分組交換

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什麼是分組交換

  分組交換是指以分組為單位進行傳輸和交換的,它是一種存儲-轉發交換方式,即將到達交換機的分組先送到存儲器暫時存儲和處理,等到相應的輸出電路有空閑時再送出。

  分組是由分組頭和其後的用戶數據部分組成的。分組頭包含接收地址和控制信息,其長度為3--10B,用戶數據部分長度是固定的,平均為128B,最長不超過256B。這裡有一個問題需要說明:同一分組網內分組長度是固定的,而不同分組網分組長度可以不同。分組交換:路由選擇確定了輸出埠和下一個節點後,必須使用交換技術將分組從輸入埠傳送到輸出埠,實現輸送比特通過網路節點。

  分組交換技術是在電腦技術發展到一定程度,人們除了打電話直接溝通,通過電腦和終端實現電腦與電腦之間的通信,在傳輸線路質量不高、網路技術手段還較單一的情況下,應運而生的一種交換技術。

  分組交換也稱包交換,它是將用戶傳送的數據劃分成多個更小的等長部分,每個部分叫做一個數據段。在每個數據段的前面加上一些必要的控制信息組成的首部,就構成了一個分組。首部用以指明該分組發往何地址,然後由交換機根據每個分組的地址標誌,將他們轉發至目的地,這一過程稱為分組交換。進行分組交換的通信網稱為分組交換網。分組交換實質上是在“存儲—轉發”基礎上發展起來的。它兼有電路交換和報文交換的優點。

  在分組交換方式中,由於能夠以分組方式進行數據的暫存交換,經交換機處理後,很容易地實現不同速率、不同規程的終端間通信。

分組交換的發展歷程

  1970年左右,人們開始研究一種新的長途數字數據通信的體繫結構形式:分組交換。雖然使用的分組交換技術與那時相比已經取得了很大的發展,但是今天分組交換的基本技術與70年代的網路技術基本上是相同的,而且分組交換仍然是實現長途數據通信少數有效的技術中的一種。並且兩種最新的廣域網技術:幀中繼ATM,基本上是分組交換方式的變種。

  分組交換是作為一種解決互動式處理應用的技術而發展起來的,它設計用來支持突發性的數據流的傳送,這種業務流的持續連接時間長而業務量低。分組交換網路採用了統計復用技術,即多個會話連接可以共用一條通信通道,這無疑大大提高了傳輸效率。然而,共用通信鏈路會引入時延。因此未來我們要考慮的一個關鍵問題是分組交換網路如何傳送時延敏感的業務流,比如實時業務流。在分組交換網路中,分組通過一系列中間節點進行選路,通常要跨越多個網路。它們以存儲——轉發的方式在一系列分組交換機(即路由器)之間轉發,最終到達目的地。在傳輸過程中信息被分割成包含目的地址和序列號的分組。

分組交換的方式

  在這種方式中,每個分組按一定格式附加源與目的地址、分組編號、分組起始、結束標誌、差錯校驗等信息,以分組形式在網路中傳輸。網路只是儘力地將分組交付給目的主機,但不保證所傳送的分組不丟失,也不保證分組能夠按發送的順序到達接收端。所以網路提供的服務是不可靠的,也不保證服務質量。數據報方式一般適用於較短的單個分組的報文。其優點是傳輸延時小,當某節點發生故障時不會影響後續分組的傳輸。缺點是每個分組附加的控制信息多,增加了傳輸信息的長度和處理時間,增大了額外開銷。

虛電路

  它與數據報方式的區別主要是在信息交換之前,需要在發送端和接收端之間先建立一個邏輯連接,然後才開始傳送分組,所有分組沿相同的路徑進行交換轉發,通信結束後再拆除該邏輯連接。網路保證所傳送的分組按發送的順序到達接收端。所以網路提供的服務是可靠的,也保證服務質量。

  這種方式對信息傳輸頻率高、每次傳輸量小的用戶不太適用,但由於每個分組頭只需標出虛電路標識符和序號,所以分組頭開銷小,適用長報文傳送。

分組交換的原理

  掛在分組交換網上的終端有兩類:分組型終端和一般終端。所謂分組型終端是以分組的形式發送和接收信息;一般終端它發送和接收的信息是報文,需經分組裝拆設備處理後才能接入分組交換網。若發送終端是一般終端,要由PAD將其發送的報文拆成若幹個分組再送往分組交換網上傳輸;若接收終端是一般終端,要由PAD將屬於一份報文的若幹個分組重新組裝成報文再送給一般終端。

