、报文交换、分组交换及帧方式的基本概念和优缺点。掌握分组交换的原理。掌握数据报和虚电路的工作方式。了解路由选择含义，并掌握常用的路由选择方法。掌握流量控制的目的及实现的
2、措施。34.1 电 路 交 换数据通信1电路交换的概念电路交换是指两台计算机或终端在相互通信之前，需预先建立起一条实际的物理链路，在通信中自始至终使用该条链路进行数据信息传输，并且不允许其他计算机或终端同时共享该链路，通信结束后再拆除这条物理链路。可见电路交换属于预分配电路资源。2电路交换过程（1）电路建立阶段（2）数据传输阶段（3）电路拆除阶段44.1 电 路 交 换4电路交换的优缺点（1）电路交换的优点数据通信 信息的传输时延小，对一次接续而言，传输时延固定不变。信息在通路中“透明”传输。信息传输效率高。（2）电路交换的缺点 电路利用率低。电路接续时间较长，短报文通信效率低。不能实现不同类
3、型的终端间的相互通信。有呼损。传输质量较差。54.2 报 文 交 换1什么是报文交换数据通信报文交换的基本思想是“存储一转发”，即当用户的报文（到达交换机时，先将报文存储在交换机的存储器中，当所需要的输出电路有空闲时，再将该报文发向接收交换机或用户终端。2报文格式在报文交换方式中，信息是以报文为单位接收、存储和转发。一份报文应包括3个部分。（1）报头或标题。（2）报文正文。（3）报尾。64.2 报 文 交 换数据通信3报文交换原理74.2 报 文 交 换数据通信4报文交换的优缺点（1）报文交换的优点 可以实现不同类型的终端设备之间的相互通信。线路利用率高。无呼损。可实现同文报通信，即同文多投。
4、（2）报文交换的缺点 不利于实时通信。设备费用高。84.3 分 组 交 换数据通信电路交换：传输时延小，但电路接续时间长，线路利用率低，且不能进行不同类型的终端相互通信；报文交换：虽然可解决上述问题，但信息传输时延太长，不能满足许多数据通信系统的实时性要求。分组交换：既接续速度快、传输时延小，满足实时性要求，且线路利用率高，并可实现不同类型的终端间相互通信。94.3.1 分组交换原理数据通信分组交换的基本原理是存储转发的方式。把报文分成若干个比较短的、具有一定格式的“分组”（或称为数据包）进行交换和传输。1分组的组成分组是由分组头和用户数据部分组成的，如图4-4所示。分组头包含收发地址和一些控
5、制信息其长度为310个字节；用户数据部分长度一般为128字节，最大不超过256字节。图4-4 分组的组成104.3.1 分组交换原理数据通信2分组交换的工作原理说明：来自不同终端的不同分组可以去往分组交换机的同一出线，NPT需经PAD才能接入分组交换网。分组交换采用的方法是STDM。图4-9 分组交换机工作原理图114.3.1 分组交换原理数据通信3分组交换的优缺点（1）分组交换的优点 传输质量高 可靠性高 能提供不同类型终端间的通信 可实现分组多路通信 能满足通信实时性要求 经济性好 线路利用率高（2）分组交换的缺点 对长报文通信的传输效率低 要求交换机有较高的处理能力。124.3.2 分组
6、的传输方式数据通信分组的传输方式有两种：数据报（DG）和虚电路（VC）方式。1数据报方式（1）什么是数据报方式数据报方式是将每一个数据分组，当作一份独立的报文看待。分组交换机为每一个数据分组独立地寻找路径，同一终端送出的不同分组可以沿着不同的路径到达终点。在网络终点，由于每一个分组所经过的路由不同，因此，它们到达终点的时间先后不一样，这样分组的顺序可能不同于发送端，需要重新排序。134.3.2 分组的传输方式数据通信（2）数据报方式的特点 用户之间的通信只有数据传输阶段，不需要经历呼叫建立和呼叫清除阶段，对于数据量小的通信，传输效率比较高。数据分组的传输时延大（与虚电路方式比），且离散度大（即
7、同一终端的不同分组的传输时延差别较大）。同一终端送出的若干分组到达终端的顺序可能不同于发送端，需重新排序。对网络拥塞或故障的适应能力较强，一旦某个经由的节点故障或网络的一部分形成拥塞，数据分组可另外选择传输路径。144.3.2 分组的传输方式数据通信2虚电路方式（1）什么是虚电路方式虚电路方式是两个用户终端设备在开始互相传输数据之前必须通过网络建立一条逻辑上的连接（称为虚电路），一旦这种连接建立以后，用户发送的数据（以分组为单位）将通过该路径按顺序通过网络传送到达终点。当通信完成之后用户发出拆链请求，网络清除连接。154.3.2 分组的传输方式数据通信图4-6 虚电路方式原理图4-7 逻辑信道
8、示意图164.3.2 分组的传输方式数据通信（2）虚电路方式分类根据虚电路的建立方式不同，虚电路可分为永久虚电路（PVC）和交换虚电路（SVC）。PVC是指在主叫用户和被叫用户之间建立相对固定的逻辑连接。此逻辑连接由网管人员建立，当用户不需要时，也由网管人员拆除该连接。SVC是指在主叫用户和被叫用户之间建立的临时性的逻辑连接。此逻辑连接在数据传输之前由用户终端建立该连接，然后传输数据，当用户不需要时，也由用户终端拆除该连接。174.3.2 分组的传输方式数据通信（3）虚电路方式的特点 一次通信具有呼叫建立、数据传输和呼叫清除3个阶段。对于数据量较大的通信传输效率高。数据终端之间的路由在数据传送
