网络层(1) 数据交换方式
网络层
网络层的主要任务是把分组从源端传到目的端,为分组交换网上的不同主机提供通信服务,网络层传输的单位是数据报。
网络层特点:
(1)路由选择与分组转发,选择最佳路径。
(2)异构网络互联。
(3)拥塞控制。
注:如果网络上的所有结点都来不及接受分组,而要丢弃大量分组,网络就处于拥塞状态,因此需要有一定的措施来缓解这种拥塞。
一、数据交换方式
按数据交换方式可以分为电路换机、报文交换、分组交换方式。
二、电路交换
类型我们常用的电话交换网络,图例如下:
电路交换的过程:(1)建立连接 (2)通信 (3)释放连接
在两个终端开始正式通信之前,首先由主呼终端进行呼叫,送出被呼终端的电话号码,直到在主呼和被呼终端之间建立起一条专用的通信线路,主呼终端和被呼终端才开始进行双向数据传输,在整个数据传输期间一直独占线路,通信结束后释放已建立的通信线路,这种技术叫做线路交换,主要用于电话系统。从通信资源的分配角度来看,“交换”就是按照某种方式动态动分配传输线路的资源。
线路交换技术有几大优点,(1)传输延迟小,唯一的延迟是电磁信号的传播时间;(2)有序传输,没有冲突,因为通信双方独享物理线路 (3)可以实现实时通信。
线路交换技术有几大缺点,(1)建立线路所需的时间长;(2)线路独享造成资源浪费,使用效率低 (3)无差错控制能力
三、报文交换
发送方待发送的整个数据块称为报文。报文交换事先不建立线路,当发送方有数据块发送时,它把目的地址附加在报文上交给交换设备,交换设备选择一条合适的空闲输出线,将报文通过该输出线传送出去,在这个过程中,交换设备的输入线和输出线之间不建立物理连接,在每个交换设备处,报文首先被存储起来,在适当的时候被转发出去,所以报文交换采用的是存储转发技术,动态分配线路,使得线路能共享,提高了资源的利用率。
但是,报文交换对传输数据块的大小没有限制,当传输大报文时,交换设备必须利用大容量磁盘进行缓存 ,而且可能占有用一个交换设备到另一个交换设备的线路长大几分钟,因此报文交换不适合交互式通信。
报文交换的优点:(1)无需建立连接;(2)采用存储转发方式,动态分配线路;(3)线路可靠性较高;(4)线路利用率较高;(5)可以提供多目标服务
报文交换的缺点:(1)有存储转发时延;(2)报文大小不定,需要网络节点有较大的缓存空间
四、分组交换
为了解决报文交换大报文传输的问题,分组交换技术严格限制数据块大小的上限,把大报文切分成更小的数据单位,加上一些必要的控制信息组成的首部后,就构成了分组(packet),使分组可以在交换设备的内存中缓存,同时保证任何用户都不能独占线路超过几十毫秒。
现代网络绝大多数采用分组交换技术。分组交换网由若干个交换机和连接这些交换机的链路组成,每台主机都有一条到交换机的链路,交换机的主要工作就是在它的一条链路上接收输入分组,把这些分组从其他的链路上输出。
分组交换的优点:(1)无需建立链接;(2)存储转发,动态分配线路;(3)线路可靠性交高;(4)线路利用率较高;(5)相对于报文交换,存储管理更容易
分组交换的缺点:(1)有存储转发时延;(2)需要传输更多额外的信息,如数据帧头和帧尾;(3)乱序到达目的主机时,要对分组进行重新排序
分组交换根据内部机制的不同,分组交换技术又分为数据报(datagram)和虚电路(virtual circuit)两种方式。
五、三种数据交换方式的比较
总结:
(1)报文交换和分组交换都采用存储转发方式。
(2)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。
(3)从信道利用率看,报文交换和分组交换优于电路交换,其中分组交换时延更小。
六、数据报
数据报方式为网络层提供无连接服务。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。
虚电路方式为网络层提供连接服务。连接服务,首先为分组的传输确定传输路径(建立连接),然后沿该路戏(连接)传输分组,分组传输路径相同,传输结束后拆除连接。
在数据报方式中,每个分组的首部都带有完整的目的地址,交换机或路由器根据转发表转发分组。
七、虚电路
虚电路将数据报文方式和电路交换方式相结合,以发挥两者的优点。
虚电路方式要求在发送数据之前,在源主机和目的主机之间建立一条虚连接。在建立连接阶段,需要在源主机和目的主机之间的每个交换机或路由器上建立“连接状态”,连接状态由连接经过的每个交换机中的“VC表”记录组成。在一个交换机上的VC表中一条记录包括:
(1)虚电路标识符VCI,在这个交换机上唯一标识连接,并且将放在属于这个连接的分组首部内传送。
(2)这个VC到达交换机的分组的输入接口。
(3)这个VC离开交换机的分组的输出接口。
(4)用于输出分组的一个不能不同的VCI。
在建立一个新连接时,要在连接所要经过的每段链路上分配一个VCI值,并确保在一段链路上选定的VCI值未被该链路上已经存在的某个链路占用。连接状态的建立有两种方式,1. 由网络管理员配置连接状态,这个的虚电路是永久虚电路(PVC),它最好被看作长期生存的或可管理配置的VC,当然管理员也可以删除PVC。2.由主机发送消息给网络建立连接状态,这样建立的虚电路称为交换虚电话,它可由主机动态的建立和删除。
八、数据报与虚电路的区别
注:数据报方式典型应用是IP协议,虚电路方式典型应用是X.25、FR、ATM。
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