现代通信网技术第三章分组交换课件

1、13.1 概述3.2 分组交换关键技术 3.3 X.25分组交换 3.4 帧中继交换 第三章 分组交换 2本章重点：分组交换定义和特点；统计时分复用、逻辑信道、虚电路基本概念和特点；X.25分组交换的基本概念；帧中继的基本概念。本章难点：X.25本章课时：4学时学习本章达到的目的和要求：1了解分组交换定义和特点，理解分组交换系统指标体系衡量参数的意义。2掌握分组交换的关键技术，包括统计时分复用、逻辑信道、虚电路、路由选择和流量控制的基本概念和特点。3了解X.25分组交换的基本概念，掌握X.25分组格式。4了解帧中继技术的基本概念，掌握帧中继的帧格式。 33.1 概述3.1.1 分组交换基本概念

2、 分组交换技术产生在通信网以模拟通信为主的20世纪70年代，最初是为了满足计算机之间互相进行通信，实现资源共享要求而出现的一种数据交换技术。 4一、定义分组交换PS也称包交换。分组是把线路上传输的数据按一定长度分成若干个数据块，每一个数据块附加一个数据头，这种带有数据头的数据块就叫做分组(packet)。发送端把这些“分组”分别发送出去；到达目的地后，目的交换机将一个个“分组”按顺序装好，还原成原文件发送给收端用户，这一过程称为分组交换。进行分组交换的通信网称为分组交换网。 5二、特点优点线路利用率高。数据传输可靠性高。提供不同速率、不同代码、不同的同步方式，适应灵活的通信环境。降低通信成本，

3、经济性好。6缺点信息传送时延大，时延抖动大。额外开销大。协议和控制复杂。73.1.2 分组交换提供的业务一、基本业务SVC交换虚电路PVC永久虚电路二、可选业务CUG(闭合用户群)限于特定用户之间进行通信，避免外人干扰；NUI(网路用户标志)提供严密的安全保障，并可实现全国漫游；广播服务单向的点对多点信息传送；反向计费由被叫方付费；其他服务包括呼叫转移、直接呼叫、快速选择等。 83.1.3 分组交换系统指标体系 一、数据通信系统性能指标1. 信息传输速率(Rb) :简称传信率，又称信息速率、比特率 ，单位为“比特秒”，记为bit/s或bps。 2. 码元传输速率(RB)：简称传码率，又称符号速

4、率、码元速率、波特率、调制速率，单位是波特(Baud) 3. 频带利用率4. 差错率 9二、分组交换机的指标体系1.端口数 2.分组吞吐量 指定分组长度3.链路速度4.并发虚呼叫数5.平均分组处理时延 指定分组长度6.可靠性 MTBF7.可利用度 8.为用户提供补充业务和增值业务的能力103.2 分组交换关键技术 3.2.1 统计时分复用 一、概念 统计时分复用STDM也称异步时分复用或标记复用，适用于突发性业务。 11分组传送方式（资源共享方式） 分组传送采用的是统计时分复用（STDM）的方式。 13二、统计时分复用特点动态分配或按需分配资源，线路利用率高。适用于突发性业务。143.2.2

5、逻辑信道一、概念 在统计时分复用方式下，虽然每个用户的信息不在固定信道中传送，但是通过对数据分组进行编号，可以区分各个用户的数据，就好像线路被分成许多信道，每个信道用相应的号码表示，这种信道就被称为逻辑信道。每个分组中含有区分不同起点、终点的编号，称为逻辑信道号LCN。逻辑信道用逻辑信道号来标识。 15二、特点逻辑信道是一种客观存在：或是占用或是空闲，永远不会消失。 逻辑信道4种状态：准备好 、呼叫建立、数据传输、呼叫释放逻辑信道是相邻两点间点到点的局部实体。它是相邻的终端与交换机或交换机与交换机之间可以分配的代表信道的一种编号资源。相邻两点间的一条物理链路可以支持多条逻辑信道，为多对用户服务

6、，多条逻辑信道异步时分复用一条物理链路。逻辑信道分为两大类：专用信道和公共信道。 专用信道：用于传送用户语音或数据业务。 公共信道：用于传送公共控制信号的信道。如基站向移动台的广播信息。 节点间的物理信道在逻辑上均可看做由多条逻辑信道组成，这些逻辑信道实际上由节点内部的分组缓冲器来实现。 所谓占用某条逻辑信道，实质上是指占用了该段物理信道上节点分配的分组缓冲器。 不同的逻辑信道在节点内部通过逻辑信道号加以区分，各条逻辑信道异步时复用同一条物理信道。逻辑信道和物理信道关系183.2.3 虚电路一个分组从发送终端传送到接收终端，必须沿一定的路径经过分组交换网络。目前有两种方法实现：数据报方式（Da

