第6講 數(shù)據(jù)交換技術

1、第六講第六講 數(shù)據(jù)交換技術數(shù)據(jù)交換技術 3.5 數(shù)據(jù)交換技術數(shù)據(jù)交換技術 v為什么要采用數(shù)據(jù)交換技術為什么要采用數(shù)據(jù)交換技術 n一個擁有眾多用戶的通信網(wǎng)不可能采用兩兩之間連接的一個擁有眾多用戶的通信網(wǎng)不可能采用兩兩之間連接的 全互聯(lián)方式，必須采用交換設備全互聯(lián)方式，必須采用交換設備 n交換網(wǎng)絡有多條信道供多個終端共用，網(wǎng)絡的交換設備交換網(wǎng)絡有多條信道供多個終端共用，網(wǎng)絡的交換設備 能夠按照終端的需要分配信道并將它們連接起來。能夠按照終端的需要分配信道并將它們連接起來。 v常用的數(shù)據(jù)交換技術有兩大類常用的數(shù)據(jù)交換技術有兩大類 n電路交換電路交換 n存儲轉發(fā)交換存儲轉發(fā)交換 電路交換 v電路交換（

2、電路交換（Circuit SwitchingCircuit Switching）也稱為線路交）也稱為線路交 換。換。 v交換機負責在兩個通信站點之間建立一條物理的交換機負責在兩個通信站點之間建立一條物理的 固定傳輸通路，直到通信完畢后再拆除。固定傳輸通路，直到通信完畢后再拆除。 v電路交換的三個階段電路建立、數(shù)據(jù)傳輸和電路電路交換的三個階段電路建立、數(shù)據(jù)傳輸和電路 拆除。拆除。 v優(yōu)點：通信實時性強，適用于交互式會話通信。優(yōu)點：通信實時性強，適用于交互式會話通信。 v缺點：對突發(fā)性通信不適應，系統(tǒng)效率低；系統(tǒng)缺點：對突發(fā)性通信不適應，系統(tǒng)效率低；系統(tǒng) 不具有存儲數(shù)據(jù)的能力，不具備差錯控制能力，

3、不具有存儲數(shù)據(jù)的能力，不具備差錯控制能力， 無法發(fā)現(xiàn)和糾正傳輸過程中的數(shù)據(jù)差錯。無法發(fā)現(xiàn)和糾正傳輸過程中的數(shù)據(jù)差錯。 電路交換 （動畫6-1）電路交換 存儲轉發(fā)交換 v原理：把待傳送的信息在交換設備控制下，先在原理：把待傳送的信息在交換設備控制下，先在 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)存儲起來，等到信道空閑時再轉發(fā)出數(shù)據(jù)緩沖區(qū)存儲起來，等到信道空閑時再轉發(fā)出 去。去。 v不需要一條專用的通路，提高了信道的利用率，不需要一條專用的通路，提高了信道的利用率， 以及建立電路延遲小、可進行差錯控制等優(yōu)點。以及建立電路延遲小、可進行差錯控制等優(yōu)點。 v存儲轉發(fā)交換方式可分為：報文交換和報文分組存儲轉發(fā)交換方式可分為：報文交換

4、和報文分組 交換。交換。 存儲轉發(fā)交換 v報文交換（報文交換（Message SwitchingMessage Switching） n以報文為單位發(fā)送信息。報文就是計算機一次性要發(fā)以報文為單位發(fā)送信息。報文就是計算機一次性要發(fā) 送的數(shù)據(jù)塊，其長度不限且可變。送的數(shù)據(jù)塊，其長度不限且可變。 n報文包括三部分內容：報頭、報文正文和報尾。報頭報文包括三部分內容：報頭、報文正文和報尾。報頭 由發(fā)信站地址、終點收信站地址及其他輔助信息組成。由發(fā)信站地址、終點收信站地址及其他輔助信息組成。 存儲轉發(fā)交換 v報文分組交換（報文分組交換（Packet SwitchingPacket Switching） n

5、報文分組交換以更短的、標準的報文分組交換以更短的、標準的“報文分組報文分組”（包）為（包）為 單位進行交換傳輸，每個分組長度有上限。單位進行交換傳輸，每個分組長度有上限。 n報文分組交換是計算機網(wǎng)絡中使用最廣泛的一種交換技報文分組交換是計算機網(wǎng)絡中使用最廣泛的一種交換技 術。術。 n報文分組交換報文分組交換 數(shù)據(jù)報交換數(shù)據(jù)報交換 虛電路交換虛電路交換 存儲轉發(fā)交換 v數(shù)據(jù)報交換數(shù)據(jù)報交換 n交換網(wǎng)把任一報文分組當作單獨的交換網(wǎng)把任一報文分組當作單獨的“小報文小報文”（數(shù)據(jù)報）（數(shù)據(jù)報） 來處理，而不管它是屬于哪個報文的分組，就像報文交換來處理，而不管它是屬于哪個報文的分組，就像報文交換 中把一

