第4章 数据交换技术
本章介绍网络中使用的各种数据传输技术。重点掌握线路交换及报文交换的基本原理。难点是理解X.25协议的缺陷及帧中继和ATM技术在改进报文分组交换技术方面的发展。本章的“线路交换”、“报文分组交换”考核要求为“领会”层次。帧中继和ATM在本章介绍了一些基础内容，在后面有关章节中考核要求为“简单应用”层次。
1、 线路交换
在两个终端开始通信前，需建立一条源端到目标端的直通路径，线路建立时间长。一旦线路建立起来，信息传输延迟时间短。适合于语音交流。线路交换的通信过程：a、建立连接。b、数据传送。c、断开连接。线路交换网络结构：a、用户分机。b、本地回路(用户回路)：用户和网络之间的链路。c、交换机：网络的交换中心。d、主干线：交换机之间的线路。线路交换技术：a、空分交换。交换机的基本构件是可由控制部件通断的金属交叉形触点或半导体门电路，通过它可在各输入线和输出线之间构成任意物理通路。b、时分交换。是时分复用(TDM)在交换上的应用，将输入信号按顺序取样，组织成位流段的循环帧，每帧的位流段数量等于输入信号的数量。允许多个低速位流共享一条高速总线，以提高线路的利用率。因此，总线上的数据传输速率决定了可同时进行通信的线路数量。
2、 报文分组交换
把较长的报文分解成一系列报文分组， 以分组为单位 采用“存储-转发”交换方式进行通信。优点：a、线路利用率高。b、报文分组交换网能实行数据传输速率转换。c、报文分组交换存在一定的延时，网络中的信息流量越多，时延就越大。d、能使用优先级别。对重要的、紧急的报文分组可实行优先传送。 数据报： 在数据报传输方式中，把每个报文分组都作为独立的信息单位传送，与前后的分组无关，数据报每经过一个中继节点时，都要进行路由选择。 虚拟线路： 报文分组发送前，在源主机与目标主机之间各个中继节点建立发送路由，再进行报文分组的传输，所有报文分组都是按发送顺序到达目标主机，路由在逻辑连接期间都是固定的。
线路交换和报文分组交换的比较：
· 信息形式：线路交换既适用于模拟信号，也适用于数字信号。报文分组交换只适用于数字信号。
· 连接建立 http://www.csai.cn 线路交换的平均连接建立时间较长，而报文分组交换没有连接建立时延。
· 传输时延：在线路交换中，提供透明的服务，信息的传输时延非常小，数据传输数率恒定。对于报文分组交换在每个节点的调用请求期间都有处理延时，且这种延时随着负载的增加而增加。
· 传输可靠性：在报文分组交换中，设置有代码检验和信息重发设施，此外还具有路径选择功能，从而保证了信息传输的可靠性。
报文分组交换网的阻塞控制：a、将报文分组丢弃。b、采用某种流量控制手段将报文分组从其相邻节点通过。
X.25协议：报文分组交换协议标准，是“在公用数据网(PDN)上以分组方式工作的数据终端设备DTE和数据电路端接设备DCE之间的接口”。分三个功能层次：物理层、链路层、报文分组层。分组层采用异步时分复
用方法，根据需要将DTE-DCE链路复用为多条全双工呼叫虚电路(调用虚电路)或永久虚电路。我国公用数据网遵守X.121编号制度的建议，根据该建议，DTE与DCE之间的链路最多有212-1=4095条虚
拟线路。(每个报文分组都包括12位的虚拟线路号码，4位逻辑组号加8位逻辑通道号。)
帧中继(Frame Relay)：利用数字系统的低误码率和高传输速率的特点，为用户提供质量更高的快速分组交换服务。快速分组交换：当一个节点还在接收一个帧是就转发此帧的方法。帧中继的体系结构：它沿用了分组交换把数据组成不可 分割的帧的方法，以帧为单位发送、接收和处理。为了克服分组交换开销大，时延长的缺点，遵从ISDN用户数据与信令分离的原则，分成与用户信息传输有关的U(User)功能及与呼叫控制有关的C(Control) 功能，将网络的去里工作减少到了最小程度。帧中继帧的格式：帧中继的帧格式和HDLC的帧格式非常类似，两者最重要的区别是帧中继的帧格式中没有控制字段。
ATM异步传输模式：以固定长度的信元(Cell)为单位，在数据链路层上进行数据交换。基本概念：ATM网络结构：是面向连接的多级交换网络结构，由用户网络接口(UNI)、网络网络接口(NNI)构成。ATM 信元：由5字节信元+48字节信息段构成。信元的交换控制是根据信头而进行的，信头用于存放信元的路径及其他控制信息。
信头结构：
· GFC：一般流量控制：又称多址访问控制，当多个用户终端连接到ATM交换机的同一链路，用GFC标志不同用户，支持点到多点访问。只用于UNI接口。
· VPI虚通路标志符和VCI虚通路标志符：VPI和VCI一起标志传送ATM信元的逻辑通道，用它们可以把一条物理链路分为若干个逻辑通道，建立虚通路和虚通道。
· PTI：承载类型指示。用于指明信元中的信息域的类型。
· CLP：信元优先丢弃位。当网络阻塞时，首先丢弃CLP等于1的信元。
· HEC：信头差错控制。用来检测信头中的错误，可纠一位错，检多位错，在物理层实现。
ATM物理层：完成信元编码和传送的功能，分为TC和PMD两个子层，分别和OSI参考模型的数据链路层和物理层相当。
1)、TC子层的任务是接收ATM层的信元流，根据使用的传输系统，转换成比特流，送PMD子层传输。信元速率适配：ATM物理链路中比特流是连续传送的，比特速率是一个恒定值。信元边界确定：ATM系统中的信元定界是借助信元头中的HEC实现的。
2)、PMD子层的主要功能是线路编码和比特时钟同步。
ATM层：在物理层上，为各种业务提供信元传输功能，提供端到端的数据服务。基本要素是虚连接。ATM层功能分为三大类：信元复用/解复用，信元传输、流量控制、阻塞控制。
ATM适配层：位于ATM层和高层应用之间，目的是为应用程序提供所需的服务。定义了四种类型的AAL：AAL1、AAL2、AAL3/4、AAL5。AAL1适配面向连接的实时性恒定比特率业务。AAL2传输B类业务即可变化比特率、面向连接的实时业务。AAL3/4：用于传输可变长度的用户数据。AAL5：用于CPCS层以下适配开销较低且检错较好的业务。
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