數(shù)據(jù)通信第六章

1、第六章 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)6.1 分組交換網(wǎng)6.2.1 分組交換網(wǎng)的構(gòu)成 1設(shè)備組成 從設(shè)備來看，分組交換網(wǎng)由分組交換機(jī)(轉(zhuǎn)接、本地)、用戶終端設(shè)備、遠(yuǎn)程集中器(含分組裝拆設(shè)備)、網(wǎng)絡(luò)管理中心(NMC)以及傳輸線路等組成。 2分組交換網(wǎng)的結(jié)構(gòu) 從結(jié)構(gòu)來說，分組交換網(wǎng)通常采用兩級，根據(jù)業(yè)務(wù)流量、流向和地區(qū)情況設(shè)立一級和二級交換中心。一級交換中心可采用轉(zhuǎn)接交換機(jī)，一般設(shè)在大、中城市，它們之間相互連接構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)通常稱為骨干網(wǎng)。骨干網(wǎng)采用網(wǎng)狀網(wǎng)或不完全網(wǎng)狀網(wǎng)的分布式結(jié)構(gòu)。二級交換中心可采用本地交換機(jī)，一般設(shè)在中、小城市。從一級交換中心到二級交換中心之間一般采用星形結(jié)構(gòu)，必要時也可采用不完全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。n6.1.

2、2分組交換網(wǎng)的通信協(xié)議n1.概述n2.PAD功能及相關(guān)協(xié)議n（1）PAD相關(guān)協(xié)議nX.3：規(guī)定了PAD的工作特性和向終端提供的基本功能。nX.28：非分組型終端與PAD接口之間的規(guī)程nX.29：分組型終端與PAD接口之間的規(guī)程n（2）PAD基本功能n1.來自非分組型終端的字符流組裝成適當(dāng)分組。n2.來自分組網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)拆分成字符流n3.虛電路的建立和釋放n4.對來自非分組型終端的PAD命令信號及來自分組型終端的PAD電文進(jìn)行相應(yīng)應(yīng)答n5.對來自終端的中斷信號進(jìn)行處理n（3）X.3協(xié)議n規(guī)定了PAD的工作特性和向終端的基本功能n（4）X.28建議n定義了非分組中斷和PAD之間的接口規(guī)程n1.起止式

3、DTE和PAD之間的通路建立過程n2.起止式DTE和PAD之間進(jìn)行字符交換和業(yè)務(wù)起始過程n3.起止式DTE和PAD之間的控制信息交換過程n4.起止式DTE和PAD之間控制信息交換過程n（5）X.29建議n描述了PAD與分組型數(shù)據(jù)之間或PAD之間的接口規(guī)程。n功能：1.適用于DCE和X.25DTE之間的X.25接口和與X.25規(guī)程配合n2.用于PAD之間互通n3.規(guī)定交換PAD控制信息和用戶數(shù)據(jù)的規(guī)程n4.規(guī)定傳輸用戶數(shù)據(jù)的方式n5.規(guī)定一次虛呼叫中傳輸數(shù)據(jù)字段的格式n3.X.75建議n使不同的公用分組交換網(wǎng)互聯(lián)n特點(diǎn)：1.分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、分組層n2.是兩個網(wǎng)絡(luò)信號端接設(shè)備之間的接口規(guī)程

4、n3.64kbit/s接口速率n4.在虛電路建立和釋放的過程中建立和釋放分組n5.建議網(wǎng)間呼叫分組格式如圖n6.DEC與DEC之間的接口，是通過DCE內(nèi)的信號終端設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的，兩者是對稱的。n4.X.32建議n經(jīng)公用電話交換網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)或公用電路交換網(wǎng)接入分組交換網(wǎng)的分組型DTE和DCE之間的接口標(biāo)準(zhǔn)。n功能：1.撥入撥出功能n2.DTE與DCE之間的身份識別功能。n5.X.121建議n關(guān)于公用分組交換網(wǎng)的編號方案。n1.數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)識別碼（4位）n2.網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部編號NTN（10位）和網(wǎng)內(nèi)編號NN（11位）6.2.2 分組交換網(wǎng)的路由選擇 1對路由選擇算法的一般要求 (1)在最短時間內(nèi)使分組到

