《现代通信网技术》课件第五章 分组交换jj

一基本概念电路交换：传输中将整条电路都交给一个连接，而不管它是否有信息要传送。分组交换：把用户要传送的信息分成若干个小的数据块，即分组(packet)，这些分组长度较短，并具有统一的格式，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“存储一转发”的方式在网内传输，即每个交换节点首先对收到的分组进行暂时存储，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，等到有空闲信道时转发给下一个交换节点或用户终端。体系结构二、链路层LAPB1、功能(1)在DTE和DCE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；(3)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；(5)向分组层通知链路层的状态。(1)标志F：为帧标志，编码为01111110。F为帧的限定符，所有的帧都应以F开始和结束。(2)地址字段A：由一个8比特组组成，表示链路层的地址。(3)信息字段I：为传输用户信息而设置的，用来装载分组层的数据分组，其长度可变。在X.25中，长度限额一般为一个分组长度，即128字节或256字节。(4)帧校验序列FCS：包含在每个帧的尾部，长度为16比特，用来检测帧的传送过程中是否有错。FCS采用循环冗余码，可以用移位寄存器实现。(5)控制字段C：由一个8比特组组成，主要作用是指示帧的类型。在X.25中共定义了三类帧。

2.帧结构FACIFCSF①I帧：用于传输高层的信息，即在分组层之间交换的分组，分组包含在I帧的信息字段中。I帧的C字段的第1个比特为“0”，这是识别I帧的惟一标志，第2—8比特用于提供I帧的控制信息，其中包括发送顺序号N(S)，接收顺序号N(R)，探寻位P，这些字段用于链路层差错控制和流量控制。②S帧：没有信息字段，其作用是用来保护I帧的正确传送。监视帧的标志是C字段的第2、1位为“01"。监视帧有3种：接收准备好(RR)，接收未准备好(RNR)和拒绝帧(REJ)。RR用于在没有I帧发送时向对端发送肯定证实信息：REJ用于重发请求：RNR用于流量控制，通知对端暂停发送I帧。③U帧：其作用不是用于实现信息传输的控制，而是用于实现对链路的建立和断开过程的控制。识别无编号帧的标志是C字段的第2、1位为“11”。无编号帧包括：置异步平衡方式(SABM)，断链(DISC)，已断链方式(DM)，无编号确认(UA)，帧拒绝(FRMR)等。其中，SABM、DISC分别用于建立链路和断开链路，UA和DM分别为SABM、DISC进行肯定和否定的响应，FRMR表示接收到语法正确但语义不正确的帧，它将引起链路的复原。分类名称缩写作用信息帧I传输用户数据监视帧接收准备好RR向对方表示已准备好收下一帧接收未准备好RNR向对方表示忙拒绝帧REJ要求对方重发从N（R）开始的I无编号帧置异步平衡模式SABM建立两方向的链接断链DISC通知对方端开链接已断链方式DM本方已断链，对SABM否定应答无编号确认UA对SABM和DISC的肯定应答帧拒绝FRMR报告对方出现了用重发不能恢复的错误，引起链路复员3、帧类型帧的意义和作用帧类别命令响应编码12345678II

0N（S）P/FN（R）SRRRR

10

0

0P/FN（R）RNRRNR

1

01

0P/FN（R）REJREJ

1

0

0

1P/FN（R）USABM

1

1

1

1P

1

0

0DISC

1

1

0

0P

0

1

0

DM

1

1

1

1F

0

0

0

UA

1

1

0

0F

1

1

0

FRMR

1

1

1

0F

0

0

1帧的表示方法4、数据链路建立与拆除通信区全过程1、两个DTE之间的虚电路：2个LCN，LCN短，只有本地意义，两个不同的（DTE—DCE）的链路可用相同的LCN；2、DTE—DCE之间的物理链路上可建立多条至不同目的地的虚电路；3、通信全过程本地DTE—DCE链路，远端DCE—DTE链路；本地DTE——远端DTE虚电路；

DTE之间数据传送；虚电路释放；链路释放。三X.25虚电路4、X.25虚电路占用四、X.25接口分层X.25链路层帧与网络层分组的结构和关系X21：G—信号地线/公共回线

Ga—DTE公共回线

T—DTE数据/控制信息发

R—DTE收DCE的数据和控制信息

C—DTE通信前置通，结束置断

I—DCE可传指示

S—DCE—DTE传送的码元定时

B—字节同步公用数据网接口标准：X系列接口标准X20、X.21:V系列接口标准：X20bis、X21bisX20、X20bis适应于异步工作方式。X.21、X21bis适应于同步工作方式GFI：GeneralFormatIdentifier

