第四章 數(shù)據(jù)交換技術(shù)
本章重點(diǎn)是線(xiàn)路交換及報(bào)文交換的基本原理。幀中繼和ATM在本章介紹了一些基礎(chǔ)內(nèi)容，在后面有關(guān)章節(jié)中再進(jìn)一步學(xué)習(xí)。
網(wǎng)絡(luò)連接的中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)稱(chēng)為交換節(jié)點(diǎn)；現(xiàn)代交換系統(tǒng)的核心是數(shù)字開(kāi)關(guān)；線(xiàn)路交換設(shè)備的重要特征是其有無(wú)阻塞。
1、線(xiàn)路交換（領(lǐng)會(huì)）
線(xiàn)路交換（P90第二段）；節(jié)點(diǎn)（提供通信功能的交換設(shè)備）；通信網(wǎng)絡(luò)（節(jié)點(diǎn)的集合）。
通信過(guò)程：建立連接（根據(jù)路由信息判斷）；數(shù)據(jù)傳送（數(shù)字方式為主要方式，一般為全雙工）。c、斷開(kāi)連接。
線(xiàn)路交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：a、用戶(hù)分機(jī)。b、本地回路（用戶(hù)回路）：用戶(hù)和網(wǎng)絡(luò)之間的鏈路。c、交換機(jī)：網(wǎng)絡(luò)的交換中心。d、主干線(xiàn)：使用FDM或TDM.
線(xiàn)路建立連接略有延遲，一旦建立起來(lái)，信息傳輸延遲時(shí)間短，另有透明性的優(yōu)點(diǎn)，一旦連接不需更多的網(wǎng)絡(luò)管理。效率有時(shí)會(huì)十分低下，要求終端有恒定的傳輸速率，適合于語(yǔ)音交流。我記得有個(gè)教授講過(guò)，應(yīng)該提高光纖的制造工藝，使其帶寬比目前大幅度增加，這樣在光纖上采用線(xiàn)路交換，一定能使目前的網(wǎng)絡(luò)效率大幅度提高。
空分交換技術(shù)。有物理觸點(diǎn)控制通斷，可在各輸入線(xiàn)和輸出線(xiàn)之間構(gòu)成任意物理通路。局限性：站點(diǎn)多時(shí)觸點(diǎn)太多；觸點(diǎn)損壞則站點(diǎn)失去聯(lián)系；觸點(diǎn)利用率低；為了克服局限需使用多級(jí)交換。
時(shí)分交換技術(shù)?，F(xiàn)代的線(xiàn)路交換都使用時(shí)分交換，是時(shí)分復(fù)用（TDM）在交換上的應(yīng)用?？偩€(xiàn)上的數(shù)據(jù)傳輸速率決定了可同時(shí)進(jìn)行通信的線(xiàn)路數(shù)量，它的速率必須相當(dāng)高。
2、報(bào)文分組交換（領(lǐng)會(huì)）
優(yōu)點(diǎn)：線(xiàn)路利用率高；能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸速率轉(zhuǎn)換；通信量超載時(shí)不會(huì)阻塞，只是增加延遲；能使用優(yōu)先級(jí)別。
數(shù)據(jù)報(bào)：把每個(gè)報(bào)文分組是都獨(dú)立處理，由接收站點(diǎn)最后整理。虛擬線(xiàn)路：結(jié)合了線(xiàn)路交換和數(shù)據(jù)報(bào)的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)送前需確定路由，發(fā)送好后就按虛線(xiàn)路交換，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)仍需緩沖和排隊(duì)等候。數(shù)據(jù)報(bào)與虛擬線(xiàn)路的比較：在虛擬線(xiàn)路上可提供報(bào)文排序和誤差控制等服務(wù)；數(shù)據(jù)量大時(shí)在虛擬線(xiàn)路上傳遞迅速、數(shù)據(jù)量小時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)避免了呼叫建立過(guò)程傳送將更快；當(dāng)發(fā)生阻塞或某節(jié)點(diǎn)失效時(shí)，數(shù)據(jù)報(bào)更靈活；數(shù)據(jù)報(bào)或虛擬線(xiàn)路外部差異很微小。
