《现代通信网及其关键技术》第三章1课件.ppt
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- 现代通信网及其关键技术 现代 通信网 及其 关键技术 第三 课件
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1、第三章第三章 分组交换与帧中继技术分组交换与帧中继技术n1.分组交换的优点分组交换的优点n 分组交换的设计初衷是为了进行计算机之间的资源共享,其设计思路截然不同于电路交换。与电路交换相比,分组交换的优点可以归纳如下:n (1)线路利用率较高。分组交换在线路上采用动态统计时分复用的技术传送各个分组,因此提高了传输介质(包括用户线和中继线)的利用率。每个分组都有控制信息,使终端和交换机之间的用户线上或者交换机之间的中继线上,均可同时有多个不同用户终端按需进行资源共享。(2)异种终端通信。由于采用存储转发方式,不需要建立端到端的物理连接,因此不必像电路交换中那样,通信双方的终端必须具有同样的速率和控
2、制规程。分组交换中可以实现不同类型的数据终端设备(不同的传输速率、不同的代码、不同的通信控制规程等)之间的通信。(3)数据传输质量好、可靠性高。每个分组在网络内的中继线和用户线上传输时,可以逐段独立地进行差错控制和流量控制,因而网内全程的误码率在10-11以下,提高了传送质量且可靠性较高。分组交换网内还具有路由选择、拥塞控制等功能,当网内线路或设备产生故障后,分组交换网可自动为分组选择一条迂回路由,避开故障点,不会引起通信中断。(4)负荷控制。分组交换网中进行了逐段的流量控制,因此可以及时发现网络有无过负荷。当网络中的通信量非常大时,网络将拒绝接受更多的连接请求,以使网络负荷逐渐减轻。(5)经
3、济性好。分组交换网是以分组为单元在交换机内进行存储和处理的,因而有利于降低网内设备的费用,提高交换机的处理能力。此外,分组交换方式可准确地计算用户的通信量,因此通信费用可按通信量和时长相结合的方法计算,而与通信距离无关。由于分组交换技术在降低通信成本,提高通信可靠性等方面取得了巨大成功,因此20世纪70年代中期以后的数据通信网几乎都采用了这一技术。30多年来,分组交换技术得到了较大的发展。2分组交换的缺点分组交换的缺点 上面介绍了分组交换的诸多优点,但任何技术在具有优点的同时都不可避免地具有一些缺点,分组交换也不例外。它的这些优点都是有代价的。(1)信息传送时延大。由于采用存储转发方式处理分组
4、,分组在每个节点机内都要经历存储、排队、转发的过程,因此分组穿过网络的平均时延可达几百毫秒。目前各公用分组交换网的平均时延一般都在数百毫秒,而且各个分组的时延具有离散性。(2)用户的信息被分成了多个分组,每个分组附加的分组头都需要交换机进行分析处理,从而增加了开销,因此,分组交换适宜于计算机通信等突发性或断续性业务的需求,而不适合于在实时性要求高、信息量大的环境中应用。n(3)分组交换技术的协议和控制比较复杂,如我们前面提到的逐段链路的流量控制,差错控制,还有代码、速率的变换方法和接口,网络的管理和控制的智能化等。这些复杂的协议使得分组交换具有很高的可靠性,但是它同时也加重了分组交换机处理的负
5、担,使分组交换机的分组吞吐能力和中继线速率的进一步提高受到了限制。n分组交换数据网是由分组交换机、分组交换数据网是由分组交换机、网路管理中心、网路管理中心、远程集中器、远程集中器、分组装拆设备、分组装拆设备、传输设备传输设备 组成。组成。3.1 分组交换网络结构分组交换网络结构实现实现n数据终端与交换机之间的接口协议数据终端与交换机之间的接口协议(X25),),交换机交换机之间的信令协议(如之间的信令协议(如X75或内部协议),或内部协议),n并以分组方式的存储转发、并以分组方式的存储转发、n提供分组网服务的支持,提供分组网服务的支持,n与网路管理中心协同完成路由选择、与网路管理中心协同完成路
6、由选择、n监测、计费、控制等功能。监测、计费、控制等功能。可分为转接交换机和本地交换机两种;可分为转接交换机和本地交换机两种;(1)分组交换机分组交换机n网络配置管理与用户管理,日常运行数据的收网络配置管理与用户管理,日常运行数据的收集与统计。集与统计。n路由选择管理,网路监测,故障告警与网路状路由选择管理,网路监测,故障告警与网路状态显示。态显示。n根据交换机提供的计费信息完成计费管理。根据交换机提供的计费信息完成计费管理。(2)网络管理中心(网络管理中心(NMC)(3)分组终端(分组终端(PT)n分组终端是具有分组终端是具有X.25协议接口,能直接接入分组协议接口,能直接接入分组交换数据网
