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07计算机 网路 PPT 路由 交换.ppt

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07计算机 网路 PPT 路由 交换.ppt

1,数据交换技术,1. 数据交换的概念 数据交换是指在任意拓扑结构的通信网络中,通过网络节点的某种转换方式实现任意两个或多个系统之间的连接。 数据交换是多节点网络中实现数据传输的有效手段。,2,数据交换通过中间网络实现,这个中间网络只为数据从一个节点到另一个节点直至到达目的点提供交换的功能。这个中间网络也叫交换网络,组成交换网络的节点叫交换节点,一般的交换网络都是通信子网。 按交换原理区分,数据交换有线路交换、存储交换和混合交换。 而具体实现的交换技术有线路交换、报文交换、报文分组交换、ATM交换、帧中继交换等。,3,2. 线路交换,线路交换是数据通信领域最早使用的交换方式,多用于电话网络交换。线路交换就是要通过中间交换节点在两个站点之间建立一条专用的通信线路。 利用线路交换进行通信包括建立线路、传输数据和拆除线路三个阶段。,4,建立线路源点向网络发送带目的点地址的请求连接信号。该信号先到达连接源点的第一个交换节点,该节点根据请求中的目的点地址,按一定的规则将请求传送到下一个节点;依此类推,直到目的点。目的点接到请求信号后,若同意通信,从刚才的来路返回一个应答信号,此时,源木节点之间的线路即已建成。,5,传输数据源点在已建立的线路上发送数据和控制信息,直至全部发送完毕。 拆除线路源点数据发送完毕,且目的点也正确接收完毕,就可由某一点提出拆线请求,拆除原来建立的线路。,6,7,线路交换方式的特点用户就可以固定的速率传输数据,中间节点也不对数据进行其他缓冲和处理,数据不丢失、不乱序,传输可靠,传输实时性好,透明性好。但该方式线路建立时间延迟较大,传输效率较低;线路建立后即为专用线路,线路利用率低;不具备数据存储和差错控制能力。,8,3. 存储交换,存储交换的过程原理是交换节点将输入的信息先在存储区暂存,并对存储的信息进行处理,待指定输出线空闲时,再分别将信息转发出去。交换设备可控制输入信息存入缓冲区等待出口的空闲,接通输出并传送信息。,9,10,存储交换方式具有均衡负荷、不需建立线路、线路利用率高、差错控制、速率匹配、灵活性好等优点。但其实时性不好,网络传输延迟大。适用于对一些实时性要求不高如计算机数据处理的场合。,11,4. 混合交换,近几年出现了综合线路交换和分组交换的高速交换方式,也叫混合交换。 混合交换采用动态时分复用技术,将一部分带宽分配给线路交换用,而将另一部分带宽分配给分组交换用。这两种交换所占的带宽比例也是动态可调的,以便使这两种交换都能得到充分利用,提供多媒体传输服务。,12,典型的ATM异步传输模式交换、DQDB分布式队列双总线交换等均属混合交换,帧中继FR交换也是近年来发展起来的高速交换技术。,13,5. 报文交换,报文交换过程发方把待传送的正文信息再加上相应的控制信息形成一份份报文;再以报文为单位送到各节点;交换节点在接收报文后进行缓存和必要的处理;待指定输出端线路和下一节点空闲时,再将报文转发出去,直到目的节点;目的节点将收到的各份报文中的正文信息交付给收端DTE。,14,报文交换方式是以报文为单位交换信息。每个报文包括三部分报头、报文正文和报尾。报头通常由报文编号、发送端地址、接收端地址及报文起始、数据起始和结束标志等控制信息组成。报尾通常包括差错控制信息等。,15,6. 报文分组交换,报文分组交换简称分组交换包交换。报文分组交换方式是把信息正文再分成若干个正文组,每个组再加上相应的头部和尾部控制信息,就形成了报文分组,在线路和节点上是以报文分组为单位进行存储、处理和转发的。,16,在原理上,分组交换技术类似于报文交换,只是它们的数据单位不同。报文分组交换中规定了分组的长度。通常分组的长度小于报文交换中报文的长度。如果站点的信息超过限定的分组长度,该信息必须被分为若干个分组。