第7章现代交换技术.ppt
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第第7章章 现代交换技术现代交换技术7.1 概述概述7.2 交换技术交换技术7.3 分组交换技术分组交换技术 7.4 帧中继技术帧中继技术7.5 ATM技术技术7.6多协议标记交换（多协议标记交换（MPLS）技术）技术 7.1 概述概述 交换技术是通信网的重要组成部分，如果没有交换技术，组成的通信网络将非常复杂、成本高，而且网络效率低下，可见交换技术在通信网中起着非常重要的作用 交换技术起源于接续过程在很长的时间内，支持传统电路交换功能的设备都是纵横制交换机，其交换技术也是基于电路交换，交换动作的结果是建立（连接）一条物理的实电路，完成对话路的接续任务，当通信结束时，交换设备再拆除接续电路，准备下一次新的接续随着数据业务的出现，数据业务成为了通信网络必须面对的新问题，而且，数据业务与业务有明显不同的属性，因此，出现了分组交换技术计算机网络技术的 飞速发展，分组交换技术带来了革命性的变化，使确定复用发展成为统计复用，面向连接发展成为无连接产生了X.25交换机、路由器和ATM交换设备这些设备采用统计复用，提高了设备的利用率，同时，也产生了拥塞、延时抖动和数据丢失等一系列新问题。
为解决这些新问题，又不断创造出了新的技术现代通信网络，即支持业务，也支持数据业务，传统的交换技术已不能适应现代通信网的要求因此，要了解现代通信网络，也必须了解现代交换技术及其应用 如图，是交换技术发展的过程，从早期的电路交换到现在的分组交换，经历了相当长的一段时间，而推动交换技术发展的动力正是数据业务的产生为了更好地了解不同交换技术及其应用，现介绍一些基本概念 图7-1 交换技术的发展 7.1.1 电路交换电路交换 电路交换(CS：Circuit Switching)是最早出现的一种交换方式，包括最早的人工在内的交换普遍采用电路交换方式电路交换的基本过程包括：呼叫建立阶段、信息传送(通话) 阶段和连接释放阶段 电路交换是一种实时交换，当某一用户呼叫另一用户时，应立即在两个用户间建立电路连接，如果没有空闲的电路，呼叫就不能建立而遭受损失因此，应配备足够的连接电路，使呼叫损失率不超过规定值 电路交换要在通信的用户间建立专用的物理连接通路，应具备以下特点： 在通信之前先要有连接建立过程；只要用户不发出释放信号，即使通信暂时停顿，物理连接仍然保持；物理连接的任何部分发生故障都会引起通信的中断；仅当呼叫建立与释放时间相对于通信的持续时间很小时才呈现高效率。
对通信信息不作处理(信令除外)，而是原封不动地传送，用作低速数据传送时不进行速率、码型的变换对传送的信息无差错控制措施用基于呼叫损失的方法来处理业务流量，过负荷时呼损率增加，但不影响己建立的呼叫 综上所述，电路交换是固定分配带宽，连接建立后，即使无信息传送也要虚占电路，电路利用率低；要预先建立连接，有一定的连接建立时延，通路建立后可实时传送信息，传输时延一般可以不计；无差错控制措施，对于数据交换的可靠性没有分组交换高因此，电路交换适合于交换、文件传送、高速，不适合突发(burst)业务和对差错敏感的数据业务7.1.2 分组交换分组交换 分组交换是一种存储转发的交换方式它是将需要传送的信息划分为一定长度的包，也称为分组，以分组为单位进行存储转发的而每个分组信息都包含源地址和目的地址的标识，在传送数据分组之前，必须首先建立虚电路，然后依序传送 在分组交换网中可以在一条实际的电路上，能够传输许多对用户终端间的数据其基本原理是把一条电路分成若干条逻辑信道，对每一条逻辑信道有一个编号，称为逻辑信道号、将两个用户终端之间的若干段逻辑信道经交换机链接起来构成虚电路 分组交换路上采用动态复用的技术来传送各个分组，带宽可以动态复用。
用户在接入分组交换网时，可以通过分组装拆设备(PAD)把各终端的字符数据流组成分组，在集合信道上以分组交织复用使多个用户可以共享一个分组连接分组交换提供两种方式，即：虚电路方式和数据报方式 1．虚电路方式和数据报方式．虚电路方式和数据报方式 虚电路(VC：Virtual Circuit)方式与数据报(DG：Data gram) 方式，各有其特点，可适应不同业务的要求1) 虚电路 所谓虚电路方式，就是在用户数据传送前先要通过发送呼叫请求分组建立端到端之间的虚电路，一旦虚电路建立后，属于同一呼叫的数据分组均沿着这一虚电路传送，最后通过呼叫清除分组来拆除虚电路 虚电路不同于电路交换中的物理连接，而是逻辑连接虚电路并不独占线路，在一条物理线路上可以同时建立多个虚电路，也就是建立多个逻辑连接，以达到资源共享但是从另一方面看，虽然只是逻辑连接，毕竟也需要建立连接，因此不论是物理连接还是逻辑连接，都是面向连接(CO：Connection Oriented)的方式 虚电路有两种：交换虚电路(SVC：Switched Virtual Circuit)和永久虚电路(PVC：Permanent Virtual Circuit)。
通过用户发送呼叫请求分组来建立虚电路的方式称为SVC如果应用户预约，由网络运营者为之建立固定的虚电路，就不需要在呼叫时临时建立虚电路，而可直接进入数据传送阶段，称之为PVC (2) 数据报 数据报不需要预先建立逻辑连接，而是按照每个分组头中的目的地址对各个分组独立进行选路由于不需要建立连接，称为无连接(CL：Connection Less)方式3) 虚电路与数据报的比较① 分组头 数据报方式的每个分组头要包含详细的目的地址，而虚电路方式由于预先已建立逻辑连接，分组头中只要含有对应于所建立的ＶＣ的逻辑信道标识即可 ② 选路 虚电路方式预先有个建立过程，并且有一定的处理开销，但一旦虚电路建立，在端到端之间所选定的路由上，各个交换节点都要具有映象表，以存放出入逻辑信道的对应关系，每个分组到来时只要查找映象表，而不需要进行复杂的选路，就能完成数据分组的交换任务当然，建立映象表也要有一定的存储器开销而数据报方式则不需要有建立过程，但对每个分组都要独立地进行选路 ③ 分组顺序 虚电路方式中，属于同一呼叫的各个分组在同一条虚电路上传送，分组会按原有顺序到达终点，不会产生失序现象数据报方式中，各个分组由于是独立选路，可以从不同的路由转送，因此，会引起失序。
④ 故障敏感性 虚电路方式对故障较为敏感，当传输链路或交换节点发生故障时可能引起虚电路的中断，需要重新建立有些分组网具有再连接功能，出现故障时可自动建立新的虚电路，并做 到不丢失用户数据，数据报方式中各个分组可选择不同路由，对故障的防卫能力较强，从而可靠性较高⑤ 应用 虚电路方式适用于较连续的数据流传送，其持续时间应显著地大于呼叫建立时间，如文件传送、业务等数据报方式则适用于面向事务的询向／响应型数据业务2．帧交换．帧交换 通常的分组交换是基于X.25协议X.25包含了3层，第l层是物理层，第2层是数据链路层，第3层是分组层，对应于开放系统互连OSI模型的下3层，每一层都包含了—组功能帧 交换(FS：Frame Switching)则只有下面两层，没有第3层，简化了协议，加快了处理速度 帧交换是一种帧方式的承载业务，在数据链路层上以简化的方式来传送和交换数据单元通常，在第3层传送的数据单元称为分组，在第2层传送的数据单元称为帧(Frame)所以，帧方式是将用户信息流以帧为单位在网络内传送 帧方式与传统的分组交换比较有两个主要特点：一个是帧方式是在第2层(链路层)进行复用和传送，而不是在分组层；另一个是帧方式将用户面与控制面分离，而通常的分组交换则未分离。
用户面提供用户信息的传送，控制面则提供呼叫和连接的控制，主要是信令功能 7.1.3 面向连接方式面向连接方式 面向连接方式就是在用户信息传送前，先要有连接建立过程，在信息传送结束后，要拆除连接7.1.4 无连接方式无连接方式 对应于面向连接的概念，还有无连接通信方式其主要特点是通信开始之前，不需要通过呼叫过程，以建立一条实的或虚的链路，当然，也没有拆除链路的过程而是将数据分组直接发送到网络中，在IP网络中，路由器根据数据分组的目的地址查找路由表，并根据路由表转发数据分组，直到到达目的地这个过程很像邮寄一封平信的过程，在收信者地址不详或通信路由不通的情况下，一般到不了目的地 7.2 交换技术交换技术 交换技术已经走过了上百年的历程交换技术经历了早期步进制、纵横制交换技术，发展到了现在的程控交换技术和软交换技术目前，程控交换技术是支持交换的最主要技术，下面简要介绍一下数字程控交换技术7.2.1 数字程控交换技术数字程控交换技术 数字程控交换普遍采用7号共路信令方式这就是说，一方面从随路信令走向共路信令，另一方面又从适用于模拟网的6号共路信令走向适合于数字网的7号共路信令。
随着微处理机技术的迅速发展，数字程控交换普遍采用多机分散控制方式，灵活性高，处理能力增强，系统扩充方便而经济在软件方面，尤其在用户界面的软件设计，普遍采用高级语言，包括C语言、CHILL语言和其他电信交换的专用语言对软件的主要要求不再是节省空间开销，而是可靠性、可维护性、可移植性和可再用性，使用了结构化分析与设计、模块化设计等软件设计技术，并建立和不断完善了用于程控交换软件开发、测试、生产、维护的支撑系统 公用交换网(PSTN：Public Switched Telephone Network)的交换系统提供的是普通业务，数字程控交换适应了电信网数字化的发展 7.2.2 程控交换技术的基本组成程控交换技术的基本组成1．时间交换单元 时间交换单元也叫时间接线器，简称为T单元或T接线器，用来实现时隙交换功能所谓时隙交换，是指入线上各个时隙的内容要按照交换连接的需要，分别在出线上的不同时隙位置输出关于时隙的概念，详见PCM章节的介绍） T单元主要由话音存储器和控制存储器构成话音存储器用来暂存话音的数字编码信息，每个话路时隙有8位二进制编码，因此话音存储器的每个单元至少具有8比特。
