第三章 分组交换ppt课件

1 第三章分组交换 2 3 1概述3 2分组交换关键技术3 3X 25分组交换3 4帧中继交换 3 本章重点 分组交换定义和特点 统计时分复用 逻辑信道 虚电路基本概念和特点 X 25分组交换的基本概念 帧中继的基本概念 本章难点 X 25本章课时 4学时学习本章达到的目的和要求 1 了解分组交换定义和特点 理解分组交换系统指标体系衡量参数的意义 2 掌握分组交换的关键技术 包括统计时分复用 逻辑信道 虚电路 路由选择和流量控制的基本概念和特点 3 了解X 25分组交换的基本概念 掌握X 25分组格式 4 了解帧中继技术的基本概念 掌握帧中继的帧格式 4 3 1概述3 1 1分组交换基本概念分组交换技术产生在通信网以模拟通信为主的20世纪70年代 最初是为了满足计算机之间互相进行通信 实现资源共享要求而出现的一种数据交换技术 5 一 定义 分组交换PS PacketSwitching 也称包交换 分组是把线路上传输的数据按一定长度分成若干个数据块 每一个数据块附加一个数据头 这种带有数据头的数据块就叫做分组 packet 发送端把这些 分组 分别发送出去 到达目的地后 目的交换机将一个个 分组 按顺序装好 还原成原文件发送给收端用户 这一过程称为分组交换 进行分组交换的通信网称为分组交换网 6 二 特点 优点线路利用率高 数据传输可靠性高 提供灵活通信环境 降低通信成本 经济性好 7 缺点信息传送时延大 时延抖动大 额外开销大 协议和控制复杂 8 3 1 2分组交换提供的业务 一 基本业务SVC 交换虚电路 可同时与不同的用户进行通信 方便灵活 PVC 永久虚电路 可建立与一个或多个用户间的固定连接 二 可选业务CUG 闭合用户群 限于特定用户之间进行通信 避免外人干扰 NUI 网路用户标志 提供严密的安全保障 并可实现全国漫游 广播服务 单向的点对多点信息传送 反向计费 由被叫方付费 其他服务 包括呼叫转移 直接呼叫 快速选择等 9 3 1 3分组交换系统指标体系 一 数据通信系统性能指标1 信息传输速率 Rb 简称传信率 又称信息速率 比特率 单位为 比特 秒 记为bit s或bps 2 码元传输速率 RB 简称传码率 又称符号速率 码元速率 波特率 调制速率 单位是波特 Baud 3 频带利用率4 差错率 10 二 分组交换机的指标体系 1 端口数 表示交换机可以提供连接的端口数量 包括同步和异步端口数 2 分组吞吐量 表示每秒通过交换机的数据分组的最大数量 给出该指标时 必须指出分组长度 通常为128Byte 分组 3 链路速度 指分组交换机能支持的最高速率 4 并发虚呼叫数 指交换机可以同时处理的虚呼叫数 5 平均分组处理时延 指一个分组从输入端口传送到输出端口所需要的平均处理时间 6 可靠性 包括硬件和软件的可靠性 7 可利用度 指分组交换机正常运行时间与总的运行时间之比 8 为用户提供补充业务和增值业务的能力 11 3 2分组交换关键技术 3 2 1统计时分复用一 概念统计时分复用STDM StatisticTimeDivisionMultiplexing 也称异步时分复用或标记复用 适用于突发性业务 12 同步复用统计时分复用 13 二 统计时分复用特点动态分配或按需分配资源 线路利用率高 适用于突发性业务 14 3 2 2逻辑信道 一 概念在统计时分复用方式下 虽然每个用户的信息不在固定信道中传送 但是通过对数据分组进行编号 可以区分各个用户的数据 就好像线路被分成许多信道 每个信道用相应的号码表示 这种信道就被称为逻辑信道 逻辑信道是通过统计复用的方式 按需分配信道带宽 只有用户有数据要传送时才为之生成一个分组 并复用到信道中 从而形成逻辑信道 每个分组中含有区分不同起点 终点的编号 称为逻辑信道号LCN LogicalChannelNumber 逻辑信道用逻辑信道号来标识 15 二 特点 