計算機通信與網(wǎng)絡 第5章

1、計算機通信與網(wǎng)絡Computer Telecommunications & Networks第5章公用數(shù)據(jù)交換網(wǎng)“組網(wǎng)”交換技術基礎5.1數(shù)據(jù)交換原理5.2公用數(shù)據(jù)交換網(wǎng)5.3移動網(wǎng)5.45.1交換技術基礎 交換是一種集中和轉接的概念。 如果網(wǎng)絡的分布范圍廣，用戶眾多，網(wǎng)絡拓撲結構復雜。多個用戶之間的通信，如果采用點對點直接連接的方式，網(wǎng)絡規(guī)模大，費用高，線路利用率低。 采用交換方式，利用集中和轉接的概念，通過選擇和復用技術，可以提高線路資源的利用率，簡化網(wǎng)絡拓撲結構，降低網(wǎng)絡成本。網(wǎng)絡拓撲結構網(wǎng)絡拓撲結構交換節(jié)點交換節(jié)點轉接中心轉接中心用戶線用戶線中繼線中繼線全連通全連通交換交換網(wǎng)絡

2、網(wǎng)絡用戶用戶接口接口中繼中繼接口接口控制控制單元單元信號信號單元單元中繼線中繼線用戶線用戶線（1 1）建立連接）建立連接（2 2）維持連接）維持連接（3 3）拆除連接）拆除連接電路交換電路交換報文交換報文交換分組交換分組交換快速分組交換快速分組交換多速率電路交換多速率電路交換快速電路交換快速電路交換存儲存儲 - - 轉發(fā)轉發(fā)ATMATM交換交換X.25X.25分組網(wǎng)分組網(wǎng)幀中繼、幀中繼、 SMDSSMDS信元交換信元交換 一個通信網(wǎng)絡由許多交換節(jié)點組成，信息在網(wǎng)絡中的傳輸要經(jīng)過一系列的交換節(jié)點，從一條線路轉換到另一條線路，最后到達目的地。交換節(jié)點轉發(fā)信息的方式，就稱為交換方式。 電路交換 報文

3、交換 分組交換正向證實信號正向證實信號正向拆線信號正向拆線信號主叫掛機主叫掛機反向拆線信號反向拆線信號被叫掛機被叫掛機被叫用戶被叫用戶主叫用戶主叫用戶回鈴音回鈴音取機取機撥號撥號撥號音撥號音占用信號占用信號占用信號占用信號振鈴振鈴通話通話( (信息傳送信息傳送) )連接連接釋放釋放呼叫呼叫建立建立A A局局B B局局C C局局掛機掛機連接釋放連接釋放數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送連接建立連接建立A B C D t報文報文C1C4C3C2C3本地網(wǎng)本地網(wǎng)省中心省中心省間中心省間中心地市中心地市中心縣中心縣中心長途網(wǎng)長途網(wǎng)AB1. 電路交換是一種實時交換，適用于實時要求高的話音通信( 全程 200 ms ) 。

4、 2. 在通信前要通過呼叫為主、被叫用戶建立一條物理連接。如果呼叫請求數(shù)超過交換網(wǎng)的連接能力(過負荷)，用戶會聽到忙音。衡量電話交換服務質(zhì)量指標之一：呼叫損失率。3. 電路交換是預分配帶寬，話路接通后，即使無信息傳送也白白占電路，據(jù)統(tǒng)計，傳送話音時電路利用率僅為36%。4. 在傳送信息時，沒有任何差錯控制措施，不利于傳輸可靠性要求高的突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務。t用戶電報機用戶電報機B用戶電報機用戶電報機AA局局B局局C局局M1M1M1M1傳播時延傳播時延傳輸時延傳輸時延存儲存儲 / 處理時延處理時延報報文文報報文文報報文文A B C Dt(1) 交換節(jié)點采用存儲轉發(fā)方式對每份報文完整地加以處理。(2)每

5、份報文中含有報頭，包含收、發(fā)雙方的地址，以便交換節(jié)點進行路由選擇，可以一對多地傳送報文。(3) 報文交換可進行速率、碼型的變換，具有差錯控制措施。(4)存儲轉發(fā)時延大，隨機性也大，過負荷時將會導致報文延遲。P2P1報文報文A主機B主機C鏈路P5P6P4P3P2P1PSEaPSEbPSEcP1P2P3P4P1P2P3P4P3P4A B C DP2P1（1）可實現(xiàn)多路通信功能。（2）采用統(tǒng)計時分多路復用，提高了線路利用率。（3）能夠?qū)崿F(xiàn)不同類型的數(shù)據(jù)終端設備（含有不同的傳輸速率、不同的編碼、不同的通信控制規(guī)程等）之間的通信。（4）數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量高、可靠性高，可使用優(yōu)先級。（5）提高了鏈路利用率，經(jīng)濟

6、性好。 由于采用存儲轉發(fā)方式處理分組，所以分組在網(wǎng)內(nèi)的平均時延可達幾百毫秒。 每個分組附加的分組標題，都會需要交換機分析處理，而增加開銷，因此分組交換適宜于計算機通信的突發(fā)性或斷續(xù)性業(yè)務的需求，而不適合于在實時性要求高、信息量大的環(huán)境中應用。 分組交換技術比較復雜，涉及到網(wǎng)絡的流量控制、差錯控制、編碼、速率的變換方法和接口；網(wǎng)絡的管理和控制的智能化等 。1 1、廣域網(wǎng)概述、廣域網(wǎng)概述 廣域網(wǎng)的構成 當主機之間的距離較遠時，例如，相隔幾十或幾百公里，甚至幾千公里，局域網(wǎng)顯然就無法完成主機之間的通信任務。這時就需要另一種結構的網(wǎng)絡，即廣域網(wǎng)。 廣域網(wǎng)的特點 網(wǎng)絡范圍大，距離遠；網(wǎng)絡用戶數(shù)量多，網(wǎng)絡

