(2.3)--3 交换技术计算机网络.ppt

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1、计算机网络计算机网络(第第7 7版版)谢希仁谢希仁 编著编著计算机网络（第计算机网络（第7 7版）版）概概 述述第第11章章交换技术交换技术计算机网络计算机网络(第第7 7版版)互联网的核心部分互联网的核心部分互联网的边缘部分互联网的边缘部分主机主机路由器路由器网络网络互联网互联网的组成的组成IP摄像头摄像头大型或超级计算机大型或超级计算机手机手机l在网络核心部分起特殊作用的是在网络核心部分起特殊作用的是路由器路由器(router)(router)。l路由器路由器是是实现实现分组交换分组交换(packetswitching)(packetswitching)的的关关键构件，其任务是转发收到的分

2、组，这是网络核键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。心部分最重要的功能。交换交换技术包括技术包括：电路交换、电路交换、分组交换、分组交换、报文交换报文交换等。等。计算机网络计算机网络(第第7 7版版)电路交换原理电路交换原理22部电话机只需要用部电话机只需要用 11对电线直接连接就能够互相通话。对电线直接连接就能够互相通话。(a)两部电话直接相两部电话直接相连连电话机的不同连接方法电话机的不同连接方法1 1、电路交换、电路交换计算机网络计算机网络(第第7 7版版)55部电话机两两直接部电话机两两直接相连，相连，需需 1010对电线。对电线。(b)5 部电话部电话机两两直

3、接机两两直接相相连连电话机的不同连接方法电话机的不同连接方法计算机网络计算机网络(第第7 7版版)NN部电话机两两直接相连，部电话机两两直接相连，需需 NN(NN1)/21)/2对电线对电线。显然，当电话机数量很大时，显然，当电话机数量很大时，这种连接方法所需要的电线这种连接方法所需要的电线对的数量与电话机数量的平对的数量与电话机数量的平方方（NN 2 2）成正比。成正比。计算机网络计算机网络(第第7 7版版)当电话机的数量增多时，就要使用当电话机的数量增多时，就要使用交换机来交换机来完成全网的交换任务。完成全网的交换任务。交换机交换机每一部电话都每一部电话都直接直接连接到交连接到交换机上，而

4、交换机使用交换换机上，而交换机使用交换的方法，让电话用户彼此之的方法，让电话用户彼此之间可以很方便地通信。间可以很方便地通信。所采用的所采用的交换方式交换方式就就是是电路电路交换交换(circuitswitching)(circuitswitching)。(c)用交换机连接许多用交换机连接许多部电话部电话电话机的不同连接方法电话机的不同连接方法计算机网络计算机网络(第第7 7版版)l“交换交换”(switching)switching)的含义就的含义就是是转接转接 把一条电话线转把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连接到另一条电话线，使它们连通起来通起来。l从通信资源的分配角度来看，从通信资

5、源的分配角度来看，“交换交换”就是按照某种方式就是按照某种方式动动态地分配态地分配传输线路的资源传输线路的资源。计算机网络计算机网络(第第7 7版版)电路交换的用户始终占用端到端的通信资源电路交换的用户始终占用端到端的通信资源A AB B电信网电信网交换机交换机交换机交换机交换机交换机交换机交换机中继线中继线用户线用户线用户线用户线C CD DE EF F电路交换电路交换举例举例lAA和和 BB通话经过四个通话经过四个交换机。交换机。l通话在通话在 AA到到 BB的连接上的连接上进行。进行。计算机网络计算机网络(第第7 7版版)电路交换过程电路交换过程 打电话过程：提起话筒进行拨号打电话过程：