線(xiàn)路交換和報(bào)文分組交換的比較。
線(xiàn)路交換發(fā)送前有延遲，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延遲最小，但線(xiàn)路利用率低。報(bào)文分組每個(gè)節(jié)點(diǎn)的延遲是可變的，隨負(fù)載增加而增加，數(shù)據(jù)報(bào)還有可能使報(bào)文順序不同產(chǎn)生額外開(kāi)銷(xiāo)。我理解就是數(shù)據(jù)量很小時(shí)就用數(shù)據(jù)報(bào)或線(xiàn)路交換，當(dāng)數(shù)據(jù)量較大網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較多時(shí)還是用虛擬線(xiàn)路較折中。再打個(gè)比喻，線(xiàn)路交換就象是為了賽車(chē)將公路封路，公路為賽車(chē)獨(dú)享，這樣效率肯定高，但不能老這樣，要不公路太浪費(fèi)了；報(bào)文分組就象是公交車(chē)，一但確定路線(xiàn)就不變了，但到了路口要看紅綠燈，如果哪斷路不能走了臨時(shí)改線(xiàn)挺麻煩的；數(shù)據(jù)報(bào)就象是車(chē)隊(duì)搞臨時(shí)運(yùn)輸，到一個(gè)路口就要判斷下一步怎么走，是走近的不好走的路還是遠(yuǎn)的好走的路呢？一個(gè)車(chē)隊(duì)也許要分幾批走不同的路，這樣到了目的地要清查是否到齊了。
報(bào)文分組交換網(wǎng)的阻塞控制：將報(bào)文分組丟棄；采用某種流量控制手段將報(bào)文分組從其相鄰節(jié)點(diǎn)通過(guò)。教材上提供了4種方案：讓信源減慢傳輸；改變路由信息；測(cè)試延遲；增加阻塞信息。這些都會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。
X.25協(xié)議：分三個(gè)功能層次物理層（X.21）、鏈路層（LAPB）、報(bào)文分組層對(duì)應(yīng)ISO的低三層。兩種虛擬線(xiàn)路的方式：虛調(diào)用或永久虛電路。最重要的服務(wù)是多路復(fù)用。我國(guó)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)遵守X.121編號(hào)制度的建議，根據(jù)該建議，DTE與DCE之間的鏈路最多有（2^12）-1=4095條虛擬線(xiàn)路（每個(gè)報(bào)文分組都包括12位的虛擬線(xiàn)路號(hào)碼，4位邏輯組號(hào)加8位邏輯通道號(hào)）。流量控制和錯(cuò)誤控制與HDLC相同。A報(bào)文分組（等于可允許的長(zhǎng)度），B報(bào)文分組（A以外的）。
3、幀中繼（Frame Relay）（識(shí)記）
利用數(shù)字系統(tǒng)的低誤碼率和高傳輸速率的特點(diǎn)，在X.25基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化了差錯(cuò)控制、流量控制和路由選擇而得來(lái)。保存了X.25HDLC幀格式，但采用LAPD規(guī)程，這樣多路復(fù)用和邏輯連接發(fā)生在第二層而不是第三層。快速分組交換：當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)還在接收一個(gè)幀是就轉(zhuǎn)發(fā)此幀的方法。
