工學(xué)數(shù)據(jù)通信技術(shù)-第6章課件

第6章數(shù)據(jù)交換6.1數(shù)據(jù)交換的概念6.2電路交換6.3報文交換6.4分組交換6.5數(shù)據(jù)交換中的連接和無連接6.6幀中繼（FR）6.7異步轉(zhuǎn)移模式（ATM）交換6.8數(shù)據(jù)交換技術(shù)應(yīng)用實(shí)例第6章數(shù)據(jù)交換6.1數(shù)據(jù)交換的概念6.1數(shù)據(jù)交換的概念6.1.1數(shù)據(jù)交換的必要性 多個用戶之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，最簡單的實(shí)現(xiàn)方法就是在任意兩個用戶之間建立直達(dá)線路，這種實(shí)現(xiàn)方式稱為全連接。由全連接方式形成的通信網(wǎng)，叫做完全連接網(wǎng)，如圖6-1（a）所示。6.1數(shù)據(jù)交換的概念6.1.1數(shù)據(jù)交換的必要性圖6-1全連接網(wǎng)和交換網(wǎng)圖6-1全連接網(wǎng)和交換網(wǎng)6.1.2交換的概念1．什么是交換？ 為了便于理解交換的概念，下面給出交換的定義。所謂交換是采用交換機(jī)（或節(jié)點(diǎn)機(jī)）等交換系統(tǒng)，通過路由選擇技術(shù)在進(jìn)行通信的雙方之間建立物理的/邏輯的連接，形成一條通信電路，實(shí)現(xiàn)通信雙方的信息傳輸和交換的一種技術(shù)。6.1.2交換的概念 具有交換功能的網(wǎng)絡(luò)稱為交換網(wǎng)絡(luò)，交換中心稱為交換節(jié)點(diǎn)。通常，交換節(jié)點(diǎn)泛指網(wǎng)內(nèi)的各類交換機(jī)，它具有為兩個或多個設(shè)備創(chuàng)建臨時連接的能力。2．交換節(jié)點(diǎn)的基本組成 不論是何種類型的交換節(jié)點(diǎn)，它都是由交換網(wǎng)絡(luò)、通信接口、控制單元以及信令單元等幾部分組成，如圖6-3所示。 具有交換功能的網(wǎng)絡(luò)稱為交換網(wǎng)絡(luò)，交換中心稱為交換節(jié)點(diǎn)。通常圖6-3交換節(jié)點(diǎn)的組成圖6-3交換節(jié)點(diǎn)的組成交換網(wǎng)絡(luò)它主要是與硬件有關(guān)的交換結(jié)構(gòu)，其基本功能是提供用戶通信接口之間的連接，整個連接過程是受控制單元的程序控制的。通信接口通信接口一般分為兩種：用戶接口和中繼接口?？刂茊卧粨Q系統(tǒng)應(yīng)能在程序控制下有條不紊地完成大量的接續(xù)連接，以確保服務(wù)質(zhì)量（QoS）。交換網(wǎng)絡(luò)它主要是與硬件有關(guān)的交換結(jié)構(gòu)，其基本功能是提供用3．利用交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的途徑 隨著桌面計算機(jī)和便攜式移動計算機(jī)的發(fā)展，以及數(shù)據(jù)通信量的日益增長，用戶對帶寬的需求也越來越高。3．利用交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的途徑6.1.3交換方式的分類 所謂交換方式是指對應(yīng)于各種傳輸模式，交換節(jié)點(diǎn)為完成其交換功能所采用的互通（Intercommunication）技術(shù)。交換方式主要分為兩類。1．電路交換方式（或線路交換方式）2．存儲/轉(zhuǎn)發(fā)交換方式（或信息交換方式）6.1.3交換方式的分類6.1.4數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)及其對交換方式的要求1．通信速率、信號形式2．業(yè)務(wù)量、實(shí)時性（1）短數(shù)據(jù)傳送（2）交互式數(shù)據(jù)傳送（3）批方式數(shù)據(jù)傳送3．傳輸差錯4．呼叫/應(yīng)答6.1.4數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)及其對交換方式的要求6.2電路交換6.2.1電路交換的工作原理1．背景2．工作原理 采用電路交換方式的交換網(wǎng)能為任一個入網(wǎng)的數(shù)據(jù)流提供一條臨時的專用物理通路。它是由通路上各節(jié)點(diǎn)內(nèi)部在空間上（布線連接，即空間交換）或在時間上（時隙互換）完成信道轉(zhuǎn)接而構(gòu)成的，為源DTE和宿D(zhuǎn)TE之間建立起的一條直通線路。6.2電路交換6.2.1電路交換的工作原（1）線路建立階段 在傳輸任何數(shù)據(jù)之前，都必須建立端到端（或站到站）的線路。（2）數(shù)據(jù)傳送階段 A站與B站的一對通信實(shí)體在鏈路傳輸規(guī)程的控制下，完成鏈路的連接，隨之進(jìn)行單工、半雙工和全雙工數(shù)據(jù)傳輸。（1）線路建立階段（3）線路拆除階段 數(shù)據(jù)傳輸完后，由任一站主動向交換網(wǎng)發(fā)出“拆線請求”信令，該信令沿著通路各節(jié)點(diǎn)傳送，使這些節(jié)點(diǎn)拆除各段鏈路，以釋放信道資源。這個拆線過程只是交換網(wǎng)的內(nèi)部過程，一般與通信雙方的站設(shè)備無關(guān)。（3）線路拆除階段6.2.2電路交換的特點(diǎn)及其應(yīng)用1．電路交換的特點(diǎn)（1）優(yōu)點(diǎn) 信息傳輸延遲時間?。▽τ谝淮芜B接來說，傳輸延遲是固定不變的）。 交換機(jī)對用戶的數(shù)據(jù)信息不進(jìn)行存儲、分析和處理，交換機(jī)在處理方面的開銷小，對用戶的數(shù)據(jù)信息不需要附加許多用于控制的信息，傳輸效率高。6.2.2電路交換的特點(diǎn)及其應(yīng)用 信息的編碼方法和信息格式不受限制，即可在用戶間提供“透明”的傳輸。（2）缺點(diǎn) 電路接續(xù)時間較長，短報文通信效率低。 電路資源被通信雙方占用，電路利用率低。 通信雙方在信息傳輸速率、編碼格式、同步方式、通信規(guī)程等方面應(yīng)完全兼容，這就限制了各種不同速率、不同代碼格式、不同通信規(guī)程的用戶終端之間互通。 信息的編碼方法和信息格式不受限制，即可在用戶間提供“ 有呼損。 傳輸質(zhì)量較多地依賴于線路的性能，因而差錯率較高。2．電路交換的應(yīng)用3．電路交換方式的改進(jìn) 有呼損。6.3報文交換6.3.1報文交換的工作原理 由于電路交換的資源利用率低，不同類型的用戶間不能直接互通，靈活性差，所以，又發(fā)展了報文交換，也稱為信息交換方式（或文電交換方式）。6.3報文交換6.3.1報文交換的工作原 報文交換的基本思想就是“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”。假定用戶甲有報文A，B和C要發(fā)往乙用戶時，甲用戶不需要先接通乙用戶之間的電路，而是先與連接甲的一中間節(jié)點(diǎn)接通，將報文A，B和C先存儲下來；然后，分析報文提供的乙地址信息，根據(jù)地址信息接通下一個中間節(jié)點(diǎn)后，將報文A，B和C轉(zhuǎn)發(fā)出去；如此進(jìn)行下去直到將數(shù)據(jù)報文A，B和C發(fā)往乙用戶。 報文交換的基本思想就是“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”。假定用戶甲有報文A，6.3.2報文交換的優(yōu)缺點(diǎn)1．優(yōu)點(diǎn) 報文交換的主要特征是交換機(jī)存儲整個報文，并進(jìn)行必要的處理。因此，報文交換的主要優(yōu)點(diǎn)如下。 報文以存儲/轉(zhuǎn)發(fā)方式通過交換機(jī)，輸入輸出電路的速率、代碼格式可以不同，很容易實(shí)現(xiàn)各種不同類型用戶間的相互通信。6.3.2報文交換的優(yōu)缺點(diǎn) 報文交換中沒有電路接續(xù)過程，來自不同用戶的報文可以在同一線路上以報文為單位實(shí)現(xiàn)時分多路復(fù)用，線路的利用率大大提高。 用戶不需要叫通對方就可以發(fā)送報文，沒有呼損，并可以節(jié)省通信終端操作人員的時間。同一報文可由交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)到許多不同的收信地點(diǎn)。 報文交換中沒有電路接續(xù)過程，來自不同用戶的報文可以在2．缺點(diǎn) 報文交換有以下主要缺點(diǎn)。 報文通過交換機(jī)的時延大，且時延抖動也大，不利于實(shí)時通信。 交換機(jī)要有能力存儲轉(zhuǎn)發(fā)用戶發(fā)送的報文，其中有的報文可能很長，這就要求交換機(jī)要有高速處理能力和大的存儲空間。