第六章分组交换与帧中继技术2

1、X.25,简介,X.25,协议是,CCITT,制定的数据终端设备,DTE,和数据电,路终接设备,DCE,之间的,接口规程,是针对分组交换网而制定,的国际标准，它是广域分组交换网中最流行的终端用户和网络,之间的接口标准，所以分组交换网也称,X.25,网,X.25,网络是第一个面向连接的公共数据网络,20,世纪,80,年代被帧中继网络所取代,90,年代以后,出现了面向连接的,ATM,网络,数据通信速率要求不高的历史背景下产生的，协议中含有复,X.25,协议是在传输介质的通信质量较差，终端用户对,杂的差错控制和流量控制措施，只能提供中低速的数据通信,业务，适于广域网互联。,传输路径上的每个结点都必须

2、完,整地接收每个分组，并且在转发之前必须完成错误检查；交,换节点的吞吐率主要部分用于错误检查开销,X,25,接口不可,支持高达,64Kbps,的线路,CCITT,在,1992,年重新制定了这个标,准，并将速率提高到,2Mbps,DTE,系统或,L3 L2 L1,用户层,DCE,调制,解调器,X.21,调制,解调器,X.21,系统或,L1 L2 L3,用户层,HDLC,链路层,X.25,分组层,端到端协议,X.25,分层协议结构,高层协议,与远程,DTE,之间的高层协议,分组层协议,分组层,数据,X.25,链路层,物理层,帧层协议,物理层协议,分组层,数据,链路层,物理层,DTE,物理接口,DC

3、E,第一层,物理层,物理层接口协议定义了,DTE,和,DCE,之间建立、维护和,拆除一条物理链路的过程，包括机械、电气、功能和,规程等特性,物理层采用,X.21,和,V,系列协议，定义从,DTE,到,X,25,分组交换网络中结点的物理电气接口,RS,232,C,通常用于,X,21,接口,物理层主要解决网络节点与物理信道如何连接的问题,第二层,数据链路层,帧层,数据链路层规定了,DTE,DCE,之间的线路上交,换帧的过程。链路层规程在物理层的基础上执,行一些控制功能，以保证帧的正确传送,X.25,数据链路层采用平衡型链路接入规程,LAPB,它是高级数据链路控制规程,HDLC,的一个子集,LAPB

4、,针对点对点连接，它为异步平衡模式会,话提供帧结构、错误检查和流控机制,数据链路层的,主要功能,1,在,DTE,和,DCE,之间有效的传送数据,2,确保发送器和接收器之间的信息同步,3,识别并向高层协议报告规程中的错误,4,提供差错检验，并且恢复丢失、重复或,错误的数据，保证数据在物理信道上传输的,正确性,5,向分组层通知链路层的状态,第三层,分组层,X.25,分组层的主要功能是利用链路层所提,供的服务，在,DTE,和,DCE,之间的接口上交,换分组,分组层将一条数据链路按动态时分复用的,方法，划分为多个逻辑信道，允许多台计,算机或终端同时使用高速的数字信道，充,分利用数据链路的传输能力和交换

5、资源,实现按需分配,X.25,建议各层间的信息关系,从高层来的消息，在,X.25,的第三层一般分为,128,字节,组长,度的数据块，并在其前面加上分组标题成为一个分组头，然后,送往,X.25,的第二层，分组在该层进行处理，加上,HDLC,标题,FCS,以及,011111110,标志成为一个帧，送往,X.25,的第一层,最后送往线路进行传输,高级数据链路控制,HDLC,简介,HDLC,是面向比特的数据链路控制协议,它是,X.25,栈的一部分，具有两种不同的实现方式：高级,数据链路控制正常响应模式和,HDLC,链路访问过程,平衡,LAPB,。其中第二种使用更为普遍,HDLC,定义了三种类型的站,S

6、tation,两种,链路配置及三种数据传送模式,1,站类型,站是指链路两端的通信设备,主站：负责控制链路的操作，由主站发出的帧,称为命令帧,从站：在主站的控制下操作，从站发送的帧为,响应帧,复合站：兼具主站、从站的功能,2,HDLC,支持两种链路配置,非平衡配置,由一个主站和一或多个从站组成，配置方式可以是点到点,或点到多点,平衡配置,两个复合站组成，配置方式为点到点,命令,命令,主站,响应,次站,主站,响应,次站,次站,非平衡配置,命令,复合站,响应,复合站,平衡配置,三种数据传输模式,1,正常响应方式,NRM,适用于非平衡配置,该操作方式适用于面向终端的点到,点或一点与多点的链路,在这种操

