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    0.思维导图

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    1.几种传输单元名词解析

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    • 这里探讨的电路交换、报文交换、分组交换,我们可以把这三种交换方式的交换数据单位看成一个整体去理解,不要过分去细究以上几种传输单元名词与这三种交换方式的关系。

    2.电路交换

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    • 在进行数据传输前,两个结点之间必须先建立一条专用 (双方独占)的物理通信路径(由通信双方之间的交换设备和链路逐段连接而成),该路径可能经过许多中间结点。这一路径在整个数据传输期间一直被独占,直到通信结束后才被释放。

    • 因此,电路交换技术分为三个阶段:连接建立、数据传输和连接释放

    • 从通信资源的分配角度来看,“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。电路交换的关键点是,在数据传输的过程中,用户始终占用端到端的固定传输带宽

    • 电路交换技术的优点如下:
      1)通信时延小。由于通信线路为通信双方用户专用,数据直达,因此传输数据的时延非常小。当传输的数据量较大时,这-优点非常 明显。
      2)有序传输。双方通信时按发送顺序传送数据,不存在失序问题。
      3)没有冲突。不同的通信双方拥有不同的信道,不会出现争用物理信道的问题。
      4)适用范围广。电路交换既适用于传输模拟信号,又适用于传输数字信号。
      5)实时性强。通信双方之间的物理通路一旦建立, 双方就可以随时通信。
      6)控制简单。电路交换的交换设备(交换机等)及控制均较简单。

    • 电路交换技术的缺点如下:
      1)建立连接时间长。电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说太长。
      2)线路独占,使用效率低。电路交换连接建立后,物理通路被通信双方独占,即使通信线
      路空闲,也不能供其他用户使用,因而信道利用率低。
      3)灵活性差。只要在通信双方建立的通路中的任何一点出了故障,就必须重新拨号建立新
      的连接,这对十分紧急和重要的通信是很不利的。
      4)难以规格化。电路交换时,数据直达,不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互
      进行通信,也难以在通信过程中进行差错控制

    • 注意,电路建立后,除源结点和目的结点外,电路上的任何结点都采取“直通方式”接收数
      据和发送数据,即不会存在存储转发所耗费的时间。

    3.报文交换

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    • 数据交换的单位是报文,报文携带有源地址,目标地址,数据等信息。

    • 报文交换的主要特点是:存储接受到的报文,判断其目标地址以选择路由,最后,在下一跳路由空闲时,将数据转发给下一跳路由。 中文名报文交换,外文名Message switching。

    • 报文交换技术的优点如下:
      1)无须建立连接。报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路,不存在建立
      连接时延,用户可以随时发送报文。
      2)动态分配线路。当发送方把报文交给交换设备时,交换设备先存储整个报文,然后选择
      一条合适的空闲线路,将报文发送出去。
      3)提高线路可靠性。如果某条传输路径发生故障,那么可重新选择另一条路径传输数据,
      因此提高了传输的可靠性。
      4)提高线路利用率。通信双方不是固定占有一条通信线路,而是在不同的时间一段一段地
      部分占有这条物理通道,因而大大提高了通信线路的利用率。
      5)提供多目标服务。一个报文可以同时发送给多个目的地址,这在电路交换中是很难实现的。

    • 报文交换技术的缺点如下:
      1)由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程,因此会引起转发时延(包括接收
      报文、检验正确性、排队、发送时间等)。
      2)报文交换对报文的大小没有限制,这就要求网络结点需要有较大的缓存空间

    注意:报文交换主要使用在早期的电报通信网中,现在较少使用,通常被较先进的分组交换
    方式所取代。

    4.分组交换

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    • 同报文交换一样,分组交换也采用存储转发方式,但解决了报文交换中大报文传输的问题。分组交换限制了每次传送的数据块大小的上限,把大的数据块划分为合理的小数据块,再加上一些必要的控制信息(如源地址、目的地址和编号信息等),构成分组(Packet)。 网络结点根据控制信息把分组送到下一结点,下一结点接收到分组后,暂时保存并排队等待传输,然后根据分组控制信息选择它的下一个结点,直到到达目的结点。到达目地之后的数据分组再重新组合起来,形成一条完整的数据。

