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1、第第5章章分组交换分组交换教学大纲要求：教学大纲要求：1.1.基本要求基本要求 （1 1）掌握计算机网络的组成和）掌握计算机网络的组成和OSIOSI协议体系结构。协议体系结构。（2 2）掌握分组交换原理。）掌握分组交换原理。（3 3）掌握分组交换网的路由选择。）掌握分组交换网的路由选择。2.2.重点、难点重点、难点 重点：分组交换原理，路由选择方法，特别是自适重点：分组交换原理，路由选择方法，特别是自适 应路由选择策略。应路由选择策略。难点：存储转发，寻址与路由问题。难点：存储转发，寻址与路由问题。3.3.说明说明 以分组交换原理为主线，适当介绍相关内容。以分组交换原理为主线，适当介绍相关内容
2、。1关于关于“分组交换分组交换”现现代代交交换换技技术术基基本本上上分分为为电电路路交交换换和和分分组组交交换换，这这一一章章我我们们先先先先介介绍绍采采用用分分组组交交换换技技术术的的计计算算机机网网络络及及其其体体系系结结构构；然然后后讨讨论论分分组组交交换换的的基基本本原原理理及及关关键技术。键技术。本本章章主主要要涉涉及及传传统统的的分分组组交交换换，而而新型分组交换将在后续的章节中讨论。新型分组交换将在后续的章节中讨论。2 分分组组交交换换(PacketSwitching)也也称称为为包包交交换换，它它是是现现代代计计算算机机网网络络的的技技术术基基础础。为为了了掌掌握握分分组组交交
3、换换的的功功能能、原原理理及及其其关关键键技技术术，必必须须首首先先对对计计算算机机网网络络有一个概括的了解有一个概括的了解。5.1分组交换计算机网络概述分组交换计算机网络概述5.1.1计算机网络的组成计算机网络的组成5.1.2计算机网络的体系结构原理计算机网络的体系结构原理 开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型5.1.4TCP/IP体系结构体系结构3本节的主要内容本节的主要内容5.1.1计算机网络的组成计算机网络的组成计算机为什么要连成网络？计算机为什么要连成网络？计计算算机机连连网网的的主主要要目目的的是是：（1）实实现现资资源源共共享享，提提高高资资源源的的利利用用率率，这这些些资资
4、源源包包括括计计算算资资源源、存存储储资资源源和和通通信信资资源源等等；（2）实实现现负负荷荷分分担担，加加强强计计算算机机之之间间的的互互助助合合作作；（3）构构成成分分布布式式处处理理系系统统，提提高高处理能力和可靠性。处理能力和可靠性。计计算算机机网网络络的的定定义义：通通过过通通信信网网络络互互连连、按按统统一一协议（规则）工作的多台计算机的集合。协议（规则）工作的多台计算机的集合。4传传统统的的计计算算机机网网络络由由两两大大部部分分组组成成，它它们们是是：通信子网（骨干网）通信子网（骨干网）和和用户（资源）子网用户（资源）子网。计算机网络的基本组成计算机网络的基本组成5计算机网络计
5、算机网络通信子网通信子网(信息传送信息传送)用户子网用户子网(信息处理信息处理)链路链路L（用户线和中继线）（用户线和中继线）结点结点N（端结点和转移结点）（端结点和转移结点）主机主机H数据集中器数据集中器C局域网局域网LAN实际传送信息实际传送信息的通信子网有的通信子网有多个多个5.1.2计算机网络的体系结构原理计算机网络的体系结构原理网网络络协协议议或或规规约约计计算算机机网网络络的的各各计计算算机机之之间间要要交交流流信信息息，就就必必须须遵遵守守一一些些事事先先约约定定好好的的规规则则。这这些些规规则则明明确确规规定定了了所所交交换换的的数数据据的的格格式式以以及及有有关关事事件件发发
6、生生的的时时序序。对对不不同同系系统统的的实实体体之之间间的的信信息息交交流流进进行行控控制制的一组规则或约定，称为的一组规则或约定，称为网络协议或规约。网络协议或规约。网络协议主要由以下三个要素组成：网络协议主要由以下三个要素组成：(1)语法语法，即数据和控制信息的格式和编码；，即数据和控制信息的格式和编码；(2)语义语义，即各种控制信息的含义及相应的控制操作；，即各种控制信息的含义及相应的控制操作；(3)同步同步，即速率适配、事件出现顺序的控制等。，即速率适配、事件出现顺序的控制等。6假假如如两两台台计计算算机机之之间间要要通通过过一一个个通通信信网网络络传传送送文文件，如何实现？件，如何