9、之前就已被决定。不必像数据报那样节点要为每个分组进行路由选择。数据分组按已建立的路径顺序通过网络，在网络终点不需要对分组进行重新排序，分组传输时延小，而且不容易产生数据分组的丢失。当网络中由于线路或设备故障可能使虚电路中断时，网络可提供虚电路重连接的功能。终端用户感觉不到网络中发生了故障，只是出现暂时性的分组传输时延加大。184.3.3 分组交换的路由选择数据通信1路由选择算法的概念路由选择算法是交换机收到一个分组后，决定哪一个中继节点通过哪条输出链路转发该分组所使用的策略。较好的路由算法，应该是分组通过网络的平均延迟时间较短、平衡网内业务量的能力较强。路由选择算法分为非自适应型和自适应型路由
10、选择算法两类。194.3.3 分组交换的路由选择数据通信2非自适应路由选择算法非自适应路由选择算法包括扩散式路由算法（洪泛法）和固定式路由算法（静态路由表法）等。（1）扩散式路由算法扩散式路由算法又称泛射算法，如图4-15所示。缺点：一个分组同时在多条链路上传送将使网内的业务量增加若干倍，这样导致排队时延的加大。优点：简单、可靠性高。204.3.3 分组交换的路由选择数据通信图4-15 扩散式路由算法示意图图4-9 分组交换网结构示例214.3.3 分组交换的路由选择数据通信（2）固定式路由算法（也称为静态路由表法）它是根据网络拓扑和信息流量的统计模型事先确定各节点的路由表，每个节点的路由表指
11、明从该节点到网络中的任何终点应当选择的下一节点。224.3.3 分组交换的路由选择数据通信3自适应路由选择算法所谓自适应，是指在路由选择过程中，所用的路由表要考虑网内当前业务量的变化情况及线路畅通的情况，并对网络结构发生变化时及时更新，以便在新的情况下仍能获得较好的路由。234.3.3 分组交换的路由选择数据通信（1）自适应路由选择算法分类 独立式自适应。分布式自适应。集中式自适应。混合式自适应。244.3.3 分组交换的路由选择数据通信（2）自适应路由路由算法原理自适应路由选择算法属于动态路由表法，这种方法确定路由的准则是最小时延算法。以分布式自适应路由选择算法为例。254.3.3 分组交换
12、的路由选择数据通信“”表示各交换机在线路上排队等待输出的分组数图4-10 交换机时延表264.3.3 分组交换的路由选择数据通信假定节点接收一个分组然后输出的处理时间（不含线路排队时间）为25ms。图4-11 根据时延最小原则产生路由表274.3.4 分组交换的流量控制数据通信1基本概念（1）流量：数据通信网络中的通信量。（2）流量控制：限制进入分组网的分组数量。（3）网络负载（网络输入负载）：单位时间内由数据源输入到网络的分组数量。（4）网络吞吐量：单位时间内从网络流出的分组数量。（5）拥塞：当输入负载达到某一数值时，网络的吞吐量随网络输入负载的增大而下降，这种现象称为网络拥塞。（6）死锁：
13、拥塞后，当网络的输入负载继续增大到一定程度时，网络的吞吐量下降为零，数据停止流动，这种现象称为死锁。284.3.4 分组交换的流量控制数据通信2流量控制的必要性及目的分组网若不进行流量控制，也会出现阻塞现象，甚至造成死锁。流量控制的目的是保证网络内数据流量的平滑均匀，提高网络的吞吐能力和可靠性，减小分组平均时延，防止阻塞和死锁。294.3.4 分组交换的流量控制数据通信图4-12 流量控制的效应304.3.4 分组交换的流量控制数据通信3流量控制的类型（1）段级控制（2）“源目的”级控制（3）“端端”级控制（4）“网端”级控制314.3.4 分组交换的流量控制数据通信4流量控制的方式（1）证实
14、法（2）预约法（3）许可证法（4）窗口方式324.4 帧中继数据通信1帧中继的概念帧中继是一种快速分组交换（FPS）技术，是分组交换的升级，它是在OSI/RM第二层（数据链路层）上使用简化的方式传送和交换数据单元的一种技术。由于在数据链路层的数据单元一般称作帧，故称为帧中继。33小结数据通信1数据的交换方式有如下几种技术：电路交换、报文交换、分组交换及帧方式。2电路交换方式是属于电路资源预分配。数据通信需经历呼叫建立、数据传输和呼叫拆除3个阶段。3报文交换和分组交换原理都是存储转发交换方式，报文交换是以报文为单位进行存储转发；而分组交换，是以分组为单位进行存储转发。两者均采用统计时分复用，以提
15、高线路的利用率。4分组长度一般为128字节（不包括分组头），不超过256字节，分组头长度为310字节。34小结数据通信5分组交换中分组的传输方式有两种：DG方式和VC方式。DG属于面向无连接的服务，此方式只有数据传输阶段。VC方式属于面向连接方式，此方式有呼叫建立、数据传输和呼叫拆除3个阶段。6路由选择算法有很多种，用得较多的有静态的固定路由算法以及动态的自适应路由算法。7为了保证网络内数据流量的平滑均匀，提高网络的吞吐能力和可靠性，减小分组平均时延，防止阻塞和死锁现象的发生，分组网采用了窗口方式的流量控制。9帧中继是分组交换技术的发展，它是在数据链路层上，使用简化的方式传送和交换数据单元的一种技术。35
