1、计算机网络技术计算机网络技术2022-8-91Chapter 2 物理层与数据链路层物理层与数据链路层主要内容主要内容数据通信技术基础数据通信技术基础数据交换技术基础数据交换技术基础物理层下的传输媒体物理层下的传输媒体数据链路层功能及协议数据链路层功能及协议物理层功能与协议物理层功能与协议1.基本概念基本概念信息：信息：人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。信息人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。信息表示的形式可以是数值、文字、图形、声音、图像以及动画等。表示的形式可以是数值、文字、图形、声音、图像以及动画等。数据数据：载荷信息的物理符号或有意义的实体，如果数据在某个区载荷信
2、息的物理符号或有意义的实体，如果数据在某个区间取连续值，则称为模拟数据；若取离散值，则称为数字数据。间取连续值，则称为模拟数据；若取离散值，则称为数字数据。数据数据把事件的某些属性规范化后的表现形式，它能被识别，也可把事件的某些属性规范化后的表现形式，它能被识别，也可以被描述。例如十进制数、二进制数、字符等。数据有以被描述。例如十进制数、二进制数、字符等。数据有数字数据数字数据和模拟数据和模拟数据之分。数据在通信系统中需要之分。数据在通信系统中需要编码成电信号的形式。编码成电信号的形式。信号信号：是数据的电磁波或电编码，是数据的具体物理表现，具是数据的电磁波或电编码，是数据的具体物理表现，具有
3、确定的物理描述。例如电压、磁场强度等。对应两类数据其电有确定的物理描述。例如电压、磁场强度等。对应两类数据其电信号的表示形式有信号的表示形式有数字信号和模拟信号数字信号和模拟信号两种表示形式。两种表示形式。数字信号2.1.1 数据通信模型数据通信模型信道信道：是信号传输的通道。从概念上讲，信道和电路：是信号传输的通道。从概念上讲，信道和电路并不等同，信道一般用来表示向某一方向传送信息的并不等同，信道一般用来表示向某一方向传送信息的媒体；一条通信电路包括一条发送信道和一条接收信媒体；一条通信电路包括一条发送信道和一条接收信道。所以一个信道可以看成一条电路的逻辑部件。道。所以一个信道可以看成一条电
4、路的逻辑部件。2.1.1 数据通信模型数据通信模型物理信道和逻辑信道物理信道和逻辑信道 物理信道是指用来传送信号或数据的物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路，它由传输媒体及有关通信设备组成。物理通路，它由传输媒体及有关通信设备组成。有线信道和无线信道有线信道和无线信道 按传输媒体是否有形，物理信道可以按传输媒体是否有形，物理信道可以分为有线信道和无线信道。有线信道包括电缆、双绞线、同分为有线信道和无线信道。有线信道包括电缆、双绞线、同轴电缆、光缆等以各种有形线路传递信息的方式；无线信道轴电缆、光缆等以各种有形线路传递信息的方式；无线信道包括无线电、微波和卫星通信信道等以电磁波形式在空间传包
5、括无线电、微波和卫星通信信道等以电磁波形式在空间传播信息的方式。播信息的方式。模拟信道和数字信道模拟信道和数字信道 模拟信道传输的是模拟信号，而数字模拟信道传输的是模拟信号，而数字信道直接传输二进制数字脉冲信号。信道直接传输二进制数字脉冲信号。专用信道和公共交换信道专用信道和公共交换信道 是一种连接用户之间设备的固定是一种连接用户之间设备的固定线路，既可以是自行架设的专用线路，也可以向电信部门租线路，既可以是自行架设的专用线路，也可以向电信部门租用。用。2.信道类型信道类型信道包括传输媒体和通信设备，传输媒体有有线媒体和无线媒体两种。信道按信道包括传输媒体和通信设备，传输媒体有有线媒体和无线媒
6、体两种。信道按传输媒体不同可分为传输：有线信道和无线信道；按传输信号类型可分为数字传输媒体不同可分为传输：有线信道和无线信道；按传输信号类型可分为数字信道和模拟信道；按使用权限可分为专用信道和公用信道。信道和模拟信道；按使用权限可分为专用信道和公用信道。3.数据传输类型数据传输类型 使用数字信号传输数据时，数字信号几乎要占有整个频使用数字信号传输数据时，数字信号几乎要占有整个频带。带。终端设备把数字信号转换成脉冲电信号时，这个原始的终端设备把数字信号转换成脉冲电信号时，这个原始的电信号所固有的频带，称为电信号所固有的频带，称为基本频带基本频带，简称，简称基带基带。在信道中直接传送基带信号时，称
