现代交换原理第4章分组交换技术

1、1,第四章 分组交换技术与帧中继,2,第四章 分组交换技术与 帧中继 4.1 分组交换原理,3,分组交换（Packet Switching）,特征：存储转发；以分组为单位；差错控制；统计时分复用,应用：数据报：类似于报文交换； 虚电路：类似于电路交换。,背景：综合了电路交换和报文交换的优点，同时对它们的缺点进行改进，是现代通信网络的的基础交换技术。,4,分组交换（优点）,高效：统计时分复用方式，大大提高了线路利用率； 迅速：在网络轻负荷时，时延小且变化不大，满足计算机交互业务的要求； 灵活：提供了不同速率、不同代码、不同同步方式、不同通信控制协议的数据终端之间能够互通的灵活的通信环境； 可靠：具有差错控制功能，保证数据的准确性（10-10）；传输路径可变。,5,分组交换（缺点）,网络重负荷时，时延大； 长报文通信传输效率低； 技术实现复杂。,6,数据通信系统的构成,7,频分复用 FDM,FDM：传输信道总带宽划分成若干个子频带，每一个子频带传输一路信号。,8,同步时分复用,TDM：将信道的传输时间划分成若干时隙，各路信号轮流在自己的时隙内独占信道传输。 固定分配带宽,9,源 端,目的端

2、,节点A,节点B,统计时分复用,SDM:把时隙动态地分配给各个终端，即当终端的数据要传送时，才会分配到时隙。 动态分配带宽,节点C,10,分组的形成,11,分组头格式,8 7 6 5 4 3 2 1,通用格式标识符：对不同类型分组，其含义是不同的。 逻辑信道号LCN：162564096条，其中0号被LCN保留，只开放4095条。 分组类型标识符号：见表4.4分组类型。,12,分组的传输,分组装配和拆卸设备 （Packet Assembler/Disassembler ，PAD） 是一个规程转换器或者说是网络服务器，主要功能是向各种不同的终端提供服务，帮助它们进入分组交换网，或者具体说就是帮助终端要发送的数据生成分组，并通过线路发送给网络（交换机）。,13,以分组为单位传送数据,源 端,目的端,节点A,节点B,节点C,14,分组的交换,数据报方式 Datagram 虚电路方式 Virtual Circuit,15,数据报方式,3,2,1,4,3,16,虚电路方式,17,路由选择,动态法 （1）路由选择算法 （2）集中式路由交换,静态法： （1）扩散式路由法 （2）固定路由表法,18,有效

3、性质量指标是衡量系统传输能力的主要指标，通常从码元传输速率、信息传输速率、频带利用率和差错率等方面来考虑。,数据通信系统性能指标,19,每个码元的信息量为: I = log2 1/P = log2 N (bit) 所以,信息速率为: Rb = I RB = RB log2 N (bit),信息传输速率&码元传输速率,20,频带利用率用系统单位频带内所实现的信息传输速率来衡量。表示为 = Rb / B (bit/s/Hz) 式中，B为系统所需的传输带宽，Rb为系统的信息速率。,频带利用率,21,差错率：误码率、误字率、误组率 在系统传输的码元总数中发生差错的码元数所占的比例称误码率。记为 Pe 式中，n是在一定时间内系统传输的码元总数；ne是在相同时间内传输中产生的错码数。,差错率,22,分组交换机的指标体系,端口数 分组吞吐量 链路速度 并发虚呼叫数 平均分组处理时延 可靠性 可利用度 为用户提供补充业务和增值业务的能力,23,第四章 分组交换技术与 帧中继 4.2 X.25协议,24,X.25协议产生背景,数据通信网发展的重要里程碑是采用分组交换方式，构成分组交换网。和电路交换网相比