话音存储器的容量，也就是所含的存储单元数应等于输入复用线上每帧的时隙数，例如可为128，256，512等 控制存储器的容量通常等于话音存储器的容量，每个单元所存储的内容是由处理机控制写入的，以实现所需的时隙交换控制存储器每个单元的比特数决定于话音存储器的单元数，也就是决定于复用线上的时隙数 时间交换的过程如图7-2所示，以PCM30/32体制为例： 第三路Ts1Ts2Ts3…Ts30Ts31Ts1Ts2Ts3…Ts30Ts31话音存储器话音存储器第一路图7-2 时间交换原理 2．空间交换单元 空间交换单元也叫空间接线器，简称为S单元或S接线器，用来实现多个输入复用线与多个输出复用线之间的空间交换，而不改变其时隙位置空间交换单元即S单元是由交叉矩阵组成的如图7-3所示：接续的过程是在矩阵交叉节点实现连接，从而完成空间交换 图7-3 空间交换原理 3．时/空结合的交换单元 时/空结合的交换单元简称T/S单元，常做成超大规模集成电路（VLSI）的专用芯片，来完成大容量系统的交换任务 完成多路交换就是靠T-S-T电路的组合来实现下面是T-S-T网络实现512个时隙交换的原理。
其中的S单元是24×6和6×24的基本模块 图7-4 多路交换原理 4．S-T-S网络 数字交换网络的另一种基本结构是S-T-S型，但其应用不如T-S-T型广泛关于这方面的问题，请见相关参考书7.2.3 程控交换机程控交换机 数字程控交换系统的硬件功能结构可划分为话路子系统和控制子系统两部分，如图7-5所示功能结构仅表示硬件的基本组成，各种数字交换系统可以有不同的具体实现方式 图7-5 程控交换机的硬件组成 1．话路子系统 话路子系统包括用户电路、用户集中级、数字终端、模拟终端、信令设备、交换网络等部件2．控制子系统 控制子系统包括处理机和存储器、外部设备和远端接口等部件其中，处理机和存储器可分为程序存储器、数据存储器等区域；外部设备可有磁盘、磁带机、维护终端等部件远端接口包括至集中维护操作中心、网管中心、计费中心等的数据传送接口3．软件功能 程控交换系统软件十分庞大复杂，软件的设计目标主要是可靠性、可维护性、可再用性和可移植性 程控交换软件通常采用分层的模块化结构，常用的软件设计技术有结构化分析与设计、模块化设计、结构化编程，并趋向于采用面向对象设计。
从功能结构来划分，程控交换软件可以划分为操作系统、呼叫处理、维护管理三部分，后两部分合称为应用程序 （1）操作系统 程控交换是实时处理系统，应配置实时操作系统，以便有效地管理资源和支持应用软件的执行各种程控交换机中操作系统的功能要求和组成不尽相同概括起来说，主要的功能是任务调度、通信控制、存储器管理、时间管理、系统安全和恢复，此外还有外设处理、文件管理、装入引导等功能 （2）呼叫处理 呼叫处理程序用于控制呼叫的建立和释放，基本上对应于呼叫建立过程呼叫处理程序可包含用户扫描、信令扫描、数字分析、路由选择、通路选择、输出驱动等功能块3）维护管理 维护管理程序的功能有用户和中继测试、交换网络测试、业务观察、过负荷控制、话务量测量统计、计费处理、用户数据和局数据管理等4）数据库 相对于动态数据而言，半固定数据是基本上固定的数据，但在需要时也可以改变半固定数据包括用户数据与局数据 7.3 分组交换技术分组交换技术 前面已经简单介绍了分组交换的概念，分组交换技术是实现存储转发的过程因此，进一步介绍分组交换技术需要借助具体的技术或协议，如帧中继、ATM和X.25协议等都工作于分组交换方式。
用分组格式传输和交换数据，采用数据传送的规程是分组交换规程，一般采用ITU—T的X..25建议以分组格式传输和交换数据的协议是分组交换协议，可分为接口协议和网内协议两种 接口协议是指终端用户和网络之间的通信规程，而网内协议是指通信网络内部(即包交换节点机)之间的通信规程在60~70年代，各国有许多公用分组交换网纷纷投人运行，电力系统也于上个世纪八十年代末，开始建立自己的基于X.25的数据通信网（关于电力系统数据通信网的详细介绍，请参考下一章内容）这些网络虽都采用分组形式交换，但在接口通信规程、信息格式定义和内容上尚有许多差距为了实现各种终端用户和不同的分组交换网之间的自由连接，ITU-T组织于1976年首次通过了X.25建议，形成一个统一的国际标准并根据技术发展不断完善，又作了许多大的修改 X.25建议是在DATAPAC网络有关标准的基础上生成的X.25建议研究了如何把一个数据终端设备（DTE）连接到公用分组交换网上，所以它只是一个对公用分组交换网的接口规范要实现这个接口规程，需要终端用户设备和与它相连的网络设备共同完成若终端设备使用标准的分组交换网规程(即X．25建议)与网络相连，则该终端称为分组终端，否则为非分组终端。
非分组终端一般都有自己的通信规程，这些规程是由厂家自己定义的当它们不与分组网连接时，具有同种规程的终端之间可以通信，而不同规程的终端之间不能通信网络内部采用何种规程，取取决于各生产厂商 7.3.1 X.25分组的类型和格式分组的类型和格式1．分组的类型．分组的类型X.25的分组级规定了分组的类型和格式分组的类型如表7-1所列表7-1 X.25的分组类型和格式 类型分组类型适用服务从DTE到DCE从DCE到DTEVCPVC呼叫建立与清除呼叫请求呼叫接收释放呼叫DTE释放确认入呼叫呼叫接通释放指示DCE释放确认√√√√数据和中断DTE数据DTE中断请求DTE中断确认DCE数据DCE中断请求DCE中断确认√√√√√√信息流控制和重置DTE接收准备就绪DTE 接收未准备就绪DTE 拒绝接收DTE重置请求DTE重置确认DCE接收准备就绪DCE接收未准备就绪DCE重置指示DCE重置确认√√√√√√√√√√重新启动DTE重新启动请求DTE重新启动确认DCE重新启动指示DCE重新启动确认√√√√诊断*诊断√√ 2．呼叫请求分组．呼叫请求分组 如图7-6给出了呼叫请求分组的格式在此分组中，策1字节中的第1~4bit，和第2字节8bit，共12个bit用于识别逻辑信道，一条逻辑信道对应于一条虚电路。
第1字节中的第1~4bit用以识别逻辑信道组，第2字节用以识别某组内的某一信道，12bit可以识别4096条 8 7 6 5 4 3 2 1 bit0 0 0 1逻辑信道组号逻辑信道号0 0 0 0 1 0 1 1主叫DTE地址长度被叫DTE地址长度DTE地址补充业务长度补充业务主叫用户数据（a） 呼叫请求分组格式 8 7 6 5 4 3 2 10 0 0 1逻辑信道组号逻辑信道号P(R)控制分组类型1附加信息（b）控制分组格式图7-6 X.25数据分组格式 逻辑信道第三字节为分组类型识别符，呼叫请求分组的识别编码为：000010l1策4字节的两个4bit分别表示被叫DTE和主叫DTE地址的长度，接在后面的就是被叫DTE和主叫DTE的地址再后面的字段是补充业务(Facility)的长度和补充业务．当用户数据较少时可以采用快速选择，这时，可以在分组末尾附上最多为16字节的主叫用户数据3．控制分组．控制分组 图7.6(b)为控制分组格式第三字节的第1bit为C／D bit，用以识别是控制分组还是数据分组。
当识别比特为1时是控制分组第3字节的第6、7、8 bit为分组接收序号P(R)，其余四个比特识别控制分组的类型是RR、RNR还是REJ 4．数据分组．数据分组 数据分组的格式有两种，如图7-7所示图7-7(a)为一般形式，图7.7(b)为它的扩展形式第1字节的第8bit，是Q bit (Qualifies)，此比特用来区分传输的分组，当Q＝0时，净荷部分是数据，当Q=1时，净荷部分是控制信息，第1个字节中的第7bit是D bit，D＝0表示数据分组由本地DCE确认，D=1表示由远端DTE确认第6、5比特SS=01表示分组的顺序编号按模8方式工作，SS＝10表示按模128方式工作第3字节包含分组发送序号P(S)和接收序号P(R)M bit称为“More data”bitM bit为1表示还有数据分组到来 8 7 6 5 4 3 2 1Q D 0 1逻辑信道组号逻辑信道号P(R)MP(S)0用户数据|||8 7 6 5 4 3 2 1 Q D 1 0逻辑信道组号逻辑信道号P(R)0P(S)M用户数据||| (a)模8 (b)模128，扩展模式 图7-7 数据分组格式 7.3.2 X.25的虚电路的虚电路 在X．25协议中，虚电路的概念是非常重要的。
一条虚电路在穿越分组交换网络的两个地点之间建立一条临时性或永久性的“逻辑”通信信道使用一条电路可以保证分组是按照顺序抵达的，这是因为它们都按照同一条路径进行传输它为数据在网络上进行传输提供了可靠的方式在X.25中有两种类型的虚电路，临时性虚电路和永久虚电路两种，基于呼叫的虚电路，在数据传输会话结束时应该拆除；永久虚电路，在两个端点结点之间保持一种固定连接X.25使用呼叫建立分组，在两个端点站点之间建立一条通信信道当呼叫建立了后，在这两个站点之间数据分组就可以传输信息了 注意，由于X.25是一种面向连接的服务，因而分组不需要源地址和目的地址虚电路为传输分组通过网络到达目的地提供了一条通信路径然而，对分组分配了一个号码，这个号码可以被作为连接源地和目的地的信道鉴别标识 X.25网络易于安装和维护它是根据发送的分组数据来收费的，在一些情况下，还会考虑连通的时间其它一些服务更适合于高速局域网传输（例如帧中继）或专用连接 7.3.3 虚电路的建立与拆除虚电路的建立与拆除 建立过程：建立连接首先需要借助呼叫建立规程来完成过程如下：当主叫DTE发送一个呼叫请求分组时，该分组携带主、被叫DTE地址以及自选业务，进入通信子网，在通信子网节点机上查找路由表并转发至下一个节点，直到传人被叫端DCE。