因此，報文交換機(jī)的設(shè)備比較龐大，費(fèi)用高。2．缺點(diǎn) 報文交換不適于實(shí)時交換數(shù)據(jù)的場合。 報文交換的上述優(yōu)缺點(diǎn)使其主要適用于公眾電報和電子信箱業(yè)務(wù)。 報文交換不適于實(shí)時交換數(shù)據(jù)的場合。6.4分組交換6.4.1分組交換概述1．分組交換產(chǎn)生的背景 雖然分組交換目前廣泛地應(yīng)用于計算機(jī)通信，但有趣的是，這個技術(shù)起源是一個話音通信系統(tǒng)的研制計劃。6.4分組交換6.4.1分組交換概述2．分組交換的概念 CCITT曾給分組交換的含義作了如下的敘述： “在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行交換的是這樣一個組合實(shí)體——一組包含著數(shù)據(jù)和呼叫控制信息（如地址）的二進(jìn)制數(shù)，這些數(shù)據(jù)、呼叫控制信息以及可能附加的差錯控制信息都按規(guī)定的格式排列。”2．分組交換的概念 分組交換是計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，按照分組交換方式，每個數(shù)據(jù)報文被分割成分組（數(shù)據(jù)塊），然后，附上控制信息被打包成一個個數(shù)據(jù)包（Packet）。6.4.2分組交換原理1．分組長度 數(shù)據(jù)以短的分組傳輸，一般分組長度上限為幾十到一千字節(jié)。實(shí)際所用的長度還受許多因素的限制。2．分組交換發(fā)送數(shù)據(jù)信息的過程 分組交換是計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，按照分組交換方6.4.3分組交換的優(yōu)缺點(diǎn) 分組交換主要以報文分組為傳輸單位，以存儲/轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和傳輸。1．主要優(yōu)點(diǎn) 向用戶提供不同速率、不同代碼、不同同步方式以及不同通信控制協(xié)議的數(shù)據(jù)終端間能夠相互通信的靈活的通信環(huán)境。 在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較輕的情況下，信息傳輸時延較小，而且變化范圍不大，能夠較好地滿足會話型通信的實(shí)時性要求。6.4.3分組交換的優(yōu)缺點(diǎn)實(shí)現(xiàn)線路的動態(tài)時分復(fù)用，通信線路（包括中繼線和用戶線）的利用率高。在一條物理線路上可以同時提供多條信息通路。可靠高。每個分組在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時可以在中繼線和用戶線上分段獨(dú)立地進(jìn)行差錯校驗(yàn)，使信息在分組交換網(wǎng)中傳輸?shù)恼`碼率大大降低，一般可達(dá)10?9以下。由于“報文分組”在分組交換網(wǎng)中的傳輸路由是可變的，當(dāng)網(wǎng)中的線路或設(shè)備發(fā)生故障時，“分組”可以自動地選擇一條新的路由避開故障點(diǎn)，使通信不會中斷。實(shí)現(xiàn)線路的動態(tài)時分復(fù)用，通信線路（包括中繼線和用戶線）經(jīng)濟(jì)性好。信息以“分組”為單位在交換機(jī)中存儲和處理，不要求交換機(jī)具有很大的存儲容量（通常分組交換機(jī)只設(shè)內(nèi)存，沒有硬盤），降低了網(wǎng)內(nèi)設(shè)備的費(fèi)用。對線路的統(tǒng)計復(fù)用也大大降低了用戶的通信費(fèi)用。分組交換網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)和管理中心（NMC）對網(wǎng)內(nèi)設(shè)備實(shí)行比較集中的控制和維護(hù)，節(jié)省管理費(fèi)用。能與公用電話網(wǎng)、用戶電報網(wǎng)和低速數(shù)據(jù)網(wǎng)及其他專用網(wǎng)互連。經(jīng)濟(jì)性好。信息以“分組”為單位在交換機(jī)中存儲和處理，不2．主要缺點(diǎn) 由網(wǎng)絡(luò)附加的傳輸信息多，對長報文通信的傳輸效率比較低。當(dāng)把一份報文劃分為許多分組在交換網(wǎng)內(nèi)傳輸時，為了保證這些分組能夠按照正確的路徑安全準(zhǔn)確地達(dá)到終點(diǎn)，就要給每個數(shù)據(jù)分組加上控制信息（分組頭）。除此之外，還要設(shè)計許多不包含數(shù)據(jù)信息的控制分組，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通路的建立、保持和拆除，并進(jìn)行差錯控制和流量控制等。因此，分組交換的傳輸效率不如電路交換和報文交換高。2．主要缺點(diǎn) 技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。分組交換機(jī)要對各種類型的“分組”進(jìn)行分析處理，為“分組”在網(wǎng)中的傳輸提供路由，并且在必要時自動進(jìn)行路由調(diào)整；交換機(jī)還要為用戶提供速率、代碼和規(guī)程的變換，為網(wǎng)絡(luò)的管理和維護(hù)提供必要的報告信息等。這些都要求分組交換機(jī)要有很高的處理能力，因而，相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)也就更為復(fù)雜。 技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。分組交換機(jī)要對各種類型的“分組”進(jìn)行分6.4.4數(shù)據(jù)報方式的分組交換1．?dāng)?shù)據(jù)報的工作原理 數(shù)據(jù)報非常類似于報文交換，交換網(wǎng)把對進(jìn)網(wǎng)的任一分組都當(dāng)作單獨(dú)的“小報文”來處理，而不管它是屬于哪個報文的分組，就像在報文交換方式中把一份報文進(jìn)行單獨(dú)處理一樣，現(xiàn)用圖6-9來說明。6.4.4數(shù)據(jù)報方式的分組交換圖6-9數(shù)據(jù)報方式的分組交換圖6-9數(shù)據(jù)報方式的分組交換2．?dāng)?shù)據(jù)報方式的特點(diǎn) 用戶之間的通信不需要經(jīng)歷呼叫建立和呼叫清除階段，對于短報文通信傳輸效率較高。 數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)臅r延較大。 對網(wǎng)絡(luò)擁塞或故障的適應(yīng)能力較強(qiáng)。如在網(wǎng)絡(luò)的一部分形成擁塞或某個節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)報可以繞開那個擁塞的部分和某個故障節(jié)點(diǎn)另找路由。 現(xiàn)今的Internet網(wǎng)絡(luò)就是以數(shù)據(jù)報方式進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)信息的。2．?dāng)?shù)據(jù)報方式的特點(diǎn)6.4.5虛電路方式的分組交換1．基本概念（1）虛電路 虛電路（VirtualCircuit）是以分組的統(tǒng)計多路復(fù)用為基礎(chǔ)的，采用虛電路服務(wù)可以有效地利用線路資源。所謂虛電路就是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)一對數(shù)據(jù)終端（DTE）之間的邏輯連接，允許數(shù)據(jù)同時雙向傳輸，而且通過邏輯連接的全部數(shù)據(jù)傳輸均采用分組形式。6.4.5虛電路方式的分組交換（2）邏輯信道 為了區(qū)分一條線路上不同終端的分組，對分組進(jìn)行編號，即每個分組的分組頭上的一個邏輯信道號（LCN），用來標(biāo)識該分組應(yīng)在哪一條虛電路上傳輸。（3）虛呼叫 它是一個臨時的或交換的虛電路，它必須在進(jìn)行信息傳送之前通過交換分組來建立。（2）邏輯信道2．虛電路的建立 根據(jù)分組交換方式的虛電路和分組復(fù)用的概念，即在一條物理的線路上能夠傳輸多對用戶終端之間的數(shù)據(jù)，而虛電路的實(shí)現(xiàn)借用了邏輯信道標(biāo)識。3．虛電路的特點(diǎn) 在數(shù)據(jù)傳送之前建立站與站之間的一條路徑，但并不像電路交換有一條專用的線路。2．虛電路的建立4．