分组交换与分组交换网课件.ppt
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- 分组 交换 课件
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1、第六章 分组交换与分组交换网 交换分为电路交换交换分为电路交换(CS)和分组交换和分组交换(PS)。这两种交换的机制存在本质的区别。理论与实这两种交换的机制存在本质的区别。理论与实际均已表明,按照电话业务的特征设计的电路际均已表明,按照电话业务的特征设计的电路交换不适合于计算机数据通信,而分组交换则交换不适合于计算机数据通信,而分组交换则是根据数据业务的特征设计的交换技术。是根据数据业务的特征设计的交换技术。6.1 分组交换技术与分组交换网分组交换技术与分组交换网 分组交换也称为包交换。将要传送的数据按一定的长度分成多个数据段,这些数据段称为“分组”,发送端把这些“分组”分别发送出去。到达目的
2、地,目的交换机将一个个“分组”按顺序装好,还原成原文件发送给收端用户,这一过程称为分组交换。进行分组交换的通信网称为分组交换网。6.2.1 分组传送方式(资源共享方式)分组传送方式(资源共享方式)6.2 分组交换的基本原理分组交换的基本原理 现代的电路交换是建立在同步时分复用技术基础上的数字交换,又称为同步时分交换,它是通过时隙在TDM帧内的位置来区分不同的信息通路(话路)。异步时分复用又称为统计时分复用,它也分时隙,但它是通过时隙的标头信息来区分不同的信息通路。异步时分复用与同步时分复用的比较如图所示。异步时分复用又称为分组复用,它能充分利用空闲时隙来传送数据。6.2.2 分组的形成分组的形
3、成n来自数据终端的用户数据可能是很长的报文,我们需要来自数据终端的用户数据可能是很长的报文,我们需要将该报文拆分成若干段,并加上分组头,组成一个完整将该报文拆分成若干段,并加上分组头,组成一个完整的分组(的分组(packetpacket),如图),如图6.26.2所示。所示。图图6.2 分组的形成分组的形成 分组头中主要包含逻辑信道号,分组的序号和控制信息等。分组头中主要包含逻辑信道号,分组的序号和控制信息等。同一个物理信道上面可以同时传送属于多个不同用户的分组,同一个物理信道上面可以同时传送属于多个不同用户的分组,好像这些用户分别占用了不同的子信道进行数据的传输,即一好像这些用户分别占用了不
4、同的子信道进行数据的传输,即一个通信的分组构成了一个子信道,当然这些子信道是逻辑的,个通信的分组构成了一个子信道,当然这些子信道是逻辑的,称为逻辑信道,使用逻辑信道号(称为逻辑信道,使用逻辑信道号(LCNLCN)来标志每一个逻辑子)来标志每一个逻辑子信道,进而区别出分组是属于哪个通信的。分组的序号是该分信道,进而区别出分组是属于哪个通信的。分组的序号是该分组在数据报文中的位置,方便接收端能够准确还原。组在数据报文中的位置,方便接收端能够准确还原。分组包含两大类:数据分组和控制分组。因此为了区分,分组包含两大类:数据分组和控制分组。因此为了区分,分组头中还应包含分组的类型。分组头中还应包含分组的
5、类型。采用分组交换技术的通信网或通信子网称为分组交换网(如下图)。分组交换网由交换结点和链路组成,链路的传输采用分组复用,而结点的交换采用分组交换.10 结点交换机处理分组的过程是:将收到的分组先放入缓冲区,再查找路由表,然后确定将该分组交给某个端口转发出去。一个分组交换网可以容许很多主机同时进行通信,而一个主机中的多个进程也可以各自和不同主机中的不同进程进行通信。采用存储转发的分组交换,实质上是采用了在数据通信的过程中断续(或动态)分配传输带宽的策略,这对传送突发式的计算机数据非常合适,使得通信线路的利用率大大提高了。分组交换网常采用网状拓扑结构,当发生网络拥塞或少数结点、链路出现故障时,可
6、灵活地改变路由而不致引起通信的中断或全网的瘫痪。交换机处理分组的过程交换机处理分组的过程6.2.3 分组交换分组交换 一个分组从发送终端传送到接收终端,必须沿一一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?网络的呢?目前有两种方法实现:目前有两种方法实现:1.1.数据报(数据报(DatagramDatagram)2.2.虚电路(虚电路(Virtual CircuitVirtual Circuit)数据报(数据报(Datagram)在数据报方式中,分组被独立的对待,每一个分组都在数据报方式中,分组被独立
