现代通信网络(new)4修改后XXXX1113

1、第三章 公众数据网 所谓公众数据网就是采用分组交换技术实现数据在连入网络的DTE间传输、处理的通信网。在网络中，一个分组从源节点传送到目的节点过程中，不仅涉及到该分组在网络内所经过的每个节点交换机之间的通信协议，还涉及到发送DTE、接收站与所连接的节点交换机之间的通信协议。ITU-T为分组交换网制定了一系列通信协议。其中最著名的标准是X.25协议，因此通常将分组交换网简称X.25网。 3.1 X.25建议概述X.25建议的主要内容和功能虚电路和逻辑信道X.25的基本业务和可选业务3.1.1 概述为了适应于数据通信网的发展和国际间的网络互连，ITU-T第7研究组制定了X.25建议，于1976年首

2、次通过了该建议，并在1977年、1980年、1984年和1988年作出过修订，它为利用分组交换的数据传输系统在DTE和DCE之间交换数据和控制信息规定了一个技术标准（规程）。该规程包含数据传输通路的建立、保持和释放，数据传输的差错控制和流量控制，具体定义了帧（Frame）和分组（Packet）结构，循环码校验（CRC）和确认过程，逻辑信道号（LCN）和虚电路（VC），帧序列控制和窗口（Window）机制，基本业务和可选业务等，但X.25中不包含路由计算。 X.25是数据终端设备（DTE）和数据电路设备（DCE）之间建立通信联系的接口，要求通过数据网进行通信的DTE与网络接入设备DCE之间建立X

3、.25接口，网络则处理两个DCE之间的数据传送。X.25的接口位置 采用X .25接口规程的DTE和DCE设备应具有足够的智能，以实现X .25建议所规定的各项控制功能。 X .25 的DTE通常是主计算机或个人计算机或其他可编程终端设备； DCE是网络设备，通常是指调制解调器、线路耦合器和数字传输设备等，但从X .25的意义（及规程特性）上讲，是指和DTE连接的网络中的分组交换机（或集中器）。 X .25接口的两侧（DTE和DCE）的特性不对称，接口任何一侧必须明确自己的身份是DTE还是DCE。数据终端设备总是工作在DTE方式，调制解调器（MODEM）总是工作在DCE方式。X .25具有端到

4、端的信息通路的意义。 3.1.2 X.25层次结构和PDU X .25建议是国际上第一个使用层次结构概念的通信协议，它将公用数据网的通信功能划分为三个相互独立的层次，分别称为物理层、数据链路层和分组层，与OSI模型的下三层一一对应。X .25的每一层的通信实体只利用下一层所提供的服务。每一层接收到上一层的信息后，加上控制信息（如分组头、帧头），最后形成在物理媒体上传送的比特流。在接口的对等层之间的通信是通过对等层间的协议来实现的。X .25的三层协议为DTEDCE之间的高层通信协议提供了可靠的基础 。高层协议X .25的层次结构分组层数据链路层物理层分组层数据链路层物理层分组级协议帧级协议物理

5、级协议DTEDCE 协议的系统结构和信息流关系（a）物理层 主要是用来建立、维护和释放DTE和DCE之间的物理连接，提供同步、全双工的点到点的比特流传输手段。 X.25协议的物理层规定采用X.21建议。X.21建议规定如下：机械特性：采用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：平衡型电气特性；同步串行传输；点到点全双工；适用于交换电路和租用电路。 由于X.21是为数字电路上使用而设计的，如果是模拟线路（如地区用户线路），X.25建议还提供了另一种物理接口标准X.21bis，它与V.24/RS-232兼容。（b）数据链路层（帧级协议）（1）X.25链路层功能差错控制

6、，采用CRC循环校验，发现出错时自动请求重发；帧的装配和拆卸及帧同步；帧的排序和对正确接收的帧的确认；数据链路的建立、拆除和复位控制；流量控制。（2）数据链路层传输规程 X.25的链路层采用了高级数据链路控制规程(HDLC)的帧(Frame)结构，并且是它的一个子集LAPB作为传输规程。 LAPB共有三种类型的帧，其中信息帧由于传送用户数据；监控帧用于监控通信过程；无编号帧用于建立或拆除线路。帧的使用和阶段有关，通常U帧用于链路的建立和断开阶段，而I帧和S帧用于数据传输阶段。LAPB的帧结构如图所示。 LAPB的帧结构I信息 F A c FCS F F A C FCS F a)信息帧b)监控帧

7、LAPB建链全过程 X.25链路层建链过程可分为三个阶段：链路建立、数据传送和链路释放。 在LAPB协议下，DTE和DCE都可启动链路建立过程，但是实际上常有用户侧的DTE在接入时启动建立，网络侧的DCE处于等待状态，通过发送连续的F标识表示信道已激活。 链路建立时，只要任何一方发送一个SABM命令帧，对方如认为可以进入信息传送阶段，就会送UA（未编号应答）响应帧，链路建立成功；如果对方认为尚不能开始信息传送，就会送DM响应帧，表示链路未能建立起来。链路建立好后，就进入正式的数据传送阶段了，在此阶段，双方可以进行相互数据传输。 链路释放过程是一个双向对称过程，可由DTE或DCE发起。任何一方发

8、出DISC（断开连接）命令帧，如果对方此时尚处于信息传送阶段，则回送UA响应帧，然后进入链路释放阶段；如果对方已进入链路释放阶段，则回送DM响应帧。链路释放后，就完成了一次分组交换网中数据传输的全过程。下图为 LAPB链路建立、传输、释放的全过程，假设由DTE先启动建链的，连接断开是由DCE先发起的。 差错校正和流量控制 利用I帧和S帧提供的N(S)和N(R)字段实现的网络的差错控制和流量控制。差错校正：采用肯定否定证实、重发纠错的方法。发现非法帧或出错帧予以丢弃；发现帧号跳号，则发送REJ帧通知对端重发。为了提高可靠性，协议还规定了定时重发功能，即在超时未收到肯定证实时，发端将自动重发。流量