6、提起话筒进行拨号接通后通话接通后通话完成通话，放下话筒完成通话，放下话筒电路交换电路交换：请求建立连接请求建立连接成功建立连接成功建立连接释放连接释放连接对对应应对对应应对对应应解解析析解解析析解解析析此时通信资源被占用，即拨号方的线路被占用通信资源一直被占用，即双方电话线路都一直被占用通信资源被释放，即双方电话线路恢复空闲计算机网络计算机网络(第第7 7版版)电路交换电路交换特点特点l电路交换的特点：在通信双方之间建立一条专用的物理通路，在整个通信过程中，双方始终占用两个端点间的通信资源。l缺点：计缺点：计算机数据具有突发性算机数据具有突发性。这。这导致在传送计算机数据时，通信线导致在传送计

7、算机数据时，通信线路的利用率很低（路的利用率很低（用来传送数据的时间往往不用来传送数据的时间往往不到到10%10%甚至甚至不到不到11%）。）。计算机网络计算机网络(第第7 7版版)分组交换原理分组交换原理l要发送的整块数据称为一个报文要发送的整块数据称为一个报文l分分组交换则采用组交换则采用存储转发存储转发技术技术。l在发送端，先把较长的报文在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。划分成较短的、固定长度的数据段。报文报文假定这个报文较长不便于传输假定这个报文较长不便于传输11010001101010101101010111000100110100102 2、分组交换分组交换计

8、算机网络计算机网络(第第7 7版版)每一个数据段前面添加上每一个数据段前面添加上首部首部构成构成分组分组(packet)packet)。数数据据数数据据数数据据首部首部首部首部首部首部分组分组 1 1分组分组 2 2分组分组 3 3报文报文请注意：现在左边是请注意：现在左边是“前面前面”计算机网络计算机网络(第第7 7版版)l分组交换网以分组交换网以“分组分组”作为数据传输单元。作为数据传输单元。l依次依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。数数据据首部首部分组分组 1 1数数据据首部首部分组分组 2 2数数据据首部首部分组分组 3 3以分组为基

9、本单位在网络中传送以分组为基本单位在网络中传送计算机网络计算机网络(第第7 7版版)接收端收到分组后接收端收到分组后剥去剥去首部还原成报文。首部还原成报文。数数据据首部首部分组分组 1 1数数据据首部首部分组分组 2 2数数据据首部首部分组分组 3 3收到的数据收到的数据计算机网络计算机网络(第第7 7版版)l最后，在接收端把收到的数据最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文恢复成为原来的报文。数数据据数数据据数数据据报文报文1101000110101010110101011100010011010010l这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢这里我们假定分组在传输过

10、程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。弃。计算机网络计算机网络(第第7 7版版)分组交换的传输单元分组交换的传输单元l每一个每一个分组的首部都含有分组的首部都含有地址地址（诸如目的地址和源地址诸如目的地址和源地址）等控制信息。）等控制信息。l分组交换网中的结点交换机根据收到的分组首部中的分组交换网中的结点交换机根据收到的分组首部中的地址信息地址信息，把分，把分组组转发转发到下一个结点交换机。到下一个结点交换机。l每个分组在互联网中每个分组在互联网中独立地选择传输路径独立地选择传输路径。l用这样的用这样的存储转发存储转发方式，最后分组就能到达方式，最后分组就能到达最终目的地最终目的地。计算机网

11、络计算机网络(第第7 7版版)分组交换的示意图分组交换的示意图(a)(a)核心部分的路由器把网络互连起来核心部分的路由器把网络互连起来网络核心部分网络核心部分H H1 1H H5 5H H2 2H H4 4H H3 3H H6 6路由器路由器网络网络主机主机计算机网络计算机网络(第第7 7版版)分组交换的示意图分组交换的示意图(b)(b)核心部分核心部分中中的的网络网络可用一条链路表示可用一条链路表示H H1 1H H5 5H H2 2H H4 4H H3 3H H6 6发送的发送的分组分组路由器路由器A AE ED DB BC C主机主机网络核心部分网络核心部分计算机网络计算机网络(第第7