7、的对待,每一个分组都包含终点地址信息,彼此之间相互独立的寻找路径,同一包含终点地址信息,彼此之间相互独立的寻找路径,同一份报文的不同分组可能沿着不同的路径到达终点。在这种份报文的不同分组可能沿着不同的路径到达终点。在这种技术中,一个被独立对待的分组就称为一个数据报技术中,一个被独立对待的分组就称为一个数据报 。虚电路(虚电路(Virtual Circuit)虚电路方式就是指通信终端在收发数据之前,先在虚电路方式就是指通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,用户数据按照网络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。虚电路指的是一条逻辑连顺
8、序沿着该逻辑连接到达终点。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。被多条虚电路使用。分组交换网提供的虚电路交换方式有两种:分组交换网提供的虚电路交换方式有两种:(1 1)交换虚电路()交换虚电路(SVCSVC:Switch Virtual CircuitSwitch Virtual Circuit),),又称为虚呼叫。又称为虚呼叫。(2 2)永久虚电路()永久虚电路(PVCPVC:Permanent Virtual CircuitPermanent Virtual Circuit)。)。交换虚电
9、路是指虚电路只在通信过程中存在,需交换虚电路是指虚电路只在通信过程中存在,需要在数据传送之前建立逻辑连接,结束后释放。要在数据传送之前建立逻辑连接,结束后释放。永久虚电路是指在两个用户之间存在一条永久的永久虚电路是指在两个用户之间存在一条永久的虚连接(用户向网络提供商事先预约),无论是否通虚连接(用户向网络提供商事先预约),无论是否通信,这条虚连接始终存在。信,这条虚连接始终存在。虚电路方式特点:虚电路方式特点:(1)面向连接的工作方式;()面向连接的工作方式;(2)分组按序传送)分组按序传送(3)分组头简单;()分组头简单;(4)对故障敏感)对故障敏感 数据报方式特点:数据报方式特点:(1)
10、无连接的工作方式;()无连接的工作方式;(2)存在分组失序现象)存在分组失序现象(3)分组头复杂;()分组头复杂;(4)对网络故障适应性较强)对网络故障适应性较强数据报和虚电路的对比数据报和虚电路的对比(1 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,那么采少量的分组,那么采 用数据报方式的传输效率会高。用数据报方式的传输效率会高。(2 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
11、此在网络终点必须对分组重新排序。而对于虚终点,因此在网络终点必须对分组重新排序。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。络终点不需要对分组重新排序。(3 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延较大。而虚电路一找路径,所以单个数据分组传输的时延较大。而虚电路一旦建立,单个数据分组的传输时延则会小得多。旦建立,单个数据分组的传输时延则会小得多。(4 4)数据报方式对网络的适应能力较强。)数据报方式对网络的适应能力较强
12、。电路交换与分组交换的比较:从接续时间,传输延时电路交换与分组交换的比较:从接续时间,传输延时时间,传输可靠性,传输效率,传输带宽,等方面,时间,传输可靠性,传输效率,传输带宽,等方面,见课本见课本P163P1636.2.4 路由选择路由选择 分组交换网的主要功能就是接受来自源站点的分组,分组交换网的主要功能就是接受来自源站点的分组,并将它们传送到目的站点。因为通常在网络中存在多条从并将它们传送到目的站点。因为通常在网络中存在多条从源站点到目的站点的路径也就是路由,所以为了完成分组源站点到目的站点的路径也就是路由,所以为了完成分组传送这个任务,必须选择其中的一条路径,这就是路由选传送这个任务,