Q=0用户数据分组,Q=1控制分组

D=0本地DCE确认；D=1远端DTE确认

SS=01：模8；SS=10：模128LCGN/LCN：

LogicalChannelGroupNumberLogicalChannelNumberPTI：PacketTypeIdentifier五、X.25分组结构与类型GFILCGNLCNPTI1、虚电路控制分组DTE—DCEDCE—DTE编码呼叫请求呼叫到来000010呼叫接受呼叫连通000011清除请求清除指示000100清除确认清除确认000101中断中断001000重置请求重置指示000110重置确认重置确认000111重启请求重启指示111110重启确认重启确认111111注册请求111100

注册确认111101包类型控制包2、数据分组：分组类型标识最低位为0M

：PTI高一半的最低位。说明该分组后是否还有同一报文的后续分组。M=1：后一分组同一报文；M=0：报文的最后分组。3、监视分组分组类型标识最低2位为01控制分组例：

11000010呼叫请求/到来分组控制分组例：呼叫请求/到来分组CFILCGNLCN0xxxxxxxxCFILCGNLCN000101111001100010001100000001100011001100001000000000000000001010001100000001100011001100001000000000000000001xxxx例题1：设数据长度L=170字节，分组长度20字节，其中头部开销长度为3字节，源节点到目的节点之间的链路数为4，每段链路上的延迟时间为20ms，数据传输率Rb=8kbps，电路交换和虚电路建立连接的时间都为30ms，在分组交换方式下各中间节点对每个分组产生4位的延迟时间，则传送所有数据，电路交换需时间为多少秒，虚电路分组交换所需时间为多少秒？解：电路交换：Tc＝S+hD+L/Rb30+4

20+170

8/8000bps=30+80+170=280ms虚电路：Tp=S+[(h-1)d/Rb+hD+P/Rb]*[L/(P-H)]=30+[3

4/8000bps+80+20

8/8000bps][170/(20-3)=30+[1.5+80+1]10=30+82.5

10=855ms例2：下图是一个由三个路由器互联的网络，若采用C类地址，RIP协议，试填写路由表收敛后的所有路由条目。

R1路由表R2路由表R3路由表目的主机网络号下一跳R距离目的主机网络号下一跳R距离目的主机网络号下一跳R距离10.0.020.0.030.0.020.0.030.0.040.0.030.0.010.0.020.0.040.0.040.0.010.0.0解：各个R的路由表如下：分组类型第三字节适应业务DTE—DCEDCE—DTE87654321SVCPVCDG呼叫建立与清除

呼叫请求呼叫指示00001011Y

呼叫接受呼叫连通00001111Y

清除请求清除指示00010011Y

DTE清除确认DCE清除确认00010111Y

数据与中断

DTE数据DCE数据P（R）MP（S）0YY

DTE中断请求DCE中断请求00100011YY

DTE中断确认DCE中断确认00100111YY

数据报

DTE数据报DCE数据报P（R）0P（S）0

Y

数据报业务信号P（R）0P（S）0

Y流控与重置

RRRRP（R）00001YYYRNRRNRP（R）00101YYYREJ

P（R）01001YYY重置请求重置请求00011011YYY重置确认重置确认00011111YYY再启动分组

再启动请求再启动指示11111011YYY再启动确认再启动确认11111111YYY诊断分组

诊断11110001YYY3、分组类型与功能虚电路的LCN双向互逆；链路占用出大、入小；回送接受时接受与指示同LCN，并置LCN于数传状态。六交换原理1、接续规则2、虚电路建立

？？？？A20C78建立LCN/20建立LCN/78接受LCN/78接受LCN/20842、分组转发１、三层虚信道三层复用２、随路信令呼叫建立与用户数据同一虚信道七流量控制作用：1、网络过载引起吞吐量下降、拥塞、延时增加；

