第3章+分组交换网3

1、1 /292 /29辅导内容按排辅导内容按排第第3章章 分组交换网分组交换网第第4章章 数字数据网数字数据网第第5章章 帧中继网帧中继网第第12章章 下一代网络概述下一代网络概述第第7章章 英特网英特网第第6章章 综合业务数字网综合业务数字网第第13章章 传输网传输网第第11章章 接入网接入技术接入网接入技术以辅导教材以辅导教材通信专业实务通信专业实务的内容为主的内容为主太原理工大学太原理工大学 王华奎王华奎 教授教授分组交换网分组交换网4 /293.1 分组交换及分组交换网分组交换及分组交换网v计算机通信网的功能是将网中任一节点的数据准确、计算机通信网的功能是将网中任一节点的数据准确、迅速地

2、传送到任何节点上。为了提高传输效率，应迅速地传送到任何节点上。为了提高传输效率，应使计算机间的通信充分共享公共通信线路，并使多使计算机间的通信充分共享公共通信线路，并使多个计算机之间的通信同时并发，这就是交换技术。个计算机之间的通信同时并发，这就是交换技术。交换通过交换通过“交换中心交换中心”将数据集中后转发，以实现将数据集中后转发，以实现多个接点和它们的终端之间通信。交换方式的选择多个接点和它们的终端之间通信。交换方式的选择与信息的特性有关，按信息交换方式分类，计算机与信息的特性有关，按信息交换方式分类，计算机通信网有如下通信网有如下3种类型：种类型： 电路交换方式电路交换方式（Circui

3、t Switching） 报文交换方式报文交换方式（Message Switching） 分组交换方式分组交换方式（Packet Switching） 多项选择题：多项选择题：按信息交换方式分类，计算机通信网有（按信息交换方式分类，计算机通信网有（ ）类）类型。型。 ABD A. 电路交换方式电路交换方式 B. 报文交换方式报文交换方式 C. 信息信息交换方式交换方式 D. 分组交换方式分组交换方式 5 /29v电话和用户电报通信网采用的是电路交换方式。这电话和用户电报通信网采用的是电路交换方式。这种方式的特点是：当一个人或终端要与远端的另一种方式的特点是：当一个人或终端要与远端的另一个人或终

4、端通信时，就向交换机送入被叫端的用户个人或终端通信时，就向交换机送入被叫端的用户号码，交换机根据这一号码在主叫和被叫之间建立号码，交换机根据这一号码在主叫和被叫之间建立起一条电路，或指定时分线的某个时隙，主叫端的起一条电路，或指定时分线的某个时隙，主叫端的信息便立即传送到被叫端，其时延仅仅是信息以光信息便立即传送到被叫端，其时延仅仅是信息以光速传播时引起的传输时延，主、被叫之间能实时对速传播时引起的传输时延，主、被叫之间能实时对话交换信息。另外，在电路交换中，通信时建立的话交换信息。另外，在电路交换中，通信时建立的电路被一对用户独占，且一直保持到双方挂机。电路被一对用户独占，且一直保持到双方挂

5、机。6 /29v公众电报系统采用的是报文交换，一份被发送的报公众电报系统采用的是报文交换，一份被发送的报文传送到交换中心后，先存储起来，当连接该交换文传送到交换中心后，先存储起来，当连接该交换机的中继线空闲时，再将该报文转发到通信目的地机的中继线空闲时，再将该报文转发到通信目的地通路上的另一个交换机存储起来，这种通路上的另一个交换机存储起来，这种“存储转存储转发发”的过程辗转进行，直到报文到达目的地为止，的过程辗转进行，直到报文到达目的地为止，所以这种交换方式又称为所以这种交换方式又称为“存储转发存储转发”交换交换方式。方式。由于不同用户报文可以在同一线路上进行多路复用，由于不同用户报文可以在