逻辑信道是一种客观存在 或是占用或是空闲 永远不会消失 逻辑信道是相邻两点间点到点的局部实体 它是在终端与交换机或交换机与交换机之间可以分配的代表信道的一种编号资源 相邻两点间的一条物理链路可以支持多条逻辑信道 为多对用户服务 多条逻辑信道异步时分复用一条物理链路 逻辑信道分为两大类 专用信道和公共信道 专用信道指主要用于传送用户语音或数据的业务信道 16 3 2 3虚电路 一 概念虚电路是在用户双方开始通信之前建立的一种端到端的逻辑连接 一条虚电路由多条逻辑信道链接而成 虚电路不同于电路交换中的物理连接 它是逻辑连接 虚电路有两种方式 交换虚电路SVC SwitchedVirtualCircuit 和永久虚电路PVC PermanentVirtualCircuit SVC是指两个用户之间建立的临时逻辑连接 在通信前要通过发送呼叫请求分组来建立虚电路 对方要进行建立虚电路确认 然后才可以进行数据交换 PVC是指由网络建立的永久逻辑连接 它是应用户预约 由网络运营者为之建立的固定虚电路 不需要在呼叫时建立虚电路 可直接进入数据传送阶段 17 虚电路示意图 18 二 特点 虚电路服务的思路来源于传统电信网 即可靠通信应该由网络来保证 虚电路是一种面向连接的方式OC OrientedConnection 即在呼叫前要事先建立虚连接 虚电路方式的一次通信具有三个阶段 呼叫建立 数据传输和呼叫清除 用户数据在传送之前要通过发送呼叫请求分组建立端到端的虚电路 虚电路建立后开始进行数据传输 属于同一呼叫的数据分组均沿着这一虚电路进行传送 数据传输完成后通过呼叫清除分组来拆除虚电路 虚电路方式下数据分组中不含目的地址 优点是对通信量较大的通信传输效率高 虚电路方式下数据分组顺序通过网络 在数据接收端不需要对分组进行重新排队 虚电路方式下对用一条虚电路发送的所有分组只作一次路由选择 如果某个节点出现故障 会使虚电路中断 可能造成分组丢失 这是虚电路的缺点 19 3 2 4数据报 一 概念数据报不需要预先建立逻辑连接 而是按照每个分组头中的目的地址对各个分组独立进行选路 20 21 二 特点 数据报服务的思路来源于计算机网络 即网络尽力而为提供服务 可靠通信由终端来提供 数据报是一种无连接方式CL ConnectionLess 呼叫前不需要事先建立连接 而是边传送信息边寻路 数据报方式下不需要呼叫建立和呼叫清除过程 直接进行数据传输 数据报方式下每个分组都有源地址和目的地址 优点是对于短报文的通信传输效率高 数据报方式下每一个数据分组都包含有详细的目的地址信息 同一报文的不同分组可以选择不同的路由到达目的地 因此需要在接受端重新排序组装 这是数据报方式的缺点 数据报方式下每个节点可以自由选路 如果某个节点出现故障 分组可以通过其它路由传送 这是数据报的优点 22 虚电路与数据报比较 23 3 2 5路由选择 一 概念在通信网络中 为了网络的可靠性 两个主要交换机之间一般都设置多条路由 路由选择就是交换机在多条路由中选择一条交换的路由 24 二 路由选择原则 算法简单 易于实现 减少额外开销 算法对所有用户平等 传输路径最佳 主要衡量指标为端到端的传输时延 各节点工作量均衡 具有自适应性 当网络出现故障时 能够自动选择迂回路由 25 三 路由选择方法 1静态法 固定路由 1 泛射法 扩散式路由法 2 固定路由表法 查表路由法 2动态法 自适应路由 1 路由选择算法 2 集中式路由选择 自适应路由算法 26 路由选择策略静态策略在建设网络时根据网络拓扑结构的因素设计的某种路由选择规则 在整个网络的运行过程中都不改变 这种策略不能根据网络当前状态做出选择 故又称为非自适应路由算法 对应的路由选择方法有 扩散式路由选择 随机路由选择 固定路由选择等 动态策略根据测量或估计的网络当前通信量和拓扑结构做出路由选择 故又称为自适应路由选择 对应的路由选择方法有 集中自适应路由选择和分散式自适应路由选择 