被叫端DCE向被叫DTE发送入呼叫分组，若被叫DTE同意建立虚电路，则回送呼叫接收分组，该分组沿呼叫请求分组所建的路由反向转发直到主叫端DCE，该DCE再向主叫DTE发送呼叫建立分组，至此，呼叫建立规程执行完毕 呼叫建立过程是一个“握手”规程，在这一过程中，要使逻辑信道号与主被叫地址建立对应关系，同时要预约业务参数X.25的DTE地址字段由 X.121规定，它包括网络标识号及用户DTE标识号，以便寻址及网间互连我国网络标识为460~479可选业务字段是双方要预约的参数，包括分组最大长度，流控窗口大小，缓冲区大小．闭合用户组选定及反向计费等用户业务数据字段用于传送简短的用户管理数据(最多为16字节)， 拆除过程：当数据传输结束后，虚电路任何一端均可发送清除请求分组至本端DTE，DCE接收该分组后，一方面回送清涂确认，通知本端DTE该条虚电路已清除，释放已占 用的逻辑信道，另一方面转发清除请求至下一节点，逐点清除虚电路，直到转发到另一端DCE，向DTE发清除指示分组，远端DTE回送清除确认分组并释放逻辑信道为止，至此整个一条电路就被全部释放了虚电路清除分组中的清除原因指的是网络内部故障或用户请求清除。
诊断码用于提供网络故障统计数据，以便于故障检测和排除 7.3.4 数据传输及流控数据传输及流控 数据传输规程用来管理数据在虚电路上的传输次序、传偷确认和流量控制等虚电路的组网方式采用顺序传输数据分组中的数据字段长度是受限的，X.25推荐的最大数据分组长度为128个字节．也允许选择l 6、32、64、256、512和1024字节．在虚电路建立时，可协商分组的最大长度，一般选用大于128字节是出于传输效率的考虑；当考虑照顾终端缓存区空间较小时，可以选择小于128字节另外，若用户报文太长，只能采用将报文分成若干分组的办法，此时应用M位即可标识出是否对报文进行了分组 为了防止接收缓存区拥塞或溢出，X.25采用滑动窗口法进行流量控制用于流量控制的控制分组有三种：RR(接收准备好)表示可以接收，RNR(接收未准备好)表示缓存将满要求暂停发送，REJ（拒绝分组）表示数据分组有丢失，要求重发这些流量控制类的分组格式见图7-8所示 8 7 6 5 4 3 2 10 0 0 1 LCGNLCNP(R) x x x x x *(a)模8流量控制分组格式（RR、RNR、REJ） 8 7 6 5 4 3 2 10 0 0 1 LCGNLCN0 0 0 x x x x x *P(R)0(b)模128流量控制分组格式（RR、RNR、REJ） 图7-8流量控制分组格式 7.3.5 路由选择路由选择 分组交换过程就是通过在节点处的路由选择来完成的，与网相比，分组数据网的路由选择较为复杂。
分组网中的路由选择是网络层协议的主要功能之一，它是由网络层的软件来完成的分组网可以采用两种方法实现路由选择；即数据报和虚电路当使用数据报方法时，对每一个到达的数据分组都要作一次路由选择；当使用虚电路方法时，只有当虚电路建立时才进行一次路由选择，属于该虚电路的分组将沿着已确定的路由传送，直至该虚电路被拆除下面介绍路由选择方法，来进一步了解分组交换技术 路由选择是分组交换的核心，路由选择的依据经常是根据所选路由是否具有最小权值来进行判断的最小权值包括最短的长度、最小的时延、最少的段数、路由所连接的缓冲器具有最短的队列等路由选择又可以分为静态和动态两种静态选择采用固定策略，动态选择采用自适应策略，即节点的路由表根据网络的负载和链路的状态而不断地变化动态策略比静态策略有更好的性能，但这是以增加网络软件的复杂性为代价的路由选择方法种类可归纳如下：无路由表：泛射式和随机式有路由表：固定路由法和自适应路由法其中，自适应路由法又可分为：孤立式、集中式和分布式三种 1．泛射式路由选择．泛射式路由选择 这是一种比较简单的路由选择技术当采用这种技术时，分组从源点沿着每一条输出的链路发送出去，到达中间节点时，再沿着每一条输出的链路发送出去(到达的链路除外)。
每一个分组的头部都具有源和目的地的地址、虚电路号和序号在到达目的地节点之后，所有重复的分组副本将被丢弃为了防止在网内的分组越来越多，可以采用在每一个分组的头部增加一个标识字段——中继段的数值，一开始把此字段置为一个固定位当分组经过一个中继段时，该数值减去1，直至为0时该分组将不再重新发送图7-9是数据分组逐级向下发送的过程说明，从节点1开始，直到终点节点6 136254136254图7-9 泛射式路由选择 2．随机式路由选择．随机式路由选择 该方法是分组从源节点和中间节点发送时以一定的概率选择某一链路选择第i条链路的概率P则 （7-1）式中：Ci是第i条链路的容量； 是所有侯选链路容量的总和 随机式路由选择是根据链路的容量进行的，这有利于通信量的平衡，但所选的路由一般不具有最小权值 3．固定路由选择．固定路由选择 固定路由选择在每个节点设有一固定的路由表，分组由哪条链路送出，可以通过查阅路由表来决定。
路由表的确定根据所选的路由具有最小权值，如根据源节点到目的地节点具有最短距离来选择路由路由表上标明了到某一目的地节点应当去的下一节点 4．自适应路由选择．自适应路由选择1）独立式）独立式 根据本节点的信息来控制路由选择一种方法是根据本节点中的队列长度来选择路由，在一个节点中，每条输出链路均有相应的队列长度，各条链路的队列长度是不断变化的当一个分组进入该节点以后，该分组将被送至有最短队列长度的输出链路但是队列长度最短的路由在其它方面不一定是最佳的 (2) 分布式分布式 在这种方法中，节点的路由表根据相邻节点的信息每隔一定的时间更新一次每一节点都有一路由表，每隔一定的时间相邻节点送来该节点到所有其它节点的时间延迟值，时间延迟是通过测量得到的在采用分布式自适应路由选择的数据网中，每隔一定的时间(如10秒)交换延迟信息并更新胳由表，从而改善了网络的性能7.3.6 分组交换网分组交换网 分组交换数据网的硬件一般由包交换节点机(PSE)、分组装／拆包设备(PAD)、复用器(MUX)、主机(Host)、终端(T)、调制解调器(Modem)、X.25通信控制卡和通信线路组成。
另外，还用网络控制中心(NMC)来负责全网的运行管理、维护和监测工作 1．分组交换机 分组交换机又称包交换设备，其主要功能是完成分组交换网中的信息交换和通信处理的任务，它是分组交换网的枢纽其主要功能如下：(1) 建立、维持和拆除通信信道，完成通信处理任务；(2) 将所有信息组成一定的格式即组成数据单元(DU)；(3) 完成内部交换及存储转发的功能；(4) 进行路由选择和流量控制；(5) 完成局部的维护、运行管理、故障报告与诊断、计费和一些网路的统计等功能 2．分组装／拆设备(PAD) PAD是分组装／拆设备也是分组网上常用的设备具有集中器的一般功能PAD可以使非分组终端(NPT)方便地入网，因而扩大了分组数据网的应用范围主要功能(1) 提供X..25规程支持，用于与分组交换网的连接与通信；(2) 提供非X..25规程支持，用于与非X .25终端的连接；(3) 向非X..25终端提供通过分组交换网建立呼叫、数传和清除呼叫的能力；(4) 为适应不同终端的要求，向非X.25终端提供观察和修改接口参数的能力 3．复用器(MUX) 复用器就是利用频分或时分复用的技术和原理制成的一种设备．主要起到将若干远程终端的低速数据流复用到与主机相连的一条高速线路的作用，提高线路利用率，降低成本。
多路复用器通常有两种类型．即频分复用器和时分复用器，前者多用于连续信号传输，后者多用于时间离散的数字信号传输下面仅介绍时分复用器主要功能：（1）采用时分复用原理，将若干低速信道复用到一条高速信道；（2）对于某些高档时分复用器，具有内部交换的功能；（3）可实现数据的透明传输 4．集中器 集中器是位于终端和计算机之间的设备在若干终端密集区内，通常为减少通信线路，先把终端接到集中器，然后再经过高速线路将集中器连接到计算机的通信控制器，因此，集中器也是共享线路和提高线路利用率的一种有效设备主要功能：（1）具有统计时分复用器的功能，能够平滑各路终端输入的数据流2）具有缓冲存储和智能能力，当集中器发生超负荷运转情况时，可以对输入信息进行行缓存和排队3）具有通信控制软件，可以执行数据流的复接和分接以及执行传输控制规程 5．主机(Host) 主机是用户一端所要入网的计算机，其主要作用是既要为本地用户入网提供软件和分布式处理功能，又要为网上其他主机与用户共享本机资源提供开放式的网络资源环境各种小型机、服务器、工作站和微机等均可在网中担当主机工作6．调制解调器(Modem) 调制解调器是一种信号变换设备、它完成信号的调制和解调功能。
在计算机网络中，调制解调器是不可缺少的通信设备，因为做为信源的计算机发出的是数字信号，做为信宿的计算机接收的也必须是数字信号，而在进行信号传输，特别是远程传输时，为了利用廉价的公用网的音频模拟信道，就必须在发端把数字信号变成模拟信号，在收端再把模拟信号变回数字信号调制解调器就是完成这两种转换功能的通信设备 主要功能：（1）信号变换功能，把数字脉冲信号变换成模拟信号和把模拟信号变换成数字信号2）传送同步信息，即在同步传输中，收端调制解调器根据数据流中发来的同步信息来保证收发端同步3）提高数据传输的可靠性，补偿信号损伤4）通过调制来完成信道的多路复用7．通信卡(LCU) 通信卡又称线路通信单元(LCU)，其主要作用是完成并/串转换，控制串行通信和完成机内与线路上的电平匹配通信卡的分类有用于典型非分组终端上的异步卡，插上这类卡 的终端只能接征PAD上通过X.28建议入网；有同步卡和X..25卡，它们之间的主要区别在于通信协议和差错控制上8．终端(Terminal) 终端是网中的信息源点，是用户访问网络的直接界面设备，其种类繁多，功能也各异 尽管终端有不同的种类，但它们基本上均包括输入／输出设备、通信控制部分和通信线路连接等三部分，主要完成信息采集、处理和运算功能。
7.4 帧中继技术帧中继技术 7.4.1 概述概述 帧中继(Frame Relay，FR)技术是在OSI第二层上用简化的方法传送和交换数据单元的一种技术帧中继技术是在分组技术充分发展，数字与光纤传输线路逐渐替代已有的模拟线路，用户终端日益智能化的条件下诞生并发展起来的帧中继仅完成OSI物理层和链路层核心层的功能，将流量控制、纠错等留给智能终端去完成，大大简化节点机之间协议；同时，帧中继采用虚电路技术，能充分利用网络资源，因而帧中继具有吞吐量高、时延低、适合突发性业务等特点帧中继对于基于信元的异步转移模式(ATM)网络，是一个重要的接入 可选项帧中继作为一种附加于分组方式的承载业务引入ISDN，其帧结构与ISDN的LAPD结构一致，可以进行逻辑复用，作为一种新的承载业务，帧中继具有很大的潜力，主要应用在广域网(WAN)中，支持多种数据型业务，如局域网(LAN)互连、计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)、文件传送、图像查询业务图像监视等帧中继技术归纳为以下几点： 帧中继技术主要用于传递数据业务，它使用一组规程将数据信息以帧的形式简称帧中继协议有效地进行传送。