6、同一线路上进行多路复用，报文交换提高了线路的利用率，且无呼叫损失。报文交换提高了线路的利用率，且无呼叫损失。但但报文交换存在传输时延大，不能实时通信。报文交换存在传输时延大，不能实时通信。单项选择题单项选择题: 报文交换存在传输（报文交换存在传输（ ）大，不能实时通信。）大，不能实时通信。D A. .距离距离 B. .报文报文 C. .信息信息 D. .时延时延判断题判断题: :报文交换的主要缺点是网络时延大，不利于实时报文交换的主要缺点是网络时延大，不利于实时通信。（通信。（ ）对对7 /29v分组交换的基本思想是把用户要传送的信息分成若分组交换的基本思想是把用户要传送的信息分成若干个小的数

7、据块，即干个小的数据块，即分组分组(Packet)，这些分组长度，这些分组长度较短，并具有统一的格式，较短，并具有统一的格式，每个分组有一个分组头，每个分组有一个分组头，包含用于控制和选路的有关信息。这些分组以包含用于控制和选路的有关信息。这些分组以“存存储转发储转发”的方式在网内传输，的方式在网内传输，即每个交换节点首即每个交换节点首先对收到的分组进行暂时存储，检测分组传输中有先对收到的分组进行暂时存储，检测分组传输中有无差错，分析该分组头中有关选路的信息，进行路无差错，分析该分组头中有关选路的信息，进行路由选择，并在选择的路由上进行排队，等到有空闲由选择，并在选择的路由上进行排队，等到有空

8、闲信道时转发给下一个交换节点或用户终端。信道时转发给下一个交换节点或用户终端。单项选择题单项选择题:分组交换的基本思想是把用户要传送的信息分成分组交换的基本思想是把用户要传送的信息分成若干个小的数据块，即分组，这些分组以（若干个小的数据块，即分组，这些分组以（ ）的方式在网内传输。的方式在网内传输。CA. .转发存储转发存储 B. .接收转发接收转发 C. .存储转发存储转发 D. .转发接收转发接收8 /29图图 3-1 分组的形成与格式分组的形成与格式 为了提高复用效率，将为了提高复用效率，将终端用户数据截断分段，终端用户数据截断分段， 在每段加上包括逻辑信道号、控制信息等，在每段加上包括

9、逻辑信道号、控制信息等， 形成归形成归一化的短信息单元，称为分组或包。一化的短信息单元，称为分组或包。分组的形成过分组的形成过程与其格式如图程与其格式如图 3-1 所示。所示。 9 /29图图3-2 分组交换基本工作原理示意图分组交换基本工作原理示意图10 /29v根据交换机对分组的不同的处理方式，分组交换可根据交换机对分组的不同的处理方式，分组交换可以分成以分成数据报数据报(Datagram)和和虚电路虚电路(Virtual Circuit)两种方式。两种方式。1. 数据报方式数据报方式 在数据报方式中，交换节点将每一个分组独立地进在数据报方式中，交换节点将每一个分组独立地进行处理，每一个数

10、据分组中都含有终点地址信息，行处理，每一个数据分组中都含有终点地址信息，当分组到达节点后，节点根据分组中包含的终点地当分组到达节点后，节点根据分组中包含的终点地址为每一个分组独立地寻找路由，因此同一用户的址为每一个分组独立地寻找路由，因此同一用户的不同分组可能沿着不同的路径到达终点，在网络的不同分组可能沿着不同的路径到达终点，在网络的终点需要重新排队，组合成原来的用户数据信息。终点需要重新排队，组合成原来的用户数据信息。11 /292. 虚电路方式虚电路方式 在这种方式中，在这种方式中， 两个通信用户开始相互收发数据之两个通信用户开始相互收发数据之前，网络为其提供一条虚拟的电路，前，网络为其提

11、供一条虚拟的电路， 使他们实现逻使他们实现逻辑上的连接。一旦这种连接建立以后，辑上的连接。一旦这种连接建立以后， 用户发送的用户发送的数据将以分组为单位通过该路径，顺序经网络传送数据将以分组为单位通过该路径，顺序经网络传送到终点。到终点。 当通信完成之后，用户发出拆链请求，由当通信完成之后，用户发出拆链请求，由网络清除连接。网络清除连接。 这种看似电路交换的通信过程，这种看似电路交换的通信过程， 其其实是在网络中建立的虚电路，实是在网络中建立的虚电路， 而非实际电路，故分而非实际电路，故分组中无需包含目的节点地址、组中无需包含目的节点地址、 源地址等附加信息。源地址等附加信息。虚电路方式传输效

