【计算机网络】交换技术

交换技术

电路交换（电话网）

分组交换（计算机网络）

报文交换（电报系统）

电话机的连接方式

两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。



5 部电话机两两相连，需 10 对电线。



N 部电话机两两相连，需 N(N – 1)/2对电线。

当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线对的数量与电话机数的平方成正比。

当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。



在这里，“交换”(switching)的含义是：

转接——把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。

从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。

电路交换举例

C 和 D 通话只经过一个本地交换机

通话在 C 到 D 的连接上进行



A 和 B 通话经过四个交换机

通话在 A 到 B 的连接上进行

电路交换的特点

电路交换的三个阶段：

建立连接

通信

释放连接

电路交换必定是面向连接的

即，先连接再通信

电路交换是基于位置的

电路交换方式传送计算机数据效率低

计算机数据具有突发性，这导致通信线路的利用率很低。

分组交换的原理

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。



每一个数据段前面添加上首部构成分组。





分组交换网以“分组”作为数据传输单元。

依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。



接收端收到分组后剥去首部还原成报文。





最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。



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弃。

分组首部的重要性

首部中有地址

每一个分组的首部都含有目的地地址等控制信息。

地址决定寻经

分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。

分组交换网的示意图

路由器

在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。

路由器处理分组的过程是：

把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；

查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；

把分组送到这个端口转发出去。

主机和路由器的作用不同

主机是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。

路由器对分组进行存储转发，最后把分组交付目的主机。

分组交换的优点

高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。

灵活 以分组为传送单位和查找路由。

迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。

可靠 完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。

分组交换带来的问题

分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。

分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。

报文交换

在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换(message switching)。

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。

三种交换的比较

从主机为中心到以网络为中心