第3章 分组交换网

1、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 通信时需在两站间通过交换交换机先通信时需在两站间通过交换交换机先建立一条独享的通信建立一条独享的通信“线路线路” 。 通信过程通信过程三次握手三次握手(handshake)：n建立连接建立连接(hello) 电路建立电路建立 源端向网络发送一个带目标端地址的源端向网络发送一个带目标端地址的请求联接信号请求联接信号(呼叫呼叫)，中间结点按一，中间结点按一定路由算法分配一条可能达到目标的定路由算法分配一条可能达到目标的信道，在该呼叫的联接过程中，各中信道，在该呼叫的联接过程中，各中间结点间结点“记住记住”了联接中的输入输出了联接

2、中的输入输出对应关系，相当于在源端和目标端间对应关系，相当于在源端和目标端间临时分配了一条直达通路，直至取消临时分配了一条直达通路，直至取消(例：打电话前先摘机拨号例：打电话前先摘机拨号)。n数据传送数据传送(talk) 数字或模拟数据数字或模拟数据 一般为全双工。一般为全双工。n取消连接取消连接(bye) 电路释放电路释放(电路拆除电路拆除) v 电路交换是由传统的电话通讯方式发展起来的一种交换方电路交换是由传统的电话通讯方式发展起来的一种交换方式。其特点是：式。其特点是： 信道利用率很低信道利用率很低(连接期间专用该通道，空闲照样付费连接期间专用该通道，空闲照样付费)，建立电路和电路释放时

3、间较长，小数据量传送不经济。建立电路和电路释放时间较长，小数据量传送不经济。 实时性好实时性好(连接期间无延迟连接期间无延迟)。 带宽固定带宽固定(不适合猝发性大通信流量不适合猝发性大通信流量)，整个线路要求单一，整个线路要求单一速速 率，无差错控制功能。率，无差错控制功能。 只能一对一通信。只能一对一通信。 交换设备简单交换设备简单(纯硬件纯硬件)，收发速度快，收发速度快 。 采用采用技术实现数据传输，即技术实现数据传输，即 A A站发出的站发出的数据被整个地作为一个数据被整个地作为一个“报文报文”( (对对报文大小没有限制报文大小没有限制) )，且传送在每个，且传送在每个中间节点处都要先存

4、储一下再转发中间节点处都要先存储一下再转发给下一节点。它是由传统的邮递通给下一节点。它是由传统的邮递通讯方式发展起来的一种交换方式，讯方式发展起来的一种交换方式，该方式直接以一次传送的信息包该方式直接以一次传送的信息包( (报报文文) )为单位组织通信，如一封信、一为单位组织通信，如一封信、一个文件或一个电子邮件等，信息包个文件或一个电子邮件等，信息包长度不定，自带目标用户地址。它长度不定，自带目标用户地址。它没有连接和取消连接过程，每个信没有连接和取消连接过程，每个信息包传输过程中只是一段一段地占息包传输过程中只是一段一段地占用信道，而不是占用整个链路。用信道，而不是占用整个链路。 特点：特

5、点：信道可复用（连接期间无需独占信道可复用（连接期间无需独占通道，多个报文可分时共享同一通道，多个报文可分时共享同一信道）。信道）。带宽可调带宽可调(对猝发性通信流量十对猝发性通信流量十分适合分适合)。实时性差实时性差(存储转发过程引起通存储转发过程引起通信延迟信延迟)，不适用于语音和视频，不适用于语音和视频之类实时或交互式通信要求。之类实时或交互式通信要求。 可实现一对多通信。可实现一对多通信。交换设备交换设备(节点节点)需用大容量存储需用大容量存储器的电脑设备。器的电脑设备。v在实际应用中报文交换主要用于在实际应用中报文交换主要用于传输报文较短、实时性要求较低传输报文较短、实时性要求较低的

6、通信业务，如公用电报网。的通信业务，如公用电报网。类似于报文交换技术，但所传类似于报文交换技术，但所传输的数据被分割成一个个不等输的数据被分割成一个个不等长的长的“分组分组”( (packet，包，包) )进进行传送。由于每个分组数据包行传送。由于每个分组数据包很小很小( (一般为几千比特一般为几千比特) )，传送，传送设备只需将它们保存在主存中设备只需将它们保存在主存中再转发，而无需存储在物理存再转发，而无需存储在物理存储设备中，所以速度、效率和储设备中，所以速度、效率和实时性均优于报文交换。实时性均优于报文交换。 报文交报文交换换分组交换分组交换图图3-1 分组的形成与格式分组的形成与格式

