現(xiàn)代交換原理 第5章 分組交換

1、第五章第五章 分組交換技術(shù)分組交換技術(shù) 5.1 分組交換技術(shù)的產(chǎn)生分組交換技術(shù)的產(chǎn)生5.1.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成分組交換是適應(yīng)計(jì)算機(jī)通信的需求而發(fā)展起來(lái)的一分組交換是適應(yīng)計(jì)算機(jī)通信的需求而發(fā)展起來(lái)的一種通信技術(shù)，是一種重要的數(shù)據(jù)通信手段。種通信技術(shù)，是一種重要的數(shù)據(jù)通信手段。數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)：無(wú)論文字、語(yǔ)音、圖像，只要能用編碼的無(wú)論文字、語(yǔ)音、圖像，只要能用編碼的方法形成各種代碼的組合，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，并可用方法形成各種代碼的組合，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，并可用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，加工都統(tǒng)稱(chēng)為數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，加工都統(tǒng)稱(chēng)為數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信：凡是在終端以編碼方式表示的信息：凡是在終端

2、以編碼方式表示的信息,用用脈沖形式在信道上傳送的信息都叫數(shù)據(jù)通信。脈沖形式在信道上傳送的信息都叫數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信：用通信線(xiàn)路將遠(yuǎn)地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備和主：用通信線(xiàn)路將遠(yuǎn)地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備和主計(jì)算機(jī)連接起來(lái)進(jìn)行信息處理。計(jì)算機(jī)連接起來(lái)進(jìn)行信息處理。一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主計(jì)算機(jī)主計(jì)算機(jī)交換網(wǎng)交換網(wǎng)用戶(hù)用戶(hù)1用戶(hù)用戶(hù)2用戶(hù)用戶(hù)3用戶(hù)用戶(hù)4數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)：由：由數(shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備，主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和和數(shù)據(jù)電路數(shù)據(jù)電路組成。組成。數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備輸出設(shè)備數(shù)據(jù)電路數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備終接設(shè)備數(shù)據(jù)電路數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備終接設(shè)備傳輸傳輸控制器控制器通信通信

3、控制器控制器中央中央處理機(jī)處理機(jī)傳輸信道傳輸信道數(shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)電路數(shù)據(jù)電路接口接口接口接口DCEDCEDTEDTE數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)鏈路模擬信道模擬信道Modem數(shù)字信道數(shù)字信道多路復(fù)用器多路復(fù)用器數(shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）分組終端分組終端非分組終端非分組終端執(zhí)行執(zhí)行X.25協(xié)議協(xié)議不執(zhí)行不執(zhí)行X.25協(xié)議協(xié)議或無(wú)規(guī)程終端或無(wú)規(guī)程終端PAD（分組拆裝設(shè)備）（分組拆裝設(shè)備）數(shù)據(jù)電路數(shù)據(jù)電路數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）傳輸信道傳輸信道接口接口X.25信號(hào)的變換、信號(hào)的變換、適配、編碼適配、編碼數(shù)據(jù)通信必須按一定規(guī)程進(jìn)行控制，保證雙方協(xié)調(diào)、可靠地工作

4、數(shù)據(jù)通信必須按一定規(guī)程進(jìn)行控制，保證雙方協(xié)調(diào)、可靠地工作通信線(xiàn)路連接、雙方同步方式的選擇、差錯(cuò)控制通信線(xiàn)路連接、雙方同步方式的選擇、差錯(cuò)控制傳輸控制規(guī)程傳輸控制規(guī)程 + 數(shù)據(jù)電路數(shù)據(jù)電路 = 數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)鏈路由傳輸控制器和通信控制器執(zhí)行由傳輸控制器和通信控制器執(zhí)行具有較好的具有較好的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量5.1.2 分組交換技術(shù)的產(chǎn)生分組交換技術(shù)的產(chǎn)生n數(shù)據(jù)通信的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)通信的特點(diǎn)：n(1)(1)完全是機(jī)器與機(jī)器之間的通信。完全是機(jī)器與機(jī)器之間的通信。n(2)(2)業(yè)務(wù)突發(fā)性。業(yè)務(wù)突發(fā)性。n(3)(3)誤碼率要求高。誤碼率要求高。n(4)(4)時(shí)延要求不高。時(shí)延要求不高。 電路交換電路交換

