現(xiàn)代交換原理第4章分組交換技術

1、1,第四章 分組交換技術與幀中繼,2,第四章 分組交換技術與 幀中繼 4.1 分組交換原理,3,分組交換（Packet Switching）,特征：存儲轉發(fā)；以分組為單位；差錯控制；統(tǒng)計時分復用,應用：數(shù)據報：類似于報文交換； 虛電路：類似于電路交換。,背景：綜合了電路交換和報文交換的優(yōu)點，同時對它們的缺點進行改進，是現(xiàn)代通信網絡的的基礎交換技術。,4,分組交換（優(yōu)點）,高效：統(tǒng)計時分復用方式，大大提高了線路利用率； 迅速：在網絡輕負荷時，時延小且變化不大，滿足計算機交互業(yè)務的要求； 靈活：提供了不同速率、不同代碼、不同同步方式、不同通信控制協(xié)議的數(shù)據終端之間能夠互通的靈活的通信環(huán)境； 可靠：

2、具有差錯控制功能，保證數(shù)據的準確性（10-10）；傳輸路徑可變。,5,分組交換（缺點）,網絡重負荷時，時延大； 長報文通信傳輸效率低； 技術實現(xiàn)復雜。,6,數(shù)據通信系統(tǒng)的構成,7,頻分復用 FDM,FDM：傳輸信道總帶寬劃分成若干個子頻帶，每一個子頻帶傳輸一路信號。,8,同步時分復用,TDM：將信道的傳輸時間劃分成若干時隙，各路信號輪流在自己的時隙內獨占信道傳輸。 固定分配帶寬,9,源 端,目的端,節(jié)點A,節(jié)點B,統(tǒng)計時分復用,SDM:把時隙動態(tài)地分配給各個終端，即當終端的數(shù)據要傳送時，才會分配到時隙。 動態(tài)分配帶寬,節(jié)點C,10,分組的形成,11,分組頭格式,8 7 6 5 4 3 2 1,

3、通用格式標識符：對不同類型分組，其含義是不同的。 邏輯信道號LCN：162564096條，其中0號被LCN保留，只開放4095條。 分組類型標識符號：見表4.4分組類型。,12,分組的傳輸,分組裝配和拆卸設備 （Packet Assembler/Disassembler ，PAD） 是一個規(guī)程轉換器或者說是網絡服務器，主要功能是向各種不同的終端提供服務，幫助它們進入分組交換網，或者具體說就是幫助終端要發(fā)送的數(shù)據生成分組，并通過線路發(fā)送給網絡（交換機）。,13,以分組為單位傳送數(shù)據,源 端,目的端,節(jié)點A,節(jié)點B,節(jié)點C,14,分組的交換,數(shù)據報方式 Datagram 虛電路方式 Virtual

4、 Circuit,15,數(shù)據報方式,3,2,1,4,3,16,虛電路方式,17,路由選擇,動態(tài)法 （1）路由選擇算法 （2）集中式路由交換,靜態(tài)法： （1）擴散式路由法 （2）固定路由表法,18,有效性質量指標是衡量系統(tǒng)傳輸能力的主要指標，通常從碼元傳輸速率、信息傳輸速率、頻帶利用率和差錯率等方面來考慮。,數(shù)據通信系統(tǒng)性能指標,19,每個碼元的信息量為: I = log2 1/P = log2 N (bit) 所以,信息速率為: Rb = I RB = RB log2 N (bit),信息傳輸速率&碼元傳輸速率,20,頻帶利用率用系統(tǒng)單位頻帶內所實現(xiàn)的信息傳輸速率來衡量。表示為 = Rb /

5、B(bit/s/Hz) 式中，B為系統(tǒng)所需的傳輸帶寬，Rb為系統(tǒng)的信息速率。,頻帶利用率,21,差錯率：誤碼率、誤字率、誤組率 在系統(tǒng)傳輸?shù)拇a元總數(shù)中發(fā)生差錯的碼元數(shù)所占的比例稱誤碼率。記為 Pe 式中，n是在一定時間內系統(tǒng)傳輸?shù)拇a元總數(shù)；ne是在相同時間內傳輸中產生的錯碼數(shù)。,差錯率,22,分組交換機的指標體系,端口數(shù) 分組吞吐量 鏈路速度 并發(fā)虛呼叫數(shù) 平均分組處理時延 可靠性 可利用度 為用戶提供補充業(yè)務和增值業(yè)務的能力,23,第四章 分組交換技術與 幀中繼 4.2 X.25協(xié)議,24,X.25協(xié)議產生背景,數(shù)據通信網發(fā)展的重要里程碑是采用分組交換方式，構成分組交換網。和電路交換網相比，

