第六章_分組交換技術(shù).ppt

1、分組交換技術(shù),2020/8/24,2,本章主要內(nèi)容 Contents,9.1 交換網(wǎng)絡(luò) Switching Networks 9.2 電路交換網(wǎng)絡(luò) Circuit-switched Networks 9.3 報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò) Message-switching Networks 9.4 分組交換網(wǎng)絡(luò) Packet-switching Networks 9.5 信元交換網(wǎng)絡(luò) Cell-switching Networks 9.6 交換機(jī)結(jié)構(gòu) Structure of a Switch,9.1 交換網(wǎng)絡(luò) Switching Networks,4,網(wǎng)絡(luò)通信：連接問題Network Communicati

2、ons: Connection,本章開始由數(shù)據(jù)通信（兩臺(tái)設(shè)備之間）進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)通信（N臺(tái)設(shè)備之間）。 網(wǎng)絡(luò)連接方案 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接 造價(jià)高，利用率低 網(wǎng)狀：每對(duì)設(shè)備之間建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接 星形：通過中心設(shè)備建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接 多點(diǎn)連接 廣播沖突，介質(zhì)和設(shè)備容量限制 總線形：將所有設(shè)備接在一條“總線”上 交換連接 適用在廣域網(wǎng)中使用 由互連節(jié)點(diǎn)在通信設(shè)備（端系統(tǒng)）構(gòu)建臨時(shí)連接,5,交換網(wǎng)絡(luò) Switched networks,6,交換式網(wǎng)絡(luò) Switching Networks,遠(yuǎn)程傳輸通常是通過由中間交換節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。 節(jié)點(diǎn)交換機(jī)之間為點(diǎn)到點(diǎn)連接。 交換節(jié)點(diǎn)(node)并不關(guān)心數(shù)據(jù)的內(nèi)容。 各種終端設(shè)

3、備被稱為“站點(diǎn)”(station)。這些站點(diǎn)可能是計(jì)算機(jī)、終端、電話機(jī)等。 所有交換節(jié)點(diǎn)及其連接的集合稱為“通信網(wǎng)絡(luò)”。 數(shù)據(jù)通過一個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)交換處理而被“路由”(從哪個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)節(jié)點(diǎn))。,7,簡(jiǎn)單的交換網(wǎng)絡(luò)Simple Switching Network,8,交換技術(shù)的基本要求 Basic Request,滿足各種不同速率數(shù)據(jù)通信的需求 交換速度快 傳輸準(zhǔn)確性高 網(wǎng)絡(luò)時(shí)延要小 滿足用戶各種數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的需要,9,交換網(wǎng)絡(luò)類型Switching Networks,P138 圖8.2,9.2 電路交換網(wǎng)絡(luò) Circuit-switched Networks,11,一個(gè)普通的電路交換網(wǎng)

4、A Trivial Circuit-switched Network,12,例8.1電路交換網(wǎng) Circuit-switched Network used in Example 8.1,13,例8.2電路交換網(wǎng) Circuit-switched Network used in Example 8.2,14,電路交換網(wǎng) Circuit-switching Networks,傳送前需先在兩站點(diǎn)間建立專用“通信通道”。 通道由一組網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間依次相互連接的鏈路組成。 透明連接：兩站點(diǎn)間如同直接連接。,15,電路交換 Circuit Switching,通信過程三步驟: 建立電路連接 (hello)

5、傳送數(shù)據(jù) (talk) 取消電路連接 (bye) 最早為電話通信設(shè)計(jì) 電路資源為某一次通話專用 數(shù)據(jù)連接時(shí)大部分時(shí)間線路是空閑的 固定的數(shù)據(jù)速率 通信雙方必須按同一速率傳送,16,通過公用電路交換網(wǎng)連接示例 Public Circuit Switching Network,電路交換是由傳統(tǒng)的電話通訊方式發(fā)展起來的一種交換方式。,17,電路交換的特點(diǎn) Characteristics of Circuit Switching, 交換設(shè)備簡(jiǎn)單（純硬件）。 透明連接，傳輸延遲?。▋H為物理信號(hào)本身延遲）。 帶寬固定（不適合猝發(fā)性大通信流量），單一速率，無差錯(cuò)控制功能。 只能一對(duì)一通信。 獨(dú)占線路，信道利

6、用率低（空閑也不能利用）。 數(shù)據(jù)通信時(shí)占用線路時(shí)間一般不超過10%（語音通信最高可達(dá)80%）。 要求建立連接,9.3 報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò) Message-switched Networks,19,報(bào)文交換網(wǎng)Message Switching Networks,采用“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”技術(shù) ( store and forward ) （交換節(jié)點(diǎn)）接收整個(gè)報(bào)文，在轉(zhuǎn)發(fā)到其目的站點(diǎn)的路由被確定之前，一直保存之。 一旦路由選定了，報(bào)文就被發(fā)送到最后的目的站，或發(fā)送給另一個(gè)中間存儲(chǔ)站以便轉(zhuǎn)發(fā)。,20,報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn) Message Switching：Advantage,特點(diǎn) 將要發(fā)出的數(shù)據(jù)當(dāng)作一個(gè)整體（報(bào)文）。

