NET05第2章：數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)b

1、計算機(jī)科學(xué)與工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系1圖圖2-30 2-30 數(shù)據(jù)交換示意圖數(shù)據(jù)交換示意圖2.6 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)計算機(jī)科學(xué)與工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系2 廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術(shù)廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術(shù) 電路交換（電路交換（circuit exchanging） 報文（報文（message exchanging ） 報文分組交換（報文分組交換（packet exchanging ） 計算機(jī)科學(xué)與工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系32.6.1 電路交換電路交換方式方式 電路交換是電路交換是面向連接面向連接的服務(wù)；的服務(wù)； 兩臺計算機(jī)通過通信子網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換之前，首先要兩臺計算機(jī)通過通信子網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換

2、之前，首先要在通信子網(wǎng)中建立一個實際的物理線路連接；在通信子網(wǎng)中建立一個實際的物理線路連接； 電路交換在數(shù)據(jù)傳輸過程中要經(jīng)過電路交換在數(shù)據(jù)傳輸過程中要經(jīng)過建立連接建立連接、數(shù)據(jù)傳數(shù)據(jù)傳輸輸與與釋放連接釋放連接的三個階段；的三個階段； 電路交換方式的優(yōu)點是：通信實時性強，適用于交互電路交換方式的優(yōu)點是：通信實時性強，適用于交互式會話類通信；式會話類通信； 電路交換方式的缺點是：對突發(fā)性通信不適應(yīng)，系統(tǒng)電路交換方式的缺點是：對突發(fā)性通信不適應(yīng)，系統(tǒng)效率低，系統(tǒng)不具有存儲數(shù)據(jù)的能力，不能平滑通信效率低，系統(tǒng)不具有存儲數(shù)據(jù)的能力，不能平滑通信量。量。 計算機(jī)科學(xué)與工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系4電路交換過程

3、示意圖電路交換過程示意圖計算機(jī)科學(xué)與工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系5存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式方式存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式與電路交換方式的主要區(qū)別存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式與電路交換方式的主要區(qū)別： 發(fā)送的數(shù)據(jù)與目的地址、源地址、控制信息按照一定發(fā)送的數(shù)據(jù)與目的地址、源地址、控制信息按照一定格式組成一個數(shù)據(jù)單元（報文或報文分組）進(jìn)入通信格式組成一個數(shù)據(jù)單元（報文或報文分組）進(jìn)入通信子網(wǎng)；子網(wǎng)； 通信子網(wǎng)中的結(jié)點是通信控制處理機(jī)，它負(fù)責(zé)完成數(shù)通信子網(wǎng)中的結(jié)點是通信控制處理機(jī)，它負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)單元的接收、差錯校驗、存儲、路選和轉(zhuǎn)發(fā)功能。據(jù)單元的接收、差錯校驗、存儲、路選和轉(zhuǎn)發(fā)功能。 計算機(jī)科學(xué)與工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系6

4、存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式的優(yōu)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式的優(yōu)點 由于通信子網(wǎng)中的通信控制處理機(jī)可以由于通信子網(wǎng)中的通信控制處理機(jī)可以存儲存儲分組，多分組，多個分組可以共享通信信道，線路利用率高；個分組可以共享通信信道，線路利用率高； 通信子網(wǎng)中通信控制處理機(jī)具有通信子網(wǎng)中通信控制處理機(jī)具有路由選擇路由選擇功能，可以功能，可以動態(tài)選擇報文分組通過通信子網(wǎng)的最佳路徑；動態(tài)選擇報文分組通過通信子網(wǎng)的最佳路徑； 分組在通過通信子網(wǎng)中的每個通信控制處理機(jī)時，均分組在通過通信子網(wǎng)中的每個通信控制處理機(jī)時，均要進(jìn)行要進(jìn)行差錯檢查與糾錯處理差錯檢查與糾錯處理，因此可以減少傳輸錯誤，因此可以減少傳輸錯誤，提高系統(tǒng)可靠性；提高系統(tǒng)可靠性；

