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第3章 中间节点上的通信技术,计算机网络,3.1 交换技术 3.2 虚电路与数据报 3.3 交换机 3.4 路由节点上的通信,3.1 交换技术,计算机网络,3.1.1 交换技术与数据交换 交换技术是在欲进行通信的双方建立物理和逻辑的 连接，实现通信双方的信息传输和交换的一种技术。 数据交换 在多个数据终端设备(DTE)之间，为任意两个终端 设备建立数据通信临时互连通路的过程成数据交换。 数据交换的方式,电路交换就是使用交换开关，将通信双方间的多条链 路连接成一条专用的通道。 电路交换特征： 。通信双方在通信前需建立实际物理电路连接； 。连接的电路被通信的一对用户独占，只有通 信结束电路释放后，才能被别人使用。 建立连接(呼叫)数据传送线路拆除(释放) 电路交换的特点： 。建立连接需要时间，适合大数据量传输； 。连接后以固定数率传输，传输延迟固定(连接时间) 。连接的信道私有，不被他人享用。,1)电路交换,电路交换示意,计算机网络,电路交换示意图,电路交换延迟图,计算机网络,2)存储-转发交换,存储转发交换分有报文交换、分组交换和信元交换三种技 术，其技术原理是根据加载在发送信息中的目的地址，对发送 信息进行逐个节点间的转发，直至目的地的过程。 报文交换：不管发送数据长度是多少，均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，把较大的数据长度分 成多个报文分组进行发送； 信元交换：传送的信元短小且定长，结构简单，快速传送。 存储-转发交换特点 。不需要建立专用传输信道，线路利用率高； 。中间节点先存储报文，线路不忙时将其转发； 。可根据网中流量分布动态地选择报文传输路径；,报文/分组交换示意图,3.2 虚电路与数据报*,虚电路和数据报是数据分组在分组交换网中的两种传输方 式，虚电路服务是建立在虚电路号上(为通信双方建立的逻辑链 路)，数据报服务是利用目的地址和源地址进行数据转发。 虚电路分：交换虚电路(SVC)和永久虚电路(PVC)两种类型; 虚电路与数据报的各自特点 1) 虚电路 。存在虚电路建立过程，即事先进行路由选择； 。所有数据包沿同一条路径发送，每个报文不需路由选择； 。报文投递可靠，并保证包的顺序； 。报文中不需要目的地址，只需要虚电路号； 。虚电路必须进行释放。,2) 数据报 。避免了建立连接，减小了传输时延； 。可为分组独立选择路径，充分利用传输资源，有利于 平滑通信，且可靠性高； 。因报文独立路由，增大了传输延迟，且传输不确定， 不适用于实时性通信。,3.2.1 虚电路与数据报方式比较,计算机网络,1)是否面向连接 。虚电路为面向连接，而数据报则为面向无连接； 2)分组长度 。虚电路：分组头中只含虚电路号，分组较短，传输开销小； 。数据报：分组头中包含地址信息，分组长，传输开销大； 3)路由选择 。虚电路：不需要路由选择，预先有虚电路建立过程； 。数据报：每个分组独立选择路由； 4)分组顺序 。虚电路：保证每个分组正确到达，且保证原来顺序； 。数据报：分组独立选择路由，不保证分组按序到达； 5)阻塞影响 。虚电路可有效仿制阻塞，而数据报则易造成阻塞； 6)应用场合 。虚电路适合实时性通信，而数据报不适合实时性通信。,主机A,主机C,通信子网,主机D,主机B,计算机网络,虚电路与数据报服务方式,3.2.2 数据交换三种方式比较,3.3 交换机,现代通信网络按有无交换功能可分两大类：交换网与传 输网。在交换网中，数据交换由交换机实现，故交换机是交 换网的核心设备，也是其交通枢纽。 3.3.1 交换机的功能 交换机的作用是接收数据，然后有选择地将数据转发和 实现数据流的控制。同时它还有下列一些功能： 物理编址：定义数据帧的物理地址； 差错验证：错误发生时发出警告； 数据帧整序； 流量控制：控制数据的传输能力； 网络拓扑结构设定：定义设备物理连接所形成的网 络拓扑结构。