第八讲 X25及帧中继交换技术

1、125.1 X.25概述 X.25是最早的分组交换技术国际标准，是基于面向连接网络分组终端与分组交换机之间的协议。 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）和数据电路终接设备（DCE）之间的接口”。 主要功能是描述如何建立虚电路、传输数据、拆除链路、拆除虚电路, 以及差错控制、流量控制、情况统计等，并提供可选业务和配置功能。 3X.25网络结构和通信协议 PT X.25 X.25 PT NPT X.28 X.29 X.3 X.29 分分组组交交换换机机 2 分分组组交交换换机机 A 1 PAD 分分组组交交换换机机 3 PAD 分分组组交交换换网网 X.25为分组终

2、端为分组终端PT与与分组交换机分组交换机DCE之间之间的通信协议。的通信协议。X.28为非分组终端为非分组终端NPT与分组适配器与分组适配器PAD之间的通信协之间的通信协议。议。X.3规范规范PAD内部功能操内部功能操作。作。X.29为为PAD之间或之间或PT与与PAD之间的之间的通信协议。通信协议。4X.25的应用环境 DCE PT （DTE） MODEM MODEM 分组交换网 PS PS 注： PT 分组型终端 PS 分组交换机 X. .25 55.2 X.25的分层结构及协议 DTE DTE/DCE 接口 DCE 链路逻辑接口 物理接口 多信道逻辑接口 用户高层 分组层 数据链路层 物

3、理层 用户数据 H 用户数据 F A C 信息 FCS F 比 特 流 网 络 (a) X. .25 接口逻辑结构 (b) 信息流关系 65.2.1 物理层 物理层物理层采用X.21建议。定义了DTE和DCE间的电气接口和建立物理的信息传输通路的过程。X.21建议规定如下： 机械特性：ISO 4903规定的15针连接器和引线分配，通常使用8线； 电气特性：平衡型； 同步串行传输； 点到点全双工； 适用于交换电路和租用电路。7物理层接口 T（传送） C（控制） D R(接收) D T I(标志) C E S（信号，即比特定时) E B（字节定时）任选 Ga（DTE 公共回线） G（地） 85.2

4、.2 数据链路层 在物理层之上实施信息传输控制，规定了在DTE和DCE之间交换分组的过程，功能包括： 检测和纠正传输差错，CRC校验，发现出错自动请求重发； 帧装/拆及帧同步； 帧排序和正确接收确认； 数据链路建立、拆除和复位控制； 流量控制。 链路层采用高级数据链路控制规程(HDLC)帧结构，是一种面向比特的同步通信规程。目前常用的为它的一个子集，平衡型链路接入规程(LAPB)。91.HDLC帧结构 101.HDLC帧结构 (1) 标志标志F，采用0111 1110序列，区分两个不同的分组单元，标志一个分组的开始或结束。 为了避免分组单元内出现伪标志，采用信息码中连续5个连“1”自动插入“0

5、”，收端5个连“1”自动除去“0”的比特填充技术，保证对数据透明传送。111.HDLC帧结构 (2) 帧地址字段帧地址字段(A)，在X.25协议中，该字段用来区分两个方向的命令/响应帧以及单链路/多链路。 单链路，DCE发送命令/响应用A类，DTE用B类。多链路，DCE用C类，DTE用D类。地址类型链路配置二进制地址值A单链路00000011B00000001C多链路00001111D0000011112 1.HDLC帧结构(3) 帧的控制字段帧的控制字段(C)，指示帧类型，规定了3种类型。信息帧信息帧，bit 1为0，其余用作模8的发送顺序号N(S)和接收顺序号N(R)。监控帧监控帧，用于保