帧中继传送数据信息所使用的传输链路是逻辑连接，而不是物理连接，在一个物理连接上可以复用多个逻辑连接，使用这种机理，可以实现带宽的复用和动态分配 帧中继协议简化了X.25的第三层功能，使网络节点的处理大大简化，提高了网络对信息处理的效率采用物理层和链路层的两级结构，在链路层也仅保留了核心子集部分 在链路层完成统计复用、帧透明传输和错误检测，但不提供发现错误后的重传操作省去了帧编号、流量控制、应答和监视等机制，大大节省了交换机的开销，提高了网络吞吐量、降低了通信时廷一般FR用户的接入速率在64kbit／s一2Mb/s之间，高速FR的速率已提高到(8—10)Mbit/s，今后将达到45Mbit／s 交换单元一帧的信息长度远比分组长度要长，预约的最大帧长度至少要达到1600字节／帧，适合于封装局域网的数据单元 提供一套合理的带宽管理和防止阻塞的机制，用户有效地利用预先约定的带宽，即承诺的信息速率(CIR)，并且还允许用户的突发数据占用末预定的带宽，以提高整个网络资源的利用率 与分组交换一样，FR采用面向连接的交换技术可以提供SVC(交换虚电路)业务和PVC(永久虚电路)业务，但目前已应用的FR网络中，只采用PVC业务。
根据上数帧中继技术的特点，帧中继技术适用于以下3种情况： 当用户需要数据通信时，其带宽要求为64kbit／s一2Mbit／s，而参与通信的各方多于两个的时候使用帧中继是一种较好的解决方案 通信距离较长时，应优选帧中继因为帧中继是一种网络，帧中继的高效性使用户可以享有较好的经济性 当数据业务量为突发性时，由于帧中继具有动态分配带宽的功能，选用帧中继可以有效地处理突发性数据7.4.2 帧中继业务帧中继业务 帧中继业务是在用户一网络接口(UNI)之间提供用户信息流的双向传送，并保持原顺序不变的一种承载业务用户信息流以帧为单位在网络内传送，用户一网络接口之间以虚电路进行连接，对用户信息流进行统计复用帧中继业务应用如图7.10所示 帧中继网络提供的业务有两种：永久虚电路和交换虚电路永久虚电路是指在帧中继终端用户之间建立固定的虚电路连接，并在其上提供数据传送业务永久虚电路是端点和业务类别由网络管理定义的帧中继逻辑链路与X.25永久虚电路相类似，PVC由始发帧中继网络地址、始发数据链路控制标识、终接帧中继网络地址和终接数据链路控制标识组成。
始发是指启动PVC的接入接口，终接是指PVC终止的接入接口许多数据网络客户需要两个端点之间的PVC有连续通信需求的数据终端设备使用PVC 交换虚电路是指在两个帧中继终端用户之间通过虚呼叫建立虚电路连接，网络在建好的虚电路上提供数据信息的传送服务；终端用户通过呼叫清除操作终止虚电路目前世界上已建成的帧中继网络大多只提供永久虚电路业务，对交换虚电路及有关用户可选业务也可以提供支持帧中继业务网络主要考虑几个方面：1．信息传递速率 指端到端的通信速率，目前用户终端可能使用的速率有标准化的64kbit／s、多个64kbit／s速率或低于64kbit/s的速率2．信息传递能力 表示端到端间被传送信息的类型例如“不受限的数字信息”是指将发信者送出的比特流不作任何改变传送给受信者也称作比特透明 LANLANLAN非FR终端FR路由器/网桥FR网 络/PVCFR路由器/网桥FR网 络/PVCFR路由器/网桥FRAD非FR终端非FR终端FR网 络/PVCFRADFRAD图7-10 帧中继业务应用 3．通信的建立 表示从受理用户请求到建立通信为止的时间关系有用户根据需要而进行通信的即时连接，预订连接和专线连接。
4．对称性 指发信者与收信者间建立呼出、呼入通路有关的属性在呼出和呼入方向上属性完全相同的业务称作“双向对称”即便有一个属性不同的业务也被称作“双向非对称”只能建立单向通信的业务称作“单向业务”5．通信配置 表示进行通信的地点是点到点、点到多点的还是多点到点或多点到多点的 6．接入通路及其速率表示用户一网络接口上通路类型的属性7．接入协议 表示为了实现业务在用户一网络接口上所用的协议类型的属性例如，ISDN接入协议中的I.441和I.451，分别规定了ISDN用户一网络接口第二、三层的规范X.25则规定了在分组方式下传送数据所采用的协议 7.4.3 帧交换业务帧交换业务 帧交换承载业务的基本特征与帧中继业务相同，其全部控制平面的程序在逻辑上是与用户面相分离的，而且物理层用户面程序使用I.430／I.43l建议，链路层用户平面程序使用I.44l建议的核心功能，能够对用户信息流量进行统计复用帧中继网由用户终端、接人设备、交换机和数据链路组成，如图7-11所示帧中继是一种面向连接的通信方式，经过呼叫建立虚连接，虚连接由DLCI来进行识别，多条虚连接复用在同一物理错路上。
两个终端之间的虚连接分成为若干段，每个段有相应的DLCI，图中有两条虚连接 图7-11帧中继网络组成 7.4.4 帧中继协议参考模型帧中继协议参考模型 如图7-12是开放式系统互连(OSI)、电路方式(TDM)、X.25和帧中继协议参考模型的示意图 7应用层6表示层5会话层4传输层3网络层2数据链路层1物理层OSI参考模型物理层3网络层2数据链路层物理层2数据链路层物理层TDM模型X.25模型FR模型图7-12 帧中继与其它参考模型对比 7.4.5 帧中继的带宽管理帧中继的带宽管理 帧中继网络适合为具有大量实发数据(如LAN)的用户提供服务，因为帧中继实现了带宽资源的动态分配，在某些用户不传送数据时，允许其他用户占用其数据带宽这样，对于用户来说，要得到高速低时延的数据传送服务需交纳的通信费用大大低于专线网络通过为用户分配带宽控制参数，对每条虚电路上传送的用户信息进行监视和控制，实施带宽管理，以合理地利用带宽资源 7.4.6 常用的帧中继技术术语常用的帧中继技术术语1．吞吐量(Throughput) 吞吐量是在一个方向上单位时间传送的连续数据比特的数量。
显然吞吐量与数据速率有关假设三个信息帧用了2秒时间传送，第一个帧长为68个八比特组，第二个帧长为171个八比特，第3个帧长为97个八比待组，其吞吐量则为1344bit／s2．端口(Port) 端口是通过公用通信交换机到达帧中继网络的入口点端口速率必须由用户在向通信公司申请业务时选定一个端口可以有多个PVC3．信息完整性 当由网络传送的全部帧满足FCS有效检验时，可以保持信息的完整性 4．接入速率（AR） 用户接入通路的数据速率，接入通路的速度决定了端点用户把多大的数据量(最大速率)送入网络中.5．承诺突发量(BC) 在时间间隔Tc期间，一个用户可能向网络提供的最大承诺数据总量BC是在呼叫建立时商定的6．超过的突发量(BE) 在时间间隔Tc期间，用户能超出BC的最大允许的数据总量通常以比BC低的概率传送该数据(BE)BE是在呼叫建立时商定的 7．承诺速率测量间隔(Tc) 允许用户只送出承诺的数据总量(BC)和超过的数据总量(BE)的时间间隔8．承诺信息速率(CIR) 在正常情况下提交网络传递的信息传递速率该速率是在时间Tc的最小增量上求得的平均值CIR值是在呼叫建立时商定的。
9．拥塞管理 它包括网络工程、检测拥塞开始的OAM程序和防止拥塞或从拥塞中恢复的实时机理拥塞管理包括在下面规定的拥塞控制拥塞避免和拥塞恢复，但是并不仅限于这些 10．拥塞控制 拥塞控制是指在同时发生啤值业务量需求或网络过负荷(例如，一些资源故障)情况期间，为防止拥塞或从拥塞中恢复的实时机理拥塞控制包括拥塞避免和拥塞恢复机理11．拥塞避免 拥塞避免程序是指为了防止拥塞变得严重，在出现轻度拥塞时或在它之前起始的一些程序拥塞避免程序运用在轻度拥塞和严重拥塞的范围内及其周围12．拥塞恢复 拥塞恢复是指为避免拥塞而起始的一些程序，以防止端点用户所感受到的由网络提供的服务质量的严重恶化当网络由于拥塞已经开始舍弃一些帧时，通常就要发动这些程序拥塞恢复程序运用在严重拥塞区域内及其周围 13．残余差错率 对各种帧方式承载业务和相应的层服务应规定残余差错率相应于帧方式承载业务的层服务是由业务数据单元(SDU)的交换来表征的对于帧中继而言，是在建议Q．922核心功能和在它们之上执行的端到端协议之间的功能性界面上交换SDU借助于帧协议数据单元(FRDU)网络参与这种交换在帧中继中，FPDU是在建议Q．922核心功能中规定的那些帧。
14．传送的有误帧 在一个被传送的帧中，有一个或多个比特值处于差错情况时，或者在帧中的一些比特、但不是全部比持被丢失或额外增加时(即在原始信号中没有出现过的比特)(见建议X．140)，就把这个被传送的帧下定义为有错误的帧 15．重复传送的帧 如果下面两种情况存在的话，则把一个特定目的地用户接收的帧D定义为重复的帧： (1) D不是源点用户产生的； (2) D与先前传送到那个目的地用户的帧完全相同16．传送失序的帧 考虑一个帧序列Fl，F2，F3，F n，……，最后传送Fn如果被传送的帧Fi在Fi+l…..，Fn任何帧之后到达目的地，则把Fi下定义为失序17．失帧 当在一个待定的越限时间内，一个被传送的帧没有传到指定的目的地用户，并且网络对未送达负责(见建议X.140)时，则称该帧为失帧 18．误传帧 一个误传帧是从一个源点传送到目的地用户以外的其他某个目的地用户的帧至于信息的内容是否正确是无关紧要的(见建议X.140) 其中吞吐量和时延是两个重要的参数现有X.25分组网络由于协议处理和数据传输的选路方式比较复杂，网络进行数据处理的时延较大，约为50ms，信息在网络层即第三层进行复用。
