【计算机网络】物理层-数据交换方式

为什么要数据交换：减少链路

电路交换

原理：

在数据传输期间，源结点与目的结点之间有一条由中间结点构成的专用物理连接线路，在数据传输结束之前,这条线路一直保持。

交换的阶段：

• 建立连接（呼叫/设备间逐个地电路建立）
• 通信（数据传输）
• 释放连接（拆除电路）

特点:

独占资源,用户始终占用端到端的固定传输带宽。适用于远程批处理信息传输或系统间实时性要求高的大量数据传输的情况。

报文交换

报文：报文(message)是网络中交换与传输的数据单元，即站点一次性要发送的数据块。

报文包含了将要发送的完整的数据信息,其长短很不一致,长度不限且可变。

报文交换的原理：

无需在两个站点之间建立一条专用通路,其数据传输的单位是报文,传送过程采用存储转发方式。

分组交换

分组:

大多数计算机网络都不能连续地传送任意长的数据,所以实际上网络系统把数据分割成小块,然后逐块地发送，这种小块就称作分组（packet）。

分组交换的原理：

分组交换与报文交换的工作方式基本相同,都采用存储转发方式,形式上的主要差别在于,分组交换网中要限制所传输的数据单位的长度,一般选128B。

发送节点首先对从终端设备送来的数据报文进行接收、存储,而后将报文划分成一定长度的分组,并以分组为单位进行传输和交换。接收结点将收到的分组组装成信息或报文。

先切割，再分组，每个分组走的路线可以灵活变通。 到目的主机时再重组

分组交换两种方式

数据报方式

• 1.源主机（A）将报文分成多个分组，依次发送到直接相连的结点（A）。

• 2.结点A收到分组后，对每个分组差错检测和路由选择，不同分组的下一跳结点可能不同。

• 3.结点C收到分组P1后，对分组P1进行差错检测，若正确则向A发送确认信息，A收到C确认后则丢弃分组P1副本。

• 4.所有分组到家辽（主机B）！可能顺序和开始不一样，会整理重组

特点：

1.数据报方式为网络层提供无连接服务。发送方可随时发送分组,网络中的结点可随时接收分组。

​ 无连接服务：不事先为分组的传输确定传输路径，每个分组独立确定传输路径，不同分组传输路径可能不同。

2.同一报文的不同分组达到目的结点时可能发生乱序、重复与丢失。

3·每个分组在传输过程中都必须携带源地址和目的地址,以及分组号（方便到目的主机后重组信息）。

4·分组在交换结点存储转发时,需要排队等候处理,这会带来一定的时延。当通过交换结点的通信量较大或网络发生拥塞时,这种时延会大大增加,交换结点还可根据情况丢弃部分分组。

5·网络具有冗余路径,当某一交换结点或一段链路出现故障时,可相应地更新转发表,寻找另一条路径转发分组,对故障的适应能力强,适用于突发性通信,不适于长报文、会话式通信。

虚电路方式

虚电路将数据报方式和电路交换方式结合,以发挥两者优点。

虚电路:一条源主机到目的主机类似于电路的路径(逻辑连接) ,路径上所有结点都要维持这条虚电路的建立,都维持一张虚电路表,每一项记录了一个打开的虚电路的信息。

• 建立：各个节点之间不断发送呼叫请求，源主机发送“呼叫请求”分组并收到“呼叫应答”分组后才算建立连接。

• 传输：每个分组携带虚电路号，分组号、检验和等控制信息。（不携带目的地址）

• 释放：源主机发送“释放请求”分组以拆除虚电路。

特点：

• 1.虚电路方式为网络层提供连接服务。源节点与目的结点之间建立一条逻辑连接，而非实际物理连接。
  • 连接服务：首先为分组的传输确定传输路径（建立连接）然后沿该路径（连接）传输系列分组，系列分组传输路径相同，传输结束后拆除连接。
• 2.一次通信的所有分组都通过虚电路顺序传送,分组不需携带源地址、目的地址等信息,而是包含虚电路号,相对数据报方式开销小,同一报文的不同分组到达目的结点时不会乱序、重复或丢失。
• 3·分组通过虚电路上的每个节点时,节点只进行差错检测,不需进行路由选择。
• 4,每个节点可能与多个节点之间建立多条虚电路,每条虚电路支持特定的两个端系统之间的数据传输,可以对两个数据端点的流量进行控制,两个端系统之间也可以有多条虚电路为不同的进程服务。
• 5.致命弱点:当网络中的某个结点或某条链路出故障而彻底失效时,则所有经过该结点或该链路的虚电路将遭到破坏

选择依据

交换方式

• 1.传送数据量大，且传送时间远大于呼叫时，选择电路交换。电路交换传输时延最小。

• 2.当端到端的通路有很多段的链路组成时,采用分组交换传送数据较为合适。

• 3.从信道利用率上看,报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换比报文交换的时延小，尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信。

时延：电路 < 分组 < 报文

分组交换的两种方式