第五章 分組交換及幀中繼技術(shù)

第五章分組交換與幀中繼技術(shù)第五章分組交換與幀中繼技術(shù)分組交換技術(shù)的應用背景

早期的計算機通信網(wǎng)采用的就是分組交換，之后發(fā)展出來的快速分組交換、幀中繼、ATM技術(shù)等都是在分組交換技術(shù)的基礎上產(chǎn)生的。分組交換的應用：1、利用分組交換網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務的處理，如金融系統(tǒng)的通存通兌、電子匯兌、資金清算、自動取款業(yè)務等。證券公司的行情發(fā)布、公安部門的戶籍、身份證管理等。2、利用分組交換網(wǎng)組建系統(tǒng)內(nèi)部專網(wǎng)。將各部門的計算機聯(lián)成網(wǎng)絡，使數(shù)據(jù)能準確、高速、可靠地在網(wǎng)內(nèi)傳輸，并達到資源共享。3、通過分組網(wǎng)接入數(shù)據(jù)通信的增值業(yè)務網(wǎng)，如電子信箱業(yè)務、國際計算機互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務等。第五章分組交換與幀中繼技術(shù)分組交換技術(shù)的產(chǎn)生及原理

5.1.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成

5.1.2分組交換技術(shù)的產(chǎn)生

5.2.3交換虛電路的建立和釋放

5.2.4虛電路和邏輯信道的區(qū)別分組交換技術(shù)

5.2.1資源分配

5.2.2分組的形成

5.2.5路由選擇

5.2.6流量控制通信協(xié)議幀中繼分組交換技術(shù)的產(chǎn)生及原理

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)是具有某種含義的數(shù)字信號的組合。數(shù)據(jù)通信可定義為“用通信線路（包括通信設備）將遠地的數(shù)據(jù)終端設備與主計算機連接起來進行信息處理”。（課本P101圖5.1）特點:按協(xié)議進行數(shù)據(jù)終端之間的通信;傳輸速率高;可靠性要求高;數(shù)據(jù)突發(fā)性強.分組交換技術(shù)的產(chǎn)生及原理

DCE：DataCircuit-terminatingEquipment數(shù)據(jù)電路終接設備DCEDTE：DataTerminalEquipment數(shù)據(jù)終端設備數(shù)據(jù)終端設備計算機系統(tǒng)DCEDTEDTE數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成分組交換技術(shù)的產(chǎn)生及原理

DCE：當傳輸信道是模擬時，DCE的作用是modem；當傳輸信道是數(shù)字信道時，DCE的作用是實現(xiàn)信號碼型與電平的變換、信道特性的均衡、定時供給等。DCEDTE：有分組型和非分組型終端兩類。數(shù)據(jù)終端設備計算機系統(tǒng)DCEDTEDTE數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成分組交換技術(shù)的產(chǎn)生及原理

數(shù)據(jù)鏈路：是在數(shù)據(jù)電路已建立的基礎上，傳輸收發(fā)雙方的交換“握手”信號。DCE數(shù)據(jù)電路：指的是在線路或信道上加信號變換設備之后形成的二進制比特流通路。數(shù)據(jù)終端設備計算機系統(tǒng)DCE數(shù)據(jù)電路數(shù)據(jù)鏈路DTEDTE數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成分組交換技術(shù)的產(chǎn)生及原理

分組交換技術(shù)的產(chǎn)生及原理

分組交換——數(shù)據(jù)報方式終端A終端C：采用數(shù)據(jù)報方式（1）數(shù)據(jù)分組傳輸時延大（2）分組時延差別大（3）對網(wǎng)絡故障適應性強分組交換技術(shù)的產(chǎn)生及原理