6、份報文進行單獨處理一樣。中把一份報文進行單獨處理一樣。 n數(shù)據(jù)報分組交換的特點數(shù)據(jù)報分組交換的特點 同一報文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過通信子網(wǎng)；同一報文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過通信子網(wǎng)； 同一報文的不同分組到達目的節(jié)點時可能出現(xiàn)亂序、重復或同一報文的不同分組到達目的節(jié)點時可能出現(xiàn)亂序、重復或 丟失現(xiàn)象；丟失現(xiàn)象； 每一個報文在傳輸過程中都必須帶有源節(jié)點地址和目的節(jié)點每一個報文在傳輸過程中都必須帶有源節(jié)點地址和目的節(jié)點 地址；地址； 存儲轉發(fā)交換 v 虛電路分組交換虛電路分組交換 n 虛電路就是兩個用戶的終端設備在開始互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前需要虛電路就是兩個用戶的終端設備在開始

7、互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前需要 通過通信網(wǎng)建立邏輯上的路徑。通過通信網(wǎng)建立邏輯上的路徑。 n 虛電路分組交換的特點虛電路分組交換的特點 建立邏輯連接，所有分組都必須沿著事先建立的虛電路傳輸。建立邏輯連接，所有分組都必須沿著事先建立的虛電路傳輸。 虛電路分組交換方式，也包括虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸和虛電路拆虛電路分組交換方式，也包括虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸和虛電路拆 除三個階段。除三個階段。 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 標識號。報文分組到達目的節(jié)點不會出現(xiàn)丟失、重復與亂序的現(xiàn)標識號。報文分組到達目的節(jié)點不會出現(xiàn)丟失、重復與

8、亂序的現(xiàn) 象；象； 報文分組通過每個虛電路上的節(jié)點時，節(jié)點只需要做差錯檢測，報文分組通過每個虛電路上的節(jié)點時，節(jié)點只需要做差錯檢測， 而不需要做路徑選擇。而不需要做路徑選擇。 通信子網(wǎng)中每個節(jié)點可以和任何節(jié)點建立多條虛電路連接。通信子網(wǎng)中每個節(jié)點可以和任何節(jié)點建立多條虛電路連接。 存儲轉發(fā)交換 圖圖320三種交換技術比較示意圖三種交換技術比較示意圖 （動畫7-1、2 、3 ） 三種交換方式比較 存儲轉發(fā)交換 v三種交換方式比較三種交換方式比較 圖圖320三種交換技術比較示意圖三種交換技術比較示意圖 3.6 傳輸介質 v輸介質又稱為通信介質或媒體，在網(wǎng)絡中是連接收、輸介質又稱為通信介質或媒體，在

9、網(wǎng)絡中是連接收、 發(fā)雙方的物理通道，也是通信中實際傳送信息的載體。發(fā)雙方的物理通道，也是通信中實際傳送信息的載體。 v傳輸特性傳輸特性 n吞吐量：是指單位時間傳輸介質能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。吞吐量吞吐量：是指單位時間傳輸介質能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。吞吐量 也稱為容量或傳輸速率，用也稱為容量或傳輸速率，用MbpsMbps（每秒兆位）度量（每秒兆位）度量 n可擴展性：是指網(wǎng)絡介質的三種物理規(guī)格：最大段長度、可擴展性：是指網(wǎng)絡介質的三種物理規(guī)格：最大段長度、 每段的最大節(jié)點數(shù)以及最大網(wǎng)絡長度每段的最大節(jié)點數(shù)以及最大網(wǎng)絡長度 n連接性：是指傳輸介質與網(wǎng)絡設備的連接特性連接性：是指傳輸介質與網(wǎng)絡設備的連接特性 n抗噪性

10、：是指傳輸介質防止噪聲干擾對信號傳輸影響的能抗噪性：是指傳輸介質防止噪聲干擾對信號傳輸影響的能 力。力。 傳輸介質 v 有線傳輸介質有線傳輸介質 n同軸電纜同軸電纜 粗纜粗纜 細纜細纜 n雙絞線雙絞線 屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線 非屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線 n光纖光纖 多模光纖多模光纖 單模光纖單模光纖 v 無線電信道無線電信道 n微波通信微波通信 n紅外通信紅外通信 n衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信 n藍牙藍牙 n蜂窩無線通信蜂窩無線通信 3.7 通信接口設備 v串行接口串行接口 nEIA RS-232CEIA RS-232C nEIA RS-449EIA RS-449 n EIA RS-422/485 EIA

