分组交换
现代交换技术第4章分组交换技术
第4章 分组交换技术
2．分组交换的缺点
上面介绍了分组交换的诸多优点，但任何技术在具有优点 的同时都不可避免地具有一些缺点，分组交换也不例外。它的 这些优点都是有代价的。
(3) 分组交换技术的协议和控制比较复杂，如我们前面提到 的逐段链路的流量控制，差错控制，还有代码、速率的变换方 法和接口，网络的管理和控制的智能化等。这些复杂的协议使 得分组交换具有很高的可靠性，但是它同时也加重了分组交换 机处理的负担，使分组交换机的分组吞吐能力和中继线速率的 进一步提高受到了限制。
第4章 分组交换技术
第4章 分组交换技术
4.1 概述 4.2 分组交换原理 4.3 X.25协议 4.4 分组交换机 4.5 帧中继技术 思考题
第4章 分组交换技术
4.1 概 述
4.1.1 分组交换的产生背景
分组交换PS(Packet Switching)技术的研究是从20世纪60年代开 始的。当时，电路交换技术已经得到了极大的发展。电路交换技 术是最适合于话音通信的，但随着计算机技术的发展，人们越来 越多地希望多个计算机之间能够进行资源共享，即能够进行数据 业务的交换。数据业务不像电话业务那样具有实时性，而是具有 突发性的特点，并要求高度的可靠性。这就要求在计算机之间有 高速、大容量和时延小的通信路径。在计算机之间进行数据通信 时，传统的电路交换技术的缺点越来越明显：固定占用带宽，线 路利用率低，通信的终端双方必须以相同的数据率进行发送和接 收等。所有这些都表明电路交换不适合于进行数据通信。因此， 大约在20世纪60年代末、70年代初，人们开始研究一种新形式的、 适合于进行远距离数据通信的技术——分组交换。
名词解释分组交换
名词解释分组交换名词解释分组交换分组交换是一种计算机网络通信方式，它将数据分成小块或包，每个包都有一个自己的地址和传输控制信息，然后通过不同的路径从源节点到目标节点进行传输。
分组交换是现代计算机网络中常见的数据传输方式。
在这种方式下，信息被分成更小的单元，每个单元（或包）都是独立传输的。
名词解释在分组交换中，有几项必要的组成元素需要解释：1.数据包（packet）：用来传输数据的最小单位。
它包含了数据和元数据，元数据包括了源地址和目的地址、校验和、长度等信息。
2.报文（message）：报文是分组交换过程中的上层逻辑单位，就是我们要传输的有用数据。
在传输之前被分成数据包，然后通过网络传输。
3.分组（datagram）：分组就是将数据包划分成特定的大小，以便于传输，大小通常在几百到几千字节之间。
分组是一个独立的单元，包含数据和一些头部信息。
4.路由器（router）：分组交换网络中的重要设备，主要用于分组的转发和路由选择。
路由器可以根据数据包的目标地址和网络拓扑信息来决定数据包的转发路径。
5.负载（payload）：负载是数据包中真正要传输的数据部分，与元数据相比，它是数据包中占据的大部分空间。
分组交换的工作原理在分组交换的传输过程中，数据被分成一系列小块，每个小块被称为数据包，然后将数据包单独传输到目标节点。
这种方式可以有效地利用网络带宽资源，保证了数据传输的可靠性和传输效率。
整个传输过程通常包括以下几个步骤：1.将输入数据划分成数据包。
2.对每个数据包进行路由选择，确定传输路径。
3.路由器将数据包发送到下一个节点，并在途中进行转发。
4.接收方节点接收数据包，并将其重新组成原始数据。
分组交换的优点1.利用带宽资源更高效：由于数据被分成小块进行传输，这种方式可以更好地利用网络带宽资源，提高网络效率和传输速率。
2.支持多种传输协议：分组交换可以支持多种传输协议，包括UDP、TCP等协议。
这种通信方式可以被广泛地应用于多种不同的应用场景。
第11章分组交换网
11.1分组交换基本概念和网络结构 11.1分组交换基本概念和网络结构
• 二者比较： 二者比较：
分组头： 分组头：数据报方式的每个分组头都包含详细的目的 地址信息； 地址信息；虚电路分组头中只含有虚电路的逻辑信道 标识即可。 标识即可。 选路：虚电路方式有预先建立过程， 选路：虚电路方式有预先建立过程，存在一定的处理 开销。但是虚电路一旦建立， 开销。但是虚电路一旦建立，分组不再需要进行复杂 的选路；数据报方式不需要建立过程， 的选路；数据报方式不需要建立过程，对每个分组都 要独立地进行选路。 要独立地进行选路。
