数据交换Word下载.docx

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为此，一般将各个用户终端通过一个具有交换功能的网络连接起来，使得任何接入该网络的两个终端由网络来实现适当的交换操作。

下图为DTE用户接入交换网：

三、路由交换设备的概述

1、交换机的基本工作原理

交换机是工作在OSI参考模型第二层数据链路层的网络连接设备，它的基本功能是在多个计算机或网段之间交换数据，用来解决带宽不足和网络瓶颈问题。

交换机可以工作在全双工模式下，可以同时发送和接受数据。

交换机在进行数据转发时，根据数据包的MAC地址决定数据转发的端口，而不是简单地向所有端口进行转发。

当交换机需转发数据帧时它会检查该帧的目的MAC地址，然后在MAC地址表中查找该地址位于哪个端口，从而确定数据包发送给相应的目的端口。

若数据包的目的MAC地址不在交换表中，则将包广播到每个端口。

2、路由器的基本工作原理

路由器是工作在OSI参考模型第三层网络层负责转发数据的设备。

它的基本功能是在多个网络之间进行路径选择和数据转发。

一般说来，异种网络互联与多个子网互联都应采用路由器来完成。

路由器的内部有一张表示网络ID与下一跳路由目的地址对应关系的路由表。

通信起点主机发出IP数据包被路由器接收后，路由器查路由表，确定下一跳输出端口，发给下一台路由器，这台路由器又转发给另外一台路由器，用这样一跳接着一跳的方式，直到通信终点主机收到这个IP数据包。

四、数据交换方式的分类

利用交换网实现数据通信，主要有两种情况：

1、利用公用电话网进行数据交换（频带传输）

●优点：

投资少，实现简易和使用方便。

●缺点：

（1）传输速率低。

（过去一般只能开通200～1200bit/s的数据服务，少数场合达4800bit/s。

现在可达56kbit/s）。

（2）传输差错率高。

（误码率一般只在10-3～10-5之间。

而且由于每次呼叫所连的通路都不相同，所以传输质量很不稳定。

）

（3）线路接续时间长。

不适合高速度数据传输（指实时性要求高的数据传输）。

（4）传输距离受限制。

（长途线路径多段转接，各种因素使信道恶化，要保证数据长距离传输的质量，要采取线路均衡等措施，经济上有造成浪费。

（5）接通率低、不易增加新功能等。

2、利用公用数据网进行数据交换

利用公用数据网进行数据交换有两种交换方式：

五、电路交换方式

1、电路交换方式的概念

两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，首先要在通信子网中由电子或机电结合的交换设备建立一个实际的物理电路连接，在通信中自始至终使用该条链路进行数据信息传输，并且不允许其他计算机或终端同时共享该链路，通信借宿后再拆除这条物理链路。

在电话通信中，由于讲话双方总是一个在说，一个在听，因此电路空闲时间占大约50%。

第一代计算机网络所使用的工作机制，电路交换就是通信的过程中维持的是实际的电子电路（物理线路），这条电子电路建立后用户始终占用从发送端到接收端的固定传输带宽。

2、电路交换方式的原理

电路交换在数据传输过程中要经过建立连接、数据传输、释放连接的三个阶段：

（1）电路建立

如同打电话先要通过拨号在通话双方间建立起一条通路一样，数据通信的电路交换方式在传输数据之前也要先经过呼叫过程建立一条端到端的电路。

它的具体过程如下。

①发起方向某个终端站点（响应方站点）发送一个请求，该请求通过中间节点传输至终点。

②如果中间节点有空闲的物理线路可以使用，接收请求，分配线路，并将请求传输给下一中间节点；

整个过程持续进行，直至终点。

如果中间节点没有空闲的物理线路可以使用，整个线路的连接将无法实现。

仅当通信的两个站点之间建立起物理线路之后，才允许进入数据传输阶段。

③线路一旦被分配，在未释放之前，其他站点将无法使用，即使某一时刻，线路上并没有数据传输。

（2）数据传输

电路交换连接建立以后，数据就可以从源节点发送到中间节点，再由中间节点交换到终端节点。

当然终端节点也可以经中间节点向源节点发送数据。

这种数据传输有最短的传播延迟，并且没有阻塞的问题，除非有意外的线路或节点故障而使电路中断。

但要求在整个数据传输过程中，建立的电路必须始终保持连接状态，通信双方的信息传输延迟仅取决于电磁信号沿媒体传输的延迟。

（3）电路拆除

当站点之间的数据传输完毕，执行释放电路的动作。

该动作可以由任一站点发起，释放线路请求通过途经的中间节点送往对方，释放线路资源。

被拆除的信道空闲后，就可被其他通信使用。

3、电路交换方式的优点

●通信传输时延小；

●通信信道独占,不会发生冲突。

4、电路交换的缺点

●通信双方建立物理电路时延较长；

●系统线路利用率低，不能充分利用资源；

●系统不具备差错控制能力,差错处理只在端设备进行。

5、电路交换的适用场合

电路交换适用于传输信息量较大、通信对象比较确定的用户。

六、存储转发交换

1、存储转发交换与线路交换的区别:

