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分组交换
作者:wikiadmin于 2018年12月24日 发布在分类 / IDC产品 / 服务器租用 下,并于 2019年02月28日 编辑
分组交换

简介

1970年左右,人们开始研究一种新的长途数字数据通信的体系结构形式:分组交换。虽然目前使用的分组交换技术与那时相比已经取得了很大的发展,但是今天分组交换的基本技术与70年代的网络技术基本上是相同的,而且分组交换仍然是实现长途数据通信少数有效的技术中的一种。并且两种最新的广域网技术:帧中继和ATM,基本上是分组交换方式的变种。


分组交换是作为一种解决交互式处理应用的技术而发展起来的,它设计用来支持突发性的数据流的传送,这种业务流的持续连接时间长而业务量低。分组交换网络采用了统计复用技术,即多个会话连接可以共享一条通信信道,这无疑大大提高了传输效率。然而,共享通信链路会引入时延。因此未来我们要考虑的一个关键问题是分组交换网络如何传送时延敏感的业务流,比如实时业务流。在分组交换网络中,分组通过一系列中间节点进行选路,通常要跨越多个网络。它们以存储——转发的方式在一系列分组交换机(即路由器)之间转发,最终到达目的地。在传输过程中信息被分割成包含目的地址和序列号的分组。


原理

挂在分组交换网上的终端有两类:分组型终端和一般终端。所谓分组型终端是以分组的形式发送和接收信息;一般终端它发送和接收的信息是报文,需经分组装拆设备处理后才能接入分组交换网。若发送终端是一般终端,要由PAD将其发送的报文拆成若干个分组再送往分组交换网上传输;若接收终端是一般终端,要由PAD将属于一份报文的若干个分组重新组装成报文再送给一般终端。


分组交换的基本原理是采用“存储——转发”技术,从源站发送报文时,将报文划分成有固定格式的分组(Packet),把目的地址添加在分组中,然后网络中的交换机将源站的分组接收后暂时存储在存储器中,再根据提供的目的地址,不断通过网络中的其它交换机选择空闲的路径转发,最后送到目的地址。这样就解决了不同类型用户之间的通信,并且不需要像电路交换那样在传输过程中长时间建立一条物理通路,而可以在同一条线路上以分组为单位进行多路复用,所以大大提高了线路的利用率。


分组交换是把电路交换和报文交换的优点结合起来产生的一种交换技术。电路交换过程类似于打电话,当用户需发送数据时,主叫方需通过呼叫,由交换网完成被叫才与它建立一条物理连接数据通路,需拆除连接时,由通信双方中任一方完成。

它的特点是适合发送一次性大批量的信息。由于建立连接时间长,传递短报文时,效率较低。并且对通信双方在信息传输速率、编码格式、通信协议等方面完全兼容,这就限制了不同速率、不同编码格式、不同通信协议的双方用户进行通信。报文交换的基本原理是采用“存储-转发”技术,从源站发送报文时,把目的地址添加在报文中,然后网络中的交换机将源站的报文接收后暂时存储在存储器中,再根据提供的目的地址,不断通过网络中的其它交换机选择空闲的路径转发,最后送到目的地址。

这样就解决了不同类型用户之间的通信,并且不需要像电路交换那样在传输过程中长时间建立一条物理通路,而可以在同一条线路上以报文为单位进行多路复用,所以大大提高了线路的利用率。但此种方式时延较长,时延变化大,不适用于实时及会话式通信,但适用于电子邮件、计算机文件、公用电报等业务。

分组交换仍采用“存储-转发”技术,但不像报文交换那样以报文为单位进行交换,而是将报文划分成有固定格式的分组(Packet)进行交换、传输,一般为1kbit~数千位,每个分组按一定格式附加源与目的地址,分组编号、分组起始、结束标志、差错校验等信息,以分组形式在网络中传输。当源DTEA将分组以比特串形式传送至本地分组交换机PSE后,本地PSE收到每个分组要求的转发信息,不管是否接通目的地址设备,都先存储起来,然后检查目的地址,在PSE保存的路由表中找到该目的地址规定的发送通路,PSE即按允许的最大发送速率转发该分组。同样,每个中转PSE均按此方式存储、转发每个分组,直到将分组送到目的地pSE,再由该PSE送达目的地址DTE。


