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帧中继是由X.25分组交换技术发展起来的一种传输技术。 X.25网络是第一个面向连接的网络,也是第一个公共数据网络.其数据分组包含3字节头部和128字节数据部分. X.25运行10年后,20世纪80年代被无错误控制,无流控制,面向连接的新的叫做帧中继的网络所取代. 90年代以后,出现了面向连接的ATM网络.,专题三 x.25、帧中继与ATM,X.25 ：分组交换数据网络（PSDN） 遵循x.25规程，因此也被称为X.25网。 FR:帧中继 frame relay ATM：异步传递模式Asynchronous Transfer Mode,1 X.25 网,X.25 网就是 X.25 分组交换网，它是在二十多年前根据 CCITT（即现在的 ITU-T）的 X.25 建议书实现的计算机网络。 X.25 网是一个使用电话或者ISDN设备作为网络硬件设备来架构广域网的ITU-T网络协议族。它的物理层，数据链路层和 网络层（13层）都是按照OSI 体系模型来架构的。在国际上X.25的提供者通常称X.25为分组交换网，尤其是那些国营的电话公司。,X.25 的层次关系,LAPB 帧,X.25 分组,分组层（网络层）,数据链路层,用户数据,用户数据,X.25首部,LAPB首部,LAPB尾部,X.25的首要原则是在一个基于位差错校验创建一个模拟电话网络之上的全球性的分组交换网络。 许多的X.25 系统误码率都很高，为了保障数据传输的可靠性，它在每一段链路上都要执行差错校验和出错重传。 X.25模型实质上是建立基于面向连接的虚电路，通过DTE来提供给用户看似点对点链接的虚连接。,X.25 规定了 DTE-DCE 的接口,X.25 接口,X.25 接口,X.25 公用分组交换网,VC2,VC1,DTE,DTE,DCE,DCE,DCE,DTE,X.25 接口,DTE：数据终端设备，具有一定的数据处理能力以及发送和接收数据能力的设备。,DCE：数据电路端接设备，在DTE与传输线路之间提供信号变换和编码的功能。,X.25 网络的优点,可以在一条物理电路上同时开放多条虚电路供多个用户同时使用； 网络具有复杂完备的误码纠错功能。 网络可以满足不同速率和不同型号的终端和计算机、计算机与计算机之间以及局域网LAN之间的数据通信。,X.25 网与 IP 网,基于 IP 协议的因特网是无连接的，只提供尽最大努力交付的数据报服务，无服务质量可言。 X.25 网是面向连接的，能够提供可靠交付的虚电路服务，能保证服务质量。 正因为 X.25 网能保证服务质量，在二十多年前它曾经是颇受欢迎的一种计算机网络。,X.25 网退出了历史舞台,到了 20 世纪 90 年代，情况就发生了很大的变化。通信主干线路已大量使用光纤技术，数据传输质量大大提高使得误码率降低好几个数量级，而 X.25 十分复杂的数据链路层协议和分组层协议已成为多余的。 PC 机的价格急剧下降使得无硬盘的哑终端退出了通信市场。这正好符合因特网当初的设计思想：网络应尽量简单而智能应尽可能放在网络以外的用户端。 X.25提供的数据传输率一般为64Kbps。,2 帧中继 FR 2.1 帧中继的工作原理,在 20 世纪 80 年代后期，许多应用都迫切要求增加分组交换服务的速率。 帧中继 FR (Frame Relay)就是一种支持高速交换的网络体系结构。 帧中继在许多方面非常类似于 X.25，被称为第二代的 X.25。 数字光纤网比早期的电话网具有低得多的误码率，如果减少结点对每个分组的处理时间，则各分组通过网络的时延亦可减少，同时结点对分组的处理能力也就增大了。,帧中继减少结点处理时间,帧中继使用统计时分多路复用技术，也称为快速分组交换技术。 帧中继不使用差错恢复和流量控制机制。 当帧中继交换机收到一个帧的首部时，只要一查出帧的目的地址就立即进行转发。 因此在帧中继网络中，一个帧的处理时间比 X.25 网约减少一个数量级。这样，帧中继网络的吞吐量要比 X.25 网络的提高一个数量级以上。,帧中继的业务,帧中继业务是在用户网络接口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中传送，用户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。