7、tagram） Internet 采用TCP/IP协议，按数据报方式工作。虚电路方式（Virtual Circuit） 公共分组交换数据网（CHINAPAC）采用X.25协议，按虚电路方式工作。193.2.3 虚电路一、概念 虚电路是在用户双方开始通信之前建立的一种端到端的逻辑连接。一条虚电路由多条逻辑信道链接而成。虚电路不同于电路交换中的物理连接，它是逻辑连接 。 虚电路有两种方式，交换虚电路SVC和永久虚电路PVC 。 （1）交换型虚电路（SVC） 交换型虚电路在用户通信时，通过呼叫建立虚电路，通信结束后释放开该电路。 交换型虚电路使用灵活，每次均可以与不同的用户建立通信电路，适于多点通信

8、、数据传输量较少的用户。(2)永久型虚电路（PVC） 永久型虚电路类似固定专线。 两个用户终端之间的虚电路固定连接，不需要建立和释放虚电路的过程； 适用于通信对象固定、数据传输量大的用户使用。3.2.3 虚电路呼叫建立过程23二、特点虚电路服务的思路来源于传统电信网，即可靠通信应该由网络来保证。虚电路是一种面向连接的方式，即在呼叫前要事先建立虚连接。虚电路方式的一次通信具有三个阶段：呼叫建立、数据传输和呼叫清除。虚电路方式下数据分组中不含目的地址，优点是对通信量较大的通信传输效率高。虚电路方式下数据分组顺序通过网络，在数据接收端不需要对分组进行重新排队。虚电路方式下对用一条虚电路发送的所有分组

9、只作一次路由选择，如果某个节点出现故障，会使虚电路中断，可能造成分组丢失，这是虚电路的缺点。243.2.4 数据报一、概念 数据报不需要预先建立逻辑连接，而是按照每个分组头中的目的地址对各个分组独立进行选路。25二、特点数据报服务的思路来源于计算机网络，即网络尽力而为提供服务，可靠通信由终端来提供。数据报是一种无连接方式，呼叫前不需要事先建立连接，而是边传送信息边寻路。数据报方式下不需要呼叫建立和呼叫清除过程，直接进行数据传输。数据报方式下每个分组都有源地址和目的地址，优点是对于短报文的通信传输效率高。数据报方式下每一个数据分组都包含有详细的目的地址信息，同一报文的不同分组可以选择不同的路由到

10、达目的地，因此需要在接受端重新排序组装，这是数据报方式的缺点。数据报方式下每个节点可以自由选路，如果某个节点出现故障，分组可以通过其它路由传送，这是数据报的优点。 263.2.5 路由选择一、概念 在通信网络中，为了网络的可靠性，两个主要交换机之间一般都设置多条路由。路由选择就是交换机在多条路由中选择一条交换的路由。27二、路由选择原则算法简单，易于实现，减少额外开销。算法对所有用户平等。传输路径最佳，主要衡量指标为端到端的传输时延。各节点工作量均衡。具有自适应性，当网络出现故障时，能够自动选择迂回路由。28三、路由选择方法1 静态法（固定路由） （1）泛射法（扩散式路由法 ）（2）固定路由表

11、法（查表路由法 ），适用小型网络2 动态法（自适应路由）（1）路由选择算法各节点存储全网的拓扑信息，拓扑变化要向其它节点传递信息。 （2）集中式路由选择 （自适应路由算法 ） 网络管理中心统一采集网络状态信息、路由计算、路由表下载，计算各节点的路由表。实现简单，功能过于集中，可靠性差。293.2.6 流量控制一、概念 实现数据流量的平滑均匀，提高网络的吞吐能力和可靠性。二、作用控制进入虚电路的分组数量。避免死锁公平分配网络资源 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.网路的源节点和终点节点之间的端到端流量控制； 4.源