方式

(1)数据报方式:在这种方式中,每个分组按一定格式附加源与目的地址、分组编号、分组起始、结束标志、差错校验等信息,以分组形式在网络中传输。网络只是尽力地将分组交付给目的主机,但不保证所传送的分组不丢失,也不保证分组能够按发送的顺序到达接收端。所以网络提供的服务是不可靠的,也不保证服务质量。如图9-2(a)所示,主机H1向H5发送的分组,有的经过节点A-B-E,有的经过A-C-E或A-B-C-E,主机H2向H6发送的分组,有的经过节点B-D-E,有的经过B-E。数据报方式一般适用于较短的单个分组的报文。其优点是传输延时小,当某节点发生故障时不会影响后续分组的传输。缺点是每个分组附加的控制信息多,增加了传输信息的长度和处理时间,增大了额外开销。 


(2)虚电路方式:它与数据报方式的区别主要是在信息交换之前,需要在发送端和接收端之间先建立一个逻辑连接,然后才开始传送分组,所有分组沿相同的路径进行交换转发,通信结束后再拆除该逻辑连接。网络保证所传送的分组按发送的顺序到达接收端。所以网络提供的服务是可靠的,也保证服务质量。如图9-2(b)所示,主机H1向H5发送的所有分组都经过相同的节点A-B-E,主机H2向H6发送的所有分组也都经过相同的节点B-E。
这种方式对信息传输频率高、每次传输量小的用户不太适用,但由于每个分组头只需标出虚电路标识符和序号,所以分组头开销小,适用长报文传送。


优缺点

分组交换网与电路交换网相比有许多优点:

(1)线路利用率更高:因为结点到结点的单个链路可以由很多分组动态共享。分组被排队,并被尽可能快速地在链路上传输。(2)一个分组交换网络可以实行数据率的转换:两个不同数据率的站之间能够交换分组,因为每一个站以它的自己的数据率连接到这个结点上。

(3)排队制:当电路交换网络上负载很大时,一些呼叫就被阻塞了。在分组交换网络上,分组仍然被接受,只是其交付时延会增加。

(4)支持优先级:在使用优先级时,如果一个结点有大量的分组在排队等待传送,它可以先传送高优先级的分组。这些分组因此将比低优先级的分组经历更少的时延。 


分组交换网与电路交换网相比也有一些缺点:

(1)时延:一个分组通过一个分组交换网结点时会产生时延,而在电路交换网中则不存在这种时延。

(2)时延抖动:因为一个给定的源站和目的站之间的各分组可能具有不同的长度,可以走不同的路径,也可以在沿途的交换机中经历不同的时延,所以分组的总时延就可能变化很大。这种现象被称为抖动。抖动对一些应用来讲是不希望有的(例如:电话话音和实时图像等实时应用中)。

(3)额外开销大:要将分组通过网络传送,包括目的地址在内的额外开销信息和分组排序信息必须加在每一个分组里。


这些信息降低了可用来运输用户数据的通信容量。在电路交换中,一旦电路建立,这些开销就不再需要。另外,分组交换网络是一个分布的分组交换结点的集合,在理想情况下,所有的分组交换结点应该总是了解整个网络的状态。但是,不幸的是,因为结点是分布的,在网络一部分状态的改变与网络其他部分得知这个改变之间总是有一个时延。此外,传递状态信息需要一定的费用,因此一个分组交换网络从来不会“完全理想地”运行。





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2019-02-28 10:30:16[当前版本] wikiadmin 其他原因...
2018-12-24 11:59:42 wikiadmin CREAT

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