第二章 数据交换技术（课件）《计算机网络技术与应用》（电工版第四版）《上好课》

电子工业出版社 第二章 数据通信基础 数据交换技术 计算机网络技术与应用（第4版） 学习目标 掌握电路交换、报文交换、分组交换的基本概念与工作原理 理解分组交换的核心思想 掌握电路交换与虚电路的区别 目录 电路交换技术 > 报文交换技术 > > 分组交换技术 教学导入 问题：小明要给远方的朋友小李送一份礼物，以下三种方案中哪种方案好？ 方案一：专车送达 方案二：快递站寄 方案三：拆成小包裹送 小明 小李 小明 小李 教学导入 小明 小李 发送端 接收端 若把小明和小李看成网络中的发送端用户和接收端用户，礼物看成网络中要传送的数据，那在网络中传输数据有哪些方案呢？ 数据交换技术概念 在通信网络中，通过中间交换节点，将数据从源节点转发到目的节点的技术叫做数据交换技术。 知识讲授 数据交换技术 数据通信线路 数据通信最简单的形式是两个站点直接用线路连接进行通信。 数据通信线路 若有n个站点，若全连通，即其中任一站点同其他所有站点（n-1个）都有专线相连，一共有n(n-1)/2条专线。 知识讲授 数据交换技术 知识讲授 数据交换技术 数据交换 技术 电路交换 存储转发交换 报文交换 分组交换 数据报交换 虚电路 知识讲授 数据交换技术 电路交换 电路交换是一种直接交换方式，它源于电话交换网，由交换机负责在两个通信站点之间建立一条物理专用线路。 专用通信链路 两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。 知识讲授 数据交换技术 电路交换 数据 数据 数据 ① 线路连接 ② 数据传输 ③ 线路拆除 ➼电路交换的三个步骤 知识讲授 数据交换技术 电路交换 5 部电话机两两直接相连 需 10 对电线。 N 部电话机两两直接相连 需 N(N –1)/2 对电线 知识讲授 数据交换技术 电路交换 三个阶段内容： 线路连接：建立一条专用物理通路（占用通信资源）。 数据传输：主叫和被叫双方互相通电话（一直占用通信资源）。 线路拆除：释放刚才使用的专用的物理通路（归还通信资源）。 知识讲授 数据交换技术 电路交换 优点 缺点 1、在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路，采用面向连接的方式。 2、传输实时性好，透明性好。 1、在电路释放之前，该通路由一对用户完全占用，线路利用率低。 2、电路建立延迟较大，对于突发式的通信，电路交换效率不高。 师生互动 ➸知识点背诵 小组抢答：电路交换技术共有几个阶段，分别是什么？ 【答案】关键字：一建线路；二传数据；三释放线路 师生互动 ➸例题分析 电路交换的数据传输过程是（ ） A. 存储 — 转发 B. 直接透明传输 C. 分组转发 D. 缓存重发 【答案】B 【解析】"直接" → 数据从源点直达终点，不需要在中间节点存储 "透明" → 中间节点对数据内容不做任何处理，只负责转发比特流 知识讲授 数据交换技术 存储-转发交换 ➽ 工作原理 信息从数据源到目的地一般要经过多级转发，中间经过的每个交换机（路由器）都有一个缓冲区，在交换机进行转发时，先把信息存放到数据缓冲区，并对存储的信息进行处理，等到线路空闲时，将信息传输出去，此处交换设备起开关作用。 知识讲授 数据交换技术 存储-转发交换的两种实现形式 以报文为单位交换信息，无需通路，采用存储转发方式传输报文； 分组交换将报文分成若干个长度较短的分组，以分组为单位进行暂存、处理和转发。 01 02 报文交换 分组交换 知识讲授 数据交换技术 报文交换 报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。报文传输之前不需要建立端到端的连接。这种方式称为“无连接”方式。 知识讲授 数据交换技术 报文交换 ➼工作原理 报文1 报文2 报文3 由上图可知，信息报文从A到D有3条路径。 知识讲授 数据交换技术 报文交换 ➼工作原理 报文交换方式的基本思想是“存储-转发”交换方式的一种。