《现代通信网及其关键技术》第三章1

1、现代通信网及其关键技术第三章1现代通信网及其关键技术第三章1 (2) 异种终端通信。由于采用存储转发方式，不需要建立端到端的物理连接，因此不必像电路交换中那样，通信双方的终端必须具有同样的速率和控制规程。分组交换中可以实现不同类型的数据终端设备(不同的传输速率、不同的代码、不同的通信控制规程等)之间的通信。 (2) 异种终端通信。由于采用存储转发方式 (3) 数据传输质量好、可靠性高。每个分组在网络内的中继线和用户线上传输时，可以逐段独立地进行差错控制和流量控制，因而网内全程的误码率在10-11以下，提高了传送质量且可靠性较高。分组交换网内还具有路由选择、拥塞控制等功能，当网内线路或设备产生故

2、障后，分组交换网可自动为分组选择一条迂回路由，避开故障点，不会引起通信中断。 (3) 数据传输质量好、可靠性高。每个分组在(4) 负荷控制。分组交换网中进行了逐段的流量控制，因此可以及时发现网络有无过负荷。当网络中的通信量非常大时，网络将拒绝接受更多的连接请求，以使网络负荷逐渐减轻。(4) 负荷控制。分组交换网中进行了逐段的流量控制，因此可以 (5) 经济性好。分组交换网是以分组为单元在交换机内进行存储和处理的，因而有利于降低网内设备的费用，提高交换机的处理能力。此外，分组交换方式可准确地计算用户的通信量，因此通信费用可按通信量和时长相结合的方法计算，而与通信距离无关。 由于分组交换技术在降低

3、通信成本，提高通信可靠性等方面取得了巨大成功，因此20世纪70年代中期以后的数据通信网几乎都采用了这一技术。30多年来，分组交换技术得到了较大的发展。 (5) 经济性好。分组交换网是以分组为单元在 2分组交换的缺点 上面介绍了分组交换的诸多优点，但任何技术在具有优点的同时都不可避免地具有一些缺点，分组交换也不例外。它的这些优点都是有代价的。 (1) 信息传送时延大。由于采用存储转发方式处理分组，分组在每个节点机内都要经历存储、排队、转发的过程，因此分组穿过网络的平均时延可达几百毫秒。目前各公用分组交换网的平均时延一般都在数百毫秒，而且各个分组的时延具有离散性。 2分组交换的缺点 (2) 用户的

4、信息被分成了多个分组，每个分组附加的分组头都需要交换机进行分析处理，从而增加了开销，因此，分组交换适宜于计算机通信等突发性或断续性业务的需求，而不适合于在实时性要求高、信息量大的环境中应用。 (2) 用户的信息被分成了多个分组，每个分组(3) 分组交换技术的协议和控制比较复杂，如我们前面提到的逐段链路的流量控制，差错控制，还有代码、速率的变换方法和接口，网络的管理和控制的智能化等。这些复杂的协议使得分组交换具有很高的可靠性，但是它同时也加重了分组交换机处理的负担，使分组交换机的分组吞吐能力和中继线速率的进一步提高受到了限制。(3) 分组交换技术的协议和控制比较复杂，如我们前面提到的逐分组交换数

5、据网是由分组交换机、 网路管理中心、 远程集中器、 分组装拆设备、 传输设备 组成。 3.1 分组交换网络结构分组交换数据网是由分组交换机、3.1 分组交换网络结构实现数据终端与交换机之间的接口协议(X25）， 交换机之间的信令协议（如X75或内部协议），并以分组方式的存储转发、提供分组网服务的支持，与网路管理中心协同完成路由选择、监测、计费、控制等功能。可分为转接交换机和本地交换机两种；(1)分组交换机实现(1)分组交换机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。(2)网络管理中心（NMC）网络配置

6、管理与用户管理，日常运行数据的收集与统计。(2)网络(3)分组终端（PT）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。(3)分组终端（PT）分组终端是具有X.25协议接口，能直接非分组终端是执行非X.25协议的终端和无规程的终端，非分组终端需经过分组装拆设备PAD ，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。(4) 非分组终端（NPT）非分组终端是执行非X.25协议的终端和无规程的终端，非分组终(5) 分组装拆设备（

