2015-04-24 15:22:19

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通信技术
通信技术
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在通信过程中,通信双方以分组为单位、使用存储-转发机制实现数据交互的通信方式,被称为分组交换(PS:packet switching)。

分组交换也称为包交换,它将用户通信的数据划分成多个更小的等长数据段,在每个数据段的前面加上必要的控制信息作为数据段的首部,每个带有首部的数据段就构成了一个分组。首部指明了该分组发送的地址,当交换机收到分组之后,将根据首部中的地址信息将分组转发到目的地,这个过程就是分组交换。能够进行分组交换的通信网被称为分组交换网。

分组交换的本质就是存储转发,它将所接受的分组暂时存储下来,在目的方向路由上排队,当它可以发送信息时,再将信息发送到相应的路由上,完成转发。其存储转发的过程就是分组交换的过程。

分组交换的思想来源于报文交换,报文交换也称为存储转发交换,它们交换过程的本质都是存储转发,所不同的是分组交换的最小信息单位是分组,而报文交换则是一个个报文。由于以较小的分组为单位进行传输和交换,所以分组交换比报文交换快。报文交换主要应用于公用电报网中。

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基本信息

  • 中文名

    分组交换

  • 外文名

    packet switching

  • 含义

    以分组为单位进行运输和交换

  • 属性

    一种存储转发交换方式

  • 基本组成

    由分组头和其后的用户数据组成

  • 交换缺点

    时延,开销大

折叠 编辑本段 基本简介

分组交换(Packet switching)是以分组为单位进行信息传输和交换的方式,即将到达交换机的分组先送到存储器暂时存储和处理,等到相应的输出电路有空闲时再送出。

分组由分组头和其后的用户数据部分组成,分组头包含接收地址和控制信息,其长度为3-10B,用户数据部分长度是固定的,平均为128B,最长不超过256B。分组交换路由选择确定了输出端口和下一个节点后,必须使用交换技术将分组从输入端口传送到输出端口,实现输送比特通过网络节点。

折叠 编辑本段 产生发展

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(英文:Packet Switch,缩写为PS)。

现在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。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。

分组交换模型最著名的使用是互联网,它是一个分组交换网络,在多种网络技术上运行网络层互联网协议。以太网,X.25和帧中继都是分组交换网的数据链路层国际标准。新的移动电话技术像GPRS和 i-mode也是使用分组交换。

折叠 编辑本段 基本原理

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。[1]

折叠 编辑本段 主要特点

1、线路利用率高:分组交换以虚电路的形式进行信道的多路复用,实现资源共享,可在一条物理线路上提供多条逻辑信道,极大地提高线路的利用率。使传输费用明显下降。分组交换分组交换

2、不同种类的终端可以相互通信:分组网以X.25协议向用户提供标准接口,数据以分组为单位在网络内存储转发,使不同速率终端,不同协议的设备经网络提供的协议变换功能后实现互相通信

3、信息传输可靠性高:在网络中每个分组进行传输时,在节点交换机之间采用差错校验与重发的功能,因而在网中传送的误码率大大降低。而且在网内发生故障时,网络中的路由机制会使分组自动地选择一条新的路由避开故障点,不会造成通信中断。

4、分组多路通信:由于每个分组都包含有控制信息,所以分组型终端可以同时与多个用户终端进行通信,可把同一信息发送到不同用户。

5、计费与传输距离无关:网络计费按时长、信息量计费,与传输距离无关,特别适合那些非实时性,而通信量不大的用户。

折叠 编辑本段 方式分类

折叠 数据报方式

分组交换9-2分组交换9-2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。

折叠 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。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。

折叠 编辑本段 主要优势

折叠 优点

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分组交换 演示图分组交换 演示图很多分组动态共享。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。

折叠 缺点

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。

折叠 编辑本段 应用领域

分组交换在计算机通信网中的应用:由于分组交换具有线路利用率高、可靠性好的优点,使它在计算机通信网中得到广泛应用,归纳起来其应用方式主要有以下两种。

1、分组交换作为计算机通信网的交换方式。分组交换是目前在计算机通信网中应用的最多的一种交换方式。利用分组交换网可连接到各种计算机,分组交换网作为广域网的一种形式,为计算机之间提供数据传输和交换。

2、利用分组交换进行局域网互连。

折叠 编辑本段 相关信息

公用分组交换数据网是实现不同类型计算机之间进行远距离数据传送的重要公共通信平台,是国际上普遍采用的一种广域连接方式。国际电信联盟的电信标准部门ITU-TSS制定的X.25协议是世界上许多电信组织和厂商支持和遵守的国际标准。X.25网络是国际上广泛采用的公用数据网络。X.25是Tyltmet于1970年引入的,它是第一代分组交换系统。

X.25网络是为传送数据而发展起来的,因此它与电话业务供应商不是直接的竞争关系。X.25分组交换技术是为了满足具有交互式特性的业务而出现的。交互式处理是在20世纪60年代末出现的,它是一种连接时间长,但数据量低的突发性数据流。X.25提供了一种可以使得多路会话共享同一通信信道的技术。

