计算机网络交换技术
《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。
计算机的交换名词解释
计算机的交换名词解释计算机技术的发展已经走过了几十年的历程，其中涉及的概念和名词也非常繁杂。
为了更好地理解计算机领域的专业术语，我们有必要对几个重要的交换名词进行解释。
本文将围绕“交换”这一概念展开，探讨计算机网络中的交换技术、交换机和虚拟交换机的概念和作用。
一、交换技术交换技术是计算机网络中的一种重要技术手段，用于实现数据的快速传输和路由选择。
在传统的计算机网络中，通信的过程是通过广播方式进行的，也就是将数据包发送到网络中的所有设备，然后由具备目标地址的设备接收并处理。
这种方法效率低下，容易出现冲突和混乱。
因此，交换技术应运而生。
交换技术通过将网络划分成多个较小的网络单元，每个单元只包含有限数量的设备，从而实现数据的点对点传送。
常见的交换技术包括电路交换和分组交换。
电路交换是一种在通信开始前预留一条稳定的通信路径的方式，通信过程中使用的资源是固定的，适用于实时性要求高的音视频传输。
而分组交换是将数据拆分为若干个较小的数据包进行传输，每个数据包通过独立的路由进行传输。
分组交换技术具备灵活性高、资源共享度高等优点，是目前广泛采用的交换技术。
二、交换机交换机是一种用于连接计算机网络中不同设备的网络设备。
它相当于一个局域网中的交通枢纽，能够根据目标地址将数据包从源设备快速传送到目标设备。
交换机通常具备多个端口，每个端口与一个设备相连，通过端口与设备之间进行数据的交换。
交换机的工作原理主要分为三个步骤：接收、转发和过滤。
接收阶段，交换机从各个端口接收数据包；转发阶段，交换机根据目标地址通过相应的端口将数据包发送到目标设备；过滤阶段，交换机可以根据设定的规则来过滤无效数据包，从而提高网络的安全性。
交换机有不同的类型，包括以太网交换机、光纤交换机和无线交换机等。
以太网交换机是应用最为广泛的一种交换机，它能够通过以太网接口实现设备之间的高速数据传输。
光纤交换机则通过光纤接口实现设备之间的数据传输，具备更高的传输速度和更远的传输距离。
计算机网络 数据交换技术
计算机网络 数据交换技术经过编码后的数据要在通信线路上进行传输，最简单的数据通信形式是在两个互联的设备之间直接进行数据通信。
但在网络节点较多的情况下，在任意两节点之间建立一条连线几乎是不现实的，并且在广域网中，两个距离非常远的设备之间不可能有直接的连线，它们是通过通信子网建立连接。
通信子网由传输线路和中间节点组成，当数据源点没有直接到目的地点的直线连接时，数据源点发出的数据先到达与它相连的中间节点，再通过中间节点向下一个中间节点转发，直至到达目的地，这个过程称为数据交换。
在计算机网络中，常用的数据交换方式可分为两大类，即电路交换方式（Circuit Switching ）和存储转发交换方式（Store and Forward Switching ）。
存储转发交换方式按照被交换的信息单位不同，又可分为报文交换和报文分组交换两种。
另外，还有帧中继交换和信元交换技术。
1．电路交换电路交换方式多用于电话网络交换，它是在数据传输期间，数据源节点和目的节点之间有一条利用中间节点构成的专用物理连接线路，这条线路被通信双方独占，而不能被其他节点使用，直到数据传输结束。
利用电路交换技术完成的数据传输要经历建立电路、传输数据和拆除电路三个阶段。
● 建立电路 建立电路是指当数据源节点向网络发送带目的节点地址的请求连接信号时，该信号先到达连接数据源节点的第一个中间交换节点，该节点根据请求中的目的节点地址，按路由选择算法，将请求传送到下一个中间交换节点；依次类推，直到目的节点。
目的节点收到请求信号后，接受请求，从刚才的来路返回一个应答信号，此时，数据源节点与目的节点之间的通信电路即已建立。
如果中间交换节点或目的节点没有空闲的物理线路可以使用时，整个线路的连接无法实现。
只有数据源节点和目的节点之间建立起物理线路之后，才能够进行数据传输。
线路一旦被分配，在未释放之前，其他节点都无法使用该线路，即使该线路上没有数据传输。
如图3-19所示，为电路交换示意图。
计算机网络典型的交换技术