9、控制：采用滑动窗口控制技术，控制参数是窗口尺寸t，其值表示最多可以发送多少个未被证实的I帧。设最近收到的I帧或监控帧的证实帧号为N(R)，则本端可以发送的I帧的最大序号为N(R)十t1(mod 8)，称为窗口上沿。其中，1t7。t值的选定取决于物理链路的传播时延和数据的传送速率，应保证在连续发送t个I帧之后能收到时第1个I帧的证实。对于卫星电路等长时延链路，t值将大于7，此时应采用扩充的模128帧结构。 X.25虚电路服务的示意图分组层X .25分组层是利用链路层提供的服务在DTEDCE接口交换分组，它是将一条逻辑链路（物理上可能是一个接口或多个接口）按动态时分复用的方法划分为许多个子逻辑信道

10、，允许多台DTE同时使用高速数据通道，以充分地利用逻辑链路的传输能力和交换机资源，实现了通信能力和资源的按需分配，提高效率、降低成本。X .25的分组层定义了DTE和DCE之间传输分组的过程，然而通过X .25接口传输的分组又与在DTE和DTE之间建立的多个用户呼叫有关。由于分组传输的终点并不是DCE，因此X .25分组层还涉及到通过网络将分组传送到远端的DTE。 分组头F帧头帧尾F分组结构分组头信息字段（I）分组I帧GFILCGNLCN分组型识别符byte1byte2byte3GFI通用格式识别符LCGN逻辑信道群号LCN逻辑信道号分组头可以分为三个部分组成：（） 通用格式识别符（GFI），

11、由分组头的第一个字节的第85位组成，它为分组定义了一些通用的功能，GFI的格式如图2.11所示。其中Q比特用来区分传输的分组包含的是用户数据还是控制信息，前者Q=0，后者Q=1。D=0，表示数据分组由本地确认（DTEDCE接口之间确认），D=1表示数据分组进行端到端（DTE和DTE）确认。第6、5比特SS=01表示分组的顺序编号按模8方式工作，SS=10表示按模128方式工作。QDSSQ限定符比特D传送确认帧比特SS模式比特（）逻辑信道群号和逻辑信道号（LCGNLCN）共12比特，用以区分DTEDCE接口中许多不同的逻辑子信道。其中LCGN为高4比特，LCN为低8比特。可提供4095个逻辑信道

12、号。（）类型识别符的内容指定了分组的类型。 对于某些分组它也指出了分组的顺序编号（即发送顺序号和接收顺序号），用这种编号可以在分组之间建立逻辑连接，通过对编号分组的确认保证分组传输的正确性和实现分组层的流量控制。a. 信息帧:模：模定义了I-包报头文数据来自上层GFILCGNLCN控制QDP(R) 3bitP(S) 3bitM04bit4bit8bit8bitb. 用作RR，RNR，REJ的控制帧 报头文GFILCGNLCN控制4bit4bit8bit8bitQD模P(R) 3bitType 3bit0 1:模：模000:RR 001:RNR 010:REJ01定义了用作RR,RNR,REJ的

13、C-包c. 其它控制作用的控制帧:模：模报头文GFILCGNLCN控制4bit4bitbitbitQD模类型bit1 111定义了其他C包种其他控制包类型用bit定义附加信息分组类型识别符（8比特）区分了各种不同的分组。我们可以把它们分为4类： 呼叫建立分组，用于在两个DTE之间建立虚电路，这类分组包括：呼叫请求分组、入呼叫分组、呼叫接受分组和呼叫连接分组。 数据传输分组，用于在两个DTE之间实现数据传输。这类分组包括：数据分组，流量控制分组，中断分组与在线登记分组。恢复分组，实现分组层的差错恢复，包括复位分组，再启动分组和诊断分组。 呼叫清除分组，在两个DTE之间断开虚电路，包括清除请求分组

14、，清除指示分组和清除证实分组。 X.25的分组类型 分组层的功能如下：在X .25接口为每个用户呼叫提供一个逻辑信道。通过逻辑信道号（LCN）来区分同每个用户呼叫有关的分组。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。提供交换虚电路（SVC）和永久虚电路（PVC）的连接。提供建立和清除交换虚电路连接的方法。检测和恢复分组层的差错。为了实现分组层的功能，需要各种类型的分组，所有的分组通过链路层在DTE和DCE之间传输时都放在I帧的信息字段 （I）中，每一个I帧载送一个分组。为了区分分组的类型，实现分组层的过程控制，每个分组都包括以分组头（部分分组只有分组头）

15、3.1.3 虚电路与逻辑信道虚电路是在主叫DTE和被叫DTE之间建立了一条逻辑连接，主叫和被叫的任何一方在任何时候都可以通过这种连接接收和发送数据，但时序电路并不独占线路和交换机的资源。在一条物理线路上可以通过许多条虚电路，当某一条虚电路没有数据要传输时，线路的传输能力可以为其它虚电路服务。同样，交换机的处理能力也可用于为其它的虚电路服务。因此，线路和交换机的资源能获得充分的利用。 虚电路和逻辑信道的主要区别在于： 虚电路是主叫DTE和被叫DTE之间建立的虚连接，而逻辑信道是在DTEDCE接口或网内中继线上可以分配的，代表子信道的一种编号资源，一条虚电路是由许多个逻辑信道链接而成的，每一条线路