7、PAD） 主要功能是把普通字符终端的 非分组格式转换成分组格式， 并把各终端的数据流组成分组，在集合信道上以分组交织 复用， 对方再将收到的分组格式作相反方向的转换。 (5) 分组装拆设备（PAD） 主要功能是把普通字符终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、高速线路上交织复用。(5)远程集中器（RCU）允许分组终端和非分组终端接入，(5)远程集中器（RCU）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。那么分组是如何穿过网络的呢？目前有两种方法实现：数据报（Datagram）和虚电路（Virtual Circuit）。

8、数据报方式 Internet 采用TCP/IP协议，按数据报方式工作。虚电路方式 公共分组交换数据网（CHINAPAC）采用X.25协议，按虚电路方式工作。3.2 分组交换的基本原理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3.2.1. 数据报方式将每一个数据分组当作一份独立的报文一样看待,每一个数据分组都包含终点地址的信息,分组交换机为每一个数据分组独立地寻找路径,因此一份报文包含的不同分组可能沿着不同的路径到达终点,在网络的终点需要进行重新排序。3.2.1. 数据报方式当端系统要发送一个报文时，将报文拆成若干个带有序号和地址信息的数据报，依次发给网络节点。此后，各个数据报

9、所走的路径就可能不同了，因为各个节点在随时根据网络的流量、故障等情况选择路由。由于各行其道，各数据报不能保证按顺序到达目的节点，有些数据报甚至还可能在途中丢失。在整个数据报传送过程中，网络节点要为每个数据报做路由选择。当端系统要发送一个报文时，现代通信网及其关键技术第三章1数据报方式示意图数据报方式示意图 数据报的特点是： (1) 用户的通信不需要有建立连接和清除连接的过程，可以直接传送每个分组，因此对于短报文通信效率比较高； (2) 每个节点可以自由地选路，可以避开网中的拥塞部分，因此网络的健壮性较好。对于分组的传送比虚电路更为可靠，如果一个节点出现故障，分组可以通过其它路由传送。 (3)

10、数据报方式的缺点是：分组的到达不按顺序，在终点各分组需重新排队；并且每个分组的分组头要包含详细的目的地址，开销比较大。 (4) 数据报的使用场合：数据报适用于短报文的传送，如询问/响应型业务等。 数据报的特点是： 3.2.2 虚电路方式 两终端用户在相互传送数据之前要通过网络建立一条端到端的逻辑上的虚连接，称为虚电路。一旦这种虚电路建立以后，属于同一呼叫的数据均沿着这一虚电路传送。当用户不再发送和接收数据时，清除该虚电路。在这种方式中，用户的通信需要经历连接建立、数据传输、连接拆除三个阶段，也就是说，它是面向连接的方式。 3.2.2 虚电路方式虚电路方式就是指通信终端在收发数据之前，先在网络中

11、建立一条逻辑连接，在通信过程中，用户数据按照顺序沿着该逻辑连接到达终点。注意虚电路指的是一条逻辑连接，而不是指一条专门的物理通路。同一条线路可能同时被多条虚电路使用。是指两个用户终端在开始互相发送和接收数据之前,需要通过网络建立起逻辑上的连接(并非存在一条物理的链路),一旦这种连接建立之后,通信终端间就在网络中保持一个已建立的数据通路,用户发送的数据(以分组为单位)将按顺序由这个逻辑上的数据通路到达终点.虚电路方式就是指通信终端在收发数据之前，先在网络中建立一条逻现代通信网及其关键技术第三章1 分组交换中的虚电路和电路交换中建立的电路不同。在分组交换中，以统计时分复用的方式在一条物理线路上可以

12、同时建立多个虚电路，两个用户终端之间建立的是虚连接；而电路交换中，是以同步时分方式进行复用的，两用户终端之间建立的是实连接。在电路交换中，多个用户终端的信息在固定的时间段内向所复用的物理线路上发送信息，若某个时间段某终端无信息发送，其它终端也不能在分配给该用户终端的时间段内向线路上发送信息。而虚电路方式则不然，每个终端发送信息没有固定的时间，它们的分组在节点机内部的相应端口进行排队，当某终端暂时无信息发送时，线路的全部带宽资源可以由其它用户共享。 分组交换中的虚电路和电路交换中建立的电路不同建立实连接时，不但确定了信息所走的路径，同时还为信息的传送预留了带宽资源；而在建立虚电路时，仅仅是确定了