分組交換——虛電路方式終端B終端D：采用虛電路方式（1）邏輯上的連接（2）分組中不需要包含終點地址（3）傳輸時延小，時延差別小交換機A交換虛電路工作原理分組交換技術(shù)的產(chǎn)生及原理交換機B呼叫連接呼叫請求呼叫接受呼叫接受呼入DTEADTEB建立邏輯信道對應表建立邏輯信道對應表1.交換虛電路的建立DA10SB50入端出端入端設備號邏輯信道號出端設備號邏輯信道號SA50DB6入端出端交換機B的邏輯信道對應表SASBLCN10LCN50LCN6DTEADTEB分組交換技術(shù)的產(chǎn)生及原理交換虛電路工作原理邏輯信道對應表2.數(shù)據(jù)傳輸虛電路建立后，數(shù)據(jù)分組按已建立的路徑順序通過網(wǎng)絡，在終點不需要對數(shù)據(jù)重新排列。每個分組頭部只需指明邏輯信道號，而不需要目的地址的信息。如果收發(fā)兩端在通信過程中一段時間內(nèi)沒有數(shù)據(jù)發(fā)送，網(wǎng)絡仍舊保存著邏輯信道號，但并不占用網(wǎng)絡的傳輸資源。傳送過程中，普遍采用逐段轉(zhuǎn)發(fā)、出錯重發(fā)的方式，每個節(jié)點處進行檢錯，發(fā)現(xiàn)錯誤請求對方重發(fā)。分組交換技術(shù)的產(chǎn)生及原理SASBLCN10LCN50LCN6DTEADTEB交換虛電路工作原理3.虛電路的釋放通信結(jié)束時，某一終端發(fā)出釋放請求分組，直到它收到釋放確認分組，虛電路就釋放了。DTEA交換機A交換機BDTEB釋放請求釋放釋放指示釋放確認確認釋放確認分組交換技術(shù)的產(chǎn)生及原理交換虛電路工作原理一次通信具有呼叫建立、數(shù)據(jù)傳輸和呼叫釋放三個階段（面向連接工作方式）。數(shù)據(jù)分組中不需要包含終點地址，對于數(shù)據(jù)量較大的通信傳輸效率高。數(shù)據(jù)分組按建立的路徑順序通過網(wǎng)路，在網(wǎng)路終點不需要對數(shù)據(jù)重新排序，分組傳輸時延小，而且不容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)兮組的丟失。當網(wǎng)路中由于線路或設備故障時，可能導致虛電路的中斷，需要重新呼叫，建立新的連接。分組交換技術(shù)的產(chǎn)生及原理交換虛電路的特點：SASBLCN10LCN50LCN6DTEADTEB分組交換技術(shù)的產(chǎn)生及原理虛電路和邏輯信道的區(qū)別：虛電路是主叫DTE到被叫DTE之間建立的虛連接；而邏輯信道是在網(wǎng)絡上可以分配的一種信道編號資源。一條虛電路具有呼叫建立、數(shù)據(jù)傳輸和呼叫釋放的過程；而邏輯信道是一種客觀存在，只有“占用”和“空閑”的兩種狀態(tài)，不會消失。一條虛電路是由每個邏輯信道號連接而成。第五章分組交換與幀中繼技術(shù)分組交換技術(shù)的產(chǎn)生及原理

5.1.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成

5.1.2分組交換技術(shù)的產(chǎn)生

5.2.3交換虛電路的建立和釋放

5.2.4虛電路和邏輯信道的區(qū)別分組交換技術(shù)