7、拓撲結構復雜。 廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)由局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)組成互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)廣域網(wǎng)路由器結點交換機相距較遠的局域網(wǎng)通過路由器與廣域網(wǎng)相連組成了一個覆蓋范圍很廣的互聯(lián)網(wǎng) 廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng) 廣域網(wǎng)是單個的網(wǎng)絡，它使用結點交換機連接各主機而不是用路由器連接各網(wǎng)絡。 結點交換機在單個網(wǎng)絡中轉發(fā)分組，而路由器在多個網(wǎng)絡構成的互聯(lián)網(wǎng)中轉發(fā)分組。 連接在一個廣域網(wǎng)（或一個局域網(wǎng)）上的主機在該網(wǎng)內(nèi)進行通信時，只需要使用其網(wǎng)絡的物理地址即可。 即使是覆蓋范圍很廣的互聯(lián)網(wǎng)，也不是廣域網(wǎng)，因為在互聯(lián)網(wǎng)中，不同網(wǎng)絡的“互連”才是其最主要的特征。數(shù)據(jù)報和虛電路數(shù)據(jù)報和虛電路 根據(jù)網(wǎng)絡接口和網(wǎng)絡中繼節(jié)點對分組的路

8、由選擇和轉發(fā)方式不同，網(wǎng)絡層為連接在網(wǎng)絡上的主機所提供的分組交換服務可以有兩大類： 無連接的網(wǎng)絡服務（數(shù)據(jù)報服務） 面向連接的網(wǎng)絡服務（虛電路服務）數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)報 數(shù)據(jù)報是分組交換網(wǎng)向用戶提供的一種無連接的網(wǎng)絡服務方式。 通信前不需要先在源和目的節(jié)點之間建立一個連接，分組在網(wǎng)絡中是采用逐段鏈路進行存儲轉發(fā)處理，每個分組都作為一個獨立的報文來處理。 每個分組獨立地進行路由選擇，一個報文的多個分組可能通過不同的路徑傳送，分組到達目的結點的順序可能與發(fā)送順序不同。虛電路虛電路 虛電路是分組交換網(wǎng)向用戶提供的一種面向連接(Connection Oriented：CO)的網(wǎng)絡服務方式。 通信前需要先在源和

9、目的節(jié)點之間建立一個連接，分組在網(wǎng)絡中是沿著該連接，逐段鏈路進行存儲轉發(fā)處理，因此每段的處理由分組型終端或分組交換機基于線路傳輸能力的按需動態(tài)分配原則來確定一個邏輯信道。 一條虛電路實際上是由多段分配的邏輯信道鏈接而成的。提供數(shù)據(jù)報服務的特點 H1H5H2H4H3ACDBH6E分組交換網(wǎng)H1向H5發(fā)送分組H2向H6發(fā)送分組路徑可能變化網(wǎng)絡隨時接受主機發(fā)送的分組（即數(shù)據(jù)報）網(wǎng)絡為每個分組獨立地選擇路由。 提供數(shù)據(jù)報服務的特點 H1H5H2H4H3ACDBH6E分組交換網(wǎng)網(wǎng)絡盡最大努力地將分組交付給目的主機，但網(wǎng)絡對源主機沒有任何承諾。提供數(shù)據(jù)報服務的特點 H1H5H2H4H3ACDBH6E分組交

10、換網(wǎng)網(wǎng)絡不保證所傳送的分組不丟失也不保證按源主機發(fā)送分組的先后順序以及在時限內(nèi)必須將分組交付給目的主機 提供數(shù)據(jù)報服務的特點 H1H5H2H4H3ACDBH6E分組交換網(wǎng)當網(wǎng)絡發(fā)生擁塞時網(wǎng)絡中的結點可根據(jù)情況將一些分組丟棄 提供數(shù)據(jù)報服務的特點 H1H5H2H4H3ACDBH6E分組交換網(wǎng)數(shù)據(jù)報提供的服務是不可靠的，它不能保證服務質(zhì)量。實際上“盡最大努力交付”的服務就是沒有質(zhì)量保證的服務。 提供虛電路服務的特點 H1H5H2H4H3ACDBH6E分組交換網(wǎng)H1要和H5通信主機H1先向主機H5發(fā)出一個特定格式的控制信息分組，要求進行通信，同時尋找一條合適路由。若主機H5同意通信就發(fā)回響應，然后雙

11、方就建立了虛電路。虛電路H1向H5發(fā)送的所有分組都沿此虛電路傳送。提供虛電路服務的特點 H1H5H2H4H3ACDBH6E分組交換網(wǎng)同理，主機H2和主機H6通信之前，也要建立虛電路。提供虛電路服務的特點 H1H5H2H4H3ACDBH6E分組交換網(wǎng)在虛電路建立后，網(wǎng)絡向用戶提供的服務就好像在兩個主機之間建立了一對穿過網(wǎng)絡的數(shù)字管道。所有發(fā)送的分組都按順序進入管道，然后按照先進先出的原則沿著此管道傳送到目的站主機。 提供虛電路服務的特點 H1H5H2H4H3ACDBH6E分組交換網(wǎng)到達目的站的分組順序就與發(fā)送時的順序一致，因此網(wǎng)絡提供虛電路服務對通信的服務質(zhì)量QoS(QualityofServi

12、ce)有較好的保證。兩種服務的思路不同兩種服務的思路不同 虛電路服務的思路來源于傳統(tǒng)的電信網(wǎng)。電信網(wǎng)負責保證可靠通信的一切措施，因此電信網(wǎng)的結點交換機復雜而昂貴。 數(shù)據(jù)報服務力求使網(wǎng)絡生存性好和使得網(wǎng)絡的控制功能分散，因而只能要求網(wǎng)絡提供盡最大努力的服務?？煽客ㄐ庞捎脩艚K端中的軟件（即TCP）來保證。數(shù)據(jù)報服務與虛電路服務之爭數(shù)據(jù)報服務與虛電路服務之爭 網(wǎng)絡只提供數(shù)據(jù)報服務可大大簡化網(wǎng)絡層的結構和處理開銷，提高傳輸速率。 技術的進步使得網(wǎng)絡出錯的概率已越來越小，因而讓主機負責端到端的可靠性不但不會給主機增加更多的負擔，反而能夠使更多的應用在這種簡單的網(wǎng)絡上運行。 因特網(wǎng)發(fā)展到今天的規(guī)模，充分說