7、为在信道中直接传送基带信号时，称为基带传输基带传输。采用模拟信号传输数据时，往往只占有有限的频谱，采用模拟信号传输数据时，往往只占有有限的频谱，对应基带传输将其称为对应基带传输将其称为频带传输频带传输。2.1.1 数据通信模型数据通信模型4.数据通信系统数据通信系统 在计算机网络中，数据通信系统的任务是：把数据源计算在计算机网络中，数据通信系统的任务是：把数据源计算机所产生的数据迅速、可靠、准确地传输到数据宿（目的机所产生的数据迅速、可靠、准确地传输到数据宿（目的）计算机或专用外设。）计算机或专用外设。从计算机网络技术的组成部分来看，一个完整的数据通信从计算机网络技术的组成部分来看，一个完整的
8、数据通信系统，一般有以下几个部分组成：数据终端设备，通信控系统，一般有以下几个部分组成：数据终端设备，通信控制器，通信信道，信号变换器。制器，通信信道，信号变换器。Fig.1-5 The Model of Data Communication System（1 1）数据终端设备）数据终端设备 数据的生成者和使用者。数据终端设备数据的生成者和使用者。数据终端设备DTE可以可以是网络中的微机、专用数据输出设备等。是网络中的微机、专用数据输出设备等。（2 2）通信控制器）通信控制器 除进行通信状态的连接、监控和拆除等操作外，还除进行通信状态的连接、监控和拆除等操作外，还可接收来自多个数据终端设备的信
9、息，并转换信息格式。如微机内部的可接收来自多个数据终端设备的信息，并转换信息格式。如微机内部的异步通信适配器（异步通信适配器（UART）、数字基带网中的网卡就是通信控制器。）、数字基带网中的网卡就是通信控制器。（3 3）通信信道）通信信道 通信信道是信息在信号变换器之间传输的通道。如电通信信道是信息在信号变换器之间传输的通道。如电话线路等模拟通信信道、专用数字通信信道、宽带电缆（话线路等模拟通信信道、专用数字通信信道、宽带电缆（CATV）和光）和光纤等。纤等。（4 4）信号变换器）信号变换器 把通信控制器提供的数据转换成适合通信信道要求把通信控制器提供的数据转换成适合通信信道要求的信号形式，或
10、把信道中传来的信号转换成可供数据终端设备使用的数的信号形式，或把信道中传来的信号转换成可供数据终端设备使用的数据，最大限度地保证传输质量。在计算机网络的数据通信系统中，最常据，最大限度地保证传输质量。在计算机网络的数据通信系统中，最常用的信号变换器是调制解调器和光纤通信网中的光电转换器。信号变换用的信号变换器是调制解调器和光纤通信网中的光电转换器。信号变换器和其他的网络通信设备又统称为数据通信设备（器和其他的网络通信设备又统称为数据通信设备（DCE），），DCE为用为用户设备提供入网的连接点。户设备提供入网的连接点。数据传输成功的主要因素：数据传输成功的主要因素：信号质量、媒体性能信号质量、媒
11、体性能。信号在媒体中传送的方式有信号在媒体中传送的方式有单工、半双工、全双工单工、半双工、全双工三种。三种。利用利用Fourier级数可将一个周期性变化的非正弦信号分解为一级数可将一个周期性变化的非正弦信号分解为一系列不同振幅、不同频率和不同相位的正弦信号。根据系列不同振幅、不同频率和不同相位的正弦信号。根据Fourier积分，一个非周期信号可以分解为许多不同频率正弦信号的迭积分，一个非周期信号可以分解为许多不同频率正弦信号的迭加，不论是模拟信号，还是数字信号，只要是非正弦信号，其加，不论是模拟信号，还是数字信号，只要是非正弦信号，其主要成分都要占据一定的频率范围（通频带宽），正弦信号在主要成
12、分都要占据一定的频率范围（通频带宽），正弦信号在此频率范围，信号能够正常通过，否则信号大大衰减。此频率范围，信号能够正常通过，否则信号大大衰减。Fourier Analysis：在在19世纪初，法国数学家世纪初，法国数学家Jean_Baptiste Fourier证明得出了证明得出了任何正常的周期为任何正常的周期为T的函数的函数g(t)都可以由（无限个）正弦和余弦都可以由（无限个）正弦和余弦函数合成：函数合成：nftbnftactgnnnn2cos2sin2111T1f (an，bn分别是正弦和余弦函数的分别是正弦和余弦函数的n次谐波的振幅次谐波的振幅)这种分析叫这种分析叫Fourier Se