12、率高，特别适合大数据量通信。虚电路方式传输效率高，特别适合大数据量通信。12 /29(1) 虚电路的路由选择仅仅发生在虚电路建立的时候，虚电路的路由选择仅仅发生在虚电路建立的时候，在以后的传送过程中，路由不再改变，这可以减少在以后的传送过程中，路由不再改变，这可以减少节点不必要的通信处理。节点不必要的通信处理。(2) 由于所有分组遵循同一路由，这些分组将以原有的由于所有分组遵循同一路由，这些分组将以原有的顺序到达目的地，顺序到达目的地，终端不需要进行重新排序，因此终端不需要进行重新排序，因此分组的传输时延较小。分组的传输时延较小。(3) 一旦建立了虚电路，每个分组头中不再需要有详细一旦建立了虚

13、电路，每个分组头中不再需要有详细的目的地址，而只需有逻辑信道号就可以区分每个的目的地址，而只需有逻辑信道号就可以区分每个呼叫的信息，这可以减少每一分组的额外开销。呼叫的信息，这可以减少每一分组的额外开销。13 /29(4) 虚电路是由多段逻辑信道构成的，每一个虚电路在虚电路是由多段逻辑信道构成的，每一个虚电路在它经过的每段物理链路上都有一个逻辑信道号，这它经过的每段物理链路上都有一个逻辑信道号，这些逻辑信道级连构成了端到端的虚电路。些逻辑信道级连构成了端到端的虚电路。(5) 虚电路的缺点是当网络中线路或者设备发生故障时，虚电路的缺点是当网络中线路或者设备发生故障时，可能导致虚电路中断，必须重新

14、建立连接。可能导致虚电路中断，必须重新建立连接。(6) 对交换机的处理能力要求高。这是因为对交换机的处理能力要求高。这是因为分组交换机分组交换机要对各种类型的要对各种类型的“分组分组”进行分析处理，为进行分析处理，为“分组分组”在网中的传输提供路由，并在必要时自动进行路由在网中的传输提供路由，并在必要时自动进行路由调整，为用户提供速率、调整，为用户提供速率、 代码和规程的变换。代码和规程的变换。14 /293.1.2 15 /29网中设备功能网中设备功能v网络中主要设备有分组交换机、远程集中器、分组网络中主要设备有分组交换机、远程集中器、分组装拆设备、装拆设备、DTE和传输线路，网络管理中心。

15、和传输线路，网络管理中心。u分组交换机分组交换机PS：用于数据的存储转发。：用于数据的存储转发。u用户终端用户终端DTE：包括分组终端：包括分组终端PT和非分组终端和非分组终端NPT。u远程集中器：将离交换机较远地区的低速数据终端的数远程集中器：将离交换机较远地区的低速数据终端的数 据集中起来，通过一条中高速电路送往交换机，提高电据集中起来，通过一条中高速电路送往交换机，提高电 路利用率路利用率 。u网络管理中心网络管理中心NMC：网络管理、监督和运行记录等：网络管理、监督和运行记录等 。uPAD设备：用于将非分组设备接入设备：用于将非分组设备接入X.25网。位于网。位于DTE与与 DCE之间

16、，实现三个功能：缓冲、打包、拆包。之间，实现三个功能：缓冲、打包、拆包。u传输线路：主要有模拟和数字两种形式。传输线路：主要有模拟和数字两种形式。16 /293.1.3 分组交换网的协议分组交换网的协议v原原CCITT为公用分组交换网制定了为公用分组交换网制定了X系列协议，其系列协议，其名称及主要内容见表名称及主要内容见表3.1。其中。其中X.25协议是分组数据协议是分组数据网的核心协议，分组数据网有时也称为网的核心协议，分组数据网有时也称为X.25网。网。 1. X.25协议协议 X.25协议规定了协议规定了DTE与与DCE之间的接口。之间的接口。DTE是是用户设备，它相当于发往网络的数据分