13、明了在網(wǎng)絡層提供數(shù)據(jù)報服務是非常成功的。 數(shù)據(jù)報和虛電路的優(yōu)缺點數(shù)據(jù)報和虛電路的優(yōu)缺點 數(shù)據(jù)報服務對軍事通信有其特殊的意義。當某個結點發(fā)生故障時，后續(xù)的分組就可另選路由，因而提高了可靠性。 但在使用虛電路時，結點發(fā)生故障就必須重新建立另一條虛電路。 數(shù)據(jù)報服務還很適合于將一個分組發(fā)送到多個地址(即廣播或多播)。數(shù)據(jù)報服務和虛電路服務優(yōu)缺點的歸納對比的方面 虛電路服務 數(shù)據(jù)報服務 思路 可靠通信應當 可靠通信應當 由網(wǎng)絡來保證 由用戶主機來保證連接的建立 必須有 不要目的站地址 僅在連接建立階段 每個分組都有 使用，每個分組使 目的站的全地址 用短的虛電路號數(shù)據(jù)報服務和虛電路服務優(yōu)缺點的歸納對比

14、的方面 虛電路服務 數(shù)據(jù)報服務分組的轉發(fā) 屬于同一條虛電路 每個分組獨立選擇 的分組均按照同一 路由進行轉發(fā) 路由進行轉發(fā)當結點出 所有通過出故障的 故障結點可能丟失 故障時 結點的虛電路 分組，一些路由 均不能工作 可能會發(fā)生變化數(shù)據(jù)報服務和虛電路服務優(yōu)缺點的歸納對比的方面 虛電路服務 數(shù)據(jù)報服務分組的順序 總是按發(fā)送順序 到達目的站時不一定 到達目的站 按發(fā)送順序 端到端的 可以由分組交換網(wǎng) 由用戶主機負責差錯處理和 負責也可以由用戶 流量控制 主機負責廣域網(wǎng)中的分組轉發(fā)機制廣域網(wǎng)中的分組轉發(fā)機制 在廣域網(wǎng)中，任意兩個網(wǎng)絡節(jié)點之間可能存在多個連接（直接或間接的），因此在兩個節(jié)點之間傳送的數(shù)

15、據(jù)包就需要選擇一條最佳的傳輸路徑。 網(wǎng)絡中間轉接節(jié)點在收到一個數(shù)據(jù)包時，也必須選擇一個最佳的轉發(fā)方向，實現(xiàn)分組的轉發(fā)。廣域網(wǎng)中的分組轉發(fā)機制廣域網(wǎng)中的分組轉發(fā)機制 “轉發(fā)” (forwarding) 和“路由選擇” (routing)這兩個名詞的使用在過去有些混亂?，F(xiàn)在的文獻傾向于將它們區(qū)分開來。 轉發(fā)是當交換結點收到分組后，根據(jù)其目的地址查找轉發(fā)表(forwarding table)，并找出應從結點的哪一個接口將該分組發(fā)送出去。 路由選擇是構造路由表(routing table)的過程。 路由表是根據(jù)一定的路由選擇算法得到的，而轉發(fā)表又是根據(jù)路由表構造出的。 “轉發(fā)轉發(fā)”和和“路由選擇路由選

16、擇” 路由選擇協(xié)議負責搜索分組從某個結點到目的結點的最佳傳輸路由，以便構造路由表。 從路由表再構造出轉發(fā)分組的轉發(fā)表。分組是通過轉發(fā)表進行轉發(fā)的。 為了使討論更簡單些，可以不嚴格區(qū)分“轉發(fā)”和“路由選擇”，也不一定使用“轉發(fā)表”這一名詞。 在轉發(fā)分組時可以不是說“查找轉發(fā)表”而是說“查找路由表”。 路由選擇方法路由選擇方法 路由選擇是網(wǎng)絡層的主要功能，路由選擇在網(wǎng)絡的源節(jié)點和中轉節(jié)點上進行。 路由選擇需要對網(wǎng)內(nèi)的每個節(jié)點進行計算，必定會引起網(wǎng)絡延遲。 理想的路由選擇算法特征： 算法正確、簡單，而且是最佳； 算法具有公平性、健壯性和穩(wěn)定性。 實際的路由選擇算法只能是相對最佳的。非適應型路由選擇算

17、法非適應型路由選擇算法 擴散式（泛洪式）：傳輸可靠性高，健壯性好，但無效傳輸量大，網(wǎng)絡開銷大。 隨機式：算法簡單，但網(wǎng)絡效率較低。 查表法：每個網(wǎng)絡節(jié)點中有一張時延表和路由選擇表。分組根據(jù)時延表和路由選擇表確定輸出路徑。在業(yè)務量比較固定、節(jié)點和鏈路可靠性有一定保證的情況下，比較簡單有效。自適應型路由選擇算法自適應型路由選擇算法 孤立式：根據(jù)本節(jié)點的輸出隊列長度確定時延和路由選擇表。 分布式：各相鄰節(jié)點之間周期性或不定期地交換各自的路由信息，并以此為基礎產(chǎn)生新的時延表和路由表。 集中式：設置一個網(wǎng)絡控制中心，收集各節(jié)點的狀態(tài)信息，計算各節(jié)點的時延表和路由表。 混合式：集中式和孤立式的結合。廣域網(wǎng)

18、中的分組轉發(fā)機制廣域網(wǎng)中的分組轉發(fā)機制 結點交換機中查找轉發(fā)表 在路由表中使用默認路由 局域網(wǎng)中一般采用平面地址結構 ( flat addressing )。 廣域網(wǎng)中一般都采用層次地址結構 ( hierarchical addressing )。最簡單的層次結構地址舉例最簡單的層次結構地址舉例 用二進制數(shù)表示的主機地址劃分為前后兩部分。 前一部分的二進制數(shù)表示該主機所連接的分組交換機的編號。 后一部分的二進制數(shù)表示所連接的分組交換機的端口號，或主機的編號。 所連接的交換機的編號所連接的交換機端口的編號計算機在廣域網(wǎng)中的地址按照目的站連接的交換機號按照目的站連接的交換機號確定下一跳確定下一跳