7、在各結(jié)點(diǎn)處先存儲(chǔ)再轉(zhuǎn)發(fā)。 報(bào)文長(zhǎng)度不定，自帶目標(biāo)用戶地址。 優(yōu)點(diǎn) 無需建立連接和取消連接。 未獨(dú)占線路（多個(gè)報(bào)文可共享一條線路），通信資費(fèi)低。,21,報(bào)文交換的缺點(diǎn)Not Practical: Why ?,傳輸速率慢 要存儲(chǔ)整個(gè)報(bào)文，選擇路由，然后重發(fā)報(bào)文，所有這些都需要花費(fèi)時(shí)間。 組網(wǎng)費(fèi)用高 通常要求大容量存儲(chǔ)硬盤，以便存儲(chǔ)大的報(bào)文。 總而言之，報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)是通過對(duì)報(bào)文進(jìn)行沿途存儲(chǔ)，從而充分利用了網(wǎng)絡(luò)資源。但是這種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方案組網(wǎng)費(fèi)用高而且傳輸速率慢，所以并不適用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。,22,報(bào)文交換：只適合在公用電報(bào)網(wǎng)中使用 Only Used in Telegraph Networks,特點(diǎn)：

8、 通道可復(fù)用，費(fèi)用較低 帶寬可調(diào)變（猝發(fā)性通信） 實(shí)時(shí)性差（存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)過程引起通信延遲），不適用于語音和視頻之類實(shí)時(shí)或交互式的通信要求。 可實(shí)現(xiàn)一對(duì)多通信 交換設(shè)備（結(jié)點(diǎn)）需用磁盤等外設(shè)來存放較大的報(bào)文 在實(shí)際應(yīng)用中主要用于傳輸報(bào)文較短、實(shí)時(shí)性要求較低的通信業(yè)務(wù)，如公用電報(bào)網(wǎng)。,9.4 分組交換網(wǎng)絡(luò) Packet-switched Networks,24,報(bào)文交換技術(shù)的改進(jìn)（存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)） 以“分組”為單位傳輸信息分組在每個(gè)交換節(jié)點(diǎn)處被接收、暫存，隨后被傳遞給下一節(jié)點(diǎn) 不同于報(bào)文交換：報(bào)文被“分組”后傳送 保證任何用戶都不能長(zhǎng)時(shí)間獨(dú)占某傳輸線路,分組交換網(wǎng)Packet Switching Netwo

9、rks,25,Packet分組,“分組” (packet) 分割的報(bào)文段+控制信息 數(shù)據(jù)以較小的信息包(分組)形式傳送 通常以1000字節(jié)為一組 更長(zhǎng)的報(bào)文被分割成一個(gè)分組串 每個(gè)分組包括有用戶數(shù)據(jù)(部分或全部的)和附加的控制信息 控制信息 “路由”(尋址)信息（收發(fā)雙方站點(diǎn)地址） 其他有關(guān)信息（協(xié)議版本、差錯(cuò)處理等）,26,分組的使用The Use of Packets,27,分組形成示意圖Packet Forming,附加的控制信息 發(fā)送方地址（源地址） 接收方地址（目標(biāo)地址） 序列號(hào) 校驗(yàn)和,28,分組交換的優(yōu)點(diǎn)：共享信道Packet Switching: Sharing Channel

10、s,幾個(gè)數(shù)據(jù)流可以使用同一條線路上,29,分組交換的特點(diǎn)：多路由傳輸Packet Switching: Multiple Routes,可以通過多條路徑傳輸數(shù)據(jù),30,更快速 可分組多路傳送 轉(zhuǎn)發(fā)更快(內(nèi)存存取，無需讀寫磁盤) 更經(jīng)濟(jì) 存儲(chǔ)器造價(jià)低(內(nèi)存而非磁盤) 設(shè)備小型化 線路利用率更高 更可靠 附加檢錯(cuò)、糾錯(cuò)信息,報(bào)文交換,分組交換,分組交換與報(bào)文交換之比較 Packet Switching vs Message Switching,31,分組交換與電路交換之比較 Circuit Switching vs Packet Switching,電路交換 必有“連接-傳送-斷連”三步； ”透明