虛電路實(shí)現(xiàn)方法 目前，虛電路有兩種方法實(shí)現(xiàn)：交換虛電路（SVC）和永久虛電路（PVC）。（1）SVC 在交換虛電路（SVC）方法中，每條虛電路在需要的時候被創(chuàng)建，而且僅僅在此次通信交換的過程中存在。（2）PVC 永久虛電路（PVC）類似于租用線路，在這種方法中，兩個用戶之間存在一條專門的虛電路，此虛電路是專門提供給特定用戶的。4．虛電路實(shí)現(xiàn)方法6.4.6分組交換網(wǎng)的應(yīng)用 分組交換網(wǎng)主要應(yīng)用在以下幾個方面。 ①分組交換在商業(yè)中的應(yīng)用。 ②組建虛擬專用網(wǎng)（VPN）。 ③進(jìn)行實(shí)時業(yè)務(wù)處理。6.4.6分組交換網(wǎng)的應(yīng)用④數(shù)據(jù)庫查詢，開展信息服務(wù)。⑤分組交換網(wǎng)絡(luò)接入其他數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。⑥分組交換還可以實(shí)現(xiàn)電子數(shù)據(jù)交換（EDI）、可視圖文、傳真存儲系統(tǒng)、等增值業(yè)務(wù)。⑦與其他分組交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。④數(shù)據(jù)庫查詢，開展信息服務(wù)。6.4.7幾種交換方式的比較 為了更為全面地理解各種交換方式的特點(diǎn)，可以從不同角度的多個側(cè)面去觀察和分析比較它們各自的特性，采用列表形式一目了然。6.4.7幾種交換方式的比較6.5數(shù)據(jù)交換中的連接和無連接6.5.1面向連接服務(wù)和面向無連接服務(wù) 在計算機(jī)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)中，協(xié)議中的層與層之間是完全獨(dú)立而且是單向依賴的，即相鄰層之間通過接口使用服務(wù)原語建立通信；下層是上層的服務(wù)提供者，通過使用原語操作提供服務(wù)，上層是服務(wù)調(diào)用者。6.5數(shù)據(jù)交換中的連接和無連接6.5.1面向連接服務(wù)1．面向連接服務(wù) 面向連接服務(wù)實(shí)際上是對電話系統(tǒng)服務(wù)模式的一種抽象。對于遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)交換，從協(xié)議的角度看，兩個實(shí)體之間要建立邏輯上的聯(lián)系，或者說是連接。 面向連接的主要特點(diǎn)就是收發(fā)數(shù)據(jù)不但順序一致，而且內(nèi)容也相同。1．面向連接服務(wù)2．面向無連接服務(wù) 面向無連接服務(wù)實(shí)際上是對郵政系統(tǒng)服務(wù)的一種抽象。在面向無連接的數(shù)據(jù)傳輸過程中，其中每個分組頭攜帶完整的信宿地址，各數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中獨(dú)立傳送。2．面向無連接服務(wù)6.5.2面向連接的方式1．物理連接 它是一種實(shí)際的物理連線。2．虛電路連接 虛電路連接主要是通過一組表格（路由表）、隊(duì)列緩沖區(qū)和相應(yīng)軟件實(shí)現(xiàn)的，但必須建立在硬件基礎(chǔ)上。6.5.2面向連接的方式3．純軟件實(shí)現(xiàn)的虛擬連接 從協(xié)議的角度，這種連接就是一種層次交換，它是虛擬的、形式上的連接，純粹由相應(yīng)的協(xié)議軟件實(shí)現(xiàn)的，跟下層無任何關(guān)系。3．純軟件實(shí)現(xiàn)的虛擬連接6.6幀中繼（FR）6.6.1幀中繼概述1．背景 幀中繼起初是由ITU-T定義的；接下來美國ANSI協(xié)會延續(xù)了這一版本并定義了幀中繼的信令與核心特征；然后是成立于1991年的幀中繼論壇，對幀中繼的核心功能進(jìn)行了補(bǔ)充。6.6幀中繼（FR）6.6.1幀中繼概述2．幀中繼出現(xiàn)的原因 理解數(shù)據(jù)通信應(yīng)用的特點(diǎn)，尤其是LAN應(yīng)用的本質(zhì)，有助于了解幀中繼出現(xiàn)的原因。數(shù)據(jù)通信應(yīng)用的特點(diǎn)表現(xiàn)為以下幾個方面：（1）突發(fā)性（2）間歇性（3）更高的峰值2．幀中繼出現(xiàn)的原因6.6.2幀中繼協(xié)議體系結(jié)構(gòu)1．幀中繼協(xié)議的參考模型 幀中繼的協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖6-14所示，幀中繼承載業(yè)務(wù)簡化了Q.921建議中鏈路層的功能，僅完成其核心功能。6.6.2幀中繼協(xié)議體系結(jié)構(gòu)圖6-14幀中繼的協(xié)議結(jié)構(gòu)圖6-14幀中繼的協(xié)議結(jié)構(gòu)2．幀格式 幀中繼的格式主要體現(xiàn)在其數(shù)據(jù)鏈路層上，它使用HDLC的一個簡化版本。6.6.3幀中繼網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成 一個典型的幀中繼網(wǎng)絡(luò)設(shè)備由用戶端設(shè)備（CPE）和幀中繼交換機(jī)設(shè)備等組成，如圖6-16所示。2．幀格式圖6-16幀中繼網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成圖圖6-16幀中繼網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成圖 用戶入網(wǎng)方式 對于用戶來說，幀中繼提供給用戶的基本入網(wǎng)速率有9.6kbit/s、14.4kbit/s、19.2kbit/s和×64kbit/s，2Mbit/s。幀中繼的用戶接入方式有如下幾種。（1）局域網(wǎng)入網(wǎng)方式 LAN用戶一般通過路由器接入幀中繼網(wǎng)，其路由器具有標(biāo)準(zhǔn)的UNI接口。 用戶入網(wǎng)方式（2）終端接入方式 幀中繼型終端和具有PPP，X.25協(xié)議的終端可直接接入幀中繼網(wǎng)。其他終端可以通過FRAD將非標(biāo)準(zhǔn)的接口規(guī)程轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的接口規(guī)程后，接入幀中繼網(wǎng)。（3）用戶幀中繼交換機(jī)接入公用幀中繼網(wǎng) 用戶可以通過用戶幀中繼交換機(jī)接入到公用幀中繼網(wǎng)中。（2）終端接入方式6.6.4幀中繼的操作 幀中繼傳輸是基于永久虛電路（PVC）連接的。1．中繼（1）承諾信息速率（CIR） 幀中繼網(wǎng)絡(luò)適合為具有大量突發(fā)數(shù)據(jù)（如LAN）的用戶提供服務(wù)，并使用戶交納的通信費(fèi)用將大大低于專線。6.6.4幀中繼的操作 所謂CIR是一種特定邏輯連接的傳輸速率，幀中繼通常為每一個PVC指定一個CIR，CIR不應(yīng)超過PVC兩端中速率較低一端的速率。（2）永久虛電路（PVC）和數(shù)據(jù)鏈路標(biāo)識符（DLIC）尋址2．交換 幀中繼交換機(jī)只有兩個功能。當(dāng)收到一個幀時，交換機(jī)通過FCS進(jìn)行校驗(yàn)，使用CRC檢查它的錯誤。 所謂CIR是一種特定邏輯連接的傳輸速率，幀中繼通常為每一個6.6.5幀中繼業(yè)務(wù)的特點(diǎn)與應(yīng)用1．幀中繼業(yè)務(wù)的特點(diǎn)（1）靈活的VC業(yè)務(wù)（2）簡單的網(wǎng)絡(luò)處理（3）有效的帶寬利用（4）多協(xié)議支持（5）傳輸速率高（6）較低的成本（7）接入方式靈活（8）可實(shí)現(xiàn)向ATM的過渡6.6.5幀中繼業(yè)務(wù)的特點(diǎn)與應(yīng)用2．幀中繼的應(yīng)用 幀中繼技術(shù)作為一種新的通信手段為用戶提供了優(yōu)良的數(shù)據(jù)傳送性能，因而幀中繼業(yè)務(wù)的應(yīng)用十分廣泛。（1）局域網(wǎng)互聯(lián)（2）用幀中繼連接X.25公用分組交換網(wǎng)（3）組建虛擬專用網(wǎng)（VPN）2．幀中繼的應(yīng)用6.7異步轉(zhuǎn)移模式（ATM）交換6.7.1ATM概述1．背景 網(wǎng)絡(luò)本身的發(fā)展是為了滿足對適應(yīng)各種業(yè)務(wù)的需求。6.7異步轉(zhuǎn)移模式（ATM）交換6.7.1ATM概述2．ATM的定義和特點(diǎn)（1）定義 異步轉(zhuǎn)移模式（ATM）已被ITU-T于1992年6月定義為未來寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)（B-ISDN）的傳遞模式。術(shù)語“轉(zhuǎn)移”包括傳輸和交換兩個方面，所以轉(zhuǎn)移模式意味著信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸和交換的方式?！爱惒健笔侵附永m(xù)和用戶帶寬分配的方式。因此，ATM就是在用戶接入、傳輸和交換級綜合處理各種通信量的技術(shù)。2．ATM的定義和特點(diǎn)ATM概念可以由下面幾個方面定義。所有信息在ATM網(wǎng)中以稱為信元（cell）的固定長度數(shù)據(jù)單元格式傳送，信元由首標(biāo)（header）和信息域（payload）組成。