7、作方式，传输过程由主站启动，从站只有收到,主站某个命令帧后，才能作为响应向主站传输信息。响应信息,可以由一个或多个帧组成,主站负责管理整个链路，且具有轮询、选择从站及向从,站发送命令的权利，同时也负责对超时、重发及各类恢复操作,的控制,三种数据传输模式,2,异步平衡方式,ABM,适用于平衡配置，是一种允许任何节点来启动传输的操作,方式,为了提高链路传输效率，节点之间在两个方向上都需要的,较高的信息传输量。在这种操作方式下任何时候任何站都能启,动传输操作，每个站既可作为主站又可作为从站，每个站都是,组合站，都有相同的一组协议，任何站都可以发送或接收命令,也可以给出应答，并且各站对差错恢复过程都负

8、有相同的责任,三种数据传输模式,3,异步响应方式,ARM,适用于非平衡配置，是一种非平衡数据链路操,作方式,与,NRM,不同的是,ARM,下的传输过程由从站启,动。从站主动发送给主站的一个或一组帧中可包含,有信息，也可以是仅以控制为目的而发的帧,在这种操作方式下，由从站来控制超时和重发,该方式对采用轮询方式的多站莲路来说是必不可少,的,平衡型链路接入规程,LAPB,LAPB,是数据链路层协议，负责管理在,X.25,中,DTE,设备与,DCE,设备之间的通信和数据包,帧的组织过程,LAPB,是源于,HDLC,的一种面向位的协议,它实际上是,ABM,平衡的异步方式类别）方式,下的,HDLC,LAP

9、B,能够确保传输帧的无差错和正确排序,2) LAPb,的主要功能,1,编制帧序号,2,16,位帧检查序列,FCS,进行检错,3,如收到的是正确数据，则回送一正确的认可,ACK,信号,4,如收到时发现错误则请求对方重发，接收方将丢,弃该帧,5,而发送端在经过一段规定的超时期间后进行重发,LAPB,帧结构,标志字段,F,：帧开始和结束,01111110,地址字段,A,表示链路层地址,帧校验序列：用于检测帧传送过程中是否有错,帧头,8bits,标志,F,8bits,地址,字段,A,8 bits,控制字段,C,长度可变,帧格式,信息字段,I,16 bits,检验序列,FCS,帧尾,8bits,标志,F

10、,LAPB,帧结构,控制字段：区分帧类型和流量控制，分为三种类型,信息帧,I,帧）、监控帧,S,帧）和无编号帧,U,帧,8bits,标志,F,8bits,地址,字段,A,8 bits,控制字段,C,长度可变,帧格式,信息字段,I,16 bits,检验序列,FCS,8bits,标志,F,I,帧：用户数据,S,帧：空,U,帧：控制数据,LAPB,帧结构,控制字段比特,信息,I,帧,监控,S,帧,无编号,U,帧,8,7,N,R,N,R,MMM,6,5,P,P/F,P/F,4,3,N,S,SS,MM,2,1,0,0 1,1 1,信息,I,帧：传送高层用户的信息，即分组层交换的分组,监控,S,帧：没有信

11、息字段，作用是保证,I,帧的可靠传送,监控帧的,3,种类型（由,SS,两个比特区分,接收就绪,RR,接收未就绪,RNR,拒绝帧,REJ,LAPB,帧结构,控制字段比特,信息,I,帧,监控,S,帧,无编号,U,帧,8,7,N,R,N,R,MMM,6,5,P,P/F,P/F,4,3,N,S,SS,MM,2,1,0,0 1,1 1,无编号,U,帧：用于控制链路的建立与断开,序号,1,2,3,4,类型,SABM,DISC,DM,UA,功能,置异步平衡模式（建链）、命令帧,断开（断链）、命令帧,已断链状态,响应帧,无编号确认、响应帧,5,FRMR,帧拒绝、响应帧,LAPB,帧结构,控制字段比特,信息,I