5、數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)交換 報(bào)文交換報(bào)文交換 分組交換分組交換5.1.2 分組交換技術(shù)的產(chǎn)生分組交換技術(shù)的產(chǎn)生分組交換：信息傳遞最小單位分組交換：信息傳遞最小單位-分組分組 原理：原理：存儲(chǔ)存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)分組交換網(wǎng)：采用分組交換技術(shù)為基本信息分組交換網(wǎng)：采用分組交換技術(shù)為基本信息 交換方式的通信網(wǎng)。交換方式的通信網(wǎng)。公用分組交換網(wǎng)（公用分組交換網(wǎng)（CHINAPACCHINAPAC）：）：19931993分組交換的工作原理分組交換的工作原理分組交換機(jī)分組交換機(jī)甲甲分組裝拆接口分組裝拆接口分組交換機(jī)分組交換機(jī)乙乙分組裝拆接口分組裝拆接口分組交換機(jī)分組交換機(jī)丙丙存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器報(bào)文報(bào)文報(bào)文

6、報(bào)文分組裝拆模塊分組裝拆模塊（PAD）分組分組終端終端非分組非分組終端終端非分組非分組終端終端分組分組終端終端CCC11C2DDDD3212C2CD1D23DAABCDAC：數(shù)據(jù)報(bào)：數(shù)據(jù)報(bào)BD：虛電路：虛電路5.2 分組交換技術(shù)分組交換技術(shù)n5.2.1 5.2.1 資源分配資源分配n1.1.預(yù)分配資源技術(shù)（預(yù)分配資源技術(shù)（固定資源分配固定資源分配）n根據(jù)用戶(hù)要求根據(jù)用戶(hù)要求預(yù)先預(yù)先把線(xiàn)路傳輸容量的某一部分把線(xiàn)路傳輸容量的某一部分固定固定地分配給某個(gè)用戶(hù)。地分配給某個(gè)用戶(hù)。傳輸容量傳輸容量頻率頻率時(shí)間時(shí)間-同步時(shí)分復(fù)用同步時(shí)分復(fù)用-頻分復(fù)用頻分復(fù)用 -子頻帶子頻帶 時(shí)隙時(shí)隙 -電路交換電路交換n

7、同步時(shí)分復(fù)用：位置化信道同步時(shí)分復(fù)用：位置化信道n每個(gè)用戶(hù)的數(shù)據(jù)在固定的子信道中傳輸，每個(gè)用戶(hù)的數(shù)據(jù)在固定的子信道中傳輸，由子信道在時(shí)間軸上的位置區(qū)分不同的用戶(hù)由子信道在時(shí)間軸上的位置區(qū)分不同的用戶(hù)信息。信息。 n特點(diǎn)：特點(diǎn)：n接收容易接收容易n每個(gè)用戶(hù)傳輸速率固定，每個(gè)用戶(hù)傳輸速率固定，64kbpsn利用率低利用率低2. 動(dòng)態(tài)資源分配技術(shù)動(dòng)態(tài)資源分配技術(shù)n動(dòng)態(tài)分配（按需分配）：用戶(hù)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)才動(dòng)態(tài)分配（按需分配）：用戶(hù)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)才分配資源。分配資源。n統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用（統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用（STDM）：）：標(biāo)志化信道標(biāo)志化信道 n各個(gè)用戶(hù)數(shù)據(jù)在通信線(xiàn)路上互相交織傳輸，由各個(gè)用戶(hù)數(shù)據(jù)在通信線(xiàn)路上互相交

8、織傳輸，由分組頭中標(biāo)記識(shí)別來(lái)自不同終端的用戶(hù)數(shù)據(jù)。分組頭中標(biāo)記識(shí)別來(lái)自不同終端的用戶(hù)數(shù)據(jù)。n特點(diǎn)特點(diǎn)n利用率高利用率高n每個(gè)用戶(hù)的數(shù)據(jù)傳輸速率可以高于平均速率，每個(gè)用戶(hù)的數(shù)據(jù)傳輸速率可以高于平均速率，最高可以達(dá)到線(xiàn)路總的傳輸能力。最高可以達(dá)到線(xiàn)路總的傳輸能力。n可能會(huì)丟失數(shù)據(jù)可能會(huì)丟失數(shù)據(jù)邏輯信道邏輯信道n邏輯信道：由邏輯信道號(hào)邏輯信道：由邏輯信道號(hào)LCN標(biāo)識(shí)。標(biāo)識(shí)。邏輯信道號(hào)邏輯信道號(hào)1.分配邏輯信道號(hào)分配邏輯信道號(hào)2.建立終端號(hào)和邏輯信道號(hào)對(duì)照表建立終端號(hào)和邏輯信道號(hào)對(duì)照表終端號(hào)終端號(hào)統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用邏輯信道的特點(diǎn)邏輯信道的特點(diǎn) n(1) 終端呼叫時(shí)，分配終端呼叫時(shí)，分配“邏輯信道

