2.4 数据交换技术（课件）-《计算机网络技术基础》同步教学(上海交通大学出版社)

计算机网络技术基础 第二章 数据通信 基础 章节导读 计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，因此，数据通信技术是计算机网络的基础。要研究计算机网络，首先要研究数据通信技术。 本章主要介绍与数据通信技术有关的基础知识，包括数据通信的基本概念、数据通信系统模型、数据传输方式、多路复用技术、数据交换技术和差错控制技术等内容。 3 学 习 目 标 理解数据通信的基本概念，掌握数据通信系统模型的基本组成。 掌握不同角度的数据传输方式，如并行传输和串行传输，单工、半双工和全双工通信，异步传输和同步传输，基带传输和频带传输。 掌握电路交换、报文交换和分组交换3种数据交换技术。 掌握奇偶校验码和循环冗余码两种差错控制技术。 掌握频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用和码分多路复用4种信道复用技术。 4 2.4 数据交换技术 在实际网络中，节点通常采用部分连接的方式，不相邻节点之间的通信只能通过中转节点的转接来实现。这些中转的节点称为交换节点，它们并不处理流经的数据，只是简单地将数据从一个节点传送给另一个节点，直至到达目的地。数据交换技术就是用来解决资源子网中的节点如何通过通信子网实现数据交换问题的。 通常使用的数据交换技术有3种：电路（线路）交换、报文交换和分组交换。 2.4.1 电路交换 在电话系统中，当用户进行拨号时，电话系统中的交换机（Telephone Switch）在呼叫者的电话与接收者的电话之间建立了一条实际的物理线路，通话便建立起来；此后两端的电话一直使用该专用线路，直到通话结束才能拆除该线路。电话系统中用到的这种交换方式叫做电路交换（Circuit Switching）技术。 2.4 数据交换技术 电路交换技术的通信过程包括线路建立、数据传输和线路释放3个过程。在数据开始传输之前，呼叫信号必须经过若干个交换机，得到各交换机的认可，并最终传到被呼叫方。这个过程常常需要10秒甚至更长的时间。对于许多应用（如商店信用卡确认）来说，过长的电路建立时间是不合适的。另外，在电路交换系统中，物理线路的带宽是预先分配好的。对于已经预先分配好的线路，即使通信双方都没有数据要交换，线路带宽也不能为其他用户所使用，从而造成带宽的浪费。 虽然电路交换技术存在上述缺点，但它有两个明显的优点，第一是传输延迟小，唯一的延迟是物理信号的传播延迟，因为一旦建立物理连接，便不再需要交换开销；第二是一旦线路建立，通信双方便独享该物理线路，不会与其他通信发生冲突。 2.4 数据交换技术 2.4.2 报文交换 报文交换（Message Switching）属于存储转发式交换，事先并不建立物理电路，当发送方有数据要发送时，它将要发送的数据当做一个整体交给中间交换设备，中间交换设备先将报文存储起来，然后选择一条合适的空闲输出线将数据转发给下一个交换设备，如此循环往复直至将数据发送到目的节点。采用这种技术的网络就是存储转发网络。 在报文交换中，一般不限制报文的大小，这就要求网络中的各个中间节点必须使用磁盘等外设来缓存较大的数据块。同时某一块数据可能会长时间占用线路，导致报文在中间结点的延迟非常大（一个报文在每个节点的延迟时间等于接收整个报文的时间加上该报文在结点等待输出线路所需的排队延迟时间），这使得报文交换不适合交互式数据通信。 2.4 数据交换技术 2.4.3 分组交换 分组交换（Packet Switching）又称为包交换，是报文交换技术的改进，与报文交换同属于存储转发式交换。在分组交换中，用户的数据被划分成一个个大小相同的分组（packet），这些分组被称为“包”。这些“包”可以被缓存在交换设备的内存而不是磁盘中，通过不同的线路到达同一目的地。由于分组交换能够保证任何用户都不能长时间独占传输线路，因而它非常适合于交互式通信。 在分组交换中，根据传输控制协议和传输路径不同，可将其分为两种方式：数据报分组交换和虚电路分组交换。 2.4 数据交换技术 数据报分组交换 1 在该方式中，每个数据分组又称为数据报。发送方将数据报按顺序发送，每个数据报在传输过程中按照不同的路径到达目的地，因此接收方接到的数据报的顺序与发送顺序是不同的，接收方还需要按照报文的分组顺序将这些数据报组合成完整的数据。 虚电路分组交换 2 虚电路方式是将数据报方式与电路交换方式结合起来，在发送数据分组之前，首先在发送方和接收方之间建立一条通路。通路建立后，数据分组将依次沿此路径进行传输。因此，接收方接到的数据分组的顺序与发送顺序是相同的。 但是与电路交换不同的是，虚电路方式建立的通路不是一条专用的物理线路，而只是一条路径，因此被称为“虚电路”。数据分组经过时，路径中的每个结点还是需要存储数据并等待列队输出。 2.4 数据交换技术