16、的逻辑信道号的分配是独立进行的。 一条虚电路具有呼叫建立、数据传输和呼叫清除过程，永久虚电路可以在预约时由网络建立，也可以通过预约予以清除，而逻辑信道号是一种客观的存在，它有占用和空闲的区别，但是不会消失。 逻辑信道号LCN的编号1255包含在分组头的第2字节中，当编号大于255时，用逻辑信道群号LCGN扩充，扩充后的编号可达4095，LCN和LCGN为“0”的编号留作特殊用途，比如用于再启动（Restart）,诊断（Diagnostic）和在线登记（On-line registration）分组。 X .25的PVC和SVC逻辑信道的状态：“准备好”状态在逻辑信道上没有呼叫存在，LCN未分配

17、给虚呼叫。“呼叫建立”状态正处于呼叫建立过程中。“呼叫传输”状态可通过逻辑信道发送和接收数据。“呼叫清除”状态呼叫正处在断开的过程中。永久虚电路总是处于数据传输状态，它的LCN在预约时已固定分配。一次虚呼叫将经历上述4个过程。 3.1.4 X .25基本业务和可选业务基本业务功能包括：交换虚电路VC（SVC）永久虚电路（PVC）可选业务功能很多，用户选用它们的方法也很多，下面列举几例：呼叫禁止、入呼叫禁止闭合用户群通过预约由网络支持的“在线登记业务功能”，由所有呼叫或每次呼叫动态地选择DTE之间，DTE与网络之间可以协商反向计费业务认可计费信息和RPOA（Registered Private

18、Operating Agency）的选择等等 另外，为了满足大集团用户的需要，还提供虚拟专用网（VPN）业务。从而用户可以借助公用网资源，将属于自己的终端、接入线路、端口等模拟成自己专用网并可设置自己的网管设备对其进行管理。3.2 帧中继(FR)帧中继的层次帧中继的操作FR的实现 X .25提供了广泛的差错和流量控制，每个包经过的每一个节点都需进行正确性的检查，必要时X .25还在网络层进行从源站点到目标站点的检查（GFI中 D=1），因为当时所用的传输介质和今天相比更容易出错。所以，X .25网络中许多通信量应用在差错控制上，以确保服务的完整、可靠性，这样做一方面影响了带宽，另外，在每个节点

19、必须等待响应的过程中，又在内存中保留帧备份的要求，而产生传输瓶颈，同时，X.25网的速率低。 目前，由于传统传输介质的性能的提高，同时还采用了不易受噪声干扰的光纤电缆，使得传输中的差错的可能性降低到了相当低的程度，在这种情况下，X .25中的谨慎不仅是多余的，同时也降低了效率。 帧中继在数据链路层中不提供差错检查，也不需要响应，所有的差错检查留给了使用帧中继服务的网络层和传输层协议中进行。X .25 传输 帧中继传输3.2.1 帧中继的层次与特点X .25有三个层次的服务，帧中继只有1.5层，取消了所有的网络层和小部分的数据链路层的功能DL （简单的核心功能）PH （ANSI）帧中继特点（1）

20、帧中继对协议进行了简化，取消了第二层的流量控制和差错控制，这部分功能由高层协议实现。（2）由于取消了原来的第二层处理，原来的第三层的对于逻辑连接的复用和交换移到了第二层。（3）通过独立于用户数据的逻辑通道传送呼叫控制信令，因此在中间节点不需要与呼叫控制相关的状态和处理信息。 帧中继提供的逻辑连接分为永久虚电路和交换虚电路。永久虚电路是指帧中继终端之间建立永久的虚电路连接；交换虚电路是指在两个帧中继终端之间通过呼叫建立的虚电路，终端通过呼叫清除操作来拆除该虚电路。LAPF帧格式 ITU-T Q.922A定义了帧中继的LAPF帧格式，如图所示。 （a） 物理层在帧中继中没有定义任何的具体的协议，让

21、使用者可以使用他认为方便的协议（可以被ANSI所识别的任何协议） （b） 数据链路层帧中继使用了HDLC的简化版本，即不包含差错和流量控制C/R：命令/响应比特，该比特通过FR网络被透明传递；EA：地址字段扩展比特，按照字节扩展，最后一个字节的EA置“1”，前面的字节的EA均置“0”；FECN：前向拥塞通知，用于通知用户启动拥塞控制程序，说明与载有FECN指示的帧同方向的信息量情况；BECN：后向拥塞通知，用于拥塞控制，说明与BECN载有指示的帧反方向的信息量的情况；DE：可丢弃指示比特，置“1”，说明该帧在网络发生拥塞时，可考虑丢弃，便于网络执行带宽管理；DLCI：数据链路连接标识符，用于识

22、别用户一网络接口或网络间接口上的虚电路（PVC）连接；信息字段（I）：应能支持协商的帧信息字段最大字节数至少为1600。 3.2.2 帧中继的操作帧中继（FR）传输是基于永久性的虚电路（PVC）连接的，使用数据链路连接标识符（DLCI），标识了当系统安装好时所设置的永久虚电路，在两个指定站点之间的所有通信都沿着同样的路径进行。在实际使用时，站点并不是直接接到FR网络上的，而是通过另外一种类型的网络（如LAN）或另外的服务连接到帧中继网络上。所提供的业务如下：（1）网络的互连通过帧中继网络可以传送各种通信协议信息。局域网通过帧中继互连（2）数据块交互型通信：可为高分辨率可视图文、CAD/CAM等