9、號(hào)邏輯信道號(hào)”。n同一個(gè)終端可以同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立多個(gè)數(shù)據(jù)通路，它們之同一個(gè)終端可以同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立多個(gè)數(shù)據(jù)通路，它們之間通過(guò)間通過(guò)LCN來(lái)進(jìn)行區(qū)分；來(lái)進(jìn)行區(qū)分；n在同一次呼叫連接中，來(lái)自某一個(gè)終端的數(shù)據(jù)的邏輯信道在同一次呼叫連接中，來(lái)自某一個(gè)終端的數(shù)據(jù)的邏輯信道號(hào)應(yīng)該是相同的。號(hào)應(yīng)該是相同的。n(2)邏輯信道號(hào)是在用戶(hù)至交換機(jī)或交換機(jī)之間的網(wǎng)內(nèi)中繼線(xiàn)邏輯信道號(hào)是在用戶(hù)至交換機(jī)或交換機(jī)之間的網(wǎng)內(nèi)中繼線(xiàn)上可以被分配的、代表了信道的一種編號(hào)資源。上可以被分配的、代表了信道的一種編號(hào)資源。 邏輯信道號(hào)不在全網(wǎng)中有效，而是在每段鏈路上局部有邏輯信道號(hào)不在全網(wǎng)中有效，而是在每段鏈路上局部有效，只具有局部意

10、義。網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備要負(fù)責(zé)出效，只具有局部意義。網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備要負(fù)責(zé)出/入線(xiàn)上邏輯入線(xiàn)上邏輯信道號(hào)的轉(zhuǎn)換。信道號(hào)的轉(zhuǎn)換。n(3)邏輯信道號(hào)是一種客觀的存在。邏輯信道總是處于下列狀邏輯信道號(hào)是一種客觀的存在。邏輯信道總是處于下列狀態(tài)中的某一種：態(tài)中的某一種：“準(zhǔn)備好準(zhǔn)備好”狀態(tài)、狀態(tài)、“呼叫建立呼叫建立”狀態(tài)、狀態(tài)、“數(shù)數(shù)據(jù)傳輸據(jù)傳輸”狀態(tài)、狀態(tài)、“呼叫清除呼叫清除”狀態(tài)。狀態(tài)。5.2.2 分組的形成分組的形成首先將通信電文分成若干個(gè)分組（分組頭首先將通信電文分成若干個(gè)分組（分組頭+信息字段），為信息字段），為了可靠傳輸，將分組加上高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制（了可靠傳輸，將分組加上高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC

11、）規(guī)）規(guī)程標(biāo)識(shí)、幀校檢序列，以幀的形式在信道上傳輸。程標(biāo)識(shí)、幀校檢序列，以幀的形式在信道上傳輸。F A C分組頭分組頭用戶(hù)數(shù)據(jù)用戶(hù)數(shù)據(jù)FCSFFCFCSF分組頭分組頭A通信電文通信電文AFCFFCS分組頭分組頭分組分組1分組分組2分組分組3F：標(biāo)志字段，幀的定界：標(biāo)志字段，幀的定界A：地址字段，相鄰節(jié)點(diǎn)傳輸方向：地址字段，相鄰節(jié)點(diǎn)傳輸方向C：控制字段，指示幀的類(lèi)型：控制字段，指示幀的類(lèi)型FCS：幀校驗(yàn)序列，：幀校驗(yàn)序列，CRC校驗(yàn)碼校驗(yàn)碼分組頭：分組頭：3字節(jié)，包含字節(jié)，包含12bit邏輯信邏輯信道號(hào)，道號(hào)，DTE與與DCE之間最多之間最多212=4096條邏輯信道條邏輯信道5.2.3 分組交