11、RS-422/485 v調制解調器調制解調器 vX.21X.21接口接口 v以太網(wǎng)接口卡以太網(wǎng)接口卡 3.8 差錯控制技術 v差錯：信宿所接收到的數(shù)據(jù)和信源所發(fā)出的數(shù)據(jù)差錯：信宿所接收到的數(shù)據(jù)和信源所發(fā)出的數(shù)據(jù) 不一致，即造成傳輸差錯，或簡稱差錯不一致，即造成傳輸差錯，或簡稱差錯 . . v防止由于各種噪聲干擾等因素引起的信息傳輸錯防止由于各種噪聲干擾等因素引起的信息傳輸錯 誤或將差錯限制在所允許的盡可能小的范圍內而誤或將差錯限制在所允許的盡可能小的范圍內而 采取的措施采取的措施. . v差錯控制的方式基本上有兩類：差錯控制的方式基本上有兩類： n一類是糾錯；一類是糾錯； n另一類重發(fā)另一類重

12、發(fā) 差錯的控制方法 v“回聲回聲”法法 n發(fā)送方把報文發(fā)送給接收方，接收方把收到的報文再送發(fā)送方把報文發(fā)送給接收方，接收方把收到的報文再送 回給發(fā)送方。發(fā)送方比較接收到的報文與原報文?；亟o發(fā)送方。發(fā)送方比較接收到的報文與原報文。 n“回聲回聲”法簡單可靠，但信道的利用率最高也只有法簡單可靠，但信道的利用率最高也只有 50%50%。 v“表決表決”法法 n發(fā)送方每次發(fā)送給接收方的報文采取一式多份的方式發(fā)送方每次發(fā)送給接收方的報文采取一式多份的方式 （一般為奇數(shù)份），接收方選取多數(shù)者作為正確的報文（一般為奇數(shù)份），接收方選取多數(shù)者作為正確的報文 v自動請求重發(fā)法（自動請求重發(fā)法（ARQARQ） n

13、發(fā)送端發(fā)送具有校驗碼的報文，接收端根據(jù)協(xié)議將反饋發(fā)送端發(fā)送具有校驗碼的報文，接收端根據(jù)協(xié)議將反饋 信道反饋給發(fā)端。信道反饋給發(fā)端。 差錯的控制方法 v前向糾錯法（前向糾錯法（FECFEC） n前向糾錯指發(fā)送端將信息碼元按一定規(guī)則附加糾錯碼，前向糾錯指發(fā)送端將信息碼元按一定規(guī)則附加糾錯碼， 糾錯能力有限，當接收的碼字中有差錯且在該碼字的糾糾錯能力有限，當接收的碼字中有差錯且在該碼字的糾 錯能力之內時，接收端會自動糾錯。錯能力之內時，接收端會自動糾錯。 v混合糾錯法（混合糾錯法（HECHEC） n混合糾錯是反饋糾錯與前向糾錯兩種方式的結合。當接混合糾錯是反饋糾錯與前向糾錯兩種方式的結合。當接 收端

14、收到碼字后首先檢驗有無差錯，如果差錯在編碼的收端收到碼字后首先檢驗有無差錯，如果差錯在編碼的 糾錯能力之內，則自動糾錯；如果超過編碼的糾錯能力，糾錯能力之內，則自動糾錯；如果超過編碼的糾錯能力， 則通過反饋信道命令發(fā)送端重發(fā)以糾正錯誤則通過反饋信道命令發(fā)送端重發(fā)以糾正錯誤 差錯控制編碼 v差錯控制編碼可分為檢錯碼和糾錯碼兩類差錯控制編碼可分為檢錯碼和糾錯碼兩類 v在高可靠的信道上通常使用檢錯碼，當偶爾有錯在高可靠的信道上通常使用檢錯碼，當偶爾有錯 誤發(fā)生時，只需重新傳送整個數(shù)據(jù)塊即可。誤發(fā)生時，只需重新傳送整個數(shù)據(jù)塊即可。 v而在錯誤發(fā)生比較頻繁的信道上，如無線鏈路，而在錯誤發(fā)生比較頻繁的信道

