现代通信网络-LC4-数据链路交换技术
这一章节要求：能明确地对分组交换和电路交换的特征，技术等进行明确地表述。很重要！
引入
讲故事部分
最开始的时候，电话终端是需要配电源的，在需要发起一次通信时，摇动电话上的手柄，通过电磁感应产生一个信号发送给接线员。接线员知道你要和那里接通和后，人工将两根金属线连通。这便是最初的人工交换机。后面出现了机电交换机，通过机械取代人工工作。后续电路开关成熟，产生了程控交换，至此，交换技术和计算机搭上界了。
在计算机的世界中，表示数字0-9至少需要4bit，那么就可以表示0-F（HEX）。因此键盘上后续加入了* 和 #，分别占A和B（HEX），0-9对应0-9（HEX）。后面几位保留。
在ch1-基本交换技术中，已经对交换进行了初步的介绍，现在的交换主要电路交换和分组交换；而这里面的细分方式又分为面向连接和和面向无连接。
如果带宽资源充分，分组交换的带宽资源使用率更好。但是分组交换无法确保通信持续的质量。
在通信网络中，我们需的要通信的设备称为“station”，将交换设备称为“node”。
通信网络是由一个一个node连接构成，node可以互相交换数据，也可以将数据发送给station。不同的nodes之间可能没有直接的通路，因此需要一个中间介质来进行转发。
电路交换
电路交换的定义在 CH1-OVERVIEW中有详细介绍。
在曾经电路交换盛行的时候，其组成的网络被成为交换网络，每一个节点被成为交换机。
以前拨打长途电话需要加区号，例如重庆是023，这一层就是供给Long-distance office 选择通路使用，后面的本地号码供给end office 选择通路使用。这样的号码是提供给交换机用的，属于“控制数据”。建立连接后通话的数据，为“业务数据”。
在电路交换中，含有控制数据的帧，被成为“信令”，类比与计算机网络中就是“协议”。
在拨号完成后，交换机只接收到了信令，此时正在完成通路的建设（建立连接）。最初使用电路交换时，信令也是分层的，但其来源于OSI模型（现在计算机网络是TCP/IP），其作用是建立连接，释放连接。
在连接建立完成后，电路交换的“业务数据”是没有头部的。这是电路交换中的“透明传输”。与计算机网络的透传有点差异的是，计算机网络中Header会被读取，只是不关心payload。而电信网络中业务数据没有Header。
透明传输指的是，在通信过程中，通信的模块不关心payload的内容，只是根据自己的协议将你的Payload送到目的地，再将payload交由其他东西处理。
分组交换
引入
在CH1-OVERVIEW中对分组交换原理有详细介绍
最初，电路交换是为电信网络业务而生；分组交换是为计算机网络业务而生。分组交换中，一个packet会同时包含payload和header（控制信息）。
但是在某一段时期，运营商推了一个叫做“IP”电话的业务，主要面向低资费长途业务，深受小情侣青睐。这是因为在长途传输时，如果使用传统的电路交换，通信资源占用很大。而IP电话在长途传输的跨省节点间使用分组交换，大大降低了通信成本。但最初IP电话的通信质量并不高。
分组交换的特性决定了，它一定是先存储后转发（必须先存一个完整的packet，再发送出去）；对比电路交换，电路交换的存储（缓冲）都是比特级的。因此分组交换的延迟更大，同时对缓存空间有更大的要求。
从上面这段也可看出，每个节点都有自己的时延，不单单只有传播时延迟。这些时延可能是分组交换下的排队时延，错误造成的节点阻塞等等造成的。
在分组交换中，通常会以流量限制来避免通信链路阻塞。因为通信链路阻塞（缓存溢出）会导致数据被丢弃，因此要尽量避免阻塞。
数据报
在CH1中对数据报的大概工作原理，“路由”的概念已经有了一个基础介绍。
如下图所示，datagram不一定会让各个数据走同样的路由。因此可能出现数据乱序。同时，因为中间节点需要先缓存再转发，因此转发时延明显更大。
虚电路
虚电路虽节点都有各自的路由表，但一旦路由建立，路径便不会再做更改。它中间路由的节点只需要查看数据包从哪来，然后换上新的要到哪去的标签，因此它中间的转发时间没有datagram那么多。
虚电路和数据报比较
Virtual circuits:
- 路径不可变换，因此链路保证时序。
- 转发更加迅速
- 可靠性不如数据报
Datagram
- 路径可变换，更灵活
- 不需要进行呼叫建立(call setup)