ATM是面向連接的技術(shù)，同一虛接續(xù)中的信元順序保持不變。通信資源可以產(chǎn)生所需的信元，每一信元都具有接續(xù)識別的標(biāo)號（位于首標(biāo)域）。ATM概念可以由下面幾個方面定義。 信息域被透明傳送，它不執(zhí)行差錯控制。 信元流被異步時分多路復(fù)用。（2）ATM的特點(diǎn) 協(xié)議簡單，可通過硬件實(shí)現(xiàn)。具有協(xié)議處理速度快和時延小的特點(diǎn)。 固定長度的信元（53字節(jié)長度），不受數(shù)據(jù)類型的影響。 信息域被透明傳送，它不執(zhí)行差錯控制。具有多媒體傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。采用統(tǒng)計復(fù)用的方法，具有動態(tài)分配帶寬的能力。有效地跨接LAN和WAM的高速互連網(wǎng)技術(shù)。

ATM交換既有電路交換的特點(diǎn)，又有分組交換的特點(diǎn)，它代表了交換技術(shù)的最高水平。具有多媒體傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。6.7.2ATM的異步交換原理1．異步時分復(fù)用 在異步時分復(fù)用中，同樣是將一條線路按照傳輸速率所確定的時間周期將時間劃分成為幀的形式，而一幀中又再劃分時隙來承載用戶數(shù)據(jù)。6.7.2ATM的異步交換原理2．異步交換 先回顧一下TDM中所使用的固定時隙交換技術(shù)。在這種交換技術(shù)中，用戶數(shù)據(jù)在交換前的輸入幀中的位置與其在交換后的輸出幀中的位置一般是不同的。 在ATM中，交換也是固定時隙的。當(dāng)輸入幀進(jìn)入ATM交換機(jī)后，要在緩存器中進(jìn)行緩存，并根據(jù)輸出幀中時隙的空閑情況，隨機(jī)地占用某一個或若干個時隙，而且，所占用的若干時隙并不要求相鄰。2．異步交換6.7.3ATM的信元結(jié)構(gòu)1．信元的概念（1）信元結(jié)構(gòu) ATM信元（Cell）是ATM的具有固定大小的基本數(shù)據(jù)單元。在寬帶網(wǎng)絡(luò)中，ATM信元中凈荷域所承載的信息只進(jìn)行透明傳輸，信元本身的格式與具體的業(yè)務(wù)類型無關(guān)。（2）信元的優(yōu)點(diǎn) 將使用信元形式傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)稱為信元網(wǎng)絡(luò)。6.7.3ATM的信元結(jié)構(gòu)2．虛通道（VP）與虛通路（VC）（1）虛連接 信元形式的ATM網(wǎng)絡(luò)和分組形式的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)區(qū)別之一就是ATM網(wǎng)絡(luò)采用面向連接的呼叫接續(xù)方式，所以要在ATM信元頭中需要一個標(biāo)識來標(biāo)明每一個信元是屬于哪一個連接。2．虛通道（VP）與虛通路（VC）（2）虛通道（VP） 由于ATM是以53字節(jié)長的信元為單位，可以設(shè)定任意容量的通道，通常稱此通道為虛通道（VirtualPath，VP）。（3）虛通路（VC） 在ATM中的電路稱為虛通路（VC），它是以53字節(jié)的信元為單位可設(shè)定任意速率，而且可以改變速率。（2）虛通道（VP）6.7.4ATM體系結(jié)構(gòu)1．ATM協(xié)議參考模型 ATM協(xié)議參考模型是基于ITU-T的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的，如圖6-26所示。它由三個面組成：控制面（Control）、用戶面（User）和管理面（Managerment）。6.7.4ATM體系結(jié)構(gòu)圖6-26ATM協(xié)議參考模型圖6-26ATM協(xié)議參考模型2．ATM協(xié)議結(jié)構(gòu)與各層功能（1）協(xié)議結(jié)構(gòu)（2）各層主要功能 ATM層：ATM層主要執(zhí)行交換、路由選擇和多路復(fù)用。 AAL層（ATM適配層）：AAL層主要是將業(yè)務(wù)信息適配到ATM信息流，應(yīng)用特定業(yè)務(wù)在通話端ATM適配層提供。 物理層：它在相鄰ATM層間傳遞ATM信元。2．ATM協(xié)議結(jié)構(gòu)與各層功能（3）ATM的AAL業(yè)務(wù)分類 ATM網(wǎng)支持接入的各種業(yè)務(wù)具有不同的業(yè)務(wù)特性，其差別表現(xiàn)在三個方面：信源速率、信源與信宿的業(yè)務(wù)時鐘是否要求同步和連接方式。（3）ATM的AAL業(yè)務(wù)分類6.7.5ATM信元的復(fù)用與交換 ATM技術(shù)中最重要的特點(diǎn)就是信元的復(fù)用、交換和傳輸，這些都是在虛通路（VC）進(jìn)行的。1．ATM信元的路由策略（1）ATM連接的兩種類型6.7.5ATM信元的復(fù)用與交換（2）使用VPI和VCI的交換 ATM交換機(jī)中都包含一個交換表（編號列表），標(biāo)識到網(wǎng)絡(luò)中每個其他交換機(jī)的路徑。 在ATM的數(shù)據(jù)交換過程中，路徑本身是固定的。（2）使用VPI和VCI的交換2．VP交換與VC交換 圖6-31表示了VP交換與VC交換的基本概念。從交換功能方面，ATM實(shí)體具有VP交換，VC交換，或兼而有之。由圖可見，VP交換時，VPI值要變換，而其中的VCI都不變。VC交換時，則VCI和VPI都要變換。所謂ATM實(shí)體就是實(shí)現(xiàn)VP交換、VC交換的ATM交換機(jī)或ATM交叉連接器。2．VP交換與VC交換圖6-31VP交換與VC交換圖6-31VP交換與VC交換6.7.6ATM網(wǎng)絡(luò)1．ATM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ATM網(wǎng)絡(luò)的概念性結(jié)構(gòu)如圖6-32所示，它包括公用ATM網(wǎng)絡(luò)和專用ATM網(wǎng)絡(luò)兩部分。公用ATM網(wǎng)絡(luò)屬于電信公用網(wǎng)，它由電信部門建立、管理和運(yùn)營，可以連接各種專用ATM網(wǎng)及ATM用戶終端，作為骨干網(wǎng)絡(luò)使用。專用ATM網(wǎng)絡(luò)有時稱為用戶室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)（CPN），經(jīng)常用于一棟大廈或校園范圍內(nèi)。6.7.6ATM網(wǎng)絡(luò)圖6-32ATM網(wǎng)絡(luò)的概念性結(jié)構(gòu)圖圖6-32ATM網(wǎng)絡(luò)的概念性結(jié)構(gòu)圖2．ATM接口 ATM標(biāo)準(zhǔn)為各廠家設(shè)備互操作性提供了基本框架，它也包括ATM網(wǎng)和非ATM網(wǎng)，現(xiàn)行和未來的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用之間的互通性。（1）用戶—網(wǎng)絡(luò)接口（UNI） 用戶網(wǎng)絡(luò)接口是ATM終端設(shè)備和ATM通信網(wǎng)間的界面。2．ATM接口（2）網(wǎng)絡(luò)—網(wǎng)絡(luò)接口（NNI） 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口含義較為廣泛，它可以是兩個公用網(wǎng)的界面，也可以是兩個專用網(wǎng)的界面。（3）數(shù)據(jù)交換接口（DXI） ATM數(shù)據(jù)交換接口允許利用路由器等數(shù)據(jù)終端設(shè)備和ATM網(wǎng)互連，不需要其他特殊的硬件設(shè)備。（2）網(wǎng)絡(luò)—網(wǎng)絡(luò)接口（NNI）（4）寬帶互連接口（B-ICI） 包括信元中繼業(yè)務(wù)接口、電路仿真業(yè)務(wù)接口、幀中繼業(yè)務(wù)接口和交換多兆位數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（SMDS）接口等。3．ATM接口設(shè)備與接口線路 目前，可以通過ATM路由器和ATM復(fù)接器等多種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有各種用戶終端（如電視、電話、計算機(jī)等）及各種網(wǎng)絡(luò)（如電話網(wǎng)、DDN網(wǎng)、以太網(wǎng)、FDDI和幀中繼等）的適配和接入。（4）寬帶互連接口（B-ICI）6.8