4、，分组交换网的两个站之间通信时，网络内不存在一条物理电路供其专用，因此不会像电路交换那样，所有的数据传输控制仅仅涉及到两个站之间的通信协议。 X.25是ITU-T制定的WAN通信协议标准，它定义了用户设备与网络设备之间的连接是如何建立和维护的。X.25在OSI/RM出现之前就制定了，在OSI和CCITT的共同努力下，X.25与OSI/RM的下三层可以对应起来，只是第三层叫做“分组层”，物理层建议采用X.21bis，数据链路层采用平衡型链路接入规程LAP B的异步平衡模式ABM。,25,X.25协议的应用环境,X.25: “在公用数据网上以分组方式工作的数据终端设备 DTE和数据电路终接设备DCE之间的接口”。,26,特征: 工作在OSI/RM的低3层 采用分组交换，面向连接(虚电路)，可靠性高 多路复用。一条物理链路支持多条虚电路 点对点传输，不支持广播 支持多种高层协议，它们均作为普通数据被封装在X.25的分组中在网络中传送 工作速率64Kbps,X.25分组交换网（PDN）,27,X.25协议的系统结构和信息流关系,28,物理层,X.25协议的物理层规定采用X.21建议。物理层定义

5、了DTE和DCE之间建立、维持和释放物理链路的过程，包括机械、电气、功能和过程特性，相当于OSI的物理层。,29,物理层,X.25的物理层就像一条输送比特流的管道，只负责传输，不执行重要的控制功能，控制功能主要由链路层和分组层来完成。 X.21建议规定如下： 机械特性：采用ISO 4903规定的15针连接器和引线分配，通常使用8线； 电气特性：平衡型电气特性； 同步串行传输； 点到点全双工； 适用于交换电路和租用电路。,30,数据链路层,X.25链路层规定了在DTE和DCE之间的线路上交换X.25帧的过程。链路层规程用来在物理层提供的双向的信息传送管道上实施信息传输的控制。链路层的主要功能如下： 差错控制，采用CRC循环校验，发现出错时自动请求重发； 帧的装配和拆卸及帧同步； 帧的排序和对正确接收的帧的确认； 数据链路的建立、拆除和复位控制； 流量控制。,31,高级数据链路控制规程HDLC,X.25规定了两种数据链路结构（对称型和平衡型）以及与其对应的两类规程（LAP和LAPB），鉴于LAP规程存在明显的缺点，一般不再使用，而采用采用平衡型数据链路结构和平衡链路访问规程规程（Link

6、Access Procedures Balanced，LAPB）。LAPB按高级数据链路控制规程（High-Level Data Link Control，HDLC）的格式传送控制信息和数据信息。规定DTE和DCE之间采用全双工物理链路连接，信息传输只按点到点方式进行，不采用多点方式。,32,HDLC帧结构,标志字段（F）：01111110；比特填充技术。 地址字段（A）:8bit, 表示256个站地址。 控制字段（C）：表示帧类型、编号及命令、响应。三种类型：I帧、S帧、U帧。 信息字段（I） ：可以是任意长度的比特序列，必须是8bit的整数倍。 帧校验字段（FCS） ：循环冗余校验。,33,X.25数据链路层的帧类型,34,LAPB模8方式控制字段的分类格式,35,信息帧,I帧用于数据传送，它包含信息字段。I帧由帧头、信息字段I和帧尾组成。I帧的C字段的第一个比特为“0”，这是识别I帧的唯一标志；其它7位用于提供I帧的控制信息：在I帧控制字段中b1b3比特为N(S)，b5b7比特为N（R）。,36,监控帧,监控帧用于监视和控制数据链路，完成信息帧的接收确认、重发请求、暂停发送请求等