6、证信息帧的正确传送，3个类型：RR帧：收端准备好，期望接收序号为N(R)的下一个帧；RNR帧：示忙，希望对方暂停发送；REJ帧：拒绝了序号N(R)的帧，要求重发，此前帧确认。未编号帧未编号帧，用于对链路建立和断开过程控制。包括置以不平衡方式(SABM)、断开链路(DISC)、已断开链路(DM)、确认(UA)和拒绝(FRMR)帧。13 1.HDLC帧结构(4) 信息字段信息字段(I)，信息字段只在信息帧中有，其他类型帧没有。其内容为分组层帧。(5) 帧校验序列帧校验序列(FCS)，通过16bitCRC校验操作后的余数，收端利用CRC校验检错，出错时丢弃该分组，并通知对端重发。14 2.X.25的

7、链路操作模式 复合站 A 复合站 B B，SABM，P B，UA，F 数据传输阶段 A，DISC，P A，UA，F 链路建立阶段 V (S)0 A 站状态变量初始化 V (R)0 V(S)0 B 站状态变量 V(R)0 初始化 A 站释放链路 B 站要求释放链路 A站初始化，置发送站初始化，置发送分组序号和接收分分组序号和接收分组序号为组序号为0。B站初始化，置发送站初始化，置发送分组序号和接收分分组序号和接收分组序号为组序号为0。A站发出置链路为异站发出置链路为异步平衡模式步平衡模式SABM，B站用站用UA证实，链证实，链路建立。路建立。通信结束，通信结束，B站发出请求站发出请求断开链路，断

8、开链路，A占同意便发占同意便发送证实分组，链路释放。送证实分组，链路释放。155.2.3 分组层1. 分组层的功能为每个用户呼叫第一次通信提供一个逻辑信道；通过逻辑信道(LCN)区分每个用户呼叫的分组；提供有效的分组传输，包括序号确认和流量控制；提供交换虚电路(SVC)和永久虚电路(PVC)连接；提供建立和清除交换虚连接方法；检测和恢复分组差错。162. 分组和I帧的关系 173. 分组头的格式与类型 分组头占分组头占3字节，由通用格式字节，由通用格式识别符识别符GFI、逻辑信道组号、逻辑信道组号LCGN、逻辑信道号、逻辑信道号LCN和和类型标识类型标识TYPE组成。组成。GFI占占4比特。最

9、高位比特。最高位Q是限是限定比特，定比特，0表示为用户数据分表示为用户数据分组，组，1为控制信息分组；为控制信息分组；D=0表示本地确认，表示本地确认，D=1表示数表示数据分组端到端确认；据分组端到端确认；SS=01序号模序号模8，SS=10序号模序号模128。LCGN和和LCN可区分可区分4096个个路基信道，路基信道，0保留，实际可用保留，实际可用4095个信道。个信道。TYPE用来区分分组用来区分分组类型。类型。18表5.3 分组类型 分 组 类 型第3字节编码类型从DTE到DCE从DCE到DTE8 7 6 5 4 3 2 1呼叫建立和清除呼叫请求呼叫接受释放请求DTE释放确认呼叫指示呼

10、叫接通释放指示DCE释放确认0 0 0 0 1 0 1 10 0 0 0 1 1 1 10 0 0 1 0 0 1 10 0 0 1 0 1 1 1数据和中断DTE数据DTE中断请求DTE中断确认DCE数据DCE中断请求DCE中断确认x x x x x x x 00 0 1 0 0 0 1 10 0 1 0 0 1 1 1流量控制与复位DTE RRDTE RNRDTE REJDTE复位请求DTE复位确认DCE RRDCE RNRDCE复位请求DCE复位确认x x x 0 0 0 0 1x x x 0 0 1 0 1x x x 0 1 0 0 10 0 0 1 1 0 1 10 0 0 1 1

11、1 1 1重新启动DTE重新启动请求DTE重新启动确认DCE重新启动请求DCE重新启动确认1 1 1 1 1 0 1 11 1 1 1 1 1 1 1诊断诊断1 1 1 1 0 0 0 119图5.10 控制分组格式 8 7 6 5 4 3 2 1 8 7 6 5 4 3 2 1 Q D 0 1 LCGN Q D 0 1 LCGN LCN LCN 分组类型分组类型 1 0 0 0 0 1 0 1 1 主叫主叫 DTE 被叫被叫 DTE 附加信息附加信息 地址长度地址长度 地址长度地址长度 被叫被叫 DTE (a) 控制分组格式控制分组格式 地址地址 0 0 0 0 主叫主叫 DTE 地址地址