19、只要轉發(fā)表中目的站一欄中的交換機號相同，那么查出的“下一跳”就是相同的。 在轉發(fā)分組時，可只根據(jù)分組的主機地址中的交換機號來查找轉發(fā)表。 只有當分組到達與目的主機相連的結點交換機時，交換機才檢查第二部分地址（主機號），并通過合適的端口將分組交給目的主機。網(wǎng)絡中圖的應用網(wǎng)絡中圖的應用 可用圖論中的“圖(graph)”來表示整個廣域網(wǎng)。 用“結點”表示廣域網(wǎng)上的結點交換機，用連接結點與結點的“邊”表示廣域網(wǎng)中的鏈路。 連接在結點交換機上的主機與分組轉發(fā)無關，因此在圖中可以不畫出。用圖表示廣域網(wǎng)的例子用圖表示廣域網(wǎng)的例子12341結點邊243每一個結點的轉發(fā)表每一個結點的轉發(fā)表1243目的站下一跳1

20、直接233343結點1的轉發(fā)表對結點1的轉發(fā)表的第一個項目的解釋：若到達結點1的分組的目的地址是結點1上的主機，則下一跳就是直接交付而不必再轉發(fā)其他結點。每一個結點的轉發(fā)表1243目的站下一跳132直接3344結點2的轉發(fā)表對結點2的轉發(fā)表的第一個項目的解釋：若到達結點2的分組的目的地址是結點1上的主機，則下一跳就應轉發(fā)到結點3。在路由表中使用默認路由1243目的站下一跳1直接233343結點1的轉發(fā)表這三個項目的“下一跳”都是轉發(fā)到“3”（結點3）?？梢院喜⒁越Y點1和結點2中的轉發(fā)表為例來討論在路由表中使用默認路由1243目的站下一跳1直接默認3結點1的轉發(fā)表默認路由在路由表中使用默認路由1

21、243目的站下一跳132直接3344結點2的轉發(fā)表這兩個項目的“下一跳”都是轉發(fā)到“3”（結點3）?？梢院喜⒃诼酚杀碇惺褂媚J路由1243目的站下一跳2直接44默認3結點2的轉發(fā)表默認路由使用默認路由使轉發(fā)表更加簡潔，可減少查找轉發(fā)表的時間。 廣域網(wǎng)的3種技術、解決方案： X.25 幀中繼 ATM5.3公用數(shù)據(jù)交換網(wǎng)公用數(shù)據(jù)交換網(wǎng)5.3.1 X.25分組交換網(wǎng)分組交換網(wǎng) 1976年，ITU-T（原CCITT）X.25建議 X.25建議定義：分組式終端以專線方式接入公用分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)的DTEDCE接口。 X.25 所討論的都是以面向連接的虛電路服務為基礎。 三個功能層次： 分組級（Packet

22、Level） 幀級 （Frame Level） LAPB 物理級（Physical Level) X.21X.25 規(guī)定了 DTE-DCE 的接口X.25接口X.25接口X.25公用分組交換網(wǎng)VC2VC1DTEDTEDCEDCEDCEDTEX.25接口X.25 的層次關系LAPB幀X.25分組分組層（網(wǎng)絡層）數(shù)據(jù)鏈路層用戶數(shù)據(jù)用戶數(shù)據(jù)X.25首部LAPB首部LAPB尾部高層X.25 物理層物理層 X.25的物理層定義了DTEDCE之間的接口特性，為幀級提供一個物理連接，實現(xiàn)比特流的透明傳輸。 X.25的物理層主要包括： ITUT V系列建議，關于電話網(wǎng)上數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌跇藴剩?ITUT X系列建

23、議，關于公用數(shù)據(jù)網(wǎng)上數(shù)據(jù)通信的建議和接口標準； ITUT I 系列建議，關于ISDN上數(shù)據(jù)、電話、圖像通信的接口標準。X.25的數(shù)據(jù)鏈路層（幀級）的數(shù)據(jù)鏈路層（幀級） X.25幀級采用了ISO開發(fā)的高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程（HDLC）的幀結構，是HDLC一個子集平衡型鏈路接入規(guī)程(LAPB)。 LAPB使用異步平衡模式，允許兩個復合站中的任何一個建立平衡連接，即雙向鏈路。 X.25幀級包括單鏈路規(guī)程和多鏈路規(guī)程。 X.25幀級采用連續(xù)ARQ方法。X.25的數(shù)據(jù)鏈路層（幀級） OSI 數(shù)據(jù)鏈路層 (Data Link Layer) 控制相鄰的兩個設備間通信。 對每一鏈路需要獨立的鏈路控制，且跨越網(wǎng)絡

24、。1Layers3-7DTE(DCE)LAPB節(jié)點節(jié)點1222X.25 的分組層 用戶數(shù)據(jù)在 X.25 的分組層（相當于網(wǎng)絡層）的數(shù)據(jù)字段，加上 X.25 的首部控制信息后，就組裝成為 X.25 分組。 在分組層 DTE 與 DCE 之間可建立多條邏輯信道(04095 號) ，使一個 DTE 同時和網(wǎng)上其他多個 DTE 建立虛電路并進行通信。 X.25 還規(guī)定了在經(jīng)常需要進行通信的兩個 DTE 之間可以建立永久虛電路。X.25 網(wǎng)與網(wǎng)與 IP 網(wǎng)網(wǎng) 基于 IP 協(xié)議的因特網(wǎng)是無連接的，只提供 “盡力而為”的數(shù)據(jù)報服務，不確保服務質(zhì)量。 X.25 網(wǎng)是面向連接的，能夠提供可靠交付的虛電路服務，能

