数据交换技术
数据交换技术
2.2数据互换技术教学目的:规定理解电路互换、报文互换和分组互换技术的概念，工作原理和各自的特点。
教学重难点：1、电路互换技术的工作原理和特点。
2、报文互换技术的工作原理和特点。
3、分组互换技术（虚电路分组互换和数据报分组互换）的工作原理和特点。
4、各种数据互换技术的性能比较。
课题导入：前面我们学习了信号的编码，知道了数字数据的数字信号编码和模拟信号编码以及模拟数据的数字信号编码，那么数据通过编码后在通信线路上进行传输的最简朴形式，是在两个互连的设备之间直接进行数据通信。
但网络中所有的设备并不是两两相连的，而是通过中间节间，而中间结点并不关心所传数据的内容，而是提供一种互换技术，这就是我们今天要学习的新内容。
一、电路互换(Circuit Switching)电路互换(Circuit Switching)是在两个站点之间通过通信子网的结点建立一条专用的通信线路，这些结点通常是一台采用机电与电子技术的互换设备(例如程控互换机)。
也就是说，在两个通信站点之间需要建立实际的物理连接，其典型实例是两台电话之间通过公共电话网络的互连实现通话。
电路互换实现数据通信需通过下列三个环节：一方面是建立连接，即建立端到端(站点到站点)的线路连接；另一方面是数据传送，所传输数据可以是数字数据(如远程终端到计算机)，也可以是模拟数据(如声音)；最后是拆除连接，通常在数据传送完毕后由两个站点之一终止连接。
电路互换的优点是实时性好，但将电话采用的电路互换技术用于传送计算机或远程终端的数据时，会出现下列问题：①用于建立连接的呼喊时间大大长于数据传送时间(这是由于在建立连接的过程中，会涉及一系列硬件开关动作，时间延迟较长，如某段线路被其他站点占用或物理断路，将导致连接失败，并需重新呼喊)；②通信带宽不能充足运用，效率低(这是由于两个站点之间一旦建立起连接，就独自占用实际连通的通信线路，而计算机通信时真正用来传送数据的时间一般不到10%，甚至可低到1%)；③由于不同计算机和远程终端的传输速率不同，因此必须采用一些措施才干实现通信，如不直接连通终端和计算机，而设立数据缓存器等。
《计算机网络》 数据交换
空分交换
单级空分开关
时分交换
时分复用 时间片互换 多时分交换
5.2 报文交换
在 报 文 交 换 （ message switching ） 方 式 中 ， 信 息 的 交 换 是 以 报 文 （message）为单位的，通信的双方之间无需建立专用通道。例如，当计算 机间通信时，发送机要先把准备发送的信息加上报文头，包括目标地址、源 地址等信息，并将形成的报文发送给交换设备。交换器把收到的报文信息存 入缓冲区并输送进队列排队等候处理，这个过程称为“第一次排队”。
数据交换
交换技术是采用交换机或结点 机等交换系统，通过路由选择技 术在要进行通信的双方之间建立 物理的逻辑的连接，形成一条通 信电路，实现通信双方的信息传 输和交换的一种技术。
网络中的数据交换技术
在计算机网络中，计算机通常使用公用通信的传 输线路进行数据交换，以提高传输设备的利用率。在 网络中的数据交换方式可分为线路（电路）交换和存 储转发交换两大类，其中存储转发交换又可分为报文 交换和分组交换两种。分组交换可分为传统的分组交 换、帧中继交换和信元交换三种。
为了解决上述问题，人们便提出了一种称为分组交换 （packet switching）的技术。就是将用户的大报文分割成若干个具有统一 格式、具有固定长度的报文分组（称为包，packet）。以报文分组 为单位，在网络中按照类似于流水线的方式进行存储转发传输，从 而可以使各个交换器处于并行操作状态，很显然这样一来便可以大 大缩短报文的传输时间。每一个报文分组均含有数据和目标地址， 同一个报文的不同分组可以在不同的路径中传输，到达指定目标以 后，再将它们重新组装成完整的报文。
第二章 数据交换
例：假如H1站有3个分组报文要发送到H3站，且按1、2、3 次序发送到结点A。 结点A必须对每个数据报作出路径选择。当数据报1进 入时，结点A测定到去B的队列比去结点F的队列短，因 此选择去结点B的路径； 数据报2也是如此； 对数据报3，结点A发现去结点F的队列短，因此把数据 报3发送到结点F。 结果： 具有同样目的地址的数据报不能遵循同样的路径，有 可能数据报3比数据报2先到达结点C； 三个数据报不能按顺序到达H3，即对到达H3站的数据 报要重新排序。
第2章 物理层 --数据交换技术
问题的提出：在解决了数据的编码与传 输等基本问题后，接下来要考虑的是： 数据是如何通过通信子网，实现资源子 网中两台计算机间的数据交换的？ 几种数据交换技术 ATM技术