7、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分组交换的方式有两种：分组交换的方式有两种：n数据报数据报( (datagram) ) 分割后的分割后的各个数据包（带有目各个数据包（带有目的地址）通过网络单独发送到的地址）通过网络单独发送到目的站再装配复原。目的站再装配复原。“无无连接连接”方法。方法。n虚电路虚电路( (virtual circuit) ) 传送方式与电路交换传送方式与电路交换( (建立连建立连接接数据传送数据传送取消连接取消连接) )类类似，但连接是似，但连接是“虚拟虚拟”的，数的，数据包在每个节点处仍需存储转据包在每个节点处仍需存储转发，并不独占线路，故可

8、进行发，并不独占线路，故可进行多路通信。多路通信。“面向连接面向连接”方法方法。数据报交换数据报交换虚电路交换虚电路交换n电路交换电路交换 数据传输前必须先通过呼叫设置一条数据传输前必须先通过呼叫设置一条完整通路。在线路拆除前该通路由一完整通路。在线路拆除前该通路由一对用户完全占用。效率不高，适合于对用户完全占用。效率不高，适合于较轻和间接式负载使用的线路进行通较轻和间接式负载使用的线路进行通信。信。LANLAN中广泛使用。中广泛使用。n报文交换报文交换 报文从源点传送到目的地采用存储转报文从源点传送到目的地采用存储转发的方式，报文需要排队。不适合交发的方式，报文需要排队。不适合交互式通信，不

9、能满足实时通信要求。互式通信，不能满足实时通信要求。通常用于公用电报网。通常用于公用电报网。n分组交换分组交换 与报文交换类似，但报文被分成分组与报文交换类似，但报文被分成分组传送，并规定了最大长度。数据传送，并规定了最大长度。数据报报交交换中，目的地需要重新组装报文。虚换中，目的地需要重新组装报文。虚电路分组交换中，数据传送前须通过电路分组交换中，数据传送前须通过虚呼叫设置一条虚电路。适用于交换虚呼叫设置一条虚电路。适用于交换中等或大量数据情况。中等或大量数据情况。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

10、设备、DTE和传输线路，网络管理中心。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

11、网。位于网。位于DTE与与 DCE之间，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。PAD的工作原理的工作原理缓冲区缓冲区打包拆包打包拆包PAD非分组终端非分组终端DCEX.25网络网络X.28X.3X.25网络网络X.75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

12、X.25网。网。vX.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是用是用户设备，它相当于发往网络的数据分组信源或接收户设备，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网络送来的数据分组信宿(一般为计算机或智能终一般为计算机或智能终端端)。DCE通常是将通常是将DTE定义的信号转换成适合在传定义的信号转换成适合在传输信道中传送的设备，在输信道中传送的设备，在X.25中，一般把中，一般把DCE看作看作是与是与DTE连接的入口节点机或交换节点机，它包括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调器，用以与远程入口节安装在用户室内的调制解调器

13、，用以与远程入口节点机相连，如图点机相连，如图3-3所示。所示。图图3-3 分组交换网的分组交换网的X.25接口接口编号编号 主主 要要 内内 容容X.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

14、，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系列建议系列建议图图3-4 X.25的协议结构的协议结构 X.25协议物理层协议物理层v物理层定义了二进制流传送的机械、电气功能和操物理层定义了二进制流传送的机械、电气功能和操作

15、过程等特性，用于激活和断开作过程等特性，用于激活和断开DTE(用户设备用户设备)与与DCE(网络设备网络设备)之间在物理介质上的连接，为物理之间在物理介质上的连接，为物理层间提供无特征位的二进制流传送，层间提供无特征位的二进制流传送，ITU-T的的X.21建议定义了建议定义了DTE和和DCE之间的数字同步传送方式。之间的数字同步传送方式。当采用模拟传送线路当采用模拟传送线路Modem时，或采用具有时，或采用具有V系列系列接口的接口的DTE时，可采用时，可采用X.21bis建议，这时建议，这时DTE和和DCE的接口实际是采用的接口实际是采用V2.4与与RS-232大体相当。大体相当。v物理层就像

16、一条输送信息的管道，它不执行重要的物理层就像一条输送信息的管道，它不执行重要的控制功能。控制功能由链路层和分组层来完成。控制功能。控制功能由链路层和分组层来完成。X.25协议数据链路层协议数据链路层v 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，采用了高级数据链路控制规程信息传输的控制，采用了高级数据链路控制规程(HDLC)的的子集平衡型链路接入协议子集平衡型链路接入协议(LAPB)作为它的数据链路层的规作为它的数据链路层的规程。程。LAPB允许连接的两端中的任意端允许连接的两端中的任意端(DTE和和DCE)都能发都能发起