虚电路分为两种： 交换虚电路SVC(Switching 虚电路分为两种 ： 交换虚电路 SVC(Switching Virtual Circuit) 和 永 久 虚电 路 PVC(Permanent Circuit)。 Virtual Circuit)。 SVC指在每次呼叫时用户通过发送呼叫请求分 SVC 指在每次呼叫时用户通过发送呼叫请求分 组来临时建立虚电路的方式。 组来临时建立虚电路的方式。 PVC指应用户预约 ， PVC 指应用户预约， 由网络运营者为之建立固 指应用户预约 定的虚电路。 定的虚电路。它一般适用于业务量较大的集团用 户。
11.1分组交换基本概念和网络结构 11.1分组交换基本概念和网络结构
1 2 3 … N … 同 步 时 分 复 用
帧 N … 2 1 时隙 (a) N … … …
帧 … 时间 … 时间 (b) 2 1
统 计 时 分 复 用
时隙
标志码
信息N 5 信息2 3 信息N 5 信息1 2
11.1分组交换基本概念和网络结构 11.1分组交换基本概念和网络结构
11.1分组交换基本概念和网络结构 11.1分组交换基本概念和网络结构
分组交换
呼叫 1 2 入 3 4 10 12 2 2 出 62 63
端口号 LCN 端口号 LCN
节点A 2 3
节点B
1 2
DTE3 DTE4
节点B路由表
呼叫 1 2 入 3 3 62 63 1 2 出 22 23
端口号 LCN 端口号 LCN
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勤学 务实 开拓 创新
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勤学 务实 开拓 创新
分组交换原理
5.2.5 流量控制
流量控制的必要性:
在分组交换网中，网络节点采用存储-转发的机制对 分组进行处理，如果分组到达的速率大于节点处理分 组的速率，就可能造成网络节点中存储区被填满，导 致后来的分组无法被处理。
线路的传输容量也是有限的，如果网络中数据流分 布不均匀，可能会导致某些线路上流量超过其负载能 力，分组无法被及时传送。
5.2.4 路由选择
路由选择的策略：有4种方法
2、固定路由选择： 2)实现: 分组交换网根据一定的准则计算出每一对源节点 和目的节点之间的路由，并把它们保存在路由表中; 路由的计算可以由网络控制中心（NCC）完成，然 后装入各个节点中，也可由节点自身完成。每个节 点对应一张路由表;
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分组交换原理
5.2.4 路由选择
路由选择的策略：有4种方法
1、洪泛法：
原理:每个节点接收到一个分组后检查是否收到过 该分组，如果收到过就将它丢弃，如果未收到过，则 把该分组发往除了分组来源的那个节点以外的所有相 邻的节点。这样，同一个分组的副本将经过所有的路 径到达目的节点。目的节点接受最先到达的副本，后 到的副本将被丢弃。
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勤学 务实 开拓 创新
分组交换技术
分组交换技术
什么是分组交换技术
分组交换技术，也称为路由交换技术，是一种应用数据通信技术，是在网络中将数据数据以一定的固定大小的包（分组）的形式传送的技术。
使用的协议可能是不用的，但是主要的协议是TCP/IP，它允许数据在相邻的节点之间进行网络传输。
特点：
1、互联网的支撑：分组交换技术为互联网的流动提供了支撑，因为它允许不同的网络之间的信息交换；
2、传输速度快：分组交换技术使得数据传输速度更快，允许更多的信息以更短的时间进行传输；
3、信息隔离：分组交换技术使得数据可以与其他信息隔离，以避免资料等受到损害；
4、降低延迟：分组交换技术可以有效降低传输数据的时延；
5、节省带宽：分组交换技术提供的节省带宽的机会，能够缩短电路的拥塞程度。
应用：
1、路由协议：分组交换技术在路由协议中大量应用，用来传输报文；
2、网络拓扑设计：它有助于改善网络拓扑设计，提高了网络传输的效
率；
3、无线网络：它既可以应用于有线网络，也可以用于无线网络，例如WLAN；
4、负载均衡：分组交换技术可以帮助更好的实现负载均衡；
5、多播技术：通过分组交换，可以有效实现多播技术。
总结：
分组交换技术是一种应用数据通信技术，是在网络中将数据数据以一定的固定大小的包（分组）的形式传送的技术。
它为互联网的流动提供了支撑，传输速度快，可以与其他信息隔离，降低延迟，节省带宽的特点，以及路由协议、网络拓扑设计、无线网络、负载均衡以及多播技术的应用，使得它在建立网络上发挥着重要作用。
什么是分组交换