计算机网络典型的交换技术换:在网络中两个相距很远的设备间必须通过中间节点来开展通信的技术。
典型的交换技术：1、电路交换（Circuit Switching）原理：通过呼叫（拨号）在通信的双方之间建立起一条传输信息的实际的物理通路，并且在整个通信过程中，这条通路被通信双方独占而不能被其它站使用，直到数据传输结束。
包括建立电路、传输数据和电路拆掉三个阶段。
特点：通信双方形成一条专用物理通路。
单击此处显示信息传递过程优点：数据传输可靠、速度快，且按序传送。
缺点：线路利用率低；电路建立和拆掉的时间较长，通信量较小时，为建立和拆掉电路所花费的时间得不偿失。
适用：实时通信、语音通信或系统间要求高质量、大数据量的数据传输。
2、报文交换原理：以报文为数据传输单位，将报文连同目的地址等辅助信息采用“存储——转发”交换技术向前转发。
特点：无需建立专用通道。
优点：一、无需建立专用通道，传送的报文可分时共享通路，从而提高线路利用率；二、可以开展不同速率、不同码型的交换，从而实现不同种类的终端间的数据传送；三、可实现把一个报文送到多个目的站点。
缺点:一、报文不按顺序到达；二、延迟时间较长,为“报文接收时间＋排队等待时间＋报文转发时间”；三、中间节点须具备很大的存储空间，且大报文从外存调入内存增加了延迟时间；四、大报文长时间占用线路开展传输，增加了其他小报文在网络中的延迟时间；五、大报文出错率较高而引起频繁的重发，影响传输效率。
适用：电报、电子邮件等非实时系统。
3、分组交换分组：将较长的报文分割成若干个一定长度（等长）的段，每段加上交换时所需的地址信息、差错校验信息，按规定格式构成的数据单元。
基本思想：限制信息的长度，以分组为单位开展存储转发，在接收端再将各分组重新组装成一个完整的报文。
优点：缩短报文整体传播时间，出错重发率降低，提高了传输效率。
缺点：实现复杂。
适合：计算机间联网通信，是目前数据网络中最广泛使用的一种交换技术。
计算机网络 交换技术
计算机网络 交换技术交换机作为局域网中常见的互联设备，工作在OSI 参考模型的数据链路层，主要用于完成数据链路层和物理层的工作。
其中交换技术是交换机的核心技术。
它是指按照通信两端数据传输的需要，将数据发送至符合要求的相应数据传输通道上的技术统称。
目前，常见交换机主要采用以下三种交换技术。
1．端口交换端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中，这类集线器的背板通常划分有多条以太网段（每条网段为一个广播域），各网段间无法直接访问。
当以太模块插入后会被分配到背板上的某个网段中，端口交换即用于将以太模块端口在背板上多个网段间进行分配、平衡。
根据支持程度的不同，端口交换还可分为以下几种。
●模块交换这种交换技术会将整个以太网模块在不同网段间进行迁移，以实现数据交换的需求。
由于这种交换技术会导致模块上所有端口的网段都发生改变，所以模块交换技术的灵活性较差。
● 端口组交换通常情况下，以太网模块上的所有端口会被分成若干个端口组。
当某个网络节点发出数据交换请求时，只需将相应端口组进行网段迁移即可实现不同网段间的数据传输。
● 端口级交换端口级交换技术支持每个端口在不同网段之间进行迁移。
该交换技术是基于OSI 参考模型的物理层上来完成的，具有灵活性和负载平衡能力等优点。
由于该交换技术没有改变共享传输介质的特点，因而不是真正的交换。
2．帧交换帧交换技术是目前局域网中应用范围最广的分组交换技术，它通过对传输介质进行分段，提供并行传输机制，以减小冲突域，获得较高的带宽。
市场上不同产品在帧交换的实现技术上会有细微差异，但对网络数据帧的处理方式一般有以下几种。
● 直通转发（Cut-through ）在直通转发方式中，当交换机的端口检测到数据输入时，会首先分析数据以获取目的地址，然后根据交换机内部的端口-地址映射表将该目的地址转换为相应的输出端口，并将数据传输至该端口，实现数据交换。
如图6-6所示，为交换机直通转发方式示意图。
图6-6 交换机直通转化方式由于该方式只检测数据帧中包含目的MAC 地址的前14个字节，因此直通转发方式具有延迟小、交换速度快的优点。
计算机网络技术分组交换