6、分組交換網的兩個站之間通信時，網絡內不存在一條物理電路供其專用，因此不會像電路交換那樣，所有的數(shù)據傳輸控制僅僅涉及到兩個站之間的通信協(xié)議。 X.25是ITU-T制定的WAN通信協(xié)議標準，它定義了用戶設備與網絡設備之間的連接是如何建立和維護的。X.25在OSI/RM出現(xiàn)之前就制定了，在OSI和CCITT的共同努力下，X.25與OSI/RM的下三層可以對應起來，只是第三層叫做“分組層”，物理層建議采用X.21bis，數(shù)據鏈路層采用平衡型鏈路接入規(guī)程LAP B的異步平衡模式ABM。,25,X.25協(xié)議的應用環(huán)境,X.25: “在公用數(shù)據網上以分組方式工作的數(shù)據終端設備 DTE和數(shù)據電路終接設備DCE

7、之間的接口”。,26,特征: 工作在OSI/RM的低3層 采用分組交換，面向連接(虛電路)，可靠性高 多路復用。一條物理鏈路支持多條虛電路 點對點傳輸，不支持廣播 支持多種高層協(xié)議，它們均作為普通數(shù)據被封裝在X.25的分組中在網絡中傳送 工作速率64Kbps,X.25分組交換網（PDN）,27,X.25協(xié)議的系統(tǒng)結構和信息流關系,28,物理層,X.25協(xié)議的物理層規(guī)定采用X.21建議。物理層定義了DTE和DCE之間建立、維持和釋放物理鏈路的過程，包括機械、電氣、功能和過程特性，相當于OSI的物理層。,29,物理層,X.25的物理層就像一條輸送比特流的管道，只負責傳輸，不執(zhí)行重要的控制功能，控制

8、功能主要由鏈路層和分組層來完成。 X.21建議規(guī)定如下： 機械特性：采用ISO 4903規(guī)定的15針連接器和引線分配，通常使用8線； 電氣特性：平衡型電氣特性； 同步串行傳輸； 點到點全雙工； 適用于交換電路和租用電路。,30,數(shù)據鏈路層,X.25鏈路層規(guī)定了在DTE和DCE之間的線路上交換X.25幀的過程。鏈路層規(guī)程用來在物理層提供的雙向的信息傳送管道上實施信息傳輸?shù)目刂?。鏈路層的主要功能如下?差錯控制，采用CRC循環(huán)校驗，發(fā)現(xiàn)出錯時自動請求重發(fā)； 幀的裝配和拆卸及幀同步； 幀的排序和對正確接收的幀的確認； 數(shù)據鏈路的建立、拆除和復位控制； 流量控制。,31,高級數(shù)據鏈路控制規(guī)程HDLC,

9、X.25規(guī)定了兩種數(shù)據鏈路結構（對稱型和平衡型）以及與其對應的兩類規(guī)程（LAP和LAPB），鑒于LAP規(guī)程存在明顯的缺點，一般不再使用，而采用采用平衡型數(shù)據鏈路結構和平衡鏈路訪問規(guī)程規(guī)程（Link Access Procedures Balanced，LAPB）。LAPB按高級數(shù)據鏈路控制規(guī)程（High-Level Data Link Control，HDLC）的格式傳送控制信息和數(shù)據信息。規(guī)定DTE和DCE之間采用全雙工物理鏈路連接，信息傳輸只按點到點方式進行，不采用多點方式。,32,HDLC幀結構,標志字段（F）：01111110；比特填充技術。 地址字段（A）:8bit, 表示256個站

10、地址。 控制字段（C）：表示幀類型、編號及命令、響應。三種類型：I幀、S幀、U幀。 信息字段（I） ：可以是任意長度的比特序列，必須是8bit的整數(shù)倍。 幀校驗字段（FCS） ：循環(huán)冗余校驗。,33,X.25數(shù)據鏈路層的幀類型,34,LAPB模8方式控制字段的分類格式,35,信息幀,I幀用于數(shù)據傳送，它包含信息字段。I幀由幀頭、信息字段I和幀尾組成。I幀的C字段的第一個比特為“0”，這是識別I幀的唯一標志；其它7位用于提供I幀的控制信息：在I幀控制字段中b1b3比特為N(S)，b5b7比特為N（R）。,36,監(jiān)控幀,監(jiān)控幀用于監(jiān)視和控制數(shù)據鏈路，完成信息幀的接收確認、重發(fā)請求、暫停發(fā)送請求等功

11、能。監(jiān)控幀不具有信息字段。監(jiān)控幀的代碼、名稱和功能如表4.1所示。,37,無編號幀,無編號幀用于數(shù)據鏈路的控制，它本身不帶編號，可以在任何需要的時刻發(fā)出，而不影響帶編號的信息幀的交換順序。它可以分為命令幀和響應幀。用5個比特位（即M1、M2）來表示不同功能的無編號幀。無編號幀的代碼、名稱和功能如表4.1所示。,38,X.25鏈路操作模式,在鏈路層的三種類型的幀中（與HDLC幀類似），只有I幀才用來攜帶X.25分組，I幀只能用作命令幀而不能作為響應幀，這樣I幀的地址字段內總是I幀的目的地址（DTEDCE時為B，DCEDTE時為A）。根據幀中的地址碼可知該幀是命令幀還是響應幀，因為在命令幀中填對方