數(shù)據(jù)交換技術(shù)應(yīng)用實(shí)例6.8.1中國公用分組交換網(wǎng)上的典型應(yīng)用1．金融POS機(jī)在分組交換網(wǎng)上的應(yīng)用 銷售終端（PointOfSales，POS），它是銀行部門在高效率地處理信用卡業(yè)務(wù)時所必須采用的設(shè)備。6.8數(shù)據(jù)交換技術(shù)應(yīng)用實(shí)例6.8.1中國公用分組交換利用分組交換網(wǎng)連接金融POS機(jī)，比利用電話線連接POS機(jī)有顯著的優(yōu)點(diǎn)。速率快、誤碼率低，大大提高POS系統(tǒng)的可靠性和安全性。一條線路可以同時傳輸語音和數(shù)據(jù)，并且多臺POS機(jī)可以同時工作，提高了線路利用率。也可與其他金融業(yè)務(wù)同期管理，易于實(shí)現(xiàn)貨幣儲蓄、清算等業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化。投資合理、快捷方便、性能良好的分組交換網(wǎng)連接POS系統(tǒng)，即方便了信用卡用戶，也大大提高了銀行的工作效率。利用分組交換網(wǎng)連接金融POS機(jī)，比利用電話線連接POS機(jī)有顯2．交通銀行總行利用分組交換網(wǎng)（CHINAPAC）組建管理信息系統(tǒng) 《交通銀行總行管理信息系統(tǒng)》以交通銀行總行、管轄分行(直屬分行)、分支行三級組成的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為支撐，將交通行主要經(jīng)營管理信息全面納入由計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸收集、匯總處理、派生分析的系統(tǒng)中，并采用SYSBASE數(shù)據(jù)庫技術(shù)建立總行綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，為交通銀行各級領(lǐng)導(dǎo)和業(yè)務(wù)人員的決策、管理及時、準(zhǔn)確地提供所需信息。2．交通銀行總行利用分組交換網(wǎng)（CHINAPAC）組建管理信6.8.2中國公用幀中繼寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例1．某公司利用中國公用幀中繼寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)組建內(nèi)部辦公系統(tǒng)（1）某公司組網(wǎng)要求（2）組網(wǎng)方案6.8.2中國公用幀中繼寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例2．利用中國公用幀中繼寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)組建遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)（1）遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)建設(shè)背景（2）組網(wǎng)方案2．利用中國公用幀中繼寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)組建遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)第6章數(shù)據(jù)交換6.1數(shù)據(jù)交換的概念6.2電路交換6.3報文交換6.4分組交換6.5數(shù)據(jù)交換中的連接和無連接6.6幀中繼（FR）6.7異步轉(zhuǎn)移模式（ATM）交換6.8數(shù)據(jù)交換技術(shù)應(yīng)用實(shí)例第6章數(shù)據(jù)交換6.1數(shù)據(jù)交換的概念6.1數(shù)據(jù)交換的概念6.1.1數(shù)據(jù)交換的必要性 多個用戶之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，最簡單的實(shí)現(xiàn)方法就是在任意兩個用戶之間建立直達(dá)線路，這種實(shí)現(xiàn)方式稱為全連接。由全連接方式形成的通信網(wǎng)，叫做完全連接網(wǎng)，如圖6-1（a）所示。6.1數(shù)據(jù)交換的概念6.1.1數(shù)據(jù)交換的必要性圖6-1全連接網(wǎng)和交換網(wǎng)圖6-1全連接網(wǎng)和交換網(wǎng)6.1.2交換的概念1．什么是交換？ 為了便于理解交換的概念，下面給出交換的定義。所謂交換是采用交換機(jī)（或節(jié)點(diǎn)機(jī)）等交換系統(tǒng)，通過路由選擇技術(shù)在進(jìn)行通信的雙方之間建立物理的/邏輯的連接，形成一條通信電路，實(shí)現(xiàn)通信雙方的信息傳輸和交換的一種技術(shù)。6.1.2交換的概念 具有交換功能的網(wǎng)絡(luò)稱為交換網(wǎng)絡(luò)，交換中心稱為交換節(jié)點(diǎn)。通常，交換節(jié)點(diǎn)泛指網(wǎng)內(nèi)的各類交換機(jī)，它具有為兩個或多個設(shè)備創(chuàng)建臨時連接的能力。2．交換節(jié)點(diǎn)的基本組成 不論是何種類型的交換節(jié)點(diǎn)，它都是由交換網(wǎng)絡(luò)、通信接口、控制單元以及信令單元等幾部分組成，如圖6-3所示。 具有交換功能的網(wǎng)絡(luò)稱為交換網(wǎng)絡(luò)，交換中心稱為交換節(jié)點(diǎn)。通常圖6-3交換節(jié)點(diǎn)的組成圖6-3交換節(jié)點(diǎn)的組成交換網(wǎng)絡(luò)它主要是與硬件有關(guān)的交換結(jié)構(gòu)，其基本功能是提供用戶通信接口之間的連接，整個連接過程是受控制單元的程序控制的。通信接口通信接口一般分為兩種：用戶接口和中繼接口?？刂茊卧粨Q系統(tǒng)應(yīng)能在程序控制下有條不紊地完成大量的接續(xù)連接，以確保服務(wù)質(zhì)量（QoS）。交換網(wǎng)絡(luò)它主要是與硬件有關(guān)的交換結(jié)構(gòu)，其基本功能是提供用3．利用交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的途徑 隨著桌面計算機(jī)和便攜式移動計算機(jī)的發(fā)展，以及數(shù)據(jù)通信量的日益增長，用戶對帶寬的需求也越來越高。3．利用交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的途徑6.1.3交換方式的分類 所謂交換方式是指對應(yīng)于各種傳輸模式，交換節(jié)點(diǎn)為完成其交換功能所采用的互通（Intercommunication）技術(shù)。交換方式主要分為兩類。1．電路交換方式（或線路交換方式）2．存儲/轉(zhuǎn)發(fā)交換方式（或信息交換方式）6.1.3交換方式的分類6.1.4數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)及其對交換方式的要求1．通信速率、信號形式2．業(yè)務(wù)量、實(shí)時性（1）短數(shù)據(jù)傳送（2）交互式數(shù)據(jù)傳送（3）批方式數(shù)據(jù)傳送3．傳輸差錯4．呼叫/應(yīng)答6.1.4數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)及其對交換方式的要求6.2電路交換6.2.1電路交換的工作原理1．背景2．工作原理 采用電路交換方式的交換網(wǎng)能為任一個入網(wǎng)的數(shù)據(jù)流提供一條臨時的專用物理通路。