网络技术什么是分组交换将数据分割成为一定长度的数据块，并赋于称为标题的标识信息，构成“信息分组”，以信息分组为单位进行数据传输的交换方式称为分组交换。
分组交换机将从发送终端传送来的信息分组存入存储器中，再按标题地址信息发送到接收端，这种交换称为存储交换方式。
分组交换是以“统计式分时多路方式”为基本原理的。
分组交换中，在所有终端都不同时互相传送数据的前提下，为了减轻对中继线路容量的抑制，当有可能发生通信量阻塞时，必须在通信节点之间进行流控制，分组交换是是1960年美国提出在1980年大会上承认了X.25建议，并制定了分组交换的标准框架。
X.25的物理层使用X.21；数据链路层以LAPB （平衡型链路访问规程）为基础，所有的控制都是以帧的形式进行的。
分组交换是一种广域通讯技术，它将数据分成小组后在共享数据网络中传输，而不使用专用线路。
分组交换与电路交换的区别在于它采用虚电路（数据报），即它是由从某一共享线路网络中按需分配的带宽构成的。
在分组交换网络中进行数据交换的两方之间并无直接的物理连接。
这种连接只是一种逻辑上的。
在虚拟线路中，为每个呼叫建立一个专门路径，该呼叫的所有分组均沿着这一路径通过网络传送。
被传输的数据被分成短组，并通过网络分别传输。
在目的地，分组被重新组装成原始格式。
抑制对数据的发送。
此外，地址信息的正确交接是通信成功的必要条件，因此，必须对每一通信节点进行错误控制。
分组交换的一些优点：线路效率高，因为长距离线路可由多个呼叫和用户动态地共享；负载处理：网络提供缓冲能力来处理暂时的负载增加，不会造成阻塞；数据速率转换：数据以不同的速率在用户之间相互交换；成本较低，因为许多用户可以共享网络资源。
CSMA/CD（载波侦听多重接入/碰撞检测）在这一协议中，各站听从总线并且仅在总线空余时才进行传输。
如果出现碰撞，则信息分组将在一随机时间过后重发。
CRC（循环冗余检查)一种数据传输检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的和数附在帧的后面，接收设备也执行类似的算法。
分组交换要点
分组交换要点以下是 8 条关于分组交换要点：1. 分组交换就好像是快递发货呀！每个包裹就像是一个分组，它们会沿着不同的路径去往目的地。
比如说，你给朋友寄个礼物，分成几个小包裹寄走，这些小包裹可能走不一样的路，但最后都能到朋友手里。
这就是分组交换的神奇之处呢，不是吗？2. 分组交换很像搭积木呀！把信息分成小块，就像积木块，然后再重新组合起来。
比如你传一张照片，它会被分成很多小部分传输，最后在接收端完美拼成原来的照片。
这多有意思啊！3. 想象一下分组交换是一场接力赛！每个分组就是接力棒，在不同的节点被传递。
就像运动会上的接力比赛，大家齐心协力把任务完成。
你看，网络中的分组交换不就是这样的吗？4. 分组交换如同拼图游戏一样啊！把一个完整的信息拆分成好多碎片，然后再准确无误地拼起来。
就像你拼一个复杂的拼图，每一块都很重要，最后拼成美丽的图案，分组交换不也是在创造完美吗，对吧？5. 把分组交换看成是一组小火车呀！每节车厢装着一部分信息，沿着轨道前进。
比如你下载一部电影，就是这些小火车一节节地把电影信息运到你这里。
这是不是很形象呢？6. 分组交换有点像分兵作战呢！把大部队分成小股力量，各自行动，最终达成目标。
就像你发大量数据，分成一个个小组来传输，多灵活高效呀，是不是？7. 分组交换好比是小水滴汇聚成河流呀！一个个小的分组汇聚起来形成完整的信息。
比如你上传一段视频，就是这些小水滴汇聚成了一条信息的河流，流向目的地。
这感觉很棒吧？8. 分组交换就如同繁星点点组成美丽星空！每个分组都是一颗星星，它们组合起来创造了网络的奇妙世界。
就像我们用无数的星星才能构成浩瀚的夜空一样，分组交换可不就是这样重要的存在嘛！总的来说，分组交换真是网络世界中非常重要且神奇的存在啊！。
第五讲 分组交换与分组交换网
一般终端A
C 可拆分成两个 分组的报文
分组交换机1
1 C
2
C
分组交换机2 2 3 D 2 D 1 D 2 C 3 2 1 D C 1 C
3
D
2 分组
D
1
D
分组型终端C
分组型终端B
分组交换机3
一般终端D
存储器
存储器 分组拆装设备
5.3 分组交换协议——X.25协议
5.3.1 分组交换协议的结构
（4）数据报方式对网络的适应能力较强。
5.2.4 路由选择
分组交换网的主要功能就是接受来自源站点的 分组，并将它们传送到目的站点。因为通常在 网络中存在多条从源站点到目的站点的路径也 就是路由，所以为了完成分组传送这个任务， 必须选择其中的一条路径，这就是路由选择功 能.