孤立自适应路由选择和分布式自适应路由选择 27 扩散式路由选择 完全扩散一个网络节点从某条输入线路收到一个分组后 立即将分组信息复制若干副本分别发送到所有相邻的节点 犹如洪水泛滥一般故又称其为泛洪式算法 各节点只需选取最先到达者 将后到者删除即可 结果最先到达目的节点的一个分组肯定是走过了最短路径 并且所有可能的路径都被同时尝试过 选择扩散记录下分组扩散的路径 防止它第二次再扩散到已扩散过的路径中 基本原理 28 完全扩散 选择扩散 基本原理 特点 可靠性高 健壮性好 网络负荷很大 29 固定路由选择 网络拓扑结构 基本原理 实例分析 网络中每个节点上都存放一张事先确定好的路径表 指出从本节点到达某个目的节点而选择的最优的下一节点或链路 节点A的固定路由表 30 集中自适应路由选择 基本原理 缺点 每个节点交换内存有一张动态路由表 每个节点定期向路由控制中心 RCC 发送状态信息 RCC计算出每对节点之间的最优路径 构造出路由表分发给对应的每个节点 对RCC的可靠性和计算能力要求很高 各节点更新路由表时不能同步 这种失调会增大传输时延 路由报表信息会增加网络负荷 31 分散自适应路由选择 基本原理 实现方案 网络中不设RCC 各节点交换机动态调整自己的路由选择表 孤立自适应路由选择 每个节点仅根据自己掌握的网络状况来确定路由表 最短等待法 逆向学习算法 路由选择 分布自适应路由选择 相邻节点彼此定期交换路由信息来更新自己的路由表 32 3 2 6流量控制 一 概念实现数据流量的平滑均匀 提高网络的吞吐能力和可靠性 二 作用控制进入虚电路的分组数量 防止因分组数量过载导致网络吞吐量下降和传送时延的增加 避免死锁 死锁是指由于在通信子网中传输的数据数量过多 而网络数据处理量有限 来不及处理所有传输的数据 引起部分或全网性能下降 甚至使整个网络操作停顿而无法继续运行 公平分配网络资源 避免某些节点流量过多 而其他节点流量过少 33 三 流量控制方法 分组交换网中流量控制有许多种方法 通常采用X 25窗口法 X 25协议的第三层着重于传输过程中的流量控制 通过滑动窗口算法来实现 对通过接口的每一个逻辑信道使用独立的 窗口 流量控制机构 X 25协议的第二层也是通过滑动窗口来实现的 但它是对整个接口进行流量控制 34 3 3X 25分组交换 3 3 1X 25基本概念一 定义 X 25建议是ITU T作为公用数据网的用户 网络接口协议提出的 它的全称是 公用数据网络中通过专用电路连接的分组式数据终端设备DTE DigitalTerminalEquipment 和数据电路终接设备DCE DataCircuit terminatingEquipment 之间的接口 35 二 特点 可靠性高 具有点到点的差错控制 可以逐段进行差错控制和流量控制 信道利用率高 利用了统计复用及虚电路技术 具有复用功能 能在单一物理链路上同时复用多条虚电路 使每个用户设备能同时与多个用户设备进行通信 便于不同类型用户设备的接入 控制功能丰富 X 25端口可以支持的最高速率是2Mbit s 36 三 相关建议 37 四 网络组成和功能 38 网络组成及各组成部分的功能 分组交换机 中转交换机 本地交换机 为网络提供业务支持 实现X 25和X 75等多种协议 进行路由选择 进行流量控制 完成网络局部的维护 管理等网络管理功能 网络集中器 分组拆装 PAD packetassembly disassembly 功能 集线器功能 39 数据终端 分组终端 PT 非分组终端 NPT PAD设备的功能 网络控制中心 网络配置管理与用户管理 运行数据的收集与统计 路由选择的管理 网络监控 故障报警与网络状态显示 计费管理 40 五 X 25分层结构 41 3 3 2X 25物理层 一 物理层功能定义了DTE和DCE之间建立 维持 释放物理链路的过程 包括机械 电气 功能和过程特性 X 21 X 