12、7版版)分组交换网的示意图分组交换网的示意图注意分组路径的变化！注意分组路径的变化！H H1 1 向向 H H5 5 发送分组发送分组H H2 2 向向 H H6 6 发送分组发送分组ABDEC路由器路由器H H2 2H H4 4H H6 6H H5 5H H3 3H H1 1互联网互联网主机主机计算机网络计算机网络(第第7 7版版)注意分组的存储转发过程注意分组的存储转发过程H1ABDECH5H6H2H3路由器路由器最后到达目的主机最后到达目的主机 H H5 5互联网互联网H H1 1 向向 H H5 5 发送分组发送分组H4在路由器在路由器 AA暂存暂存查找转发表查找转发表找到转发找到转发

13、的端口的端口转发转发在路由器在路由器 CC暂存暂存查找转发表查找转发表找到转发的找到转发的端口端口转发转发在路由器在路由器 EE暂存暂存查找转发表查找转发表找到转发的找到转发的端口端口转发转发计算机网络计算机网络(第第7 7版版)路由器路由器l在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。l路由器处理分组的过程是：路由器处理分组的过程是：1 1.把收到的分组先把收到的分组先放入缓存（暂时存储）放入缓存（暂时存储）；2 2.查找转发表查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；3 3.把分组送到适当的端口把分组送

14、到适当的端口转发转发出去。出去。计算机网络计算机网络(第第7 7版版)主机和路由器的作用不同主机和路由器的作用不同l主机是主机是为用户进行信息处理为用户进行信息处理的，并向网络发送分组，从网络接收分组。的，并向网络发送分组，从网络接收分组。l路由器对分组进行路由器对分组进行存储转发存储转发，最后把分组交付目的主机。，最后把分组交付目的主机。计算机网络计算机网络(第第7 7版版)分组交换的优点分组交换的优点优点优点所采用的手段所采用的手段高效高效在分组传输的过程中在分组传输的过程中动态分配动态分配传输带宽，对通信链路是逐段传输带宽，对通信链路是逐段占用占用。灵活灵活为每一个分组为每一个分组独立独

15、立地选择最合适的转发地选择最合适的转发路由路由。迅速迅速以分组作为传送单位，可以以分组作为传送单位，可以不先建立连接不先建立连接就能向其他主机发送就能向其他主机发送分组分组。可靠可靠保证可靠性的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使网络有很好保证可靠性的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的的生存性生存性。计算机网络计算机网络(第第7 7版版)分组交换带来的问题分组交换带来的问题l分组在各结点存储转发时需要分组在各结点存储转发时需要排队排队，这就会造成一定的，这就会造成一定的时延时延。l分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的分组必须携带的首部（里面有必不可少的

16、控制信息）也造成了一定的开销开销。计算机网络计算机网络(第第7 7版版)l存储转发技术是将发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一存储转发技术是将发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元（报文或保温分组）进行交换网络；交换网定格式组成一个数据单元（报文或保温分组）进行交换网络；交换网络中的交换结点负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和络中的交换结点负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能、转发功能、l在在 2020世纪世纪 4040年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交报文交换换(message

17、switching)(messageswitching)。l报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了。少有人使用了。3 3、报文交换报文交换计算机网络计算机网络(第第7 7版版)P2P2P4P4P3P3P4P4P3P3路由器路由器报报文文报报文文报报文文ABCDABCDABCDABCDABCDABCD报文交换报文交换电路交换电路交换分组交换分组交换t数据传送数据传送报文报文P1P1连接释放连接释放数据数据传送传送特点特点比特流直达终点比特流直达终点报文报文 报文报文 报文报文分组分组 分组分组 分组分组

18、存储转发存储转发P2P2P1P1P1P1P3P3P2P2P4P4存储转发存储转发存储转发存储转发 存储转发存储转发连接建立连接建立三种交换的比较三种交换的比较计算机网络计算机网络(第第7 7版版)总结总结l若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。路交换的传输速率较快。l报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。提高整个网络的信道利用率。l由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性。