12、的地址，在響應幀中填自己的地址，如表所示。若幀中地址碼既不是地址A，又不是地址B，則該幀作廢。,39,復合站鏈路的建立和釋放,40,分組層,分組層對應于OSI的網絡層。X.25分組層規(guī)程主要功能是利用鏈路層提供的服務在DTE、DCE接口交換分組，將一條邏輯鏈路按統(tǒng)計時分復用的方法劃分為許多子邏輯信道，允許多個終端同時利用高速的數(shù)據通道傳輸數(shù)據。 當主叫DTE想要建立虛呼叫時，它就發(fā)送“呼叫請求”分組，該分組包括可供分配的高端的LCN和被叫DTE地址。 X.25分組層的數(shù)據傳輸過程與鏈路層的情況非常類似，數(shù)據發(fā)送和接受確認、重發(fā)過程、窗口機制、流量控制等方面的設計思想是相同的。 在虛呼叫任何一端

13、的DTE都能夠清除呼叫，通過發(fā)送“呼叫清除”分組和“清除指示”分組來完成呼叫清除過程。,41,分組和信息幀的關系,為了實現(xiàn)分組層的功能，需要各種類型的分組，所有的分組通過鏈路層在DTE和DCE之間傳輸時都放在信息幀（I幀）的信息字段中，每個I幀載送一個分組，如圖所示。,42,控制分組格式,43,數(shù)據分組格式,44,虛電路的建立和清除過程,圖,虛電路的建立和清除,3個階段：呼叫建立階段、數(shù)據傳輸階段、虛電路釋放階段,45,虛電路的建立和清除過程,DTE A對DCE A發(fā)出一個呼叫請求分組，表示希望建立一條到DTE B的虛電路。該分組中含有虛電路號，在此虛電路被清除以前，后續(xù)的分組都將采用此虛電路

14、號； 網絡將此呼叫請求分組傳送到DCE B； DCE B接收呼叫請求分組，然后給DTE B送出一個呼叫指示分組，該分組與呼叫請求分組具有相同的格式，但其中的虛電路號不同，虛電路號由DCE B在未使用的號碼中選擇； DTE B發(fā)出一個呼叫接收分組，表示呼叫已經接受； DTE A收到呼叫接通分組（該分組和呼叫請求分組具有相同的虛電路號），此時虛電路已經建立； DTE A和DTE B采用各自的虛電路號發(fā)送數(shù)據和控制分組； DTE A(或DTE B)發(fā)送一個釋放請求分組，緊接著收到本地DCE的釋放確認分組； DTE A(或DTE B)收到釋放指示分組，并傳送一個釋放確認分組。此時DTE A和DTE B

15、之間的虛電路就清除了。,46,X.25用戶業(yè)務功能,47,第四章 分組交換技術與 幀中繼 4.3 幀中繼原理與幀中繼網絡,48,X.25分組交換技術的優(yōu)點,流量控制：可有效防止網絡擁塞； 路由選擇：可建立最佳傳輸路徑； 統(tǒng)計時分復用：提高了線路利用率； 差錯控制：提高了可靠性。,49,幀中繼標準的發(fā)展,1986 AT 1992 ITU-T、ANSI幀中繼標準相繼出臺； 1993 FR FORUM成員增加到100多個，公布了相應的幀中繼標準系列。,50,幀中繼協(xié)議與X.25協(xié)議,51,幀中繼基本功能,特點：吞吐量高、時延小、適合通信距離長、 突發(fā)性業(yè)務。,52,幀中繼的虛電路,53,虛電路的帶寬

16、管理,Bc 承諾突發(fā)長度 (committed burst size) Be 超量突發(fā)長度 (excess burst size) CIR 承諾信息傳輸速率 (committed information rate) Tc 承諾時間間隔 TcBc/CIR (committed rate measurement interval),54,幀格式的比較,LAPF幀格式 (Link Access Procedures to Frame Mode Bearer Services),HDLC幀格式 （High-Level Data Link Control）,55,數(shù)據鏈路層幀接入協(xié)議 LAPF,標志,（

17、,F,）,DLCI C,/,R EA,0,FECN BECN,DE EA,1,信息,（,I,）,字節(jié),1 2,4,可變,標志,地址,信息,幀校驗序列,標志,8 7 6 5 4 3 2 1,2 1,DLCI,FCS,56,地址字段,數(shù)據鏈路連接標識符DLCI 命令/響應（C/R） 地址擴展（EA） 前向擁塞通知（FECN） 后向擁塞通知（BECN） 丟棄指示（DE）,57,數(shù)據鏈路連接標識符 DLCI,58,數(shù)據鏈路層Q.922核心協(xié)議,幀的定界、同步和透明性。 幀的復用/分路。 幀傳輸差錯檢測（但不糾錯）。 檢測傳輸幀在“0”比特插入之前和刪除之后，是否由整個8比特組組成。 檢測幀長是否正確。 擁塞控制功能。,59,幀中繼對無效幀的處理,沒有用兩個標志所分界的幀； 在地址分段和結束標志之間的字節(jié)數(shù)少于3個； 在“0”比特之前或“0”比特