远程传输网络，不可能铺设用户到用户的线 路，因此产生了交换技术。 交换技术是指数据被从设备的一个端口送到 另一个端口所采用的技术。 电路交换 报文交换 分组交换 高速交换技术
ATM技术基本概念
ＡＴＭ(Asynchronous Transfer Mode)即异步传输 模式,就是国际电信联盟ITU-T制定的标准,现已成为 实现B-ISDN的核心技术. ATM是一种传输模式，在这一模式中，信息被组织 成信元，因包含来自某用户信息的各个信元不需要 周期性出现，这种传输模式是异步的。 ATM信元是固定长度的分组，共有５３个字节，分 为２个部分。前面５个字节为信头，主要完成寻址 的功能；后面的４８个字节为信息段，用来装载来 自不同用户，不同业务的信息。
ATM技术基本概念
话音，数据，图象等所有的数字信息都 要经过切割，封装成统一格式的信元在 网中传递，并在接收端恢复成所需格式 由于ATM技术简化了交换过程，去除了 不必要的数据校验，采用易于处理的固 定信元格式，所以ATM交换速率大大高 于传统的数据网，如x.25，DDN,帧中继 等
高中信息技术《数据交换技术》教案
高中信息技术《数据交换技术》教案一、教学目标1. 理解数据交换技术的概念及其重要性。
2. 掌握数据交换技术的基本原理和常见方式。
3. 能够分析实际场景中的数据交换问题，并提出相应的解决方案。
二、教学内容1. 数据交换技术的概念与重要性2. 数据交换技术的基本原理3. 常见数据交换方式及其比较4. 实际场景中的数据交换问题及解决方案三、教学重点与难点1. 教学重点：数据交换技术的概念、基本原理及常见方式。
2. 教学难点：实际场景中的数据交换问题及解决方案的提出。
四、教学方法1. 讲授法：讲解数据交换技术的概念、基本原理和常见方式。
2. 案例分析法：分析实际场景中的数据交换问题，引导学生提出解决方案。
3. 小组讨论法：分组讨论，分享不同场景下的数据交换问题和解决方案。
五、教学准备1. 课件：制作包含数据交换技术概念、原理和案例的课件。
2. 案例素材：收集不同场景下的数据交换问题及解决方案。
3. 教学工具：电脑、投影仪等。
【课堂导入】（教师通过引入实际案例，如电子商务、社交媒体等，引发学生对数据交换技术的兴趣，从而引入本节课的主题。
）【新课讲解】1. 数据交换技术的概念与重要性（讲解数据交换技术的定义，以及其在现代社会中的重要性）2. 数据交换技术的基本原理（讲解数据交换的基本原理，如电路交换、分组交换、报文交换等）3. 常见数据交换方式及其比较（介绍常见的数据交换方式，如电路交换、分组交换、报文交换等，并比较它们的优缺点）【案例分析】1. 分析实际场景中的数据交换问题（展示不同场景下的数据交换问题，如网络购物、社交软件等）2. 引导学生提出解决方案（引导学生根据所学知识，提出解决问题的方案）【小组讨论】1. 分组讨论（学生分组讨论，分享各自提出的解决方案）【课堂小结】【课后作业】1. 复习本节课的内容，整理笔记。
2. 选择一个实际场景，分析其数据交换问题，并提出解决方案。
六、教学活动1. 课堂讲解：教师通过多媒体课件，生动形象地讲解数据交换技术的基本原理和常见方式。
数据交换技术
假设：我们要到上海海洋馆参观，那我们就要借助一些交通工具，比如先做长途汽车到达中兴路汽车站，然后在火车站座地铁，到达海洋馆附近的地铁站点，最后步行到达海洋馆，其间我们要通过若干个中转点才能到达目的地。
计算机世界中也是如此，发送方和接收方通信也是如此，必须经过若干个中间节点的转接，这就是今天我们要学的数据交换技术。
一、数据交换技术数据交换技术主要有三种类型：电路交换、报文交换和分组交换1、电路交换技术【实例】：打电话2、报文交换技术【实例】：发电报3、分组交换技术【实例】：IP电话二、几种交换技术的比较(1)电路交换。
在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路。
在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用。
(2)报文交换。
报文从源点传送到目的地采用"存储一转发"的方式,在传送报文时，一个时刻仅占用一段通道。
在交换节点中需要缓冲存储,报文需要排队,故报文交换不能满足实时通信的要求。
(3)分组交换。
交换方式和报文交换方式类似，但报文被分成分组传送,在数据报分组交换中，目的地需要重新组装报文，分组交换技术是计算机网络中使用最广泛的一种交换技术。
假设：我们要到上海海洋馆参观，那我们就要借助一些交通工具，比如先做长途汽车到达中兴路汽车站，然后在火车站座地铁，到达海洋馆附近的地铁站点，最后步行到达海洋馆，其间我们要通过若干个中转点才能到达目的地。