12、0 0 0 0 业务功能字段长度业务功能字段长度 业务功能字段业务功能字段 呼叫用户数据呼叫用户数据 (b) 呼叫请求分组格式呼叫请求分组格式 20图5.11 数据分组格式 8 7 6 5 4 3 2 1 8 7 6 5 4 3 2 1 Q D 0 1 LCGN Q D 1 0 LCGN LCN LCN P（S） M P（R） 0 P（S） 0 P（R） M 用用户户数数据据 用用户户数数据据 214. X.25 分组级通信过程 释放确认 释放确认 释放指示 呼叫请求 数据 数据 数据 数据 呼叫接通 呼叫接收 网 络 入呼叫 呼叫请求 DTE A DCE A DCE B DTE B 225.

13、3 X.25分组网络的设备 1分组交换机分组交换机，完成终端与交换机间接口协议(X.25)和交换机间信令协议，完成分组消息的存储转发和提供分组网服务支持。 2网路管理中心网路管理中心，与分组交换机共同协作保证网路正常运行。 3分组装拆设备分组装拆设备，完成非分组终端的X.25协议格式转换、装/拆分组、分组复用等。 4远程集中器，类似分组交换机，但无路由功能。 235.4 帧中继概述帧中继(FR) ，是在OSI第二层上用简化的方法传送和交换数据单元的一种技术，仅完成物理层和链路层核心层的功能，将流量控制、纠错等留给终端完成。与X.25比较，特点：只有物理层和链路层，网内节点处理大为简化，处理效率

14、高，网络吞吐量高，通信时延低，用户接入速率在64kbit/s至2Mbit/s，最高可达34Mbit/s。帧信息长度长，最大可达1600字节/帧。在链路层完成动态复用、透明传输和差错检测。网内节点只检错不纠错，出错帧丢弃，无重传机制，额外开销小。 245. 5 帧中继的分层结构及协议 5.5.1 帧中继的分层结构 仅完成物理层和链路层的核心功能，终端将数据发送到链路层，并封装在Q.922核心层的帧结构中，以帧为单位进行信息传送。 原OSI协议第2、第3层的一些处理，如纠错、流量控制等，留给终端完成。25帧中继的分层结构 U平面，提供端到端功能，用于传送平面，提供端到端功能，用于传送用户数据，保持

15、帧顺序，无重帧，用户数据，保持帧顺序，无重帧，采用采用Q.922建议核心部分，包括帧定建议核心部分，包括帧定界、透明传输、帧复用、帧长、检界、透明传输、帧复用、帧长、检错和拥塞控制等。错和拥塞控制等。 C平面，完成控制操作，用于虚通路平面，完成控制操作，用于虚通路连接建立、维持和释放控制，保证连接建立、维持和释放控制，保证控制报文可靠传递，采用控制报文可靠传递，采用Q.931和和Q.921信令协议。信令协议。 265. 5.2 帧中继协议 以帧方式承载业务的数据链路层协议和规程，简写为LAPF，包含在Q.922建议中。 LAPF使用I.430和I.431支持的物理层服务，允许在ISDN B/D

16、/H通路上统计复用多个帧方式承载业务。 U平面核心功能只提供非确认信息传送方式，构成数据链路层的子层，其余部分是用户侧可选功能，提供窗口式确认信息传送方式。275. 5.3 帧中继的帧格式 图图(a)为为Q.922规定的规定的帧中继帧格式，图帧中继帧格式，图(b)为为LAPF帧格式，地帧格式，地址字段相同，添加址字段相同，添加了控制字段了控制字段C，区分，区分3种帧类型。种帧类型。地址字段区分同一地址字段区分同一通路上多个数据链通路上多个数据链路，占路，占24字节，字节，2字节时字节时DLCI为为10bit，更多字节时，更多字节时用用EA控制，控制，EA为为0地址结束地址结束FECN为前向拥塞