它是由通路上各節(jié)點(diǎn)內(nèi)部在空間上（布線連接，即空間交換）或在時間上（時隙互換）完成信道轉(zhuǎn)接而構(gòu)成的，為源DTE和宿D(zhuǎn)TE之間建立起的一條直通線路。6.2電路交換6.2.1電路交換的工作原（1）線路建立階段 在傳輸任何數(shù)據(jù)之前，都必須建立端到端（或站到站）的線路。（2）數(shù)據(jù)傳送階段 A站與B站的一對通信實(shí)體在鏈路傳輸規(guī)程的控制下，完成鏈路的連接，隨之進(jìn)行單工、半雙工和全雙工數(shù)據(jù)傳輸。（1）線路建立階段（3）線路拆除階段 數(shù)據(jù)傳輸完后，由任一站主動向交換網(wǎng)發(fā)出“拆線請求”信令，該信令沿著通路各節(jié)點(diǎn)傳送，使這些節(jié)點(diǎn)拆除各段鏈路，以釋放信道資源。這個拆線過程只是交換網(wǎng)的內(nèi)部過程，一般與通信雙方的站設(shè)備無關(guān)。（3）線路拆除階段6.2.2電路交換的特點(diǎn)及其應(yīng)用1．電路交換的特點(diǎn)（1）優(yōu)點(diǎn) 信息傳輸延遲時間?。▽τ谝淮芜B接來說，傳輸延遲是固定不變的）。 交換機(jī)對用戶的數(shù)據(jù)信息不進(jìn)行存儲、分析和處理，交換機(jī)在處理方面的開銷小，對用戶的數(shù)據(jù)信息不需要附加許多用于控制的信息，傳輸效率高。6.2.2電路交換的特點(diǎn)及其應(yīng)用 信息的編碼方法和信息格式不受限制，即可在用戶間提供“透明”的傳輸。（2）缺點(diǎn) 電路接續(xù)時間較長，短報文通信效率低。 電路資源被通信雙方占用，電路利用率低。 通信雙方在信息傳輸速率、編碼格式、同步方式、通信規(guī)程等方面應(yīng)完全兼容，這就限制了各種不同速率、不同代碼格式、不同通信規(guī)程的用戶終端之間互通。 信息的編碼方法和信息格式不受限制，即可在用戶間提供“ 有呼損。 傳輸質(zhì)量較多地依賴于線路的性能，因而差錯率較高。2．電路交換的應(yīng)用3．電路交換方式的改進(jìn) 有呼損。6.3報文交換6.3.1報文交換的工作原理 由于電路交換的資源利用率低，不同類型的用戶間不能直接互通，靈活性差，所以，又發(fā)展了報文交換，也稱為信息交換方式（或文電交換方式）。6.3報文交換6.3.1報文交換的工作原 報文交換的基本思想就是“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”。假定用戶甲有報文A，B和C要發(fā)往乙用戶時，甲用戶不需要先接通乙用戶之間的電路，而是先與連接甲的一中間節(jié)點(diǎn)接通，將報文A，B和C先存儲下來；然后，分析報文提供的乙地址信息，根據(jù)地址信息接通下一個中間節(jié)點(diǎn)后，將報文A，B和C轉(zhuǎn)發(fā)出去；如此進(jìn)行下去直到將數(shù)據(jù)報文A，B和C發(fā)往乙用戶。 報文交換的基本思想就是“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”。假定用戶甲有報文A，6.3.2報文交換的優(yōu)缺點(diǎn)1．優(yōu)點(diǎn) 報文交換的主要特征是交換機(jī)存儲整個報文，并進(jìn)行必要的處理。因此，報文交換的主要優(yōu)點(diǎn)如下。 報文以存儲/轉(zhuǎn)發(fā)方式通過交換機(jī)，輸入輸出電路的速率、代碼格式可以不同，很容易實(shí)現(xiàn)各種不同類型用戶間的相互通信。6.3.2報文交換的優(yōu)缺點(diǎn) 報文交換中沒有電路接續(xù)過程，來自不同用戶的報文可以在同一線路上以報文為單位實(shí)現(xiàn)時分多路復(fù)用，線路的利用率大大提高。 用戶不需要叫通對方就可以發(fā)送報文，沒有呼損，并可以節(jié)省通信終端操作人員的時間。同一報文可由交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)到許多不同的收信地點(diǎn)。 報文交換中沒有電路接續(xù)過程，來自不同用戶的報文可以在2．缺點(diǎn) 報文交換有以下主要缺點(diǎn)。 報文通過交換機(jī)的時延大，且時延抖動也大，不利于實(shí)時通信。 交換機(jī)要有能力存儲轉(zhuǎn)發(fā)用戶發(fā)送的報文，其中有的報文可能很長，這就要求交換機(jī)要有高速處理能力和大的存儲空間。因此，報文交換機(jī)的設(shè)備比較龐大，費(fèi)用高。2．缺點(diǎn) 報文交換不適于實(shí)時交換數(shù)據(jù)的場合。 報文交換的上述優(yōu)缺點(diǎn)使其主要適用于公眾電報和電子信箱業(yè)務(wù)。 報文交換不適于實(shí)時交換數(shù)據(jù)的場合。6.4分組交換6.4.1分組交換概述1．分組交換產(chǎn)生的背景 雖然分組交換目前廣泛地應(yīng)用于計算機(jī)通信，但有趣的是，這個技術(shù)起源是一個話音通信系統(tǒng)的研制計劃。6.4分組交換6.4.1分組交換概述2．分組交換的概念 CCITT曾給分組交換的含義作了如下的敘述： “在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行交換的是這樣一個組合實(shí)體——一組包含著數(shù)據(jù)和呼叫控制信息（如地址）的二進(jìn)制數(shù)，這些數(shù)據(jù)、呼叫控制信息以及可能附加的差錯控制信息都按規(guī)定的格式排列?！?．分組交換的概念 分組交換是計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，按照分組交換方式，每個數(shù)據(jù)報文被分割成分組（數(shù)據(jù)塊），然后，附上控制信息被打包成一個個數(shù)據(jù)包（Packet）。6.4.2分組交換原理1．分組長度 數(shù)據(jù)以短的分組傳輸，一般分組長度上限為幾十到一千字節(jié)。實(shí)際所用的長度還受許多因素的限制。2．分組交換發(fā)送數(shù)據(jù)信息的過程 分組交換是計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，按照分組交換方6.4.3分組交換的優(yōu)缺點(diǎn) 分組交換主要以報文分組為傳輸單位，以存儲/轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和傳輸。1．主要優(yōu)點(diǎn) 向用戶提供不同速率、不同代碼、不同同步方式以及不同通信控制協(xié)議的數(shù)據(jù)終端間能夠相互通信的靈活的通信環(huán)境。 在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較輕的情況下，信息傳輸時延較小，而且變化范圍不大，能夠較好地滿足會話型通信的實(shí)時性要求。6.4.3分組交換的優(yōu)缺點(diǎn)實(shí)現(xiàn)線路的動態(tài)時分復(fù)用，通信線路（包括中繼線和用戶線）的利用率高。在一條物理線路上可以同時提供多條信息通路?？煽扛摺Ｃ總€分組在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時可以在中繼線和用戶線上分段獨(dú)立地進(jìn)行差錯校驗(yàn)，使信息在分組交換網(wǎng)中傳輸?shù)恼`碼率大大降低，一般可達(dá)10?9以下。由于“報文分組”在分組交換網(wǎng)中的傳輸路由是可變的，當(dāng)網(wǎng)中的線路或設(shè)備發(fā)生故障時，“分組”可以自動地選擇一條新的路由避開故障點(diǎn)，使通信不會中斷。實(shí)現(xiàn)線路的動態(tài)時分復(fù)用，通信線路（包括中繼線和用戶線）經(jīng)濟(jì)性好。信息以“分組”為單位在交換機(jī)中存儲和處理，不要求交換機(jī)具有很大的存儲容量（通常分組交換機(jī)只設(shè)內(nèi)存，沒有硬盤），降低了網(wǎng)內(nèi)設(shè)備的費(fèi)用。對線路的統(tǒng)計復(fù)用也大大降低了用戶的通信費(fèi)用。分組交換網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)和管理中心（NMC）對網(wǎng)內(nèi)設(shè)備實(shí)行比較集中的控制和維護(hù)，節(jié)省管理費(fèi)用。能與公用電話網(wǎng)、用戶電報網(wǎng)和低速數(shù)據(jù)網(wǎng)及其他專用網(wǎng)互連。經(jīng)濟(jì)性好。信息以“分組”為單位在交換機(jī)中存儲和處理，不2．主要缺點(diǎn) 由網(wǎng)絡(luò)附加的傳輸信息多，對長報文通信的傳輸效率比較低。