,17,与报文交换相比,报文分组交换有如下特点 ① 利用节点主存进行存储转发,不需访问外存,处理速度加快,降低了传输延迟; ② 较短的信息分组,其下一节点和线路的响应时间也较短,可提高传输速率; ③ 短信息传输中出错的概率小,即使有差错重发的也只是一个分组,提高了传输效率;,18,④ 分组交换的数据报形式可使多个分组在网络的不同链路上并发传送,提高传输效率和线路利用率; ⑤ 可大大降低对节点存储容量的要求。 ⑥ 分组交换要进行组包、拆包和重装过程,增加了报文的加工处理时间。,19,报文分组交换技术是由数据报分组和虚电路分组两种传输方式实现的。 数据报传输是一种面向无连接的传输方式; 虚电路传输是一种面向连接的传输方式。,20,1 数据报分组交换 数据报传输类似于邮政系统的信件投递。每个分组都携带完整的源、目的节点的地址信息,独立地传输。每经过一个中间节点时,都要根据目标地址、网络流量及故障等网络当时的状态,按一定路由选择算法选择一条最佳的输出线,直至传输到目的节点。,21,通信子网的每一个节点都保存一张根据路由选择算法编制的路由表。该表显示进入该节点的分组要到某个目的节点时,它应从该节点的哪根输出线输出。当分组到达该节点后,网络软件便以分组上的目标地址为关键字,查找路由表,决定分组转发的输出线,并将分组从该输出线转发到下一个节点。,22,23,数据报服务不需要建立连接,目的节点在收到分组后也不需要发送确认信息,是一种开销较小的通信方式。由于每个分组都携带源、目的节点地址,降低了通信效率。而分组独立传输的结果,可能各自通过不同的路径到达目标,不能保证按发送顺序交付,也不能保证不丢失、不重复,这就需要在目的节点开辟一个缓冲区,缓存所收到的分组,然后按发送顺序重装后交付给目的主机,由主机承担端到端的差错控制。,24,但数据报传输具有较好的灵活性和均衡性。在传输过程中,若某个节点或链路发生故障,数据报分组可以绕开故障,另选择其他路径传输;当网络中发生拥挤时,数据报传输可以为单个分组选择流量较小的路径,这样既平衡了网络中的流量,又可以使分组得以迅速传输。,25,2 虚电路分组交换 虚电路传输是一种面向连接的交换服务。它将电路交换和数据报交换结合起来。在发送分组前,要先建立逻辑连接虚电路。但与电路交换不同处一是虚电路交换建立的不是专用线路而是一个逻辑通路,其他分组仍可使用该通路上的各段链路;二是分组在各节点仍要存储转发,但不必做路由选择。,26,虚电路的建立首先由源端节点将报文划分为分组,并给每个分组一个分组序号。然后源端节点向目的端节点发送一个特殊分组--呼叫分组。呼叫分组中有源节点地址和目的节点地址信息。该呼叫分组到中间交换节点后,就象数据报分组交换中的分组一样,被一站一站地传输向目的节点。,27,不同的是该分组每经过一个中间节点,除了要查找到达目的端节点的路由外,还要向该中间节点申请一些资源,如预留分组缓冲区。更重要的是要在中间节点的虚电路表中记下自己来自哪个节点,下一站是哪个节点。这样,当呼叫分组最后到达目的节点时,就在它经过的路由上每个中间节点的虚电路表中记录下一条到达目的节点的路由。,28,当目的端节点收到呼叫分组后,如果它已经做好了通信准备,就向源端节点发出一个响应分组。该响应分组沿呼叫分组传送的路由被传送的源端节点。源端节点收到响应分组后,即得知目的节点已经做好接收准备,可以与自己通信了。这样,源端节点和目的节点之间的连接虚电路即建立起来了。,29,需要强调的是每个节点到其他节点可能有若干条虚电路,以支持不同的端系统间的数据传输;两个端系统间也可以有多条虚电路为不同的进程服务,这些虚电路的实际路径可能相同,也可能不同。即每个节点都可以和其他多个节点建立虚电路。这些虚电路是靠虚电路序号区分的。,30,若有两个虚电路经过某节点,当某分组到达时,节点可利用分组所携带的虚电路号判断该分组属于哪条虚电路。虚电路号是动态的,同一条虚电路在不同节点的虚电路序号可能相同,也可能不同。虚电路序号是在虚电路呼叫建立时确定的。该序号的赋予是遵循最小序号原则的。