报文交换的工作原理
• 报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就 是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且 可变。当一个站要发送报文时，它将一个目的 地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目 的地址信息，把报文发送到下一个节点，一直 逐个节点地转送到目的节点。 • 每个节点在收到整个报文并检查无误后，就暂 存这个报文，然后利用路由信息找出下一个节 点的地址，再把整个报文传送给下一个节点。 因此，端与端之间无需先通过呼叫建立连接。
第二章
网络通信基本原理 （3）
本节内容
1. 多路复用技术
2. 数据交换技术
1 多路复用技术
• 使用多路复用的原因 • 流行的多路复用技术及其典型应用
使用多路复用技术的原因
• 在很多网络系统中传输介质的带宽往往大于 传输单一信号所需要的带宽，为了有效的利 用传输系统，降低线路铺设成本，通常采用 多路复用技术将一个物理信道分成多个逻辑 信道，使多路信号同时在一个物理信道上传 输，目前，不论是基于有线网络还是无线网 络，多路复用技术都成为一项关键性技术。
分组交换的工作原理
• 分组交换是报文交换的一种改进，它将报文 分成若干个分组，每个分组的长度有一个上 限，有限长度的分组使得每个节点所需的存 储能力降低了，提高了交换速度。 • 分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交 换两种。它是计算机网络中使用最广泛的一 种交换技术 。
虚电路分组交换原理
• 使用前像电路一样需要呼叫。 • 每个分组除了包含数据之外还包含一个虚电路 标识符（路由信息）。 • 在预先建好的路径上的每个节点都知道把这些 分组引导到哪里去，不再需要路由选择判定。 • 由某一个站用清除请求分组来结束这次连接。 • 它之所以是“虚”的，是因为这条电路不是专 用的。 • 注意：虚电路的实质即为同步TDM。
• T电路=0.2+3200÷9600+3×10-3=0.536s • T报文=3×(3200+16) ÷9600+3×10-3=1.008s
• T虚电路=0.2+3200÷9600+3×10-3+2(1024÷9600)=0.75s
• T分组=(3200+16×4) ÷9600+2[(1024+16)÷9600] +3×10-3=0.56s
关于多址的概念
• 把频分制(FDM)、时分制(TDM)，码分制(CDM)推 广到多个用户即称 • 空分多址(SDMA) • 频分多址(FDMA) • 时分多址(TDMA) • 码分多址(CDMA)
常见的数据交换技术
• 电路交换 • 报文交换 • 分组交换
电路交换的工作原理
• • • • 电路交换的三个过程 1)电路建立 2)数据传输 3)电路拆除
电路交换技术的优缺点及其特点
• 优点：数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且 保持原来的序列。 • 缺点：在某些情况下，电路空闲时的信道容易 被浪费：在短时间数据传输时电路建立和拆除 所用的时间得不偿失。 • 特点：在数据传送开始之前必须先设置一条专 用的通路。在线路释放之前，该通路由一对用 户完全占用。
流行的多路复用技术
• 频分制复用(FDM) • 时分制复用(TDM) • 码分制复用(CDM) • 波分制复用(WDM)
频分制复用(FDM)
• 将多路信号以不同的载波频率进行调制，从而 使其多路信号同时在一路 复 用 器 信道2 信道3 信道4 信道5 频 分 多 路 复 用 器
报文交换技术的优缺点和特点
• • • • • • • • • 报文交换的特点 1) 采用“存储--转发”方式 2) 节点中需要缓冲存储，报文需要排队,延迟大。 报文交换的优点 1)电路利用率高。 2) 通信量大时仍然可以接收报文，传送延迟会增加。 3)报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地 报文交换的缺点 1)不能满足实时或交互式的通信要求，报文经过网络 的延迟时间长且不定。 • 2)有时节点收到过多的数据而无空间存储或不能及时 转发时，就不得不丢弃报文，而且发出的报文不按顺 序到达目的地。