    • 分组交换的优点如下:
      1)无建立时延。不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路,不存在连接建立时延,用户可随时发送分组。
      2)线路利用率高。通信双方不是固定占有- -条通信线路,而是在不同的时间一-段一段地部分占有这条物理通路,因而大大提高了通信线路的利用率。
      3)简化了存储管理(相对于报文交换)。因为分组的长度固定,相应的缓冲区的大小也固定,在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理,相对比较容易。
      4)加速传输。分组是逐个传输的,可以使后-一个分组的存储操作与前一一个分组的转发操作并行,这种流水线方式减少了报文的传输时间。此外,传输一个分组所 需的缓冲区比传输一次报文所需的缓冲区小得多,这样因缓冲区不足而等待发送的概率及时间也必然少得多。
      5)减少了出错概率和重发数据量。因为分组较短,其出错概率必然减小,所以每次重发的数据量也就大大减少,这样不仅提高了可靠性,也减少了传输时延。

    • 分组交换的缺点如下:
      1)存在传输时延。尽管分组交换比报文交换的传输时延少,但相对于电路交换仍存在存储转发时延,而且其结点交换机必须具有更强的处理能力。
      2)需要传输额外的信息量。每个小数据块都要加上源地址、目的地址和分组编号等信息,从而构成分组,因此使得传送的信息量增大了5%~10%,一定程度上降低了通信效率,增加了处理的时间,使控制复杂,时延增加。
      3)当分组交换采用数据报服务时,可能会出现失序、丢失或重复分组,分组到达目的结点时,要对分组按编号进行排序等工作,因此很麻烦。若采用虚电路服务,虽无失序问题,但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。

    • 分组交换根据其通信子网向端点系统提供的服务,还可进一步分为面向连接的虚电路方式和
      无连接的数据报方式。这两种服务方式都由网络层提供。要注意数据报方式虚电路方式分组 交换的两种方式

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    (1)数据报

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    • 作为通信子网用户的端系统发送一个报文时,在端系统中实现的高层协议先把报文拆成若干
      带有序号的数据单元,并在网络层加上地址等控制信息后形成数据报分组(即网络层PDU)。中 间结点存储分组很短一段时间,找到最佳的路由后,尽快转发每个分组。不同的分组可以走不同
      的路径,也可以按·不同的顺序到达目的结点
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    (2)虚电路

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    • 在虚电路方式中,端系统每次建立虚电路时,选择一个未用过的虚电路号分配给该虛电路,以区别于本系统中的其他虚电路。在传送数据时,每个数据分组不仅要有分组号、校验和等控制信息,还要有它要通过的虚电路号,以区别于其他虚电路上的分组。在虚电路网络中的每个结点上都维持–张虚电路表,表中的每项记录了一个打开的虚电路的信息,包括在接收链路和发送链路上的虚电路号、前一结点和下一结点的标识。数据的传输是双向进行的,上述信息是在虚电路的建立过程中确定的。
    • 虚电路之所以是“虚”的,是因为这条电路不是专用的·,每个结点到其他结点之间的链路可能同时有若干虚电路通过,也可能同时与多个结点之间建立虚电路。每条虚电路支持特定的两个端系统之间的数据传输,两个端系统之间也可以有多条虚电路为不同的进程服务,这些虚电路的实际路由可能相同也可能不同。
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    (3)数据报服务和虛电路服务的比较

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    5.报文交换与分组交换的时间消耗比较

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    6.电路交换、报文交换、分组交换的交换方式比较

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  • 电路交换、报文交换、分组交换

    千次阅读 2020-11-26 17:40:14
    文章目录电路交换概念过程特点缺点分组交换概念过程特点优点缺点报文交换概念三种交换技术对比 电路交换 概念 在电话问世后不久,人们就发现,要让所有的电话机都两两直接相连是不现实的。 (a) 两部电话只需要用一对...

    电路交换

    概念

    在电话问世后不久,人们就发现,要让所有的电话机都两两直接相连是不现实的。
    (a) 两部电话只需要用一对电线就能够互相连接起来。
    (b) 但若有 5 部电话要两两相连,则需要 10 对电线。显然,若 N 部电话要两两相连,就需要 N(N-1)/2 对电线。当电话机的数量很大时,这种连接方法需要的电线数量就太大了,难以实现。
    (c) 后来,人们认识到,要使得每一部电话能够很方便地和另一部电话进行通信,就应当使用电话交换机将这些电话连接起来。交换机使用交换的方法,让电话用户彼此之间可以很方便地通信。电话交换机使用的就是电路交换(circuit switching)
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    交换(switching)就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。