可用于專(zhuān)網(wǎng)接口，也可用于公網(wǎng)接口。應(yīng)用：塊交互數(shù)據(jù)、文件傳送、多個(gè)低速率復(fù)用、字符交互、局域網(wǎng)。
幀中繼的體系結(jié)構(gòu)。U功能、C功能、U面（Q.922）、C面（Q.921），對(duì)用戶(hù)幀基本不做處理，只是拋棄錯(cuò)誤幀，糾錯(cuò)由高層進(jìn)行，將網(wǎng)絡(luò)的處理工作減少到了最小程度。
幀中繼幀的格式：和HDLC類(lèi)似，區(qū)別是幀中繼沒(méi)有控制字段。
幀中繼阻塞控制。網(wǎng)絡(luò)是監(jiān)視阻塞程度的位置，用戶(hù)是控制阻塞的位置。丟棄戰(zhàn)略是處理阻塞的基本方法?？磥?lái)，大量發(fā)送垃圾數(shù)據(jù)還是破壞網(wǎng)絡(luò)的基本手段：）
4、ATM異步傳輸模式（識(shí)記）
ISDN、窄帶ISDN（N-ISDN）、N-ISDN缺點(diǎn)（帶寬有限、中繼網(wǎng)種類(lèi)多、網(wǎng)絡(luò)資源利用率不高、不易導(dǎo)入新業(yè)務(wù)）、寬帶ISDN（B-ISDN）
以固定長(zhǎng)度的信元（Cell）為單位，在數(shù)據(jù)鏈路層上進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。信元交換的特點(diǎn)（靈活性、高速傳輸、支持廣播傳送）。ATM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：是面向連接的多級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）、網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口（NNI）構(gòu)成。三大部分（專(zhuān)用網(wǎng)、公用網(wǎng)、接入網(wǎng)）。
ATM信元：由5字節(jié)信頭+48字節(jié)信息段構(gòu)成。信元的交換控制是根據(jù)信頭而進(jìn)行的，信頭用于存放信元的路徑及其他控制信息。
ATM連接：只有真正發(fā)送信元時(shí)，連接才占用網(wǎng)絡(luò)資源。虛通道連接、虛通路連接、虛通道標(biāo)識(shí)（VPI）、虛通路在虛通道內(nèi)通過(guò)信令動(dòng)態(tài)占用虛通道。設(shè)立虛通道好處（簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理、提高交換機(jī)效率、提供安全機(jī)制）。虛通路建立過(guò)程（PVC方式、半永久連接；SVC方式、動(dòng)態(tài)建立）。
ATM物理層（分為PMD相當(dāng)于OSI的物理層、TC相當(dāng)于OSI的數(shù)據(jù)鏈路層）、ATM層相當(dāng)于OSI的網(wǎng)絡(luò)層、ATM適配層為應(yīng)用程序提供服務(wù)。
信元的發(fā)送（直接在線(xiàn)路上發(fā)送或裝入傳輸幀在信道中發(fā)送）。信元速率去耦：定期插入空信元或操作維護(hù)信元，以便將信元速率適配成傳輸線(xiàn)路的速率。信元邊界確定：如果有指針指向信元起始位置，否則TC通過(guò)HEC確定。
ATM層只處理信頭，功能（信元復(fù)用/解復(fù)用、信元傳輸、流量控制、阻塞控制）?；疽厥翘撨B接。不進(jìn)行差錯(cuò)控制，但保證信元的投遞按順序進(jìn)行。比如在視頻傳輸中就是偶爾有一個(gè)雪花但畫(huà)面連貫不抖動(dòng)。為了便于控制，在建立連接時(shí)，用戶(hù)必須與網(wǎng)絡(luò)簽訂流量合同，以保證網(wǎng)絡(luò)提供相應(yīng)的QoS.