5.2.1資源分配

5.2.2分組的形成

5.2.5路由選擇

5.2.6流量控制通信協(xié)議幀中繼分組交換技術(shù)資源分配技術(shù)預分配資源技術(shù)——時分復用、頻分復用線路資源的利用率較低動態(tài)分配資源技術(shù)——統(tǒng)計時分復用線路資源按需求分配給各個用戶。為識別來自不同終端的用戶數(shù)據(jù)，在發(fā)送到線路之前打上與終端和子信道有關(guān)的“標記”。（課本圖5.4）線路資源的利用率較高。分組交換技術(shù)資源分配技術(shù)動態(tài)分配資源技術(shù)——統(tǒng)計時分復用分組交換是一種動態(tài)分配資源技術(shù)。邏輯信道為終端提供獨立的數(shù)據(jù)傳輸通路。對于同一個終端，每次呼叫可以分配不同的邏輯信道號。用邏輯信道號給終端的數(shù)據(jù)做“標記”比用終端號更加靈活，這樣一個終端可以同時通過網(wǎng)絡建立多個數(shù)據(jù)通路。一條物理線路中可以有多個邏輯信道號。（課本圖5.5）FAC分組頭信息字段FCSFFCFCSF分組頭A通信電文F：幀定界標志，標識分組的邊界A：地址字段，用來區(qū)分DCE和DTE之間傳送的命令幀和響應幀。C：控制字段，指示幀的類型（信息幀，監(jiān)控幀，無編號幀）FCS：幀校驗序列，為CRC校驗碼高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程標記FCFCSF分組頭A分組的形成分組交換技術(shù)分組的形成分組交換技術(shù)分組頭格式分組有兩大類，由分組頭第一個字節(jié)的第8比特（限定比特Q）區(qū)分：Q=0：數(shù)據(jù)分組,用來承載用戶數(shù)據(jù)的分組；Q=1：控制分組,保證和控制數(shù)據(jù)分組在網(wǎng)絡中正確傳輸和交換的分組。通用格式識別符邏輯信道組號邏輯信道號分組類型識別符87654321

分組交換技術(shù)第7比特稱為傳送確認比特DD=0：分組的確認是由本地完成（DTE與DCE之間）；D=1：端到端的確認（DTE與DTE之間）。通用格式識別符邏輯信道組號邏輯信道號分組類型識別符87654321

分組交換技術(shù)分組頭格式第6、5比特稱為模式比特SS，表示分組的順序編號SS=01：分組順序號按模8方式工作；SS=10：分組順序號按模128方式工作。通用格式識別符邏輯信道組號邏輯信道號分組類型識別符87

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分組交換技術(shù)分組頭格式分組交換是以存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方式進行工作，在某一時間段內(nèi)同一物理信道上可以傳送屬于多個不同通信終端的分組，即可以承載多條邏輯信道。邏輯信道號與邏輯信道組號就是為了在同一物理信道上區(qū)分若干邏輯信道而設置的。通用格式識別符邏輯信道組號邏輯信道號分組類型識別符87

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分組交換技術(shù)分組頭格式分組類型識別符是用來區(qū)分不同類型的分組：呼叫建立分組用于在兩個DTE之間建立交換虛電路；數(shù)據(jù)傳輸分組用于兩個DTE之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；恢復分組實現(xiàn)分組層的差錯恢復；呼叫釋放分組用在兩個DTE之間斷開虛電路。（參見課本P107表5.2）通用格式識別符邏輯信道組號邏輯信道號分組類型識別符87

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分組交換技術(shù)分組頭格式路由選擇原則:①使消息通過網(wǎng)絡的平均延遲時間較短。②平衡網(wǎng)內(nèi)業(yè)務量，使全網(wǎng)的通過量最大。實現(xiàn)路由選擇的路由算法:固定路由算法用于小規(guī)模的專用分組網(wǎng)自適應路由算法用于大規(guī)模的公用分組網(wǎng)路由選擇分組交換技術(shù)路由選擇分組交換技術(shù)路由選擇固定路由算法：在網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)不變的情況下，根據(jù)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、傳輸線路的速率、途徑交換機的個數(shù)等，預先算出某一個交換機至各目的交換機的路由表，然后將此表裝入交換機的主存儲器內(nèi)。自適應路由算法：路由選擇過程中所用的路由表要考慮網(wǎng)內(nèi)當前業(yè)務量情況，線路暢通情況，并對網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時及時更新，以便在新情況下獲得較好路由，每隔一段時間要重新算一次。