17、组信源或接用户设备，它相当于发往网络的数据分组信源或接收网络送来的数据分组信宿。收网络送来的数据分组信宿。DCE通常是将通常是将DTE定定义的信号转换成适合在传输信道中传送的设备，在义的信号转换成适合在传输信道中传送的设备，在X.25中，一般把中，一般把DCE看作是与看作是与DTE连接的入口节点连接的入口节点机或交换节点机，它包括安装在用户室内的调制解机或交换节点机，它包括安装在用户室内的调制解调器，用以与远程入口节点机相连，如图调器，用以与远程入口节点机相连，如图3-3所示。所示。17 /29图图3-3 分组交换网的分组交换网的X.25接口接口18 /29编号编号 主主 要要 内内 容容X.

18、3 公用数据通信网内分组装公用数据通信网内分组装/拆拆( (PAD功能功能) ) X.21 公用数据网内同步式公用数据网内同步式DTE与与DCE之间的接口之间的接口 X.25 报文分组型公用数据网报文分组型公用数据网DTE-DCE接口接口 X.27 在数据通信领域内通常与集成电路设备一起使用的平衡在数据通信领域内通常与集成电路设备一起使用的平衡双流交换电路的电特性双流交换电路的电特性 X.28 公用数据网中，对于存取报文分组的分组装公用数据网中，对于存取报文分组的分组装/拆设备的起拆设备的起止式止式DTE-DCE的接口的接口 X.29 公用数据网中，分组式终端与分组装、拆功能之间的控公用数据网

19、中，分组式终端与分组装、拆功能之间的控制信息及用户数据的交换规程制信息及用户数据的交换规程 X.75 在分组交换的公用数据网内的国际电路上用于传递数据在分组交换的公用数据网内的国际电路上用于传递数据的终端和经转换呼叫的控制规程的终端和经转换呼叫的控制规程 表表3.1 X系列建议系列建议19 /29图图3-4 X.25的协议结构的协议结构 20 /29v第一层为物理层，定义了第一层为物理层，定义了DTE和和DCE之间建立物理之间建立物理信息传输通路的过程，可以采用信息传输通路的过程，可以采用X.21、X.21bis以及以及V系列等建议。物理层提供了一条传送比特流的管系列等建议。物理层提供了一条传

20、送比特流的管道，进行比特传输。道，进行比特传输。v第二层为数据链路层，是在物理层提供的双向的比第二层为数据链路层，是在物理层提供的双向的比特传输管道上实施信息传输的控制，特传输管道上实施信息传输的控制，X.25的数据链的数据链路层采用了高级数据链路控制规程路层采用了高级数据链路控制规程(HDLC：High-level Data Link Control)的子集平衡型链路接入协的子集平衡型链路接入协议议(LAPB：Link Access Procedures Balanced)作为作为它的数据链路层的规程。它的数据链路层的规程。21 /29v第三层为分组层，第三层为分组层，X.25的分组层对应于

21、的分组层对应于OSI的网络的网络层，二者叫法不同，但其功能是一致的。分组层是层，二者叫法不同，但其功能是一致的。分组层是利用链路层提供的服务在利用链路层提供的服务在DTE-DCE接口上交换分接口上交换分组。它是将一条数据链路按动态时分复用的方法划组。它是将一条数据链路按动态时分复用的方法划分为许多个逻辑信道，允许多台计算机或终端同时分为许多个逻辑信道，允许多台计算机或终端同时使用高速的数据信道，以充分地利用逻辑链路的传使用高速的数据信道，以充分地利用逻辑链路的传输能力和交换机资源，实现通信能力和资源的按需输能力和交换机资源，实现通信能力和资源的按需分配。分配。22 /29LAPB的帧结构的帧结

22、构vLAPB帧包括帧头、封装在帧中的数据和帧尾。帧包括帧头、封装在帧中的数据和帧尾。1) 标志标志(F)：为帧标志，编码为：为帧标志，编码为01111110。当。当DTE或或DCE没有信没有信息要发送时，可连续发送息要发送时，可连续发送F。2) 地址字段地址字段(A)：8 bit，表示的是命令帧的接收者和响应帧的发，表示的是命令帧的接收者和响应帧的发送者的地址。送者的地址。3) 控制字段控制字段(C)：8 bit，主要作用是指示帧的类型，主要作用是指示帧的类型。4) 信息字段信息字段(I)：用来装载分组层的数据分组，其长度可变，：用来装载分组层的数据分组，其长度可变，128字节或字节或256字

