單元2單元2數據通信基礎2.4

數據交換技術熟練掌握數據交換技術分類。清晰理解數據交換技術的工作特點、工作原理、典型應用和優缺點。學習目標內容梳理交換，從通信資源分配的角度看，是按照某種方式動態地分配傳輸線路的資源。數據交換技術（dataswitchingtechniques）是指在兩個或多個數據終端設備（DTE）之間，建立數據通信的暫時互連通路的各種技術。交換技術通常有：電路交換、報文交換、分組交換、信元交換。2.4數據交換技術數據交換技術電路交換存儲轉發交換信元交換報文交換分組交換數據報虛電路（一）電路交換電路交換（CircuitSwitching），也稱為線路交換。即在兩個工作站之間建立實際的物理連接，一旦通信線路建立，這對端點就獨占該條物理通道，直至通信線路被取消。電路交換典型應用：電話系統、公用電話交換網。2.4.1電路交換（一）電路交換電路交換是面向連接的，其通信過程需要經歷三個階段，如圖所示：電路建立階段；數據傳輸階段;拆除（釋放）電路連接階段。2.4.1電路交換（一）電路交換1.電路建立階段在通信雙方開始傳輸數據之前，必須建立一條端到端的物理線路。首先，由發送數據的一方發出連接請求，沿途經過的中間節點負責建立電路連接，并向下一個節點轉發連接請求，直到連接請求到達接收方。接收方如果同意建立連接，則沿原路返回一個應答，請求通信的發送方接收到應答后就建立了一個連接。建立連接的過程實際上就是電路資源的分配過程，就是在收發雙發之間分配了一定的帶寬資源，所以這個連接也稱為物理連接。2.4.1電路交換（一）電路交換2.數據傳輸階段成功建立了電路連接后，雙方就可以開始傳輸數據。該線路是被雙方獨占的，數據傳輸過程中不需要進行路徑選擇，數據在每個中間節點上沒有停留，直接向前傳遞，因此電路交換的傳輸延遲最短，一般沒有阻塞問題，除非有意外的線路或節點故障使電路中斷。而且電路交換是全雙工的，數據可以在已經建立好的物理線路上進行雙向傳輸。需要注意的是，一旦建立好電路連接后，即使雙方沒有數據傳輸，該線路也被雙方占用，不能再被其他站點使用。這是因為電路交換系統屬于資源與分配系統，一旦分配好了資源，不管有沒有數據在傳輸，都不能再被其他站點使用。這也正是電路交換的一個缺點，會造成帶寬資源的浪費。2.4.1電路交換（一）電路交換3.拆除（釋放）電路連接階段數據傳輸結束后，應該盡快拆除連接以釋放占用的帶寬資源。通信的任何一方都可以發出拆除連接的請求信號，拆除信號沿途經過各個中間節點，一直到達通信的另一方。釋放電路連接后，帶寬資源就可以分配給其他需要的站點。4.優缺點2.4.1電路交換專用信道（通信速率較高），數據傳輸迅速、可靠、不會丟失、有序，通信實時性強，時延很小，電路交換適用于數據傳輸量大、可靠性要求較高的情況。當建立了連接而雙方之間暫時沒有數據傳輸時，造成帶寬資源浪費，信道不共享，數據通信效率低，系統不具有存儲數據的能力。優點缺點存儲轉發交換可以分為“報文存儲轉發交換”與“分組存儲轉發交換”兩種方式。其中的分組存儲轉發交換方式，又可以分為“數據報”方式與“虛電路”方式。（二）報文交換報文交換采取“存儲—轉發”（Store-and-Forward）方式，不需要在通信的兩個節點之間建立專用的物理線路，每一個節點接收整個報文（信息+地址），檢查目標節點地址，然后根據網絡中的交通情況在適當的時候轉發到下一個節點。經過多次的存儲——轉發，最后到達目標節點。2.4.2存儲轉發交換（二）報文交換2.4.2存儲轉發交換用戶可隨時發送報文，線路效率高，節點可實現報文的差錯控制及碼制轉換。實時性差，不適合傳送實時或交互式業務的數據優點缺點報文交換典型應用：電子郵件系統（E-mail）、電報。要求網絡中每個結點有較大的緩沖區，對交換節點的存儲量有較高要求。（三）分組交換分組交換也稱包交換，仍采用存儲轉發傳輸方式，但將一個長報文先分割為若干個較短的分組，然后把這些分組（攜帶源、目的地址和編號信息）逐個地發送出去。2.4.2存儲轉發交換分組交換的優缺點2.4.2存儲轉發交換限制分組的最大長度，降低了節點所需的存儲量；分組長度較短，在傳輸出錯時，檢錯容易并且重發花費的時間較少，因而提高交換速度；分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的開銷。分組在各結點存儲轉發時需要排隊，這就會造成一定的時延；優點缺點各分組可以獨立路由，選擇最佳路徑。（三）分組交換分組在網絡中傳輸，還可以分為兩種不同的方式：數據報和虛電路。數據報傳輸是一種面向無連接的傳輸方式；虛電路傳輸是一種面向連接的傳輸方式。數據報方式數據報方式，每個分組自身攜帶有足夠的信息（完整的地址信息），它的傳送是被單獨處理的。數據報分組交換的特點如下：2.4.2存儲轉發交換B同一報文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過網絡；C同一報文的不同分組到達目的結點時可能出現亂序、重復與丟失現象；D每一個分組在傳輸過程中都必須帶有目的地址與源地址，增大了傳輸開銷；E數據報方式報文傳輸延遲較大，適用于突發性通信，不適用于長報文、會話式通信。A事先無需建立連接，提供的是一種無連接的服務；（三）分組交換虛電路方式虛電路交換在通信和網絡中，是由分組交換通信所提供的面向連接的通信服務。在兩個節點或應用進程之間建立起一個邏輯上的連接或虛電路后，就可以在兩個節點之間依次發送每一個分組，接收端收到分組的順序必然與發送端的發送順序一致，因此接收端無須負責在接收分組后重新進行排序。其通信過程：包括虛電路建立、數據傳輸和虛電路拆除三個階段。虛電路分組交換的特點如下：2.4.2存儲轉發交換B不會出現分組丟失、重復、紊亂的現象，有質量保證；C分組通過虛電路上的每個結點時，結點只需要做差錯檢測，不需要做路徑選擇；D同一條物理線路上可以建立多條虛電路；E適用于實時數據的傳送。A報文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息，只需攜帶虛電路標識號；（四）信元交換ATM（AsynchronousTransferMode，異步傳輸模式）是一種信元交換和多路復用技術，是一種面向連接的交換技術。它采用信元（Cell）作為傳輸單位，信元具有固定長度，總共53字節，前5字節是信頭（Header），其余48字節是數據段。信元交換技術是一種快速分組交換技術，它綜合吸取了分組交換高效率和電路交換高速率的優點。2.4.3信元交換信頭（Header）數據段5字節48字節信元（53字節）（四）信元交換1.ATM模型（1）三個功能層：ATM物理層、ATM層和ATM適配層。（2）功能層的作用ATM物理層：利用通信線路的比特流傳送功能，實現ATM信元流的傳送。控制數據位在物理介質上的發送和接收，負責跟蹤ATM信號邊界，將ATM信元封裝成數據幀。ATM層：負責建立虛連接并通