计算机网络技术分组交换在现代通信领域，计算机网络技术扮演着至关重要的角色。
其中，分组交换技术是网络通信中的核心机制之一，它极大地提高了数据传输的效率和灵活性。
本文将详细探讨分组交换技术的原理、特点以及在计算机网络中的应用。
分组交换技术的原理分组交换是一种数据传输方式，它将数据分割成小的数据包，称为“分组”，并通过网络发送。
每个分组都包含必要的信息，如源地址、目的地址和序列号，以确保数据能够正确地到达目的地并被重新组装。
分组交换的特点1. 存储转发：分组交换网络中的节点设备（如路由器）在接收到分组后，会暂时存储该分组，并根据其目的地址选择最佳路径进行转发。
2. 动态路由选择：网络中的路由选择是动态的，根据当前的网络状态和流量情况来选择最优路径。
3. 无连接服务：分组交换不建立固定的通信路径，每个分组独立选择路由，因此称为无连接服务。
4. 可靠性：分组交换网络通过确认机制和重传机制来确保数据的可靠传输。
5. 灵活性：由于分组可以独立选择路由，因此分组交换网络能够灵活应对网络拥塞和故障。
分组交换网络的组成1. 节点：网络中的节点设备负责存储、转发分组。
2. 链路：节点之间的连接，可以是物理链路，也可以是虚拟链路。
3. 传输介质：数据传输的媒介，如光纤、铜缆、无线电波等。
分组交换技术的应用1. 互联网：互联网是分组交换技术最广泛的应用之一，它允许全球范围内的计算机系统进行通信。
2. 虚拟私人网络（VPN）：VPN利用分组交换技术在公共网络中创建安全的通信隧道。
3. 多媒体通信：视频会议、在线游戏等多媒体应用通常使用分组交换技术来传输数据。
4. 云计算：云计算服务提供商使用分组交换技术来优化数据中心之间的数据传输。
分组交换技术的挑战1. 拥塞控制：在高流量情况下，如何有效控制网络拥塞是一个挑战。
2. 安全性：由于分组交换网络的开放性，数据安全和隐私保护是重要的考虑因素。
3. 服务质量（QoS）：在多用户环境中，如何保证不同应用的服务质量也是一个技术难题。
计算机交换技术
计算机交换技术计算机交换技术（Computer Networking）是指计算机之间通过通信链路进行信息交换与传递的技术方法。
在计算机交换技术的背景下，信息被拆分成包，然后发送到接收端，接收端再将这些包组合起来还原成原始数据。
这种技术使得计算机之间的信息传输更为高效，灵活，能够大大降低传输成本，提高网络性能。
计算机交换技术主要有两大类：电路交换技术和分组交换技术。
电路交换技术通过建立一条物理通路，使得通信双方之间建立起专用线路，通信双方可以自由地进行信息交换。
而分组交换技术则是将传输的信息按照包的形式进行分割，每个包包含了必要的控制信息和数据，通过交换设备将这些包传输到目的设备处，然后在目的设备处将这些包再次组合成完整的数据信息。
电路交换技术是传统电话系统采用的技术，它可以保证通信质量，但是它也有自身的缺点：一条专用线路只能为两台计算机之间的通信服务，无法高效地利用链路资源；由于专用线路的建立需要较高的成本，因此其成本相对较高。
因此，在现代通信网络中，分组交换技术已经取代了电路交换技术，成为主流的通信方法之一。
分组交换技术具有很多优势。
首先，由于信息被拆分成小包并交错发送到目的节点，网络利用率更高，不会导致过度的带宽利用浪费，因为一个网络链路可以同时服务多个计算机，避免了资源的浪费。
其次，分组交换技术在传输信息时，将控制信息和数据都打包在一起，避免了因为通信控制信息过多而浪费网络资源的问题。
此外，分组交换还容易进行错误修复，因为每个数据包都带有校验和，如果出现错误，可以仅重新发送错误的数据包，而不是整个数据流。
分组交换技术在互联网的应用正日益广泛，在现代计算机体系中，无论是在局域网（LAN）还是广域网（WAN）上，通信都采用了分组交换技术。
在Internet中，数据包是沿路由器路线前进的。
每个路由器根据目标网址决定将包发往何处的转发表，在这个过程中，每个路由器都会一个一个地将这些数据包拆散，再根据转发表转发到下一个路由器，直到数据包到达目的网络。
计算机网络中的路由与交换技术
计算机网络中的路由与交换技术计算机网络是现代通信与信息交流的重要基础，而其中的路由与交换技术则是实现网络数据传输与通信的关键技术。