方法：集中式、分布式、混合式例分組交換技術(shù)路由選擇流量控制的原因：(1)為了實現(xiàn)雙方不同速率的數(shù)據(jù)終端之間的互通，要控制速率較高的終端進入分組網(wǎng)的流量，即控制進入虛電路的分組數(shù)。(2)使全網(wǎng)的分組流量在設計范圍內(nèi)防止上述擁塞現(xiàn)象的發(fā)生。流量控制的目的：為了保證網(wǎng)路內(nèi)的數(shù)據(jù)流量的平滑均勻、提高網(wǎng)路的吞吐能力和可靠性、防止阻塞現(xiàn)象的發(fā)生。網(wǎng)路阻塞控制原則：限制節(jié)點中的分組隊列的長度，維持網(wǎng)中或網(wǎng)中的一個區(qū)域里的分組數(shù)目低于某一水平，使分組的到達率低于分組的傳輸率。

分組交換技術(shù)流量控制通信協(xié)議分組交換技術(shù)的產(chǎn)生及原理

5.1.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成

5.1.2分組交換技術(shù)的產(chǎn)生

5.2.3交換虛電路的建立和釋放

5.2.4虛電路和邏輯信道的區(qū)別分組交換技術(shù)

5.2.1資源分配

5.2.2分組的形成

5.2.5路由選擇

5.2.6流量控制通信協(xié)議幀中繼任何通信過程都可以抽象成為兩個相同的通信實體經(jīng)過通信線路傳送信息的過程。涉及到三個基本概念：通信線路，用以連接兩個通信實體，其功能是向兩端的實體提供某種通信能力。通信實體，是向用戶提供某種業(yè)務（如話音通信）或通信能力。上述通信線路和通信實體對用戶而言，相當于一條邏輯通信線路。（參見課本P114圖5.18）通信協(xié)議抽象通信過程為了明確一個通信過程，必須定義相應的通信線路和通信實體的功能。對于通信線路要定義它提供的通信能力。對于通信實體則必須明確它利用何種通信能力、向它的用戶提供何種通信能力以及接收外部管理的能力和機制。上述的定義內(nèi)容稱為通信協(xié)議，它規(guī)定了通信實體間和用戶間通信所必須遵守的約定