25、保證服務質(zhì)量。 X.25 網(wǎng)通過復雜的流量控制和差錯控制，能在較差的網(wǎng)絡條件下保證服務質(zhì)量，提高利用率，在二十多年前它曾經(jīng)是頗受歡迎的一種計算機網(wǎng)絡。X.25 網(wǎng)不再是網(wǎng)絡主流網(wǎng)不再是網(wǎng)絡主流 到了 20 世紀 90 年代，情況發(fā)生了很大的變化。通信主干線路已大量使用光纖技術，數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量大大提高，使得誤碼率降低好幾個數(shù)量級，而 X.25 十分復雜的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議和分組層協(xié)議已成為多余的。 PC 機的價格急劇下降使得無硬盤的啞終端退出了通信市場。這正好符合因特網(wǎng)當初的設計思想：網(wǎng)絡應盡量簡單而智能應盡可能放在網(wǎng)絡以外的用戶端。 幀中繼是在OSI參考模型第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）上，采用簡化協(xié)議，且以

26、幀為單元來傳送數(shù)據(jù)的一種技術。 幀中繼起初由美國電話電報公司AT&T作為NISDN窄帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)的幀方式的承載業(yè)務提出來。其產(chǎn)生的技術背景是： 傳輸網(wǎng)絡的數(shù)字化和傳輸介質(zhì)光纖化，傳輸誤碼率比以往模擬網(wǎng)的要小很多； 用戶終端設備的處理能力大為提高。5.3.2幀中繼幀中繼幀中繼技術的特點幀中繼技術的特點（1）幀中繼協(xié)議簡化了X.25分組級功能，只有兩個層次：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層。網(wǎng)內(nèi)節(jié)點的處理大為簡化，實驗結果表明，采用幀中繼時一個幀的處理時間可以比X.25的處理時間減少一個數(shù)量級，因而提高了幀中繼網(wǎng)的處理效率。（2）傳送的基本單元為幀，幀的長度可變，最大長度允許1600字節(jié)，比X.25

27、網(wǎng)的缺省分組長度128字節(jié)長，特別適合于封裝局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)單元，減少了分段與重組的處理開銷。 幀中繼技術的特點幀中繼技術的特點（3）在數(shù)據(jù)鏈路層完成動態(tài)(統(tǒng)計)復用、幀透明傳輸和差錯檢測，但與X.25網(wǎng)不同的是幀中繼網(wǎng)內(nèi)節(jié)點若檢測到差錯，將出錯的幀丟棄，不采用重傳機制，減少了幀編號、流量控制、應答等開銷，由此減少了交換機的處理時間，提高了網(wǎng)絡吞吐量，降低了網(wǎng)絡遲延。（4）幀中繼技術提供了有效的帶寬管理和阻塞控制機制，使用戶能合理傳送超出約定帶寬的突發(fā)性數(shù)據(jù)，充分利用網(wǎng)絡資源。幀中繼技術的特點幀中繼技術的特點（5）幀中繼現(xiàn)可提供用戶的接入速率在 64Kbit/s 2.048 Mbit/s ,也可達

28、到 45Mbit/s。 （6）與X.25分組交換一樣，幀中繼采用了面向連接的工作模式，可以提供PVC（永久虛電路）業(yè)務、SVC（交換虛電路）業(yè)務。由于幀中繼的SVC業(yè)務對用戶的資費并不能帶來明顯的好處，實際上主要用作局域網(wǎng)的互連，僅采用PVC業(yè)務。 PVC 和 SVC的差別 ATM交換機中的連接分為永久虛擬電路（PVC）和交換虛擬電路（SVC）兩種。 PVC是在源地址與目的地址之間的永久性硬件電路連接。SVC是根據(jù)實時交換要求建立的臨時交換電路連接。 兩者的最大區(qū)別是：PVC不論是否有數(shù)據(jù)傳輸，它都保持連接；而SVC在數(shù)據(jù)傳輸完成后就自動斷開。 兩者的應用區(qū)別是：在通常的ATM交換中，有一些P

29、VC用于保持信號和管理信息通訊，保持永久連接；而SVC主要用于大量的具體數(shù)據(jù)的傳輸。幀中繼網(wǎng)幀中繼交換機路由器局域網(wǎng)局域網(wǎng)虛電路路由器幀中繼提供虛電路服務幀中繼網(wǎng)路由器局域網(wǎng)局域網(wǎng)虛電路路由器虛電路像一條專用電路用戶看不見幀中繼網(wǎng)絡內(nèi)的幀中繼交換機幀中繼的應用幀中繼的應用 專用網(wǎng)接口：所有的數(shù)據(jù)設備安裝帶有FRN接口的E1（或T1）多路選擇器；其它應用（語音傳輸、電話會議等）僅安裝非幀中繼接口； 公用網(wǎng)接口 應用：塊數(shù)據(jù)交換、文件傳送、字符交互、互聯(lián)LAN、支持多個低速復用。 人們曾經(jīng)設想過“未來最理想”的一種網(wǎng)絡是寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng) B-ISDN。 B-ISDN 采用新的 ATM 交換技術。

30、這種技術結合了電路交換和分組交換的優(yōu)點。 雖然在 B-ISDN 并沒有成功，但 ATM 技術還是獲得了相當廣泛的應用，并在因特網(wǎng)的發(fā)展中起到了重要的作用。5.3.3 異步傳輸模式異步傳輸模式ATMATM技術背景技術背景 ISDN是由電話綜合數(shù)字網(wǎng)演變而成的一個網(wǎng)絡，它提供端到端的數(shù)字連接，以支持包括話音和非話業(yè)務在內(nèi)的多種電信服務，并為用戶接入提供一組有限的多用途用戶網(wǎng)絡間的標準接口。 N_ISDN是以數(shù)字式電話網(wǎng)為基礎，采用電路交換方式，基于64Kbit/s的ISDN ,數(shù)據(jù)速率限為2Mbit/s； B_ISDN則是真正意義上的綜合，采用快速分組交換方式，即ATM技術。B-ISDN對傳輸模式