12、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。三、流控层次31三、流量控制方法 分组交换网中流量控制有许多种方法，通常采用X.25窗口法。X.25协议的第三层着重于传输过程中的流量控制，通过滑动窗口算法来实现，对通过接口的每一个逻辑信道使用独立的“窗口”流量控制机构；X.25协议的第二层也是通过滑动窗口来实现的，但它是对整个接口进行流量控制。323.3 X.25分组交换3.3.1 X.25基本概念一、定义： X.25建议是ITU-T作为公用数据网的用户-网络接口协议提出的，它的全称是“公用数据网络中通过专用电路连接的分组式数据终端设

13、备DTE和数据电路终接设备DCE之间的接口”。 33X.25 网组成34X.25 规定了 DTE-DCE 的接口 X.25 接口X.25 接口X.25 公用分组交换网VC2VC1DTEDTEDCEDCEDCEDTEX.25 接口X.25 以面向连接的虚电路服务为基础。35二、特点可靠性高面向连接的，点到点差错控制信道利用率高统计时分复用具有复用功能，支持点对多点，支持流量控制和拥塞控制。便于不同类型用户设备的接入；不同速率，不同码型，传输控制规程。控制功能丰富。X.25端口可以支持的最高速率是2Mbit/s。 36X.25 网的发展基于 IP 协议的因特网是无连接的，只提供尽最大努力交付的数据

14、报服务，无服务质量可言。 X.25 网是面向连接的， 在结点间执行差错检测、出错重发、流量控制功能，能提供可靠交付的虚电路服务，保证服务质量。X.25 网能保证服务质量，使其在二十多年前曾是颇受欢迎的一种计算机网络。然而，到了 20 世纪 90 年代，通信主干线路已大量使用光纤技术，数据传输质量大大提高使得误码率降低好几个数量级，而 X.25 十分复杂的数据链路层协议和分组层协议已成为多余。PC 机的价格急剧下降使得无硬盘的哑终端退出了通信市场。这正好符合因特网当初的设计思想：网络应尽量简单而智能应尽可能放在网络以外的用户端。X.25 网现在已很少使用，但在某些要求可靠的、低速的广域网通信场合

15、还有使用 X.25 网络的，特别是一些使用低速字符终端并有广域网通信要求的应用。 37三、相关建议38四、网络组成和功能 39分组交换机：提供网络的基本业务：交换虚电路和永久虚电路，及其他补充业务，如闭和用户群，网路用户识别等。 在端到端计算机之间通信时，进行路由选择，以及流量控制。能提供多种通信规程，数据转发，维护运行，故障诊断，计费与一些网络的统计等 分组终端/非分组终端（PT/NPT） 分组终端是具有X.25协议接口，能直接接入分组交换数据网的数据通信终端设备。它可通过一条物理线路与网络连接，并可建立多条虚电路，同时与网上的多个用户进行对话。对于那些执行非X.25协议的终端和无规程的终端

16、称为非分组终端，非分组终端需经过分组装拆设备，才能连到交换机端口。通过分组交换网络，分组终端之间，非分组终端之间，分组终端与非分组终端之间都能互相通信。40分组装拆设备 将来自异步终端（非分组终端）的字符信息去掉起止比特后组装成分组，送入分组交换网。在接受端再还原分组信息为字符，发送给用户终端。随着分组技术的发展，RSU与PAD的功能已没什么差别。网络管理中心网络配置管理与用户管理，日常运行数据的收集与统计。路由选择管理，网路监测，故障告警与网路状态显示。根据交换机提供的计费信息完成计费管理。远程集中器-允许分组终端和非分组终端接入，有规程变换功能，可以把每个终端集中起来接入至分组交换机的中、

17、高速线路上交织复用。 41五、X.25分层结构42X.25 接口的三层X.25 接口分为物理层、数据链路层、分组层 物理层 - X.21 / X.21bis / V.35 数据链路层 - LAPB (平衡型链路接入规程，HDLC 的一个子集) 分组层 - 在 DTE 与DCE 间可建立多条逻辑信道(04095号)，这样可使一个DTE同时和网上其它多个DTE建立虚电路通信。经常需通信的两个DTE间可以建立永久虚电路PVC 43X.25 接口三层的关系X.25 分组分组层（网络层）数据链路层高层用户数据高层用户数据X.25头LAPB头LAPB尾LAPB 帧高层物理层 （比特）443.3.2 X.2