12、,帧,监控,S,帧,无编号,U,帧,8,7,N,R,N,R,MMM,6,5,P,P/F,P/F,4,3,N,S,SS,MM,2,1,0,0 1,1 1,P/F,探询,poll,最终,final,位，用于构成两个复,合站之间的问答关系,作用,1,P=1,令对端立即响应并告之状态,2,F,区分收到的响应帧是主动报告还是对本端命令,的响应,F=0,1,分组交换机在分组网中的作用,分组交换机是分组通信网中的核心设备,1,虚电路模式下的分组交换机作用,1,路由选择,2,分组转发,2,数据报模式下分组交换机的作用,分组交换机对每一下分组都要进行路由选择,分组交换机的功能结构,ITU-T,只是对分组交换网和

13、终端的互联方式做了相应的规,范，但网内设备协议并没有相应的规范，因生产厂家的内,部协议并不统一，所以分组交换机也是多种多样,从功能上，分组交换机一般由,4,个主要的功能部件组成,1,接口模块,2,分组处理模块,3,控制模块,4,维护操作与管理模块,一、接口模块,接口模块负责分组交换机和用户终端之间或其它交换,机之间的互联,二、分组处理模块,主要任务是实现分组的转发。在虚电路和数据报方式,下不同,在数据报方式，分组处理模块将接口送来的分组按分,组头上的目的地址进行路由选择，从其它接口发出去,虚电路方式下，在信息传输阶段，分组处理模块将从,接口送来的分组，按分组头中的逻辑信道号，根据转,发表，从另

14、一个接口发出去,三、控制模块,完成对分组交换模块和接口模块的控制。主要作用有两个,1,连接建立与转发控制,虚电路模式：在呼叫建立阶段，根据用户呼叫要求进行呼,叫处理，并根据路由表进行路由选择，以建立虚电路并生,成转发表；在信息传输阶段，按照转发表，控制分组转发,过程,数据报模式：只有信息传输阶段，根据分组头的地址信息,查询路由表，直接将分组进行转发，不需要进行呼叫处理,和生成转发表,2,接口控制,完成,X.25,链路层的功能，差错控制、流量控制,四、维护操作与管理模块,用于完成对分组交换机各部分的维护操作和管理功能,分组交换机的指标体系,1,分组吞吐量,2,链路速率,3,并发虚呼叫数,4,平均

15、分组处理时延,5,可靠性,6,可利用度,7,补充业务和增值业务,分组交换网络,分组交换网由分组交换机、网管中心、集,中器、用户终端设备及传输设备等组成,见,P144,页图,6,18,帧中继技术,1,帧中继的产生,分组交换技术是在通信网以模拟通信为主的背,景下提出来的，当时数据传输的信道大多是,FDM,信道带宽,3003400KHZ,传输速率不超过,9600bit/s,误码率高,为了解决高误码率，保证数据通信的质量，分,组交换网内的每个节点必须提供检错、纠错和流,量控制功能,20,世纪,80,年代末,90,年代初，数字化技术,光纤传输技术以及超,大规模集成电路取得,了极大的成果，光纤传输可以获得

16、较低的,误码率，并比铜线传输技术有更宽的传输,频带,计算机网络技术得到迅速的发展,LAN,数量,迅速发展，越来越多的用户需要局域网互,联，实现更大范围的信息共享。而局域网,数据传输速率已达到了,1000Mbit/s,要实现高速局域网的互联，要求互联网络,必需具有更高的传输速率,分组交换网中为实现较抵的误码率，采用了流,量控制、差错控制、出错重发等技术，使得分,组交换机开销很大，速率只能达到,64Kbit/s,为了提高数据通信的吞吐量和传输速率，从两,方面来考虑：一是提高物理信道的传输能力,另一方面是发展新的交换技术,在传输上采用了光纤通信技术，使得误码率达,到了较低的水平，并且带宽大，因而将链

17、路的,差错控制和流量控制进行简化，以加快交换机,的处理速率,帧中继就是在这样的背景下产,生的,分组网络和帧中继网络协议的分层比较,帧中继体系结构图,C-place,Q.931/933,U-place,UNI,U-place,C-place,Q.931/933,用户选择,Q.922,Q.922,Q.922,核心,I.430/I.431,用户,Q.922,核心,I.430/I.431,网络,FRN,的体系结构,二个操作平面,控制平面,C,用于在用户与网络之间建立和释放,逻辑连接，传送并处理呼叫控制信息,用户平面,U,传送用户数据和管理信息，提供端,到端的功能,控制平面,控制平面包括有,3,层，在用