5、達(dá)目的地； (2)算法簡單，易于實(shí)現(xiàn)，以減少額外開銷； (3)使網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的工作量均衡； (4)算法應(yīng)能適應(yīng)通信量和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞鹊淖兓?，即要有自適應(yīng)性； (5)算法應(yīng)對所有用戶都是平等的。2常見的幾種路由選擇算法 路由選擇算法分為非自適應(yīng)型和自適應(yīng)型路由選擇算法兩大類。 非自適應(yīng)路由選擇算法所依據(jù)的參數(shù)，如網(wǎng)絡(luò)的流量、時延等是根據(jù)統(tǒng)計資料得來的，在較長時間內(nèi)不變；而自適應(yīng)路由選擇算法所依據(jù)的這些參數(shù)值將根據(jù)當(dāng)前通信網(wǎng)內(nèi)的各有關(guān)因素的變化，隨時作出相應(yīng)的修改。 (1)擴(kuò)散式路由算法 擴(kuò)散式算法又稱泛射算法，屬于非自適應(yīng)路由選擇算法的一種。網(wǎng)內(nèi)每一節(jié)點(diǎn)收下一個分組后就將它同時通過各條輸出鏈路發(fā)往各相

6、鄰節(jié)點(diǎn)，只有在到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)時，該分組才被移出網(wǎng)外傳輸給用戶終端。為了防止一個分組在網(wǎng)內(nèi)重復(fù)循回，規(guī)定一個分組只能出入同一節(jié)點(diǎn)一次，這樣，不管哪一個節(jié)點(diǎn)或鏈路發(fā)生故障，總有可能通過網(wǎng)內(nèi)某一路由到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)(除非目的節(jié)點(diǎn)有故障)。(2)靜態(tài)路由表法 靜態(tài)路由表法屬于查表路由法。查表路由法是在每個節(jié)點(diǎn)中使用路由表，它指明從該節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)絡(luò)中的任何終點(diǎn)應(yīng)當(dāng)選擇的路徑。路由表的計算可以由網(wǎng)絡(luò)控制中心(NCC)集中完成，然后裝入到各個節(jié)點(diǎn)之中，也可由節(jié)點(diǎn)自己計算完成。 常用的確定路由的準(zhǔn)則是最短路徑算法和最小時延算法等。 (3)動態(tài)路由表法 動態(tài)路由表法也屬于查表路由法，這種方法確定路由的準(zhǔn)則是最小時延算法。

7、n（4）幾種路由算法的比較n擴(kuò)散式路由算法：可確保網(wǎng)絡(luò)連通可靠性，但總的延時將因傳輸量的倍增和非最佳路徑的選擇而受損失n靜態(tài)路由表法：使用最短距離原則確定路由表，正常工作條件下能保持良好的時延性能。但是對于網(wǎng)絡(luò)中傳輸量變化和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施方面出現(xiàn)問題時的應(yīng)變能力差。n動態(tài)路由表法：按最小時延法則具有自適應(yīng)能力的路由表法則，能提供較好的時延性能，對網(wǎng)絡(luò)工作條件變化有一定的靈活性，但是要付出交換機(jī)或網(wǎng)絡(luò)控制中心在信息儲存能力、傳輸能力和處理能力上的一定代價。n3.數(shù)據(jù)報與虛電路方式的路由選擇n數(shù)據(jù)報：交換節(jié)點(diǎn)對每個分組進(jìn)行路由選擇；節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)時根據(jù)分組中的目的地址，查節(jié)點(diǎn)內(nèi)的路由表為分組選擇路由。n虛

8、電路：在建立虛電路時建立，對一次虛呼叫確定路由，路由選擇由節(jié)點(diǎn)接到呼叫請求分組后執(zhí)行。6.2.3 分組交換網(wǎng)的流量控制 1流量控制的必要性(目的)網(wǎng)絡(luò)輸入負(fù)荷每秒鐘由數(shù)據(jù)源輸入到網(wǎng)絡(luò)的分組數(shù)量。網(wǎng)絡(luò)吞吐量每秒發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)終點(diǎn)的分組數(shù)量，即每秒流出網(wǎng)絡(luò)的分組數(shù)量。網(wǎng)絡(luò)阻塞網(wǎng)絡(luò)的吞吐量隨網(wǎng)絡(luò)輸入負(fù)荷的增大而下降，這種現(xiàn)象稱為網(wǎng)絡(luò)阻塞。死鎖當(dāng)網(wǎng)絡(luò)輸入負(fù)荷繼續(xù)增大到一定程度時，網(wǎng)絡(luò)的吞吐量下降為零，數(shù)據(jù)停止流動，這就是死鎖。 流量控制的目的是保證網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)流量的平滑均勻，提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐能力和可靠性，減小分組平均時延，防止阻塞和死鎖。2流量控制的類型 網(wǎng)內(nèi)存在著如下四級流量控制結(jié)構(gòu)(即流量控制的類型)：