    过程

    建立连接(占用通信资源)→ 通话(一直占用通信资源)→ 释放连接(归还通信资源)

    特点

    在通话的全部时间内,通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。

    缺点

    1. 电路交换的平均建立时间对计算机通信来说嫌长。
    2. 电路交换建立连接后,物理通路被通信双方独占,即使此时不进行数据传输(通信线路空闲),也不能供其他用户使用,因而线路利用率低。
    3. 电路交换时,数据直达,不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信,也难以在通信过程中进行差错控制。

    分组交换

    概念

    分组交换采用存储转发技术。如下图所示,把一个报文划分为几个分组后再进行传送。
    每一个数据段前面,加上一些由必要的控制信息组成的首部(header)后,就构成了一个分组(packet)。分组又称为“包”,而分组的首部也可以称为“包头”。分组是在互联网中传送的数据单元。分组中的“首部”是非常重要的,正式由于分组的首部包含了诸如目的地址和源地址等重要控制信息,每一个分组才能在互联网中独立地选择传输路径,并被正确地交付到分组传输地终点。
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    过程

    主机是为用户进行信息处理的,并且可以和其他主机通过网络交换信息。
    路由器则是用来转发分组的,即进行分组交换的。
    路由器收到一个分组,先暂时存储一下,检查其首部,查找转发表,按照首部中的目的地址,找到合适的接口转发出去,把分组交给下一个路由器。这样一步一步地(有时会经过几十个不同的路由器)以存储转发的方式,把分组交付最终的目的主机。各路由器之间必须经常交换彼此掌握的路由信息,以便创建和动态维护路由器中的转发表,使得转发表能够在整个网络拓扑发生变化时及时更新。
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    特点

    分组交换在传送数据之前不必先占用一条端到端的链路的通信资源。分组在哪段链路上传送才占用这段链路的通信资源,如,主机 H1 将分组发送给路由器 A 时,只占用 H1-A 这条通信线路,其他线路可以同时进行其他分组转发。
    分组到达一个路由后,先暂时存储下来,查找转发表,然后从一条合适的链路转发出去。分组在传输时就这样一段一段地断续占用通信资源,而且还省去了建立连接和释放连接地开销,使得通信线路地利用率大大提高。

    优点

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    缺点

    分组交换也带来一些新的问题。例如,分组在各路由器存储转发时需要排队,这就造成了一定的延时。此外,由于分组交换不像电路交换那样通过建立连接来保证通信时所需的各种资源,因而无法确保通信时端到端所需的带宽。
    分组交换带来的另一个问题是各分组必须携带的控制信息也造成了一定的开销(overhead)。整个分组交换网还需要专门的管理各控制机制。

    报文交换

    概念

    从本质上讲,分组交换这种断续分配传输带宽的存储转发原理并非是完全新的概念。自古代就有的邮政通信,就其本质来说也属于存储转发方式。而在 20 世纪 40 年代,电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换(message switching)。在报文交换中心,一份份电报被接收下来,并穿成纸带。操作员以每份报文为单位,撕下纸带,根据报文的目的站地址,拿到相应的发报机转发出去。这种报文交换的时延较长,从几分钟到几小时不等。现在报文交换已不使用了。分组交换虽然采用了这个古老的交换原理,但是由于计算机的算力加持,实际上已经变成了一种崭新的交换技术。

    三种交换技术对比

    电路交换——整个报文的比特流连续地从源点直达终点,好像在一个管道中传送。
    报文交换——整个报文先传送到相邻节点,全部存储下来后查找转发表,转到下一个结点。
    分组交换——单个分组(这只是整个报文地一部分)传送到相邻结点,存储下来后查找转发表,转发到下一个结点。
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    从上图可以看出,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。

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  • 从交换技术的发展历史看,数据交换经历了电路交换、报文交换、分组交换和综合业务数字交换的发展过程。  电路交换  电路交换就是计算机终端之间通信时,一方发起呼叫,独占一条物理线路。当交换机完成...