13、ries2.1.2 数据传输数据传输 Fourier 分析分析1924年，奈奎斯特（年，奈奎斯特（H.Nyquist）提出了有限带宽无噪声信）提出了有限带宽无噪声信道最大数据传输速率：道最大数据传输速率：maximum data rate S=2Hlog2V(b/s or bps)1948年，香农（年，香农（Shannon）提出了有限带宽有噪声信道下的）提出了有限带宽有噪声信道下的最大数据传输速率：最大数据传输速率：maximum number of bits/sec S=Hlog2(1+S/N)(b/s or bps)上述上述H为信道基本带宽（频带或频率），为信道基本带宽（频带或频率），V为
14、一个脉码周期为一个脉码周期表示的电信号状态数，表示的电信号状态数，S/N为信噪比，通常用为信噪比，通常用10log10S/N表示表示分贝数（分贝数（dB）。例：一条带宽为例：一条带宽为3kHz，信噪比为，信噪比为30dB的信道，在单信道下，的信道，在单信道下，最大数据传输率为：最大数据传输率为：S=Hlog2(1+S/N)=3000log2(1+103)30kHz或或30k（bps）(因为因为10log10S/N=30，S/N=103)2.1.2 数据编码技术数据编码技术电话电话数字编码数字编码ModemPCM 对模拟信号进行数字信号编码的最常见例子是脉码调制对模拟信号进行数字信号编码的最常见
15、例子是脉码调制PCM（Pulse Code Modulation），常用于对声音信号进行编码，其），常用于对声音信号进行编码，其基础理论为采样定理。基础理论为采样定理。采样定理：采样定理：若对连续变化的模拟信号进行周期性采样，只要采样频若对连续变化的模拟信号进行周期性采样，只要采样频率等于或大于有效信号最高频率或其带宽的率等于或大于有效信号最高频率或其带宽的2倍，则采样值包含了原始倍，则采样值包含了原始信号的全部信息，利用低通滤波器可以从这些采样中重新构造出原始信信号的全部信息，利用低通滤波器可以从这些采样中重新构造出原始信号，取样频率号，取样频率F1与原始信号的最高频率与原始信号的最高频率F
16、smax的关系为：的关系为：F1=1/T1Fsmax或或F1 2Bs信号数字化转换过程为：信号数字化转换过程为：采样、电平量化、编码采样、电平量化、编码模拟信号传输的基础是载波，是频率恒定的连续信号。不采取任何措施利用模拟信道来传输数字信号必然会出现很大差不采取任何措施利用模拟信道来传输数字信号必然会出现很大差错（失真），故在普通电话网上传输数据，就必须将数字信号变换到错（失真），故在普通电话网上传输数据，就必须将数字信号变换到电话网原来设计时所要求的音频频谱内（即电话网原来设计时所要求的音频频谱内（即300Hz3400Hz）。）。调制就是用基带脉冲对载波波形某个参数进行控制，形成适合于调制就
17、是用基带脉冲对载波波形某个参数进行控制，形成适合于线路传送的信号。线路传送的信号。当已调制信号到达接收端时，再进行解调，即将经过调制器变换当已调制信号到达接收端时，再进行解调，即将经过调制器变换过的模拟信号去掉载波恢复成原来的基带数字信号。过的模拟信号去掉载波恢复成原来的基带数字信号。实际使用时，常将调制器和解调器合装在一个设备，使实际使用时，常将调制器和解调器合装在一个设备，使线路的一端同时具有调制和解调功能，称此设备叫调制解线路的一端同时具有调制和解调功能，称此设备叫调制解调器（调器（Modem）。它与远程终端或计算机之间的接口用）。它与远程终端或计算机之间的接口用V.24或或RS-232
18、E标准。标准。采用调制解调器也可以把音频信号转换成较高频率的信号采用调制解调器也可以把音频信号转换成较高频率的信号和把较高频率的信号转换成音频信号。所以调制的另一目和把较高频率的信号转换成音频信号。所以调制的另一目的是便于线路复用，以便提高线路利用率。的是便于线路复用，以便提高线路利用率。调制时，常把正弦信号作为基准信号或称载波信号。调制时，常把正弦信号作为基准信号或称载波信号。任何载波信号都有三个特征：振幅，频率和相位。任何载波信号都有三个特征：振幅，频率和相位。基于载波信号的三个主要参数，可以把调制方式分为三基于载波信号的三个主要参数，可以把调制方式分为三种：种：调幅、调频和调相调幅、调频
19、和调相。2、ASK()用数字的基带信号控制正弦载波信号的振幅。它是把频率和相用数字的基带信号控制正弦载波信号的振幅。它是把频率和相位定为常量，而振幅为变量，每一种振幅值代表一种信息元。位定为常量，而振幅为变量，每一种振幅值代表一种信息元。这个方法叫做幅移键控这个方法叫做幅移键控ASK。如图所示。如图所示。振幅调制振幅调制 ASK方式易受突变干扰的影响，是一种不理想的调制方式。在传输声音方式易受突变干扰的影响，是一种不理想的调制方式。在传输声音的音频线路中，传输的典型速率只能达到的音频线路中，传输的典型速率只能达到1200bit/s。3、FSK()频率调制简称调频制，是用数字的基带信号控制正弦载