5、 通過通信控制處理機(jī)可以對通過通信控制處理機(jī)可以對不同通信速率不同通信速率的線路進(jìn)行的線路進(jìn)行轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換，也可以對不同的，也可以對不同的數(shù)據(jù)代碼格式數(shù)據(jù)代碼格式進(jìn)行進(jìn)行變換變換。 計算機(jī)科學(xué)與工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系72.6.2 報文交換與分組交換報文交換與分組交換 數(shù)據(jù)通過通信子網(wǎng)傳輸時可以有報文（數(shù)據(jù)通過通信子網(wǎng)傳輸時可以有報文（message）與分組（與分組（packet）兩種方式；兩種方式； 報文傳輸：報文傳輸： 不管發(fā)送數(shù)據(jù)的長度是多少，都把它當(dāng)作一不管發(fā)送數(shù)據(jù)的長度是多少，都把它當(dāng)作一個邏輯單元發(fā)送；個邏輯單元發(fā)送； 分組傳輸：分組傳輸： 限制一次傳輸數(shù)據(jù)的最大長度，如果傳輸數(shù)限制一

6、次傳輸數(shù)據(jù)的最大長度，如果傳輸數(shù)據(jù)超過規(guī)定的最大長度，發(fā)送結(jié)點就將它分據(jù)超過規(guī)定的最大長度，發(fā)送結(jié)點就將它分成多個報文分組發(fā)送。成多個報文分組發(fā)送。計算機(jī)科學(xué)與工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系8報文和報文分組結(jié)構(gòu)報文和報文分組結(jié)構(gòu) 由于分組長度較短，在傳輸出錯時，檢錯容易并且重由于分組長度較短，在傳輸出錯時，檢錯容易并且重發(fā)花費的時間較少；發(fā)花費的時間較少； 限定分組最大數(shù)據(jù)長度，有利于提高存儲轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點的限定分組最大數(shù)據(jù)長度，有利于提高存儲轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點的存儲空間利用率與傳輸效率；存儲空間利用率與傳輸效率； 公用數(shù)據(jù)網(wǎng)采用的是分組交換技術(shù)。公用數(shù)據(jù)網(wǎng)采用的是分組交換技術(shù)。報報文文分分組組：報報文文：報文號目

7、的地址源地址校驗報文號目的地址源地址報文分組數(shù)據(jù)校驗報文分組號數(shù)據(jù)計算機(jī)科學(xué)與工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系9結(jié)點A B C D建路傳輸拆除結(jié)點A B C D報文報文報文報文傳輸延遲處理延遲呼叫請求確認(rèn)呼叫接收(a)(a)電路交換電路交換 (b)(b)報文交換報文交換 圖圖2-31 2-31 電路交換和報文交換電路交換和報文交換計算機(jī)科學(xué)與工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系102.6.3 分組交換分組交換 1.虛電路分組交換原理與特點虛電路分組交換原理與特點 虛電路虛電路方式試圖將方式試圖將數(shù)據(jù)報方式與線路交換方式結(jié)合數(shù)據(jù)報方式與線路交換方式結(jié)合起起來，處分發(fā)揮兩種方法的優(yōu)點，以達(dá)到最佳的數(shù)據(jù)交來，處分發(fā)揮兩

8、種方法的優(yōu)點，以達(dá)到最佳的數(shù)據(jù)交換效果換效果; ; 數(shù)據(jù)報方式在分組發(fā)送之前，發(fā)送方與接收方之間不數(shù)據(jù)報方式在分組發(fā)送之前，發(fā)送方與接收方之間不需要預(yù)先建立連接。需要預(yù)先建立連接。虛電路虛電路方式在分組方式在分組發(fā)送之前發(fā)送之前，需，需要在發(fā)送方和接收方要在發(fā)送方和接收方建立一條邏輯連接的虛電路建立一條邏輯連接的虛電路; ; 虛電路方式與線路交換方式相同，整個通信過程分為虛電路方式與線路交換方式相同，整個通信過程分為以下三個階段：虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸與虛電路釋放以下三個階段：虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸與虛電路釋放階段。階段。 計算機(jī)科學(xué)與工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系11 虛電路方式原理示意圖計算機(jī)科學(xué)與

9、工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系12虛電路的特點虛電路的特點 在每次分組在每次分組發(fā)送之前發(fā)送之前，必須在發(fā)送方與接收方之間，必須在發(fā)送方與接收方之間建立建立一條邏輯連接一條邏輯連接。這是因為不需要真正去建立一條物理鏈。這是因為不需要真正去建立一條物理鏈路，連接發(fā)送方與接收方的物理鏈路已經(jīng)存在；路，連接發(fā)送方與接收方的物理鏈路已經(jīng)存在； 一次通信的所有分組都通過這條虛電路順序傳送，因此一次通信的所有分組都通過這條虛電路順序傳送，因此報文分組不必帶目的地址、源地址報文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息。分組到等輔助信息。分組到達(dá)目的結(jié)點時達(dá)目的結(jié)點時不會出現(xiàn)丟失、重復(fù)與亂序不會出現(xiàn)丟失、重復(fù)與亂序的現(xiàn)