2、网络锁死、网络与用户速率匹配。方法：窗口机制（主叫UNI）；缓冲区预约（端局之间）；许可证法（主叫UNI）。分级控制：七流量控制4：端级：DTE之间流控保护目的端，高层执行。1、段级：相邻节点之间流控，防止局部节点缓冲区拥塞或锁死，分为链路段级(总流控)或虚电路(单流控)段级；2、沿级：端节点之间流控，防终节点缓冲区拥塞，分组层执行；3、接入级：DTE到本地节点之间，防进入流量超载，链路层执行；窗口：DTE或DCE被授权传送未得到确认的顺序编号的分组的最大数目。窗口尺寸在1和7之间的一个常数，由用户在预订时与网络管理机构达成协定。发送窗口下缘：即最后一次收到的帧中的P(R)值。随着分组的发送和P(R)的返回，低端和高端窗口边缘同步转动。七流量控制七流量控制窗口操作例：k=3，在一个给定时刻最多允许有3个已发未确认的分组。发送窗：窗口下缘，最早已发为得到确认的分组P(S)值；窗口尺寸：暂时未得到确认的最大可发送分组个数；k=3，窗口上缘ku=Nr(R)+k-1=6+3-1=0;第一个尚未授权发送的分组的序号应为1。随着分组的发送和P(R)的返回，下缘和上缘同步转动。七流量控制I帧或S帧中的N(R)表示编号为N（R）-1及以前的帧均已正确接收；本方发送帧中的N(R)等于本方最后正确接收的一帧的N(R)加1。发送窗口用于保存已发送但未被确认的帧的个数，在发送一帧的同时，将该帧存入缓冲区，当收到相应的确认后，再从缓冲区清楚。每发一帧缓冲区保存一帧，缓冲区满，发送端不能继续发送，在接收到确认信号后，已证实的帧从缓冲区清楚。滑动窗口发送方和接收方通过滑动窗口机制实现流量控制。发送窗口：用来对发送端进行流量控制，它的大小代表在没有收到对方的确认帧的情况下发送端最多可以发送的数据帧数。

定义接收窗口：用来控制接收端可以接收但未给对方回送确认的哪些数据帧。只有发送序号落入接收窗口内的数据帧才可以收下。1最后收到帧中的N（R）=2窗口打开2a未发送但又收到一帧中的N（R）=3窗口滑动一格2b发送一帧N（S）=2窗口不变但可发帧个数减11最后收到帧中的N（R）=2窗口打开2发送一帧N（S）=2窗口不变但可发帧个数减13发送一帧N（S）=3窗口不变但可发帧个数减13发送一帧N（S）=3窗口不变但可发帧个数减14a发送一帧N（S）=4窗口不变但不能再发送4b收到一个帧的N（R）=3窗口滑动但可发帧个数不变3发送一帧N（S）=3窗口不变但可发帧个数减1发送窗K=3随着收到Nr

（R）的证实，窗口开至最大K，下缘为最后收到帧中的Nr(R)值上缘为Nr(R)+K-1；随着发送帧的个数增多，窗口内可发帧个数逐渐减小，当发送帧序号N(S)=Nr(R)+K-1时，窗口内可发帧个数为0。

八拥塞控制作用：保证分组有效传送方法:1、拥塞节点向一些或所有源节点发送控制分组，停止或延缓发送，限制总流。增加了额外负荷；2、利用路由选择算法向其他节点发送链路时延信息，控制流量。调整较慢；3、端到端探测分组携带时间戳，增加了额外负荷；4、经过拥塞节点的分组添加拥塞信息，前向和后向。九分组交换相关协议1、X.121ChinaPAC编号采用ITU—TX.121建议，长度15位。X0X1X2X3

X4

X5X6

X7X8

X9X10X11X12

X13X14前缀国家代码网号公用分组网编号区同一编号区所属节点机号同一节点机内不同端口号子地址DTE内部进一步寻址X0=0X1X2X3=460X4=3总部局A局B局C分局1分局2分局n局K分局n分局2分局3DNA：x.121中的区号局A：04局B：05局C：19添加机关局A的callroute表AddcrAddcrnpi/x121Addcrnpi/x121dna/460304routingid25,moduleid1003一分局：Addcrnpi/x121dna/4603043651routingid25,moduleid1251二分局：Addcrnpi/x121dna/4603043652routingid25,moduleid1252总部addCRNpi/x121Dna/460350setCRNpi/x121Dna/460350routingId1,moduleId0局BaddCRNpi/x121Dna/460305setCRNpi/x121Dna/460305routingId27,moduleId0局CaddCRNpi/x121Dna/460319setCRNpi/x121Dna/460319routingId26,moduleId02、3X十分组交换网