31、的要求對傳輸模式的要求 對信息損傷?。ㄐ畔魉偷臅r延和時延抖動要小，信息丟失和差錯率要?。?能靈活支持各種業(yè)務； 具有高速傳送信息的能力； 簡單易行（簡化信息的處理過程，簡化對網(wǎng)絡設備、網(wǎng)絡結構、網(wǎng)絡管理的要求）。異步傳輸模式異步傳輸模式ATM ATM 是建立在電路交換和分組交換的基礎上的一種面向連接的快速分組交換技術。 ATM 采用定長分組作為傳輸和交換的單元。這種定長分組叫做信元(cell)。 ATM 的數(shù)據(jù)速率為155.520 Mbit/s，622.080Mbit/s。 SDH(同步數(shù)字系列) 傳送的同步比特流被劃分為一個個固定時間長度的幀（請注意，這是時分復用的時間幀，而不是數(shù)據(jù)鏈路

32、層的幀）。當用戶的 ATM 信元需要傳送時，就可插入到 SDH 的一個幀中。 ATM 名詞中的“異步”是指將 ATM 信元“異步插入”到同步的 SDH 比特流中。每個用戶發(fā)送的 ATM 信元在每一時分復用幀中的相對位置并不是固定不變的。 “異步異步”的含義的含義 ATM網(wǎng)絡結構網(wǎng)絡結構 ATM技術是B-ISDN的核心技術； ATM網(wǎng)采用多級的交換網(wǎng)絡結構； ATM網(wǎng)絡是由ATM終端和ATM交換機構成； 接口： 用戶-網(wǎng)絡接口（UNI） 網(wǎng)絡-網(wǎng)絡接口（NNI） ATM網(wǎng)： 專用ATM網(wǎng) 公用ATM網(wǎng) 接入ATM網(wǎng)ATM層次模型High levelHigh levelATM AAL I . 36

33、2/363ATM Layer I . 361Physical LayerU_PlaneC_PlaneManagement PlanePlane ManagementLayerManagementATM是面向連接的是面向連接的 網(wǎng)絡資源是由各連接統(tǒng)計復用的：在連接時，網(wǎng)絡僅對連接進行資源的預分配，只有在傳輸信元時才真正占用傳輸資源； ATM支持VPC（虛通道連接）、VCC（虛通路連接），一條虛連接由VPI（虛通道標識符）和VCI（虛通路標識符）兩部分標識； 虛通道的網(wǎng)絡資源由網(wǎng)管系統(tǒng)以半永久方式分配；虛通道內(nèi)的虛通路通過信令動態(tài)地占用虛通道的資源；ATM物理層物理層 PMD（物理介質(zhì)相關子層）1

34、55.520 Mbit/s （電 / 光接口）622.080 Mbit/s （光接口） TC （傳輸會聚子層）信元流比特流21OSI-RMTCATM物理層物理層PMD物理層中的物理層中的 PMD 子層子層 PMD 子層在物理層中處于底層。 PMD 子層負責在物理媒體上正確傳輸和接收比特流。它完成只和媒體相關的功能，如線路編碼和解碼、比特定時以及光電轉換等。物理層中的物理層中的 TC 子層子層 TC 子層實現(xiàn)信元流和比特流的轉換，包括速率適配（空閑信元的插入）、信元定界與同步、傳輸幀的產(chǎn)生與恢復等。 發(fā)送時，TC 子層將 ATM 層交下來的信元流轉換成比特流，再交給下面的 PMD 子層。 接收時

35、，TC 子層將 PMD 子層交上來的比特流轉換成信元流，標記出每一個信元的開始和結束，并交給 ATM 層。 TC 子層的存在使得 ATM 層實現(xiàn)了與下面的傳輸媒體完全無關。典型的 TC 子層就是 SONET/SDH。 計算HECATMTCPMD（信元頭的前（信元頭的前4 4字節(jié)）字節(jié)）000000000000000000X X8 8+X+X2 2+X+1+X+1= = 商商 余數(shù)余數(shù)將余數(shù)將余數(shù) 01010101 01010101 得得 HECHECn適配同步傳輸、信元速率去耦 如信元裝在如信元裝在SDHSDH中傳輸，當無數(shù)據(jù)發(fā)送時中傳輸，當無數(shù)據(jù)發(fā)送時應插入空信元；應插入空信元； 操作維護信

36、元（操作維護信元（OAMOAM）用于傳送操作控制）用于傳送操作控制信息、以及信元速率去耦信息、以及信元速率去耦. .物理層中的物理層中的 TC 子層子層ATMTCPMD 定位信元的邊界檢查存在有效信元頭？檢查存在有效信元頭？移位寄存器（移位寄存器（4040位）位）PMDPMDTCTC 如果是有效信元頭，將移位寄存器中左如果是有效信元頭，將移位寄存器中左8 8位對位對右右3232位進行計算位進行計算HECHEC； 如果不是有效信元頭，將右如果不是有效信元頭，將右1 1位，繼續(xù)計算。位，繼續(xù)計算。物理層中的物理層中的 TC 子層子層傳輸匯聚子層 信元頭保護機制 HEC 8 bits G(X) =

37、X8 + X2 + X + 1 糾正單個位差錯和檢測多個位差錯檢錯模式檢錯模式糾錯模式糾錯模式糾正單個位差錯糾正單個位差錯檢測多個位差錯，丟棄信元檢測多個位差錯，丟棄信元未檢到錯未檢到錯檢到錯檢到錯丟棄信元丟棄信元未檢到錯未檢到錯ATM層層 功能：信元復用 / 解復用信元傳輸（信元頭的生成 / 去除、信元 VPI/ VCI 轉換）流量控制（一般流量控制 GFC）和阻塞控制ATM層層 ATM層不提供任何應答機制，不進行差錯控制（光纖傳輸）； 在實時業(yè)務（按順序投送）環(huán)境下，重發(fā)一個偶然出錯的信元比丟棄該信元更糟；路由表路由表11/1225/1231/1543/10端口號、端口號、VPI/VCIA