7、实现？对对于于非非常常复复杂杂的的网网络络协协议议，经经验验表表明明最最好好采采用用分分层（模块）结构，如下图所示。层（模块）结构，如下图所示。7网络层次划分网络层次划分采用分层的好处：采用分层的好处：(1)各各层层之之间间是是相相对独立的。对独立的。(2)灵活性好。灵活性好。(3)结结构构上上可可分分割割开。开。(4)易于实现和维护。易于实现和维护。(5)能促进标准化工作。能促进标准化工作。可以将通过网络传送文件的工作分为三类：可以将通过网络传送文件的工作分为三类：第一类工作与传送文件直接相关，例如确第一类工作与传送文件直接相关，例如确信对方做好接受准备，文件格式转换等。信对方做好接受准备，
8、文件格式转换等。两个模块之间的虚线表示两个计算机系统两个模块之间的虚线表示两个计算机系统文件交换的一些命令等文件交换的一些命令等第二类工作设立一个通信模块，用来保证第二类工作设立一个通信模块，用来保证文件和文件传送命令能可靠地在两端系统文件和文件传送命令能可靠地在两端系统之间交换。而且它还可以为别的比如邮件之间交换。而且它还可以为别的比如邮件提供可靠通信服务。提供可靠通信服务。第三类工作是网络接入，负责做网络接口第三类工作是网络接入，负责做网络接口细节为上层提供服务。细节为上层提供服务。我我们们将将网网络络的的各各层层及及其其协协议议的的集集合合，称称为为网网络的络的体系结构体系结构（Arch
9、itecture）。）。计计算算机机网网络络的的体体系系结结构构就就是是这这个个计计算算机机网网络络及其部件应完成的功能的精确定义。及其部件应完成的功能的精确定义。需需要要强强调调的的是是，这这些些功功能能究究竟竟是是用用何何种种硬硬件件或或软软件件完完成成，则则是是一一个个遵遵循循这这种种体体系系结结构构的的实实现现（implementation）的问题。）的问题。体体系系结结构构是是抽抽象象的的，而而实实现现则则是是具具体体的的，是是真正在运行的计算机硬件和软件。真正在运行的计算机硬件和软件。9计算机网络体系结构计算机网络体系结构一、分层一、分层分分层层就就是是将将一一个个复复杂杂的的系系
10、统统功功能能划划分分为为若若干干相相对对独独立立的的子子功功能能；每每层层完完成成一一个个子子功功能能；下下层层为为上上层层服服务，上层是下层的用户。务，上层是下层的用户。应用层应用层运输层运输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层10根根据据计计算算机机网网络络，特特别别是是互互联联网网(Internet)的的建建设设、发发展展和和运运行行的的经经验验，将将复复杂杂的的计计算算机机网网络络的的功功能能分分为为如如右右图图所所示示的的五五层层是是比比较较适适当当的的。这这五五层层分分别别是是：应应用用层层、运运输输层层、网网络络层、数据链路层和物理层。层、数据链路层和物理层。物物理理层
11、层的的任任务务就就是是利利用用物物理理信信道道“透透明明”地地传传输输比比特特流流。在在物物理理层层上上所所传传数数据据的的基基本本单单位位是是比比特特。传传输输信信息息利利用用的的物物理理信信道道是是以以双双绞绞线线、同同轴轴电电缆缆、光光纤纤、微微波波无线电等传输媒质为基础的信号通路。无线电等传输媒质为基础的信号通路。“透透明明地地传传输输比比特特流流”表表示示经经实实际际信信道道可可以以传传输输任任意意的的比比特特组组合合。实实际际信信道道对对传传输输的的信信号号是是有有损损伤伤的的，其其中中最最主主要要的的损损伤伤是是信信号号波波形形发发生生畸畸变变和和加加入入了了噪噪声声，从从而而使
12、使传传输输比比特特发发生生差差错错。物理层就是要尽可能地减小这些损伤，达到物理层就是要尽可能地减小这些损伤，达到“透明透明”传输。传输。物物理理层层要要规规定定与与信信道道（传传输输媒媒质质）的的接接口口，包包括括接接口的电气特性、机械特性、功能特性和工作时序。口的电气特性、机械特性、功能特性和工作时序。11(1)物理层物理层(PhysicalLayer)数数据据链链路路层层的的基基本本任任务务是是在在两两个个相相邻邻结结点点之之间间的的链路上实现以链路上实现以帧帧(Frame)为单位的为单位的“无误无误”数据传输。数据传输。帧帧有有两两种种类类型型：数数据据帧帧和和控控制制帧帧。数数据据帧帧