當(dāng)把一份報文劃分為許多分組在交換網(wǎng)內(nèi)傳輸時，為了保證這些分組能夠按照正確的路徑安全準(zhǔn)確地達(dá)到終點(diǎn)，就要給每個數(shù)據(jù)分組加上控制信息（分組頭）。除此之外，還要設(shè)計許多不包含數(shù)據(jù)信息的控制分組，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通路的建立、保持和拆除，并進(jìn)行差錯控制和流量控制等。因此，分組交換的傳輸效率不如電路交換和報文交換高。2．主要缺點(diǎn) 技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。分組交換機(jī)要對各種類型的“分組”進(jìn)行分析處理，為“分組”在網(wǎng)中的傳輸提供路由，并且在必要時自動進(jìn)行路由調(diào)整；交換機(jī)還要為用戶提供速率、代碼和規(guī)程的變換，為網(wǎng)絡(luò)的管理和維護(hù)提供必要的報告信息等。這些都要求分組交換機(jī)要有很高的處理能力，因而，相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)也就更為復(fù)雜。 技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。分組交換機(jī)要對各種類型的“分組”進(jìn)行分6.4.4數(shù)據(jù)報方式的分組交換1．?dāng)?shù)據(jù)報的工作原理 數(shù)據(jù)報非常類似于報文交換，交換網(wǎng)把對進(jìn)網(wǎng)的任一分組都當(dāng)作單獨(dú)的“小報文”來處理，而不管它是屬于哪個報文的分組，就像在報文交換方式中把一份報文進(jìn)行單獨(dú)處理一樣，現(xiàn)用圖6-9來說明。6.4.4數(shù)據(jù)報方式的分組交換圖6-9數(shù)據(jù)報方式的分組交換圖6-9數(shù)據(jù)報方式的分組交換2．?dāng)?shù)據(jù)報方式的特點(diǎn) 用戶之間的通信不需要經(jīng)歷呼叫建立和呼叫清除階段，對于短報文通信傳輸效率較高。 數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)臅r延較大。 對網(wǎng)絡(luò)擁塞或故障的適應(yīng)能力較強(qiáng)。如在網(wǎng)絡(luò)的一部分形成擁塞或某個節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)報可以繞開那個擁塞的部分和某個故障節(jié)點(diǎn)另找路由。 現(xiàn)今的Internet網(wǎng)絡(luò)就是以數(shù)據(jù)報方式進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)信息的。2．?dāng)?shù)據(jù)報方式的特點(diǎn)6.4.5虛電路方式的分組交換1．基本概念（1）虛電路 虛電路（VirtualCircuit）是以分組的統(tǒng)計多路復(fù)用為基礎(chǔ)的，采用虛電路服務(wù)可以有效地利用線路資源。所謂虛電路就是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)一對數(shù)據(jù)終端（DTE）之間的邏輯連接，允許數(shù)據(jù)同時雙向傳輸，而且通過邏輯連接的全部數(shù)據(jù)傳輸均采用分組形式。6.4.5虛電路方式的分組交換（2）邏輯信道 為了區(qū)分一條線路上不同終端的分組，對分組進(jìn)行編號，即每個分組的分組頭上的一個邏輯信道號（LCN），用來標(biāo)識該分組應(yīng)在哪一條虛電路上傳輸。（3）虛呼叫 它是一個臨時的或交換的虛電路，它必須在進(jìn)行信息傳送之前通過交換分組來建立。（2）邏輯信道2．虛電路的建立 根據(jù)分組交換方式的虛電路和分組復(fù)用的概念，即在一條物理的線路上能夠傳輸多對用戶終端之間的數(shù)據(jù)，而虛電路的實(shí)現(xiàn)借用了邏輯信道標(biāo)識。3．虛電路的特點(diǎn) 在數(shù)據(jù)傳送之前建立站與站之間的一條路徑，但并不像電路交換有一條專用的線路。2．虛電路的建立4．虛電路實(shí)現(xiàn)方法 目前，虛電路有兩種方法實(shí)現(xiàn)：交換虛電路（SVC）和永久虛電路（PVC）。（1）SVC 在交換虛電路（SVC）方法中，每條虛電路在需要的時候被創(chuàng)建，而且僅僅在此次通信交換的過程中存在。（2）PVC 永久虛電路（PVC）類似于租用線路，在這種方法中，兩個用戶之間存在一條專門的虛電路，此虛電路是專門提供給特定用戶的。4．虛電路實(shí)現(xiàn)方法6.4.6分組交換網(wǎng)的應(yīng)用 分組交換網(wǎng)主要應(yīng)用在以下幾個方面。 ①分組交換在商業(yè)中的應(yīng)用。 ②組建虛擬專用網(wǎng)（VPN）。 ③進(jìn)行實(shí)時業(yè)務(wù)處理。6.4.6分組交換網(wǎng)的應(yīng)用④數(shù)據(jù)庫查詢，開展信息服務(wù)。⑤分組交換網(wǎng)絡(luò)接入其他數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。⑥分組交換還可以實(shí)現(xiàn)電子數(shù)據(jù)交換（EDI）、可視圖文、傳真存儲系統(tǒng)、等增值業(yè)務(wù)。⑦與其他分組交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。④數(shù)據(jù)庫查詢，開展信息服務(wù)。6.4.7幾種交換方式的比較 為了更為全面地理解各種交換方式的特點(diǎn)，可以從不同角度的多個側(cè)面去觀察和分析比較它們各自的特性，采用列表形式一目了然。6.4.7幾種交換方式的比較6.5數(shù)據(jù)交換中的連接和無連接6.5.1面向連接服務(wù)和面向無連接服務(wù) 在計算機(jī)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)中，協(xié)議中的層與層之間是完全獨(dú)立而且是單向依賴的，即相鄰層之間通過接口使用服務(wù)原語建立通信；下層是上層的服務(wù)提供者，通過使用原語操作提供服務(wù)，上層是服務(wù)調(diào)用者。6.5數(shù)據(jù)交換中的連接和無連接6.5.1面向連接服務(wù)1．面向連接服務(wù) 面向連接服務(wù)實(shí)際上是對電話系統(tǒng)服務(wù)模式的一種抽象。對于遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)交換，從協(xié)議的角度看，兩個實(shí)體之間要建立邏輯上的聯(lián)系，或者說是連接。 面向連接的主要特點(diǎn)就是收發(fā)數(shù)據(jù)不但順序一致，而且內(nèi)容也相同。1．面向連接服務(wù)2．面向無連接服務(wù) 面向無連接服務(wù)實(shí)際上是對郵政系統(tǒng)服務(wù)的一種抽象。在面向無連接的數(shù)據(jù)傳輸過程中，其中每個分組頭攜帶完整的信宿地址，各數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中獨(dú)立傳送。2．面向無連接服務(wù)6.5.2面向連接的方式1．物理連接 它是一種實(shí)際的物理連線。2．虛電路連接 虛電路連接主要是通過一組表格（路由表）、隊(duì)列緩沖區(qū)和相應(yīng)軟件實(shí)現(xiàn)的，但必須建立在硬件基礎(chǔ)上。6.5.2面向連接的方式3．純軟件實(shí)現(xiàn)的虛擬連接 從協(xié)議的角度，這種連接就是一種層次交換，它是虛擬的、形式上的連接，純粹由相應(yīng)的協(xié)議軟件實(shí)現(xiàn)的，跟下層無任何關(guān)系。3．純軟件實(shí)現(xiàn)的虛擬連接6.6幀中繼（FR）6.6.1幀中繼概述1．背景 幀中繼起初是由ITU-T定義的；接下來美國ANSI協(xié)會延續(xù)了這一版本并定義了幀中繼的信令與核心特征；然后是成立于1991年的幀中繼論壇，對幀中繼的核心功能進(jìn)行了補(bǔ)充。6.6幀中繼（FR）6.6.1幀中繼概述2．幀中繼出現(xiàn)的原因 理解數(shù)據(jù)通信應(yīng)用的特點(diǎn)，尤其是LAN應(yīng)用的本質(zhì)，有助于了解幀中繼出現(xiàn)的原因。數(shù)據(jù)通信應(yīng)用的特點(diǎn)表現(xiàn)為以下幾個方面：（1）突發(fā)性（2）間歇性（3）更高的峰值2．幀中繼出現(xiàn)的原因6.6.2幀中繼協(xié)議體系結(jié)構(gòu)1．