38、TM層層 ATM流量控制：控制入網(wǎng)的業(yè)務量，盡量避免阻塞； ATM阻塞控制：當出現(xiàn)阻塞，采取措施，如在信元頭中CLP=1的信元，將其丟棄。 檢查檢查 CLP=1？Y ATM適配（適配（AAL）層）層高層高層AALCSSSCSCPCSSSCFSSCOPSARATM48 字節(jié)字節(jié)可變長可變長業(yè)務特定協(xié)調(diào)功能業(yè)務特定協(xié)調(diào)功能業(yè)務特定面向連接協(xié)議業(yè)務特定面向連接協(xié)議53= 5+48 字節(jié)字節(jié)廣域網(wǎng)中X.25 、幀中繼和ATM不同 X.25 又叫公共分組交換網(wǎng)（PDN），各節(jié)點由交換機組成，交換機間用存儲轉發(fā)的方式交換分組, X.25 協(xié)議規(guī)定了統(tǒng)一的接口，能夠接入不同類型的用戶設備,在分組層為用戶提供

39、可靠的面向連接的虛電路服務，可靠性高 多路復用與點對點傳送; 幀中繼網(wǎng)與 X.25 有很多相同之處，它們都是點對點式的交換網(wǎng)絡，不過在設計思想上有明顯差別：X.25 強調(diào)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?；而幀中繼則著重于數(shù)據(jù)的快速傳輸，最大程度地提高網(wǎng)絡吞吐量，幀中繼省略了 X.25 中地分組層，以鏈路層地幀為基礎實現(xiàn)多條邏輯鏈路的統(tǒng)計復用和 轉換，體現(xiàn)了“幀中繼” 因為簡化了傳輸處理過程，所以幀中繼的平均傳輸速率能達到 X.25 的 10 倍左右， 明顯，這種簡化是很有效果的； ATM，即異步傳輸模式（Asynchronous Transfer Mode），是 B-ISDN 的底層傳輸技術，其設計思想比其

40、 X.25 和幀中繼有根本性的不同，ATM 把數(shù)據(jù)分割成固定長度的信元（ Cell），不同于可變長度的幀 由此帶來了很多好處，固定的信元長度使得 ATM 網(wǎng)絡可以用硬件來實現(xiàn)信元的快速轉發(fā)，傳輸速度上的又一提高！ 速率比較：X.25 = 64kbps，幀中繼 = 2.048Mbps，ATM 155Mbps ATM 所實現(xiàn)的高速率使得它可以提供多種類型的服務（視頻等），這是其最大長處之一；同時，ATM 還繼承了幀中繼網(wǎng)中面向連接和統(tǒng)計復用的優(yōu)點；945.4 移動網(wǎng)移動網(wǎng)ContentsContents95移動通信的發(fā)展 第一代：模擬系統(tǒng)。第一代：模擬系統(tǒng)。 例如：例如：AMPS、TACS 第二代

41、：數(shù)字系統(tǒng)。第二代：數(shù)字系統(tǒng)。 例如：例如：GSM、CDMA（ANSI-95）、）、TDMA(ANSI-136) 第三代第三代: WCDMA 、CDMA2000、TD-SCDMA規(guī)定：規(guī)定：3G必須支持移動必須支持移動IP業(yè)務。業(yè)務。96一、 GSM發(fā)展歷史 GSM是Global System for Mobile Communications的縮寫; 意為全球移動通信系統(tǒng); 是世界上主要的蜂窩系統(tǒng)之一.97 GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)史源于歐洲。 1982成立了一個 “移動特別小組Group Special Mobile）簡稱“GSM”，來制定有關的標準和建議書。 1991年在歐洲開通了第一個系

42、統(tǒng)，同時MoU組織為該系統(tǒng)設計和注冊了市場商標，將GSM更名為“全球移動通信系統(tǒng)”（Globa1 system for Mobile communications）。一、 GSM發(fā)展歷史98 1992年大多數(shù)歐洲GSM運營者開始商用業(yè)務。 1993年歐洲第一個DCSI800系統(tǒng)投入運營。 中國：1987年第一個模擬蜂窩移動電話系統(tǒng)在廣東建成并商用。1995年，GSM數(shù)字電話網(wǎng)開通。一、 GSM發(fā)展歷史99目 錄ContentsContents100二、GSM系統(tǒng)結構 GSM系統(tǒng)的主要設備 無線覆蓋 交換網(wǎng)絡 智能網(wǎng)業(yè)務101GSM系統(tǒng)網(wǎng)絡結構AUC:鑒權中心HLR:歸屬寄存器MSC/VLR:移

43、動交換中心/拜訪位置寄存器EIR:設備識別寄存器OMC:操作維護中心SMS:短信中心BSC：基站控制器BTS：基站MSC/VLRBSCBSC.SMSBTSEIR.OMC其它MSC或GWMSCMSCHLR/AUC102GSM系統(tǒng)網(wǎng)絡結構-網(wǎng)絡功能部件 基站（BS）由基站收發(fā)信臺（BTS）和基站控制器（BSC）組成。 BTS BASE TRANSCEIVER STATION 基站收發(fā)信臺（負責無線信號的收發(fā)） BSC BASE STATION CONTROLLER 基站控制設備（ 處理所有與無線信號有關的工作：小區(qū)切換、小區(qū)配置、控制和管理所連接的BTS 、無線信道分配和管理）103GSM基站簡介

44、 基站控制器（BSC）是基站子系統(tǒng)（BSS）的控制部分，起著BSS的變換設備的作用，即各種接口的管理，承擔無線資源和無線參數(shù)的管理。104GSM基站簡介 基站收發(fā)信臺（BTS）屬于基站子系統(tǒng)的無線部分，由基站控制器（BSC）控制，服務于某個小區(qū)的無線收發(fā)信設備，完成BSC與無線信道之間的轉換，實現(xiàn)BTS與移動臺（MS）之間通過空中接口的無線傳輸及相關的控制功能。105GSM基站簡介106機架中的電路板和模塊GSM系統(tǒng)網(wǎng)絡結構-網(wǎng)絡交換子系統(tǒng)構成111MSC 交換機房目前中國地區(qū)未使用此設備117GSM的無線覆蓋 GSM無線覆蓋由許多六邊形小區(qū)組成 根據(jù)需要，有定向和全向兩種小區(qū)118GSM小區(qū)