计算机世界中也是如此，发送方和接收方通信也是如此，必须经过若干个中间节点的转接，这就是今天我们要学的数据交换技术。
一、数据交换技术数据交换技术主要有三种类型：电路交换、报文交换和分组交换1、电路交换技术【实例】：打电话2、报文交换技术【实例】：发电报3、分组交换技术【实例】：IP电话二、几种交换技术的比较(1)电路交换。
在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路。
在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用。
(2)报文交换。
报文从源点传送到目的地采用"存储一转发"的方式,在传送报文时，一个时刻仅占用一段通道。
高中信息技术《数据交换技术》教案
高中信息技术《数据交换技术》教案一、教学目标1. 了解数据交换技术的基本概念及其重要性。
2. 掌握数据交换的两种基本方式：电路交换和分组交换。
3. 理解数据交换技术在现代通信中的作用。
4. 学会分析实际问题，运用数据交换技术解决问题。
二、教学重点与难点1. 教学重点：数据交换技术的基本概念、电路交换与分组交换的特点及应用。
2. 教学难点：数据交换技术在实际应用中的原理和操作。
三、教学方法1. 采用案例分析法，以实际应用为例，引导学生了解数据交换技术的基本概念及作用。
2. 利用对比法，让学生明白电路交换与分组交换的区别和应用场景。
3. 采用问题驱动法，引导学生主动探究数据交换技术在实际问题中的应用。
四、教学准备1. 准备相关案例资料，用于讲解数据交换技术的实际应用。
2. 制作电路交换与分组交换的对比表格，方便学生理解。
3. 准备一些实际问题，用于引导学生运用数据交换技术进行分析。
五、教学过程1. 导入：通过一个实际案例，让学生了解数据交换技术在现代通信中的重要性。
2. 讲解：介绍数据交换技术的基本概念，讲解电路交换与分组交换的特点及应用。
3. 分析：让学生分析实际问题，运用数据交换技术进行解决。
4. 讨论：分组讨论，让学生分享自己解决问题的方法和经验。
5. 总结：对本节课的内容进行总结，强调数据交换技术在实际应用中的重要性。
6. 作业：布置一些有关数据交换技术的练习题，巩固所学知识。
六、教学延伸1. 介绍数据交换技术的发展历程，让学生了解其演变过程。
2. 探讨数据交换技术在未来通信领域的发展趋势。
七、教学案例1. 以一个具体的数据交换应用场景为例，如电子邮件、电话通信等，让学生了解其背后的数据交换技术。
2. 分析案例中数据交换技术的应用原理和过程。
八、课堂互动1. 设计一些有关数据交换技术的问题，引导学生进行思考和讨论。
2. 组织学生进行小组竞赛，看哪个小组能更好地运用数据交换技术解决问题。
九、课后作业1. 让学生结合所学内容，选取一个实际应用场景，分析其数据交换技术的应用。
数据交换
数据交换技术一、数据交换概述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称为数据交换。
交换技术是在欲进行通信的双方之间建立物理的和逻辑的连接，实现通信双方的信息传输和交换的一种技术。
数据通信网中任一用户与其他用户通信时，在交换中心局进行的接转操作方式。
采用数据交换可有效地利用数据通信网中的通信设备和电路。
需要交换的数据一般可以分为实时数据和允许等待的非实时数据。
这两种数据的流通特性不同，因而可采用不同的数据交换方式。
数据交换方式可分为电路交换和存储转发交换两类。
前者适合传输实时数据，后者适合传输非实时数据或实时性要求不高的数据。
二、数据交换的必要性点对点的通信：两端用户通过信道直接连接起来所构成的通信方式是点对点的通信。
数据交换的必要性：多个用户之间要进行数据通信，如果任意两个用户之间都有直达线路连接的话，虽然简单方便，但线路利用率低。
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。
数据交换技术及差错控制概述
▪ 例如：建立连接的时间为0.5s，计算机以1Mb/s的速率发送 10KB。线路利用率＝？
2
▪ 电话网络中的电路交换
呼叫时建立的 物理铜质连接
交换局
▪ 电路交换也能在多路复用信道上实现
• 在物理线路的Βιβλιοθήκη 个信道上建立连接数据交换技术及差错控制
▪ 什么是交换？
• 按某种方式动态地分配传输线路资源。
▪ 例如，电话交换机在用户呼叫时为用户选择一条可 用的线路进行接续。用户挂机后则断开该线路，该 线路又可分配给其他用户。
▪ 最初的交换：人工转接交换