7、的数据通信终端设备。交换数据网的数据通信终端设备。n它可通过一条物理线路与网络连接,并可建立多它可通过一条物理线路与网络连接,并可建立多条虚电路,同时与网上的多个用户进行对话。条虚电路,同时与网上的多个用户进行对话。n非分组终端非分组终端是执行非是执行非X.25协议的终端和无规程的协议的终端和无规程的终端,非分组终端需经过分组装拆设备终端,非分组终端需经过分组装拆设备PAD,才,才能连到交换机端口。能连到交换机端口。通过分组交换网络,分组终端之间,非分组终端通过分组交换网络,分组终端之间,非分组终端之间,分组终端与非分组终端之间都能互相通信。之间,分组终端与非分组终端之间都能互相通信。(4)非
8、分组终端非分组终端(NPT)(5)分组装拆设备(分组装拆设备(PAD)主要功能是把普通字符终端的主要功能是把普通字符终端的 非分组格式转换成非分组格式转换成分组格式,分组格式,并把各终端的数据流组成并把各终端的数据流组成分组分组,在集合信道上以,在集合信道上以分组交织分组交织 复用,复用,对方再将收到的分组格式作相反方向的转换。对方再将收到的分组格式作相反方向的转换。n允许分组终端和非分组终端接入,允许分组终端和非分组终端接入,n有规程变换功能,有规程变换功能,n可以把每个终端集中起来接入至分组交换机的中、高可以把每个终端集中起来接入至分组交换机的中、高速线路上交织复用。速线路上交织复用。(5
9、)远程集中器(远程集中器(RCU)n一个分组从发送终端传送到接收终端,必须沿一定的路径一个分组从发送终端传送到接收终端,必须沿一定的路径经过分组交换网络。那么分组是如何穿过网络的呢?经过分组交换网络。那么分组是如何穿过网络的呢?n目前有两种方法实现:数据报(目前有两种方法实现:数据报(Datagram)和虚电路)和虚电路(Virtual Circuit)。)。n数据报方式数据报方式 Internet 采用采用TCP/IP协议,按数据报方式工作。协议,按数据报方式工作。n虚电路方式虚电路方式 公共分组交换数据网(公共分组交换数据网(CHINAPAC)采用)采用X.25协议,按协议,按虚电路方式工
10、作。虚电路方式工作。3.2 分组交换的基本原理分组交换的基本原理3.2.1.数据报方式数据报方式n将每一个数据分组当作一份独立的报文一样看待将每一个数据分组当作一份独立的报文一样看待,n每一个数据分组都包含终点地址的信息每一个数据分组都包含终点地址的信息,分组交换分组交换机为每一个数据分组独立地寻找路径机为每一个数据分组独立地寻找路径,n因此一份报文包含的不同分组可能沿着不同的路径因此一份报文包含的不同分组可能沿着不同的路径到达终点到达终点,n在网络的终点需要进行重新排序。在网络的终点需要进行重新排序。n当端系统要发送一个报文时,当端系统要发送一个报文时,n将报文拆成若干个带有序号和地址信息的
11、数将报文拆成若干个带有序号和地址信息的数据报,依次发给网络节点。据报,依次发给网络节点。n此后,各个数据报所走的路径就可能不同了,此后,各个数据报所走的路径就可能不同了,n因为各个节点在随时根据网络的流量、故障因为各个节点在随时根据网络的流量、故障等情况选择路由。等情况选择路由。n由于各行其道,各数据报不能保证按顺序到由于各行其道,各数据报不能保证按顺序到达目的节点,有些数据报甚至还可能在途中达目的节点,有些数据报甚至还可能在途中丢失。丢失。n在整个数据报传送过程中,网络节点要为每在整个数据报传送过程中,网络节点要为每个数据报做路由选择。个数据报做路由选择。数据报方式示意图c b a节点机1节
12、点机2节点机4cba节点机3c b a终端A终端B 数据报的特点是:(1)用户的通信不需要有建立连接和清除连接的过程,可以直接传送每个分组,因此对于短报文通信效率比较高;(2)每个节点可以自由地选路,可以避开网中的拥塞部分,因此网络的健壮性较好。对于分组的传送比虚电路更为可靠,如果一个节点出现故障,分组可以通过其它路由传送。(3)数据报方式的缺点是:分组的到达不按顺序,在终点各分组需重新排队;并且每个分组的分组头要包含详细的目的地址,开销比较大。(4)数据报的使用场合:数据报适用于短报文的传送,如询问/响应型业务等。3.2.2 虚电路方式虚电路方式 两终端用户在相互传送数据之前要通过网络建立一