15、上，如無線鏈路， 最好使用糾錯碼，在每個數(shù)據(jù)塊中加入足夠的冗最好使用糾錯碼，在每個數(shù)據(jù)塊中加入足夠的冗 余信息，以便接收方能夠計算出原始的數(shù)據(jù)是什余信息，以便接收方能夠計算出原始的數(shù)據(jù)是什 么，自動糾錯。因為重發(fā)數(shù)據(jù)塊也可能是錯誤的。么，自動糾錯。因為重發(fā)數(shù)據(jù)塊也可能是錯誤的。 v常用的差錯檢測編碼有奇偶校驗碼、循環(huán)冗余碼常用的差錯檢測編碼有奇偶校驗碼、循環(huán)冗余碼 奇偶校驗碼 v奇偶校驗碼是通過增加冗余位來使得碼字某些位奇偶校驗碼是通過增加冗余位來使得碼字某些位 中中“1 1”的個數(shù)保持為偶數(shù)（或奇數(shù)）的編碼方法。的個數(shù)保持為偶數(shù)（或奇數(shù)）的編碼方法。 異步通信系統(tǒng)使用了兩種奇偶校驗方法，即偶

16、校異步通信系統(tǒng)使用了兩種奇偶校驗方法，即偶校 驗和奇校驗。驗和奇校驗。 v水平奇偶校驗和水平垂直奇偶校驗。水平奇偶校驗和水平垂直奇偶校驗。 垂直奇偶校驗 v 先把字符水平地排列起來，再按垂直方向將每個字符的比先把字符水平地排列起來，再按垂直方向將每個字符的比 特展開，在每一列上附加一個奇偶校驗位，即構成垂直奇特展開，在每一列上附加一個奇偶校驗位，即構成垂直奇 偶校驗碼偶校驗碼 v 垂直奇偶校驗能檢驗出每個字符中所有奇數(shù)個的錯，但檢垂直奇偶校驗能檢驗出每個字符中所有奇數(shù)個的錯，但檢 驗不出偶數(shù)個的錯，差錯的漏檢率接近驗不出偶數(shù)個的錯，差錯的漏檢率接近50% 50% 水平奇偶校驗碼 v 先把字符水

17、平地排列起來，再按垂直方向將每個字符的比先把字符水平地排列起來，再按垂直方向將每個字符的比 特展開，在水平行進行分組，每一行上附加一個奇偶校驗特展開，在水平行進行分組，每一行上附加一個奇偶校驗 位，即構成水平奇偶校驗碼位，即構成水平奇偶校驗碼 v 水平奇偶校驗能檢驗出所有字符的相同位上出現(xiàn)的所有奇水平奇偶校驗能檢驗出所有字符的相同位上出現(xiàn)的所有奇 數(shù)個的錯，但檢驗不出偶數(shù)個的錯，差錯的漏檢率接近數(shù)個的錯，但檢驗不出偶數(shù)個的錯，差錯的漏檢率接近 50% 50% 水平垂直奇偶校驗碼 v將垂直奇偶校驗和水平奇偶校驗結合起來便構成將垂直奇偶校驗和水平奇偶校驗結合起來便構成 水平垂直奇偶校驗碼，也稱為方

18、陣碼水平垂直奇偶校驗碼，也稱為方陣碼 v方陣碼的漏檢率僅有百分之一到萬分之一方陣碼的漏檢率僅有百分之一到萬分之一 循環(huán)冗余碼（CRC） v循環(huán)冗余碼是先將要發(fā)送的信息數(shù)據(jù)與一個通信循環(huán)冗余碼是先將要發(fā)送的信息數(shù)據(jù)與一個通信 雙方共同約定的數(shù)據(jù)進行除法運算，并由余數(shù)得雙方共同約定的數(shù)據(jù)進行除法運算，并由余數(shù)得 出一個校驗碼序列也稱為冗余碼。接收端將包括出一個校驗碼序列也稱為冗余碼。接收端將包括 校驗碼序列在內的數(shù)據(jù)幀與約定的數(shù)據(jù)進行除法校驗碼序列在內的數(shù)據(jù)幀與約定的數(shù)據(jù)進行除法 運算，若余數(shù)為運算，若余數(shù)為“0 0”，則表示接收的數(shù)據(jù)正確，則表示接收的數(shù)據(jù)正確， 若余數(shù)不為若余數(shù)不為“0 0”，

19、則表明數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中出，則表明數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中出 錯。錯。 vCRCCRC碼檢錯能力強，能檢測出所有奇數(shù)位錯誤、碼檢錯能力強，能檢測出所有奇數(shù)位錯誤、 所有偶數(shù)位錯誤和所有小于、等于冗余位數(shù)的突所有偶數(shù)位錯誤和所有小于、等于冗余位數(shù)的突 發(fā)性錯誤。發(fā)性錯誤。 循環(huán)冗余碼（CRC） v 例例3-13-1 n 設生成多項式設生成多項式G(x)=x4+x+1G(x)=x4+x+1，發(fā)送的信息，發(fā)送的信息m(x)m(x)為為 11010110111101011011，計算，計算CRCCRC碼。碼。 n 解：解：G(x)G(x)是是4 4次多項式，冗余位為次多項式，冗余位為4 4（即（即r=4r=4），生成多項式是），生成