23、需要传送高分辨率图形数据的用户提供高吞吐量、低时延的数据传送业务。（3）文件传输：可为数据量大的大型文件提供高通过量的数据传送业务。（4）虚拟专用网：利用帧中继网的部分网络资源（如节点、用户端口等）构成一个相对独立的逻辑分区，接入这个分区的用户共享分区内的网络资源，它们之间的交互作用（如数据传送、信令传送等）相对独立于整个帧中继网之外，分区内设置相对独立的网管机构，形成一个虚拟专用网。虚拟专用网的形成（a） 中继站点之间存在着一系列路径，一个10bit的DLCI可以用来标识多达1024个不同的永久虚电路，EA扩展的第三个字节还可以进一步加大这个数字。帧中继的一个显著特点：PVC的使用意味着路由

24、信息已经包含在地址信息中了。帧中继的地址处理（永久虚电路PVC）（b） 交换FR交换机有两种功能：当收到一个帧时，交换机使用CRC检查，如果帧是完整的，交换机将DLCI和交换表中的项进行比较，交换表对应着DLCI和输出端口，即正确的PVC；如果帧中发现了错误，交换机将其抛弃。帧中继交换的核心帧处理器，所有的TE到帧中继控制器由DLCI=0的逻辑连接，用于通道内的呼叫控制。当一个帧丢弃后，发送者将如何发现？FR将这个问题留给了传输层来解决，在FR中，交换机的任务是检错但不纠错，并按预先设定好的路径发送出去。（c） 拥塞控制在标准中取消了流量控制，交换机和目的站点可能塞满了数据，即产生了拥塞，这不

25、仅延迟了通信，而且在非常严重的情况下，可以造成一个站点的失效，FR并没有解决这些问题，而是提供了一个减少这种可能性的方法（警示：FECN，BECN）。在大多数的情况下，发送者是唯一有办法防止拥塞的设备。 帧中继的带宽管理 （1）带宽控制参数 约定的信息速率（CIR）：网络与用户约定的用户信息传送速率，CIR=N8kbit/s。 Bc：网络允许用户在Tc时间间隔内传送的数据量， Bc=N8kbit。 Be ：网络允许用户在Tc时间间隔内传送的超过Bc 的数据量，Be =N8kbit。 Tc值是通过计算得到的， Tc =Bc/CIR。 虚电路上的带宽控制 当用户数据传送量Bc时，继续传送收到的帧。

26、 当用户数据传送量 Bc ，但 Bc+Be时，若网络未发生严重拥塞，则将Be范围内传送的帧的DE比特置“1”后继续传送，否则将这些帧丢弃。 当用户数据传送量 Bc+Be 时，将超过范围的帧丢弃，不再转发。（2）带宽管理办法 网络对每条虚电路进行带宽控制，采用策略是：在Tc 内 （3）帧中继的拥塞管理 造成拥塞的原因主要有3个：网络中节点缓冲器利用率过高；节点上主处理机利用率过高；中继线利用率过高。 拥塞分为无拥塞、轻微拥塞、严重拥塞和绝对拥塞。 当上述3项指标小于50时，说明网络没有发生拥塞； 当超过50时，说明网络发生了轻微拥塞； 当超过80时，说明网络发生了严重拥塞； 当达到100时，说明

27、网络发生了绝对拥塞，造成了死锁。 2.7.4.3 FR的实现 帧中继可以有很多方式实现，最合适的是将它作为WAN的骨干网（主干网），同时将许多LAN连接到帧中继上，为此，需要附加称为：帧中继装配/分解（FRADS）的接口设备，FRADS用来装配和分解来自其它协议的包，是它能够使用FR的帧来传输。FR的拓扑结构：分为三级：一级骨干网（国家骨干网），设置在大区中心、各省市自治区中心和直辖市中心节点，属完全网状网；二级干线网（省内网），设置在省内各城市和地区节点，采用不完全网状连接；本地网，本地的多个节点组成，负责用户接入。3.3 ISDN与ATMN-ISDNB-ISDN与ATM技术3.3.1 N-

28、ISDN1）ISDN的基本概念2）ISDN业务简介3）ISDN的结构4）ISDN的协议5）ISDN的演进1）ISDN的基本概念DSPC数字交换程序控制IDN综合数字网，IDN的交换节点为DSPC，节点间采用数字传输，用户接入网络节点的一端为模拟信号传输，它们是一种业务一种网。ISDN人们希望提供一种技术，是各种用户业务，均通过一种通信网来实现，用户只需一次申请，仅用一条用户线将多种或多功能的终端接入网内同时进行通信，并且以全数字的信号形式进行传输、交换。定义： 由电话综合数字网演变而成，提供端到端的数字连接，以支持一系列广泛的业务（话音和非话音），它为用户进网提供一组有限的标准多用途用户网络接

29、口。ITU-T在1984年提出的I系列建议归纳为以下几点：（1）是在电话IDN的基础上发展起来的，是一种可用不同方式向用户提供多种业务的电信网络。（2）实现端到端的数字连接。（3）用户可用一组标准多用途的用户/网络接口接入网络。（4）具有信息处理、综合的网络功能，可根据需要选择网络功能。2）ISDN业务分类： 基本业务：承载业务和用户终端业务； 补充业务。ISDN业务范围及功能图承载业务定义： 低层的信息传送业务，是网络向用户提供信息传送（话音、数据、图像等）业务，与终端类型无关。承载业务类型：电路方式：话音业务，二类/三类传真业务以及超高速传真和电视图像业务等 分组方式：虚呼叫和永久虚电路