几种常见的路由选择策略：
固定路由选择 泛法路由选择 随机路由选择 自适应路由选择
5.2.5 流量控制
分组交换网中各个节点交换机的处理能力和各条线路 的传输容量是一定的，但是用户终端发送分组的时间 和数量具有随机性。如果不对数据流进行控制，有可 能造成网内数据流分布不均匀，部分节点和线路上的 数据流超过其处理能力或传输容量，造成网络的阻塞。 严重时，分组在网络中无法传送，不断被丢弃，源节 点无法发送新的数据，目的节点也收不到分组，造成 死锁。
第五章 分组交换与分组交换网
5.1 分组交换技术与分组交换网
分组交换也称为包交换。将要传送的数 据按一定的长度分成多个数据段，这些 数据段称为“分组”，发送端把这些 “分组”分别发送出去。到达目的地， 目的交换机将一个个“分组”按顺序装 好，还原成原文件发送给收端用户，这 一过程称为分组交换。进行分组交换的 通信网称为分组交换网。
现代交换原理第4章分组交换技术
路由选择算法 集中式路由交换
动态法
01
扩散式路由法 固定路由表法
静态法：
02
*
数据通信系统性能指标
有效性质量指标是衡量系统传输能力的主要指标，通常从码元传输速率、信息传输速率、频带利用率和差错率等方面来考虑。
*
信息传输速率&码元传输速率
01
I = log2 1/P = log2 N (bit)
2
当主叫DTE想要建立虚呼叫时，它就发送“呼叫请求”分组，该分组包括可供分配的高端的LCN和被叫DTE地址。
3
X.25分组层的数据传输过程与链路层的情况非常类似，数据发送和接受确认、重发过程、窗口机制、流量控制等方面的设计思想是相同的。
4
在虚呼叫任何一端的DTE都能够清除呼叫，通过发送“呼叫清除”分组和“清除指示”分组来完成呼叫清除过程。
8 7 6 5 4 3 2 1
*
分组的传输
分组装配和拆卸设备
（Packet Assembler/Disassembler ，PAD）
是一个规程转换器或者说是网络服务器，主要功能是向各种不同的终端提供服务，帮助它们进入分组交换网，或者具体说就是帮助终端要发送的数据生成分组，并通过线路发送给网络（交换机）。
X.25协议产生背景
数据通信网发展的重要里程碑是采用分组交换方式，构成分组交换网。和电路交换网相比，分组交换网的两个站之间通信时，网络内不存在一条物理电路供其专用，因此不会像电路交换那样，所有的数据传输控制仅仅涉及到两个站之间的通信协议。
X.25是ITU-T制定的WAN通信协议标准，它定义了用户设备与网络设备之间的连接是如何建立和维护的。X.25在OSI/RM出现之前就制定了，在OSI和CCITT的共同努力下，X.25与OSI/RM的下三层可以对应起来，只是第三层叫做“分组层”，物理层建议采用X.21bis，数据链路层采用平衡型链路接入规程LAP B的异步平衡模式ABM。
分组交换与分组交换网概要
3 、 分组交换方式
（2）数据报方式 在数据报方式中，信息传输之前无需建立连接，分组头 中包含终点地址信息，不同分组彼此之间相互独立的寻找 路径，同一份报文的不同分组可能沿着不同的路径到达终 点。在这种技术中，一个被独立处理的分组就称为一个数 据报。 数据报方式的特点：
6
3 、 分组交换方式
（3）数据报和虚电路方式的对比 （a）数据报省掉了呼叫的建立和清除过程，如果只传送少 量的分组，那么采用数据报方式的传输效率会比较高。 （b）对于数据报方式，由于每个分组是各自独立在网络中 传输的，所以分组不一定按照发送时的顺序到达网络终点，因 此在网络终点必须对分组重新排序。而对于虚电路的方式，分 组按已建立的路径顺序通过网络，在网络终点不需要对分组重 新排序。 （c）在数据报方式下，由于每个数据分组都要独立的寻找路 径，所以单个数据分组传输的时延较大。而虚电路一旦建立， 单个数据分组的传输时延则会小得多。 （d）数据报方式对网络的适应能力较强。
X.25协议定义了帧（Frame）和分组（Packet）的结构，以及数据 传输通路的建立、释放、数据传输等过程，顺序控制、差错控制和流量控 制等机制，以及分组交换提供的基本业务和可选业务等。X.25属于接口 规程，没有定义路由选择算法，这属于分组交换网络内部控制功能。
14
