现代交换5wxy

2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,1,第五章分组交换与帧中继,一、概述二、开放系统互连参考模型三、X.25协议下的分组交换四、帧中继,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,2,一、概述,分组交换源于数据通信特别是计算机通信的需要。数据通信的特点：按协议进行数据终端之间的通信传输速率高误码率要求高数据突发性强实时性要求相对不强,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,3,一、概述,3.数据通信系统的构成(P116图5.2)数据终端设备（DTE）：有分组型和非分组型终端两类。数据电路：由传输信道和数据电路终端设备（DCE）组成。当传输信道是模拟时，DCE的作用是modem；当传输信道是数字信道时，DCE的作用是实现信号码型与电平的变换、信道特性的均衡、定时供给等。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,4,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,5,一、概述,分组交换的一般原理：(P117图5.3)4.1分组交换也称包交换,其本质是按一定规则将数据流,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,6,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,7,一、概述,4.2分组交换的工作方式：数据报方式、虚电路方式,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,8,一、概述,4.2.1数据报方式特点优点用户之间的通信不需要经历呼叫建立和呼叫清除阶段，对短报文通信传输效率比较高。对网络故障的适应性强，一旦某个经由的分组交换机出现故障可以另外选择传输路径。缺点数据分组传输时延较大，分组的传输时延和传输路径有关，所以分组时延差别较大。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,9,一、概述,4.2.2虚电路方式:优点：一次通信具有呼叫建立、数据传输和呼叫释放三个阶段。数据分组中不需要包含终点的地址，对于数据量较大的通信传输效率高。缺点：当网络中由于线路或设备故障时导致虚电路中断，需要重新呼叫建立新的连接。改进：呼叫重连接功能：当网络故障时将由网络自动选择并建立新的虚电路，不需要用户重新呼叫，并且不丢失数据,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,10,二、开放系统互连参考模型,1.通信系统分层的基本概念(P131图5.19)把一个通信系统看作是由N个通信实体级联组成的结构。每层实体完成特定的功能，并依赖下层向上层提供上层所需要的标准服务，从而达到完成通信过程的最终目的。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,11,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,12,二、开放系统互连参考模型,分层的优点：P131132各层之间是独立的。灵活性好。结构上可分隔开。网络结构清晰，可理解程度高，易于实现和维护。能促进标准化工作。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,13,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,14,二、开放系统互连参考模型,3.OSI七层模型(P132图5.21)物理层:提供物理连接,透明传送比特流,规定机械、电气连接特性。数据链路层：负责在两个相邻节点间的线路上，无差错地传送以帧为单位的数据。数据链路层要负责建立、维持和释放数据链路的连接。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,15,二、开放系统互连参考模型,网络层的任务就是要选择合适的路由和交换节点，便于发送站的传输层所传下来的分组能够正确无误地按照地址找到目的站，并交付给目的站的传输层。传输层：提供一个可靠的端到端服务。会话层：在两个相互通信的应用进程之间，建立、组织和协调其交互。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,16,二、开放系统互连参考模型,表示层解决用户信息的语法表示问题。将欲交换的数据从适合于一用户的抽象语法变换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。包括加密、解密。应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要；负责用户信息的语义表示，并在两个通信者之间进行语义匹配。这就是说，应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远地操作，而且还要作为互相作用的应用进程的用户代理。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,17,三、X.25协议下的分组交换,1.X.25协议分层结构:(P136图5.24),2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,18,三、X.25协议下的分组交换,2.X.25的第一层(物理层):功能:定义DTE与DCE之间的电气接口和建立通路的过程。