13、包包含含数数据据和和必必要要的的控控制制信信息息；控控制制帧帧主主要要包包含含控控制制信信息息，但但也也可可搭搭载载少少量量数数据据信信息息。在在每每一一帧帧所所包包括括的的控控制制信信息息中中，有有用用于于帧帧同同步步、寻寻址址、差差错错控控制制以以及及流流量量控控制制等等的信息。的信息。数数据据链链路路层层的的具具体体功功能能包包括括链链路路连连接接控控制制、差差错错控控制制(ARQ)和和流流量量控控制制(收收发发速速率率适适配配)等等。链链路路层层可可为为上上一一层层提提供供两两种种服服务务方方式式，面面向向连连接接方方式式和和无无连连接接方方式。链路连接控制只在有连接方式下采用。式。链
14、路连接控制只在有连接方式下采用。12(2)数据链路层数据链路层(DataLinkLayer)网网络络层层的的基基本本任任务务是是将将数数据据从从源源(结结)点点传传送送到到目目的的(结结)点点。在在源源点点与与目目的的点点(或或称称终终点点)之之间间可可能能要要经经过过许许多个结点和链路，还可能要经过好几个不同的子网。多个结点和链路，还可能要经过好几个不同的子网。网网络络层层数数据据传传送送的的基基本本单单位位是是分分组组(Packet)，又又称称为为包包。因因此此，网网络络层层的的主主要要功功能能就就是是实实现现分分组组交交换换，即即根根据据分分组组首首部部所所提提供供的的寻寻址址信信息息，
15、选选择择合合适适的的路路由由，使使数据分组经过沿途结点的转发准确无误地到达终点。数据分组经过沿途结点的转发准确无误地到达终点。网网络络层层为为它它的的上上一一层层提提供供面面向向连连接接的的服服务务或或无无连连接接的的服务。服务。13(3)网络层网络层(NetworkLayer)运运输输层层的的基基本本任任务务是是实实现现主主机机进进程程与与主主机机进进程程之之间间的的信信息息传传送送。在在运运输输层层，信信息息的的传传送送单单位位是是报报文文(Message)。当当报报文文较较长长时时，先先要要把把它它分分割割成成若若干干段段，然后再交给下一层（网络层）进行传送。然后再交给下一层（网络层）进
16、行传送。运运输输层层根根据据通通信信子子网网的的特特性性最最佳佳地地利利用用网网络络资资源源，并以可靠和经济的方式，透明地传送报文。并以可靠和经济的方式，透明地传送报文。运运输输层层根根据据应应用用层层的的需需要要向向上上一一层层提提供供面面向向连连接接的的可靠数据传送服务或可靠数据传送服务或无连接无连接非可靠的数据传送服务。非可靠的数据传送服务。为为了了实实现现可可靠靠传传送送，运运输输层层要要完完成成端端到到端端的的连连接接控控制、差错控制、流量控制和拥塞控制等功能。制、差错控制、流量控制和拥塞控制等功能。14(4)运输层运输层(TransportLayer)应应用用层层确确定定进进程程之
17、之间间通通信信的的性性质质以以满满足足用用户户的的需需要要。应应用用层层不不仅仅要要提提供供应应用用进进程程所所需需要要的的信信息息交交换换和和远远程程操操作作，而而且且还还要要作作为为互互相相作作用用的的应应用用进进程程的的用用户户代代理理(UserAgent)，来来完完成成一一些些为为进进行行语语义义上上有有意意义义的的信信息息交换所必须的功能。交换所必须的功能。典典型型的的应应用用层层协协议议有有支支持持文文件件传传送送的的FTP协协议议、支支持持电电子子邮邮件件的的SMTP协协议议、支支持持万万维维网网(WWW)的的HTTP协协议。议。15(5)应用层应用层(ApplicationLa
18、yer)在在网网络络体体系系结结构构中中，应应用用层层和和运运输输层层合合称称为为高高层层；网网络络层层、数数据据链链路路层层和和物物理理层层合合称称为为低低层层。主主机机或或端端系系统统要要完完成成所所有有各各层层的的功功能能；而而通通信信子子网网的的各各个个结结点点和子网之间的路由器中只需完成低层功能。和子网之间的路由器中只需完成低层功能。16数据在各层之间的传递过程数据在各层之间的传递过程假假定定两两个个主主机机是是直直接接相相连连的的，计计算算机机1的的应应用用进进程程AP1向计算机向计算机2的应用进程的应用进程AP2传送传送数据。数据。协议数据单元协议数据单元PDU（Protocol
19、DataUnit）当计算机当计算机2接收到一串比特流的时候，接收到一串比特流的时候，就从第就从第1层开始往上传，每一层都层开始往上传，每一层都会根据头部控制信息作些必要的操会根据头部控制信息作些必要的操作，再往上传一层就剥离该层的作，再往上传一层就剥离该层的PDU控制信息。最后把应用信息进控制信息。最后把应用信息进程程AP1的数据交给目的主机的应用进的数据交给目的主机的应用进程程AP2。假定计算机假定计算机1的应用进程的应用进程AP1向计算机向计算机2的的应用进程应用进程AP2传送数据。传送数据。AP1先将数据交先将数据交给第给第5层，第层，第5层加上必要的控制信息层加上必要的控制信息H5变成