  分組交換的基本原理是採用“存儲——轉發”技術,從源站發送報文時,將報文劃分成有固定格式的分組(Packet),把目的地址添加在分組中,然後網路中的交換機將源站的分組接收後暫時存儲在存儲器中,再根據提供的目的地址,不斷通過網路中的其它交換機選擇空閑的路徑轉發,最後送到目的地址。這樣就解決了不同類型用戶之間的通信,並且不需要像電路交換那樣在傳輸過程中長時間建立一條物理通路,而可以在同一條線路上以分組為單位進行多路復用,所以大大提高了線路的利用率。

  分組交換是把電路交換和報文交換的優點結合起來產生的一種交換技術。電路交換過程類似於打電話,當用戶需發送數據時,主叫方需通過呼叫,由交換網完成被叫才與它建立一條物理連接數據通路,需拆除連接時,由通信雙方中任一方完成。它的特點是適合發送一次性大批量的信息。由於建立連接時間長,傳遞短報文時,效率較低。並且對通信雙方在信息傳輸速率、編碼格式、通信協議等方面完全兼容,這就限制了不同速率、不同編碼格式、不同通信協議的雙方用戶進行通信。報文交換的基本原理是採用“存儲-轉發”技術,從源站發送報文時,把目的地址添加在報文中,然後網路中的交換機將源站的報文接收後暫時存儲在存儲器中,再根據提供的目的地址,不斷通過網路中的其它交換機選擇空閑的路徑轉發,最後送到目的地址。這樣就解決了不同類型用戶之間的通信,並且不需要像電路交換那樣在傳輸過程中長時間建立一條物理通路,而可以在同一條線路上以報文為單位進行多路復用,所以大大提高了線路的利用率。但此種方式時延較長,時延變化大,不適用於實時及會話式通信,但適用於電子郵件、電腦文件、公用電報等業務。

  分組交換仍採用“存儲-轉發”技術,但不像報文交換那樣以報文為單位進行交換,而是將報文劃分成有固定格式的分組(Packet)進行交換、傳輸,一般為1kbit~數千位,每個分組按一定格式附加源與目的地址,分組編號、分組起始、結束標誌、差錯校驗等信息,以分組形式在網路中傳輸。當源DTE將分組以比特串形式傳送至本地分組交換機PSE後,本地PSE收到每個分組要求的轉發信息,不管是否接通目的地址設備,都先存儲起來,然後檢查目的地址,在PSE保存的路由表中找到該目的地址規定的發送通路,PSE即按允許的最大發送速率轉發該分組。同樣,每個中轉PSE均按此方式存儲、轉發每個分組,直到將分組送到目的地pSE,再由該PSE送達目的地址DTE。按上述方式傳送的是分組交換中的數據報方式。一般適用於較短的單個分組的報文。其優點是傳輸可靠性高、傳輸延時小,由於PSE上的存儲器容量減小,所以提高了經濟性,缺點是每個分組附加的控制信息多,增加了傳輸信息的長度和處理時間,增大了額外開銷。

  分組交換的另一種方式叫虛電路方式,它與數據報方式的區別主要是在信息交換之前,由源DTE向本地PSE發送一特定呼叫請求的分組,其中含有目的DTE的地址及邏輯通道識別符,並由PSE中轉轉發。若呼叫被目的DTE接受,則相應的響應“呼叫接受”予以應答,網路即發出一個“呼叫連通”給源DTE,此時呼叫建立,在兩台DTE之間建立一條稱作虛電路的邏輯通路,信息就能在這條虛電路上傳輸,直到數據交換結束,虛電路被拆除,相應的邏輯通道識別符被釋放。所以虛電路方式在每次通信時都有虛電路建立、數據傳輸和拆除三個階段,類似於電路交換方式,但在網路中的傳輸是分組交換方式。這種方式對信息傳輸頻率高、每次傳輸量小的用戶不太適用,但由於每個分組頭只需標出虛電路標識符和序號,所以分組頭開銷小,適用長報文傳送。

分組交換的優點

  1、線路利用率提高;

  2、分組交換網可以進行數據率的轉換;

  3、在線路交換網路中,若通信量較大可能造成呼叫堵塞的情況,即網路拒絕接收更多的連接要求直到網路負載減輕為止;

  4、優先權的使用。

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