7、功能。监控帧不具有信息字段。监控帧的代码、名称和功能如表4.1所示。,37,无编号帧,无编号帧用于数据链路的控制，它本身不带编号，可以在任何需要的时刻发出，而不影响带编号的信息帧的交换顺序。它可以分为命令帧和响应帧。用5个比特位（即M1、M2）来表示不同功能的无编号帧。无编号帧的代码、名称和功能如表4.1所示。,38,X.25链路操作模式,在链路层的三种类型的帧中（与HDLC帧类似），只有I帧才用来携带X.25分组，I帧只能用作命令帧而不能作为响应帧，这样I帧的地址字段内总是I帧的目的地址（DTEDCE时为B，DCEDTE时为A）。根据帧中的地址码可知该帧是命令帧还是响应帧，因为在命令帧中填对方的地址，在响应帧中填自己的地址，如表所示。若帧中地址码既不是地址A，又不是地址B，则该帧作废。,39,复合站链路的建立和释放,40,分组层,分组层对应于OSI的网络层。X.25分组层规程主要功能是利用链路层提供的服务在DTE、DCE接口交换分组，将一条逻辑链路按统计时分复用的方法划分为许多子逻辑信道，允许多个终端同时利用高速的数据通道传输数据。 当主叫DTE想要建立虚呼叫时，它就发送“呼叫请求”

8、分组，该分组包括可供分配的高端的LCN和被叫DTE地址。 X.25分组层的数据传输过程与链路层的情况非常类似，数据发送和接受确认、重发过程、窗口机制、流量控制等方面的设计思想是相同的。 在虚呼叫任何一端的DTE都能够清除呼叫，通过发送“呼叫清除”分组和“清除指示”分组来完成呼叫清除过程。,41,分组和信息帧的关系,为了实现分组层的功能，需要各种类型的分组，所有的分组通过链路层在DTE和DCE之间传输时都放在信息帧（I帧）的信息字段中，每个I帧载送一个分组，如图所示。,42,控制分组格式,43,数据分组格式,44,虚电路的建立和清除过程,图,虚电路的建立和清除,3个阶段：呼叫建立阶段、数据传输阶段、虚电路释放阶段,45,虚电路的建立和清除过程,DTE A对DCE A发出一个呼叫请求分组，表示希望建立一条到DTE B的虚电路。该分组中含有虚电路号，在此虚电路被清除以前，后续的分组都将采用此虚电路号； 网络将此呼叫请求分组传送到DCE B； DCE B接收呼叫请求分组，然后给DTE B送出一个呼叫指示分组，该分组与呼叫请求分组具有相同的格式，但其中的虚电路号不同，虚电路号由DCE B在未使用

9、的号码中选择； DTE B发出一个呼叫接收分组，表示呼叫已经接受； DTE A收到呼叫接通分组（该分组和呼叫请求分组具有相同的虚电路号），此时虚电路已经建立； DTE A和DTE B采用各自的虚电路号发送数据和控制分组； DTE A(或DTE B)发送一个释放请求分组，紧接着收到本地DCE的释放确认分组； DTE A(或DTE B)收到释放指示分组，并传送一个释放确认分组。此时DTE A和DTE B之间的虚电路就清除了。,46,X.25用户业务功能,47,第四章 分组交换技术与 帧中继 4.3 帧中继原理与帧中继网络,48,X.25分组交换技术的优点,流量控制：可有效防止网络拥塞； 路由选择：可建立最佳传输路径； 统计时分复用：提高了线路利用率； 差错控制：提高了可靠性。,49,帧中继标准的发展,1986 AT 1992 ITU-T、ANSI帧中继标准相继出台； 1993 FR FORUM成员增加到100多个，公布了相应的帧中继标准系列。,50,帧中继协议与X.25协议,51,帧中继基本功能,特点：吞吐量高、时延小、适合通信距离长、 突发性业务。,52,帧中继的虚电路,53,虚电路的带宽管理,Bc 承诺突发长度 (committed burst size) Be 超量突发长度 (excess burst size) CIR 承诺信息传输速率 (committed information rate) Tc 承诺时间间隔 TcBc/CIR (committed rate measurement interval),54,帧格式的比较,LAPF帧格式 (Link Access Procedures to Frame Mode Bearer Services),HDLC帧格式 （High-Level Data Link Control）,55,数据链路层帧接入协议 LAPF,标志,（,F,）,DLCI C,/,R EA,0,FECN BECN,DE EA,1,信息,（,I,）,字节,1 2,4,可变,标志,地址,信息,帧校验序列,标志,8 7 6 5 4

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