电路交换&分组交换

电路交换&分组交换 重庆文理学院 杨志刚 1.电路交换 2.报文交换 3.分组交换 4.分组交换网 5.因特网的发展历程 终端 传输媒介 终端 电信号 电信号 信息 信息 点对点通信 在电信系统中只有两个终端的通信称为点对点通信。 话音 数据 无交换的多个终端要实现相互间通信必须以全互 连的方式两两相连。 若终端数为n则线对数为C2n nn-1/2 当终端n100时线对数100X100-1/24950 终端5、线对数10 用户间通过交换设备连接 用户环线 交换设备 多个交换节点组成的通信网 中继线 交换机 A B C D E F G H A和B之间如何通话 A 和 B 之间建立电路连接 通话在 A 到 B 的连接上进行 通话结束拆除连接 交换机 交换机 交换机 交换机 用户线 用户线 中继线 中继线 B D C A 思考电路交换的特点 交换节点即交换机应具备什么样的功能 交换节点是如何实现接续的 电路交换必定是面向连接的。 电路交换的三个阶段 建立连接 通信始终占据线路资源 释放连接 计算机数据具有突发性。 这导致通信线路的利用率很低。 交换节点可控制的接续类型 本局接续、出局接续、入局接续、转接接续 能按目的地址正确地进行选路以及在中继线上转发信号 能控制连接的建立与拆除 交换节点必须具备的基本功能 能正确接收和分析从用户线或中继线发来的呼叫信号、地址信号 人工交换阶段 磁石式电话机 共电式电话机 早期的人工交换 电子式自动交换阶段 机电式自动交换阶段 程控交换机阶段 步进制交换机: 原理由用户拨出的电话号码直接控制步进继电器选线接通线路。 缺点步进继电器动作噪声大到机房维护人员难以承受。 纵横制交换机 原理改进了步进继电器由用户拨号直接控制改为间接控制接线器动作噪声小。 半电子交换机话路部分采用机械接点控制部分采用电子器件。 全电子交换机话路部分和控制部分均采用电子器件。 模拟程控交换机1965年5月美国开通了第一个程控交换机。 数字程控交换机1970年法国开通了第一个数字程控交换机。 在这里“交换”switching的含义是 转接——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“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。 在 20 世纪 40 年代电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换message switching。 长途报文需要经过报文交换中心转发。在报文交换中心一份份电报被接受下来并被穿成纸带操作员以每份报文为单位撕下纸带根据报文的目的地址拿到相应的发报机转发出去。这是人工报文交换后来也有自动报文交换。 报文交换的时延较长从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了。 ?报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路不存在连接建立时延用户可随时发送报文。 ?通信双方不是固定占有一条通信线路而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通路因而大大提高了通信线路的利用率。 ?由于采用存储转发的传输方式使之具有下列优点a.在报文交换中便于设置代码检验和数据重发设施加之交换结点还具有路径选择就可以做到某条传输路径发生故障时重新选择另一条路径传输数据提高了传输的可靠性b.在存储转发中容易实现代码转换和速率匹配甚至收发双方可以不同时处于可用状态。这样就便于类型、规格和速度不同的计算机之间进行通信c.提供多目标服务即一个报文可以同时发送到多个目的地址这在电路交换中是很难实现的d.允许建立数据传输的优先级使优先级高的报文优先转换。 ?由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程从而引起转发时延包括接收报文、检验正确性、排队、发送时间等而且网络的通信量愈大造成的时延就愈大因此报文交换的实时性差不适合传送实时或交互式业务的数据。 ?报文交换只适用于数字信号。 ?由于报文长度没有限制而每个中间结点都 要完整地接收传来的整个报文当输出线路不空闲时还可能要存储几个完整报文等待转发网络中每个结点有较大的缓冲区。为了降低成本减少结点的缓冲存储器的容量有时要把等待转发的报文存在磁盘上进一步增加了传送时延。 是 20 世纪 60 年代美苏冷战时期的产物。 60 年代初美国国防部领导的远景研究规划局ARPA Advanced Research Project Agency 提出要研制一种生存性survivability很强的网络。 传统的电路交换circuit switching的电信网有一个缺点正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁则整个通信电路就要中断。 如要改用其他迂回电路必须重新拨号建立连接。这将要延误一些时间。 分组交换网络的产生背景 网络用于计算机之间的数据传送而不是为了打电话。 网络能够连接不同类型的计算机不局限于单一类型的计算机。 所有的网络结点都同等重要因而大大提高网络的生存性。 计算机在进行通信时必须有冗余的路由。 网络的结构应当尽可能地简单同时还能够非常可靠地传送数据。 “结点”的英文名词是 node。 虽然 node 有时也可译为“节点”但这是指像天线上的驻波的节点这种节点很像竹竿上的“节”。 