45、 移動小區(qū)的理想形狀是正六邊形，許多小區(qū)成蜂窩狀排列，所以也叫蜂窩小區(qū)或宏小區(qū)。其有效覆蓋范圍決定于基站和移動臺的發(fā)射功率、天線高度、傳播損耗、接收靈敏度、受干擾情況等因素，一般為幾百米幾公 里。119GSM的無線覆蓋 全向基站 信號發(fā)射、接收均為360度范圍 容量小，一般不多于4個載頻 設備簡單，主要用于話務量較低的地區(qū) 定向基站 一般分三個扇區(qū)，發(fā)射、接收均有方向性 可作大容量基站 特殊情況下可配置四扇區(qū)基站120小區(qū)分裂 若小區(qū)內(nèi)業(yè)務量激增時，宏小區(qū)可以縮小，分成多個小區(qū)，這在蜂窩網(wǎng)中稱為小區(qū)分裂 小區(qū)分裂增加了單位面積內(nèi)的信道數(shù)，解決了高話務量地區(qū)的通信阻塞問題 小區(qū)分裂不能無限制地進

46、行下去，最終受系統(tǒng)抗干擾能力限制121室內(nèi)分布天線系統(tǒng) 為了更好地解決大型商場、賓館、寫字樓內(nèi)的覆蓋問題，可以采用室內(nèi)分布天線系統(tǒng)122室內(nèi)分布天線系統(tǒng) 在室內(nèi)每隔一定距離裝上一個小型天線，使室內(nèi)具有良好的信號覆蓋(適中的信號強度） 信號源可以是周圍基站，也可以是微蜂窩123GSM使用頻段 GSM900 上行（移動臺發(fā)，基站收）：890915MHz 下行（基站發(fā)，移動臺收）：935960MHz GSM1800 上行：17101785MHz 下行：18051880MHz 我國規(guī)定17101755，18051850MHz為GSM1800頻段第三代移動通信系統(tǒng)將采用2000MHz(UMTS)公用移動

47、網(wǎng)大多采用800MHz和900MHz歐洲推出的DCS數(shù)字系統(tǒng)采用該頻段124三、GSM呼叫流程 條件 正常運營的網(wǎng)絡 正常工作的終端設備 有效的用戶識別卡125目 錄ContentsContents126移動臺待機狀態(tài) 位置區(qū)（Location Area）：由若干個小區(qū)組成。系統(tǒng)按位置區(qū)尋呼移動臺。LA1LA3LA5LA6MSCVLR127移動臺待機狀態(tài) 開機后，移動臺掃描所有的射頻信道，計算平均強度，守候在最強的廣播（BCCH）信道上 在廣播（BCCH）信道上，系統(tǒng)通知移動臺應當監(jiān)視哪些BCCH載波 移動臺不斷更新6個最強BCCH載波的測試表128移動臺待機狀態(tài) 如果位置區(qū)發(fā)生變化，移動臺在

48、RACH（隨機接入信道）上發(fā)接入請求 系統(tǒng)通過AGCH（允許接入信道）為移動臺分配一個SDCCH（獨立專用控制信道） 移動臺在SDCCH上完成登記。在SACCH（慢隨路信道）上發(fā)控制指令，移動臺返回空閑狀態(tài)129移動臺主叫流程 移動臺在RACH（隨機接入信道）上發(fā)接入請求 系統(tǒng)通過AGCH（允許接入信道）為移動臺分配一個 SDCCH（獨立專用控制信道） 通過SDCCH交換進一步的建立信息（鑒權加密、移動臺識別、被叫號碼等），在SACCH（慢隨路信道）上交換控制信息（測試報告、功率控制） 在TCH（業(yè)務信道）上通話130移動臺被叫流程 系統(tǒng)通過PCH(尋呼信道)尋呼移動臺 移動臺通過RACH（隨

49、機接入信道）發(fā)尋呼響應作應答 系統(tǒng)通過AGCH（允許接入信道）為移動臺分配一個SDCCH（獨立專用控制信道） 系統(tǒng)與移動臺交換必要的信息（鑒權、加密模式、移動臺識別、被叫號碼等）。在SACCH（慢隨路信道）上發(fā)送測試報告和功率控制 分配TCH（業(yè)務信道），開始通話1315.4.2 GPRS GPRS（通用分組無線業(yè)務）是GSM標準化組織制定的一套標準,以實現(xiàn)移動分組數(shù)據(jù)業(yè)務 GPRS的實現(xiàn)是在GSM網(wǎng)絡上增加分組數(shù)據(jù)服務設備，并對GSM無線網(wǎng)絡設備進行升級，從而利用現(xiàn)有的GSM無線覆蓋提供分組數(shù)據(jù)業(yè)務132GPRS網(wǎng)絡與GSM網(wǎng)絡PSDNIP / X.25GSM 900/1800GPRSPST

50、N分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)公用電話交換網(wǎng)133新增GPRS網(wǎng)絡節(jié)點 在GSM網(wǎng)絡中，GPRS引入了SGSN、GGSN兩個新的網(wǎng)絡節(jié)點，從而使得用戶能夠在端到端分組模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù) SGSN(服務GPRS支持節(jié)點) 負責GPRS移動性管理,數(shù)據(jù)壓縮,加密和計費 ，類似于GSM中的MSC。 GGSN(網(wǎng)關GPRS支持節(jié)點) 提供分組數(shù)據(jù)網(wǎng)的路由,協(xié)議轉換，類似于GSM中的GMSC。134GPRS網(wǎng)絡結構圖DataMSC/VLRGSM+GPRSBSS withPCUISDNGPRSBackboneSGSNInternetGGSNVoiceBSSHLRGPRS主干網(wǎng)135GSM與GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務ISP163VLRBSCBTSMSCGMSCHLRAUCPSTNSGSNGGSN163APNData Ne