协议系列:-RS232-X.21-X.21bis-V系列(V.28,V.35,V.10,V.11)等;,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,19,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,20,三、X.25协议下的分组交换,功能：在DTE与DCE之间提供数据传输；在设备之间提供控制信号；提供时钟信号；电气地；机械连接器；属性：机械、电气、功能、规程,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,21,三、X.25协议下的分组交换,3.数据链路层3.1采用ISO制定的高级数据链路控制(HDLC)规程的一个子集，称为链路接入规程-平衡型(LAPB),它是一种由OSI支持的位同步的全双工规程,分基本型和扩展型两种。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,22,三、X.25协议下的分组交换,3.2功能：有效传输数据；确保信息同步；检测、纠正差错；识别并向高层报告规程性错误；向高层通知链路层状态。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,23,三、X.25协议下的分组交换,3.3HDLC的其它著名子集：LAPD，LAPF等,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,24,三、X.25协议下的分组交换,3.4帧格式：（P138图5.27）,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,25,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,26,三、X.25协议下的分组交换,3.5帧类型：信息帧；监控帧：接收准备就绪(RR)，接收未准备就绪(NR)，拒绝(REJ)无编号帧：置异步平衡模式(SABM)，拆线(DISC)等。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,27,三、X.25协议下的分组交换,3.6功能实现：3.6.1：通信过程：P138P139；3.6.2：流量控制和差错控制：P138P139；N(S)是已发送的信息帧序号，N(B)是接收方预期将收到的下一序列的信息帧序号。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,28,三、X.25协议下的分组交换,4.X.25第三层(分组层）4.1分组格式：分组=分组头+分组数据分组头=通用格式标识符+逻辑信道组号+逻辑信道号+分组类型识别符。（P121图5.7，图5.8）。（P122表5.2）,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,29,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,30,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,31,三、X.25协议下的分组交换,4.2功能概述：利用链路层的支持，完成虚呼叫的分组数据通信，支持两类虚电路连接：交换虚电路（SVC）和永久虚电路（PVC）。永久虚电路：在两个用户之间建立永久的虚连接，用户之间的通信直接进入数据传输阶段，就好像具有一条专线一样,可随时传送数据。交换虚电路：用户终端在通信之前必须建立虚电路，通信结束后就拆除虚电路,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,32,三、X.25协议下的分组交换,4.3交换虚电路的建立和释放交换虚电路的建立：P125图5.13在分组交换方式中，采用逐段转发、出错重发的控制措施，必须保证数据传送的正确无误。交换虚电路的建立和释放：P126图5.14,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,33,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,34,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,35,三、X.25协议下的分组交换,4.4虚电路方式的特点一次通信具有呼叫建立、数据传输和呼叫释放三个阶段。数据分组中不需要包含终点地址，对于数据量较大的通信传输效率高。数据分组按建立的路径顺序通过网路，在网路终点不需要对数据重新排序，分组传输时延小，而且不容易产生数据分组的丢失。当网路中由于线路或设备故障时，可能导致虚电路的中断，需要重新呼叫，建立新的连接。现在许多采用虚电路方式的网路已能提供呼叫重新连接的功能。当网路出现故障时，将由网路自动选择并建立新的虚电路，不需要用户重新呼叫，并且不丢失用户数据。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,36,三、X.25协议下的分组交换,4.5路由选择4.5.1目标：在网内任何两个数据终端之间的呼叫建立过程中，交换机在多条路由中选择一条较好路由。4.5.2要求：时延小路由短通信资源综合利用使全网的通信量最大。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,37,三、X.25协议下的分组交换,4.5.3路由算法分类：固定路由算法小规模的专用分组交换网自适应路由算法大规模的公用分组交换网分布式、集中式、混合式,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,38,三、X.25协议下的分组交换,4.5.4固定路由算法根据网路结构、传输线路的速率、途径交换机的个数等,预先算出某一交换机至各交换机的路由表,说明该交换机至各目的交换机的路由选取的第一选择、第二选择及第三选择等,然后将此表装入交换机的主存储器内。只要网路结构不变化，此表就不作修改。