20、这一层的协议数据单元变成这一层的协议数据单元PDU,交给下交给下一层，第一层，第4层收到这个单元后也加上本层层收到这个单元后也加上本层的控制信息的控制信息H4形成本层的形成本层的PDU，再交给，再交给第第3层，依次类推，到了第层，依次类推，到了第2层层(数据链路数据链路层层)控制信息分成两部分，加在首部控制信息分成两部分，加在首部H2和和尾部尾部T2。最后通过物理信道以比特流的。最后通过物理信道以比特流的形式传输到对方。形式传输到对方。一一个个应应用用进进程程发发送送的的数数据据要要经经过过复复杂杂处处理理过过程程才才能能送送到到对对方方的的应应用用进进程程，但但对对用用户户来来说说，这这些些
21、复复杂杂过过程程都都被被以以下下各各层层屏屏蔽蔽掉掉了了，以以致致应应用用进进程程AP1觉觉得得好好像像是是直直接接把把数数据据交交给给了了应应用用进进程程AP2。同同理理，任任何何两两个个同同样样的的层层次次（图图中中的的水水平平虚虚线线所所示示）之之间间，也也好好像像将将数数据据通通过过水水平平虚虚线线直直接接传传递递给给对对方方。这这就就是是所所谓谓的的“对等层对等层”（PeerLayers）之间的通信。）之间的通信。所所谓谓各各层层协协议议，实实际际上上就就是是在在各各个个对对等等层层之之间间传传递数据的各项规则。递数据的各项规则。在在文文献献中中常常见见术术语语“协协议议栈栈”(Pr
22、otocolStack)，这是因为几个层次画在一起很像一个堆栈。，这是因为几个层次画在一起很像一个堆栈。19“对等层对等层”与与“协议栈协议栈”的概的概念念二、实体、协议、服务、以及二、实体、协议、服务、以及服务接入点服务接入点实实体体(Entity)表表示示信信息息的的任任何何发发送送者者或或接接收收者者(可可发发送送或或接接收收信信息息的的硬硬件件或或软软件件进进程程)。在在许许多多情情况况下下，实实体就是一个特定的软件模块。体就是一个特定的软件模块。协协议议是是控控制制两两个个对对等等实实体体进进行行通通信信的的规规则则的的集集合合。协协议议的的语语法法方方面面的的规规则则定定义义了了所
23、所交交换换的的信信息息的的格格式式，而而协协议议的的语语义义方方面面的的规规则则定定义义了了发发送送者者或或接接收收者者所所要要完完成成的操作的操作,比如何种情况下数据必须重传或丢弃。比如何种情况下数据必须重传或丢弃。在在协协议议的的控控制制下下，两两个个对对等等实实体体间间的的通通信信使使得得本本层层能能够够向向上上一一层层提提供供服服务务。而而要要实实现现本本层层协协议议，还还需需要要使使用下一层所提供的服务。用下一层所提供的服务。20首首先先，协协议议的的实实现现保保证证了了能能够够向向上上一一层层提提供供服服务务。本本层层的的服服务务用用户户只只能能看看见见服服务务而而无无法法看看见见
24、下下面面的协议。下面的协议对上面的服务用户是透明的。的协议。下面的协议对上面的服务用户是透明的。其其次次，协协议议是是“水水平平的的”，即即协协议议是是控控制制对对等等实实体体之之间间通通信信的的规规则则。但但服服务务是是“垂垂直直的的”，即即服服务务是是由由下下层层向向上上层层通通过过层层间间接接口口提提供供的的。还还应应注注意意，并并非非在在一一个个层层内内完完成成的的全全部部功功能能都都称称为为服服务务。只只有有那那些些能能够够被被高高一一层层看看得得见见的的功功能能才才能能称称之之为为“服服务务”。上上层层使使用用下下层层所所提提供供的的服服务务必必须须通通过过层层间间交交换换的命令来
25、实现，这些命令称为的命令来实现，这些命令称为服务原语服务原语。21“协议协议”与与“服务服务”在概念上的区在概念上的区别别22SAP和和SDU在在同同一一系系统统中中相相邻邻两两层层的的实实体体进进行行交交互互(交交换换信信息息)的的地地方方，通通常常称称为为服服务务接接入入点点SAP。SAP是是一一个个抽抽象象的的概概念念，它它实实际际上上就就是是一一个个逻逻辑辑接接口口，不不同同于于通通常常所所说说的的硬件设备之间的并行接口或串行接口。硬件设备之间的并行接口或串行接口。层层与与层层之之间间交交换换的的数数据据单单元元，称称为为服服务务数数据据单单元元SDU，多多个个SDU可可以以合合成成为