而帧方式承载业务在用户平面上简化了协议的操作，使网络对每个协议数据单元的处理效率有所提高，从而提高了吞吐量，降低了时延，时延约为3ms，信息在链路层即第二层进行统计复用，使更多的呼叫可以共享网络资源但是在业务流量超过了网络处理能力的情况下，在U平面应该进行拥塞控制，否则将会影响网络性能 7.5 ATM技术技术 ATM（Asynchronous Transfer Mode）即异步转移模式的缩写，是电信网络发展的一个重要技术，是为解决远程通信时兼容电路交换和分组交换而设计的技术体系传统的N-ISDN的业务能力已经不能适应市场的需要，因此，提出宽带综合业务网B-ISDN的概念，ATM技术应运而生 7.5.1 ATM的基本概念的基本概念 为了能够支持任何类型的用户业务（如：语音、图像和数据应用等），ATM网络的目标是提供一个高速率、低延时的复用和交换网络因此，ATM将用户的业务流拆分或组装成固定大小的信元，并以此为基础进行复用和交换等处理ATM信元长度为53个字节，信元长度的确定是兼顾PCM30/32和PCM24体系的结果其中5个为信元头，48个为用户净荷。
ATM网络通过信元头内的虚电路标示符来识别一个信元的相关属性，并以该标识符经高速交换机，将源自用户端的信元中继送达目标端的用户 ATM网络不对信元内的用户净荷做出错误检查，也不提供重传服务，对信元头的处理也尽可能地简化 ATM信元在分组交换方式中，分组长度可变时的传输效率高于分组长度固定的情况但对于带网来说，这种效率的提高是有限的，却要求处理速率高，缓冲器管理和容量设计也较复杂；此外，使用固定长度的分组、可以预测排队时延和网络的总时延；固定长度的分组，使交换机的结构较简单，性能更可靠，故ATM采用固定长度的分组 在使用ATM技术的通信网(简称ATM网)上，用户线路接口称作用户-网络接口，简称UNI，中继线路接口称作网络-节点接口，简称NNI在UNI和NNI上，信头的定义有所不同如图7-13所示ATM信元路上的发送顺序是从左到右，从上到下图中各符号的意义如下： GFC(Generic Flow Contro1)：一般流量控制字段VPI(Virtual Path Identifier)：虚路径标识符VCI(Virtual Channel Identifier)：虚通道标识符。
CLP(Cell Loss Priority)：信元丢弃优先级HEC(Header Error Control)：信头校验码校验多项式为 两种接口上ATM信头的不同之处，仅在于NNI接口上没有定义GFC域，VPI占用了12个比持对上述的信头中的各个域的用途进一步说明如下；1．GFC用于控制用户向网上发送信息的流量 GFC的编码如下；0000 终端是非受控的分配的信元或在非受控的ATM连接上0001 终端是受控的未分配的信元或在非受控的ATM连接上0101 终端是受控的信元在受控的ATM连接组A0011 终端是受控的信元在受控的ATM连接组B有关GFC的功能示意见图7-13 Bit 7Bit 6Bit 5Bit 4Bit 3Bit 2Bit 1Bit0VPIVPIVCIVCIVCIPTCLPHECNNI信头格式 Bit 7Bit 6Bit 5Bit 4Bit 3Bit 2Bit 1Bit0GFCVPIVPIVCIVCIVCIPTCLPHEC UNI信头格式图7-13 NNI和UNI信头格式 2．GFC的功能 信头中的GFC提供对于ATM连接的流量控制，以便减轻瞬间的业务量过载。
GFC仅用于用户一网络接口上，用来控制终端流入网络的业务量GFC的协议使用分配的和未分配的信元来传送GFC编码目前在ITU—T I.150和I. 361建议中规定了两种操作方式：（1）非受控方式：不使用GFC程序，GFC字段置为00002）受控方式：使用GFC程序GPC程序完成以下三项主要功能： 在UNI接口的全部ATM连接上实施业务量的循环停止(Cyclic Halt)控制以减少业务量； 在受控ATM连接上实施业务量的接入控制；向控制设备指示受控ATM连控上的业务量目前GFC程序支持两组受控ATM连接(A和B组)3．VPI和VCI ATM的连接分为虚信道(Virtual Channel一VC)和虚通路(Virtual Path—VP)两个等级VC是具有相同虚信道标志的一组ATM信元的逻辑组合，VP是传大量同时存在的VC的高速通路 ATM物理链路可以同时支持多个VP的连接，每个VP都有其自己的标志VPI；而一个VP中又同时有多个VC对每个VC而言，它有其自己的标志VCI和它所在的VP的标志VPIVC、VP与物理链路的关系如图7-14所示在信头中有16个比特来表示VCI。
对于VPI，在用户网络接口(UNI)的信头中有8个比特，在网络节点接口(NNI)处有12个比特，以便更多的标识VP连接图7-14，给出了VPI与VCI之间的关系 VC1VC1VC2VC2VP1VP2图7-14 VPI与VCI的关系 从图中可以看出，相同VPI中包含了不同的VCI(VC121、VC122)，在一个虚通路VP内包含多个虚信道VC，具有“捆绑在一起”意思7.5.2 ATM协议参考模型协议参考模型 在ITU-T的I.321建议中定义了B-ISDN协议参考模型，如图7-15所示它包括三个面：用户面、控制面和管理面，而在每个面中又是分层的，分为物理层、ATM层、AAL层和高层 图7-15 ATM协议参考模型 协议参考模型中的三个面分别完成不同的功能：1．用户平面采用分层结构，提供用户信息流的传送，同时也具有一定的控制功能，如流量控制、差错控制等2．控制平面采用分层结构，完成呼叫控制和连接控制功能，利用信令进行呼叫和连接的建立、监视和释放3．管理平面包括层管理和面管理其中层管理采用分层结构，完成与各协议层实体的资源和参数相关的管理功能同时层管理还处理与各层相关的OAM信息流；面管理不分层，它完成 与整个系统相关的管理功能，并对所有平面起协调作用。
各层的功能： （1） 物理层又划分为两个子层：PM（物理媒体子层）和TC（传输会聚子层）PM（物理媒体子层）负责线路编码光电转换、比特定时，以确保数据比特流的正确传输；传输会聚子层功能为信元速率解解耦；HEC的产生/校验；信元定界；传输帧适配；传输帧产生/恢复2） ATM层主要完成四项功能一般流量控制；信头的产生和提取；信元VPI/VCI的翻译；信元复用和分路3） AAL（ATM自适应层） 其功能是将高层功能适配成ATM信元AAL层的目的是使不同类型的业务，包括管理平面和控制平面的信息，经过适配之后都可用统一的ATM信元形式来传送AAL层与业务有直接关系AAL层对不同类型的业务进行不同的适配对于ATM用户，AAL在用户终端设备中实现；对于非ATM用户，AAL在UNI的网络侧设备中实现AAL层又分为两个子层：拆装子层SAR和汇聚子层CS在发送端，需要将业务流适配到ATM层，SAR将高层信息分段为固定长度和标准格式的ATM信元；在接收端，在向高层转接ATM层信息时，SAR接收ATM信元，将其重新组装成高层协议信息格式CS执行定时信息的传递、差错检测和处理、信元传输延迟的处理、用户数据单元的识别和处理等功能。
三、三、ATM支持的业务划分支持的业务划分ATM在支持的业务方面，可以划分成四种业务类型：如表7-2所示 业务类型A类B类C类D类源和终点之间是否有定时关系要求不要求比特率固定可变业务举例电路仿真，恒定比特率业务：语音，视频，专线可变比特率业务：语音、视频X.25/FRSMDS/IPAAL类型AAL1，AAL2AAL2，AAL1/5AAL2，AAL3/4，AAL5AAL3/4表7-2 四种业务的划分依据是：1．恒定比特率或变比持率 恒定比特率业务即以恒定速率持续不断地传送数据的业务；变比特率业务也是以恒定速率传送数据的业务，但传送过程是断断续续的，因此从宏观角度看，其传送速率被认为是变化的2．联结型或非联结型 面向连接的业务是联结型业务，否则是非联结型业务是联结型业务的例子，电报是非联结型业务的例子 3．通信双方时钟同步或不同步 有些业务需要通信双方的时钟保持同步，有些则不需要例如；数字话音业务和数字电视业务显然需要双方时钟同步，而计算机数据通信则不需要语音通信和普通图像通信(电视)属于业务类型A，经压缩的分组化图像通信属于业务类型B，分组交换网中的虚电路和数据报业务可以分别看作是业务类型C和D的例子。
根据上面的认识，人们试图在同样的ATM层通信能力基础上，通过不同的AAL层规程来提供不同的通信能力，满足不同的业务需要白前已经定义了4种不同的AAL层规程分别提供不同的通信能力 四种不同的AAL层规程分别记作AALl、AAL2、AAL3／4和AAL5AAL1提供业务类型A使用的通信能力，可以选择具备或不具备前向数据纠错的能力可以在数据丢失或出现不能纠正的错误时给予指示不使用反馈重发方法纠错 AAL2与AALl的区别仅在于它是供传送变速率数据使用，因此是提供业务类型B使用的通信能力最初定义的两种不同的AAL规程—AAL 3和AAL4，目前已经成为完全相同的规程，并统称为AAL3／4它提供业务类型C使用的通信能力 AAL 5是另一种提供业务类型C使用的通信能力的AAL规程它的出现比AAL3／4晚，但因为它比AAL3／4更简单并更适合用于传送的大的数据分组，所以目前使用更为广泛除了用于计算机数据通信外，也用于压缩电视信号的传送 对于恒定比待率(CBR)业务，通常是指电路仿真、话音或连续比特率的视频 对于可变比特率(VBR)业务，一般分为两类。