-小规模的专用分组交换网,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,39,三、X.25协议下的分组交换,4.5.4.1实例：（P128）例如，设有P128图517所示的网路结构，根据上述因素算出交换机J的路由表如P128表54所示。当交换机J要对交换机D进行呼叫建立虚电路时，查表54得最佳选择为交换机H，第二选择为经交换机A，第三选择为经交换机I最终到达交换机D。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,40,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,41,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,42,三、X.25协议下的分组交换,为了平衡源交换机与目的交换机之间多条路由的负载，可给3种选择分配一定的负载比例。例如,目的交换机D的第一选择H分配0.5，第二选择A分配0.25，第三选择I分配0.25。为了按比例选择路由，在决定选用哪一条时，在交换机J内调用一次0.00到1之间的随机数，当此数低于0.50时选用至H的通路；当此随机数在0.50到0.75之间时选用至A的通路；当此随机数在0.75以上时则选用至I的通路。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,43,三、X.25协议下的分组交换,4.5.5自适应路由算法：所谓自适应，是指路由选择过程中所用的路由表要考虑网内当前业务量情况，线路通畅的情况，并对网路结构发生变化时及时更新，以便在新情况下仍能获得较好的路由。从工作方法来分,可分为分布式、集中式和两者的混合式。-我国采用动态分布式路由算法。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,44,三、X.25协议下的分组交换,分布式自适应路由算法：每个交换机定时把本身的处理能力及与其相连的线路通畅等情况向全国或相邻交换机报告，各交换机根据其他交换机送来的情况，按一定的算法定时计算出本交换机的路由表。两者比较：集中式传送路由信息的开销少，实现也较简单，但功能过于集中，所以可靠性较低，分布式相反。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,45,三、X.25协议下的分组交换,4.6流量控制4.6.1原因：终端之间匹配。交换机能力及网络效率。4.6.2目的：流量控制的目的是为了保证网路内的数据流量的平滑均匀、提高网路的吞吐能力和可靠性、防止阻塞现象的发生。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,46,三、X.25协议下的分组交换,4.6.3一般可在下列几种级别上进行流量控制：(1)相邻节点之间点到点的流量控制，它可控制某一条链路上的流量。(2)用户终端设备和网路节点之间的点到点流量控制。(3)网路的源节点(发送节点)和终点节点(接收节点)之间的端到端流量控制(4)源用户终端设备和终点用户终端设备之间的端到端流量控制。(5)源计算机进程和终点计算机进程之间的端到端流量控制。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,47,三、X.25协议下的分组交换,4.6.4措施：主要是要限制节点中的分组队列的长度，维持一个网中或网中的一个区域里的分组数目低于某一水平(当超过这一水平时分组的排队时延急剧增加)，使分组的到达率低于分组的传输率(当分组到达速率接近分组的传输率时队列长度也会急剧增加)。P（S）；P（R）；,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,48,四、帧中继,1.提出的原因：需求和技术的发展数字光纤网的使用，线路质量提高，误码率下降。对传输速率的要求提高。局域网互联的需求。2.改进：在链路层取消了差错/流量控制。将网络层的路由选择功能合在链路层完成，取消的网络层。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,49,四、帧中继,3.分组交换方式和帧中继方式的比较（P140图5.28，图5.29）分组交换:在每个结点进行差错校验和流量控制。帧中继方式:将差错校验和流控放到上层，进行端到端的确认。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,50,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,51,四、帧中继,4.帧中继的网络协议4.1协议结构（P142图5.31）,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,52,四、帧中继,4.2Q.922核心层可完成的功能帧定界、定位和透明性。使用帧头中地址字段进行帧复用/分用帧传输差错检测（但不纠错）)检测传输帧在插0和去0之后，是否由整数个字节组成检测帧长，不能太长或太短。拥塞控制功能。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,53,四、帧中继,4.3帧中继的帧格式（P142图5.32）一个帧中继帧也叫做Q.922HDLC帧，但现在一般都叫做LAPE帧。帧中继帧的格式和HDLC帧的格式类似，其最主要的区别是没有控制字段。,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,54,2020/4/26,华中科技大学电子与信息工程系汪小燕,55,四、帧中继,标志字段：是一个独特的01111110的比特序列；帧校验序列字段：包括2字节的循环冗余校验。地址字段：一般为2字节，但也可扩展为3或4字节。数据链路连接标识符(DLCI)：当采用2字节的地址字段时，DLCI占10位。命令响应(CR)扩展地址(EA)正向显式拥塞通知(FECN)反向显式拥塞通知(