AAL1適配面向連接的實(shí)時(shí)性恒定比特率業(yè)務(wù)。AAL2傳輸B類(lèi)業(yè)務(wù)即可變化比特率、面向連接的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。AAL3/4：用于傳輸可變長(zhǎng)度的用戶(hù)數(shù)據(jù)。AAL5：用于CPCS層以下適配開(kāi)銷(xiāo)較低且檢錯(cuò)較好的業(yè)務(wù)。信令A(yù)AL：專(zhuān)門(mén)用來(lái)支持ATM信令消息的適配層。
ATM連接管理，底層依靠SAAL，有UNI信令和NNI信令來(lái)完成。
本章重點(diǎn)是線(xiàn)路交換及報(bào)文交換的基本原理。幀中繼和ATM在本章介紹了一些基礎(chǔ)內(nèi)容，在后面有關(guān)章節(jié)中再進(jìn)一步學(xué)習(xí)。
網(wǎng)絡(luò)連接的中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)稱(chēng)為交換節(jié)點(diǎn)；現(xiàn)代交換系統(tǒng)的核心是數(shù)字開(kāi)關(guān)；線(xiàn)路交換設(shè)備的重要特征是其有無(wú)阻塞。
1、線(xiàn)路交換（領(lǐng)會(huì)）
線(xiàn)路交換（P90第二段）；節(jié)點(diǎn)（提供通信功能的交換設(shè)備）；通信網(wǎng)絡(luò)（節(jié)點(diǎn)的集合）。
通信過(guò)程：建立連接（根據(jù)路由信息判斷）；數(shù)據(jù)傳送（數(shù)字方式為主要方式，一般為全雙工）。c、斷開(kāi)連接。
線(xiàn)路交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：a、用戶(hù)分機(jī)。b、本地回路（用戶(hù)回路）：用戶(hù)和網(wǎng)絡(luò)之間的鏈路。c、交換機(jī)：網(wǎng)絡(luò)的交換中心。d、主干線(xiàn)：使用FDM或TDM.
線(xiàn)路建立連接略有延遲，一旦建立起來(lái)，信息傳輸延遲時(shí)間短，另有透明性的優(yōu)點(diǎn)，一旦連接不需更多的網(wǎng)絡(luò)管理。效率有時(shí)會(huì)十分低下，要求終端有恒定的傳輸速率，適合于語(yǔ)音交流。我記得有個(gè)教授講過(guò)，應(yīng)該提高光纖的制造工藝，使其帶寬比目前大幅度增加，這樣在光纖上采用線(xiàn)路交換，一定能使目前的網(wǎng)絡(luò)效率大幅度提高。
空分交換技術(shù)。有物理觸點(diǎn)控制通斷，可在各輸入線(xiàn)和輸出線(xiàn)之間構(gòu)成任意物理通路。局限性：站點(diǎn)多時(shí)觸點(diǎn)太多；觸點(diǎn)損壞則站點(diǎn)失去聯(lián)系；觸點(diǎn)利用率低；為了克服局限需使用多級(jí)交換。
時(shí)分交換技術(shù)?，F(xiàn)代的線(xiàn)路交換都使用時(shí)分交換，是時(shí)分復(fù)用（TDM）在交換上的應(yīng)用?？偩€(xiàn)上的數(shù)據(jù)傳輸速率決定了可同時(shí)進(jìn)行通信的線(xiàn)路數(shù)量，它的速率必須相當(dāng)高。
2、報(bào)文分組交換（領(lǐng)會(huì)）
優(yōu)點(diǎn)：線(xiàn)路利用率高；能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸速率轉(zhuǎn)換；通信量超載時(shí)不會(huì)阻塞，只是增加延遲；能使用優(yōu)先級(jí)別。