18、5物理层一、物理层功能 定义了DTE和DCE之间建立、维持、释放物理链路的过程，包括机械、电气、功能和过程特性。 只负责传输信息不执行控制功能，控制功能由数据链路层和分组层完成。45二、物理层接口格式 463.3.3 X.25数据链路层 数据链路层规定在DTE和DCE之间的线路上交换X.25帧的过程。一、数据链路层功能在DTE和DCE之间有效传输数据。帧同步，确保接收方和发送方之间的信息同步。差错控制，点到点差错控制，采用CRC循环校验，发现出错时自动请求重发。数据链路的建立、拆除和复位控制。识别并向高层报告规程性错误。向分组层通知数据链路层状态。流量控制。47二、数据链路层帧结构和类型48L

19、APB 帧类型： 信息帧（I- 帧）传送高层协议信息和一些控制信息，主要功能是排序、控制流量、错误监测及恢复，它携带发送和接收序号。 监控帧（S- 帧）传送控制信息，主要功能是请求和挂起传输、报告状态信息及确认接收到 I-帧，它只携带接收序号。 无编号帧（U- 帧）携带控制信息，主要功能是建立和终止链路以及报告错误，它不携带序号。 U帧有5种类型：设置异步平衡模式SABM、断开连接DISC、断开模式DM、无编号确认UA、帧拒绝FRMR49503.3.4 X.25分组层一、X.25分组层功能为用户提供逻辑信道，并通过LCN（逻辑信道号）区分每个用户的呼叫。为用户的呼叫连接提供分组传输，包括顺序编

20、号、分组确认和流量控制。提供PVC路（永久虚电）和SVC（交换虚电路）的连接。提供建立和取消SVC连接。对分组层进行差错控制。51二、X.25分组头格式分组头由通用格式识别符 GFI 逻辑信道识别符 LCI 以及分组类型识别符组分组头由: 通用格式识别符 GFI; LCGN逻辑信道组号；逻辑信道识别符 LCN ;以及分组类型识别符组PTILCGN52二、X.25分组头格式1.LCGN+LCN: 标识分组对应的逻辑信道；2.GFI: Q: 区分数据分组(0)和控制信息(1)； D: 送达证实比特（0：本端DCE证实/ 1：远端DTE证实； SS:模式比特（01：模8 / 10:模128）5354

21、三、控制分组格式55呼叫请求分组的格式 56数据分组格式 数据分组格式（模8）数据分组格式（模128） 57中国电信提供的 X.25 分组交换网适用网络:银行、保险、证券、海关、税务、零售业营业网络互联；集团公司、企业、事业单位的办公系统互联；民航、火车站等售票系统互联；应用场合：传输速率低，安全性高，可靠性高，允许一定时延的应用需要经常与不特定对象通信的用户需要与不同类型，不同速率的终端设备通信的用户通信量较少且通信时间较分散的用户需要建立闭合用户群的用户58中国公用分组交换网骨干结构示意图当分组大小为128个字节时：全网总的不可检误码率为4106；国内总呼叫请求延迟373ms；国际则为27

22、0ms593.4 帧中继交换3.4.1 帧中继基本概念一、定义 帧中继FR是在分组交换技术的基础上，在通信环境改善和用户对高速传输技术需求的推动下发展起来的。FR将分组交换协议作了简化。帧中继技术主要用于传递数据业务，它使用一组规程将数据信息以帧的形式有效地进行传送。60帧中继发展背景 X.25的背景传输线路：slow，analog，unreliable计算机：slow，expensiveX.25：协议复杂，X.25网络的可靠性得到保证，端用户对传输数据的处理相对简单。FR的背景(ANSI 1988)传输线路（光缆或数字微波）：fast，digital，reliable计算机：fast，ine

23、xpensiveFR：协议比较简单，帧中继网络的可靠性不保证，端用户对传输数据的处理相对复杂。61二、特点优点：提供面向连接的分组交换(SVC或PVC)业务；速度快（用户接入速率54/64Kbps到1.544/2.048Mbps局间中继速率34/44.376Mbps，最高可达155Mbps）允许突发性数据，用户不必遵守X.25或T线路规定的恒定速率。工作在OSI/RM的物理层和数据链路层。帧长可变，提供帧定界、差错检测，顺序传送。但不进行差错恢复，恢复工作由用户完成；不提供Acknowledge，Flow Control功能。物理层没有定义一个具体的协议，允许实现者使用自己认为是方便的协议（ANSI标准）。遵从ISDN保持用户数据和信令分离的原则。62缺点：差错控制能力较差，不适合在误码率高的线路上传输。在提供更高速率链路上能力不足，目前最高提供T3/E3速率。对新业务支持不足，如IP语音和多媒体等应用。63三、帧中继标准 帧中继对应的主要标准为ITU-T