折叠 X.25协议

使用公共数据网的一个重要部分就是与它们的接口。ITUX.25标准就X.25X.25是一种广泛使用的接口。X.25协议是指用分组方式工作并通过专用电路和公用数据网连接的终端使用的数据终端设备(DTE)和数据电路终端设备(DCE)之间的接口的协议。它定义了物理层、数据链路层、分组层(即网络网)三层协议,分别对应于ISO/OSI七层模型的下三层。

1、物理层:基本功能是建立、保持和拆除DTE和DCE之间物理链路,定义了物理链路的机械、电气、功能和规程的特性,提供同步、全双工的点到点比特流的传输手段,DTE和本地DCE之间的接口按X.21建议规定。

2、数据链路层:通过DTE和本地分组交换机PSE(PacketSwitchedEquipment)间的物理链路向分组层提供等待重发、差错控制方式的分组传送服务,所以可靠性高,这一层规定的LAPB(LinkAccessProcedureBalanced)规程是HDLC规程的平衡类子集,主要规定了数据链路的建立和拆除规程、建立后的信息传输规程以及差错控制、流量控制等。另外这一层还规定了多链路规程MLP(MultiLinkProcedure),通过在多条平行的数据链路上同时传送信息帧,以提高信息的吞吐量和可靠性。

3、分组层(网络层):主要描述DTE/DCE接口 上交换控制信息和用户数据的分组层规程 ,规定了虚电路业务规程、基本分组结构、数据分组格式以及可选用的用户业务 功能等。这一层采用的是时分复用原理,实现一个源DTE利用一条物理电路呼叫多个目的DTE进行分组数据交换。此外还提供永久虚电路 PVC业务,这是供用户固定使用的虚电路,源DTE不用必须建立呼叫即能使用虚电路。X.25中各分层协议的相互关系见图9-6。

折叠 网络构成

分组交换的网络结构一般由分组交换机、网络管理中心、远程集中器、分组装拆设备、分组终端/非分组终端和传输线路等基本设备组成。

1、分组交换机实现数据终端与交换机之间的接口协议(X·25),交换机之间的信令协议(如X·75或内部协议),并以分组方式的存储转发、提供分组网服务的支持,与网路管理中心协同完成路由选择、监测、计费、控制等。根据分组交换机在网络中的地位,分为转接交换机和本地交换机两种。

2、网路管理中心(NMC)与分组交换机共同协作保证网路正常运行。

其主要功能有网路管理、用户管理、测量管理、计费管理、运行及维护管理、路由管理、搜集网路统计信息以及必要的控制功能等等,是全网管理的核心;

3、分组装拆设备(PAD)的主要功能是把普通字符终端的非分组格式转换成分组格式,并把各终端的数据流组成分组,在集合信道上以分组交织复用,对方再将收到的分组格式作相反方向的转换。

4、远程集中器的功能类似于分组交换机,通常含有PAD的功能,它只与一个分组交换机相连,无路由功能,使用在用户比较集中的地区,一般装在电信部门。

5、提供网络的基本业务:交换虚电路和永久虚电路及其他补充业务,如闭和用户群,网路用户识别等。在端到端计算机之间通信时,进行路由选择,以及流量控制。能提供多种通信规程,数据转发,维护运行,故障诊断,计费与一些网络的统计等。

折叠 用户进网方式

电话拨号入网:用户采用X.28规程或X.32规程,用一个调制解调器通过公用电话网(PSTN)连到分组交换网上。

专线入网:专线用户可租用市话模拟线或数字数据专线,采用X.28或X.25规程。方便地进入CHINAPAC。CHINAPAC向用户。提供两种基本业务功能:交换虚电路——指在两个用户之间建立的临时逻辑连接。永久虚电路——指在两个用户之间建立的永久性的逻辑连接。用户一开机,一条永久虚电路就自动建立起来了。

在分组交换方式中,由于能够以分组方式进行数据的暂存交换,经交换机处理后,很容易地实现不同速率、不同规程的终端间通信。

地震中微信比电话更给力,缘于分组交换

2013年4月20日,四川省雅安市芦山县发生7.0级地震,导致数百个基站停止服务,有些地下宽带光纤也受了伤,加上四川方向的话务量剧增,许多手机、座机无法接通或不时掉线,但微信、微博的使用却更为稳定。其主要原因是微信的工作原理是分组交换的业务模式。分组交换经过压缩处理,占用的通道可宽可窄,信息可以一站站推送,有传输空间时再送出。而传统的语音通信、短信都是电路交换,需要建立一条点对点的独享通道。在同等网络条件下,微信占用的网络资源要小得多,并且走的是数据通道。

这意味着,遇到地震等紧急事件时,电话服务往往会出现拥挤甚至堵塞,短信的到达率比电话要高,而微信甚至微博则会更通畅。[2]

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