10、象；的現(xiàn)象； 分組通過虛電路上的每個結(jié)點時，結(jié)點只需要做差錯檢分組通過虛電路上的每個結(jié)點時，結(jié)點只需要做差錯檢測，而不需要做路徑選擇；測，而不需要做路徑選擇； 通信子網(wǎng)中通信子網(wǎng)中每個結(jié)點可以和任何結(jié)點建立多條虛電路連每個結(jié)點可以和任何結(jié)點建立多條虛電路連接接。 計算機(jī)科學(xué)與工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系13虛電路方式與電路交換方式的不同之處虛電路方式與電路交換方式的不同之處 虛電路是在傳輸分組時建立起的邏輯連接，稱虛電路是在傳輸分組時建立起的邏輯連接，稱為為“虛電路虛電路”是因為這種電路不是專用的。每是因為這種電路不是專用的。每個結(jié)點到其它結(jié)點間可能有無數(shù)條虛電路存在；個結(jié)點到其它結(jié)點間可能有無數(shù)

11、條虛電路存在； 一個結(jié)點可以同時與多個結(jié)點之間具有虛電路；一個結(jié)點可以同時與多個結(jié)點之間具有虛電路； 每條虛電路支持特定的兩個結(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳每條虛電路支持特定的兩個結(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸。輸。 計算機(jī)科學(xué)與工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系142. 數(shù)據(jù)報分組交換原理與特點數(shù)據(jù)報分組交換原理與特點 數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)報是是分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)的一種形式；的一種形式； 在數(shù)據(jù)報方式中，分組傳送之間不需要預(yù)先在源主機(jī)在數(shù)據(jù)報方式中，分組傳送之間不需要預(yù)先在源主機(jī)與目的主機(jī)之間建立與目的主機(jī)之間建立“線路連接線路連接”； 源主機(jī)所發(fā)送的每一個分組都可以獨立地選擇一條傳源主機(jī)所發(fā)送的每一個分組都可以獨立地選擇一條傳輸

12、路徑；輸路徑； 每個分組在通信子網(wǎng)中可能是通過不同的傳輸路徑到每個分組在通信子網(wǎng)中可能是通過不同的傳輸路徑到達(dá)目的主機(jī)。達(dá)目的主機(jī)。計算機(jī)科學(xué)與工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系15數(shù)據(jù)報方式的工作原理示意圖數(shù)據(jù)報方式的工作原理示意圖 計算機(jī)科學(xué)與工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系16數(shù)據(jù)報工作方式的特點數(shù)據(jù)報工作方式的特點 同一報文的不同分組可以由同一報文的不同分組可以由不同的傳輸路徑不同的傳輸路徑通過通信通過通信子網(wǎng)；子網(wǎng)； 同一報文的不同分組到達(dá)目的結(jié)點時同一報文的不同分組到達(dá)目的結(jié)點時可能出現(xiàn)亂序、可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)與丟失現(xiàn)象重復(fù)與丟失現(xiàn)象； 每一個分組每一個分組在傳輸過程中都在傳輸過程中都必須帶有目的地

13、址與源地必須帶有目的地址與源地址址； 數(shù)據(jù)報方式報文傳輸延遲較大，數(shù)據(jù)報方式報文傳輸延遲較大，適用于突發(fā)性通信適用于突發(fā)性通信，不適用于長報文、會話式通信。不適用于長報文、會話式通信。 計算機(jī)科學(xué)與工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系17分組交換建路傳輸拆除結(jié)點A B C D結(jié)點 A B C DP1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P3P3P3P3P3P3(a)(a)虛電路交換虛電路交換 (b)(b)數(shù)據(jù)報交換數(shù)據(jù)報交換 圖圖2-322-32報文分組交換報文分組交換計算機(jī)科學(xué)與工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系182.6.4 各種數(shù)據(jù)交換技術(shù)的比較各種數(shù)據(jù)交換技術(shù)的比較 廣域網(wǎng)分組交換技術(shù)廣域網(wǎng)分組交換技