20、波信号的频率调制简称调频制，是用数字的基带信号控制正弦载波信号的频率。它把振幅和相位定为常量，而频率为变量，每一种频率值代表频率。它把振幅和相位定为常量，而频率为变量，每一种频率值代表一种信息元。这个方法叫做频移键控一种信息元。这个方法叫做频移键控FSK。如图所示。如图所示。频率调制频率调制 FSK方式的抗干扰能力优于方式的抗干扰能力优于ASK，在音频线路中，传输速率也只有，在音频线路中，传输速率也只有1200bit/s。FSK还常用于高频无线传输。还常用于高频无线传输。4、PSK（）相位调制简称调相制，是用数字的基带信号控制正弦载波信号的相位调制简称调相制，是用数字的基带信号控制正弦载波信号
21、的相位。它把振幅和频率定为常量，而相位为变量，每一种相位值代表相位。它把振幅和频率定为常量，而相位为变量，每一种相位值代表一种信息元。这个方法叫做相移键控一种信息元。这个方法叫做相移键控PSK。相位调制相位调制 PSK方式较方式较FSK方式有更强的抗干扰能力和更高的效率，在音频线路方式有更强的抗干扰能力和更高的效率，在音频线路中，传输速率可达中，传输速率可达9600bit/s。上述例子中只有两种相位的调相方式称为两相调制。为了提高信上述例子中只有两种相位的调相方式称为两相调制。为了提高信息的传输速率，还经常采用四相调制和八相调制方式。这两种调制方息的传输速率，还经常采用四相调制和八相调制方式。
22、这两种调制方式的数字信息的相位分配情况如图所示。式的数字信息的相位分配情况如图所示。（a）四相调制方式的相位分配四相调制方式的相位分配（b）八相调制方式的相位分配八相调制方式的相位分配 由图可看出，在四相调制方式中，用四个不同的相位分别代表由图可看出，在四相调制方式中，用四个不同的相位分别代表00，01，10，11，或者说每一次调制可以传送，或者说每一次调制可以传送2个比特的信息；在八相调制个比特的信息；在八相调制方式中，则每一次调制可传送方式中，则每一次调制可传送3个比特的信息，显然两者都提高了信息个比特的信息，显然两者都提高了信息的传输速率。的传输速率。这是最简单的用微机简单串行接口即能产
23、生和检测的信号形式。这是最简单的用微机简单串行接口即能产生和检测的信号形式。如何把数字信息用电信号的波形表示出来。如何把数字信息用电信号的波形表示出来。数字信号是离散的，每个脉冲代表数字信号是离散的，每个脉冲代表一个信号单元，或称码元。在计算机网络中主要用二进制的数据信号，可用两种码一个信号单元，或称码元。在计算机网络中主要用二进制的数据信号，可用两种码元分别代表二进制数字符号元分别代表二进制数字符号1和和0，也称为二元码。，也称为二元码。表示二进制数字的码元的形式不表示二进制数字的码元的形式不同，便产生出不同的编码方案。同，便产生出不同的编码方案。1、单极性码、单极性码 表示信号的电压或电流
24、是单极性的，即逻辑表示信号的电压或电流是单极性的，即逻辑“1”用高电平或正向电流表示，而用高电平或正向电流表示，而逻辑逻辑“0”用用0电平表示。电平表示。单极性码有不归零型（单极性码有不归零型（NRZ）和归零型（）和归零型（RZ）两种，如图）两种，如图所示。所示。2、双极性码双极性码 用正负电平来分别代表逻辑用正负电平来分别代表逻辑“1”和逻辑和逻辑“0”。同样也有归。同样也有归零型和不归零型之分，如图所示。零型和不归零型之分，如图所示。常用的常用的RS-232就是一种典型的不归零型双极性二元码接口电就是一种典型的不归零型双极性二元码接口电路。比起单极性码来，双极性码的可靠性要高，抗干扰性强。
25、路。比起单极性码来，双极性码的可靠性要高，抗干扰性强。3、曼彻斯特码和差分曼彻斯特码曼彻斯特码和差分曼彻斯特码 图（图（a）所示为曼彻斯特码。在每一）所示为曼彻斯特码。在每一个码元时间间隔内，当发个码元时间间隔内，当发0时，在间隔时，在间隔的中间时刻电平从低向高跳变；当发的中间时刻电平从低向高跳变；当发1时，在间隔的中间时刻电平从高向低跳时，在间隔的中间时刻电平从高向低跳变。这类码元的特点是在每一码元的时变。这类码元的特点是在每一码元的时间间隔内，至少有一次跳变。间间隔内，至少有一次跳变。图（图（b）所示为差分曼彻斯特码。在）所示为差分曼彻斯特码。在每一个码元的时间间隔内，无论发每一个码元的时