。通信協(xié)議抽象通信過程把一個通信實體分成N層分別描述，就可以得到N層的協(xié)議參考模型。每層實體完成特定的功能，上層根據(jù)下層提供的功能，增加本層相應的功能，進一步提交給更上層。兩個進行通信的通信實體的相同層必須對該層完成的功能有統(tǒng)一的認識，這就是同等層之間的協(xié)議。任何同等層協(xié)議完成都是通過下層提供的邏輯傳輸功能實現(xiàn)的，而不是直接交互（任何層交互范圍限于其相鄰層）。通信協(xié)議通信系統(tǒng)分層的基本概念采用分層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：各層之間是獨立的靈活性好結(jié)構(gòu)上可分隔開網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)清晰能促進標準化工作通信協(xié)議通信系統(tǒng)分層的基本概念通信協(xié)議開放系統(tǒng)互連參考模型（OSI-RM）通信傳送通信處理物理層：為它的上層提供一個物理連接，以便透明地傳送比特流。數(shù)據(jù)鏈路層：負責在兩個相鄰節(jié)點間的線路上，無差錯地傳送以幀為單位的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡層：選擇合適的路由和交換節(jié)點（尋址功能）。在網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)的傳送單位是分組或包。通信協(xié)議開放系統(tǒng)互連參考模型（OSI-RM）傳輸層：彌補具有低三層功能的各種通信網(wǎng)的欠缺和差別，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量滿足高三層的要求。在傳輸層信息的傳送單位是報文。會話層：對數(shù)據(jù)傳輸進行管理，在兩個相互通信的應用進程之間，建立、組織和協(xié)調(diào)其交互。表示層：主要解決用戶信息的語法表示問題。對傳送的信息加密(和解密)也是表示層的任務之一。應用層:確定進程之間通信的性質(zhì)，以滿足用戶的需要；負責用戶信息的語義表示，并在兩個通信者之間進行語義匹配。通信協(xié)議開放系統(tǒng)互連參考模型（OSI-RM）通信協(xié)議開放系統(tǒng)互連參考模型（OSI-RM）開放系統(tǒng)互連環(huán)境中的數(shù)據(jù)流分組交換協(xié)議是在分組交換過程中數(shù)據(jù)終端設備（DTE）與分組交換網(wǎng)以及分組交換網(wǎng)內(nèi)各交換節(jié)點之間關(guān)于信息傳輸過程、信息格式和內(nèi)容等的約定。分組交換協(xié)議可以分為接口協(xié)議和網(wǎng)內(nèi)協(xié)議。接口協(xié)議是指DTE和與它相連的網(wǎng)絡設備之間的通信協(xié)議。網(wǎng)內(nèi)協(xié)議是指網(wǎng)絡內(nèi)部各交換機之間的通信協(xié)議。X.25協(xié)議是數(shù)據(jù)終端設備（DTE）與數(shù)據(jù)電路終接設備（DCE）之間的接口協(xié)議。通信協(xié)議分組交換協(xié)議通信協(xié)議X.25協(xié)議X.25協(xié)議是標準化的接口協(xié)議，任何要接入到分組交換網(wǎng)的終端設備必須在接口處滿足該協(xié)議的規(guī)定。通信協(xié)議X.25協(xié)議DCEDCEDTEDTEX.25協(xié)議X.25協(xié)議分組層數(shù)據(jù)鏈路層物理層分組層數(shù)據(jù)鏈路層物理層分組層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議物理層協(xié)議X.25協(xié)議通信協(xié)議X.25協(xié)議X.25協(xié)議各層之間的信息關(guān)系參見課本P119圖5.25011111110011111110

物理層X.25的物理層協(xié)議規(guī)定了在公用數(shù)據(jù)網(wǎng)上，DTE和DCE之間接口的電氣特性、功能特性和機械特性以及協(xié)議的交互流程。

物理層完成的主要功能有：（1）在設備之間提供控制信號。（2）為同步數(shù)據(jù)流和規(guī)定比特速率提供時鐘信號。（3）提供電氣地。（4）提供機械的連接器（如針、插頭和插座）。

通信協(xié)議X.25協(xié)議

數(shù)據(jù)鏈路層X.25的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是在物理層提供的雙向信息傳輸通道上，控制信息有效、可靠地傳送的協(xié)議。

平衡型鏈路訪問規(guī)程（LAPB，LinkAccessProcedure，Balanced）

數(shù)據(jù)鏈路層完成的主要功能有：（1）發(fā)送和接收端信息的同步。（2）傳輸過程中的檢錯和糾錯。（3）有效的流量控制。（4）協(xié)議性錯誤的識別和告警。（5）鏈路層狀態(tài)的通知。

建立數(shù)據(jù)鏈路，利用物理層提供的服務為分組層提供有效可靠的分組信息傳輸。通信協(xié)議X.25協(xié)議

分組層

X.25的分組層是利用數(shù)據(jù)鏈路層提供的可靠傳送服務，在DTE與DCE接口之間控制虛電路分組數(shù)據(jù)通信的協(xié)議，其主要功能有：（1）支持交換虛電路和永久虛電路。（2）建立和清除交換虛電路連接。（3）為交換虛電路和永久虛電路連接提供有效可靠的分組傳輸。（4）監(jiān)測和恢復分組層的差錯。

