第4节 交换的概念
报文交换、电路交换和分组交换
1.电报网和报文交换
- 电报网的定义：
文本信息＋二进制编码＋数字传输＋报文交换； - 报文交换的关键技术：
编址
路由
存储转发
2. 电话网和电路交换
- 两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。
更多的电话机互相连通
- 5 部电话机两两相连，需 10 对电线。
- N 部电话机两两相连，需 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对的数量与电话机数的平方成正比。
使用交换机
- 当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。
“交换”的含义
- 在这里，“交换”(switching)的含义是：
转接——把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。 - 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。
电路交换的特点
- 电路交换必定是面向连接的。
- 电路交换的三个阶段：
建立连接
通信
释放连接
电路交换举例
- A 和 B 通话经过四个交换机
- 通话在 A 到 B 的连接上进行
- C 和 D 通话只经过一个本地交换机
- 通话在 C 到 D 的连接上进行
电路交换传送计算机数据效率低
- 计算机数据具有突发性。
- 这导致通信线路的利用率很低。
3.分组交换的原理（一）
- 在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。
分组交换的原理（二）
- 每一个数据段前面添加上首部构成分组
请注意：现在左边是“前面”
分组交换的原理（三）
- 分组交换网以“分组”作为数据传输单元。
- 依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。
分组首部的重要性
- 每一个分组的首部都含有地址等控制信息。
- 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。
- 用这样的存储转发方式，分组就能传送到最终目的地。
分组交换的原理（四）
- 接收端收到分组后剥去首部还原成报文。
分组交换的原理（五）
- 最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。
- 这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。
请注意首部的位置
- 接收端在发送端的左方时，首部往往画在分组的左方。
- 接收端在发送端的右方时，首部往往画在分组的右方。
分组交换网的示意图
注意分组的存储转发过程
注意结点交换机有多个端口
结点交换机
- 在结点交换机中的输入和输出端口之间没有直接连线。
- 结点交换机处理分组的过程是：
把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；
查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；
把分组送到适当的端口转发出去。
主机和结点交换机的作用不同
- 主机是为用户进行信息处理的，并向网络发送分组，从网络接收分组。
- 结点交换机对分组进行存储转发，最后把分组交付给目的主机。
分组交换的优点
- 高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。
- 灵活 以分组为传送单位和查找路由。
- 迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。
- 可靠 完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。
分组交换带来的问题
- 分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。
- 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。
分组交换与电路交换的比较
- 是否建立呼叫连接
- 是否有专门的物理路径
- 每个分组是否沿着相同的路径
- 是否有序到达
- 冗余性
- 预留带宽能力
- 拥塞的时间点
- 是否有带宽浪费
- 存储转发
- 透明性
- 收费方法
三种交换的比较
本章的要点
- 傅立叶分析
- 信号在信道上传输的特性
- 两大传输定律
- 传输介质
- 模拟系统的传输方式
- 电话系统的数字传输方式
- 多路复用技术：FDM/WDM/TDM
- 交换方式