26、为一一个个PDU，一一个个SDU也也可可以以分分为为几几个个PDU。任任何何相相邻邻两两层层之之间间的的关关系系如如下下图图所所示示。这里需要注意，某一层向上一层所提供的服务已包括了这里需要注意，某一层向上一层所提供的服务已包括了服务提供者服务提供者服务用户服务用户服务用户服务用户交换交换原语原语SAPSAP协议协议它它以以下下各各层层所所提提供供的的服服务务。所所有有这这些些对对上上一一层层(服服务务用用户户)来来说说就就相相当当于一个服务提供者。于一个服务提供者。开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型国国际际标标准准化化组组织织（ISO,International StandardOrg
27、anization）制制定定的的开开放放系系统统互互连连（OSI,OpenSystemInterconnection）参参考考模模型型采采用用7个个层层次次的的网网络络体体系系结结构构，也也就就是是将将前前面面所所讲讲的的原原理理性性体体系系结结构构中中的的应应用用层层再再划划分分为为3个个层层次次，其其余余4层层保保持持不不变变。这这3个个层层次从上到下的名称是：应用层、表示层和会话层。次从上到下的名称是：应用层、表示层和会话层。23（1）会话层会话层（SessionLayer）会会话话层层为为应应用用实实体体间间的的会会话话提提供供控控制制机机理理，包包括括会会话连接控制及通信双方的同步。
28、话连接控制及通信双方的同步。会话层提供的一种服务是：会话管理，会话层提供的一种服务是：会话管理，允许会话双方进行全双工或分时半双工。允许会话双方进行全双工或分时半双工。在分时半双工通信的情况下，会话层负在分时半双工通信的情况下，会话层负责双方的同步，保证双方不同时发送数责双方的同步，保证双方不同时发送数据，实时控制双方收发转换。据，实时控制双方收发转换。这可以通过双方交换令牌这可以通过双方交换令牌(Token)来实现，来实现，令牌是发送权的标记，只有持有令牌的令牌是发送权的标记，只有持有令牌的一方才有权发送数据。一方才有权发送数据。表示层和应用层表示层和应用层表表示示层层负负责责应应用用层层实
29、实体体传传送送数数据据的的格格式式转转换换，实实现现数数据据编编码码/解解码码、数数据据压压缩缩/解解压压、数数据据加加密密/解解密密等等功功能能。为为了了使使用用采采用用不不同同数数据据表表示示法法的的计计算算机机之之间间能能进进行行通通信信，使使用用的的数数据据结结构构可可以以抽抽象象的的方方式式来来定定义义，并并使使用用标标准准的的编编码码方方式式，表表示示层层管管理理这这些些抽抽象象数数据据结结构构，并并在在计计算算机机内内部部完完成成原原始始表表示示法法和和网网络络表表示示法法之之间的转换。间的转换。25（2）表示层表示层（PresentationLayer）应应用用层层负负责责为为
30、用用户户提提供供接接入入OSI环环境境的的方方法法，支支持持各各种种应应用用，如如网网络络虚虚拟拟终终端端、文文件件传传送送、电电子子邮邮件、多媒体、件、多媒体、WWW等。等。OSI的的7层层体体系系结结构构中中，下下面面的的四四层层，即即物物理理层层，数数据据链链路路层层，网网络络层层，传传输输层层与与前前面面介介绍绍的的完完全全相相同。同。其其实实分分层层，实实体体，对对等等层层协协议议，协协议议数数据据单单元元，服务，原语等概念都是来自服务，原语等概念都是来自OSI参考模型。参考模型。（3）应用层应用层（ApplicationLayer）5.1.4TCP/IP体系结构体系结构互互联联网网
31、(Internet)使使用用的的TCP/IP体体系系在在计计算算机机网网络络领领域域占占有有重重要要地地位位。在在Internet的的各各种种协协议议中中，最最重重要要的的是是传传输输控控制制协协议议TCP和和网网际际协协议议IP，而而TCP/IP往往往往是是表表示示Internet所使用的所使用的体系结构体系结构或整个或整个TCP/IP协议族协议族。27TCP/IP体体系系共共有有4个个层层次次，从从上上到到下下分分别别是是应应用用层层、运运输输层层、网网际际层层和和网网络络接接口口层层。TCP/IP与与OSI体体系系结结构构的的对对比比如如右右图所示。图所示。应应用用层层这这层层中中有有许