一类是实时性的，另一类是非实时性的实时性业务通常是指压缩的，分组视频图像业务而非实时的业务一般是指数据传送，例如LAN互连 可用比特率业务(ABR)通常是指计算机通信的应用，例如TCP／IP等协议的应用而未规定的比特率业务(UBR)一般是由用户自己定义的，而不保证服务质量 7.5.3 AAL层协议层协议 为了使ATM层能与业务类型无关，设置AAL层来适应各种业务，将高层的PDU作为AAL—SDU，并将其适配到固定长度(48个字节)作为ATM一SDU装入信元的信息字段，并完成其逆过程从功能上可将AAL分为两个子层，即会聚子层(CS)与拆装子层(SAR)有关AAL的协议结构如图7-16所示 CS子层又可分为公共部分CPCS和业务特定的部分SSCS前者的功能是检出信元的丢失与错插、对误码的保护，后者提供业务特定的功能(对不同的业务有不同的功能)，例如时延处理、源时频率恢复和流控等 业务特定会聚子层（SSCS）分段和组装子层（SAR）公共会聚子层（CPCS）ATM业务接入点图7-16 AAL协议结构 SAR子层的主要功能是将来自CS的CS—PDU分割为ATM信元信息字段的大小，其逆过程是将ATM信元信息字段重组为CS—PDU。
在实施拆装时维持SAR—PDU的传送顺序，提供误码检出与保持功能 由于B—ISDN业务的多样性，不可能用单一的CS和SAR规程来支持，在1990年的B一ISDN建议中设计了四类AAL规程(命名为AAL1、AAL2、AAL3和AAL4)来分别支持表7-2中标明的A、B、C、D四类业务进一步的研究表明，适当扩展AAL3使可将AAL4看成是AAL3的一个子集(其SSCP可以是空的)，从而决定合并为AAL3／4，此外 考虑到某些应用的需要，在1992年B—ISDN建议中又开发了新的AAL规程(AAL5)1996年ITU—T又在着手开发支持低速数据和话音的复合AAL7.5.4 AAL协议说明协议说明1．．AAL1 AAL规程用于支持A类业务，如图7-17所示的AALl的PDU编码说明其主要功能，其中后两项功能是为某些A类业务而特定设计的 图7-17 AALl的PDU编码主要功能 （1）维待AAL—SDU信息序列的完整性 来自高层的CBR信息流作为AAL一SDU以46(当下述P字段不用时为47)个字节为单位装入SAR—PDU的净荷中为了在目的地能按顺序重组为连续的用户信息数字流，在SAR—PDU结构小设置序号(SN)字段，用3bit序号计数(SC)进行模8计数，为了抗误码影响，设置了3bit CRC对(CSI十SC)进行校验，还同时使用E bit对(CSI十SC十CRC)进行偶校验。
用此方法接收器能校正SAR—PDU头部的单比特误码或检出多比特误码，达到序号保护的目的，并据此可发现丢失错插的信元2）源钟频率恢复 A类业务需要维持源端与目的地的用户信息数字流的定时关系，这可通过三种方法(同步图案法、SRTS法和自适应时钟法)来实现 同步图案法在AAL的SDU内含同步图案，因而此法无需AAL1规程支持 在自适应时钟法中，接收器将收到的信息字段写进缓冲器并用本地时钟读出，利用缓冲器的填充水平控制锁相环以产生本地时钟， SRTS法称为同步剩余时间标签法，这是在法国提出的自动频率同步法和美国提出的时间标签了s法的基础上折衷而成的发送器提供对本地业务钟与网络参考钟的频率差的度量，将这一差值编码为4bit的剩余时间标签RTS，利用具有奇数序号的SAR—PDU头部的CSI比特来传送RTS，接收侧利用RTS和网络参考钟来重建本地业务时钟3）结构数据转送(SDT) 基于ISDN的64kbit/s电路模式运载业务(CMBS)需要维持8kHz结构数据的完整性，为实现这一点可采用SDT法在SAR—PDU净荷中设置一个字节作为指针(P)字段，用其中7bit表示结构块起始位置与P字段之间以字节数计算的偏移值，从而保证在接收侧恢复结构数据。
对于不要求SDT的业务，P字段也可用于传送AAL用户信息4）对AAL—SDU的误码保护 为防止误码和信元丢失对高质量视频业务传送的影响，可采用前向纠错(FEC)方法使用Reed—Solomon(128，124)码，即每124个字节的AAL—SDU之后加入4个字节的校正码作为一行，以47行组成一矩阵，然后将矩阵倒置(即原来逐行写入，现在逐列读出) 作为一个CS一PDU，重新以47个字节为一组分装到128个SAR—PDU净荷中，以CSI比特指示字节间插矩阵的第一个字节2．．AAL2 AAL2规程设计用于支持时延敏感性的业务(例如短分组和低速数据)，需实现元的机理，即将53个字节的ATM信元切割成若干个小信元详细规范见ITU—T建议I．363．23．．AAL3/4 AAL3／4规程用于支持C与D类业务，即VBR且不要求维持源与目的地间定时关系的业务1）会聚子层的业务特定部分(SSCS) D类的CL业务无需SSCS支持(这时单个AAL一SDU直接映射为CPCS—SDU) C类(例如帧中继)业务需要SSCS支持根据一个AAL一SDU是以一个或多个AAL —IDU(接口数据单元)的型式跨过AAL接口而分为消息(message)模式和脉串(streaming)模式。
对消息模式，SSCS内部可提供组块／解决功能(在一个SSCS—PDU中传送一个或多个固定长度的AAL一SDU)和分段／重组功能(单个可变长度的AAL—SDU可在一个或多个SSCS—PDU中传送) 对脉串模式，SSCS内部可提供分段／重组功能，此外还可提供管道(pipelin)功能，即不必等收完一个AAL—SDU就可以传送 除上述功能以外，SSCS还可提供流控和重传丢失或错误的SSCS—PDU的功能2）会聚子层的公共部分(CPCS) CPCS的编码如图7-18所示来自高层(例如CLNAP—PDU)或SSC5一四H的消息作为CPCS—SDU写入CPCS—PDU的净荷中，其长度可变，当其实际长度不是4字节的倍数时采用PAD字段(0~3字节)补足，然后在其前与后备加入4个字节分别作为CPCS—PDU的头部与尾部 图7-18 CPCS的编码说明 （3）分段拆装(SAR)子层 SAR子层的主要功能是将可变长度的CPCS一PDU(作为SAR—SDU)分段装到具体规定长度(44个字节)的多个SAR—PDU净荷中(其逆过程为重组)此外SAR子层应允许装有不同的SAR一SDU的SAR——PDU间插，即在同一ATM连接上支持多个CPCS连接。
这些功能是由SAR—PDU的头部与尾部实现的4．．AAL5 AAL5提供和AAL3／4基本相同的功能同时，和AAL3／4一样，AAL 5也分为SAR子层和CS子层并且，CS子层进一步划分为CPCS和SSCS其中，在CPCS子层上面可以有不同的SSCS子层，用于满足不同的业务需要 但是，AAL5在功能的实现和各个子层的功能划分等方面又与AAL 3／4有很大不同总体上说，AAL5比AAL3／4要简单并且效率较高特别是在传送的大的数据分组时，其信道利用率显著高于AAL3／4但是，它不如AAL 3／4的功能完备7.5.5 ATM交换交换 从交换技术出发，ATM信元的交换与数据分组交换具有相似性，但前者是为了满足实时性业务的要求 ATM交换是电路交换和分组交换的一种结合 在ATM交换机上连接到用户线和中继线，所传送的数据单元都是ATM信元因此对ATM交换机而言，在很多情况下不必区分用户线和中继线，而称向交换机送入ATM信元的线路为入线，接受交换机送出ATM信元的线路为出线ATM交换机的任务就是根据输入的ATM信元(的VPI和VCI)，把该信元送到相应的出线。
ATM交换机一般由三个部分构成，如图7-19所示 图7-19 ATM交换机的基本任务 1．入线处理和出线处理 入线处理部件对各入线上的ATM信元进行处理，使它们成为适合交换机内交换单元的形式，并作同步和对齐等工作出线处理部件对ATM交换单元送出的ATM信元进行处理，以适合路上传输的形式2．交换单元 交换单元的任务就是把入线上的ATM信元依照其信头内标明的VPI／VCI，转送到相应的出线上去此外，ATM交换单元，还应具备ATM信元的复制功能，以支持多播业务 在ATM交换单元中，要考虏的一个问题是出线冲突所谓出线冲突，就是若有两条(或两条以上)入线的信元，同时要向某一条出线传送所导致的出线争用解决出线冲突的方法 有两种，缓冲和丢弃缓冲的方法是把因发生出线冲突而不能立即送到出线上去的信元，放在交换机内暂存，待出线空闲时再发送；丢弃的方法，是把不能按时送至出线的信元予以丢弃交换单元的结构可分为两大类，即空分结构和时分结构3．控制单元 ATM控制单元的任务，是对其交换单元的动作进行控制由于控制交换机动作的信号和运行维护信息也都是以ATM信元的形式传送的，因此，ATM控制单元应有接收和发送ATM信元的能力。
4．ATM交换过程 ATM交换机除了具有上述协议功能外，另外需要增加的功能就是VP／VC交换，或者VPI／VCI翻译变换(Translation)根据分层方法，将VCI值保持不变的一段(可以由沿物理路径的两个或多个ATM网络节点串接而成)称为一条VC链路，相应地将VPI值保持不变的一段称为VP链路在一条VCC／VPC中可能经过若干次VCI翻译变换，典型的VC链路可以由多条VP链路组成如图7-20所示 图7-20 VCC和VPC的关系 VPI/VCI值发生变化的ATM网络节点．一般为ATM交换机或交叉连接器交叉连接器支持经控制而建立的水久或半水久虚连接(通称为PVC：Permanent Virtual Connection)，ATM交换机则支持交换式虚连接(SVC：Switched Virtual Connection)两种交换／交叉方式均可以是VP交换(VPI值发生改变，而VCI值不变)或VC交换(VPI和VCI值均发生改变)图7-21给出了VC交换和VP交换的描述和说明 (a) (b)图7-21 VC交换和VP交换的示意图 7.5.6 ATM业务流量管理业务流量管理 ATM业务流量管理是ATM支持具有不同业务流量和不同QoS需求应用的基础。
它的目标不仅是为实时性的应用分配充足的资源，以满足不同的业务流量和QoS方面的需求，还要避免其它应用超出协定的业务量负荷过重的负荷，可能会使那些实时性的应用所需的带宽和QoS发生劣化为达到上述目标而设计的控制机制，称为业务流量管理机制管理机制分为基于连接的和基于逐个信元的管理它们分别在宏观上和微观上管理业务流量的动作和行为基于 连接的业务流量管理又包括连接许可控制和网络资源管理为支持宽带应用，ATM网络应具备所有这些管理功能连接的业务流量管理 基于连接的业务流量管理，是针对每个连接，在连接建立阶段所实施的操作对于具有可预测业务流量行为的应用，这类管理特别有效许可控制 对于—个新连接请求，ATM网络要执行一系列的操作，以决定是否有足够的资源来支持新的应用这样一个过程称为连接许可控制(CAC：Connection Admission Control)如果一个连接请求被接受了，在网络和应用端点之间要建立一个业务流量协定而在连接建立好之后，对协定的道守则需要通过逐个信元的业务流管理过程来监测和处理 为避免网络资源的不当承付，以及为了保障网络中已有应用的带宽和QoS，CAC是很关键的因素。