当虚电路建立后,各节点的虚电路号也确定了。,31,数据传输虚电路一旦建立,所有待发的数据分组均可沿着事先建立好的这条虚电路一个一个地被传输到目的端节点。当然,目的端节点也可以沿着该虚电路将自己的分组传送到源端节点。这样,当一个分组沿一条虚电路传输时,分组不需要加上目的点全称地址,只要带虚电路号就可以。可见,沿虚电路传输数据分组的额外开销小。,32,虚电路的拆除当数据分组传输结束后,源端节点或目的端节点都可发出拆除连接的分组给对方,对方送回一个拆除确认分组。至此,该虚电路就被拆除了,即从节点路由表中删除了有关信息,占用的节点资源同时被释放。,33,例由5个中间节点组成的分组交换网如图,如果网中有4条虚电路在工作,4条虚电路建立的顺序和经过的节点如下 第1条H1→A→B→D→H4经由节点A、B、D 第2条H1→A→C→D→H4 经由节点A、C、D 第3条H2→B→C→D→H4 经由节点B、C、D 第4条H1→A→B→C→D→H4 经由节点A、B、C、D,34,根据以上条件和要求,可在网络的各节点内分别建立一张路由表。传输是从每个虚电路的头出发,沿箭头方向前进,如图下所示。,35,数据报和虚电路的比较,虚电路服务是面向连接的,网络能够保证数据分组按序交付给收端,且不丢失、不重复,因此,虚电路提供的是面向连接的、可靠的端到端数据传输。此时,相应的差错控制和流量控制功能由通信子网实现。,36,数据报服务是面向无连接的,分组不能按序交付,传输中分组可能丢失和重复,因此,数据报提供的是面向无连接的、不可靠的数据传输。此时,通信子网无法实现相应的差错控制和流量控制功能,这些功能要由端系统实现,37,因此,虚电路能够提供比数据报更高质量的服务。 虚电路服务适用于通信信息量大、速率要求高、传输可靠性要求高的场合;数据报服务的灵活性好,适用于传输可靠性要求不高、通信子网负载不均衡、需要选择最佳路径的场合。,38,几种交换方式的比较各种交换在数据传输阶段均有传输时延和传播时延。 电路交换时建立线路时有传输时延、传播时延和节点时延,但在数据传输阶段就不存在节点时延; 报文交换时节点时延较大; 数据报分组交换时,节点时延明显减少; 虚电路交换时,建立虚电路有传输时延、传播时延和节点时延,在数据传输阶段也存在节点时延。,39,40,41,2.4 差错控制,1. 差错及差错控制概念 差错就是在通信接收端收到的数据与发送端实际发出的数据不一致的现象。 差错产生的原因信道频率特性不理想形成的码间串扰--乘性干扰和系统中各种噪声引起的误码--加性干扰。,42,为了保证通信系统的传输质量,降低误码率,要采取差错控制措施。 差错控制为防止由于各种因素引起的信息传输错误或将错误限制在所允许的范围内而采取的措施。 噪声有两大类随机噪声和冲击噪声。随机噪声引起随机差错;冲击噪声引起突发差错,43,随机噪声是通信信道上固有的、持续存在的噪声,如线路本身电气特性随机产生的信号幅度、频率、相位的畸变和衰减,电气信号在线路上产生反射造成的回音效应,相邻线路之间的串扰等。 冲击噪声是由外界某种原因突发产生的噪声,如大气中的闪电、电源开关的跳火、外界强电磁干扰、电源的波动等。,44,2. 差错控制方法 1 检错重发方法,45,2 前向纠错方法,46,3 反馈检错方法接收端将收到的信息码原封不动地发回发送端,与发送端中的原发信息码相比较,如果有不一致,发送端重发。 4 混合纠错方法将反馈重发检错和前向纠错两种方法结合结合在一起可进行混合纠错。,47,几种差错控制方法的特点,ARQ方法容易实现,设备简单,但要有反馈信道,信道质量差时反馈次数增多,影响传输效率和信息的连续性。 FEC方法优点是发送时不需存储,不要反馈信道,缺点是译码设备复杂,纠错码与信道干扰情况相关。,48,混合纠错方法介于ARQ和FEC之间。 反馈检错方法方法、原理和设备均简单,但要有双向信道,且每个信息码均要至少发送两次,传输效率低。 实际中使用最多的还是ARQ方法。,

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