32、许多多著著名名协协议议，如如远远程程登登录录协协议议TELNET、文文件传送协议件传送协议FTP、简单邮件传送协议、简单邮件传送协议SMTP等。等。运运输输层层这这层层可可使使用用两两种种不不同同的的协协议议，一一种种是是面面向向连连接接的的传传输输控控制制协协议议TCP。另另一一种种是是无无连连接接的的用用户户数数据据报报协协议议UDP。运运输输层层的协议数据单元是报文（段）或数据流。的协议数据单元是报文（段）或数据流。网网际际层层主主要要协协议议是是无无连连接接的的网网际际协协议议IP。网网际际层层的的协协议议数数据据单单元元是是IP数数据据报报或或IP分分组组。与与网网际际协协议议IP配
33、配合合使使用用的的还还有有三三个个协协议议，这这就就是是Internet控控制制报报文文协协议议ICMP、地地址址解解析析协协议议ARP和和逆逆地地址解析协议址解析协议RARP。网网络络接接口口层层由由于于TCP/IP在在设设计计时时考考虑虑到到要要与与具具体体的的物物理理网网络络无无关关，因因此此在在TCP/IP的的标标准准中中并并没没有有对对数数据据链链路路层层和和物物理理层层做做出出规规定定，TCP/IP体体系系中中只只是是指指出出主主机机必必须须使使用用某某种种协协议议接接入入网网络络，以便能在其上传递以便能在其上传递IP分组。分组。28TCP/IP体系各层协议概述体系各层协议概述TC
34、P/IP与与OSI的比较的比较(1)TCP/IP一一开开始始就就考考虑虑到到多多种种异异构构网网的的互互连连问问题题，并并将将网网际际协协议议IP作作为为TCP/IP的的重重要要组组成成部部分分。但但ISO和和CCITT最最初初只只考考虑虑到到使使用用一一种种标标准准的的公公用用数数据据网网将将各各种种不不同同的的系系统统互互连连在在一一起起。ISO认认识识到到了了网网际际协协议议IP的的重重要要性性后后，只只好好在在网网络络层层中中划划分分出出一一个个子子层层来来完完成成类类似似TCP/IP中中IP的作用。的作用。(2)TCP/IP一一开开始始就就确确定定面面向向连连接接服服务务和和无无连连
35、接接服服务务并并重重，而而OSI在在开开始始时时只只强强调调面面向向连连接接服服务务。一一直直到到很很晚晚OSI才开始制定无连接服务的有关标准。才开始制定无连接服务的有关标准。(3)TCP/IP较较早早就就有有较较好好的的网网络络管管理理功功能能，而而OSI到到后后来才开始考虑这个问题。来才开始考虑这个问题。29TCP/IP的不足之处的不足之处TCP/IP的的模模型型对对“服服务务”、“协协议议”和和“接接口口”等等概概念念并并没没有有很很清清楚楚地地区区分分开开。因因此此在在使使用用一一些些新新技技术术来来设设计计新新的的网网络络时时，采采用用这这种种模模型型就就可可能能会会遇到一些麻烦。遇
36、到一些麻烦。TCP/IP模模型型的的通通用用性性较较差差，很很难难用用它它来来描描述述其其他种类的协议栈。他种类的协议栈。TCP/IP的的网网络络接接口口层层严严格格来来说说并并不不是是一一个个层层次次而而仅仅仅仅是是一一个个接接口口，而而在在网网络络层层下下面面的的数数据据链链路路层层和和物物理理层层则则根根本本没没有有。但但实实际际上上这这两两个个层层次次还还是是很很重要的。重要的。30 通通信信子子网网的的任任务务是是将将数数据据信信息息从从源源点点传传送送到到目目的的点点，之之间间要要经经过过很很多多链链路路和和中中继继节节点点，链链路路的的功功能能是是传传输输，中中继继节节点点功功能
37、能是是交交换换，交交换换分分为为电电路路交交换换(CS)和和分分组组交交换换(PS)。这这两两种种交交换换的的机机制制存存在在本本质质的的区区别别。理理论论与与实实际际均均已已表表明明，按按照照电电话话业业务务的的特特征征设设计计的的电电路路交交换换不不适适合合于于计计算算机机数数据据通通信信，而而分分组组交交换换则则是是根根据据数数据据业业务务的的特特征征设设计的交换技术。计的交换技术。5.2分组交换原理分组交换原理5.2.1电路交换技术不适合计算机数据通信电路交换技术不适合计算机数据通信 5.2.2异步时分复用异步时分复用 5.2.3分组存储转发分组存储转发5.2.4分组交换方式（数据报和