9、(1)段級控制。（相鄰節(jié)點(diǎn)） (2)“網(wǎng)一端”級控制。 (3)“源一目的”級控制。 (4)“端一端”級控制。3流量控制的方式 (1)證實(shí)法（發(fā)送等響應(yīng)） (2)預(yù)約法（分配緩沖） (3)許可證法 (4)窗口方式4窗口方式流量控制 所謂窗口方式流量控制就是根據(jù)接收方緩沖存儲器容量，用能夠連續(xù)接收分組數(shù)目來控制收發(fā)方之間的通信量，這個分組數(shù)目就稱為窗口尺寸W。換句話說，窗口方式流量控制就是允許發(fā)送端發(fā)出的未被確認(rèn)的分組數(shù)目不能超過W個。 窗口尺寸是窗口方式流量控制的關(guān)鍵參數(shù)。如果窗口尺寸過小，通過量受到過分的控制，會降低網(wǎng)的效率；而窗口尺寸過大就會失去防止阻塞的控制作用。6.2 幀中繼網(wǎng) 幀中繼基

10、本原理 1.幀中繼的概念 幀中繼(FR)技術(shù)是分組交換的升級技術(shù)，它是在OSI第二層上用筒化的方法傳送和交換數(shù)據(jù)單元的一種技術(shù)，以幀為單位存儲-轉(zhuǎn)發(fā)。 幀中繼交換機(jī)僅完成OSI物理層和鏈路層核心層的功能，將流量控制、糾錯控制等留給終端去完成，大大簡化了節(jié)點(diǎn)機(jī)之間的協(xié)議，縮短了傳輸時延，提高了傳輸效率。 2幀中繼發(fā)展的必要條件 （1）光纖傳輸線路的使用 （2）用戶終端的智能化6.2.1 幀中繼協(xié)議 1幀中繼的協(xié)議結(jié)構(gòu) 幀中繼協(xié)議分為用戶（U）平面和控制（C）平面兩部分。用戶平面是完成用戶信息的傳遞所需功能及協(xié)議；控制平面則是有關(guān)控制信令的功能及協(xié)議。 幀中繼用戶平面的協(xié)議結(jié)構(gòu)分為兩層：物理層和數(shù)

11、據(jù)鏈路層（DL）。其中數(shù)據(jù)鏈路層又可分為兩個子層：DL控制子層（DL-CONTROL）和DL核心子層（DL-CORE）。n2幀中繼的幀結(jié)構(gòu)3數(shù)據(jù)鏈路層的核心協(xié)議 幀中繼采用Q.922核心層協(xié)議作為數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，Q.922核心層功能主要包括： （1）幀的定界、同步和透明性。 （2）使用地址字段進(jìn)行幀的復(fù)用分路。即允許在同一通路（物理連接）上建立多條數(shù)據(jù)鏈路連接（邏輯連接），并使它們相互獨(dú)立工作。 （3）幀傳輸差錯檢測（但不糾錯）。 （4）檢測傳輸幀在“0”比特插入之前和刪除之后，是否由整數(shù)個八比特組組成。 （5）檢測幀長是否正確。n4.幀中繼對無效幀的處理n舍棄,不通知發(fā)送端。n無效幀：n沒有

12、用兩個標(biāo)志所分界n地址段與結(jié)束標(biāo)志之間字節(jié)數(shù)少于3個n0比特插入之前或刪除之后，幀不是由整數(shù)個字節(jié)組成n包含一個FCS的差錯n只包含一個字節(jié)的地址段n包含一個不為接收機(jī)支持的DLCIn5.幀中繼的尋址方式nDLCI：數(shù)據(jù)鏈路標(biāo)示符6.2.2 幀中繼網(wǎng)的組成 1典型的幀中繼網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?網(wǎng)絡(luò)組成幀中繼網(wǎng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營、管理和地理區(qū)域等因素分為三層：國家骨干網(wǎng)、省內(nèi)網(wǎng)和本地網(wǎng)。6.2.3 幀中繼網(wǎng)的應(yīng)用 1局域網(wǎng)互連 2虛擬專用網(wǎng) 3作為分組交換網(wǎng)節(jié)點(diǎn)機(jī)之間的中繼傳輸 4其他應(yīng)用 除了以上幾種典型的應(yīng)用以外，幀中繼的應(yīng)用還有： （1）可為高分辨可視圖文、CAD/CAM等需要傳送高分辨率圖形數(shù)據(jù)的用戶，