26、间间隔内，无论发1或或发发0，在间隔的中间都有电平的跳变，在间隔的中间都有电平的跳变，但发但发1时，间隔开始时刻电平不跳变，时，间隔开始时刻电平不跳变，发发0时，间隔开始时刻电平会跳变。时，间隔开始时刻电平会跳变。曼彻斯特码和差分曼彻斯特码的应用曼彻斯特码和差分曼彻斯特码的应用很普遍，已成为局域网的标准编码。很普遍，已成为局域网的标准编码。Machester Code并行输入并行输入/输出输出串行输入串行输入/输出输出串行双工结构串行双工结构半双工通信半双工通信全双工通信全双工通信噪声噪声随机热噪声随机热噪声冲击噪声冲击噪声随机错随机错突发错突发错2.1.3 数字数据通信技术数字数据通信技术2
27、.1.3 数字数据通信技术数字数据通信技术异步方式规定在传送字符的首末分别设置异步方式规定在传送字符的首末分别设置1位起始位和位起始位和1位或位或1.5位或位或2位停止位，它们分别表示字符的开始和结束。位停止位，它们分别表示字符的开始和结束。1位起始位5位信息位1.5位停止位1个字符110001位起始位7位信息位2位停止位1位校验位1个字符1110000(a)(b)1SYNSYN同步字符1个字符1个字符1组字符000 00 00 011 111102.1.3 数字数据通信技术数字数据通信技术2.1.4 多路复用技术多路复用技术可分为同步时分多路复用（可分为同步时分多路复用（）和异步时分多路）和
28、异步时分多路复用（复用（也称也称统计时分多路复用）统计时分多路复用）一条链路 n 个频(信)道多路复合器多路分配器终端终端终端 n计算机A1C1B1A2B2C2D2.D1第帧第帧STDM异步时分复用技术又被称为统计时分复用或智能时分复用（异步时分复用技术又被称为统计时分复用或智能时分复用（ITDM）技术，它能）技术，它能动态地按需分配时隙，避免每帧中出现空闲时隙。动态地按需分配时隙，避免每帧中出现空闲时隙。1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 70 1550 nm 1 1551
29、 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/s复用器分用器EDFA120 km。011miiiTSmTSmimiimiiimSmSSm112211)1(111SSS 站的码片序列 S110ttttttm 个码片tS 站发送的信号 SxT 站发送的信号 Tx总的发送信号 Sx+Tx规格化内积 S Sx规格化内积 S Tx数据码元比特发送端接收端A1C1B1A2B2C2D2.D1第帧第帧STDM在在4KHz的信道上，每次采样得到的信道上，每次采样得到24路信号，每路路信
30、号，每路8位（位（256个量化级），末尾增加个量化级），末尾增加1位同步信号，则位同步信号，则其数据传输率为（其数据传输率为（192+1）/125us=1.544Mbps2.048 Mb/s传输线路CH0CH16CH17CH15CH15CH16CH17CH31CH31CH0CH1CH1时分复用帧T CH0 CH1 CH2 CH15 CH16 CH17 CH30 CH31 CH08 bitt时分复用帧时分复用帧T=125 ms15 个话路15 个话路经编码后的数据在通信线路上进行传输的最简单形式是经编码后的数据在通信线路上进行传输的最简单形式是在两个互连的设备之间进行数据通信，但直接连接两个设在
31、两个互连的设备之间进行数据通信，但直接连接两个设备往往是不现实的，通常通过有中间节点的网络来把数据备往往是不现实的，通常通过有中间节点的网络来把数据从源端发往目的地，以实现数据通信。所以，计算机广域从源端发往目的地，以实现数据通信。所以，计算机广域网络也可以理解成为是由网络也可以理解成为是由通信子网通信子网和和资源子网资源子网组成的。组成的。1.结点结点（也称为（也称为节点节点）(node)：网络中的数据处理设备、：网络中的数据处理设备、数据通信控制设备、数据终端设备。常见的网络单元有：数据通信控制设备、数据终端设备。常见的网络单元有：主计算机、集中器、前端处理机、多路选择器、服务器、主计算机
32、、集中器、前端处理机、多路选择器、服务器、终端等。结点可分为两类：转结点、访问结点。终端等。结点可分为两类：转结点、访问结点。2.链路链路(link)：两个节点间的连线，链路有：两个节点间的连线，链路有“物理链路物理链路”和和“逻辑链路逻辑链路”两种。两种。3.通路通路(channel)：从发出信息的节点到收到信息的节点的：从发出信息的节点到收到信息的节点的一串节点和链路。一串节点和链路。“交换交换”(switching)的含义是：的含义是：转接转接把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。从通信资源的分配角度来看，从通信资源的分配角度来看