13、信息所走的端到端的路径，但并不一定要求预留带宽资源。我们之所以称这种连接为虚电路，正是因为每个连接只有在发送数据时才排队竞争占用带宽资源。建立实连接时，不但确定了信息所走的路径，同时还为信息的传送预数据报和虚电路的对比 （1）数据报省掉了呼叫的建立和清除过程，如果只传送少量的分组，那么采用数据报方式的传输效率会比较高。 （2）对于数据报方式，由于每个分组是各自独立在网络中传输的，所以分组不一定按照发送时的顺序到达网络终点，因此在网络终点必须对分组重新排序。 而对于虚电路的方式，分组按已建立的路径顺序通过网络，在网络终点不需要对分组重新排序。（3）在数据报方式下，由于每个数据分组都要独立的寻找路

14、径，所以单个数据分组传输的时延较大。 而虚电路一旦建立，单个数据分组的传输时延则会小得多。 （4）数据报方式对网络的适应能力较强。 数据报和虚电路的对比 （1）数据报省掉了呼叫的建立和清除过程3.3 分组交换技术3.3.1 分组传送方式（资源共享方式） 统计时分复用（STDM）分组交换中采用了统计时分复用的概念，它在给用户分配资源时，不像同步时分那样固定分配，而是采用动态分配(即按需分配)，只有在用户有数据传送时才给它分配资源，因此线路的利用率较高。3.3 分组交换技术3.3.1 分组传送方式（资源3.3.2 逻辑信道 在统计时分复用中，虽然没有为各个终端分配固定的时隙，但通过各个用户的数据信

15、息上所加的标记，仍然可以把各个终端的数据在线路上严格地区分开来。这样，在一条共享的物理线路上，实质上形成了逻辑上的多条子信道，各个子信道用相应的号码表示。3.3.2 逻辑信道 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。 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，这逻辑信道的概念示意逻辑信道的概念示意图中在高速的传输线上形成了分别为三个用户传输信息的逻辑上的子信道。我

16、们把这种形式的子信道称为逻辑信道，用逻辑信道号LCN(Logical Channel Number)来标识。逻辑信道号由逻辑信道群号及群内逻辑信道号组成，二者统称为逻辑信道号LCN。在统计复用器STDM中建立了终端号和逻辑信道号的对照表，网络通过LCN就可以识别出是哪个终端发来的数据。图中在高速的传输线上形成了分别为三个用户传输信息的逻辑上的子 逻辑信道具有如下特点： (1) 由于分组交换采用动态统计时分复用方法，因此是在终端每次呼叫时，根据当时的实际情况分配LCN的。同一个终端可以同时通过网络建立多个数据通路，它们之间通过LCN来进行区分。对同一个终端而言，每次呼叫可以分配不同的逻辑信道号，

17、但在同一次呼叫连接中，来自某一个终端的数据的逻辑信道号应该是相同的。 逻辑信道具有如下特点： (2) 逻辑信道号是在用户至交换机或交换机之间的网内中继线上可以被分配的、代表子信道的一种编号资源。每一条线路上，逻辑信道号的分配是独立进行的。逻辑信道号并不在全网中有效，而是在每段链路上局部有效，或者说，它只具有局部意义。网内的节点机要负责出/入线上逻辑信道号的转换。 (3) 逻辑信道号是一种客观的存在。逻辑信道总是处于下列状态中的某一种：“准备好”状态、“呼叫建立”状态、“数据传输”状态、“呼叫清除”状态。 (2) 逻辑信道号是在用户至交换机或交换机之间来自数据终端的用户数据可能是很长的报文，将该