▪ 为什么要采用交换技术？
• 节省线路投资，提高线路利用率。
▪ 实现交换的方法主要有：电路交换、报文 交换和分组交换。
• 整个报文（Message）作为一个整体一起发送。
• 优缺点：
▪ 没有建立和拆除连接所需的等待时间； ▪ 线路利用率高； ▪ 传输可靠性较高； ▪ 报文大小不一，造成存储管理复杂； ▪ 大报文造成存储转发的延时过长，且对存储容量要求较高； ▪ 出错后整个报文全部重发。
• 类比：下载时若无断点续传功能，一旦出错你会怎样做？
1
▪ 电路交换
• 在通信双方之间建立一条临时专用线路的过程。
▪ 可以是真正的物理线路，也可以是一个复用信道。
• 特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。—— 称为“面向连接的”（典型例子：电话）
• 过程：建立连接→通信→释放连接
• 优缺点：
▪ 建立连接的时间长； ▪ 一旦建立连接就独占线路，线路利用率低； ▪ 无纠错机制； ▪ 建立连接后，传输延迟小。
4
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1. 通话前先拨号建立连接。 2. 通话过程中，通信双方一直占用所建立的连接。 3. 通话结束后，挂机释放连接。
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交换节点的作用
• 把一条传输线路转接到另一条传输线路，使它们 连通起来。
A(
B
( C(
(
(D ( (
(
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电路交换的过程
• 建立电路连接 – 开始传输数据之前，首先在信源节点和信宿节点间，通 过呼叫建立一条由各个中间交换节点的分段连接所组成 的通信电路。
节点，所经过的中继节点并不关心数据的内容，只是把数据 从一个节点送到下一个节点，直至送到信宿节点为止。
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电路交换的优缺点
• 优点
– 通信实时性强。 一旦线路接通，数据直通，传输延迟时间短，适 用于交互式会话类通信。
– 数据传输可靠、迅速，保证按序传送。
• 缺点
– 独占电路和一组用户设备，其他用户不能利用。 – 电路交换的呼叫建立过程所花时间太长。 – 由于计算机和各种终端的传输速率不一样，很难使这些不同速率
• 中继节点转发数据的技术就是数据交换技术。
6
电话的典型连接方式
• 通过电话交换机进行语音数据的转接。 • 传输过程是： 模拟话音 – PCM – PCM - 模拟话音
交换网络
PSTN
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PSTN的层次结构
• 公用交换电话网 PSTN (Public Switched Tel .Net) 分为三 级：
• 采用存储转发的技术：无建立电路的过程，接收方和发送方 无须同时工作，信道忙或接收方忙时中继节点可暂存报文；
• 线路利用率较高：不独占线路，信道可为多个用户的数据报 文所共享；
• 支持多点传输：一个信源节点可同时向多个目的节点发送同 一报文 ；
• 能进行速率与码型的转换：不同速率和码型的终端用户之间 可以进行数据传送。
• 数据传输 – 建立通信链路之后，就通过这条专用信道进行实时、双 向的数据传输。
• 释放电路连接 – 完成数据传输之后，必须释放占用的线路，即拆除信源 节点和信宿节点之间的物理连接。
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电路交换的三个阶段
• 呼叫建立 信息传送 连接释放
Source
Signal Signal
Go Ahead
Destination
• 可以增加差错控制机制进行检错和纠错处理。确保报文有序 无误地传送。
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报文交换的缺点
• 通过通信网络的延迟等待时间过长，不适合于实 时的或交互会话式的数据通信业务。如：语音交 换、终端与主机之间的通信等。
• 中继节点由具有存储能力的计算机担任，用户信息可以暂时 保存在中继节点上。
• 信源节点和信宿节点之间无需建立专用通道。信息传输的路
径既可以是固定的，
也可以在传输过程
中动态确定。
2
A
1
3
6
B
4
5
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中继节点的交换方式