在这种方式中，一个节点接收到一个报文，先把它存储在自己的存储器中，直到合适的路径处于空闲状态，然后沿这条路径将它发送出去。 知识讲授 数据交换技术 报文交换 线路利用率高 在传送报文时，一个时刻仅占用一段通道 多目的发送 报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地。 报文优先权 可以建立报文的优先权，优先级高的报文在节点可优先转发。 用户可以随时发送 接收者和发送者无需同时工作。 ➼报文交换的优点 知识讲授 数据交换技术 报文交换 ➼报文交换的缺点 不适合传送实时或交互式业务的数据，网络的延时比较长，波动范围比较大。 实时性差 报文交换只适用于传输数字信号，大报文造成存储转发的延时过长，对存储容量要求较高。出错后整个报文必须全部重发。 只适用于数字信号 师生互动 ➸知识点背诵 小组抢答：为什么报文交换不适合打电话、看视频这种实时业务？ 【答案】因为报文交换采用存储—转发机制，会造成时延大，所以不适合实时通信。 师生互动 ➸例题分析 报文交换的时延主要来自（ ） A. 传播时延 B. 发送 + 存储转发时延 C. 连接建立 D. 线路干扰 【答案】B 【解析】报文交换的关键特征：每个中间节点必须完整接收整个报文，存储后再转发，这产生了显著的存储转发时延。 课堂练习 1.电路交换的核心特点是（ ） A. 存储转发 B. 独占信道 C. 分组传输 D. 时延不确定 【答案】B 【解析】电路交换的通信双方独占一条物理通路，其他人无法使用 课堂练习 2.关于电路交换，说法错误的是（ ） A. 建立连接需要时间 B. 通信期间独占线路 C. 适合突发数据 D. 传输时延小 【答案】C 【解析】突发数据的数据量时大时小、时有时无，不适用于电路交换。 课堂练习 3.关于报文交换，说法正确的是（ ） A. 必须先建连接 B. 信道利用率比电路交换高 C. 时延很小 D. 适合语音实时通信 【答案】B 【解析】报文交换共享信道，不独占，因此信道利用率高。 课堂练习 4.对比电路交换与报文交换，下列正确的是（ ） A. 电路交换时延更稳定 B. 报文交换独占线路 C. 电路交换更适合数据网 D. 报文交换更适合语音 【答案】A 【解析】电路交换才独占线路，报文交换是共享，电路交换建立连接后直达传输，时延固定，报文交换时延大，不适合语音；电路交换适合。 分组交换 教学导入 我们已经掌握了报文交换的知识点，知道它解决了电路交换资源浪费的问题，但也有一个明显的缺点——长报文易阻塞、时延大。那有没有一种技术，既能保留‘存储—转发’的优点，又能解决这个缺点呢？ 知识讲授 数据交换技术 分组交换 ➼属于“存储-转发 ”方式，综合了电路交换和报文交换的优点 ➼分组交换（Packet Switching）又称为包交换，是报文交换技术的改进，用户的数据被划分成若干个长度较短的分组（packet），这些分组被称为“包”。以分组为单位进行暂存、处理和转发。 110100011010101 011010101110001 001101001011 知识讲授 数据交换技术 分组交换 ➼发送端先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。 110100011010101 011010101110001 001101001011 首部 首部 首部 分组 1 分组 2 分组 3 报文 数据段前面添加首部就构成了分组 (packet) 发送端报文 知识讲授 数据交换技术 分组交换 110100011010101 首部 分组 1 011010101110001 首部 分组 2 001101001011 首部 分组 3 报文 110100011010101011010101110001001101001011 数据传输 接收端报文 接收端收到分组后剥去首部，还原成原来的报文 知识讲授 数据交换技术 分组交换 ➼分组交换的工作原理 报文 1 2 3 1 2 3 发送端 发送端 接收端 报文 知识讲授 数据交换技术 分组交换 ➼特点 加速了数据在网络中的传输 3 减少了出错概率和重发数据量 5 具有报文交换的优点 2 简化了存储管理 4 由于分组短小，更适用于采用优先级策略，便于及时传送一些紧急数据 6 采用“存储—转发”方式 1 知识讲授 数据交换技术 ➼两种分组交换的方式 根据传输控制协议和传输路径不同，可分为以下两种方式： 1 数据报 2 虚电路 在该方式中，每个数据分组又称为数据报。