对于实时的应用，CAC更是特别重要在实时性的串流应用中，由于具有可预计的业务流量模式而且易于描述，因此CAC可以简单明了地操作而对于阻塞式的实时性应用，由于业务流量模式不具可预见性，而且难以描述说明，因此只能以统计方式应用CAC3．网络资源管理 在ATM网络中，存在两套关键性资源，一个为带宽，另一个为缓冲区网络资源管理(NRM)就是在连接建立阶段，按连接请求为一个应用分配带宽和缓冲区实际上，对于一个新连 接请求，是否有可利用的资源，CAC依赖于NRM的报告NRM要在沿物理路径上的所有交换机中，管理可利用的带宽和缓冲区，以便对所有的应用而言网络资源不会发生过度承付，同时为所有应用确保QoS为了简化具有相同业务流量和相同QoS需求的业务的识别，NRM功能可以包括将具有同类业务分配相同VPI的功能4．基于逐个信元的管理 在建立好一个连接后，为确保所建立的业务流量协定在连接的生存期内得以遵守，有必要对逐个信元的传输行为进行监测和控制只有这样，所有的应用才能够获得对资源的合理占用，才能使其性能得到相应的保障基于逐个信元的业务流量管理机制有很多种，分述如下 （1）利用度参数控制 在CAC应允一个应用连接后，要以连接建立信息为基础，在网络和用户端点间要设立一个业务流量协定。
这个协定规范了应用产生的业务流量特性和网络提供的QoS为了确保协定被端点遵守，网络需要对每个连接所生成的业务流量进行监督，否则端点的无意或恶意的不当行为可能会影响到为其它应用提供的QoS利用度参数控制(UPC：Usage Parameter Control)就是由网络在UNI实现的监督机制UPC可以丢弃或标记那此违反协定的信元，其中标记(tag)就是将ATM信元头中的CLP比特置为低优先级UPC也可以在网络中实现，这时称为网络参数控制(NPC) ATM论坛为UPC设计的性能要求包括：捡侧不一致业务业量的能力；改变被检测参数的能力；快速响应用户对协定的违背；保持针对不一致用户的操作，而对一致用户透明2）调度 调度(scheduling)以逐个信元为基础，为每个连接分配带宽，一般在ATM交换机的输出端口实现调度的目标，是为不同类别的服务提供特定的QoS支持一个应用分配一个输出排队缓冲区，并以循环顺序逐个排队服务一次(发送一个信元)，这样的调度算法称为循环赛(round—round—robin)算法根据相对 带宽为每个排队设定服务次数权重，就得到了加权循环赛(round—round—robin)算法。
3）缓冲器管理 缓冲器管理，是—种在ATM交换机中分配缓冲器资源的管理机制FIFO四调度是在每个输出端口设立单个排队，并采用FCFB(先到先缓冲：First Coming First Buffered)排队算法的一个方式FCFB简单，易于实现，但只为应用提供一种类别的服务，在ATM网络中有明显的缺点对于像IP这样的高层协议，由于IP分组在向网络发送之前，要拆分为多个ATM信元，因此，信元丢失会在分组层次上发生概率放大效应 ATM网络中，基于分组的缓冲器管理机制也称为选择式信元抛弃(selection cell discarding)其基本思想是，当排队出现溢出后，某个分组的某个信元被丢失后，所有后续的从属于同一分组的其它信元将全部被丢弃以ALL5来承裁IP时为例，通过信元的PTI域来区分信元是否从属同一分组(最后一信元PTI为001或011)这样一种方法也称作为PPD(部分分组抛弃；partial packet discard) 显然，一个分组出现部分信元丢弃后，已发送的分组信元也是无效的更有效的方法是在缓冲器接近溢出时，从新到分组的每一个信元开始，将所有同属于一个分组的信元全部抛弃。
这种丢弃全部分组的方法，称为提早分组抛弃(EPD： Early Packet Discard)EPE比PPD在减小分组丢失率方面更有效4）CLP控制 ATM信元头中的CLP比特，提供了一种简单的指示信元优先级的途径CLP＝0指示正常优先级，CLP＝1则表示低优先级通常在源端CLP缺省为0而如果CLP＝1，则表明，当网络发生拥塞时，这类信元可以丢弃 UPC在判别出业务流量超出了业务流量协定时，可以将信元的CLP设为1，这个过程称为信元标记(tagging)沿物理路径上的任何一个交换机，在感受到拥塞时可以丢弃那些被标记信元 （5）反馈控制 以上提到的业务流量控制机制，隐含了一个基本假设，即应用向ATM连接传送的信元速率是在连接建立时确定的，并随后作为业务流量协定的一部分得到遵守由于不存在可以由网络和接收方来调整，并得到新的业务流量条件的反馈机制，因此上述方法被称为开环控制(open loop control)范式 对于实时串流这样的应用，由于业务流量可预测性较好，开环控制是有效的但对于实时阻塞式应用和非实时应用，在呼叫设立时建立的业务流量协定，其有效性只可能是过滤性的特别是非实时应用，由于可利用带宽不断交化，业务负荷的产生应该在运行中控制。
这只有通过网络或者接收方的反馈信 息，来实时地调整业务流端提交给网络的业务流量这种闭环控制范式，是ABR业务中的核心5．业务流量协定 业务流量协定是ATM业务流量管理模式中最基本和最重要的成份，它规范了用户和网络信息源特性和QoS需求针对连接的ATM业务流量协定，是通过连接的业务流量描述，以及一组QoS参数来定义的 ATM业务流量参数和信息源业务流量描述，以UNI 4．0信令在网络与用户间通信，其业务流量参数主要有峰值信元速率、持续信元速率、最大突发尺度和最小信元速率这组业务流量参数构成了信息源业务流量的说明和描述 （1）峰值信元速率 峰值信元速率PCR（Peak Cell Rate）定义了源端可能发送的峰值带宽，它以每秒信元为单位ATM论坛定义了一个连续状态漏桶算法(也称为通用信元速率算法：GCRA)来测量PCR这个算法包含一个假想的漏桶(leaky bucket)，并设这个漏桶以速率R漏过信元，桶能装入信元的数目(即大小)为K如果业务源端符合PCR=R，则这个桶不应出现上溢2）可持续信元速率 可持续信元速率SCR(Sustainable Cell Rate)，在概念上定义了业务源发送的平均数据速率，它以每秒信元作为单位。
同样，也可以通过SCR参数的GCRA算法来测量SCR （3）最大突发尺度 最大突发尺度MBS(Maximum Burst Size)粗略地定义了能以PCR速率发送信元的最大信元数目MBS正比于漏桶大小，后者与SCR的定义相关4）最小信元速率 最小信元速率MCR(Minimum Cell Rate)的引入与ABR业务有关，它是为ABR连接所保证的最小带宽MCR可以设为零6．连接的业务流量描述 连接的业务流量说明和描述，除了包括上面提供的业务流量的描述外，还包括信元延时变化限度和用于UPC的一致性定义 （1）信元延时变化限度 信元延时变化限度CDVT(Cell Delay Variation Tolerance)在概念上定义了ATM网络所能承受的流人业务流量超出PCR限度在用户ATM网络中，即使业务源遵从RCR，可能存在的信元堆叠会在公共UNI上发生一致性的变化，因此需要非零的CDVT另外，同一连接OAM信元的复用，以及汇聚子层的开销也可能导致信元到达时间出现随机性CDVT表示在公共UNI，检查一致性时，所允许的堆叠量CDVT正比于用来定义PCR一致性的漏桶的大小 (2) 信元一致性和连接合格性 对于每条连接，网络必须基于逐个信元，判别业务流量是否与业务流量协定一致。
另外，网络还要应用两个GCRA来判决信元与PCR和SCR是否一致在UNI实现的UPC功能，并不仅限于GCRA算法，但无论如何，UPC必须保证符合一致性要求的信元的QoS目标 一个合格的连接并不意味所有的信元都是符合一致性要求对于一个合格连接中所有符合一致性要求的信元，网络需要遵守业务流量协定所规定的QoS目标 7.6 多协议标记交换（多协议标记交换（MPLS）技术）技术 多协议标记交换MPLS（Multiprotocol Label Switch）技术作为一种新兴的路由交换技术，越来越受到业界的关注MPLS技术是结合二层交换和三层路由的L2/L3集成数据传输技术，它不仅支持网络层的多种协议，还可以兼容第二层上的多种链路层技术采用MPLS技术的IP路由器以及ATM、FR交换机统称为标记交换路由器（LSR），使用LSR的网络相对简化了网络层复杂度，兼容现有的主流网络技术，降低了网络升级的成本此外，业界还普遍看好用MPLS提供VPN服务，实现负载均衡的网络流量工程 7.6.1 MPLS的基本原理的基本原理 MPLS将面向非连接的IP业务移植到面向连接的标记交换业务之上，实现上将路由选择层面与数据转发层面分离。
MPLS网络中，在入口LSR处分组按照不同转发要求划分成不同转发等价类（FEC），并将每个特定FEC映射到下一跳，即进入网络的每一特定分组都被指定到某个特定的FEC中每一特定FEC都被编码为一个短而定长的值，称为标记，标记加在分组前成为标记分组，再转发到下一跳在后续的每一跳上，不再需要分析分组头，而是用标记作为指针，指向下一跳的输出端口和一个新的标记，标记分组用新标记替代旧标记后经指定的输出端口转发在出口LSR上，去除标记使用IP路由机制将分组向目的地转发 1．基本原理 选择下一跳的工作可分为两部分：将分组分成FEC和将FEC映射到下一跳在面向非连接的网络中，每个路由器通过分析分组头来独立地选择下一跳，而分组头中包含有比用来判断下一跳丰富得多的信息传统IP转发中，每个路由器对相同FEC的每个分组都要进行分类和选择下一跳；而在MPLS中，分组只在进入网络时进行FEC分类，并分配一个相应的标记，网络中后续LSR则不再分析分组头，所有转发直接根据定长的标记转发有些传统路由器在分析分组头的同时，不但决定分组的下一跳，而且要决定分组的业务类型（COS：Class of Service），以给予不同的服务规则。