在网络中的 node 的 ”而不是“节点”。 报文 在发送端先把较长的报文划分成较短的、固定译名是“结点 长度的数据段。 1101000110101010110101011100010011010010 假定这个报文较长 不便于传输 数 据 数 据 数 据 报文 每一个数据段前面添加上首部构成分组。 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” 分组交换网以“分组”作为数据传输单元。 依次把各分组发送到接收端假定接收端在左边。 数 据 首 1 数 据 首部 分组 2 数 据 首部 分组 3 每一个分组的首部都含有地址部 分组 等控制信息。 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息把分组转发到下一个结点交换机。 用这样的存储转发方式最后分组就能到达最终目的地。 接收端收到分组后剥去首部还原成报文。 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 最后在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。 这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错在转发时也没有被丢弃。 报文 1101000110101010110101011100010011010010 高效 动态分配传输带宽对通信链路是逐段占用。 灵活 以分组为传送单位和查找路由。 迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组充分使用链路的带宽。 可靠 完善的网络自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。 分组在各结点存储转发时需要排队这就会造成一定的时延。 分组必须携带的首部里面有必不可少的控制信息也造成了一定的开销。 数据报面向无连接的数据传输工作过程类似于报文交换。采用数据报方式传输时被传输的分组称为数据报。 虚电路是面向连接的数据传输工作过程类似于电路交换不同之处在于此时的电路是虚拟的。 虚电路服务的思路来源于传统的电信网。 电信网负责保证可靠通信的一切因此电信网的结点交换机复杂而昂贵。 数据报服务力求使网络生存性好和使对网络的控制功能分散因而只能要求网络提供尽最大努力的服务。 可靠通信由用户终端中的软件即TCP来保证。 对比的方面 虚电路服务 数据报服务 连接的建立 必须有 不要 路由选择 在虚电路建立时进行所有分组均按同一路由 每个分组独立选择路由 当路由器出故障时 所有通过出故障的路由器的虚电路均不能工作 出故障的路由器可能会丢失分组一些路由可能发生变化 分组的顺序 总是按照发送顺序到达目的站 到达目的站时不一定按发送顺序 对比的方面 电路交换 报文交换 分组交换 是否需要建立连接 只在需要的时?蚪 ?换链路 不需要 不一定可随时直传但传输数据的链路是共享的 路由选择 不需要 需要 不一定 是否分组 不 不 需要 是否存储转发 不 需要 需要 实现或技术 PSTN、ISDN X.25、ATM、帧中继 报 文 报 文 报 文 A B C D A B C D A B C D 报文交换 电路交换 分组交换 t 连接建立 数据传送 报文 连接释放 CTM-Circuit Transfer Mode PTM-Packet Transfer Mode ATM-Asynchronous Transfer Mode IP交换 多速率电路交换 快速电路交换 ATM交换 帧中继 报文交换 电路交换 分组交换 光交换 PTM CTM 1、数据通信一定是分组交换 2、分组交换比电路交换通信质量高 3、数据通信必须是数字信号 H1 A 分组交换网 B D E C H5 H6 H4 H2 H3 H1 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 分组交换网的示意图 H1 A 分组交换网 B D E C H5 H6 H4 H2 H3 H1 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 H5 思考分组交换网可能会存在的问题 A B C D E H1 H5 H2 H4 H3 H6 高速链路 结点 交换机 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 在结点交换机中的输入和输出端口之间没有直接连线。 结点交换机处理分组的过程是 把收到的分组先放入缓存暂时存储 查找转发表找出到某个目的地址应从哪个端口转发 把分组送到适当的端口转发出去。 主机是为用户进行信息处理的并向网络发送分组从网络接收分组。 结点交换机对分组进行存储转发最后把分组交付给目的主机。 转发是当交换结点收到分组后根据其目的地址查找转发表forwarding table并找出应从结点的哪一个接口将该分组发送出去。 路由选择是构造路由表routing table的过程。 路由表是根据一定的路由选择算法得到的而转发表又是根据路由表构造出的。 路由选择和转发 局域网采用了平面地址结构 flat 对局域网这种结构非常方便。 广域网中一般都采用层次地址结构addressing。 hierarchical addressing。 1. 层次结构的地址结构 用二进制数表示的主机地址划分为前后两部分。 所连接的交换机的编号 所连接的交换机端口的编号 计算机在广域网中的地址