第六章 数据交换技术
引言
• 经过编码后的数据，在信源和信宿之间进行传输 的最理想方式是在两个互连的站点之间直接建立 传输信道并进行数据通信。但实际上，在大范围 的网络环境中直接连接两个设备往往是不现实的， 也是不可取的。通常是通过网络中的中间节点把 数据从源站点发送到目的站点，实现数据通信。 这些中间节点并不关心数据的内容，而只是提供 一个交换设备，使数据从一个节点传送到另一个 节点，直至达到目的地。 • 按照数据传输技术划分，交换网络实现数据交换 的方法包括电路交换、报文交换和分组交换3种。
6.1 电路交换
• 使用场合 • 电路交换适用于传输质量要求高且数据量 大的情况。在数据传送之前必须建立一条 专用的电路，在该电路释放之前，该电路 由一对用户完全占用。对于突发通信，电 路交换的效率不高，电话网络是电路交换 的典型例子。
6.2 报文交换
• 当站点之间交换的数据具有随机性和突发 性时，采用电路交换的缺点是信道容量和 有效时间的浪费。采用报文交换可以克服 上述不足。 • 报文交换（Message Switching）不需在 两个站点之间建立一条专用电路，数据传 输的单位报文，即通过接收，必要时存储 并继续传送消息来对其进行路由选择的一 种交换方式。如图6.2所示。
6.2 报文交换
• 因此，端与端之间无需实现呼叫建立连接。 在同一时间内，报文的传输只占用两个节点 之间的一段电路，而在用户之间的其他电路， 可以传输其他用户的报文，不像电路交换必 须占用端到端的全部信道。 • 在电路交换的网络中，每个节点是一个电子 的或是机电结合的交换设备，这类设备发送 和接收的速度一样快。报文交换节点通常是 一台小型计算机，具有足够的存储容量来缓 存接收的报文。
6.2 报文交换
H2
H3
B
M
C
M
M
H1
A
M
D
H4
F
H6
E
H5
图6.2 报文交换示意图
6.2 报文交换
• 报文交换不要求在两个通信结点之间建立专 用通路。结点把要发送的信息组织成一个数据 包——报文，该报文中含有目标结点的地址， 完整的报文在网络中一站一站地向前传送。每 一个结点接收整个报文，检查目标结点地址， 然后根据网络中的交通情况在适当的时候转发 到下一个结点。经过多次的存储——转发，最 后到达目标，因而这样的网络叫存储——转发 网络。其中的交换结点要有足够大的存储空间 （一般是磁盘），用以缓冲收到的长报文。
6.2 报文交换
• 报文是指站点一次性发送的数据块，其长度可 变且不限，传输过程中采用存储转发方式。 • 当一个站点要发送报文时，它在报文的头部附 加目的地址信息，中间的节点根据报文中的目 的地址信息，将报文传送到下一个节点，直至 到最终的目的节点。 • 每个节点再接收到整个报文并校验无误后，则 暂存该报文，然后利用路由信息找到下一个节 点的地址，再把整个报文传送到下一个节点。
。
6.1 电路交换
• 优缺点 (2) 缺点 线路接通后即为专用信道，因此线路利用率低。 例如，线路空闲时，信道容量被浪费。 线路建立 时间较长，造成有效时间的浪费。例如，只有少 量数据要传送时，也要花不少时间用于建立和拆 除电路。 (3) 结论 线路交换适用于高负荷的持续通信和实时
性要求较强的场合（如会话式通信），不适合突 发性通信。
6.1 电路交换
1. 建立连接
6.1 电路交换
• 2. 保持连接 • 电路ABE建立完毕后，数据可以从节点A发送 到节点B，再从节点B发送到节点E，也可以 从节点E经过节点B到节点A发送数据。因为 是专用线路，因此这种数据传输经过每个中间 节点时几乎没有延迟，并且不存在拥塞问题。 在整个数据传输过程中所建立的电路必须始终 保持连接状态，除非出现意外的线路或节点故 障而使电路中断。
•
• 1. 建立连接 图6.1所示为一个交换网络的拓扑结构，其中 的方框表示要求通信的设备，称为网站或终端 系统，一般是计算机或终端；圆表示提供通信 交换功能的节点设备。
电路交换（Circuit Switching）是指数据传 输过程中，在源站点与目的站点之间建立专用 链接，在数据传输结束之前，电路一直被占用， 而不能被其他节点使用。即在发端和收端之间 建立电路连接，并保持到通信结束的一种交换 方式。 电路交换包括以下三个步骤：
6.1 电路交换
• 3. 拆除连接 • 在数据传输结束后，由通信的某一方发出 拆除连接的请求（信令），对方作出响应 并释放链路。被拆除的信道空闲后，可被 其他连接使用。
6.1 电路交换
公用电话交换网 2 1 3 源节点A 4 5 目的节点B 6
源节点A 电 路 建 立 阶 段 数 据 传 输 阶 段 电 路 拆 除 阶 段
交换节点1
交换节点6
目的节点B
呼叫请求
呼叫应答 数据
数据 释放请求
释放应答
• 优缺点 (1) 优点
6.1 电路交换
实时性好。一旦电路建立，通信双方的所有 资源（包括线路资源）均用于本次通信，除 了少量的传输延迟之外，不再有其他延迟， 具有较好的实时性。 • 电路交换设备简单，无需提供任何缓存装置。 用户数据透明传输，要求收发双方自动进行 速率匹配。 • 从电路交换的工作原理看出，线路建立后， 所有数据直接传输。因此数据传输可靠、迅 速、有序（按原来的次序）。
6.1 电路交换
6.1 电路交换
1. 建立连接
H2
H3
B
C
H1
A
E
D
H4
F
H6Βιβλιοθήκη H5图6.1 电路交换示意图
6.1 电路交换
1. 建立连接
6.1 电路交换
1. 建立连接 • 在传输数据之前，首先通过呼叫建立一条端到端 （站到站）的电路。例如在图6.1中，H1站点发送一 个连接请求（信令）到节点A，请求与H5建立一个 连接。一般地，从H1站点到节点A的电路是一条专 用线路，这一连接已经存在。节点A必须在通向节点 E的路径上需找下一个路由。根据路径选择协议，节 点A选择到节点B的电路，在此电路上分配一个未用 的信道，并告诉节点B要与节点E建立连接，由节点 B再呼叫节点E，并建立电路BE，节点E建立与H5站 点的连接。这样在节点A与节点E之间就建立了一条 专用电路ABE，以实现H1与H5站点之间的数据传输。