分组交换

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什么是分组交换

  分组交换是指以分组为单位进行传输和交换的,它是一种存储-转发交换方式,即将到达交换机的分组先送到存储器暂时存储和处理,等到相应的输出电路有空闲时再送出。

  分组是由分组头和其后的用户数据部分组成的。分组头包含接收地址和控制信息,其长度为3--10B,用户数据部分长度是固定的,平均为128B,最长不超过256B。这里有一个问题需要说明:同一分组网内分组长度是固定的,而不同分组网分组长度可以不同。分组交换:路由选择确定了输出端口和下一个节点后,必须使用交换技术将分组从输入端口传送到输出端口,实现输送比特通过网络节点。

  分组交换技术是在计算机技术发展到一定程度,人们除了打电话直接沟通,通过计算机和终端实现计算机与计算机之间的通信,在传输线路质量不高、网络技术手段还较单一的情况下,应运而生的一种交换技术。

  分组交换也称包交换,它是将用户传送的数据划分成多个更小的等长部分,每个部分叫做一个数据段。在每个数据段的前面加上一些必要的控制信息组成的首部,就构成了一个分组。首部用以指明该分组发往何地址,然后由交换机根据每个分组的地址标志,将他们转发至目的地,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。分组交换实质上是在“存储—转发”基础上发展起来的。它兼有电路交换和报文交换的优点。

  在分组交换方式中,由于能够以分组方式进行数据的暂存交换,经交换机处理后,很容易地实现不同速率、不同规程的终端间通信。

分组交换的发展历程

  1970年左右,人们开始研究一种新的长途数字数据通信的体系结构形式:分组交换。虽然使用的分组交换技术与那时相比已经取得了很大的发展,但是今天分组交换的基本技术与70年代的网络技术基本上是相同的,而且分组交换仍然是实现长途数据通信少数有效的技术中的一种。并且两种最新的广域网技术:帧中继ATM,基本上是分组交换方式的变种。

  分组交换是作为一种解决交互式处理应用的技术而发展起来的,它设计用来支持突发性的数据流的传送,这种业务流的持续连接时间长而业务量低。分组交换网络采用了统计复用技术,即多个会话连接可以共享一条通信信道,这无疑大大提高了传输效率。然而,共享通信链路会引入时延。因此未来我们要考虑的一个关键问题是分组交换网络如何传送时延敏感的业务流,比如实时业务流。在分组交换网络中,分组通过一系列中间节点进行选路,通常要跨越多个网络。它们以存储——转发的方式在一系列分组交换机(即路由器)之间转发,最终到达目的地。在传输过程中信息被分割成包含目的地址和序列号的分组。

分组交换的方式

  在这种方式中,每个分组按一定格式附加源与目的地址、分组编号、分组起始、结束标志、差错校验等信息,以分组形式在网络中传输。网络只是尽力地将分组交付给目的主机,但不保证所传送的分组不丢失,也不保证分组能够按发送的顺序到达接收端。所以网络提供的服务是不可靠的,也不保证服务质量。数据报方式一般适用于较短的单个分组的报文。其优点是传输延时小,当某节点发生故障时不会影响后续分组的传输。缺点是每个分组附加的控制信息多,增加了传输信息的长度和处理时间,增大了额外开销。

虚电路

  它与数据报方式的区别主要是在信息交换之前,需要在发送端和接收端之间先建立一个逻辑连接,然后才开始传送分组,所有分组沿相同的路径进行交换转发,通信结束后再拆除该逻辑连接。网络保证所传送的分组按发送的顺序到达接收端。所以网络提供的服务是可靠的,也保证服务质量。

  这种方式对信息传输频率高、每次传输量小的用户不太适用,但由于每个分组头只需标出虚电路标识符和序号,所以分组头开销小,适用长报文传送。

分组交换的原理

  挂在分组交换网上的终端有两类:分组型终端和一般终端。所谓分组型终端是以分组的形式发送和接收信息;一般终端它发送和接收的信息是报文,需经分组装拆设备处理后才能接入分组交换网。若发送终端是一般终端,要由PAD将其发送的报文拆成若干个分组再送往分组交换网上传输;若接收终端是一般终端,要由PAD将属于一份报文的若干个分组重新组装成报文再送给一般终端。