33、，“交换交换”就是按照某种方式就是按照某种方式动态动态地分配传输线路地分配传输线路的资源。的资源。交换方式交换方式是指计算机之间、计算机与终端之间和各终端之间交换是指计算机之间、计算机与终端之间和各终端之间交换信息所用信息格式和交换装置的方式。根据交换装置和信息处理信息所用信息格式和交换装置的方式。根据交换装置和信息处理方法的不同，常用的交换方式有四种：方法的不同，常用的交换方式有四种：电路交换、报文交换、分电路交换、报文交换、分组交换和高速交换组交换和高速交换。电路交换电路交换(Circuit Switching)电路建立、数据传输、电路拆除电路建立、数据传输、电路拆除报文交换报文交换(Me
34、ssage Switching)存储转发方式进行数据交换。存储转发方式进行数据交换。分组交换分组交换(Packet Switching)虚电路分组交换、数据报分组交换。虚电路分组交换、数据报分组交换。高速交换高速交换(High-Speed Switching)ATM交换技术交换技术 电路交换是通过网络结点在两个工作站之间建立一电路交换是通过网络结点在两个工作站之间建立一条专用的物理通信信道。常见的电路交换是电话系统，条专用的物理通信信道。常见的电路交换是电话系统，当交换机收到一个呼叫后，就在网络中寻找一条临时通当交换机收到一个呼叫后，就在网络中寻找一条临时通路供两端的用户通话，这条临时通路可能
35、要经过若干个路供两端的用户通话，这条临时通路可能要经过若干个交换局的转接，并且一旦建立就成为这一对用户之间的交换局的转接，并且一旦建立就成为这一对用户之间的临时专用通路，别的用户不能打断，直到电话结束才拆临时专用通路，别的用户不能打断，直到电话结束才拆除连接。电路交换的通信过程可分为除连接。电路交换的通信过程可分为电路建立、数据传电路建立、数据传输和拆除电路连接输和拆除电路连接三个阶段。三个阶段。(交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA(交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA在在 20 世纪世纪 40 年代，电报通信采用了基于存储转发原理年代，电报通信采用了
36、基于存储转发原理的报文交换的报文交换(message switching)。源站在发送报文时，把目的地址添加到报文中，然后报源站在发送报文时，把目的地址添加到报文中，然后报文在网络中从一个节点传至另一个节点。不需在两站之间文在网络中从一个节点传至另一个节点。不需在两站之间建立专用通道。每个节点接收信息后暂时存储起来，待信建立专用通道。每个节点接收信息后暂时存储起来，待信道空闲时再转发到下一节点，这种工作方式叫道空闲时再转发到下一节点，这种工作方式叫存储转发存储转发方式方式。对于有实时性要求的信息传输是不允许的，而对于数据对于有实时性要求的信息传输是不允许的，而对于数据通信则是适合的。存储转发具
37、有存储信息的能力，所以通信则是适合的。存储转发具有存储信息的能力，所以能平滑通信量和充分利用信道。能平滑通信量和充分利用信道。报文在一个节点的延迟时间等于接收全部报文的时间、报文在一个节点的延迟时间等于接收全部报文的时间、排队等待时间以及转发报文时间。排队等待时间以及转发报文时间。与电路交换方式相比有如下特点：与电路交换方式相比有如下特点：1.线路效率较高线路效率较高。许多报文可分时共享一条节点到节点的通。许多报文可分时共享一条节点到节点的通道。道。2.接收者和发送者无需同时工作接收者和发送者无需同时工作。接收者忙时，节点可先将。接收者忙时，节点可先将报文暂时存起来。报文暂时存起来。3.流量增
38、大时，在电路交换中可能导致一些呼叫不能被接收流量增大时，在电路交换中可能导致一些呼叫不能被接收，而在报文交换中，报文仍可接收，只是延时会增加。，而在报文交换中，报文仍可接收，只是延时会增加。4.报文交换可把一个报文送到多个目的地报文交换可把一个报文送到多个目的地，而电路交换很难，而电路交换很难做到这一点。做到这一点。5.可建立报文优先级可建立报文优先级，可以在网络上实现差错控制和纠错处，可以在网络上实现差错控制和纠错处理。理。6.报文交换能进行速度和代码转换报文交换能进行速度和代码转换。两个数据传输率不同的。两个数据传输率不同的站可以互相连接，也易于实行代码格式的变换（如将站可以互相连接，也易