數(shù)據(jù)報(bào)：把每個(gè)報(bào)文分組是都獨(dú)立處理，由接收站點(diǎn)最后整理。虛擬線(xiàn)路：結(jié)合了線(xiàn)路交換和數(shù)據(jù)報(bào)的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)送前需確定路由，發(fā)送好后就按虛線(xiàn)路交換，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)仍需緩沖和排隊(duì)等候。數(shù)據(jù)報(bào)與虛擬線(xiàn)路的比較：在虛擬線(xiàn)路上可提供報(bào)文排序和誤差控制等服務(wù)；數(shù)據(jù)量大時(shí)在虛擬線(xiàn)路上傳遞迅速、數(shù)據(jù)量小時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)避免了呼叫建立過(guò)程傳送將更快；當(dāng)發(fā)生阻塞或某節(jié)點(diǎn)失效時(shí)，數(shù)據(jù)報(bào)更靈活；數(shù)據(jù)報(bào)或虛擬線(xiàn)路外部差異很微小。
線(xiàn)路交換和報(bào)文分組交換的比較。
線(xiàn)路交換發(fā)送前有延遲，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延遲最小，但線(xiàn)路利用率低。報(bào)文分組每個(gè)節(jié)點(diǎn)的延遲是可變的，隨負(fù)載增加而增加，數(shù)據(jù)報(bào)還有可能使報(bào)文順序不同產(chǎn)生額外開(kāi)銷(xiāo)。我理解就是數(shù)據(jù)量很小時(shí)就用數(shù)據(jù)報(bào)或線(xiàn)路交換，當(dāng)數(shù)據(jù)量較大網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較多時(shí)還是用虛擬線(xiàn)路較折中。再打個(gè)比喻，線(xiàn)路交換就象是為了賽車(chē)將公路封路，公路為賽車(chē)獨(dú)享，這樣效率肯定高，但不能老這樣，要不公路太浪費(fèi)了；報(bào)文分組就象是公交車(chē)，一但確定路線(xiàn)就不變了，但到了路口要看紅綠燈，如果哪斷路不能走了臨時(shí)改線(xiàn)挺麻煩的；數(shù)據(jù)報(bào)就象是車(chē)隊(duì)搞臨時(shí)運(yùn)輸，到一個(gè)路口就要判斷下一步怎么走，是走近的不好走的路還是遠(yuǎn)的好走的路呢？一個(gè)車(chē)隊(duì)也許要分幾批走不同的路，這樣到了目的地要清查是否到齊了。
報(bào)文分組交換網(wǎng)的阻塞控制：將報(bào)文分組丟棄；采用某種流量控制手段將報(bào)文分組從其相鄰節(jié)點(diǎn)通過(guò)。教材上提供了4種方案：讓信源減慢傳輸；改變路由信息；測(cè)試延遲；增加阻塞信息。這些都會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。
X.25協(xié)議：分三個(gè)功能層次物理層（X.21）、鏈路層（LAPB）、報(bào)文分組層對(duì)應(yīng)ISO的低三層。兩種虛擬線(xiàn)路的方式：虛調(diào)用或永久虛電路。最重要的服務(wù)是多路復(fù)用。我國(guó)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)遵守X.121編號(hào)制度的建議，根據(jù)該建議，DTE與DCE之間的鏈路最多有（2^12）-1=4095條虛擬線(xiàn)路（每個(gè)報(bào)文分組都包括12位的虛擬線(xiàn)路號(hào)碼，4位邏輯組號(hào)加8位邏輯通道號(hào)）。流量控制和錯(cuò)誤控制與HDLC相同。A報(bào)文分組（等于可允許的長(zhǎng)度），B報(bào)文分組（A以外的）。
3、幀中繼（Frame Relay）（識(shí)記）
利用數(shù)字系統(tǒng)的低誤碼率和高傳輸速率的特點(diǎn)，在X.25基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化了差錯(cuò)控制、流量控制和路由選擇而得來(lái)。保存了X.25HDLC幀格式，但采用LAPD規(guī)程，這樣多路復(fù)用和邏輯連接發(fā)生在第二層而不是第三層。快速分組交換：當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)還在接收一個(gè)幀是就轉(zhuǎn)發(fā)此幀的方法。
可用于專(zhuān)網(wǎng)接口，也可用于公網(wǎng)接口。應(yīng)用：塊交互數(shù)據(jù)、文件傳送、多個(gè)低速率復(fù)用、字符交互、局域網(wǎng)。