• 在中继节点中的输入和输出端口之间没有直接 连线。
• 中继节点进行数据交换的过程：
• 中继节点转发数据的过程被称为数据交换。 •通信子网
•中继节点
•通信链路
4
网络中的交换设备
• 中继节点
通常为交
换设备，
1
具有多个
2
3
端口，分
别连接不
同的传输
N
线路。
Control
Connection of inputs to outputs
1 2 3
N
5
数据交换技术
1 3
2 4
• 从通信资源分配的角度来看，所谓“交换”就是按照某种 方式动态地分配传输线路的资源。
• 数据报 • 虚电路
10
数Hale Waihona Puke 交换技术1. 数据交换技术概述 2. 电路交换 3. 存储转发交换 4. 虚电路交换与数据报交换
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电路交换
• 电路交换（Circuit switching）是最早出现的一种交换方式， 也是应用最广泛的一种。
• 电路交换是实电路交换，是一种面向连接的直接交换方式。 • 要求通信双方在传输数据之前建立一条实际的物理通路，并且
– 把收到的数据先放入缓存（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； – 把数据送到适当的端口转发出去。
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报文交换与分组交换
• 存储转发交换分为报文（message）交换与分组 （packet）交换两种方式；
• 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， 附上相应的控制信息，组成一个报文发送。
Signal
Message
Release
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电路交换的特点
• 通信子网中的中继节点是电子或机电结合的交换设备，仅完 成输入线路与输出线路的物理连接（如：电话交换机），不 能存储数据，无纠错能力。
• 它通过网络中继节点在两个工作站之间建立专用的物理信道。 • 在数据进行通信实现交换的过程中，数据从信源节点到信宿
• 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，发送方就将它分成多个报文分组发送。
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报文和报文分组的结构
报文： 报文号 目的地址 源地址
数据
校验
报文分组： 报文号 报文分组号 目的地址 源地址 报文分组数据 校验
• 公用数据网采用的是分组交换技术。
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报文交换的优点
• 国际网、长途网 和本地网。
8
本地电话网的网络结构
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数据交换技术的分类
• 电路交换(Circuit Switching) • 存储转发交换(Store and Forward Switching )
– 报文交换(Message Switching) – 分组交换 (Packet Switching)
的设备互相通信。 – 双方数据通路建立连接以后，一旦出现了故障，都必须重新建立
连接。这对重要的与紧急的通信很不利。
• 综上所述，计算机的数据通信必须寻找其它的交换技术。
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数据交换技术
1. 数据交换技术概述 2. 电路交换 3. 存储转发交换 4. 虚电路交换与数据报交换
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存储转发交换
• 存储转发交换(Store and Forward Switching ) 利用传输链路中继节点的存储器来转发数据。
郑州大学软件学院
1
主要内容
• 数据交换技术概述 • 电路交换 • 存储转发交换 • 虚电路交换与数据报交换
2
交换技术的引入
• 所谓交换，是在用户之间有目的地互相传递信息 (话音、文本、数据或图像)。
H1
交换机
H2
H1
H2
3
什么是数据交换
• 在数据通信系统中，通信的双方通常通过通信子网中的 中继节点的转发，将数据从源站点发送到目的站点。