第七章 分组交换技术
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数据通信的特点
数据通信的特点是突发性很强，对差错敏感，对时延不敏感。突发 性强表现为在短时间内会集中产生大量的信息。
突发性的定量描述为峰值比特率和平均比特率之比，对于一般的数 据传输，突发性可高达50；对于文件检索和传送，突发性也可达20。 如果数据通信采用电路交换方式，分配固定的带宽，在用户没有信息 发送时，其它的用户也不能使用这部分空闲的带宽，信道利用率太低； 而在用户需要高速传输数据时，用户能够使用的最大带宽也只限于分 配给用户的带宽，不能满足用户的要求。
被叫用户如同意建立虚电路，可发送“呼叫连接”分 组到主叫用户。当主叫用户收到该分组时，表示主叫用户 和被叫用户之间的虚电路已建立，可进入数据传输阶段。
在呼叫建立阶段，在虚电路经过的各个分组交换机中建 立虚电路标示之间的对应关系。
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虚电路方式完成交换的示意图
分组交换机4的连接分表 组交换机5的连接表
户终端设置得非常简单，由电信网完成保证可靠通信的一切措施， 因此电信网的结点交换机复杂而昂贵。
数据报服务使用另一种完全不同的新思路。它力求使网络生存 性好和使对网络的控制功能分散，因而只能要求网络提供尽最大 努力的服务。但这种网络要求使用较复杂且有相当智能的主机作 为用户终端。可靠通信由用户终端中的软件来保证。
由于每条路由上的时延不尽相同，分组到达的顺序与 发送顺序可能不一致，终端要将它们重新排序。
IP网络中交换采用的是数据报方式。
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虚电路方式和数据报方式的比较
虚电路方式在一次通信过程中具有呼叫建立、数据传输和释 放呼叫三个阶段，有一定的处理开销，但一旦虚电路建立，数据分 组按照已建立的路径通过网络，分组能按照发送顺序到达终点，在 每个中间节点不需要进行复杂的选路，对数据量较大的通信生故障时可能引起虚电路的中断。
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7-1分组交换的基本原理
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分组的概念
分组交换采用存储转发技术。在分组交换中，将欲需要发 送的整块数据称为一个报文。在发送报文之前，先将较长的报 文划分成为较小的数据段。
在每个数据段前加有一个3-10个字节的分组头，在分组头中 包含有分组的地址和控制信息，以控制分组信息的传输和交换。 并以分组为单位进行传输和交换。
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交换虚电路和永久虚电路
虚 电 路 分 为 两 种 ： 交 换 虚 电 路 (SVC ， Switched Virtual Circuit)和永久虚电路(PVC，PermanentVirtualCircuit)。
交换虚电路是指在每次呼叫时用户通过发送呼叫请求分组临 时建立的虚电路；一旦虚电路建立后，属于同一呼叫的数据分 组均沿着这一虚电路传送；当通信结束后，即通过呼叫清除分 组将虚电路拆除。
数据报方式在用户通信时不需要呼叫建立和释放阶段，网络随时 都可接受主机发送的分组(即数据报)。网络为每个分组独立地选择 路由。网络只是尽最大努力地将分组交付给目的主机，但网络对源 主机没有任何承诺。网络不保证所传送的分组不丢失，也不保证按 源主机发送分组的先后顺序以及在多长的时限内必须将分组交付给 目的主机。
为了在交换结点选择路由，在使用数据报时，每个 分组必须携带完整的地址信息。但在使用虚电路的情 况下，每个分组不需要携带完整的目的地址，而仅需 要有个很简单的虚电路号码的标志，这就使分组的控 制信息部分的比特数减少，在传送大量分组时就减少 了额外开销。
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在网络上提供数据报和虚电路服务的思路来源
在网络上提供数据报和虚电路这两种服务的思路来源不同。 虚电路服务的思路来源于传统的电信网。电信网将其中的用
对差错敏感是指数据通信要求数据传送的内容不能出错，关键数据 细微的错误都可能造成灾难性后果。
对时延不敏感是指数据通信的各部分数据之间没有严格的时间关系。 由于数据通信的这些特点，数据通信主要采用分组交换技术。 由于分组交换技术的迅速发展，现在利用分组交换技术不仅可以用
来完成数据通信业务，也可以用来完成话音和视频通信。在下一代网 络中主要采用分组交换技术。
永久虚电路是指网络运营者根据与用户约定，为其事先建 立的固定虚电路，每次通信时用户无需呼叫就可直接在该永久 虚电路上传送数据。后一种方式一般适用于业务量较大的集团 用户。
X．25、帧中继、ATM和多协议标签MPLS采用的是虚电 路方式。
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二．数据报方式
数据报方式是独立地传送每一个数据分组，每一个 数据分组都包含终点地址的完整信息，每一个节点都 要为每一个分组独立地选择路由，因此一份报文包含 的不同分组可能沿着不同的路径到达终点。
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OSI一开始就按照电信网的思路来对待网络，坚持“网络提供 的服务必须是非常可靠的”这样一种观点，因此OSI在网络层(以 及其他的各个层次)采用了虚电路服务。
然而美国ARPANET的一些专家则认为，根据多年的实践证明， 不管用什么方法设计网络，网络(这可能由多个网络互连而成)提 供的服务并不可能做得非常可靠，用户主机仍要负责端到端的可 靠性。所以他们认为：让网络只提供数据报服务就可大大简化网 络层的结构。
分组交换有虚电路（面向连接）和数据报（无连接）这两种 方式。
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一．虚电路方式
虚电路是指两个用户在进行通信之前要通过网络建立 逻辑上的连接
在建立连接时，主叫用户发送“呼叫请求”分组，在该 分组中，包括被叫用户的地址及为该呼叫在出通路上分配 的虚电路标识，网络中的每一个节点都根据被叫地址选择 出通路，为该呼叫在出通路上分配虚电路标识，并在节点 中建立入通路上的虚电路标识与出通路上虚电路标识之间 的对应关系，向下一节点发送“呼叫请求”分组。
但是数据报方式在用户通信时不需要呼叫建立和释放阶段，对短 报文传输效率比较高，对网络故障的适应能力较强，当网络中某个 节点发生故障时可另外选择路由来传送数据。
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根据统计，网络上传送的报文长度，在很多情况 下都很短。若采用128个字节为分组长度，则往往一次 传送一个分组就够了。这样，用数据报既迅速又经济。 若用虚电路，为了传送一个分组而需要建立虚电路和 释放虚电路效率就显得太低。