12、換方式分組交換方式n一個(gè)分組從發(fā)送終端傳送到接收終端，必須沿一定一個(gè)分組從發(fā)送終端傳送到接收終端，必須沿一定的路徑經(jīng)過(guò)分組交換網(wǎng)絡(luò)。那么分組是如何穿過(guò)網(wǎng)的路徑經(jīng)過(guò)分組交換網(wǎng)絡(luò)。那么分組是如何穿過(guò)網(wǎng)絡(luò)的呢？目前有兩種方法實(shí)現(xiàn)：數(shù)據(jù)報(bào)絡(luò)的呢？目前有兩種方法實(shí)現(xiàn)：數(shù)據(jù)報(bào)（Datagram）和虛電路（）和虛電路（Virtual Circuit）。）。 1.數(shù)據(jù)報(bào)（數(shù)據(jù)報(bào)（Datagram） 2.虛電路（虛電路（Virtual Circuit）數(shù)據(jù)報(bào)（數(shù)據(jù)報(bào)（Datagram）n在數(shù)據(jù)報(bào)方式中，分組被獨(dú)立的對(duì)待，每一個(gè)分在數(shù)據(jù)報(bào)方式中，分組被獨(dú)立的對(duì)待，每一個(gè)分組都包含終點(diǎn)地址信息，獨(dú)立進(jìn)行路由選擇。一

13、組都包含終點(diǎn)地址信息，獨(dú)立進(jìn)行路由選擇。一個(gè)被獨(dú)立對(duì)待的分組就稱(chēng)為一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)個(gè)被獨(dú)立對(duì)待的分組就稱(chēng)為一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào) 。用戶(hù)用戶(hù)AN1N3N2N5N4用戶(hù)用戶(hù)B數(shù)據(jù)報(bào)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)報(bào)的特點(diǎn) n(1) 無(wú)連接，對(duì)短報(bào)文通信效率比較高。無(wú)連接，對(duì)短報(bào)文通信效率比較高。n(2) 網(wǎng)絡(luò)的健壯性較好。網(wǎng)絡(luò)的健壯性較好。n(3) 分組失序。分組失序。n(4) 分組頭復(fù)雜：需包含目的終端地址。分組頭復(fù)雜：需包含目的終端地址。虛電路（虛電路（Virtual Circuit）n通信終端在收發(fā)數(shù)據(jù)之前，先在網(wǎng)絡(luò)中建立一條通信終端在收發(fā)數(shù)據(jù)之前，先在網(wǎng)絡(luò)中建立一條邏輯邏輯連接，在通信過(guò)程中，用戶(hù)數(shù)據(jù)按照順序沿連接，在通信過(guò)程

14、中，用戶(hù)數(shù)據(jù)按照順序沿著該邏輯連接到達(dá)終點(diǎn)。著該邏輯連接到達(dá)終點(diǎn)。n分組交換網(wǎng)提供的虛電路交換方式分組交換網(wǎng)提供的虛電路交換方式n交換虛電路（交換虛電路（SVC：Switch Virtual Circuit）n永久虛電路（永久虛電路（PVC：Permanent Virtual Circuit）分組交換中虛電路與電路交換中建立電路的區(qū)別分組交換中虛電路與電路交換中建立電路的區(qū)別n （1）分組交換虛電路方式中兩個(gè)用戶(hù)終端之間建）分組交換虛電路方式中兩個(gè)用戶(hù)終端之間建立的是虛連接；而電路交換兩用戶(hù)終端之間建立的立的是虛連接；而電路交換兩用戶(hù)終端之間建立的是實(shí)連接。是實(shí)連接。n （2）建立實(shí)連接時(shí)，不

15、但確定了信息所走的路徑，）建立實(shí)連接時(shí)，不但確定了信息所走的路徑，同時(shí)還為信息的傳送預(yù)留了帶寬資源；而建立虛電同時(shí)還為信息的傳送預(yù)留了帶寬資源；而建立虛電路時(shí)，僅僅是確定了信息所走的端到端的路徑，但路時(shí)，僅僅是確定了信息所走的端到端的路徑，但并不一定要求預(yù)留帶寬資源。并不一定要求預(yù)留帶寬資源。網(wǎng)中已建立起兩條虛電路，網(wǎng)中已建立起兩條虛電路，VC1：Al23B，VC2：C1245D。在在12之間的物理鏈路上，之間的物理鏈路上，VCl、VC2共享資源。共享資源。若若VCl暫時(shí)無(wú)數(shù)據(jù)可送時(shí)，網(wǎng)絡(luò)將保持這種連接，但將所有的傳暫時(shí)無(wú)數(shù)據(jù)可送時(shí)，網(wǎng)絡(luò)將保持這種連接，但將所有的傳送能力和交換機(jī)的處理能力交給