13、条端到两终端用户在相互传送数据之前要通过网络建立一条端到端的逻辑上的虚连接,称为虚电路。端的逻辑上的虚连接,称为虚电路。一旦这种虚电路建立以后,属于同一呼叫的数据均沿着这一虚一旦这种虚电路建立以后,属于同一呼叫的数据均沿着这一虚电路传送。当用户不再发送和接收数据时,清除该虚电路。电路传送。当用户不再发送和接收数据时,清除该虚电路。在这种方式中,用户的通信需要经历连接建立、数据传输、连在这种方式中,用户的通信需要经历连接建立、数据传输、连接拆除三个阶段,也就是说,它是面向连接的方式。接拆除三个阶段,也就是说,它是面向连接的方式。n虚电路方式就是指通信终端在收发数据之前,先在网络虚电路方式就是指通
14、信终端在收发数据之前,先在网络中建立一条逻辑连接,在通信过程中,用户数据按照顺中建立一条逻辑连接,在通信过程中,用户数据按照顺序沿着该逻辑连接到达终点。序沿着该逻辑连接到达终点。n注意虚电路指的是一条逻辑连接,而不是指一条专门的注意虚电路指的是一条逻辑连接,而不是指一条专门的物理通路。同一条线路可能同时被多条虚电路使用。物理通路。同一条线路可能同时被多条虚电路使用。n是指两个用户终端在开始互相发送和接收数据之前是指两个用户终端在开始互相发送和接收数据之前,n需要通过网络建立起逻辑上的连接需要通过网络建立起逻辑上的连接(并非存在一条物理的并非存在一条物理的链路链路),n一旦这种连接建立之后一旦这
15、种连接建立之后,通信终端间就在网络中保持一个通信终端间就在网络中保持一个已建立的数据通路已建立的数据通路,n用户发送的数据用户发送的数据(以分组为单位以分组为单位)将按顺序由这个逻辑上将按顺序由这个逻辑上的数据通路到达终点的数据通路到达终点.分组交换中的虚电路和电路交换中建立的电路不同。分组交换中的虚电路和电路交换中建立的电路不同。在分组交换中,以统计时分复用的方式在一条物理线路上可以同在分组交换中,以统计时分复用的方式在一条物理线路上可以同时建立多个虚电路,两个用户终端之间建立的是虚连接;时建立多个虚电路,两个用户终端之间建立的是虚连接;而电路交换中,是以同步时分方式进行复用的,两用户终端之
16、间而电路交换中,是以同步时分方式进行复用的,两用户终端之间建立的是实连接。建立的是实连接。在电路交换中,多个用户终端的信息在固定的时间段内向所复用在电路交换中,多个用户终端的信息在固定的时间段内向所复用的物理线路上发送信息,若某个时间段某终端无信息发送,其它的物理线路上发送信息,若某个时间段某终端无信息发送,其它终端也不能在分配给该用户终端的时间段内向线路上发送信息。终端也不能在分配给该用户终端的时间段内向线路上发送信息。而虚电路方式则不然,每个终端发送信息没有固定的时间,它们而虚电路方式则不然,每个终端发送信息没有固定的时间,它们的分组在节点机内部的相应端口进行排队,当某终端暂时无信息的分组
17、在节点机内部的相应端口进行排队,当某终端暂时无信息发送时,线路的全部带宽资源可以由其它用户共享。发送时,线路的全部带宽资源可以由其它用户共享。建立实连接时,不但确定了信息所走的路径,同时还为信息的传送预留了带宽资源;而在建立虚电路时,仅仅是确定了信息所走的端到端的路径,但并不一定要求预留带宽资源。我们之所以称这种连接为虚电路,正是因为每个连接只有在发送数据时才排队竞争占用带宽资源。数据报和虚电路的对比数据报和虚电路的对比 n(1)数据报省掉了呼叫的建立和清除过程,如果只传送)数据报省掉了呼叫的建立和清除过程,如果只传送少量的分组,那么采用数据报方式的传输效率会比较高。少量的分组,那么采用数据报
18、方式的传输效率会比较高。n(2)对于数据报方式,由于每个分组是各自独立在网络)对于数据报方式,由于每个分组是各自独立在网络中传输的,所以分组不一定按照发送时的顺序到达网络终中传输的,所以分组不一定按照发送时的顺序到达网络终点,因此在网络终点必须对分组重新排序。点,因此在网络终点必须对分组重新排序。n 而对于虚电路的方式,分组按已建立的路径顺序通过而对于虚电路的方式,分组按已建立的路径顺序通过网络,在网络终点不需要对分组重新排序。网络,在网络终点不需要对分组重新排序。n(3)在数据报方式下,由于每个数据分组都要独立的寻)在数据报方式下,由于每个数据分组都要独立的寻找路径,所以单个数据分组传输的时
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