21bis 等效于RSR 32 C和V 24标准 接口 42 X 21主要作了如下具体规定 接口的物理特性 插接件的类型及插芯的分配 电气特性 平衡双流接口 同步比特串行传输 点对点双工操作 建立交换电路的协议 使用租用电路的协议 43 二 物理层接口格式 44 三 X 25数据链路层 数据链路层规定在DTE和DCE之间的线路上交换X 25帧的过程 一 数据链路层功能在DTE和DCE之间有效传输数据 帧同步 确保接收方和发送方之间的信息同步 差错控制 采用CRC循环校验 发现出错时自动请求重发 数据链路的建立 拆除和复位控制 识别并向高层报告规程性错误 向分组层通知数据链路层状态 流量控制 45 二 数据链路层帧结构和类型 46 信息帧I Information 监控帧S Supervisory 无编号帧U Unnumbered U帧有5种类型 设置异步平衡模式SABM断开连接DISC断开模式DM无编号确认UA帧拒绝FRMR 47 48 3 3 4X 25分组层 一 X 25分组层功能为用户提供逻辑信道 并通过LCN 逻辑信道号 区分每个用户的呼叫 为用户的呼叫连接提供分组传输 包括顺序编号 分组确认和流量控制 提供PVC路 永久虚电 和SVC 交换虚电路 的连接 提供建立和取消SVC连接 对分组层进行差错控制 49 分组格式及类型 X 25分组层首要功能就是要将用户数据协议规定的格式进行封装 X 25协议规定了多种不同类型和功能的分组 可分为两大类 数据分组和控制分组 所有分组都采用一个基本格式 但不同类型分组的格式又略有不同 它们都有一个相同的部分 即由3Byte构成的分组头 50 二 X 25分组头格式 51 逻辑信道群号 LCGN 和逻辑信道号 LCN 通用格式标识符 GFl Q位 用来区分传输的分组包含数据的类型 Q 1用户数据 Q 0控制信息 D位 传输确认位 表示数据分组是由本地还是端到端来确认 SS位 用以指示数据分组序号的编号方式 SS 01 模8 SS 10 模128 52 数据传输过程中D比特的使用 53 54 三 控制分组格式 55 呼叫请求分组的格式 56 DTE拆除请求和DCE拆除指示分组格式 DTE和DCE拆除确认分组格式 57 呼叫建立与拆除过程 58 数据分组格式 数据分组格式 模128 数据分组格式 模8 59 分组头中第三个字节的第一个比特为0 是数据分组的唯一标志 只有数据分组才包含P S 字段 而数据分组和流量控制分组都包含P R 字段 它表示接收端等待接收的下一个分组的编号 M称为后续比特 M 0表示该数据分组是一份用户报文的最后一个分组 M 1表示该数据分组之后还有属于同一份报文的数据分组 60 流量控制分组格式 模8 流量控制分组的格式 模128 流量控制分组 编码 61 中断分组格式 中断确认分组格式 注 图中 在模8时为01 模128时为10 62 3 4帧中继交换 3 4 1帧中继基本概念一 定义帧中继FR FrameRelay 是在分组交换技术的基础上 在通信环境改善和用户对高速传输技术需求的推动下发展起来的 FR将分组交换协议作了简化 帧中继技术主要用于传递数据业务 它使用一组规程将数据信息以帧的形式 简称帧中继协议 有效地进行传送 63 二 特点 优点 可靠性强 处理能力强 吞吐量高 时延小 适合突发性业务 灵活可靠的组网方式 按需分配带宽 兼容性好 64 缺点 差错控制能力较差 不适合在误码率高的线路上传输 在提供更高速率链路上能力不足 目前最高提供T3 E3速率 对新业务支持不足 如IP语音和多媒体等应用 65 三 帧中继标准 帧中继对应的主要标准为ITU TQ 922 它作为一种选择用于端到端的数据传输 相关的协议主要有 ITUI 233定义了由帧中继提供的业务 也定义了帧中继协议中的全部功能 ITUI 370定义了在帧中继中用来管理网络拥塞的程序 接入信令和数据链路控制的功能在ITUQ