    从交换技术的发展历史看,数据交换经历了电路交换、报文交换、分组交换和综合业务数字交换的发展过程。


      电路交换

      电路交换就是计算机终端之间通信时,一方发起呼叫,独占一条物理线路。当交换机完成接续,对方收到发起端的信号,双方即可进行通信。在整个通信过程中双方一直占用该电路。它的特点是实时性强,时延小,交换设备成本较低。但同时也带来线路利用率低,电路接续时间长,通信效率低,不同类型终端用户之间不能通信等缺点。电路交换比较适用于信息量大、长报文,经常使用的固定用户之间的通信。


      报文交换

      将用户要传输的信息以报文的形式存储在交换机的存储器中。当所需要的输出电路空闲时,再将该报文发向接收交换机或终端,它以“存储——转发”方式在网内传输数据。报文交换的优点是中继电路利用率高,可以多个用户同时在一条线路上传送,可实现不同速率、不同规程的终端间互通。但它的缺点也是显而易见的。以报文为单位进行存储转发,网络传输时延大,且占用大量的交换机内存和外存,不能满足对实时性要求高的用户。报文交换适用于传输的报文较短、实时性要求较低的网络用户之间的通信,如公用电报网。


      分组交换

      分组交换也称包交换,它是将用户要传送的数据划分成固定长度的小片,每个小片叫做一个分组。在每个分组的前面加上一个分组头,用以指明该分组发往何地址,然后由交换机根据每个分组的地址标志,将他们转发至目的地。等到达接收端,再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文,整个这一过程称为分组交换。分组交换实质上也是一种“存储——转发”机制。它兼有电路交换和报文交换的优点。分组交换在物理线路上采用动态复用技术传送分组,因此在同一时间内同一物理线路上能够同时传送多个分组。分组交换比电路交换的电路利用率高,比报文交换的传输时延小,交互性好。

      

           异步传输模式(ATM)

      ATM是以信元(CELL 大小为53Bytes)为基础的一种分组交换和复用技术,它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。ATM的传送单元是信元。ATM面向连接,它需要在通信双方向建立连接,通信结束后再由信令拆除连接。
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  • 电路交换、报文交换和分组交换

    千次阅读 2017-04-10 09:47:40
    网络交换技术共经历了四个发展阶段,电路交换、报文交换、分组交换和ATM技术。 1.电路交换技术 公众电话网(PSTN网)和移动网(包括GSM网和CDMA网)采用的都是电路交换技术,它的基本特点是采用面向连接的方式,在...

     	网络交换技术共经历了四个发展阶段,电路交换报文交换、分组交换和ATM技术
    1.电路交换技术

    公众电话网(PSTN网)和移动网(包括GSM网和CDMA网)采用的都是电路交换技术,它的基本特点是采用面向连接的方式,在双方进行通信之前,需要为通信双方分配一条具有固定带宽的通信电路,通信双方在通信过程中将一直独占所分配的资源,直到通信结束,并且在电路的建立和释放过程中都需要利用相关的信令协议。这种方式的优点是在通信过程中可以保证为用户提供足够的带宽,并且实时性强,时延小,交换设备成本较低,但同时带来的缺点是网络的带宽利用率不高,资源独占,一旦电路被建立不管通信双方是否处于通话状态,分配的电路都一直被占用。

    2.报文交换技术

    报文交换技术和分组交换技术类似,也是采用存储转发机制,但报文交换是以报文作为传送单元,由于报文长度差异很大,长报文可能导致很大的时延,并且对每个节点来说缓冲区的分配也比较困难,为了满足各种长度报文的需要并且达到高效的目的,节点需要分配不同大小的缓冲区,否则就有可能造成数据传送的失败。在实际应用中报文交换主要用于传输报文较短、实时性要求较低的通信业务,如公用电报网

    3.分组交换技术

    分组交换技术就是针对数据通信业务的特点而提出的一种交换方式,它的基本特点是面向无连接而采用存储转发的方式,将需要传送的数据按照一定的长度分割成许多小段数据,并在数据之前增加相应的用于对数据进行选路和校验等功能的头部字段,作为数据传送的基本单元即分组(首部+数据段)。采用分组交换技术,在通信之前不需要建立连接,每个节点首先将前一节点送来的分组收下并保存在缓冲区中,然后根据分组头部中的地址信息选择适当的链路将其发送至下一个节点,这样在通信过程中可以根据用户的要求和网络的能力来动态分配带宽。分组交换比电路交换的电路利用率高,但时延较大。



    4、
    	若要传送的数据量很大,且其传送时间远大于呼叫时间,则采用电路交换较为合适;当端到端的通路有很多段的链路组成时,采用分组交换传送数据较为合适。从提高整个网络的信道利用率上看,报文交换和分组交换优于电路交换,其中分组交换比报文交换的时延小,尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信。

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报文交换的数据传输单元