通信協(xié)議X.25協(xié)議第五章分組交換與幀中繼技術(shù)分組交換技術(shù)的產(chǎn)生及原理

5.1.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成

5.1.2分組交換技術(shù)的產(chǎn)生

5.2.3交換虛電路的建立和釋放

5.2.4虛電路和邏輯信道的區(qū)別分組交換技術(shù)

5.2.1資源分配

5.2.2分組的形成

5.2.5路由選擇

5.2.6流量控制通信協(xié)議幀中繼幀中繼技術(shù)為用戶提供了快速的數(shù)據(jù)傳輸和優(yōu)良的性能，它很容易在原有的X.25接口上進行軟件升級來實現(xiàn)，不需要對X.25設備進行硬件上的改造。幀中繼具有高速率、低時延、動態(tài)分配帶寬的特點。幀中繼的應用十分廣泛，主要應用于文件傳輸、數(shù)據(jù)庫檢索、電子郵件、醫(yī)療和金融等領(lǐng)域。幀中繼最典型的一種應用，是應用于局域網(wǎng)互連。

幀中繼概述幀中繼采用面向連接的通信方式，將X.25網(wǎng)絡的下三層協(xié)議進行簡化，將差錯控制、流量控制推到網(wǎng)絡的邊界，從而實現(xiàn)了輕載協(xié)議網(wǎng)絡。

——是一種快速分組技術(shù)，是X.25協(xié)議的簡化。實現(xiàn)幀中繼的兩個基本條件：（1）數(shù)字傳輸系統(tǒng)的優(yōu)良性能。（2）計算機終端系統(tǒng)的差錯恢復能力。幀中繼概述上層協(xié)議網(wǎng)絡層鏈路層物理層上層協(xié)議網(wǎng)絡層鏈路層物理層路由選擇、虛電路復用數(shù)據(jù)成幀、差錯/流量控制電氣機械特性、比特流傳輸/流量(a)X.25分組交換網(wǎng)上層協(xié)議鏈路層物理層上層協(xié)議鏈路層物理層差錯/流量控制數(shù)據(jù)成幀、路由選擇電氣機械特性、比特流傳輸/流量(b)幀中繼網(wǎng)幀中繼概述(a)分組交換網(wǎng)中的信息傳輸(b)幀中繼網(wǎng)中的信息傳輸幀中繼概述發(fā)展幀中繼業(yè)務的直接原因是由于廣泛使用的各種局域網(wǎng)的互聯(lián)的需要。在局域網(wǎng)通過廣域網(wǎng)進行互聯(lián)時，使用幀中繼可以帶來很大好處。幀中繼概述在不使用幀中繼時，要使任何一個局域網(wǎng)可以通過廣域網(wǎng)和任何一個其他的局域網(wǎng)進行有效的通信（即足夠小的時延），就必須在廣域網(wǎng)中使用專用線路。以太網(wǎng)R令牌環(huán)網(wǎng)RR以太網(wǎng)RR本地專用線路長途專用線路若使用幀中繼，通過幀中繼交換機建立連接，不需要那么多的專用線路，節(jié)省了費用。每個幀中繼交換機之間都建立一條永久虛電路，因此它的效果和專用線路是一樣的。以太網(wǎng)R令牌環(huán)網(wǎng)RR以太網(wǎng)RRFRFRFRFRFRFRR——路由器FR——幀中繼交換機幀中繼網(wǎng)幀中繼在OSI第二層以簡化的方式傳送數(shù)據(jù)，僅完成物理層和數(shù)據(jù)鏈路層核心層（Q.922核心層）的功能，以幀為單位傳送信息。幀中繼幀中繼的協(xié)議結(jié)構(gòu)幀中繼業(yè)務的永久虛電路（PVC）幀中繼采用虛連接方式，向用戶提供面向連接的數(shù)據(jù)鏈路層服務。每一幀的幀頭中都包含數(shù)據(jù)鏈路連接標識符（DLCI，Data

LinkConnectionIdentifier），類似于邏輯信道號。

幀