在这篇文章中，我们将深入探讨计算机网络中的路由与交换技术，从基本概念、工作原理到常见协议及未来发展进行阐述，以期帮助读者对这一技术有更深入的理解。
一、路由技术路由技术是计算机网络中实现数据包传输的关键技术之一。
通过在网络中选择最佳路径，将数据包从源地址传输到目的地址，实现数据的传输与交换。
常见的路由技术包括静态路由和动态路由。
静态路由是通过手动配置网络路径，确定数据包的传输方向，并将这些路径信息存储在路由表中。
它的优点是简单、稳定，适用于小型网络状况相对固定的场景。
然而，由于需要手动配置，当网络发生变化时，需要手动更新路由表，工作量相对较大。
动态路由是通过路由协议自动学习网络的拓扑结构和状态信息，并根据这些信息动态地调整路由表，实现数据包的传输。
常见的动态路由协议有RIP、OSPF和BGP等。
动态路由的优点是适用于复杂的网络环境、自动化管理方便，可以根据网络的实际情况进行路由调整。
二、交换技术交换技术是计算机网络中实现数据包转发的关键技术之一。
通过将数据包从输入接口转发到正确的输出接口，实现数据的快速传输与交换。
常见的交换技术包括电路交换和分组交换。
电路交换是在通信建立之前，通过物理链路直接建立一个专用的通信路径，然后通过这个专用路径传输数据。
电路交换的特点是传输的数据具有固定带宽、无需额外开销，适用于实时性要求较高的应用，例如电话通信。
分组交换是将数据包切分为较小的数据块（分组），并逐个进行传输。
常见的分组交换技术包括IP交换和以太网交换。
分组交换的特点是能够对网络资源进行较好的利用、适用于承载不同协议的多样化流量，但也存在传输时延和拥塞控制等问题。
三、常见协议在计算机网络中，路由与交换技术的应用离不开各种协议的支持。
常见的路由协议有RIP、OSPF、BGP等，它们分别用于实现不同级别的路由控制，提供动态路由的能力。
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主机A
应用层
表示层
Hale Waihona Puke 会话层传输层网络层 数据链 路层 物理层
数据封装
数据
网络头 数据 帧头 网络头 数据 帧尾
1011000110101010
主机B 数据单位
应用层 APDU
表示层 PPDU
会话层
传输层
网络层 数据链 路层 物理层
SPDU 报文(segment) 分组(packet) 帧 (frame) 比特流(bit)
交换技术、三层交换机及 常用技术参数解析
主要内容
✓计算机网络基本协议与概念 ✓互联设备---HUB、交换机和路由器 ✓网络接入设备与接入方式 ✓交换技术和第三层交换技术 ✓交换机常用技术术语和参数
计算机网络基本协议与概念
OSI/RM，开放系统互连基本参考模型
• 国际标准化组织（ISO， International Standardization Organization ）于 1977年成立了一个专门的机构来研究不 同网络的互联问题。
TCP/IP模型 访问地址 相应网络设备
7
应用层
6
表示层
5
会话层
4
传输层
3
网络层
2
数据链路层
1
物理层
应用层
进程号 应用层防火墙
传输层 网络层
网络接口层
端口号 IP地址 MAC地址
第4层交换机
路由器、第3 层交换机
第2层交换机 、HUB、以太 网 802.3等
不同层次上的三个重要访问地址
• MAC地址 - 数据链路层 是硬件（网卡）的唯一标识，48位，约 2.8万亿，例：00-50-56-C0-12-F8
数据封装过程
主机A 发送进程
应用层
表示层
会话层
传输层
网络层 数据链 路层 物理层
对等通信
应用层协议 表示层协议 会话层协议 传输层协议
网络层
数据链 路层
物理层
传输层协议 传输层协议 传输层协议
网络层
数据链 路层
物理层
主机B 接收进程
应用层
表示层
会话层
传输层
网络层 数据链 路层 物理层
物理介质 路由器A
• IP地址是Internet协议地址的简称，用作Internet网 络上的独立的计算机唯一标识。
• 一个IP地址对应一台主机 。 • 32位二进制，通常用4个十进制数表示（如图） • 地址耗尽
10101000 01011111 11000000 00001100