38、虚电路）分组交换方式（数据报和虚电路）31本节的主要内容本节的主要内容325.2.1电路交换技术不适合电路交换技术不适合 计算机数据通信计算机数据通信 电电路路交交换换是是根根据据用用户户的的呼呼叫叫请请求求，由由网网络络预预先先给给用用户户分分配配传传输输带带宽宽。用用户户呼呼叫叫成成功功，主主叫叫端端到到被被叫叫端端则则建建立立了了一一条条物物理理通通路路，在在通通话话的的全全部部时时间间内内用用户户始始终终占占用用端到端的固定传输带宽。端到端的固定传输带宽。利利用用电电路路交交换换可可以以实实现现计计算算机机之之间间的的数数据据通通信信，计计算算机机代代替替电电话话终终端端，需需要要设设
39、置置一一个个网网络络接接口口设设备备，即即调调制制解解调调器器，优优点点是是通通路路建建立立后后，端端到到端端的的传传输输延延时时极极少少，适适合合承承载载对对时时延延要要严严格格要要求求的的数数据据业业务务，但但计计算算机机数数据据通通常常是是随随机机而而突突发发地地出出现现的的通通信信线线路路利利用用不不到到10%，因因此电路交换所建立的物理通路用来传送数据的此电路交换所建立的物理通路用来传送数据的效率效率很低。很低。另外，由于计算机和各种终端的传送另外，由于计算机和各种终端的传送速率速率不一样，采用电路交换不同类型，不同规不一样，采用电路交换不同类型，不同规格，不同速率的终端很难相互通信
40、，而电格，不同速率的终端很难相互通信，而电路交换所分配的带宽是固定的或量化的，路交换所分配的带宽是固定的或量化的，因此缺乏因此缺乏灵活性，灵活性，而且电路交换通话双方而且电路交换通话双方建立的通路中的任何一个点出了故障就必建立的通路中的任何一个点出了故障就必须重新拨号建立链接。须重新拨号建立链接。由此可见，必须寻找出新的适合于计由此可见，必须寻找出新的适合于计算机通信的交换技术，这就要求改变传统算机通信的交换技术，这就要求改变传统的交换方式。的交换方式。345.2.2异步时分复用异步时分复用 现现代代的的电电路路交交换换是是建建立立在在同同步步时时分分复复用用技技术术基基础础上上的的数数字字交
41、交换换，又又称称为为同同步步时时分分交交换换，它它是是通通过过时时隙隙在在TDM帧内的位置来区分不同的信息通路帧内的位置来区分不同的信息通路(话路话路)的。的。异异步步时时分分复复用用又又称称为为统统计计时时分分复复用用，它它也也分分时时隙隙，但但它它是是通通过过时时隙隙的的标标头头信信息息来来区区分分不不同同的的信信息息通通路路。异异步步时时分分复复用用与与同同步步时时分分复复用用的的比比较较如如图图所所示示。异异步步时时分分复复用用又又称称为为分分组组复复用用，它它能能充充分分利利用用空闲时隙来传送数据。空闲时隙来传送数据。同步时分复用通过时隙在同步时分复用通过时隙在TDM帧内的位置来区分
42、不同帧内的位置来区分不同的信息通路，在一个端到端的电路链接建立以后沿途的信息通路，在一个端到端的电路链接建立以后沿途链路的时隙占用关系就完全确定了，并且一直保持直链路的时隙占用关系就完全确定了，并且一直保持直到链接释放，因此在一条链路持续时间内不管用户是到链接释放，因此在一条链路持续时间内不管用户是否发送信息都要占用时隙占用信道资源。否发送信息都要占用时隙占用信道资源。图图5-9假定有假定有4个数据用户个数据用户ABCD复用一条链路来传输，复用一条链路来传输，在第一个时隙在第一个时隙AB有数据发送，有数据发送，CD无数据发送，在第无数据发送，在第二个时隙二个时隙BC有数据而有数据而AD无数据。
43、如果采用同步时分无数据。如果采用同步时分复用，每一帧都有复用，每一帧都有4个时隙第一到第四个时隙分别分个时隙第一到第四个时隙分别分配给配给ABCD当某个数据源无数据发送相应的时隙就空当某个数据源无数据发送相应的时隙就空闲，不能被其他用户使用，但是如果采用异步时分复闲，不能被其他用户使用，但是如果采用异步时分复用用时隙标题区分各路数据。可以充分利用空闲时隙用用时隙标题区分各路数据。可以充分利用空闲时隙传输数据。传输数据。异步时分复用虽然也分时隙，但是不通过异步时分复用虽然也分时隙，但是不通过时隙位置，而是通过时隙的标头信息来区分不时隙位置，而是通过时隙的标头信息来区分不同的信息通路，用户若没有信
44、息发送，则不占同的信息通路，用户若没有信息发送，则不占用时隙，信道的利用率得以提高。代价是标头用时隙，信道的利用率得以提高。代价是标头的开销，标头一般若干个字节，为了减小开销，的开销，标头一般若干个字节，为了减小开销，时隙长度需增加，是一个包含许多字节的分组，时隙长度需增加，是一个包含许多字节的分组，异步时分复用又叫分组复用。异步时分复用又叫分组复用。异步时分复用是分组交换的技术基础。异步时分复用是分组交换的技术基础。有了时隙标头之后，时隙有了时隙标头之后，时隙(分组分组)既可以定既可以定长也可以变长。长也可以变长。375.2.3分组存储转发分组存储转发分分组组交交换换是是一一种种存存储储转转