幀中繼協(xié)議的參考模型 幀中繼的協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖6-14所示，幀中繼承載業(yè)務(wù)簡化了Q.921建議中鏈路層的功能，僅完成其核心功能。6.6.2幀中繼協(xié)議體系結(jié)構(gòu)圖6-14幀中繼的協(xié)議結(jié)構(gòu)圖6-14幀中繼的協(xié)議結(jié)構(gòu)2．幀格式 幀中繼的格式主要體現(xiàn)在其數(shù)據(jù)鏈路層上，它使用HDLC的一個簡化版本。6.6.3幀中繼網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成 一個典型的幀中繼網(wǎng)絡(luò)設(shè)備由用戶端設(shè)備（CPE）和幀中繼交換機(jī)設(shè)備等組成，如圖6-16所示。2．幀格式圖6-16幀中繼網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成圖圖6-16幀中繼網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成圖 用戶入網(wǎng)方式 對于用戶來說，幀中繼提供給用戶的基本入網(wǎng)速率有9.6kbit/s、14.4kbit/s、19.2kbit/s和×64kbit/s，2Mbit/s。幀中繼的用戶接入方式有如下幾種。（1）局域網(wǎng)入網(wǎng)方式 LAN用戶一般通過路由器接入幀中繼網(wǎng)，其路由器具有標(biāo)準(zhǔn)的UNI接口。 用戶入網(wǎng)方式（2）終端接入方式 幀中繼型終端和具有PPP，X.25協(xié)議的終端可直接接入幀中繼網(wǎng)。其他終端可以通過FRAD將非標(biāo)準(zhǔn)的接口規(guī)程轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的接口規(guī)程后，接入幀中繼網(wǎng)。（3）用戶幀中繼交換機(jī)接入公用幀中繼網(wǎng) 用戶可以通過用戶幀中繼交換機(jī)接入到公用幀中繼網(wǎng)中。（2）終端接入方式6.6.4幀中繼的操作 幀中繼傳輸是基于永久虛電路（PVC）連接的。1．中繼（1）承諾信息速率（CIR） 幀中繼網(wǎng)絡(luò)適合為具有大量突發(fā)數(shù)據(jù)（如LAN）的用戶提供服務(wù)，并使用戶交納的通信費(fèi)用將大大低于專線。6.6.4幀中繼的操作 所謂CIR是一種特定邏輯連接的傳輸速率，幀中繼通常為每一個PVC指定一個CIR，CIR不應(yīng)超過PVC兩端中速率較低一端的速率。（2）永久虛電路（PVC）和數(shù)據(jù)鏈路標(biāo)識符（DLIC）尋址2．交換 幀中繼交換機(jī)只有兩個功能。當(dāng)收到一個幀時，交換機(jī)通過FCS進(jìn)行校驗(yàn)，使用CRC檢查它的錯誤。 所謂CIR是一種特定邏輯連接的傳輸速率，幀中繼通常為每一個6.6.5幀中繼業(yè)務(wù)的特點(diǎn)與應(yīng)用1．幀中繼業(yè)務(wù)的特點(diǎn)（1）靈活的VC業(yè)務(wù)（2）簡單的網(wǎng)絡(luò)處理（3）有效的帶寬利用（4）多協(xié)議支持（5）傳輸速率高（6）較低的成本（7）接入方式靈活（8）可實(shí)現(xiàn)向ATM的過渡6.6.5幀中繼業(yè)務(wù)的特點(diǎn)與應(yīng)用2．幀中繼的應(yīng)用 幀中繼技術(shù)作為一種新的通信手段為用戶提供了優(yōu)良的數(shù)據(jù)傳送性能，因而幀中繼業(yè)務(wù)的應(yīng)用十分廣泛。（1）局域網(wǎng)互聯(lián)（2）用幀中繼連接X.25公用分組交換網(wǎng)（3）組建虛擬專用網(wǎng)（VPN）2．幀中繼的應(yīng)用6.7異步轉(zhuǎn)移模式（ATM）交換6.7.1ATM概述1．背景 網(wǎng)絡(luò)本身的發(fā)展是為了滿足對適應(yīng)各種業(yè)務(wù)的需求。6.7異步轉(zhuǎn)移模式（ATM）交換6.7.1ATM概述2．ATM的定義和特點(diǎn)（1）定義 異步轉(zhuǎn)移模式（ATM）已被ITU-T于1992年6月定義為未來寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)（B-ISDN）的傳遞模式。術(shù)語“轉(zhuǎn)移”包括傳輸和交換兩個方面，所以轉(zhuǎn)移模式意味著信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸和交換的方式?！爱惒健笔侵附永m(xù)和用戶帶寬分配的方式。因此，ATM就是在用戶接入、傳輸和交換級綜合處理各種通信量的技術(shù)。2．ATM的定義和特點(diǎn)ATM概念可以由下面幾個方面定義。所有信息在ATM網(wǎng)中以稱為信元（cell）的固定長度數(shù)據(jù)單元格式傳送，信元由首標(biāo)（header）和信息域（payload）組成。

ATM是面向連接的技術(shù)，同一虛接續(xù)中的信元順序保持不變。通信資源可以產(chǎn)生所需的信元，每一信元都具有接續(xù)識別的標(biāo)號（位于首標(biāo)域）。ATM概念可以由下面幾個方面定義。 信息域被透明傳送，它不執(zhí)行差錯控制。 信元流被異步時分多路復(fù)用。（2）ATM的特點(diǎn) 協(xié)議簡單，可通過硬件實(shí)現(xiàn)。具有協(xié)議處理速度快和時延小的特點(diǎn)。 固定長度的信元（53字節(jié)長度），不受數(shù)據(jù)類型的影響。 信息域被透明傳送，它不執(zhí)行差錯控制。具有多媒體傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。采用統(tǒng)計復(fù)用的方法，具有動態(tài)分配帶寬的能力。有效地跨接LAN和WAM的高速互連網(wǎng)技術(shù)。

ATM交換既有電路交換的特點(diǎn)，又有分組交換的特點(diǎn)，它代表了交換技術(shù)的最高水平。具有多媒體傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。6.7.2ATM的異步交換原理1．異步時分復(fù)用 在異步時分復(fù)用中，同樣是將一條線路按照傳輸速率所確定的時間周期將時間劃分成為幀的形式，而一幀中又再劃分時隙來承載用戶數(shù)據(jù)。6.7.2ATM的異步交換原理2．異步交換 先回顧一下TDM中所使用的固定時隙交換技術(shù)。在這種交換技術(shù)中，用戶數(shù)據(jù)在交換前的輸入幀中的位置與其在交換后的輸出幀中的位置一般是不同的。 在ATM中，交換也是固定時隙的。當(dāng)輸入幀進(jìn)入ATM交換機(jī)后，要在緩存器中進(jìn)行緩存，并根據(jù)輸出幀中時隙的空閑情況，隨機(jī)地占用某一個或若干個時隙，而且，所占用的若干時隙并不要求相鄰。2．異步交換6.7.3ATM的信元結(jié)構(gòu)1．信元的概念（1）信元結(jié)構(gòu) ATM信元（Cell）是ATM的具有固定大小的基本數(shù)據(jù)單元。在寬帶網(wǎng)絡(luò)中，ATM信元中凈荷域所承載的信息只進(jìn)行透明傳輸，信元本身的格式與具體的業(yè)務(wù)類型無關(guān)。（2）信元的優(yōu)點(diǎn) 將使用信元形式傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)稱為信元網(wǎng)絡(luò)。6.7.3ATM的信元結(jié)構(gòu)2．虛通道（VP）與虛通路（VC）（1）虛連接 信元形式的ATM網(wǎng)絡(luò)和分組形式的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)區(qū)別之一就是ATM網(wǎng)絡(luò)采用面向連接的呼叫接續(xù)方式，所以要在ATM信元頭中需要一個標(biāo)識來標(biāo)明每一個信元是屬于哪一個連接。2．虛通道（VP）與虛通路（VC）（2）虛通道（VP） 由于ATM是以53字節(jié)長的信元為單位，可以設(shè)定任意容量的通道，通常稱此通道為虛通道（VirtualPath，VP）。（3）虛通路（VC） 在ATM中的電路稱為虛通路（VC），它是以53字節(jié)的信元為單位可設(shè)定任意速率，而且可以改變速率。（2）虛通道（VP）6.7.4ATM體系結(jié)構(gòu)1．ATM協(xié)議參考模型 ATM協(xié)議參考模型是基于ITU-T的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的，如圖6-26所示。它由三個面組成：控制面（C