转接、传送接入网络的各类计算机和终端信息，开通电子邮箱、可视图文、智能用户电报、传真、数据库检索等业务。由PS、PCE、NMC、PT和数据传输设备和相关协议组成。PS：根据用户业务量和资源利用率支持交换虚电路、永久虚电路业务；选择路由，生成转发表，可靠传送；实现协议转换；维护管理计费；故障处理。NMC：故障处理、网络配置拓扑管理、收集流量流向速率路径信息，协调运行、计费管理、安全管理。TE：PT:具有X.25接口的计算机、规程转换器、数据终端等。NPT:无X.25接口，不具备分组处理能力，必须经PAD转换方可接入。十分组交换网PCE：(PacketConcentrateEquipment)对大楼小区大量用户集中，经少量高速中继线链节点，具有多种接口，3X建议，X.3PAD功能及控制参数、X.28PAD到本地字符终端的协议、X.29描述PAD到远端PT或PAD之间的协议。传输线路：中继线：模拟信道MODEM转换、PCM数字信道。用户线：有数字数据电路和模拟电话线MODEM转换。相关协议：X.25\X.75十分组交换网优点动态统计时分复用，传送分组，线路利用率较高；(2)异种终端通信。存储—转发方式，不需建立端到端物理连接，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。(3)传输质量好、可靠性高。逐段独立差错控制和流量控制，误码率在10-11以下，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障后，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。

(4)负荷控制。逐段的流量控制，可以及时发现网络有无过负荷。当网络中通信量非常大时，将拒绝接受更多的连接请求，以使网络负荷逐渐减轻。

(5)经济性好。分组为单元存储和转发，有利于降低网内设备的费用，可准确计算用户的通信量，通信费用可按通信量和时长相结合的方法计算，与通信距离无关。

分组交换技术在降低通信成本，提高通信可靠性等方面取得了巨大成功，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发展。十一分组交换优缺点缺点

(1)信息传送时延大。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，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，各个分组的时延具有离散性。(2)增加了开销，适宜于计算机通信等突发性或断续性业务的需求，不适合于在实时性要求高、信息量大的环境。(3)协议和控制复杂，逐段链路的流量控制，差错控制，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。以协议复杂换取高可靠性，交换机处理负担重，吞吐量和中继线速率限。(4)不适应语音通信和高速数据通信(2.048Mb／s以上)，难以满足对实时性要求。模拟通信传数据，速率一般不大于9.6kb／s，误码率为10-4—10-5，不能满足数据通信的要求。通过进行复杂的控制，信道多路复用，误码率达到小于10-11，满足绝大多数数据通信的要求。随着分组交换技术的发展，其性能在不断地提高，功能在不断地完善。分组交换机的分组处理能力由初期的100个分组每秒发展到今天的几万个分组每秒，数据分组通过交换机的时延从几十毫秒缩短到不到1毫秒，分组交换机之间的中继线速率由9.6kb／s提高到2.048Mb／s。

20世纪90年代，用户对数据通信网的速率提出了更高的要求，而采用现有分组交换技术的分组交换系统几乎达到了极限，因此人们又开始研究新的分组交换技术。

为了进一步提高分组交换网的分组吞吐能力和传输速率，一方面要提高信道的传输能力，另一方面要发展新的分组交换技术。光纤通信技术的发展为分组交换技术的发展开辟了新的道路。光纤通信具有容量大(高速)、质量高(低误码率)等特点，光纤的数字传输误码率小于10-9，光纤数字传输能提供40Gb／s的速率，通常提供2Mb／s和34Mb／s信道。在这种通信信道条件下，分组交换中逐段的差错控制、流量控制就显得没有必要，因此快速分组交换FPS(FastPacketSwitching)技术迅速地发展起来。

快速分组交换:尽量简化协议，只具有核心的网络功能，可提供高速、高吞吐量、低时延服务的交换方式。帧中继作为快速分组交换FPS的一种，是在分组交换的基础上发展起来的，它对其复杂的协议进行了简化，可以更好地适应数字传输的特点，能够给用户提供高速率、低时延的业务，所以近年来得到了迅速的发展。小结1、分组交换的主要特点基于略质传媒、低能终端条件下，保障可靠性，适应突发的数据交换技术，采用存储—转发，逐段转发，逐段确认，后向纠错，流量控制机制，用强有力的机制技术补偿了媒体性能的不足。采用动态复用，信道利用率高。2、链路层地址规则，命令地址和响应地址；3、LAPB&LAPD的主要区别？4、一次通信全过程：建立主叫端口链路，建立到被叫端局虚信道，建立被叫端口链路，建立端到端虚信