39、于实行代码格式的变换（如将ASCII码能变换为码能变换为EBCDIC码）。这在电路交换中是不可能的。码）。这在电路交换中是不可能的。报文交换的主要缺点是报文交换的主要缺点是网络延时较长网络延时较长，从几分钟到几小从几分钟到几小时不等，时不等，波动范围较大，不宜用于实时通信或交互通信，波动范围较大，不宜用于实时通信或交互通信，如：话音、传真、终端与主机之间的会话业务等。如：话音、传真、终端与主机之间的会话业务等。现在报现在报文交换已经很少有人使用了。文交换已经很少有人使用了。与报文交换相似，从外表看，两者的主要区别在于传输数据单元的大小。与报文交换相似，从外表看，两者的主要区别在于传输数据单元的
40、大小。报文的长度是随机的，可达几千或几万比特，甚至更长。分组交换传输数据报文的长度是随机的，可达几千或几万比特，甚至更长。分组交换传输数据的单元为分组（的单元为分组（Packet），每个分组都包含有数据和目的地址，其长度受到），每个分组都包含有数据和目的地址，其长度受到限制，典型长度为限制，典型长度为128个字节。个字节。在分组交换网中，有两种常用的处理整个报文的方法：在分组交换网中，有两种常用的处理整个报文的方法：数据报方式和虚电数据报方式和虚电路方式路方式。1数据报方式数据报方式(Datagram)每个分组被称为一个数据报，若干个数据报构成一次要传送的报文或数据每个分组被称为一个数据报，若
41、干个数据报构成一次要传送的报文或数据块。数据报方式采用同报文交换一样的方法对每个分组单独进行处理（把分块。数据报方式采用同报文交换一样的方法对每个分组单独进行处理（把分组看成一个小报文）。组看成一个小报文）。由于不同时间的网络流量、故障等情况不同，各个数据报所走的路径就可由于不同时间的网络流量、故障等情况不同，各个数据报所走的路径就可能不相同，因此，各数据报不能保证按发送的顺序到达目的节点，有些数据能不相同，因此，各数据报不能保证按发送的顺序到达目的节点，有些数据报甚至还可能在途中丢失。接收站应具有重新排序分组和将其重装成报文的报甚至还可能在途中丢失。接收站应具有重新排序分组和将其重装成报文的
42、功能。功能。2虚电路方式虚电路方式(Virtual Circuit)为传送某一报文而设立和存在的，可以是由各段（可能是不相同的）实电为传送某一报文而设立和存在的，可以是由各段（可能是不相同的）实电路经过若干中间节点的交换机或通信处理机而连接起来的逻辑通路。每次的路经过若干中间节点的交换机或通信处理机而连接起来的逻辑通路。每次的逻辑通路都不同。逻辑通路都不同。在分组发送前，通过呼叫的过程（虚呼叫）使交换网建立一条通往目的站在分组发送前，通过呼叫的过程（虚呼叫）使交换网建立一条通往目的站的逻辑通路，然后，一个报文的所有分组都沿着这条通路进行存储转发，不的逻辑通路，然后，一个报文的所有分组都沿着这条
43、通路进行存储转发，不允许节点对任一个分组进行单独的处理和另选路径。每个站可与其他某个站允许节点对任一个分组进行单独的处理和另选路径。每个站可与其他某个站建立多条虚电路，也可以同时与多个站建立虚电路。建立多条虚电路，也可以同时与多个站建立虚电路。报文1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输数 据数 据数 据报文首部首部首部分组 1分组 2分组 3请注意：现在左边是“前面”数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3收到的数据数 据数 据数 据报文11010001101
44、01010110101011100010011010010数 据首部分组接收端发送端传送方向数 据首部分组接收端发送端传送方向H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！结点交换机主机H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组结点交换机主机在结点交换机 A 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 C 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 E 暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机 H5ABCDEH1H5H2H4H3H6高速链路 结点交换机123412341 2 3 41 2 3 41 2