  分组交换的基本原理是采用“存储——转发”技术,从源站发送报文时,将报文划分成有固定格式的分组(Packet),把目的地址添加在分组中,然后网络中的交换机将源站的分组接收后暂时存储在存储器中,再根据提供的目的地址,不断通过网络中的其它交换机选择空闲的路径转发,最后送到目的地址。这样就解决了不同类型用户之间的通信,并且不需要像电路交换那样在传输过程中长时间建立一条物理通路,而可以在同一条线路上以分组为单位进行多路复用,所以大大提高了线路的利用率。

  分组交换是把电路交换和报文交换的优点结合起来产生的一种交换技术。电路交换过程类似于打电话,当用户需发送数据时,主叫方需通过呼叫,由交换网完成被叫才与它建立一条物理连接数据通路,需拆除连接时,由通信双方中任一方完成。它的特点是适合发送一次性大批量的信息。由于建立连接时间长,传递短报文时,效率较低。并且对通信双方在信息传输速率、编码格式、通信协议等方面完全兼容,这就限制了不同速率、不同编码格式、不同通信协议的双方用户进行通信。报文交换的基本原理是采用“存储-转发”技术,从源站发送报文时,把目的地址添加在报文中,然后网络中的交换机将源站的报文接收后暂时存储在存储器中,再根据提供的目的地址,不断通过网络中的其它交换机选择空闲的路径转发,最后送到目的地址。这样就解决了不同类型用户之间的通信,并且不需要像电路交换那样在传输过程中长时间建立一条物理通路,而可以在同一条线路上以报文为单位进行多路复用,所以大大提高了线路的利用率。但此种方式时延较长,时延变化大,不适用于实时及会话式通信,但适用于电子邮件、计算机文件、公用电报等业务。

  分组交换仍采用“存储-转发”技术,但不像报文交换那样以报文为单位进行交换,而是将报文划分成有固定格式的分组(Packet)进行交换、传输,一般为1kbit~数千位,每个分组按一定格式附加源与目的地址,分组编号、分组起始、结束标志、差错校验等信息,以分组形式在网络中传输。当源DTE将分组以比特串形式传送至本地分组交换机PSE后,本地PSE收到每个分组要求的转发信息,不管是否接通目的地址设备,都先存储起来,然后检查目的地址,在PSE保存的路由表中找到该目的地址规定的发送通路,PSE即按允许的最大发送速率转发该分组。同样,每个中转PSE均按此方式存储、转发每个分组,直到将分组送到目的地pSE,再由该PSE送达目的地址DTE。按上述方式传送的是分组交换中的数据报方式。一般适用于较短的单个分组的报文。其优点是传输可靠性高、传输延时小,由于PSE上的存储器容量减小,所以提高了经济性,缺点是每个分组附加的控制信息多,增加了传输信息的长度和处理时间,增大了额外开销。

  分组交换的另一种方式叫虚电路方式,它与数据报方式的区别主要是在信息交换之前,由源DTE向本地PSE发送一特定呼叫请求的分组,其中含有目的DTE的地址及逻辑信道识别符,并由PSE中转转发。若呼叫被目的DTE接受,则相应的响应“呼叫接受”予以应答,网络即发出一个“呼叫连通”给源DTE,此时呼叫建立,在两台DTE之间建立一条称作虚电路的逻辑通路,信息就能在这条虚电路上传输,直到数据交换结束,虚电路被拆除,相应的逻辑信道识别符被释放。所以虚电路方式在每次通信时都有虚电路建立、数据传输和拆除三个阶段,类似于电路交换方式,但在网络中的传输是分组交换方式。这种方式对信息传输频率高、每次传输量小的用户不太适用,但由于每个分组头只需标出虚电路标识符和序号,所以分组头开销小,适用长报文传送。

分组交换的优点

  1、线路利用率提高;

  2、分组交换网可以进行数据率的转换;

  3、在线路交换网络中,若通信量较大可能造成呼叫堵塞的情况,即网络拒绝接收更多的连接要求直到网络负载减轻为止;

  4、优先权的使用。

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