16、送能力和交換機(jī)的處理能力交給VC2，此時(shí)，此時(shí)VCl不占用帶寬資源。不占用帶寬資源。虛電路的特點(diǎn)虛電路的特點(diǎn) n(1)面向連接，對(duì)長(zhǎng)報(bào)文傳輸效率高。面向連接，對(duì)長(zhǎng)報(bào)文傳輸效率高。n(2)分組按序傳送。分組按序傳送。n(3)分組頭簡(jiǎn)單：不需包含目的終端地址。分組頭簡(jiǎn)單：不需包含目的終端地址。n(4)對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障敏感。對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障敏感。數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路的對(duì)比數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路的對(duì)比 n（1）適應(yīng)業(yè)務(wù)種類(lèi)：短報(bào)文）適應(yīng)業(yè)務(wù)種類(lèi)：短報(bào)文or長(zhǎng)報(bào)文長(zhǎng)報(bào)文 n（2）分組是否失序。）分組是否失序。n（3）對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障是否敏感。）對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障是否敏感。 虛電路與邏輯信道虛電路與邏輯信道（1）虛電路是在）虛電路是在DTE-D

17、TE之間建立的虛連接，存在于之間建立的虛連接，存在于端到端之間；邏輯信道是端到端之間；邏輯信道是DTE-DCE接口或中繼線(xiàn)上可接口或中繼線(xiàn)上可分配的資源，存在于點(diǎn)到點(diǎn)之間，一條線(xiàn)路上可以存分配的資源，存在于點(diǎn)到點(diǎn)之間，一條線(xiàn)路上可以存在多個(gè)邏輯信道。在多個(gè)邏輯信道。 一條虛電路是由多個(gè)邏輯信道連接而成。每條線(xiàn)路的一條虛電路是由多個(gè)邏輯信道連接而成。每條線(xiàn)路的邏輯信道號(hào)是獨(dú)立分配的，同一條虛電路在不同線(xiàn)路邏輯信道號(hào)是獨(dú)立分配的，同一條虛電路在不同線(xiàn)路上的邏輯信道號(hào)可能是不相同的。上的邏輯信道號(hào)可能是不相同的。（2）邏輯信道是一直存在的，它分為占用和空閑兩種狀）邏輯信道是一直存在的，它分為占用和空

18、閑兩種狀態(tài)；虛電路（不包括永久虛電路）隨著通信的開(kāi)始而態(tài)；虛電路（不包括永久虛電路）隨著通信的開(kāi)始而建立，通信結(jié)束后就被清除。建立，通信結(jié)束后就被清除。 5.2.4 路由選擇路由選擇n分組交換網(wǎng)的主要功能就是接受來(lái)自源站點(diǎn)的分分組交換網(wǎng)的主要功能就是接受來(lái)自源站點(diǎn)的分組，并將它們傳送到目的站點(diǎn)。因?yàn)橥ǔＴ诰W(wǎng)絡(luò)組，并將它們傳送到目的站點(diǎn)。因?yàn)橥ǔＴ诰W(wǎng)絡(luò)中存在多條從源站點(diǎn)到目的站點(diǎn)的路徑也就是路中存在多條從源站點(diǎn)到目的站點(diǎn)的路徑也就是路由，所以為了完成分組傳送這個(gè)任務(wù)，必須選擇由，所以為了完成分組傳送這個(gè)任務(wù)，必須選擇其中的一條路徑，這就是路由選擇功能其中的一條路徑，這就是路由選擇功能 .幾種常見(jiàn)的路由選擇策略幾種常見(jiàn)的路由選擇策略n固定路由選擇固定路由選擇n泛法路由選擇泛法路由選擇n隨機(jī)路由選擇隨機(jī)路由選擇n自適應(yīng)路由選擇自適應(yīng)路由選擇5.2.5 流量控制流量控制n分組交換網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)交換機(jī)的處理能力和各條分組交換網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)交換機(jī)的處理能力和