幀中繼的體系結(jié)構(gòu)。U功能、C功能、U面（Q.922）、C面（Q.921），對(duì)用戶(hù)幀基本不做處理，只是拋棄錯(cuò)誤幀，糾錯(cuò)由高層進(jìn)行，將網(wǎng)絡(luò)的處理工作減少到了最小程度。
幀中繼幀的格式：和HDLC類(lèi)似，區(qū)別是幀中繼沒(méi)有控制字段。
幀中繼阻塞控制。網(wǎng)絡(luò)是監(jiān)視阻塞程度的位置，用戶(hù)是控制阻塞的位置。丟棄戰(zhàn)略是處理阻塞的基本方法?？磥?lái)，大量發(fā)送垃圾數(shù)據(jù)還是破壞網(wǎng)絡(luò)的基本手段：）
4、ATM異步傳輸模式（識(shí)記）
ISDN、窄帶ISDN（N-ISDN）、N-ISDN缺點(diǎn)（帶寬有限、中繼網(wǎng)種類(lèi)多、網(wǎng)絡(luò)資源利用率不高、不易導(dǎo)入新業(yè)務(wù)）、寬帶ISDN（B-ISDN）
以固定長(zhǎng)度的信元（Cell）為單位，在數(shù)據(jù)鏈路層上進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。信元交換的特點(diǎn)（靈活性、高速傳輸、支持廣播傳送）。ATM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：是面向連接的多級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）、網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口（NNI）構(gòu)成。三大部分（專(zhuān)用網(wǎng)、公用網(wǎng)、接入網(wǎng)）。
ATM信元：由5字節(jié)信頭+48字節(jié)信息段構(gòu)成。信元的交換控制是根據(jù)信頭而進(jìn)行的，信頭用于存放信元的路徑及其他控制信息。
ATM連接：只有真正發(fā)送信元時(shí)，連接才占用網(wǎng)絡(luò)資源。虛通道連接、虛通路連接、虛通道標(biāo)識(shí)（VPI）、虛通路在虛通道內(nèi)通過(guò)信令動(dòng)態(tài)占用虛通道。設(shè)立虛通道好處（簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理、提高交換機(jī)效率、提供安全機(jī)制）。虛通路建立過(guò)程（PVC方式、半永久連接；SVC方式、動(dòng)態(tài)建立）。
ATM物理層（分為PMD相當(dāng)于OSI的物理層、TC相當(dāng)于OSI的數(shù)據(jù)鏈路層）、ATM層相當(dāng)于OSI的網(wǎng)絡(luò)層、ATM適配層為應(yīng)用程序提供服務(wù)。
信元的發(fā)送（直接在線(xiàn)路上發(fā)送或裝入傳輸幀在信道中發(fā)送）。信元速率去耦：定期插入空信元或操作維護(hù)信元，以便將信元速率適配成傳輸線(xiàn)路的速率。信元邊界確定：如果有指針指向信元起始位置，否則TC通過(guò)HEC確定。
ATM層只處理信頭，功能（信元復(fù)用/解復(fù)用、信元傳輸、流量控制、阻塞控制）?；疽厥翘撨B接。不進(jìn)行差錯(cuò)控制，但保證信元的投遞按順序進(jìn)行。比如在視頻傳輸中就是偶爾有一個(gè)雪花但畫(huà)面連貫不抖動(dòng)。為了便于控制，在建立連接時(shí)，用戶(hù)必須與網(wǎng)絡(luò)簽訂流量合同，以保證網(wǎng)絡(luò)提供相應(yīng)的QoS.
AAL1適配面向連接的實(shí)時(shí)性恒定比特率業(yè)務(wù)。AAL2傳輸B類(lèi)業(yè)務(wù)即可變化比特率、面向連接的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。AAL3/4：用于傳輸可變長(zhǎng)度的用戶(hù)數(shù)據(jù)。AAL5：用于CPCS層以下適配開(kāi)銷(xiāo)較低且檢錯(cuò)較好的業(yè)務(wù)。信令A(yù)AL：專(zhuān)門(mén)用來(lái)支持ATM信令消息的適配層。
ATM連接管理，底層依靠SAAL，有UNI信令和NNI信令來(lái)完成。