18、报文拆分成若干段，并加上分组头，组成一个完整的分组（packet）。3.4 分组的形成来自数据终端的用户数据可能是很长的报文，将该报文拆分成若干段现代通信网及其关键技术第三章1现代通信网及其关键技术第三章1现代通信网及其关键技术第三章1现代通信网及其关键技术第三章1交换虚电路（SVC：Switch Virtual Circuit），又称为虚呼叫（Virtual Call）永久虚电路（PVC：Permanent Virtual Circuit）。 分组交换网（CHINAPAC）提供的两种基本业务：交换虚电路（SVC：Switch Virtual Circ（1）交换型虚电路（SVC） 交换型虚电路

19、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、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。（1）交换型虚电路（SVC）3.4 交换型虚电路的建立释放3.4 交换型虚电路的建立释放现代通信网及其关键技术第三章1一条虚电路可能要经过多个中间节点，在节点间的各段物理信道上都要占用一条逻辑信道用以传送分组。由于各节点均独立地为通过的虚电路分配逻辑信道，也即同一条虚电路通过各

20、段信道所获取的逻辑信道可能是不相同的，所以各节点内部必须建立一张虚电路表，用以记录该点的各条虚电路所占用的各个逻辑信号。一条虚电路可能要经过多个中间节点，在节点间的各段物理信道上都现代通信网及其关键技术第三章1虚电路与逻辑信道（1）虚电路是在DTE-DTE之间建立的虚连接，存在于端到端之间； 逻辑信道是DTE-DCE接口或中继线上可分配的资源，存在于点到点之间，一条线路上可以存在多个逻辑信道。 一条虚电路是由多个逻辑信道连接而成。 每条线路的逻辑信道号是独立分配的，同一条虚电路在不通线路上的逻辑信道号可能是不相同的。 （2）逻辑信道是一直存在的，它分为占用和空闲两种状态； 虚电路（不包括永久虚

21、电路）随着通信的开始而建立，通信结束后就被清除。 虚电路与逻辑信道（1）虚电路是在DTE-DTE之间建立的虚连现代通信网及其关键技术第三章1现代通信网及其关键技术第三章1图4.3 虚电路示意图图4.3 虚电路示意图 虚电路的特点是： (1) 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顺序到达目的地，终端不需要进行重新排序，因此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的目的地地址，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

22、的额外开销。 虚电路的特点是： (4) 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，可能导致虚电路中断，必须重新建立连接。 (6) 虚电路的使用场合：虚电路适用于一次建立后长时间传送数据的场合，其持续时间应显著大于呼叫建立时间，如文件传送、传真业务等。 (4) 虚电路是由多段逻辑信道构成的，每一个虚网络的吞吐量与通信子网负荷(即通信子网中正在传输的分组数)有着密切的关系。当通信子网负荷比较小时，网络的吞吐量(分组数/秒)随网络负荷(每个节点中分组的平均数)的增

23、加而线性增加。当网络负荷增加到某一值后，若网络吞吐量反而下降，则表征网络中出现了阻塞现象。在一个出现阻塞现象的网络中，到达某个节点的分组将会遇到无缓冲区可用的情况，从而使这些分组不得不由前一节点重传，或者需要由源节点或源端系统重传，从而使通信子网的有效吞吐量下降。由此引起恶性循环，使通信子网的局部甚至全部处于死锁状态，最终导致网络有效吞吐量接近为零。网络的吞吐量与通信子网负荷(即通信子网中正在传输的分组数)有拥塞死锁吞吐量理想曲线输入负载无流量控制实际流量控制拥塞死锁吞吐量理想曲线输入负载无流量控制实际流量控制3.5 流量控制分组交换网中各个节点交换机的处理能力和各条线路的传输容量是一定的，但是用户终端发送分组的时间和数量具有随机性。如果不对数据流进行控制，有可能造成网内数据流分布不均匀，部分节点和线路上的数据流超过其处理能力或传输容量，造成网络的阻塞。严重时，分组在网络中无法传送，不断被丢弃，源节点无法发送新的数据，目的节点也收不到分组，造成死锁。3.5 流量控制分组交换网中各个节点交换机的处理能力和各拥塞的影响 拥塞的影响 业务量控制可分为：流量控制和阻塞控制。流量控制是为了预防网络出现拥塞。阻塞控制是要缓解网