17、初始化主叫另一端。链路层的主要功能有：起初始化主叫另一端。链路层的主要功能有：(1) 在在DTE和和DCE之间有效地传输数据；之间有效地传输数据；(2) 确保接收器和发送器之间信息的同步；确保接收器和发送器之间信息的同步；(3) 监测和纠正传输中产生的差错；监测和纠正传输中产生的差错；(4) 识别并向高层协议报告规程性错误；识别并向高层协议报告规程性错误；(5) 向分组层通知链路层的状态。向分组层通知链路层的状态。LAPB的帧结构的帧结构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

18、。当DTE或或DCE没有信息要发没有信息要发 送时，可连续发送送时，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送者的，表示的是命令帧的接收者和响应帧的发送者的 地址。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。X.25 协议分组层协议分组

19、层v 分组层对应于分组层对应于OSI的网络层，分组层是利用链路层提供的服务在的网络层，分组层是利用链路层提供的服务在DTE-DCE接口上交换分组。它是将一条数据链路按动态时分复用接口上交换分组。它是将一条数据链路按动态时分复用的方法划分为许多个逻辑信道，允许多台计算机或终端同时使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使用高速的数据信道，以充分利用逻辑链路的传输能力和交换机资源，高速的数据信道，以充分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分配。分组层的功能如下：实现通信能力和资源的按需分配。分组层的功能如下：(1) 在在X.25接口为每个用户呼叫提供一个逻辑

20、信道，并通过逻辑信道接口为每个用户呼叫提供一个逻辑信道，并通过逻辑信道号号LCN来区分同每个用户呼叫有关的分组；来区分同每个用户呼叫有关的分组；(2) 为每个用户的呼叫连接提供有效的分组传输，包括顺序编号，分为每个用户的呼叫连接提供有效的分组传输，包括顺序编号，分组的确认和流量控制过程；组的确认和流量控制过程；(3) 提供交换虚电路提供交换虚电路SVC和永久虚电路和永久虚电路PVC，提供建立和清除交换虚，提供建立和清除交换虚电路连接的方法；电路连接的方法；(4) 监测和恢复分组层的差错。监测和恢复分组层的差错。v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

21、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 。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

22、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。中国公用分组交换网（一）中国公用分组交换网（一）v中国公用分组交换网中国公用分组交换网(CNAPAC)，1989年年11月开通了一个小月开通了一个小规模分组交换网（规模分组交换网（CNPAC）。该网由）。该网由3个节点机、个节点机、8个集中个集中器和器和22个分组装拆设备组成。该网覆盖全国省会以上城市有个分组装拆设备组成。该网覆盖全国省会以上城市有1

23、000多个端口，有近千个用户，开通多个端口，有近千个用户，开通8条国际中继线路与国条国际中继线路与国际网互连。但由于网络容量较小、传输速率低、端口数量较际网互连。但由于网络容量较小、传输速率低、端口数量较少，原邮电部决定组建新的分组交换网。少，原邮电部决定组建新的分组交换网。v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月开通月开通,由原邮电部统一组建，引进加拿大北方电信公司的由原邮电部统一组建，引进加拿大北方电信公司的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、个交换机组成，覆盖全国所有省、市中心城市。汇接

24、中心间采用完全网状网结构，网内每个交市中心城市。汇接中心间采用完全网状网结构，网内每个交换中心都有换中心都有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。中国公用分组交换网（二）中国公用分组交换网（二）vCHINAPAC与公用电话网、用户电报网、与公用电话网、用户电报网、DDN、VSAT、CHINANET以及各省市的地区网、各大型以及各省市的地区网、各大型企事业的局域网均可实现互连。目前，企事业的局域网均可实现互连。目前，CHINAPAC已经与世界上已经与世界上23个国家和地区的个国家和地区的44个公用分组交换个公用分组交换网进行了互连，这样国内的任何一台计算机均可通

25、网进行了互连，这样国内的任何一台计算机均可通过过CHINAPAC进行国际间数据传输和通信。进行国际间数据传输和通信。CHINAPAC网络组成（一）网络组成（一）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；另外北京、国际出入口局，广州为港澳出入口局；另外北京、上海、沈阳、武汉、成都、西安、广州及南京上海、沈阳、武汉、成都、西安、广州及南京8个个城市为汇接中心。汇接中心采用完全网状结构，其城市为汇接中心。汇接中心采用完全网状结构，其他节点采用不完全网状结构，网内每个节点有