18、户和网络间操作,第,3,层使用,Q.931/ Q.933,定义了帧中继的,信令过程，包括提供永久虚连接业务的管,理过程、交换虚连接的呼叫建立和拆除过,程,第二层,Q.922,是一个完整的数据链路协议,在控制平面中为第,3,层的控制信息提供可,靠的传输,第一层,I.430/I.431,是,用户网络接口,UNI,第,1,层规范,用户平面,用户平面使用了,Q.922,协议的核心功能,Q.922,核心层功能,1,帧定界、定位和透明性,2,使用帧头中地址字段进行帧复用,解复用,3,检测传输帧在插,0,和去,0,之后，是否由整数个字节,组成,4,检测帧长，不能太长或太短,5,检测传输差错，将出错的帧丢弃,

19、6,拥塞控制功能,帧中继的帧格式,LAPF,数据链路层帧方式接入协议，定义在,ITU Q.922,中,是高级数据链路控制,HDLC,的子集,帧中继的帧格式,F,A,I,FCS,F,F,标志位,A,地址,I,信息,FCS,帧检验,序列,帧中继的帧格式,首部,字节,IP,数据报,可,变,信,息,尾部,2,帧检验序列,1,标,志,1,标,志,24,地,址,帧中继帧,发送在前,标志字段,是一个,01111110,的比特序列,用于指示帧中继帧的起始和结束,它的惟一性是通过比特填充法来确保的,帧中继的帧格式,首部,IP,数据报,可,变,信,息,尾部,2,帧检验序列,1,标,志,字节,1,标,志,24,地,

20、址,帧中继帧,发送在前,信息字段,是长度可变的用户数据,帧中继的帧格式,首部,IP,数据报,可,变,信,息,尾部,2,帧检验序列,1,标,志,字节,1,标,志,24,地,址,帧中继帧,发送在前,帧检验序列字段,是,2,字节的,CRC,检验,当检测出差错时，就将此帧丢弃,帧中继的帧格式,首部,IP,数据报,可,变,信,息,尾部,2,帧检验序列,1,标,志,字节,1,标,志,24,地,址,帧中继帧,发送在前,地址字段,一般为,2,字节,但也可扩展为,3,或,4,字节,DLCI,高阶,DLCI,低阶,FECN,BECN,C/R,DE,EA(0,EA(1,地址字段的扩展,DLCI,高阶,C/R,EA0

21、,EA1,DLCI,低阶,FECN,BECN,DE,3,字节,A,低位,DLCI,或,DL,核心控制,DLCI,高阶,D/C,C/R,EA1,EA0,EA1,EA0,DLCI,低阶,FECN,BECN,DE,DLCI,低位,DLCI,或,DL,核心控制,D/C,4,字节,A,EA1,地址字段中的几个重要部分,数据链路连接标识符,DLCI,DLCI,字段的长度一般为,10,bit,采用默认值,2,字节地址字段），但也可扩展为,16,bit,用,3,字节地址字段），或,23,bit,用,4,字节地址字,段），这取决于扩展地址字段的值,DLCI,的值用于标识永久虚电路,PVC,呼叫控,制或管理信息。

22、使一个用户在牺牲其他用户利益,的前提下垄断网络资源概率最小,数据链路连接标识符,DLCI,只具有本地意义,地址字段中的几个重要部分,前向显式拥塞通知,FECN,若某结点将,FECN,置为,1,表明与该帧在同方向,传输的帧可能受网络拥塞的影响而产生时延,反向显式拥塞通知,BECN,若某结点将,BECN,置为,1,即指示接受者，与该帧,反方向传输的帧可能受网络拥塞的影响产生时延,地址字段中的几个重要部分,可丢弃指示,DE,的长度是,1,bit,DE,比特为,1,的帧表明这是较为不重要的低优,先级帧，在必要时可丢弃,地址扩展,EA,EA,为,0,时，表示下一个字节仍为地址,EA,为了,时，表示下一个

23、字节为信息字段的开始,帧中继的交换原理,帧中继是在分组交换网的基础上发展起来的，它没有,分组交换网的数据报方式，只有虚电路方式,帧中继方式也采用了统计复用技术，它是在链路层进,行复用的，用,DLCI,来标识，与逻辑信道,LCN,相似,用以标识用户与网络节点、节点与节点间的逻辑虚连,接,通过多级逻辑虚连接级联构成端到端的虚连接，有交,换虚连接和永久虚连接之分。目前，帧中继网只提供,永久虚连接,帧中继交换设备,A,输入端口,10,已收到包括有,DLCI 100,DLCI 101,和,DLCI,102,三个帧。从交换设备,A,的路由表上查,DLCI 100,应交换给出端口,12,而,DLCI 100