45、发发式式的的交交换换方方式式，其其存存储储转转发的基本数据单元是报文的发的基本数据单元是报文的分组分组（Packet）。）。在在电电信信网网中中，电电报报通通信信用用的的是是存存储储转转发发式式，存存储储转转发的基本单位是电报的数据报文，称为报文交换。发的基本单位是电报的数据报文，称为报文交换。分分组组交交换换是是报报文文交交换换的的继继承承和和发发展展。分分组组交交换换继继承承了了存存储储转转发发这这一一交交换换机机制制，但但存存储储转转发发的的基基本本数数据据单单元元是是分分组组（又又称称为为包包）。报报文文一一般般较较长长，分分组组通通常常是是报报文文的一段。分组与报文的关系如下图所示。
46、的一段。分组与报文的关系如下图所示。存储转发的原理存储转发的原理邮件的传递过程就是发端局（中转局）把一定邮件的传递过程就是发端局（中转局）把一定时间里收到的信件存起来，进行分拣，然后进行转时间里收到的信件存起来，进行分拣，然后进行转发，信件的传递过程就是一个典型的存储转发过程。发，信件的传递过程就是一个典型的存储转发过程。分组交换里面的每个分组由首部和数据两部分分组交换里面的每个分组由首部和数据两部分组成，分组的首部包含比如目的地和源地址等重要组成，分组的首部包含比如目的地和源地址等重要的控制信息，网络节点，只需处理首部即可获知将的控制信息，网络节点，只需处理首部即可获知将分组发往何处。分组发
47、往何处。39采采用用分分组组交交换换技技术术的的通通信信网网或或通通信信子子网网称称为为分分组组交交换换网网(如如下下图图)。分分组组交交换换网网由由交交换换结结点点和和链链路路组组成成，链链路的传输采用分组复用，而结点的交换采用分组交换。路的传输采用分组复用，而结点的交换采用分组交换。分组交换网分组交换网40结结点点交交换换机机处处理理分分组组的的过过程程是是：将将收收到到的的分分组组先先放放入入缓缓冲冲区区，再再查查找找路路由由表表，然然后后确确定定将将该该分分组组交交给给某某个个端端口口转转发发出出去去。一一个个分分组组交交换换网网可可以以容容许许很很多多主主机机同同时时进进行行通通信信
48、，而而一一个个主主机机中中的的多多个个进进程程也也可可以以各各自自和和不不同同主机中的不同进程进行通信。主机中的不同进程进行通信。采采用用存存储储转转发发的的分分组组交交换换，实实质质上上是是采采用用了了在在数数据据通通信信的的过过程程中中断断续续(或或动动态态)分分配配传传输输带带宽宽的的策策略略，这这对对传传送送突突发发式式的的计计算算机机数数据据非非常常合合适适，使使得得通通信信线线路路的的利利用率用率大大提高。大大提高。分分组组交交换换网网常常采采用用网网状状拓拓扑扑结结构构，当当发发生生网网络络拥拥塞塞或或少少数数结结点点、链链路路出出现现故故障障时时，可可灵灵活活地地改改变变路路由
49、由而而不不致引起通信的中断或全网的瘫痪。致引起通信的中断或全网的瘫痪。交换机处理分组的过程交换机处理分组的过程41分组交换的优点和存在的问题分组交换的优点和存在的问题优点优点所采用的手段所采用的手段高效高效在分组传输中链路被统计复用，动态分配传输带宽在分组传输中链路被统计复用，动态分配传输带宽灵活灵活每个结点均有智能，可根据情况决定路由每个结点均有智能，可根据情况决定路由迅速迅速以分组为单位，结点存储转发；网络使用高速链路以分组为单位，结点存储转发；网络使用高速链路可靠可靠采用完善的网络协议和分布式多路由的通信子网采用完善的网络协议和分布式多路由的通信子网 分分组组交交换换也也带带来来一一些些
50、新新的的问问题题，分分组组在在各各结结点点存存储储转转发发时时，因因为为要要排排队队等等待待，总总会会造造成成一一定定的的时时延延。当当网网络络通通信信量量大大时时，这这种种时时延延也也可可能能会会很很大大。此此外外，各各分分组组必必须须携携带带的的控控制制信信息息也也造造成成了了一一定定的的额额外外开开销销。整整个个分分组交换网还需要专门的管理和控制机制。组交换网还需要专门的管理和控制机制。425.2.4分组交换方式分组交换方式 数数据据报报分分组组交交换换在在传传送送数数据据之之前前，不不需需要要预预先先建建立立任任何何连连接接，而而是是直直接接按按照照每每个个分分组组首首部部中中的的目目