13、提供高吞吐量（5002048Kbit/s）、低時延（小于幾十ms）的數(shù)據(jù)傳送業(yè)務(wù)。 （2）可為時延要求不高、數(shù)據(jù)量大的大型文件的用戶提供高吞吐量（162048Kbit/s）的數(shù)據(jù)傳送業(yè)務(wù)。 （3）可為幀短、時延要求高、數(shù)據(jù)量少的文本編輯用戶提供低時延的數(shù)據(jù)傳送業(yè)務(wù)。n6.2.4 幀中繼用戶接入n1.幀中繼的用戶-網(wǎng)絡(luò)接口規(guī)程n2.用戶入網(wǎng)方式n3.幀中繼用戶接入設(shè)備n路由器n網(wǎng)橋n幀中繼裝/拆設(shè)備n標(biāo)準(zhǔn)的幀中繼終端n4.用戶接入電路n二線（四線）話帶調(diào)制解調(diào)傳輸方式、基帶傳輸方式、2B+D話路終端傳輸方式、ISDN撥號接入、PCM數(shù)字線路、其他數(shù)字接入n6.2.5 幀中繼網(wǎng)的業(yè)務(wù)管理n1.寬帶

14、管理(動態(tài)分配)n2.擁塞管理（終點(diǎn)、源點(diǎn)）n3.PVC管理6.3ATM網(wǎng)n6.3.1 ATM網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)nATM網(wǎng)包括公用ATM網(wǎng)絡(luò)和專用ATM網(wǎng)絡(luò)n公用ATM網(wǎng)絡(luò)：由電信部門建立、運(yùn)營和管理。n專用ATM網(wǎng)絡(luò)：某一部門所擁有的專用網(wǎng)絡(luò)。n信元傳輸方式n基于信元：ATM交換機(jī)之間直接傳輸信元n基于SDH：利用同步數(shù)字體系的幀結(jié)構(gòu)傳送ATM信元n基于PDH：利用準(zhǔn)同步數(shù)字體系的幀結(jié)構(gòu)來傳送ATM信元n6.3.2ATM網(wǎng)的用戶-網(wǎng)絡(luò)接口n1.B-ISDN用戶-網(wǎng)絡(luò)接口參考配置n2.B-ISDN用戶-網(wǎng)絡(luò)接口物理配置模型n6.3.3ATM協(xié)議參考模型n1.CCITT關(guān)于B-ISND的建議n2.AT

15、M協(xié)議參考模型n6.3.4 ATM網(wǎng)的應(yīng)用n1.作為幀中繼網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間的中繼傳輸網(wǎng)n2.ATM局域網(wǎng)n優(yōu)點(diǎn)：n信息實(shí)時傳遞n較大的網(wǎng)絡(luò)處理能力n傳輸速率高n易于使局域網(wǎng)和公共網(wǎng)網(wǎng)間互通n結(jié)構(gòu)n3.IP over ATM6.4 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)6.4.1 DDN的基本概念 1DDN的概念 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)是利用數(shù)字信道來傳輸數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)(即利用PCM信道傳輸數(shù)據(jù)信號)。更確切地講，DDN是以滿足開放系統(tǒng)互連(OSI)數(shù)據(jù)通信環(huán)境為基本需要，采用數(shù)字交叉連接技術(shù)和數(shù)字傳輸系統(tǒng)，以提供高速數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸網(wǎng)。 2DDN的特點(diǎn) (1)傳輸速率高，網(wǎng)絡(luò)時延小 (2)傳輸質(zhì)量好 (