30、用户终端业务定义：由网络和特定的终端向用户提供的各种应用业务。ISDN提供的用户终端业务：1、数字电话；2、智能用户电报；3、4类传真； 4、可视图文.附加业务定义：在承载业务和终端业务之外提供的补充性业务；提供的附加业务： 来电显示、呼叫转移、遇忙转移、三方通信、收费通知等N-ISDN交换机结构DSPC通过硬件的改造和软件的升级N-ISDN交换机2B+D30B+D*普通模拟电话用户局间中继线用户终端用户终端和网络用户接入模块交换模块中继模块管理、内部通信模块3）ISDN的网络结构TEISDN交换机ISDN交换机分组交换能力无交换连接能力公共信道信令能力电路交换能力TEISDN网络用户信息用户

31、网络信令ISDN的网络构成特征（1）ISDN网络具有多种能力；（2）三种信令（公共信道信令方式）： 用户网络信令； 网络内部信令： 用户用户信令：（3）两种标准的用户网络接口： 基本速率接口（BRA：2BD），144kbps； 基群速率接口（PRA：30/23BD）, 2048/1544kbps; 用户接入部分： DSPC中的模拟用户级，用户电路成为2B+D和30B+D*的数字接口。2B（二个话音通道，64Kbps+64Kbps）D为信令信道，速率为16Kbps D*为基群接口信令信道，速率为64Kbps一个N-ISDN基本端口上（2B+D），最多可连接8个用户终端（话机、传真机、PC等） 交

32、换机部分： 具有更强的软件功能和处理能力，同时具有电路交换、分组交换和专线等功能，30B+D*基群接口电路用于大业务量的需要的高速信道情况，可连接小交换机（PBX/CBX），LAN，提供会议电视连接，构成虚拟用户专网。除了B信道外，还可组成H信道：H0信道结构，H0=384Kbps3H0+D*和4H0 1.544Mbps5H0+D* 2.048MbpsH1信道结构H11 1536KbpsH12 1920Kbps + D*N-ISDN用户/网络接口及接入配置TE2TE1TA NT2 NT1 LTETRSTUV用户侧传输线交换机侧（a）N-ISDN参考点 R S T U V（b）终端设备：TE1符

33、合N-ISDN要求的终端设备 TE2不符合N-ISDN要求的终端设备 网络终端设备（用以端接终端的设备）： NT1：实现线路传输、线路维护和性能监控、完 成定时、馈电、多路复用等。 NT2：执行PBX（CBX）、LAN和终端控制的设备，当不用时，不存在NT2，S点和T点合并为S/T点。 终端适配器（TA）：使任何非ISDN的终端可通过TA接入到ISDN中去。 线路终端设备（LT）：用户环路和交换局的端接口设备。（c）接口：在N-ISDN中，用户终端与交换节点间传输数字信号，不采用常规的PCM数字传输的单向4线方式，而仍然采用2线双工方式，方法有以下两种：时间压缩复用方式（提高2.5倍的数据率）

34、，也称乒乓法。回波抵消法。S/T接口的参考配置： N-ISDN的网络结构及编号方案4）用户网络接口协议结构：LAP-D ( I.441 )I.430 I.431呼叫控制I.451信令数据链路层物理层会话层传输层网络层应用层表示层电路交换分组遥测租用电路分组交换D信道B信道X.25分组遥测业务端到端用户信令X.25LAP-BX.25分组国家号码 国内号码 ISDN用户号码 ISDN地址NT2NT1TETETEISDN地址ISDN号码5）ISDN的演进技术已经成熟；带宽的限制无法满足人们日益增长的网络需求；将逐渐被宽带ISDN和宽带IP代替。ISDN接入设备示例NT1TAISDN卡3.3.2 AT

35、M技术ATM的基本概念模型与协议物理层ATM层AAL层网络流量管理与拥塞控制应用N-ISDN存在着两个局限性：用户接入网络通信的速率只能限制在2Mbps以下信息交换的方式是固定时隙（带宽）的TDM方式 应该说B-ISDN是N-ISDN的发展，由于B-ISDN采用了STDM的方式，能处理高速率的用户信息的交换设备，ATM技术就是目前较流行的一种，是将时分交换与统计复用融合在一体的新的转送方式。B-ISDN的概念：它的传送方式、交换方式、用户接入方式、通信协议都是全新的。B-ISDN中不论是交换节点之间的中继线，还是用户和交换机之间的用户环路，一律采用光纤传输，可以提供高于PCM一次群速率的传输信

36、道，能够适应全部现有的和将来的可能的业务，从最低的遥测（几个比特/s）到高清晰度电视HDTV（100-150Mbit/s），甚至最高速率达到几个Gbit/s）B-ISDN业务：交互型业务-用户间的相互通信（会话型、消息型、检索型） 分配型业务（是由网络中的一个给定点向其他多个位置传送单向信息流的业务，有无须用户独立控制的用户独立控制的两种）B-ISDN业务的特性：1）除了支持宽带业务外，还与低速数字网互联，适应不同的比特率。2）突发性相差很大。3）具有面向连接的、无连接的，有些业务对差错敏感、但对时延不敏感；有些对时延敏感，但差错不十分敏感。B-ISDN应具备的条件：1）能提供高速传输业务的能

37、力；2）能在给定带宽内高效地传输任意速率的业务，以适用用户业务突发性的变化；3）网络设备与业务特性无关，能支持各种业务；4）信息的转移方式与业务种类无关，网络将信息统一地传输和交换，真正做到用统一的方式支持不同的业务。B-ISDN对信息传送的指标要求：宽带综合业务数字网 B-ISDN支持宽带业务使用ATM技术宽带业务分类用户终端业务在网络业务的基础上向用户提供的高层业务应用 承载业务网络为用户提供承载的连接属性和传递能力 补充业务常用的宽带用户终端业务LAN互联数据传输可视电话会议电视网上电视广播视频点播高清晰电视HDTV承载业务分类标准源端点与目的地端点之间的定时关系 比特率固定的或可变的