14、術(shù) 電路交換（電路交換（circuit exchanging） 線路交換在數(shù)據(jù)傳輸過程中要經(jīng)過三個階段線路交換在數(shù)據(jù)傳輸過程中要經(jīng)過三個階段建立連接、數(shù)據(jù)傳輸、釋放連接建立連接、數(shù)據(jù)傳輸、釋放連接 存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換（存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換（store-and-forward exchanging） 報文交換（報文交換（message exchanging ） 報文分組交換（報文分組交換（packet exchanging ） 數(shù)據(jù)報方式數(shù)據(jù)報方式 分組傳送之前，不需要預(yù)先在源主機(jī)與目的主機(jī)之間建立分組傳送之前，不需要預(yù)先在源主機(jī)與目的主機(jī)之間建立“線路連接線路連接” 虛電路方式（分組交換與線路交換的結(jié)合）虛

15、電路方式（分組交換與線路交換的結(jié)合） 分組發(fā)送之前，需要在發(fā)送方和接收方建立一條邏輯連接分組發(fā)送之前，需要在發(fā)送方和接收方建立一條邏輯連接的虛電路的虛電路; ; 分三個階段：虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸、虛電路釋放分三個階段：虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸、虛電路釋放計算機(jī)科學(xué)與工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系192.7 同步光纖網(wǎng)同步光纖網(wǎng) SONET 和和同步數(shù)字系列同步數(shù)字系列 SDH 舊的數(shù)字傳輸系統(tǒng)存在著許多缺點。其中最主要的是以下兩個方面： 速率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。 北美和日本是北美和日本是T1：1.544Mbps（24個話路）個話路） 歐洲是歐洲是E1：2.048Mbps（30個話路）個話路） 如果不對高次群的數(shù)

16、字傳輸速率進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，國際范圍的高速數(shù)據(jù)傳輸就很難實現(xiàn)。 不是同步傳輸。 在過去相當(dāng)長的時間，為了節(jié)約經(jīng)費，各國的數(shù)字網(wǎng)主要是采用準(zhǔn)同步方式。 計算機(jī)科學(xué)與工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系20同步光纖網(wǎng)同步光纖網(wǎng) SONET 美國美國1988年提出了名為年提出了名為同步光纖網(wǎng)同步光纖網(wǎng) SONET (Synchronous Optical Network) 的標(biāo)準(zhǔn)，同步光纖網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，同步光纖網(wǎng)的各級時鐘都來自一個非常精確的主時鐘，并且以的各級時鐘都來自一個非常精確的主時鐘，并且以51.84 Mb/s為基礎(chǔ)定義了同步傳輸?shù)木€路速率等級。為基礎(chǔ)定義了同步傳輸?shù)木€路速率等級。 第第 1 級級同步傳送信號同步

17、傳送信號 STS-1 (Synchronous Transport Signal)的傳輸速率是的傳輸速率是 51.84 Mb/s（使用的幀稱為（使用的幀稱為STS-1幀幀）。更高的等級是用）。更高的等級是用N個個STS-1幀組成幀組成STS-N幀幀。 與第與第1級同步傳輸信號對應(yīng)的光信號則稱為級同步傳輸信號對應(yīng)的光信號則稱為第第 1 級光級光載波載波 OC-1，OC 表示表示Optical Carrier。 計算機(jī)科學(xué)與工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系21同步數(shù)字系列同步數(shù)字系列 SDH ITU-T（國際電信聯(lián)盟的電信標(biāo)準(zhǔn)化部門）（國際電信聯(lián)盟的電信標(biāo)準(zhǔn)化部門） 以美國標(biāo)準(zhǔn)以美國標(biāo)準(zhǔn) SONET 為基

18、礎(chǔ)，制訂出國際標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，制訂出國際標(biāo)準(zhǔn)同步數(shù)字系列同步數(shù)字系列 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)。 一般可認(rèn)為一般可認(rèn)為 SDH 與與 SONET 是同義詞。是同義詞。 SDH 的基本速率為的基本速率為 155.52 Mb/s，稱為，稱為第第 1 級同步傳遞級同步傳遞模塊模塊 (Synchronous Transfer Module)，即，即 STM-1，相當(dāng)，相當(dāng)于于 SONET 體系中的體系中的 OC-3 速率。更高的等級是用速率。更高的等級是用N個個STM-1組成組成STM-N。計算機(jī)科學(xué)與工程系計算機(jī)科學(xué)與工程系22常用常用 SONET/SDH 數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率 SONET 信號 比特率 (Mbps) SDH 信號 表示線路速率的常用近似值 STS1 / OC1 51.840 STM0 STS3 / OC3 155.520 STM1 155MbpsSTS12 / OC12 622.080 STM4622MbpsSTS48 / OC48 2,488.320 STM162.5GbpsSTS192 / OC192 9,953.280 STM64 10GbpsSTS-768 / OC-768 39,