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8 数据交换技术

8 数据交换技术. 电路交换 分组交换 帧中继 ATM 交换. 交换的概念. Switch. 星型网. 全连通网. 交换：在用户之间有目的地互相传递信息(话音、文本、数据或图像)。. Link. Switch. User n. User n -1. User 1. Control. 1. 1. 2. 2. Connection of inputs to outputs. 3. 3.   .   . N. N. 网络与交换机. ( a) Network. ( b) Switch.

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8 数据交换技术

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  1. 8数据交换技术 电路交换 分组交换 帧中继 ATM交换

  2. 交换的概念 Switch 星型网 全连通网 交换：在用户之间有目的地互相传递信息(话音、文本、数据或图像)。

  3. Link Switch User n User n-1 User 1 Control 1 1 2 2 Connection of inputs to outputs 3 3       N N 网络与交换机 (a) Network (b) Switch

  4. 电话的典型连接方式 交换网络 传输过程是：模拟话音 – PCM – PCM - 模拟话音

  5. Pedestal local telephone office Serving Area I/f distribution cable Distribution Frame Switch Serving Area I/f feeder cable 电话接入网

  6. 公用交换电话网(PSTN—Public Switched Tel.Net) • 分为三级：国际网、长途网和本地网 • 各级网络的网络结构

  7. 本地电话网的网络结构

  8. 电话网的编号计划 • （注意与后面的IP地址编号方式的比较） • 总长10位，不含长途字冠“0” • 编号规则：国际电话号码：国际字冠 + 国家代码 + 长途区号 + 本地编号 • 国内长途电话号码：国内长途字冠 + 长途区号 + 本地编号 • 例如：00 86 10 6891 1841 • 国际字冠 + 国家代码 + 长途区号 + 本地编号

  9. 数据交换技术的类型 • 按传送与交换的信号类型分类 • 模拟交换 • 数字交换 • 按信道占用方式分类 • 电路交换 • 分组交换 • 按存储转发的信息单位分类 • 报文交换 • 分组交换 • 按数据交换过程中对比特差错控制方式分类 • 快速分组交换： • 分组交换 • 按同步方式分类 • 同步交换 • 异步交换

  10. 交换方式 交换方式又称为传送模式(Transfer Mode) 。 电路 交换 多速率 电路 交换 快速 电路 交换 ATM 交换 快速 分组 交换 帧 交换 分组 交换 同步传送模式 分组传送模式

  11. 电路交换 电路交换的过程 电路交换的特点

  12. Source Signal Go Ahead Signal Message Release Signal Destination 电路交换的过程 • 三个阶段： 呼叫建立 信息传送 连接释放 类比：打电话的过程 电路交换是最早出现的一种交换方式，也是应用最广泛的一种。

  13. 电路交换的优缺点 • 优点 • 数据传输速度快，一旦线路接通，数据直通，传输延迟时间短。 • 数据按序传送，先发送的数据先被收到。 • 缺点 • 独占电路和一组用户设备，其他用户不能利用。 • 电路交换的呼叫建立过程所花时间太长。 • 由于计算机和各种终端的传输速率不一样，很难使这些不同速率的设备互相通信。 • 双方数据通路建立连接以后，一旦出现了故障，都必须重新建立连接。这对重要的与紧急的通信很不利。 • 综上所述，计算机的数据通信必须寻找其它的交换技术。

  14. 分组交换 分组交换原理 分组网拓扑结构和组成 数据报与虚电路 分组网中的路由技术 最短路经路由算法

  15. 报文交换 • 采用了存储转发的技术大大提高了线路利用率。 • 优点 • 每一条信道可以被许多用户共用。 • 当业务量增大时，将优先级别高的报文先转发出去。 • 可以增加差错控制机制确保报文有序无误地传送。 • 可以进行不同速率、不同码型交换，从而实现了不同种类终端间的数据传送。 • 缺点 • 通过通信网络的延迟等待时间过长，所以它不适合于实时的或会话式的数据通信业务。 • 要求交换机备有大容量的缓冲器。

  16. 分组交换的概念 • 也称包交换(Packet Switching)。 • 将用户传送的数据划分成一定的长度(分组)； • 在每个分组的前面加一个分组头，来指明该分组发往何地； • 交换机根据每个分组的地址标志，将它们转发至目的地。 • 进行分组交换的通信网称为分组交换网。

  17. 为什么要分组交换 • 数据源的突发性例子 – 网页浏览 用户要浏览网页，首先要建立TCP连接，发送包含地址信息的请求 服务器通过HTTP响应用户的要求，返回需要的文件 关闭TCP 连接，离线浏览

  18. 分组交换的特点 • 复用信道 • 多速率接入 • 超容量降低传输质量，但仍接收 • 分配优先权 • 可靠传输

  19. 分组(Packet)的形成 • 分组=分组头+信息包 分组的概念是1967年由英国国家物理实验室NPL提出的。

  20. Transmission link Packet switch Network 分组交换网的组成

  21. C 3 3 2 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 端系统B 端系统A 2 1 4 4 3 3 1 1 1 1 Medium B A Network 3 1 物理层实体 终端的网络层实体 结点中的网络层实体 3 数据链路层实体 运输层实体 2 4