38、连接模式 面向连接的或面向无连接的 业务的信息传递速率一般是变化的多个指标，最基本的2个指标：峰值比特率平均比特率承载业务速率类型恒定比特率（CBR）实时可变比特率（rt-VBR）峰值速率和平均速率非实时可变比特率（nrt-VBR）非限定比特率（UBR）对自己的速率不说明，带宽不保证可用比特率（ABR）说明所需最小带宽和最大带宽四种业务类型上述各种业务，只有用ATM才能同时支持。宽带综合业务数字网 B-ISDN是人们曾经设想过的“未来最理想的”一种网络。B-ISDN 采用新的 ATM 交换技术。这种技术结合了电路交换和分组交换的优点。虽然在 B-ISDN 并没有成功，但 ATM 技术还是获得了

39、相当广泛的应用，并在通信网的发展中起过重要的作用。 1）ATM的基本概念传递模式：在电信网络中使用的传输、处理、复接和交换方式的整体传统的程控交换机采用的是同步、时隙为单位的电路传递模式；分组交换机则是一种“Packet”为单位的分组交换传递模式；而ATM是一种新型的传递模式，其结合了前两种传递模式的优点的一种演进，在这一模式中信息被组成固定的长度的信元，来自某用户一段信息的各信元并不需要周期性的出现，即异步。ATM的信元ATM的虚电路概念ATM的信元（Cell）是一种固定长度的数据分组信头 5Byte信息域 48Byte信头为此信元的路径信息和其它的控制信息ATM也使用了虚电路的概念，以提高

40、信息的使用效率，面向连接方式 虚路径 VPATM系统中的虚电路 虚通道 VC 信元结构由53个字节构成，其中5个字节是信元头，48个字节是信息域（或称净负荷、净荷）。信元结构和信元头结构 ATM信元头各字段的含义如下。 （1）GFC：一般流量控制标识符。对终端设备发送的业务量进行控制，以减少可能出现的网络过载。 （2）VPI：虚通道标识符。表明虚通道的号码，用于虚通道的路由选择。一个虚通道可含有若干个虚通路（VC）。 （3）VCI：虚通路标识符。表明虚通路的号码，用于虚通路的路由选择。 （4）PTI（3bit）：净荷类型标识符。表示信元中的有效负荷是用户信息还是网络OAM信息。包括信元类型、拥

41、塞状态指示及是否是最后信元等信息。 （5）CLP：信元丢弃优先级。 CLP=1表示是低优先级信元，网络拥塞时可丢弃；CLP=0的信元则不可丢弃，网络尽量保证传输。 （6）HEC：信头差错控制。 用来进行信头（前4个字节）差错检测和纠正（1bit错时）并完成信元的定界功能。其校验多项式是x8+x2+x+1。信息的传送方式（1）STM和ATM同步传送方式(STM)由N路原始信号复合成的时分复用信号各路原始信号都是按一定时间间隔周期性出现，所以只要根据时间就可以确定现在是哪一路的原始信号。异步传送方式(ATM)各路原始信号不一定按照一定的时间间隔周期性出现，需要另外附加一个标志来标明某一段信息属于哪

42、一段原始信号。信息的传送方式（2）不同速度可变速率STMATM所有信息都变成信元混合传输A/DATM 层48 字节数据块数字化的采样信号长度可变的突发数据分组48 字节数据块ATM 层A/D图像帧压缩的编码信号48 字节数据块ATM 层53 字节信元主要技术特点统计时分复用定长分组交换多种业务接入面向连接管理 VP与VC间的复用关系：VP和VC之间是一种等级关系，一个VP可以有多个VC组成，用户可以使用一个VC，也可以使用一个VP，系统使用VPI、VCI来标识这些虚路径和虚通道，使用一个VP者相当于同时拥有了许多个VC，可以使用这些VC同时进行多个不同的通信。在ATM系统中，用户可以长期占用（

43、专用电路）也可以是用户进行通信前临时申请（临时电路）。2）ATM交换基本原理用户申请和交换单元每个用户均申请了自己的VPI和VCI，ATM交换机中的交换单元主要是由存储器和总线构成，具有更高的信息交换速率（80Gbps），每根入线都配有大容量的存储器来缓冲用户送来的数据。在ATM交换中是异步的，其存储器根据情况需要存储若干个ATM的信元后，才能被交换出去。在ATM交换系统中，用户数据也是占用不同的时间进行传输和交换的，所不同的是将这些时间“分成”了组，组号称为VPI、VCI，并通过改变了信元的（VPI、VCI）来实现的。 （a）VP/VC的概念 虚通路（VC）：两个终端接入点的逻辑连接。 虚通

44、道（VP）：一组虚通路的集合。 在ATM中一个物理信道被分成若干个VP，一个VP又被上千个VC复用。 VPI标识VP，VCI标识VC。 一个呼叫链路可用VPI/VCI标识所分配的虚通道和虚通路。物理通道、VC及VP的关系VCC和VPC连接过程（b）VP和VC交换过程 在相邻两点间形成一个VC链，一串VC链相连形成的VC连接叫做VCC VP链和VPC也可以类似的方式形成。 I. ATM信元交换既可在VP级进行，也可在VC级进行。 VP交换过程 VP交换过程VC交换 VC交换过程VP的交换VC的交换 在电路交换网中、在分组交换网中、在ATM交换网中各自的实质：在电路交换网中：用户使用固定的通信速率

