分組交換技術(shù)課件

分組交換技術(shù)1概述2分組交換原理3X.25協(xié)議4幀中繼技術(shù)

分組交換技術(shù)1概述15.1概述分組交換PS(PacketSwitching)技術(shù)的研究是從20世紀(jì)60年代開始的。適合于進行遠距離數(shù)據(jù)通信的技術(shù).分組交換技術(shù)是一種存儲—轉(zhuǎn)發(fā)的交換技術(shù)，它結(jié)合了電路交換和早期的存儲—轉(zhuǎn)發(fā)交換方式——報文交換的特點，克服了電路交換線路利用率低的缺點，同時又不像報文交換那樣時延非常大。5.1概述分組交換PS(PacketSwitching2分組的形成

來自數(shù)據(jù)終端的用戶數(shù)據(jù)可能是很長的報文，我們需要將該報文拆分成若干段，并加上分組頭，組成一個完整的分組（packet），如圖所示。分組的形成

來自數(shù)據(jù)終端的用戶數(shù)據(jù)可能是很長的報文，我們需要3分組交換的優(yōu)缺點1.分組交換的優(yōu)點線路利用率較高。分組交換在線路上采用動態(tài)統(tǒng)計時分復(fù)用的技術(shù)傳送各個分組，因此提高了傳輸介質(zhì)(包括用戶線和中繼線)的利用率異種終端通信。由于采用存儲—轉(zhuǎn)發(fā)方式，不需要建立端到端的物理連接，因此不必像電路交換中那樣，通信雙方的終端必須具有同樣的速率和控制規(guī)程。(3)數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量好、可靠性高(4)負荷控制(5)經(jīng)濟性好分組交換的優(yōu)缺點42．分組交換的缺點信息傳送時延大分組在每個節(jié)點機內(nèi)都要經(jīng)歷存儲、排隊、轉(zhuǎn)發(fā)的過程用戶的信息被分成了多個分組，每個分組附加的分組頭都需要交換機進行分析處理，從而增加了開銷分組交換技術(shù)的協(xié)議和控制比較復(fù)雜有流量控制，差錯控制，還有代碼、速率的變換方法和接口，網(wǎng)絡(luò)的管理和控制的智能化等協(xié)議2．分組交換的缺點55.2分組交換原理統(tǒng)計時分復(fù)用是采用動態(tài)分配(即按需分配)，只有在用戶有數(shù)據(jù)傳送時才給它分配資源.每個終端的數(shù)據(jù)使用一個自己獨有的“標(biāo)記”，各個用戶數(shù)據(jù)是以分組頭中的“標(biāo)記”來區(qū)分的.優(yōu)點:獲得較高的信道利用率缺點:產(chǎn)生附加的隨機時延并且有丟失數(shù)據(jù)的可能5.2分組交換原理統(tǒng)計時分復(fù)用6圖5.1統(tǒng)計時分復(fù)用圖5.1統(tǒng)計時分復(fù)用7邏輯信道在一條共享的物理線路上，實質(zhì)上形成了邏輯上的多條子信道，各個子信道用相應(yīng)的號碼表示,即邏輯信道號LCN邏輯信道號LCN:由邏輯信道群號及群內(nèi)邏輯信道號組成邏輯信道在一條共享的物理線路上，實質(zhì)上形成了邏輯上8圖5.2邏輯信道的概念示意圖5.2邏輯信道的概念示意9邏輯信道具有如下特點：在終端每次呼叫時，根據(jù)當(dāng)時的實際情況分配LCN,每次呼叫可以分配不同的邏輯信道號.同一個終端可以同時通過網(wǎng)絡(luò)建立多個數(shù)據(jù)通路，它們之間通過LCN來進行區(qū)分只具有局部意義總是處于下列狀態(tài)中的某一種：“準(zhǔn)備好”狀態(tài)、“呼叫建立”狀態(tài)、“數(shù)據(jù)傳輸”狀態(tài)、“呼叫清除”狀態(tài)。邏輯信道具有如下特點：10虛電路和數(shù)據(jù)報1．虛電路方式用戶的通信需要經(jīng)歷連接建立、數(shù)據(jù)傳輸、連接拆除三個階段，也就是說，它是面向連接的方式。分組交換網(wǎng)提供的虛電路交換方式有兩種，一種是交換虛電路（SVC：SwitchVirtualCircuit），又稱為虛呼叫（VirtualCall），另一種是永久虛電路（PVC：PermanentVirtualCircuit）。虛電路和數(shù)據(jù)報11圖5.3虛電路示意圖圖5.3虛電路示意圖12虛電路的特點虛電路的路由選擇僅僅發(fā)生在虛電路建立的時候，在以后的傳送過程中，路由不再改變所有分組遵循同一路由，分組將以原有的順序到達目的地，終端不需要進行重新排序，分組的傳輸時延較小。一旦建立了虛電路，每個分組頭中不再需要有詳細的目的地地址，而只需有邏輯信道號就可以區(qū)分每個呼叫的信息，這可以減少每一分組的額外開銷。虛電路的特點13(4)虛電路是由多段邏輯信道構(gòu)成的，每一個虛電路在它經(jīng)過的每段物理鏈路上都有一個邏輯信道號，這些邏輯信道級連構(gòu)成了端到端的虛電路。(5)虛電路的缺點是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中線路或者設(shè)備發(fā)生故障時，可能導(dǎo)致虛電路中斷，必須重新建立連接。(6)虛電路的使用場合：虛電路適用于一次建立后長時間傳送數(shù)據(jù)的場合，其持續(xù)時間應(yīng)顯著大于呼叫建立時間，如文件傳送、傳真業(yè)務(wù)等。(4)虛電路是由多段邏輯信道構(gòu)成的，每一個虛電路在它經(jīng)過的142.數(shù)據(jù)報方式每一個數(shù)據(jù)分組中都含有終點地址信息節(jié)點根據(jù)分組中包含的終點地址為每一個分組獨立地尋找路由，同一用戶的不同分組可能沿著不同的路徑到達終點,在網(wǎng)絡(luò)的終點需要重新排隊，組合成原來的用戶數(shù)據(jù)信息2.數(shù)據(jù)報方式15圖5.4數(shù)據(jù)報方式示意圖圖5.4數(shù)據(jù)報方式示意圖16路由選擇在選擇路由算法時,需考慮三個方面:路由選擇準(zhǔn)則以跳數(shù)或以鏈路狀態(tài)為準(zhǔn)則路由選擇協(xié)議依據(jù)路由選擇的準(zhǔn)則,在節(jié)點之間進行路由信息的收集和發(fā)布的規(guī)程和方法路由選擇算法如何獲得一個準(zhǔn)則參數(shù)最小的路由.有集中式和分布式路由選擇17路由選擇方法固定型算法1)洪泛法不需路由表,可靠性很高2)隨機路由選擇按照一定的概率從中選擇一條鏈路發(fā)送分組.不需路由表,有良好的健壯性.但選出的路由并不是最優(yōu)的.3)固定路由表算法是靜態(tài)路由算法中最常用的.路由表是在整個系統(tǒng)進行分配生成的,并基本保持不變.路由選擇方法18自適應(yīng)路由算法路由選擇根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況的變化而變化.優(yōu)點:1)提高網(wǎng)絡(luò)性能2)有助于擁塞的控制最短路徑算法最佳路由自適應(yīng)路由算法路由選擇根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況的變化而變化.19流量控制與擁塞控制流量控制的作用防止網(wǎng)絡(luò)吞吐量下降和傳輸時延增加避免網(wǎng)絡(luò)死鎖網(wǎng)絡(luò)及用戶之間的速率匹配流量控制的層次段級:相鄰節(jié)點間信息流量的控制沿到沿級:網(wǎng)絡(luò)源節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)目的節(jié)點接入級:從DTE到網(wǎng)絡(luò)源節(jié)點端到端級:從源DTE到目的DTE之間流量控制與擁塞控制流量控制的作用20擁塞的影響

