3.中间节点上的通信NEW.ppt
第3章 中间节点上的通信技术,计算机网络,3.1 交换技术的演变 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 交换技术的演变,计算机网络,3.1.1 电路交换 通信网中的电路交换就是使用交换开关，将通信 双方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。,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,3.1.2 存储-转发交换,该技术是利用把目的地址加到报文中，然后报文从发送节点起，逐个节点的报文转送到目的地的过程。 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； 早期的存储-转发交换以报文方式进行，因报文相对 较大，故转发延迟较长，不能满足实时通信，如报文传输出错，报文也很难到达目的节点。 分组交换(包交换)就是把报文分割成规定长度的信息组，并在每个分组上添加报头，然后进行存储转发， 分组达到目的地后在重新装配成完整的报文。,计算机网络,1)电路交换： 数据传送前须先设置一条通路，在线路释放之 前，该通路将由一对用户独占，对于猝发式的通信 电路交换效率不高。 2)报文交换： 报文从源传到目的地采用存储转发方式，在中 间交换节点中需缓冲存储，报文需要排队。报文交 换不能满足实时通信的要求。 3)分组交换： 将待发信息划分成更小单元的分组方式进行转 发，同样从源到目的地采用存储转发方式，每个分 组均带有目的地地址，目的地需要重新组装报文。,三种交换技术的主要特点,报文/分组交换示意图,3.2 虚电路与数据报*,分组交换分虚电路和数据报两种服务方式，虚电路是为 通信双方而建立的逻辑链路，其服务是建立在虚电路号上， 而数据报服务是利用目的地址和原地址进行数据传输。 3.2.1 虚电路与数据报服务的区别： 。数据报服务要求每个数据分组均带有目的地址和源 地址，而虚电路利用分组的虚电路号进行传输； 。数据报服务的每个分组走过的路径可能不同，虚电 路的分组走的路径相同； 。数据报分组因走的路径不同，故传输延迟较大，且 端节点需对数据报重新排序，并装配成报文； 。虚电路在传输前需建立虚电路，而数据报服务不需 进行连接，属无连接服务。,3.1.2 电路交换、虚电路与数据报比较,计算机网络,1)3个过程(连接过程;传输过程;释放过程) 。电路交换和虚电路都有连接过程，电路交换连接的 是物理信道，虚电路是逻辑信道，数据报没有； 。虚电路所有分组沿一条路径传输(一次路由选择)， 数据报的各分组传输路径各不相同，每做一次转发 都要进行一次路由选择； 。虚电路的分组利用虚电路号传输，数据报利用目标 地址完成传输； 2)2个参数(时延:呼叫/传输/节点;顺序） 。电路交换只有传输时延，没有节点时延； 。虚电路和数据报都有传输时延和节点时延(存储/转发)； 。数据报需对分组进行重排。,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 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。 3.2.1 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。,3.2.2 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 路由器与路由表 路由节点是网络的边界节点，设备是路由器。其 目的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送来的节点相同(本地)，则进 行本地提交，不是则进行网间的转发。 路由器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。,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。,3.2.3 路由器技术的演进,第1代：集中转发，总线交换 第2代：接口模块化，总线交换 第3代：分布转发，总线交换 第4代：ASIC(专用集成电路)分布转发，交换网络结构 第5代：网络处理器分布转发，交换网络结构, 伴着网络的发展，路由器发展目前已经经过了五代,第1代：低端，目前广泛服务于远程分支、网点、家庭 第2代：中端，仍是企业网的主流联网设备 第3代：高端，主要应用于电信网络边缘和行业网络骨干 第4代：核心路由器，主要应用于IP网络骨干汇聚和城域网环境 第5代：新一代核心路由器，正逐渐取代第四代, 五代路由器的应用,计算机网络,