45、（64Kbps），并且延时不大于某定值；在分组交换网中，一条虚电路的数据吞吐量随时可变，时延也不相同 ；在ATM中，用户占用一条虚电路（VP或VC）前可以申请自己所需要的业务质量（如最大通信率、平均通信速率以及时延要求等），ATM系统接受了用户的申请后，将按照这个业务质量来提供VP和VC。选择固定长度的短信元作为信息传输的单位，有利于宽带高速交换。信元长度为 53 字节，其首部（可简称为信头）为 5 字节。能支持不同速率的各种业务。 所有信息在最低层是以面向连接的方式传送，保持了电路交换在保证实时性和服务质量方面的优点。 ATM存在的缺点ATM 的一个明显缺点就是信元首部的开销太大，即 5 字

46、节的信元首部在整个 53 字节的信元中所占的比例相当大。ATM 的技术复杂且价格较高。ATM 能够直接支持的应用不多。10 千兆以太网的问世，进一步削弱了 ATM 在因特网高速主干网领域的竞争能力。 ATM交换的基本原理：信头翻译、排队和路由选择ATM交换的基本原理 在输入链路Il上信头值为x的所有信元都被交换到输出线O1，信头值为k。在输入链路In上信头值为x的所有信元都被交换到输出线O1，信头值为a。 II. ATM的流量控制和拥塞控制 处理ATM网络的拥塞问题应采用两种方法：流量控制技术，拥塞控制技术。 1流量控制 流量控制技术采用两种方法，UPC（使用参数控制）和CAC（连接允许控制）

47、。 UPC方法是对已建立连接的业务进行监视，当发现违约时，丢弃信元。CAC方法是对正在进行呼叫建立的连接进行资源查询，若网络资源满足QOS，则接受呼叫并分配资源，否则拒绝该次呼叫连接。 （1）UPC 用户和网络达成协议（contract）后并不是每个用户都会时刻遵守，会有用户违反协议。在ATM中建立了一种监督处罚机制：在网络入口处由网络实时监视流入的信元流是否违反了协议，违反时立即丢弃违约的信元，或者由网络对违约信元加上标记（tagging）再向网内转发。网内根据情况，当网络发生拥塞时将标记的信元丢弃。这种机制称作使用参数控制（UPC）。 （2）连接允许控制（CAC） CAC位于交换机内部，它

48、是在呼叫建立阶段，网络决定是否接纳这一呼叫而采取的一系列行动。它的任务是调查资源，并根据这些资源和源流量参数及要求的服务质量等级进行计算，决定是否接纳这一呼叫。 对于一个呼叫，CAC算法综合考虑网络中的中继线带宽资源、队列的存储资源及交换机的处理资源等。 注：具体的CAC算法各厂家均不同，所以算出的等价带宽值也就不同了，对于相同的网络模型来说，可传输的业务量自然也不相同。 （3）业务整形（Traffic Shaping） 在网络入口处的UPC机制有时叫做traffic policing。Traffic Shaping机制在边缘交换机的出口处采用，整形的过程是网络控制业务的流出速度和顺序，各种业

49、务按照各自的特点和QOS要求间隔地发送出去。 经过整形后的业务流消除了时延抖动，平滑地发送出去。不仅可以使线路的利用率更加平稳，各类业务更加公平地发送，而且提高了业务（尤其是实时业务）质量。 2拥塞控制 （1）选择性信元丢弃 当网络发生拥塞时，即使业务流量遵守约定，也要丢弃信元。首先丢弃CLP=1的信元，若拥塞严重，CLP=0的信元也要丢弃。 （2）明显前向拥塞指示 当网络发生拥塞时，向目的终端发送明显前向拥塞指示OAM信元，以通知源端降低发送速率，以达到消除拥塞的目的。 （3）动态使用参数控制 通过用户和网络的再协商，修改某种连接的UPC参数。 （4）连接终结 如果严重拥塞继续存在，就要采取

50、一种极端的做法，即终结一些连接（Disconnect），终结一些连接后使拥塞得以缓解。3）ATM的体系结构（a）ATM的拓扑结构ATM将通过两个相关的接口：用户网络接口（UNI）；网络网络接口（NNI）连接在一起的网络体系结构UNI是用户和广域ATM网络之间的接口，分为公共UNI和私有UNI私有UNI为在公共UNI之外的ATM交换机，如ATM LAN或连接校园网的主干，将用户或服务连接到ATM交换机的UNI。 ATM网络基本构成 网络结构分为骨干网（包括省际骨干网和省内骨干网）和本地网 。ATM网络的基本结构（b）ATM的体系结构 ATM的协议参考模型不同于OSI参考模型，也不同于TCP/IP

51、模型，它是由有用户、控制面，层管理面，面管理面组成：用户面：提供用户数据传输功能控制面：负责连接的建立的呼叫控制和负责连接建立后的 监督与维护的连接控制管理面：面管理协调各层面的运行；层管理执行有关各协定实体内资源与参数的管理ATM参考模型面管理层管理控制面用户面高层高层ATM适配层ATM层物理层ATM分层协议模型中各层的功能用户面协议栈结构AALATM层物理层ATM层物理层AALATM层物理层ATM层物理层控制面协议栈结构UNI信令SAALATM层物理层UNI、NNI信令SAALATM层物理层UNI信令SAALATM层物理层UNI、NNI信令SAALATM层物理层 ATM网络接口ATM公网A

52、TM公网ATM公网公用UNI专用NNIDTE（路由器） DCE（ATM DSU）ATM终端ATM专网ATM终端B-ICI公用UNIB-ICI公用UNI专用UNIDXINNINNINNINNINNINNINNINNINNIATM专网PNNIPNNIPNNIATM标准由谁制订？ITU-T 官方是世界各国政府的电信主管部门之间协调电信事务方面的一个国际组织，成立于1865年5月17日。 ATM论坛（ATM Forum） 民间标准组织成立于1991年10月 和ITU-T的关系十分密切。ATM论坛在制定标准时会参考ITU-T的建议ITU-T非常重视ATM论坛制定的规范,把ATM论坛作为一个亲密合作伙伴。