擁塞的影響21流量控制方法滑動窗口機制:用于DTE和相鄰節(jié)點之間,DTE和DTE之間緩沖區(qū)預(yù)約方式:用于源節(jié)點到目的節(jié)點之間許可證:適用于DTE到網(wǎng)絡(luò)源節(jié)點之間流量控制方法22擁塞控制方法從擁塞節(jié)點向部分或所有源節(jié)點發(fā)送一個控制分組根據(jù)路由選擇信息調(diào)整新分組產(chǎn)生的速率利用探測分組控制擁塞在分組經(jīng)過時添加擁塞指示消息擁塞控制方法23擁塞通知擁塞通知24分組交換的工作過程

分組交換的工作過程

255.3X.25協(xié)議

X.25建議是數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(DigitalTerminalEquipment)與數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備DCE(DataCircuit-terminatingEquipment)之間的接口協(xié)議。X.25協(xié)議分為三層：物理層，鏈路層和分組層，分別和OSI的下三層一一對應(yīng)，5.3X.25協(xié)議

X.25建議是數(shù)據(jù)終端設(shè)備26圖5-13X.25協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)圖5-13X.25協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)27X.25的物理層

物理層完成的主要功能如下：在DTE和DCE接口處提供數(shù)據(jù)傳輸；在設(shè)備之間提供控制信號；提供時鐘信號，用以同步數(shù)據(jù)流和規(guī)定比特速率；提供電氣地；提供機械的連接器（如針、插頭和插座）。X.25的物理層