23、节。字节。5) 帧校验序列帧校验序列(FCS)：16 bit，用来检测帧的传送过程是否有错。，用来检测帧的传送过程是否有错。23 /29v用户设备通过用户设备通过“集中器集中器”或直接接入分组交换机。使用或直接接入分组交换机。使用集中器的目的是便于用户就近接入。集中器的目的是便于用户就近接入。v分组交换分组交换网网采用采用X系统标准，其中系统标准，其中PSX和和DTE之间的联之间的联接和通信标准为接和通信标准为X.25 协议。协议。DTE用户终端只要外部接口用户终端只要外部接口符合符合X.25分组交换技术建议标准，就可接入任何公司的分组交换技术建议标准，就可接入任何公司的分组交换分组交换网网

24、。v分组交换分组交换网网采用虚电路技术，比采用虚电路技术，比PSTN具有更好的信道具有更好的信道利用率，常用于构筑广域网。传输速率利用率，常用于构筑广域网。传输速率64kbps。v分组交换分组交换网网最大优点是在传输中可进行差错校验，能够最大优点是在传输中可进行差错校验，能够在线路误码率较高时保障数据完整可靠的传输。但现在在线路误码率较高时保障数据完整可靠的传输。但现在线路质量已大大提高，线路质量已大大提高， 分组交换分组交换网网 PSDN已进入暮年。已进入暮年。24 /293.2 中国公用分组交换网中国公用分组交换网3.2.1 中国公用分组交换网的发展中国公用分组交换网的发展v中国公用分组交

25、换网中国公用分组交换网(CNAPAC)，1989年年11月开通月开通了一个小规模分组交换网（了一个小规模分组交换网（CNPAC）。该网由）。该网由3个个节点机、节点机、8个集中器、个集中器、22个分组装拆设备和个分组装拆设备和1个网络个网络管理中心组成。该网覆盖全国省会以上城市有管理中心组成。该网覆盖全国省会以上城市有580个个端口，其中同步端口为端口，其中同步端口为256个，异步端口个，异步端口324个。开个。开通通8条国际中继线路与国际网互连。条国际中继线路与国际网互连。v但由于网络容量较小、传输速率低、端口数量较少，但由于网络容量较小、传输速率低、端口数量较少，1992年，原邮电部决定组

26、建新的分组交换网。年，原邮电部决定组建新的分组交换网。25 /29 新建的中国公用分组交换网新建的中国公用分组交换网(CHINAPAC)于于1993年年9月开通，由原邮电部统一组建，引进加拿大北月开通，由原邮电部统一组建，引进加拿大北方电信公司的方电信公司的DPN-100分组交换系统，全网由分组交换系统，全网由32个交换机组成，覆盖全国所有省、市中心城市。个交换机组成，覆盖全国所有省、市中心城市。汇接中心间采用完全网状网结构，网内每个交换汇接中心间采用完全网状网结构，网内每个交换中心都有中心都有2个或个或2个以上不同汇接方向的中继电路。个以上不同汇接方向的中继电路。26 /293.2.2 CHINAPAC网络组成网络组成vCHINAPAC的网络等级采用二级结构，即由骨干网的网络等级采用二级结构，即由骨干网（一级交换中心）和地区网（二级交换中心）组成。（一级交换中心）和地区网（二级交换中心）组成。根据业务量、流向和行政区划分确定各级交换中心根据业务量、流向和行政区划分确定各级交换中心的位置。如图的位置。如图3-5所示。所示。骨干网：分组网一级交换中心为骨干网，由骨干网：分组网一级交换中心为骨干网，由31个省个省会级城市、直辖市的会级城市、直辖市的32个节点组成；北京、上海为个节点组成；北京、上海为国际出入口局，广州为港澳出入口局；另