24、,应改为,103,DLCI 101,应交给出端口,13,DLCI 101,应改为,DLCI 104,DLCI 102,交给出端口,14,DLCI 102,应改为,105,其中两帧被中继到交换设备,B,和,C,交换设备,B,和,C,的路由表上查出,DLCI 103,交换为,DLCI 106,DLCI 104,交换为,DLCI 107,这两帧就被经过远端的,UNI,送到路由器内,DLCI,一般只具有本地意义,DLCI,值在网内每一,UNI,上可重,复使用而生成更多的虚电路,注意,本接口的,DLCI,值不为其它路由器认识的,帧中继提供虚电路服务,帧中继交换机,路由器,局域网,路由器,帧中继网,虚电路

25、,局域网,虚电路,路由器,局域网,路由器,局域网,帧中继网,帧中继的,PVC,管理,定义,接口间交换一些询问和状态信息帧,包括,UNI,的,PVC,管理协议,NNI,的,PVC,管理协议,功能,链路完整性证实,增加,PVC,通知,删除,PVC,通知,PVC,状态通知,轮询周期,UNI,和,NNI,周期性的交换,STATUS ENQUERY,和,STATUS,信息,过程,1,发起端询问,STATUS ENQUERY,T391,计时,2,应答端收到，应答,T392,计时,3,发起端阅读应答，处理,问题,增加了帧中继的复杂性，但能保障网路可靠运行，满足用户的服,务质量,帧中继的主要特点,与分组交换相

26、比，帧中继有如下特点,1,帧中继协议只有物理层和链路层，使得网内节点对数,据处理过程简化，提高了帧中继网的处理效率,2,帧中继协议结构中用户平面和控制平面分离,3,帧中继网传送的基本单元为帧，而且帧的长度可变,适合于封装局域网的数据单元，减少分段和重组的开销,帧中继的主要特点,4,在链路层完成统计复用、帧透明传输和错误检测，但不提,供发现错误后的重传操作。省去了帧编号、流量控制、应答,和监视等机制，大大节省了帧中继的开销，提高了网络吞吐,量、降低了通信时延,5,帧中继提供有效的带宽管理和拥塞控制，用户可以传送超,过带宽的突发性数据，充分利用网络资源,6,帧中继可提供用户的接入速率为,64kbi

27、t/s-2.048Mbit/s,7,与分组交换一样，帧中继采用面向连接的交换技术，可以,提供,SVC,业务和,PVC,业务。由于,SVC,在资费方面不能给用户带来,明显好处，所以，目前以,PVC,为主,重点小结,一、分组交换网向用户提供的两种方式的信息传送,服务,二、资源分配技术,1,预分配资源技术（频分复用、同步时分复用,2,动态分配资源技术（统计时分复用,三、逻辑信道的概念,四、帧中继的交换原理,五、与分组相比，帧中继的主要特点,分组交换网向用户提供,数据报,和,虚电路,两种,方式的信息传送服务,1,数据报,数据报方式是指采用,统计复用技术,在分组网内根据每个分,组中包含的地址信息将分组由

28、信源传到信宿。它继承了报文,交换的优点,交换节点对每个分组进行单独处理，采用“存储,转发”的,方,式，根据分组中的地址和网络的状态为每个分组寻找路由,同一用户的分组沿着不同的路径到达终点，在终点按原来的,顺序进行组合，还原用户数据,数据报,节点,2,终端,A,c,b,a,b,b,c,b,a,终端,B,节点,1,节点,4,节点,3,2,虚电路,虚电路方式采用统计复用技术，在用户数据分组,前，选通过发送,呼叫请求,，建立端到端的虚电路,一旦虚电路建立，同一用户的数据分组沿这一虚电路,传送，传送完毕后，通过,呼叫拆除分组,来拆除虚,电路,虚电路方式一次通信要经过,虚电路建立、分组传,输和虚电路拆除,三个阶段。它继承了电路交换的优点,虚电路与数据报,虚电路工作示意图,