16、3)傳輸距離遠(yuǎn) (4)傳輸安全可靠 (5)透明傳輸 (6)DDN的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理簡便3DDN的用途 (1)DDN用于向用戶提供專用的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信道 (2)DDN可為公用數(shù)據(jù)交換網(wǎng)提供交換節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸信道 (3)DDN可提供將用戶接入公用數(shù)據(jù)交換網(wǎng)的接入信道 (4)利用DDN可以進(jìn)行局域網(wǎng)的互連n6.4.2DDN的構(gòu)成n本地傳輸系統(tǒng)n復(fù)用及數(shù)字交叉系統(tǒng)n局間傳輸系統(tǒng)n網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)n1.本地傳輸系統(tǒng)n用戶設(shè)備（DTE）、用戶環(huán)（用戶線、用戶接入單元）組成n入網(wǎng)方式n直接接入n通過兩個用戶網(wǎng)絡(luò)接入單元接入n通過單個NAU接入n具體方式：n二線模擬傳輸方式n二線（或四線）話路頻帶型調(diào)制解調(diào)器傳輸方式n

17、二線（或四線）基帶傳輸方式n模擬話音和數(shù)據(jù)復(fù)用方式n數(shù)字話音和數(shù)據(jù)復(fù)用方式nPCM數(shù)字線路傳輸方式n2B+D速率線路終接傳輸方式n路由（網(wǎng)橋）接入方式nHDSL，ADSL接入n2.復(fù)用及數(shù)字交叉連接系統(tǒng)n復(fù)用：n一級復(fù)用：子速率（小于64kbit/s）復(fù)用。n二級復(fù)用：PCM幀復(fù)用，64kbit/s的零次群按32路PCM幀格式進(jìn)行復(fù)用，成為2.048mbit/s的數(shù)字信號n數(shù)字交叉鏈接n指一種或具有一個或多個G.702或G.707標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字端口設(shè)備，可對其任一端口信號與其他端口信號進(jìn)行可控鏈接或在連接的設(shè)備。n功能n靈活組網(wǎng)n業(yè)務(wù)管理n性能監(jiān)視n網(wǎng)絡(luò)保護(hù)n網(wǎng)間互聯(lián)n3.局間傳輸與網(wǎng)同步n局間傳

18、輸n節(jié)點(diǎn)間數(shù)字信道以及由各節(jié)點(diǎn)通過與數(shù)字信道的各種連接方式組成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。nDDN的網(wǎng)同步系統(tǒng)n必要性n實(shí)現(xiàn)方式n網(wǎng)同步n4.網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)nDDN的網(wǎng)絡(luò)管理方式n采用分級管理方式（NMC、NMT）n上級網(wǎng)管逐級觀察下級網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，告警、故障信息能及時反映到上級網(wǎng)管中心，實(shí)現(xiàn)同一網(wǎng)管。n網(wǎng)絡(luò)管理控制功能n通過NMC、NMT完成以下功能n網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)配置n實(shí)施監(jiān)管運(yùn)行n對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)、測量并對故障定位n網(wǎng)絡(luò)信息的收集，做出統(tǒng)計報告n兼容網(wǎng)管6.4.3 DDN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 1DDN的三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)我國DDN網(wǎng)按網(wǎng)絡(luò)的組建、運(yùn)營、管理的地理區(qū)域，可分為一級干線網(wǎng)、二級干線網(wǎng)和本地網(wǎng)三級。 2DDN節(jié)點(diǎn) (1)DDN節(jié)點(diǎn)的功能 復(fù)用和解復(fù)用； 交叉連接； 提供各種數(shù)字通道接口和用戶接口，接入各種業(yè)務(wù)； 保持網(wǎng)絡(luò)同步。(2)DDN節(jié)點(diǎn)機(jī)分類 骨干節(jié)點(diǎn)機(jī)(大型2Mbits節(jié)點(diǎn)機(jī))。骨干節(jié)點(diǎn)機(jī)是高層骨干網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)機(jī)，它主要執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)接功能。 接入節(jié)點(diǎn)機(jī)(中型節(jié)點(diǎn)機(jī))。接入節(jié)點(diǎn)機(jī)主要提供接入功能。 用戶節(jié)點(diǎn)機(jī)(小型節(jié)點(diǎn)機(jī))：用戶節(jié)點(diǎn)機(jī)為DDN用戶入網(wǎng)提供接口和必要的協(xié)議轉(zhuǎn)換。 它可能是一個復(fù)用器，可以接入多種業(yè)務(wù)。