PON的优势
• 无论那种pon技术，都能够很好的完成单纤多 业务功能，当需要新的业务时，只需要增加新 的波长的光信号进入光纤即可，同时更换用户 端和局端设备即可完成，这样最大的优势在于 线路投资的节省。 • 当然由于所有的pon均可以实现同步TDM，也 可以在原有波长的光信号上为新的业务划出一 个时隙，这样用户端和局端不必更换设备也可 完成。但缺点是支持的业务将受到总速率的限 制。
码分制复用技术(CDM)
• 码分多址系统是在其他复用系统之上为每个用户再分配 各自特定的随机地址码加密，利用公共信道来传输信息。
波分制复用技术(WDM)
• WDM技术是在发送端将波长不同的激光复用在一条 光纤信道上传输，在接收端使用相应的技术将不同波 长的光分拣出来。
有关WDM的应用--PON
信 源
信 宿
信道6
信道7
时分制复用(TDM)
• 是把一个传输通道进行时间分割以传送若干路 信息，按一定的次序轮流的给各个设备分配一 段使用通道的时间。
时 分 多 路 复 用 器 时 分 多 路 复 用 器
1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6
时分制复用的两个分类
• 同步时分多路复用是指每个时间片的长度固定且预先 指定。 • 优点：实现简单，实时性好 • 缺点：线路利用率低 • 典型应用：电信的T型或者E型PCM载波 • • • • 异步时分多路复用允许动态的分配传输时间片。 优点：线路利用率高 缺点：实现复杂，实时性差 典型应用：计算机局域网络
各种数据交换技术的性能比较图例
电路时延计算
• T电路＝呼叫建立时间＋数据传送时间＋线路总时延 • 其中 数据传送时间＝传送数据总量/线路速度 线路总时延＝每段线路的时延×线路段数
线路1 线路2
线路3
报文时延计算
• T报文＝每个节点的存储转发时延＋线路总时延 • 其中要注意的是由于在报文中增加了路由信息，所以传送的 数据量应该是所传送的数据加路由信息数据
• PON（无源光网络）是近期非常流行的一种接 入技术，他采用WDM复用方式使用单纤完成 以往需要双纤才能完成的双向数据传输。目前 电信系统正在铺设EPON系统（基于以太网的 无源光网络）和基于ATM的GPON（千兆位无 源光网络）系统。 • 所谓无源，是指从用户端到局端设备中间所使 用的设备（特指分光器）是不需要用电的。
数据报分组交换原理
• 每个分组的传送被单独处理。 • 每个分组称为一个数据报，每个数据报自身携 带足够的地址信息。 • 每个节点要为到达的每个数据报根据当前的情 况选择最佳路径。 • 数据报有可能走的路经不一致，到达的顺序不 一致，甚至有丢失的情况！
各种数据交换技术的性能比较
• 1.电路交换：在数据传输之前必须先设置一条完全的 通路。在线路拆除(释放)之前，该通路由一对用户完 全占用。电路交换效率不高，适合于较轻和间接式负 载使用租用的线路进行通信。 • 2.报文交换：报文从源点传送到目的地采用存储转发 的方式，报文需要排队。因此报文交换不适合于交互 式通信，不能满足实时通信的要求。 • 3.分组交换：分组交换方式和报文交换方式类似，但 报文被分成分组传送，并规定了最大长度。分组交换 技术是在数据网中最广泛使用的一种交换技术，适用 于交换中等或大量数据的情况。
发 收
线路1 收 发
线路3 线路2 收 发
虚电路时延计算
• T虚电路＝呼叫建立时间＋数据传输时间＋数据打包消耗时间 ＋线路总时延 • 其中 数据打包消耗时间＝数据分组大小/线路速度×节点数 数据传输时间=数据未分组之前数据大小/线路速度
发 打包 线路1 收 发 线路3 线路2 收 发 打包 收
数据报时延计算
• T数据报＝数据传输时间＋数据打包消耗时间＋线路总时延 • 其中 数据传输时间＝原始数据分组后并加入路由信息后的数据总量/线路速度
• 数据打包消耗时间＝含路由信息的分组数据/线路速度×节点数
发 打包 线路1 线路3 线路2 打包 收
收
发
收
发
交换延迟计算
• 例：假定两个用户之间传输线路由3段组成（2 个转接点），每段的传输延迟为10-3s,呼叫建立 时间为0.2s，在这样的线路上传输3200b的报文， 分组大小为1024b，报头开销16b，线路速度 9600b/s，试计算电路、报文、虚电路、分组交 换所产生的延迟。