13、必须选择其中的一条路径,这就是路由选择功能择功能 .几种常见的路由选择策略:固定路由选择(根据路由表固定路径见固定路由选择(根据路由表固定路径见p164p164)洪泛法路由选择(向所有节点广播,只保留最先到达的)洪泛法路由选择(向所有节点广播,只保留最先到达的)随机路由选择(随机选择)随机路由选择(随机选择)自适应路由选择(根据网络拥塞和故障,自适应选择)自适应路由选择(根据网络拥塞和故障,自适应选择)22路路 由由 表表23路由表的简化路由表的简化 为了消除路由表中的重复项目,可以用一个默认路由为了消除路由表中的重复项目,可以用一个默认路由(符号符号“*”)”)代替所有具有相同代替所有具有相
14、同“下一站下一站”的项目。默认路由比其它的项目。默认路由比其它项目的优先级低。下图为使用了默认路由的简化路由表,只有项目的优先级低。下图为使用了默认路由的简化路由表,只有超过一个以上的目的结点有相同的下一结点时才使用默认路由超过一个以上的目的结点有相同的下一结点时才使用默认路由。目前广域分组交换网大都采用路由表法实现分组的转发,目前广域分组交换网大都采用路由表法实现分组的转发,同时也可以支持标头指示法,下面集中讨论得到最广泛应用的同时也可以支持标头指示法,下面集中讨论得到最广泛应用的路由表法。路由表法。6.2.5 流量控制流量控制 分组交换网中分组交换网中各个节点交换机的处理能力各个节点交换机
15、的处理能力和和各条线路的传输容量各条线路的传输容量是一定的,但是用户终端发送分组的时间和数量具有随机性。如果不是一定的,但是用户终端发送分组的时间和数量具有随机性。如果不对数据流进行控制,有可能造成网内数据流分布不均匀,部分节点和对数据流进行控制,有可能造成网内数据流分布不均匀,部分节点和线路上的数据流超过其处理能力或传输容量,造成网络的阻塞。严重线路上的数据流超过其处理能力或传输容量,造成网络的阻塞。严重时,分组在网络中无法传送,不断被丢弃,源节点无法发送新的数据,时,分组在网络中无法传送,不断被丢弃,源节点无法发送新的数据,目的节点也收不到分组,造成死锁。目的节点也收不到分组,造成死锁。流
16、量控制机制:流量控制机制:一般来说,流量控制可以分成以下几个级别来进行:一般来说,流量控制可以分成以下几个级别来进行:(1 1)相邻的节点之间点到点的流量控制)相邻的节点之间点到点的流量控制 (2 2)用户终端和网络节点之间点到点的流量控制)用户终端和网络节点之间点到点的流量控制 (3 3)网络的源节点和终点节点之间端到端的流量控制)网络的源节点和终点节点之间端到端的流量控制 (4 4)源用户终端和终点终端之间端到端的流量控制)源用户终端和终点终端之间端到端的流量控制流量控制的方法 n证实法(通过发送一个分组或一组分组后等待接收方证实来进行流量控制)n预约法(向接收端预约缓冲存储区,避免死锁,
17、数据报方式常用)n许可证法(在网络内设置一些许可证,状态为空闲或满载,分组需要等待一个空闲的许可证才可发送,到达目的地将分组卸下,许可证变为空闲)6.3 分组交换协议分组交换协议X.25协议协议6.3.1 分组交换协议的结构分组交换协议的结构 分组交换协议是在分组交换过程中数据终端设备分组交换协议是在分组交换过程中数据终端设备(DTEDTE)与分组交换网以及分组交换网内各节点之间关于)与分组交换网以及分组交换网内各节点之间关于信息传输过程,信息格式和内容的约定。分组交换协议可信息传输过程,信息格式和内容的约定。分组交换协议可分为接口协议和网内协议。分为接口协议和网内协议。接口协议是指接口协议是
18、指DTEDTE和与它相连的网络设备之间的通信和与它相连的网络设备之间的通信协议。即协议。即UNIUNI协议。协议。网内协议是指网络内部各交换机之间的通信协议。即网内协议是指网络内部各交换机之间的通信协议。即NNINNI协议。协议。X.25X.25协议是数据终端设备(协议是数据终端设备(DTEDTE)和数据电路端接设备)和数据电路端接设备(DCEDCE)之间的接口规程。它最初于)之间的接口规程。它最初于19761976年颁布,又进行了多年颁布,又进行了多次修改。是目前使用最广泛的分组交换协议。次修改。是目前使用最广泛的分组交换协议。X.25X.25协议定义了帧(协议定义了帧(FrameFrame
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