,帧中继提供的业务,帧中继网络向上提供面向连接的虚电路服务; 交换虚电路 SVC 永久虚电路 PVC 帧中继网络通常为相隔较远的一些局域网提供链路层的永久虚电路服务，它的好处是在通信时可省去建立连接的过程。 如果有 N 个路由器需要用帧中继网络进行连接，那么就一共需要有 N(N 1)/2 条永久虚电路。,帧中继网,帧中继交换机,路由器,局域网,局域网,虚电路,路由器,帧中继提供虚电路服务,帧中继网,路由器,局域网,局域网,虚电路,路由器,帧中继网络的工作过程,为了区分开不同的永久虚电路 PVC，每一条 PVC 的两个端点都各有一个数据链路连接标识符 DLCI。 DCLI 是 Data Link Connection Identifier。,帧中继网络的工作过程,目的主机若发现有差错，则报告上层的 TCP 协议处理。 即使 TCP 协议对有错误的数据进行了重传，帧中继网也仍然当作是新的帧中继帧来传送，而并不知道这是重传的数据。,帧中继使用的拥塞控制方法 丢弃策略。当拥塞足够严重时，网络就要被迫将帧丢弃。 拥塞避免。在刚一出现轻微的拥塞迹象时用一些信令机制及时使拥塞避免过程开始工作。 拥塞恢复。在已出现拥塞时，拥塞恢复过程可阻止网络彻底崩溃。,帧中继的拥塞控制,承诺的信息速率 CIR (Committed Information Rate),速率,测量时间间隔 Tc,t,CIR 是对特定的帧中继连接中，用户和网络共同协商确定的用户信息传送速率的门限数值。CIR 数值越高，帧中继用户向帧中继服务提供者交纳的费用也就越多。,承诺的信息速率 CIR (Committed Information Rate),只要端用户在一段时间内的数据传输速率超过 CIR，在网络出现拥塞时，帧中继网络就可能会丢弃用户所发送的某些帧。,速率,测量时间间隔 Tc,t,人们曾经设想过“未来最理想的”一种网络应当是宽带综合业务数字网 B-ISDN。 B-ISDN 采用新的 ATM 交换技术。这种技术结合了电路交换和分组交换的优点。 虽然在 B-ISDN 并没有成功，但 ATM 技术还是获得了相当广泛的应用，并在因特网的发展中起到了重要的作用。,3 异步传递方式 ATM ATM 的基本概念,信元：ATM 采用定长分组作为传输和交换的单位。这种定长分组叫做信元(cell)。 异步:当用户的 ATM 信元需要传送时，就可插入到 SDH 的一个帧中。SDH 传送的同步比特流被划分为一个个固定时间长度的帧每一个用户发送的 ATM 信元在每一时分复用帧中的相对位置并不是固定不变的。,信元与异步,ATM、STM和分组模式间的关系,电路或TDM,时隙同步 位置复用,分组,可变长度的分组 标志复用,信元同步 高速 标志复用 灵活、高效,布线信息,48字节载荷 5字节头,信元：,ATM 处理 ATM 处理,数据帧,空闲,空闲,空闲,空闲,MUX,SONET映射,OH,封装,信元,基本的ATM过程概述,用户信息 语声、视频、数据、图象,AALATM 处理,帧和开销,物理介质处理,传输帧结构,至传输接口,基本的ATM结构,将高层/应用信息流映射到AAL协议数据单元(PDU)格式 提供所需的针对业务的功能(如错误检测、定时恢复等)。 将信息流分段重组成信元大小的PDU。 将48字节的载荷传送给ATM层。,适配层,产生和处理ATM信元头。 对48字节的载荷加入/去除信元头。 信元头中包含连接标识。 将信元复用/(去复用)到虚连接(Virtual Connection)中。 在一虚连接中进行信元的顺序传递。,ATM层,将信元速率适配成传输系统的速率。 加入/去除传输开销。 满足宽范围物理介质的条件。,语声信元,视频信元,数据信元,物理层,选择固定长度的短信元作为信息传输的单位，有利于宽带高速交换。信元长度为 53 字节，其首部（可简称为信头）为 5 字节。 能支持不同速率的各种业务。 所有信息在最低层是以面向连接的方式传送，保持了电路交换在保证实时性和服务质量方面的优点。 ATM 使用光纤信道传输。由于光纤信道的误码率极低，且容量很大，因此在ATM 网内不必在数据链路层进行差错控制和流量控制(放在高层处理)，因而明显地提高了信元在网络中的传送速率。,ATM 的主要优点如下：,ATM 的一个明显缺点就是信元首部的开销太大，即 5 字节的信元首部在整个 53 字节的信元中所占的比例相当大。 ATM 的技术复杂且价格较高。 ATM 能够直接支持的应用不多。 10 千兆以太网的问世，进一步削弱了 ATM 在因特网高速主干网领域的竞争能力。