01110000 11001010 00000111 00001101
IP数据包的传输
数据
From: 168.113.2.144
To: 155.233.25.76 IP数据包
IP地址分类
• 为了充分利用IP地址空间，Internet委员会定义了五种IP地址类型以
适合不同容量的网络，分为A、B、C、D和E五类，地址开始部分分别 用0、10、110、1110和11110标识。 • A、B、C是3类基本地址类型，都由3部IP数据报成：类型标志、网络 标识符(netid)和主机编号(hostid)。 • D类地址是一种多址广播地址格式，E类地址是为实验保留的地址。 • A、B、C三类由InterNIC（Internet网络信息信心）在全球范围内统 一分配，D、E类为特殊地址。
• 不久，他们提出一个试图使各种计算机在 世界范围内互连成网的标准框架，即著名
的开放系统互连基本参考模型
• Open Systems Interconnection Reference Model，简称为OSI
ISO的OSI七层参考模型
两级模型——通信子网和资源子网
计算机网络在逻辑上可划分为通信子网和资源子网两部分
TCP/IP参考模型(Internet四层模型)
应用层 传输层 网际层 网络接 口层
OSI模型与TCP/IP模型比较
TCP/IP和OSI参考模型对照
TCP — Transmission Control Protocol 传输控制协议
IP — Internet Protocol 网间互连协议
OSI参考模型
路由器B
通信子网
物理介质
常见协议（Protocol）
1. Ethernet（以太网）属网络低层协议，通常在OSI模 型的物理层和数据链路层操作。
2. NetBEUI（Net BIOS Enhanced User Interface）协 议主要是为小型局域网设计的，用于NetBEUI网、 WinNT网。Microsoft从80年代中期一直在自己的联网 产品中支持该协议。
集
NCC
PSE
中 器
PSE
主机 终端 终端
PSE 网关 PSE
MUX
OSI参考模型-网络层次模型
7
应用层
6
表示层
5
会话层
4
传输层
3
网络层
2 数据链路层
1
物理层
处理网络应用 为应用系统提供网络服务 数据表示 提供数据表示、代码格式和数据传输语法协商 主机间通信 建立、维持和管理应用系统之间的会话 端到端连接 数据流的分段和重组，提供可靠的端到端传输 寻址和路由 确定数据从一处传输到另一处的最佳路径 介质访问控制 提供通过介质的传输控制，如差错和流量控制 二进制位流传输 激活和维持系统间的物理链路
Vendor Code (24 bits)
Ethernet——Most Significant Bit is last Token Ring——Most Significant Bit is first
Most Significant Byte
Least Significant Byte
MAC地址
• 广播地址——0xFFFF.FFFF.FFFF。广播地址 可以让局域网上的所有设备接收到同一个帧。
• 组播地址——在以太网和FDDI中使用。可以 让局域网上的部分是设备接收到同一个帧。在 IP组播中也使用组播地址。
• 功能地址——只在令牌环上使用。功能地址区 分一个或多个接口提供的特定功能。
IP地址
• IP地址 - 网络层 是计算机的逻辑地址，32位，约40亿， 例：202.201.208.4
• 端口号 - 传输层 16位：0~65535，例：80
MAC地址
• MAC地址的一个主要的功能就是区分或标 识以太网，令牌环，和FDDI局域网上的 接口卡。又叫物理地址、硬件地址等。
MAC Address
3. IPX/SPX（Internet work Packet eXchange/ Sequential Packet eXchange）是NetWare网络操作 系统中的两层通信协议，它们造就了Novell网络的特 色，几乎成了Novell网的代名词。
4. TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol），全称为传输控制协议/网际协议。