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移动端

3.4 分组交换

《无线通信网络与系统》第3章通信网络,本章对通信网络的各种方法进行了一个概述。本章首先基于地理覆盖范围对不同类型的网络进行了讨论。然后,分别对电路交换和分组交换网络进行了研究。本节为大家介绍分组交换。

作者:朱磊/许魁 译来源:机械工业出版社|2017-11-16 16:06

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3.4 分组交换

长途电路交换电信网络最初是为了处理语音流量而设计的,并且这些网络上的很大一部分流量仍然是声音流量。电路交换网络的一个重要特性是网络内的资源专门为一个特定的电话服务。对于语音连接,由此产生的电路将享有很高的利用率。因为大多数时间,一方或另一方正在交谈。然而,由于电路交换网络开始越来越多地用于数据连接,所以以下两个缺点变得明显:

●在典型的终端到主机的数据连接中,大部分时间线路都是空闲的。因此,应用于数据连接,电路交换方法是低效的。

●在电路交换网络中,该连接提供恒定的数据传输速率。因此,每一个连接的设备必须以相同的数据速率发送和接收数据,这限制了实际网络中各种类型的主机与工作站的互连。

为了了解分组交换如何解决这些问题,让我们简要地总结分组交换的操作过程。被传输的数据块,称为数据包。一个典型数据包的最大长度是1500字节。如果源端有一个较长的消息待发送,则将消息分解成一系列的数据包(如图3-6所示)。每个数据包包括台站待发送数据的一部分(或短消息的所有数据),加上包含控制信息的数据包头。控制信息至少包括网络所需要的信息,以便能够将数据包通过网络进行路由并传送到预定的目的地。在每个节点进行路由时,数据包被接收,简单地存储,并传递到下一个节点。

图3-7给出了分组交换的基本操作。发送计算机或其他设备发送一个消息,其可以是一系列数据包(见图3-7a)。每个数据包包括指示目的站(计算机、终端等)的控制信息。该数据包最初被发送到发送台站连接的节点。每个数据包到达这个节点,该节点对数据包进行存储,之后确定下一个路由链路,并将数据包在该链路上排队输出。当该链接可用时,将数据包发送到下一个节点(见图3-7b)。所有的数据包最终都将通过网络传递到预定的目的地。

与电路交换相比,分组交换方式有许多优势:

●电话线路效率更高,因为随着时间的推移,一个节点到节点的链路可以由多个数据包动态共享。这些数据包在链路上排队并尽可能迅速地传输。相比之下,使用电路交换,节点到节点链路上的时间是采用同步时分复用技术预先分配的。大部分时间,这样的链路可能是空闲的,因为它的一部分时间是专门分配给一个空闲连接的。

●分组交换网络可以进行数据速率转换。两个具有不同数据速率的台站可以交换数据包,因为每个连接到它的节点可以以其适当的数据速率进行传输。

●在电路交换网络中,当流量变大时,有些呼叫将被阻塞;即网络将拒绝接受额外的连接请求,直到网络上的负载减小。在分组交换网络中,数据包仍然可以被接受,但传递延迟将增加。

●可以使用优先级。因此,如果一个节点有大量的数据包在排队等待传输,它可以先传输高优先级的数据包。因此,这些数据包相比低优先级的数据包将具有更少的传输延迟。

与电路交换相比,分组交换也有缺点:

●每次一个数据包通过一个分组交换节点,它会导致一个延迟,这个延迟在电路交换中不存在。至少,它会造成一个传输时延,该时延等于数据包的比特数与传入信道数据速率(bps)的比值。这是吸收一个数据包到内部缓冲区所需的时间。此外,还可能存在一个由于处理和排队节点引入的可变时延。

●因为一个给定的源和目的之间的数据包长度可能不同,可能经过不同的路径,遇到的交换机不同可能经历不同的延迟,所以总的数据包延迟可以有很大的不同。这种现象(称为抖动),可能不适合某些应用程序(例如,实时应用程序,包括电话语音和实时视频)。

●为了通过网络路由数据包,需要向数据包中加入包括目的地址信息、数据包的排序信息等开销,从而减小用于承载用户数据的通信容量。在电路交换系统中,一旦设置了电路就不需要电路交换了。

●在每一个节点中,与电路交换相比,使用分组交换进行信息传输将涉及更多的处理。在电路交换的情况下,一旦设置了电路,几乎没有任何处理。


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