- 更可靠
分组大小和传输时间
下图展示了不同分组大小和传输时间间的关系。这个分组的大小被称之为“交换粒度”。
包越大，交换时粒度越粗。但有时数据比较小也要用很大一个包。可以看到，越小的包，Header开销越大。
有些包长短可调，这种对个体而言是有优势的。但是不利于系统，因为可变的包必须要先读header来确认包大小。或是在头和尾引入特定的编码来分割payload，这也是额外的开销。
一个典型的虚电路——ATM
引入
ATM这部分要求不太多，但是它是虚电路交换的代表，所以需要有个概念。这一章节要求通过ATM例子掌握“虚电路”的核心概念。
ATM是一种典型的分组-虚电路交换。
一开始，电信网络和计算机网络分别采用了Circuit switching(CS) 和 Packet Switching(PS)。他们各自都清楚自己的优缺点。ATM是便在这二者之间取了一个平衡。它有Packet的概念，同时通信之前又需要建立连接，且路由路径恒定。
ATM传输以信元（cell）为单位，每个信元固定53字节，其中Header是5字节。交换机通过点对点的ATM链路相互连接，称为“接口”（interfaces）。如下图所示
五星级：ATM传输以信元（cell）为单位，每个信元固定53字节，其中Header是5字节。
ATM的特点
- 帧时序为顺序
- 使用固定的信元长度
- 以离散的块打包数据
- 一个物理连接上支持多个逻辑连接
- 有差错和流量控制能力，但不多
协议层模型
如下图，ATM是一个运作在物理层之上的协议。其上层必须是AAL层，该层提供了5中不同的业务模型接口,在3G网络中，用得比较多的是语音接口和数据接口。
ATM接口
ATM的交换/接入节点被称为接口。其中和用户连接的被成为 “User-network interface (UNI)”，节点与节点间连接的被成为 “network node interface (NNI)”。如下图所示
ATM信元
逻辑连接
说ATM是虚电路的代表，是因为在不同的节点间，共享了物理通路，但是又分割出了不同的逻辑通路和逻辑信道。上图是ATM中信元结构图，可以看到在header中有一个Vitural Path Indentifier (VPI) 和 Virtual Channel Identifier (VCI)，这就是逻辑连接的标识头。
上图中，physical transmission path 含有多个Vitual Path，使用VPI标识，VP内又有多个Virtual Channel，使用VCI标识。
由于所有通向这个大区域的数据都具有同样的VPI，在进行大粒度交换时只需要看VPI即可。
如果一个交换机同时根据Cell的VPI和VCI进行交换，那么它可以完成更小粒度的交换。
这是ATM提供不同交换粒度的原理。
在网络中的每个节点内，都存有一张表。表内存有一组输入的VPI&VCI，一组输出的VPI&VCI，这二者标识了一个唯一的设备。交换机根据VCI和VPI进行交换。
信元流控差异
UNI和NNI间使用不同的信元格式。UNI Header内有一段流控的头(GFC)，位于octet1 的5:8 bit，而NNI没有。其余部分没有差异，如下图
在ATM中，流量控制只由终端控制，中间节点不控制。
形象点说就是，堵车有两种解决方式：
- 每个路口都站个警察或者用红绿灯管控；
根据路上的流量实行限行政策，让部分用户不能开车。
ATM就是使用的这里面的第二个。
前面ATM的特点中说：ATM有流控，但不多。就是因为它只在终端做流控，有一定几率出现某几个线路上车过多的情况。
差错控制
通信系统常用差错控制方法有三种：
- 自动重发请求法（ARQ）:接收端译码器判决收到的码序列有没有错误，通过反馈信道把判决结果告诉发送端。发送端根据判决信号重发接收端认为有错的信息，直到接收端认为正确为止。需双向信道。这个技术前面有所讲解。
- 前向纠错法（FEC）:接收端不仅能发现错误而且能自动纠正接收码字传输中的错误。比如Turbo码和卷积码。实时性较好，但编译码设备随着纠错能力强而变得复杂，往往以最坏的信道条件来设计纠错码，编码效率降低。
- 信头差错校验法（HEC）:接收端能检测错误，而且有纠错能力。纠错能力内，自行纠错，若错误很多，超出了码纠错能力，则反馈给发送端让其重新传送有错的信息。克服上两者的缺点。
这里ATM使用的就是HEC。
后续PPT内容不作要求