17、通知，为前向拥塞通知，1表示接收方网络拥塞。表示接收方网络拥塞。BECN为后向拥塞通知，为后向拥塞通知，1表示发方网络拥塞。表示发方网络拥塞。DE为优先权，为优先权，DE置置1的帧的帧当网络拥塞时可丢弃。当网络拥塞时可丢弃。285. 6 帧中继的管理与控制 5.6.1 PVC与SVC PVC为永久虚电路为永久虚电路，指在终端之间建立固定的持续可用的虚电路连接，通路被分配一个DLCI值，发送的每一个帧都必须使用该DLCI。相当于专线，由I.22定义。 SVC为交换虚电路为交换虚电路，指在终端之间通过呼叫建立交换虚电路来提供数据传送服务，结束时发送清除操作来终止虚电路。由Q.931定义。 帧中继采

18、用统计复用，用户之间通过虚电路进行连接，每帧头部都包含连接标识符DLCI，节点机利用DLCI 查PVC路由表识别帧的去向。 DLCI是逻辑链路标记，只区分每段直连电路上的逻辑链路，端到端虚电路由多段逻辑链路组成。连接链接而构成的端到端的。 295. 5 帧中继的带宽管理(1) 虚电路带宽控制虚电路带宽控制，为用户分配3个参数：承诺突发量Bc、超过的突发量Be和约定信息速率CIR。CIR是网络与用户约定的用户信息传送速率。Bc是网络允许用户在Tc时间间隔传送的数据量， Tc=Bc/CIR 。网络按Tc间隔对流量进行监视和控制。小于或等于CIR则正常传送；若超过CIR，网络拥塞时则丢弃Be部分，差

19、错由终端解决。305. 5 帧中继的带宽管理(2) 网络容量配置网络容量配置网络运行初期，保证CIR用户数据传送，中继线容量等于所有PVC的CIR之和，适当提供CIR=0的虚电路业务。随着发展，逐步增加PVC数量，保证资源的充分利用，CIR=0的业务尽量安排在空闲时间(例如夜间)进行通信。 315.63 帧中继拥塞流量控制技术 原因原因，用户数据量过大或突发时间过长，负载超出网络的处理能力，会发生拥塞，导致网络服务性能下降，甚至瘫痪。 目的，为了尽量减少拥塞出现，维持质量稳定的服务，减少帧丢弃。321. 开环控制 靠网络设计来保证网络不发生拥塞，出现拥塞时不采取任何手段消除拥塞。 方法是通过底

20、层协议处理来控制用户数据流量，如窗口、定时机制、输入控制等，网络有带宽余量时允许新的接入，否则拒绝接入。332. 闭环控制 通过监测网络运行状态收集相关参数，如Bc、CIR、Be、TC、FECN、BECN、DE等参数信息，计算网络性能来实现闭环控制。 拥塞的闭环控制主要有漏斗法和闭环控制。34(1) 漏斗法 网络为每个输入端分配一个队列，收到分组若队列中还有缓冲可用，则接收该分组并放入队尾，否则丢弃该分组。 漏斗控制是基于每条PVC来实现，每条PVC配Bc和Be缓冲区，用于检测Tc时间内的业务量。处理方法如下： 当接收帧的DE比特为“0”时，Tc内收到数据帧的比特数大于Bc，但小于（Bc+Be），小于Bc的部分正确接收，大于Bc部分的DE比特置为“1”，网络拥塞时可以丢弃这些帧。 收到帧的DE比特为“1”时，Tc内收到帧的比特数小于Be时则正确接收，否则丢弃。 35(2) 闭环控制 降低违约PVC的业务量，保证每个用户的Bc。 网络监测到某方向发生拥塞时，沿该方向传送的帧的FE