,ATM 的缺点,虚通道(VP)和虚通路(VC)连接,传 输 链 路,VP连接1,VPC 2,Virtual Channel,VCC 1,VCC 2,VCC 1,逻辑连接标识域被划分为两个连接标识符虚通道(Virtual Path)和虚通路(Virtual Channel)。 这使得在任何物理接口中都能够有两级虚连接(Virtual Connection)。 与一个虚通道连接(Virtual Path Connection)相关联的信元只用VPI值来标识。 与一个虚通路连接(Virtual Channel Connection)相关联的信元则要用VPI和VCI两者的值来标识。 一般来说，ATM连接是双向的。 对于一给定的VPC或VCC的两个方向来说，被分配的VPI和VCI值是相同的。,ATM 网络中的网络元素,ATM 端点（又称为 ATM 端系统）通过点到点链路与 ATM 交换机相连。 ATM 交换机是一个快速分组交换机（交换容量高达数百 Gb/s），其主要构件是： 交换结构(switching fabric) 若干个高速输入端口和输出端口 必要的缓存,ATM 的交换结构,ATM 交换机,交换结构,输入信元,输出信元,AAL 层将 48 字节长的数据块 交给 ATM 层，加上 5 字节的首部后 变成 53 字节的信元,ATM 在哪一层？,当孤立地观察一个 ATM 网络时，ATM 网络像一个广域网，因为它可以覆盖很大的地理范围，有自己网络的硬件地址和进行信元转发的结点交换机，并且向上提供虚电路服务。 从 IP 层来看，整个的 ATM 网络又相当于两个 IP 结点之间的一条数据链路，因而整个 ATM 网络又好像是处在数据链路层。 可见 ATM 体系结构中的层次和 OSI 的层次很难有严格的对应关系。,ATM 网络,A,B,交换机 X,交换机 Y,UNI,UNI,NNI,NNI,t,数据传送阶段,ATM 的主要信令报文,报文类型 当主机发送时的意义 当网络发送时的意义 SETUP 请求建立连接 有一个入呼叫 CALL 收到入呼叫 连接建立的请求 PROCEEDING 正在进行处理 CONNECT 接受入呼叫 呼叫请求已被接受 CONNECT 对 CONNECT 对 CONNECT ACK 报文的确认 报文的确认 RELEASE 请求释放连接 端点发出了连接释放请求 RELEASE 对 RELEASE 的确认 对 RELEASE 的确认,VCI 和 VPI 的转换,ATM 信元在 ATM 网络中传输时，一定是在某个特定的虚连接上按序传送的。 ATM 信元的首部一定要有这个虚连接的标识符 VPI/VCI，以便唯一地标识该信元属于哪一个虚通路。 所有的 VPI/VCI 值只在每一段物理链路上具有唯一的值。 每经过一段链路，信元的 VPI/VCI 值都可能改变数值。,ATM 网络,A,B,交 换 机 X,交 换 机 Y,交 换 机 Z,1,2,1,2,3,2,3,4,3,4,1,4,3/17,42/55,6/35,9/35,交换机 X 的 VPI/VCI 转换表,交换机 Y 的 VPI/VCI 转换表,交换机 Z 的 VPI/VCI 转换表,端点 A 通过 ATM 交换机 X, Y 和 Z 与端点 B 建立了一条逻辑连接,课后作业,1. ATM网络的协议数据单元称为_（1）_。ATM适配层分为两个子层，这两个子层是_（2）_子层。_（3）_是对应于A类业务的ATM适配层，它提供的业务特点是_(4)_。如果要传送IP数据报，则需要_（5）_业务的支持。 （1）A帧 B. 信元 C. 分组 D. 报文 （2）APMD和TC B. PMD和SAR C. CS和SAR D. CS和TC （3）AAAL1 B. AAL2 C.AAL3 D. AAL4 （4）A实时、恒定比特率、面向连接 B. 实时、可变比特率、面向连接 C非实时、恒定比特率、无连接 D. 非实时、恒定比特率、面向连接 （5）AA类 B. B类 C. C类 D. D类,2.异步传输模式ATM主要在 （6） 中采用，ATM使用 （7） 两种技术的结合。ATM数据传送的单位是一固定长度的分组，称为信元其长度为 （8） 字节。ATN交换节点的工作比x.25分组交换网中的节点要简单。ATM节点做 （9） 的CRC校验，使用ATM的网络不参与任何数据链路层的功能，将 （10） 工作都交给终端做。 （6） A.电话网 B.宽带综合业务数字网 C.窄带