不需要事先确定传输路径，是一种无连接服务； 虚电路方式是将数据报方式与电路交换方式结合起来。虚电路方式建立的通路不是一条专用的物理线路，而只是一条逻辑路径，因此被称为“虚电路”。 分组交换 知识讲授 数据交换技术 数据报分组 ➼工作原理 1.源主机A将报文分成多个分组，依次发送到直接相连的结点A。 2.结点A收到分组后，对每个分组差错检测和路由选择，不同分组的下一跳结点可能不同。 分组P1→C，P1→D。 4.所有分组最终到目的主机B。 知识讲授 数据交换技术 虚电路 ➼工作原理 发送端 接收端 报文1 报文2 1 2 3 报文1 在发送分组之前，在发送端和接收端之间事先选定一条网络路径，然后两个终端便可以在这条逻辑线路上交换数据。数据传输过程与电路交换方式类似，也是分成三个阶段： ①建立连接；②数据传输；③拆除连接； 知识讲授 数据交换技术 ✧优点 1.短报文数据； 2.传输速率较高； 3.对网络故障的适应能力强；✧缺点 传输时延较大 ✧优点 1.数据量较大的通信传输速率高； 2. 分组传输延时短； 3. 不容易产生数据分组丢失； ✧缺点 对网络的依赖性较大 数据报交换的特点 虚电路交换的特点 知识讲授 数据交换技术 ➼三种交换技术比较 P2 P4 P3 P4 P3 报 文 报 文 报 文 A B C D A B C D A B C D 报文交换 电路交换 分组交换 t 数据传送 报文 P1 连接释放 数据 传送 特点 比特流直达终点 报文 报文 报文 分组 分组 分组 存储转发 P2 P1 P1 P3 P2 P4 存储转发 存储转发 存储转发 连接建立 知识讲授 数据交换技术 ✧若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。 ✧报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。 ✧由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性。 师生互动 ➸知识点背诵 小组抢答：那分组交换和报文交换最大的区别是什么？ 【答案】报文交换是以整个报文为单位传输，必须收完才能转发；分组交换是把报文分成多个分组，可以边接收边转发，时延更小。 师生互动 ➸例题分析 与电路交换相比，分组交换不具备的特点是（） A. 共享信道 B. 适合突发数据 C. 实时性强 D. 灵活 【答案】C 【解析】分组交换虽然有统计复用的优势，但实时性不如电路交换。 课堂练习 1.下列关于分组交换说法正确的是（ ） A. 必须预先建立物理电路 B. 信道利用率低于电路交换 C. 时延比报文交换小 D. 适合实时语音通信 【答案】C 【解析】分组交换把数据切分成短分组转发，时延比报文交换小。 课堂练习 2.计算机网络中广泛使用的交换技术是（ ） A.线路交换 B.分组交换 C.数据报交换 D.报文交换 【答案】B 【解析】分组交换（Packet Switching）又称为包交换，是报文交换技术的改进，在计算机网络中广泛使用。 课堂练习 3.每个分组都携带完整目的地址的是（ ） A. 电路交换 B. 数据报 C. 虚电路 D. 专线 【答案】B 【解析】数据报（Datagram）无连接，每个分组独立路由，每个分组都携带完整目的地址。 课堂练习 4.一般来说，存储转发方式主要有___________和___________两种。 【答案】报文交换 分组交换 【解析】存储转发（Store-and-Forward）的两种主要方式分为报文交换和分组交换。 课堂小结 课后作业 1、总结三种交换技术的工作原理； 2、课后练习题； � � � $