●发送数据前,收发双方不建立固定的物理链路

●发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元进入通信子网

●通信子网中的结点负责完成数据单元的接收、差错校验、路由、缓存和转发功能。

2、存储转发交换的分类

把输入数据暂时存入输入缓存器中作适当的处理，一旦输出口有空，便把它转发出去。

根据转发的数据单元类型，将存储转发交换分为：

报文交换、分组交换、信元交换。

●报文交换：

不管发送数据的长度是多少，都把它当作一个逻辑单元发送；

●分组交换：

限制一次传输数据的最大长度，如果传输数据超过规定的最大长度，发送结点就将它分成多个报文分组发送；

●信元交换：

传送的信元短小且定长，结构简单，适于快速传送。

七、报文交换方式

1、报文

报文是一个完整的消息，其长度比较长且不固定。

一份报文应包括三个部分：

报头或标题：

它包括发信站地址、终点收信站地址和其他辅助控制信息等。

报文正文：

传输用户信息。

报尾：

标识报文的结束编制，若报文长度有规定，则可省去此标志。

2、报文交换的概念

报文交换属于存储—转发交换方式，当用户的报文到达交换机时，先报文存储在交换机的存储器中（内存或外存），当所需要的输出电路有空闲时，再将该报文发问向接受交换机或用户终端。

3、报文交换方式的原理

如下图：

数据传输过程中，交换设备将接收到的报文先存储，然后根据报文中地址，经路由选择找出下一结点的地址，等待信道空闲再转发，一级一级中转直至目的地

端与端之间无需先通过呼叫建立连接同一时间内，报文传输只占用两结点间的一段线路，而在两个通信用户间的其他线路段，可传输其他用户的报文。

4、报文交换机得功能

报文交换机具备的功能：

转接、连续；

路由选择；

差错控制；

流量控制；

编码、变速等。

5、报文交换的特点

●报文从源站点传送到目的站点采用“存储—转发”方式，在传送报文时，一个时刻仅占用一段通道。

●在交换结点中需要缓冲存储，报文需要排队，故报文交换不能满足实时通信的要求。

6、报文交换的优点

●电路利用率高：

许多报文分时共享两个结点线路。

●不存在呼损：

通信量大时仍可传输。

●可一个报文发送到多个目的地。

●可进行速度和代码的转换。

7、报文交换的缺点

●报文大小不一，造成缓冲区管理复杂

●大报文造成存储转发的延时过长；

●结点收到过多报文而无空间存储或不能及时转发时，就不得不丢弃报文

●出错后整个报文全部重发。

8、报文交换的适用场合

报文交换不利于实时通信，它适用于公众电报和电子信箱业务。

八、分组交换方式

1、分组

分组的构成：

分组是由分组头和其后的用户数据部分组成的。

分组头包含接收地址和控制信息，其长度为3--10B，用户数据部分长度是固定的，平均为128B，最长不超过256B。

这里有一个问题需要说明：

同一分组网内分组长度是固定的，而不同分组网分组长度可以不同。

2、分组交换的概念

把数据分割成若干个长度较短（一般不超过128个字符）的分组，每个分组内除数据信息外还包括控制信息，它们在交换机内作为一个整体进行交换。

每个分组在交换网内的传输路径可以不同。

分组交换也采用存储转发技术，并进行差错检验、重发、返送响应等操作，最后收信端把接收的全部分组按顺序重新组合成数据。

分组交换是以分组为单位进行传输和交换的，它是一种存储-转发交换方式，即将到达交换机的分组先送到存储器暂时存储和处理，等到相应的输出电路有空闲时再送出。

分组交换：

路由选择确定了输出端口和下一个节点后，必须使用交换技术将分组从输入端口传送到输出端口，实现输送比特通过网络节点。

分组交换是一种新的长途数字数据通信的体系结构形式。

两种最新的广域网技术：

帧中继和ATM，基本上是分组交换方式的变种。

它设计用来支持突发性的数据流的传送，这种业务流的持续连接时间长而业务量低。

分组交换网络采用了统计复用技术，即多个会话连接可以共享一条通信信道，这无疑大大提高了传输效率。

然而，共享通信链路会引入时延。

在传输过程中信息被分割成包含目的地址和序列号的分组。

图为分组的存储转发过程

3、分组交换的原理

图为分组交换的原理

分组交换的基本原理是采用“存储——转发”技术，从源站发送报文时，将报文划分成有固定格式的分组（Packet），把目的地址添加在分组中，然后网络中的交换机将源站的分组接收后暂时存储在存储器中，再根据提供的目的地址，不断通过网络中的其它交换机选择空闲的路径转发，最后送到目的地址。

这样就解决了不同类型用户之间的通信，并且不需要像电路交换那样在传输过程中长时间建立一条物理通路，而可以在同一条线路上以分组为单位进行多路复用，所以大大提高了线路的利用率。

分组交换是把电路交换和报文交换的优点结合起来产生的一种交换技术。

电路交换过程类似于打电话，当用户需发送数据时，主叫方需通过呼叫，由交换网完成被叫才与它建立一条物理连接数据通路，需拆除连接时，由通信双方中任一方完成。

它的特点是适合发送一次性大批量的信息。

由于建立连接时间长，传递短报文时，效率较低。

并且对通信双方在信息传输速率、编码格式、通信协议等方面完全兼容，这就限制了不同速率、不同编码格式、不同通信协议的双方用户进行通信。

报文交换的基本原理是采用“存储－转发”技术，从源站发送报文时，把目的地址添加在报文中，然后网络中的交换机将源站的报文接收后暂时存储在存储器中，再根据提供的目的地址，不断通过网络中的其它交换机选择空闲的路径转发，最后送到目的地址。

这样就解决了不同类型用户之间的通信，并且不需要像电路交换那样在传输过程中长时间建立一条物理通路，而可以在同一条线路上以报文为单位进行多路复用，所以大大提高了线路的利用率。

但此种方式时延较长，时延变化大，不适用于实时及会话式通信，但适用于电子邮件、计算机文件、公用电报等业务。

3、分组交换的传输方式

分组在分组交换网中的传输