11、連接“，延遲最小（交換節(jié)點(diǎn)處無延遲）； 恒定數(shù)據(jù)傳輸率； 獨(dú)占信道，線路利用率低而費(fèi)用高。 分組交換 在每個(gè)節(jié)點(diǎn)處需存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)； 交換機(jī)根據(jù)分組中附加的目標(biāo)地址確定如何轉(zhuǎn)發(fā)； 多個(gè)通信過程可共享一個(gè)信道； 信息傳送存在隨機(jī)延遲問題：節(jié)點(diǎn)處排隊(duì)長(zhǎng)度和時(shí)間不定。,32,發(fā)送站點(diǎn)將長(zhǎng)報(bào)文分割成一個(gè)個(gè)小的信息包（分組） 分組被逐個(gè)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上 傳送分組有兩種方式 數(shù)據(jù)報(bào)方式 虛電路方式,分組交換技術(shù)Packet Switching Techniques,33,分組交換網(wǎng)絡(luò)主要根據(jù)其內(nèi)部工作原理是數(shù)據(jù)報(bào)還是虛電路進(jìn)行分類。 使用數(shù)據(jù)報(bào)(datagram)技術(shù)時(shí)，每個(gè)分組是獨(dú)立傳送的，送往同一個(gè)目的站的分組

12、可能沿著不同路由傳送。 使用虛電路(virtual circuit)技術(shù)時(shí)，兩個(gè)端節(jié)點(diǎn)間的路由是固定不變的，虛電路上的所有分組都沿同一路由傳送。,兩種分組交換方式 Two Approaches for Packet Switching,“散車”,“車隊(duì)”,分組交換:數(shù)據(jù)報(bào)方式,每個(gè)分組相互獨(dú)立 每個(gè)分組可以使用任何可用的路線 需為每個(gè)分組（需自帶地址）選擇路由 分組的到達(dá)可能無序 分組在傳送中可能丟失 在接收端對(duì)分組重新排序并對(duì)丟失的分組進(jìn)行補(bǔ)救處理,35,Figure 8.7,有4個(gè)交換機(jī)（路由器）的數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)A Datagram Network with Four Switches (rou

13、ters),P142 圖8.7,分組交換:虛電路方式,傳送前要先建立預(yù)定的路由（各節(jié)點(diǎn)虛電路表中記錄虛電路號(hào)） 通過呼叫建立連接(握手) 每個(gè)分組中含有虛電路號(hào)而非目標(biāo)地址 對(duì)使用同一虛電路的所有分組只需做一次路由選擇 有序傳送，接收后無需排序 清除請(qǐng)求，斷開電路 并非獨(dú)享線路(存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)而非透明直連,37,虛電路網(wǎng)絡(luò)Virtual-circuit Network,P143 圖8.10,38,虛電路標(biāo)識(shí)符Virtual-circuit Identifier,P144 圖8.11,39,虛電路網(wǎng)絡(luò)中交換機(jī)和路由表Switch and tables in a virtual-circuit netw

14、ork,P144 圖8.12,40,虛電路網(wǎng)絡(luò)源端到目的端的數(shù)據(jù)傳輸Data Transfer in a Virtual-circuit Network,P145 圖8.13,41,虛電路網(wǎng)絡(luò)的連接請(qǐng)求Setup Request in a Virtual-circuit Network,P145 圖8.14,42,虛電路網(wǎng)絡(luò)中建立確認(rèn)Setup Acknowledgment in a Virtual-circuit Network,P146 圖8.15,43,虛電路網(wǎng)絡(luò)的延遲Delay in a Virtual-circuit Network,P147 圖8.16,44,分組交換技術(shù)：數(shù)據(jù)報(bào)與

15、虛電路比較 Datagram vs Virtual Circuit,數(shù)據(jù)報(bào)(datagram) 無需呼叫建立連接階段，所以傳輸少量數(shù)據(jù)時(shí)比虛電路快。分組可繞過故障結(jié)點(diǎn)到達(dá)目的地，但不保證分組能按序到達(dá)，數(shù)據(jù)丟失也不知曉。 虛電路（virtual circuit） 傳輸前需先建立連接，所以適用于兩端之間大數(shù)據(jù)量交換。能保證每個(gè)分組按序正確到達(dá)。但構(gòu)成虛電路的某個(gè)結(jié)點(diǎn)或鏈路出故障時(shí)，虛電路完全失效。,45,數(shù)據(jù)報(bào)與虛電路比較Datagram vs Virtual Circuits,數(shù)據(jù)報(bào)技術(shù) 無需呼叫建立連接階段 傳輸少量數(shù)據(jù)時(shí)比虛電路快 傳輸更靈活 可通過選擇不同路由避繞網(wǎng)絡(luò)中的擁塞區(qū)域 但不保證分組能按序到達(dá)，數(shù)據(jù)丟失也不知曉 虛電路技術(shù) 傳輸前需先建立連接，所以適用于兩端之間大數(shù)據(jù)量交換。 順序傳送，差錯(cuò)控制簡(jiǎn)便 分組傳送速率更快 因?yàn)闊o需花費(fèi)時(shí)間選擇路由 可靠性較低 構(gòu)