53、很多ATM论坛的成员本身就是ITU-T的成员。目前，制造厂商产生的ATM设备都是采用ATM论坛的标准。ATM论坛主要为专用网制定有关ATM的标准。1993年参照ITU-T的B-ISDN建议标准,并结合专用网的特点制定了UNI 3.0和NNI的B-ICI 1.0。B-ICI版本有1.0、1.1和2.0,其中1.0、1.1只用于专用网, 2.0可用于公用网。ATM网络地址ITU-T建议的B-ISDN号码格式：E.164 最长15位国际B-ISDN号码 B-ISDN号码格式 国家码国内目的码用户号码国内B-ISDN号码B-ISDN用户号码（a）物理层 定义了传输介质，比特传输，编码和电到光的转换；信

54、元流转换成比特流的机制。采用同步光纤网络SONET（ANSI制定的北美标准，传输速率可达2.4Gbps）采用SDH（SONET在ITU-T的版本，全球性的宽带网络标准规范）物理层主要内容物理媒体相关子层(PMD)定时和线路编码、供电、操作(激活、静默和应急)传输会聚子层(TC)信头差错控制、信元定界、信元速率解耦、扰码物理媒体相关子层 (比特流的收发)光纤同轴电缆双绞线（1）基于SDH STM-1的物理接口，ITU-TG.709规定了SDH STM-1的帧结构：帧周期为125；每帧有9行270列个字符，其中前9列为段开销SOH和管理单元指针AU-PTR。（2）基于E-1的物理层接口，E1系统是

55、我国采用的数字基群系统，每秒8000帧，每帧125，每帧32个时隙。E1系统用于传送ATM信元时，使用除时隙0和时隙16以外的时隙传送达到目的地，信元速率：3064kbps=1920kbs。（3）基于FDDI物理层的100Mbps的多模光纤接口，采用4B/5B码，ATM信元流中每4bit一组，编成5比特码字，减少线路上的连0和连1数，从而利于接收端提取时钟。传输会聚子层功能传输帧信元流传输帧的适配信元装入帧HEC的生成与检验信元定界HEC信元速率解耦空信元的插入和提取ATM 信元流装入一个 STM-1 帧的例子 9 行270 字节261 字节9 行 9 字节的开销和指针5 字节首部53 字节5

56、3 字节53 字节53 字节53 字节53 字节53 字节有效载荷放入 ATM 信元主要特点复用不同速率的信元流可以被复用到高速SDH帧中指针以通道指针指明信元边界OAM以SDH的开销字节完成物理层所需的OAM功能用于UNI、NNI的物理层协议UNINNI622.08Mbps STM-4622.08Mbps STM-4155.52Mbps STM-1155.52Mbps STM-144.736Mbps DS344.736Mbps DS3100Mbps 多模光纤1.544Mbps T12.048Mbps E1可变速率 ADSL（b） ATM层 定义了处理信元及信元传输，信元的格式、信头的含义、管

57、理虚电路的建立与释放、以及拥塞控制。 ATM层使用了两种格式的信头，分别用于UNI和NNI符合ITU-TATM层协议功能简述主要完成交换和复用功能交换机内部路由(物理)信元地址翻译(逻辑)：信元的 VPI/VCI 转换（就是将一个入信元的 VPI/VCI 转换成新的数值）缓冲区管理信元头的处理流量的控制GFC(通用流量控制)，仅在UNI上使用用于共享媒体MAC接入和流量管理HEC：信头的CRC校验（8bit）特征多项式：g(x) = x8 + x2 + x + 1 GFC：一般流量控制（4bit） PTI：有效数据类型（3bit）CLP：信元丢弃优先级，只要有CLP置0的信元存在，当链路拥塞时

58、，CLP置0的信元就保留下来，可丢弃CLP置1的信元用户数据管理拥塞比特无拥塞有拥塞信令比特无信令有信令管理比特链路关联管理端到端管理资源管理保留PTI值的含义连接标识符24(UNI)/28(NNI)比特虚通路(VP):8/12比特虚信道(VC):16比特便于管理大量的VC被组织进VPATM 连接用两级标号来识别虚电路。虚信道标识 VCI (Virtual Channel Identifier)虚通路标识符 VPI (Virtual Path Identifier) 虚电路：VCI 与 VPI（ VPI 包含 VCI）传输链路虚通路 VP1VP2VC1VC1VC2VC3VC3VC2VC2VC1

59、虚信道连接与信道ATM 网络中的网络元素 ATM 端点（又称为 ATM 端系统）通过点到点链路与 ATM 交换机相连。ATM 交换机是一个快速分组交换机（交换容量高达数百 Gb/s），其主要构件是：交换结构(switching fabric)若干个高速输入端口和输出端口必要的缓存 ATM 的交换结构 ATM 交换机abcdefgh交换结构输入信元输出信元 ATM信元交换既可在VP级进行，也可在VC级进行。 VP交换过程 VP/VC交换示意图VP/VC交换CONNECT ACKCONNECT ACKRELEASE COMPLETE RELEASECOMPLETE连接建立SETUPSETUPSETUP CALL PROCEEDINGCALL PROCEEDING CALL PROCEEDINGCONNECTCONNECTCONNECTCONNECT ACKRELEASERELEASERELEASE RELEASECOMPLETE数据传送阶段AB交换机 X交换机 YUNIUNINNINNIATM 的主要信令报文 报文类型 当主机发送时的意义 当网络发送时的意义SETUP 请求建立连接 有一个入呼叫CALL 收到入呼叫 连接建立的请求PROCEEDI