45、3 4u虚电路技术与电路交换方式的一条专用物理通道不同，它仍是虚电路技术与电路交换方式的一条专用物理通道不同，它仍是使用存储转发方式传输数据，分组信息要暂存于每个节点，进使用存储转发方式传输数据，分组信息要暂存于每个节点，进行排队等待转发。行排队等待转发。由于采用的是存储转发的分组交换，所以只由于采用的是存储转发的分组交换，所以只是断续地占用一段又一段的链路，分组在每个节点仍然需要存是断续地占用一段又一段的链路，分组在每个节点仍然需要存储，并在线路上进行输出排队，但不需要为每个分组做出路径储，并在线路上进行输出排队，但不需要为每个分组做出路径判定。虚电路的标识符只是对逻辑信道的一种编号判定。虚
46、电路的标识符只是对逻辑信道的一种编号 ，并不指某，并不指某一条物理线路本身。一条物理线路可能被标识为许多逻辑信道一条物理线路本身。一条物理线路可能被标识为许多逻辑信道编号，这正体现了信道资源的共享性。编号，这正体现了信道资源的共享性。u虚电路技术与数据报方式的虚电路技术与数据报方式的不同之处不同之处在于，数据报方式没有呼在于，数据报方式没有呼叫建立过程，每个分组（或称数据报）均带有完整的目的站的叫建立过程，每个分组（或称数据报）均带有完整的目的站的地址信息，独立地选择传输路径，到达目的站的顺序与发送时地址信息，独立地选择传输路径，到达目的站的顺序与发送时的顺序可能不一致。而虚电路方式必须通过虚
47、呼叫建立一条虚的顺序可能不一致。而虚电路方式必须通过虚呼叫建立一条虚电路，每个分组不需要携带完整的地址信息，只需带上虚电路电路，每个分组不需要携带完整的地址信息，只需带上虚电路的号码标志，不需要选择路径，均沿虚电路传送，这些分组到的号码标志，不需要选择路径，均沿虚电路传送，这些分组到达目的站的顺序与发送时的顺序完全一致。达目的站的顺序与发送时的顺序完全一致。分组交换比报文交换有明显的优点。分组交换比报文交换有明显的优点。1.1.减少了时间延迟。每个分组传输延时显著小于报文延时，减少了时间延迟。每个分组传输延时显著小于报文延时，因为，当第一个分组发送给第一个节点后，接着可发送第因为，当第一个分组
48、发送给第一个节点后，接着可发送第二个分组，随后发其他分组，这样一个报文分割成多个分二个分组，随后发其他分组，这样一个报文分割成多个分组，多个分组可同时在网中传播，总的延时大大减少组，多个分组可同时在网中传播，总的延时大大减少(一般一般为秒级为秒级)。2.2.每个节点上所需缓冲容量减少了（因为分组长度小于报每个节点上所需缓冲容量减少了（因为分组长度小于报文长度），有利于提高节点存储资源的利用率。文长度），有利于提高节点存储资源的利用率。3.3.传输有错时，只要重传一个分组而不要重发报文，大大传输有错时，只要重传一个分组而不要重发报文，大大减少每次传输发生错误的概率以及重传信息的数量。减少每次传输
49、发生错误的概率以及重传信息的数量。4.4.易于重新开始新的传输。可让紧急报文迅速发送出去，易于重新开始新的传输。可让紧急报文迅速发送出去，不会因传输优先级较低的报文而堵塞。不会因传输优先级较低的报文而堵塞。分组交换的缺点是每个分组都要附加一些控制分组交换的缺点是每个分组都要附加一些控制信息，增加了所传信息的体积（通常增加信息，增加了所传信息的体积（通常增加5%到到10%），相应地，加工处理时间也有所增加。），相应地，加工处理时间也有所增加。目前，电路交换用于数字交换网络和计算机化目前，电路交换用于数字交换网络和计算机化小型交换机小型交换机(CBX)网络，而分组交换广泛用于计网络，而分组交换广泛
50、用于计算机网络中，一般都不采用报文交换。算机网络中，一般都不采用报文交换。P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报报文文报报文文报报文文A B C D A B C DA B C D报文交换报文交换电路交换电路交换分组交换分组交换t连接建立连接建立数据传送数据传送报文报文P2P1连接释放连接释放具有具有6个节点的分组交换网的拓扑结构如图所示，若依次建立个节点的分组交换网的拓扑结构如图所示，若依次建立5条虚电条虚电路：路：ABCD BCD AEFD BAE AECDFB列出各节点的路由表及相关节点连接图示（用箭头线）列出各节点的路由表及相关节点连接图示（用箭头线）HAHEHBHFHCHDAEBF