  22. 分组交换与电路交换的比较

  23. 两种服务方式 • 面向连接 • 用户的数据能够确保正确传输 • 无连接 • 用户的数据不能确保正确传输

  24. 两种交换机制 • 数据报 • 每个分组独立处理，独自选择在网络中传输的路由，不进行数据校验和重传 • 虚电路 • 首先要建立链路，所有分组均在这个连接上进行传送，帧顺序和路径都是确定的。

  25. 虚电路和数据报交换与电路交换的比较

  26. X.25 建议书 X.25协议的作用范围

  27. X.25 分组的格式

  28. 帧中继 帧中继所提供的服务 帧中继的体系结构 帧中继的帧格式 帧中继的优点与应用

  29. 帧中继产生的背景 • 分组交换网络易受干扰而产生误码。传输设施基本是借用了模拟的电话线路； • 分组交换网络在每个结点都需做大量的处理工作。 • 每个结点要把一完整的帧信息接收下来，只有当收到的帧被检查且确定无差错后，才把它交给网络层。网络层协议为了确保在每个信道上按序正确传输，还要有一些处理所带来的开销。 • 减少分组在传输过程中在每个结点上的差错检查和其它处理所花的时间。 • 帧中继一方面要求网络的传输速率高，能快速响应，并满足传输突发信息的要求；另一方面，由于光纤通信的普及，通信线路传输速率和质量提高。 • 帧中继是对X.25分组交换技术的一种改进。帧中继在数据链路层实现了网络资源统计复用的一种快速分组交换技术。

  30. 帧中继的基本原理

  31. 帧中继所提供的服务

  32. 帧中继的体系结构

  33. 帧中继的帧格式

  34. ATM交换 ATM技术的基本特点 ATM网的体系结构 ATM的信元格式 ATM交换原理 服务质量(QOS)

  35. ATM技术的提出 • ATM最早在1983年由CNET和AT&T开展研究，1984年Alcatel Bell研究中心公布ATM的概念，1988年CCITT TG18定名为ATM，（Asynchronous Transfer Mode）。 • Transfer Mode实际上是一种信息转发或交换的方式，ATM既不是电路交换，也不是分组交换，而是一种新的交换方式，称为信元交换(Cell Switch)。 • 所谓Asynchronous（异步）体现在与TDM固定时隙相反，用户可以随时发信息。

  36. ATM定义 • ATM是一种传递模式，在这种模式中，信息被分成信元来传递，而包含同一用户信息的信元不需要在传输链路上周期性地出现。因此这种传递模式是异步的。 ITU-T I.113 ATM is “A transfer mode in which the information is organized into cells; it is asynchronous in the sense that the recurrence of cells containing information from an individual user is not necessarily periodic.”

  37. ATM的复用方式 • TDM采用固定时隙，存在时隙的浪费。而ATM不受时隙的影响，可以随时将信元复用到信道上。

  38. TDM/ATM Voice Data packets MUX Wasted bandwidth Images TDM 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1 ATM ` 4 3 1 3 2 2 1 Figure 7.37

  39. ATM是面向连接的 • ATM采用虚电路的方式交换信息，用户向网络提交信息之前要首先建立连接，声明所需的信元特性和QoS，包括峰值信元速率、最大包长、信元延时、信元丢失率等参数。 • ATM传输和交换过程中采用两种连接形式，即虚通道(Virtual Channel)连接和虚通路(Virtual Path)连接。

  40. VP与VC的概念

  41. Example of VPs and VCs

  42. ATM交换 • ATM交换是基于VPI/VCI组合实现的。ATM交换机实际上是将一个输入的VPI/VCI信元，映射到输出VPI/VCI信元。 • 交换方式有两种：VP交换和VC交换。 • 引入VP交换的好处：①便于管理，简化ATM交换机；②提高ATM交换的速率。 • ATM由ITU-T主管，由ATM Forum管理具体的标准。

  43. Architecture of an ATM Network

  44. ATM特点 • 不进行逐段链路差错和流量控制 • 面向连接 • 信头功能简单 • 信元长度小而固定 • 用户信息透明地穿过网络

  45. ATM的优点 • 支持任何业务（不同速率，不同突 发性，不同实时性） • 有效利用网络资源（统计复用） • 单一通信网（B-ISDN）

  46. ATM网的体系结构

  47. 四层三面的立体结构。 • 四层是高层、AAL层、ATM层和物理层。 与OSI七层的对应关系是： • 高层 – NL3层 、4-7层 • AAL、ATM – DL2层 • 物理层 – PH1层 • （问题：ATM是属于第二层还是第三层协议？） • 有的参考书上写ATM属于一层半(1.5层)协议。 • 三个面是用户面、控制面和管理面。前两个面可以理解为用户-网络接口(UNI)和网络-网络接口(NNI)。注意，管理面是针对全部协议的。

  48. 管理平面 • 提供了层管理和平面管理两种功能。层管理执行与各层实体中的资源和参数有关的功能。平面管理执行与系统整体有关的管理功能，协调各平面之间的关系。平面管理不分层次。这两种管理共同完成整个网络的维护与运行功能。 • 用户平面与控制平面 • 用户平面用来传送用户数据、流量控制、差错控制和其它一些用户功能信息；控制平面处理为建立和释放连接所需的信令。

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