MPLS可以（但不是必须）利用标记来支持COS，此时标记用来代表FEC和 COS的结合MPLS的转发模式和传统网络层转发相比，除相对地简化转发、提高转发速度外，并且易于实现显式路由、流量工程、QoS和VPN等功能图 7-22 MPLS交换示意图 2．标记栈操作与标记交换路径 标记是一个长度固定（20bit/s）、具有本地意义的标识符，和另外12bit/s控制位构成MPLS包头，也成为垫层（shim）MPLS包头位于二层和三层之间，通常的服务数据单元是IP包，也可以通过改进直接承载ATM信元和FR帧 MPLS分组上承载一系列按照“后进先出”方式组织起来的标记，该结构称作标记栈，从栈顶开始处理标记若一个分组的标记栈深度为m，则位于栈底的标记为1级标记，位于栈顶的标记为m级标记未打标记的分组可看作标记栈为空（即标记栈深度为零）的分 组标记分组到达LSR通常先执行标记栈顶的出栈（pop）操作，然后将一个或多个特定的新标记压入（push）标记栈顶如果分组的下一跳为某个LSR自身，则该LSR将栈顶标记弹出并将由此得到的分组“转发”给自己此后，如果标记弹出后标记栈不空，则LSR根据标记栈保留信息做出后续转发决定；如果标记弹出后标记栈为空，则LSR根据IP分组头路由转发该分组。
LSR是MPLS网络的基本单元，如图7-22所示LSR主要由控制单元与转发单元两部分构成，这种功能上的分离有利于控制算法的升级其中，控制单元负责路由的选择，MPLS控制协议的执行，标记的分配与发布以及标记信息库（LIB）的形成而转发单元 则只负责依据标记信息库建立标记转发表（LFIB），对标记分组进行简单的转发操作其中，LFIB是MPLS转发的关键，LFIB使用标记来进行索引，相当于IP网络中的路由表LFIB表项的内容包括：入标记、转发等价类、出标记、出接口、出封装方式等 MPLS功能的本质是将分组业务划分为FEC，相同FEC的业务流在标记交换路径（LSP）上交换一般来说，由下游节点向上游节点分发标记，连成一串的标记和路由器序列就构成了LSPLSP的建立可以使用两种方式：独立方式（Independent）和有序方式（Ordered）在独立方式中，任何LSR可以在任何时候为每个可识别的FEC流进行标记分发，并将该绑定分发给标记分发对等体；而在有序方式中，一个流的标记分发从这个FEC 流所属的出口节点开始，由下游向上游逐级绑定，这样可以保证整个网络内标记与流的映射完整一致 LSP有序控制方式和独立控制方式应能够相互操作。
一条LSP中，如果并非所有LSR均使用有序控制，则控制方式的整体效果为独立控制LSR应支持两种控制方式之一，控制方式由LSR本地选择3．MPLS路由选择 这里的路由选择是指为特定FEC选择LSP的选路方法，MPLS使用两种路由方法：逐跳路由和显式路由逐跳路由使用传统的动态路由算法来决定LSP的下一跳，每个节点独立地为FEC选择下一跳，对于下一跳的改变由本地决定，发生故障时路径的修复也由本 地完成显式路由则使用流量工程技术或者手工制定路由，不受动态路由影响，路由计算中可以考虑各种约束条件（如策略、CoS等级），每个LSR不能独立地选择下一跳，而由LSP的入口/出口LSR规定位于LSP上的LSR 逐跳路由实现上比较简单，可以利用传统路由协议（如OSPF、IS-IS）以及现有设备中的路由功能，但对于故障路径的恢复有赖于路由协议的汇聚时间，并且不具备流量工程能力显式路由可以根据各种约束参数来计算路径，可以赋予不同LSP以不同的服务等级，可以为故障的LSP进行快速重路由，适于实现流量工程与QoS业务，能够更好的满足ISP的特定要求 7.6.2 标记分发协议标记分发协议 LSP实质上是一个MPLS隧道，而隧道建立过程则是通过标记分发协议的工作实现的。
标记分发协议是LSR将它所做的标记/FEC绑定通知到另一个LSR的协议族，使用标记分发协议交换标记/FEC绑定信息的两个LSR被称为对应于相应绑定信息的标记分发对等实体标记分发协议还包括标记分发对等实体为了获知彼此的MPLS能力而进行的任何协商 目前主要研究三种标记分发协议：基本的标记分发协议（LDP）、基于约束的LDP（CR-LDP）和扩展RSVP（RSVP-TE）LDP是基本的MPLS信令与控制协议，它规定了各种消息格式以及操作规程，LDP与传统路由算法相结合，通过在TCP连接上传送各种消息，分配标记、发布<标记， FEC>映 射，建立维护标记转发表和标记交换路径但如果需要支持显式路由、流量工程和QoS等业务时，就必须使用后两种标记分发协议CR-LDP是LDP协议的扩展，它仍然采用标准的LDP消息，与LDP共享TCP连接，CR-LDP的特征在于通过网管制定或是在路由计算中引入约束参数的方法建立显式路由，从而实现流量工程等功能RSVP本来就是为了解决TCP/IP网络服务质量问题而设计的协议，将该协议进行扩展得到的RSVP-TE也能够实现各种所需功能，在协议实现中将RSVP作用对象从流转变为FEC，降低了颗粒度，也就提高了网络的扩展性。
可以看到，CR-LDP和RSVP-TE在功能上比较相似，但在协议实现上有着本质的区别，难以实现互通，故而必须做出选择 7.6.3 MPLS技术应用技术应用1 . MPLS VPN MPLS的一个重要应用是VPN，MPLS VPN根据扩展方式的不同可以划分为BGP MPLS VPN 和LDP扩展VPN，根据PE（Provider Edge）设备是否参与VPN 路由可以划分为二层VPN 和三层VPN BGP MPLS VPN 主要包含骨干网边缘路由器（PE），用户网边缘路由器（CE）和骨干网核心路由器（P）PE上存储有VPN的虚拟路由转发表（VRF），用来处理VPN-IPv4 路由，是三层MPLS VPN 的主要实现者；CE上分布用户网络路由，通过一个单独的物理/逻辑端口连接到PE； P路由器是骨干网设备， 负责MPLS 转发多协议扩展BGP（MP-BGP）承载携带标记的IPv4/VPN 路由，有MP-IBGP 和MP-EBGP之分 BGP MPLS VPN中扩展了BGP NLRI中的IPv4 地址，在其前增加了一个8字节的RD（Route Distinguisher）来标识VPN的成员（Site）。
每个VRF 配置策略规定一个VPN 可以接收来自哪些Site的路由信息，可以向外发布哪些Site 的路由信息每个PE根据BGP扩展发布的信息进行路由计算，生成相关VPN的路由表PE-CE之间交换路由信息可以通过静态路由、RIP、OSPF、IS-IS以及BGP等路由协议通常采用静态路由，可以减少CE设备管理不善等原因造成对骨干网BGP路由产生震荡影响，保障了骨干网的稳定性 目前运营商网络规划现状决定现有城域网或广域网可能自成一个自治域，这时就需要解决跨域互通问题在三层BGP MPLS VPN中引入了自治系统边界路由器（ASBR），在实现跨自治系统的VPN互通时，ASBR同其它自治系统交换VPN 路由现有的跨域解决方案有VRF-to-VRF、MP-EBGP和Multi-Hop MP-EBGP三种方式 对于二层MPLS VPN，运营商只负责提供给VPN用户提供二层的连通性，不需要参与VPN用户的路由计算在提供全连接的二层VPN时与传统的二层VPN一样，存在N方问题，即每个VPN的CE到其它的CE都需要在CE与PE之间分配一条物理/逻辑连接，这种VPN的扩展性存在严重问题。
用LDP扩展实现的二层VPN，也可以承载ATM、帧中继、以太网/VLAN以及PPP等二层业务，但它的主要应用是以太网/VLAN，实现上只需增加一个新的能够标识ATM、帧中继、以太网/VLAN或PPP的FEC类型即可相对于BGP MPLS VPN，LDP扩展在于只能建立点到点的VPN，二层连接没有VPN的自动发现机制；优点是可以在城域网的范围内建立透明LAN服务（TLS），通过LDP 建立的LSP进行MAC地址学习2）GMPLS 随着智能光网络技术以及ＭＰＬＳ技术的发展，自然希望能将二者结合起来，使ＩＰ分组能够通过MPLS的方式直接在光网络上承载，于是出现了新的技术概念多协议波长交 换（ＭＰλＳ）随着对未来网络发展的的研究，MPLS的外延和内涵不断扩展产生了通用MPLS（GMPLS）技术，其中也包含ＭＰλＳ相关内容 GMPLS也是MPLS的扩展，更准确地说，是MPLS-TE的扩展由于GMPLS主要是扩展了对于传输网络的管理，而传输网络的主要业务为点到点业务，这与MPLS-TE的业务模型非常相似，因此GMPLS主要借助MPLS-TE的协议栈，将其加以扩展而形成。
与MPLS完全相同，GMPLS网络也由两个主要元素组成：标记交换节点和标记交换路径但GMPLS的LSR包括所有类型的节点，这些ＬＳＲ上的接口可以细分为若干等级：分组交换能力（PSC）接口、时分复用能力（TDM）接口、波长交换能力（LSC）接口和光纤交换能力（FSC）接口而LSP则既可以 是一条传递IP包的虚通路，也可以是一条TDM电路，或是一条DWDM的波道，甚至是一根光纤GMPLS分别为电路交换和光交换设计了专用的标记格式，以满足不同业务的需求在非分组交换的网络中，标记仅用于控制平面而不用于用户平面一条TDM电路（TDM-LSP）的建立过程与一条分组交换的连接（PSC-LSP）的建立过程完全相同，源端发送标记请求消息后，目的端返回标记映射消息所不同的是，标记映射消息中所分配的标记与时隙或光波一一对应 传统网络模型中，传输层、链路层、网络层在控制层面上相互独立，各自使用本层协议在本层内的设备之间互通，也形成了各自的标准体系而在GMPLS的体系结构中，没有语言的差异，只有分工的不同，GMPLS成了各层设备的共同语言。