,3.3.2 交换机交换单元的分类,计算机网络,构成交换机的基本单元是交换单元，交换单元实现 技术有:空间交换和时隙交换两种。 1)空间交换 指交换单元按链路的空间分布进行交换，将分组 从一条链路转发到另一条链路上。典型的空间交换机 构是交叉点矩阵结构。 工作原理 适当控制空间 内的触点开关，即 可在任一路输入线 和输出线之间构成 通路。,计算机网络,2)交换机的时隙交换,时隙交换实现原理是将输入链路上某个时隙上的分 组安排到输出链路上的另一个时隙上进行转发的过程。,3.4 路由节点上的通信,计算机网络,3.4.1 路由与路由器 路由就是把信息从源站点通过网络路径传递到目的站 点的行为。能完成路由的节点称路由节点，该节点为网络 的边界节点，其功能是为数据分组的转发寻找最佳传输路 径。如送来的数据分组目标地址与本节点地址相同，则进 行本地(网内)转发，反之则进行网间转发。 能完成路由的设备称路由器，其转发分组是根据其内 部路由表转发，路由表中记录着数据分组从源节点到目的 节点可能经过路径的详细信息（目的地址、下一站地址、 下一站网络接口号和距离等）。所以路由表是路由器的中 枢，建立和维护路由表就是路由器的关键技术。,3.4.2 路由表与路由算法,路由表按其生成的方式分静态和动态两种，对应的 算法有静态路由算法和动态路由算法。 1)静态路由表 静态路由表由网管人员根据网络拓扑预先设定， 一般不会修改。如拓扑结构发生变化，网管人员根据 变化的情况加以修改。静态路由信息一般为私有，不 会传递给其他的路由器，但可设置为共享。 2)动态路由表 动态路由表是路由器根据网络系统的运行情况自 动调整的路由表。通常是通过路由器与相邻路由器交 换网络信息来动态地进行路由表维护。,计算机网络,3)常用静态路由算法种类,具体有扩散式算法、最短队列算法和固定式算法。 扩散式(洪泛)算法 每个节点在收到分组后，即将其发往除分组来的 节点之外的其它各相邻节点。 最短队列(热土豆)算法 节点在收到分组后将其放在最短队列，而不管其 目标地址在那。 固定式算法 每个路由节点都存放一预先计算好的路由表，表 中给出节点到所有目标节点的最短路径，结构变化 由管理人员重新填写。,扩散式(洪泛)算法,静态路由算法,计算机网络,最短队列(热土豆)算法,静态路由算法,计算机网络,固定式算法,计算机网络,4)常用动态路由算法种类,计算机网络,算法有距离向量算法、链路状态算法两大类。 距离向量算法 相邻路由器之间周期性地相互交换各自路由表信息， 告知网中每个节点的最远和最近距离，构成路由表。 (目的地址、下一跳地址、路由开销-距离)， 链路状态算法（最短路径算法） 算法使用链路状态数据包(LAP)计算从该路由器到其 它目标网络的最短路径，以构成路由表。 LSP中包含与该链路相关的链路状态信息、邻居ID、链路类型和 带宽序列号、过期信息等内容。,3.4.3 路由器的基本结构,计算机网络,1)路由器的组成 。硬件：CPU、内存、接口、控制等电路组成; 。软件：路由协议、SNMP管理、内存和接口管理; 2)路由器的网络接口 。通用串行接口(通过电缆转换成RS-232DTE/DCE接口; 。V.35 DTE/DCE接口 。X.21 DTE/DCE接口； 。10M、100M、10/100自适应、千兆以太接口； 。ATM接口(2M、25M、155M、633M等); 。POS接口(155M、622M等); 。令牌环接口、FDDI接口、ISDN接口 。 E1/T1接口、E3/T3接口。,计算机网络,3)路由器的功能,网络互连： 路由器支持各种局域网和广域网接口，主要用 于各种网络的互联，实现不同网络互相通信； 数据处理： 提供包括分组过滤、分组转发、优先级、复用、 加密、压缩和防火墙等功能； 网络管理： 路由器提供包括路由器配置管理、性能管理、 容错管理和流量控制等功能。 协议转换： 对网络层及其以下各层协议进行转换。,