三、分组交换协议—X.25协议
成死锁。
吞 吐 量
开销
理想的
平
受控的
均
时
延
非受控的 理想的
非受控的
受控的
提供负荷
提供负荷 11
5 、 流量控制
(2)流量控制机制 (a)相邻节点之间点到点的流量控制 (b)用户终端和网络节点之间点到点的流量控制 (c)网络的源节点和终点之间点到点的流量控制 (d)用户源终端和目的终端之间点到点的流量控制
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电路交换
分组交换特点：
分组交换
(packet)包交换
将数据分组打包 பைடு நூலகம்储转发
电路交换：先建立电路连接，再交换
2013-7-17
1
4.2 分组交换原理与技术
分组交换：将数据分组打包，存储转发
分组打包
4 3 2 1
存储转发 Wait 存储
2013-7-17
补充：报文交换(Message Switching) 不分组，只存储转发
数据报
可靠通信由主机保障 无需建立连接 使用目的站地址进行路由 每个分组独立路由 乱序达到 差错控制由主机负责
2013-7-17
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虚电路: 与电路交换类似 按虚电路号转发数据包例 如X.25，帧中继，ATM。
数据报: 与报文交换类似 按主机目的地址转发数 据包。如 Internet。
两者最大的区别：交换机是按照主机目的地址还是按 照虚电路号来路由包。
2013-7-17 4
4.2 分组交换原理与技术
数据报交换
B 1 2
C
D 4 5 3
虚电路交换的特点
1. 面向连接，呼叫三阶段：建立、传数据、 拆线。
2. 呼叫期间路由固定，与一次通信有关的全 部分组沿着相同的物理通路传送。 3. 时延小、控制简单、不需排序，线路利用 率低。
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4.2 分组交换原理与技术
虚电路与电路交换的比较
虚电路
建立逻辑连接 带宽资源共享
4. 无需事先建立呼叫连接。
2013-7-17
6
4.2 分组交换原理与技术
C
虚电路交换
B 1 2
D
4 5 3
A
P3 P2 P1
7
6
E
2013-7-17
在发送和接收设备之间建立一个逻辑连接。 发送方首先与接收方通信，启动一次通话连接，并对 通信参数进行协商(最大的报文尺寸，网络路径等等)
F
7
4.2 分组交换原理与技术
2
4.2 分组交换原理与技术
分组交换的特点
1. 存储转发，有差错控制； 2. 可不先建立连接；
3. 资源利用率高，共享信道；
4. 有时延，实时性差； 5. 一般用于数据交换，也可用于分组话音业务
2013-7-17
3
4.2 分组交换原理与技术
分组交换
数据报(DG,Datagram) 虚电路(VC,Virtual Circuit)
A
P3 P2 P1
7
6
E
交换设备单独对每个数据包进行路由选择， 每个中间节点都能决定数据包的下一个路由段。
2013-7-17
F
5
4.2 分组交换原理与技术
数据报交换的特点
1. 数据包尺寸小，便于重发。 2. 经不同路由，乱序到达目的。接收端需按 顺序重新装配数据，恢复原来的报文。
3. 数据包可绕过繁忙的线路进行传输。
虚电路
交换虚电路(SVC,Switched VC) 永久虚电路(PVC,Permanent VC)
SVC: 由用户发送呼叫请求分组来建立虚电路。
PVC: 应用户预约，由网络运营者为之建立固定 的虚电路。用户无需在呼叫时临时建立虚电路 ，可直接进行数据传送。
2013-7-17 8
4.2 分组交换原理与技术
电路交换
建立电路连接 连接专用于本次通信 数据透明传送，在中
数据包在每个节
点排队
间节点不需等待
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10
4.2 分组交换原理与技术
虚电路与数据报的比较
虚电路
可靠通信由网络保障 必须建立连接 使用虚电路号进行路由 所有分组均按同一路由 顺序到达 差错控制由通信子网负 责