物理層完成的主要功能如下：28數(shù)據(jù)鏈路層鏈路層規(guī)定了在DTE和DCE之間的線路上交換X.25幀的過程。主要功能有：在DTE和DCE之間有效地傳輸數(shù)據(jù)；確保接收器和發(fā)送器之間信息的同步；監(jiān)測和糾正傳輸中產(chǎn)生的差錯；識別并向高層協(xié)議報告規(guī)程性錯誤；向分組層通知鏈路層的狀態(tài)。數(shù)據(jù)鏈路層29LAPB幀結(jié)構(gòu)X.25的鏈路層采用了高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HDLC幀結(jié)構(gòu)，并推薦它的一個子集平衡型鏈路接入規(guī)程LAPB(LinkAccessProceduresBalanced)作為鏈路層規(guī)程。它通過置異步平衡方式(SABM)命令要求建立鏈路。用LAPB建立鏈路只需要由兩個站中的任意一個站發(fā)送SABM命令，另一站發(fā)送UA響應(yīng)即可以建立雙向的鏈路。LAPB幀結(jié)構(gòu)X.25的鏈路層采用了高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HD30圖LAPB的幀結(jié)構(gòu)圖LAPB的幀結(jié)構(gòu)31(1)標(biāo)志F：編碼為01111110，所有的幀都應(yīng)以F開始和結(jié)束。(2)地址字段A：由一個8比特組組成，表示響應(yīng)站的鏈路層地址。(3)信息字段I：在X.25中，長度限額一般為一個分組長度，即128字節(jié)或256字節(jié)。(4)幀校驗序列FCS：FCS采用循環(huán)冗余碼，可以用移位寄存器實現(xiàn)。

(5)控制字段C：由一個8比特組組成，主要作用是指示幀的類型。(1)標(biāo)志F：編碼為01111110，所有32信息幀(I幀)：由幀頭、信息字段I和幀尾組成。I幀用于傳輸高層的信息，即在分組層之間交換的分組，分組包含在I幀的信息字段中。C字段的第1個比特為“0”監(jiān)控幀(S幀)：沒有信息字段，其作用是用來保護I幀的正確傳送.C字段的第2、1位為“01”無編號幀(U幀)：其作用不是用于實現(xiàn)信息傳輸?shù)目刂?，而是用于實現(xiàn)對鏈路的建立和斷開過程的控制.C字段的第2、1位為“11”信息幀(I幀)：由幀頭、信息字段I和幀尾組成。I幀用于傳輸高33X.25數(shù)據(jù)鏈路層的幀類型X.25數(shù)據(jù)鏈路層的幀類型34鏈路操作過程數(shù)據(jù)鏈路層的操作分為三個階段：鏈路建立，幀的傳輸和鏈路斷開。1)鏈路建立DTE通過發(fā)送連續(xù)的標(biāo)志F來表示它能夠建立數(shù)據(jù)鏈路。2)幀的傳輸當(dāng)鏈路建立之后，就進入信息傳輸階段，即在DTE和DCE之間交換I幀和S幀。鏈路操作過程35鏈路建立的過程鏈路建立的過程363)鏈路斷開過程鏈路斷開過程是一個雙向的過程，可由任意方發(fā)起。鏈路斷開的過程3)鏈路斷開過程鏈路斷開的過程37分組層X.25的分組層利用鏈路層提供的服務(wù)在DTE—DCE接口上交換分組。它將一條數(shù)據(jù)鏈路按統(tǒng)計時分復(fù)用的方法劃分為許多個邏輯信道，允許多臺計算機或終端同時使用，實現(xiàn)通信能力和資源的按需分配。分組層X.25的分組層利用鏈路層提供的服務(wù)在DTE—D38分組層功能:提供邏輯信道提供有效的分組傳輸提供交換虛電路(SVC)和永久虛電路(PVC)監(jiān)測和恢復(fù)分組層的差錯分組層功能:39分組格式

由分組頭和分組數(shù)據(jù)兩部分組成分組格式

由分組頭和分組數(shù)據(jù)兩部分組成40通用格式識別符GFI：包含4bit，Q=0時為用戶數(shù)據(jù)，Q=1時為控制信息。D=0表示數(shù)據(jù)分組由本地確認(在DTE—DCE接口上確認)，D=1表示數(shù)據(jù)分組進行端到端(DTE—DTE)確認。SS=01表示按模8方式工作，SS=10表示按模128方式工作。通用格式識別符GFI：包含4bit，41

(2)邏輯信道群號LCGN和邏輯信道號LCN：共12bit，用于區(qū)分DTE—DCE接口上許多不同的邏輯信道。X.25分組層規(guī)定一條數(shù)據(jù)鏈路上最多可分配16個邏輯信道群，每群內(nèi)最多可有256條邏輯信道，除了第0號邏輯信道有專門用途外，其余4095條邏輯信道均可分配給虛電路使用。(3)分組類型識別符：共8bit，用來區(qū)分各種不同的分組。X.25的分組層共定義了4大類30個分組。(2)邏輯信道群號LCGN和邏輯信道號LC42表5.3X.25定義的分組類型表5.3X.25定義的分組類型43分組層操作過程X.25支持兩類虛電路連接：交換虛電路(SVC)和永久虛電路(PVC)。SVC要在每次通信時建立虛電路，操作包括呼叫建立、數(shù)據(jù)傳輸、呼叫清除三個階段.PVC是由運營商設(shè)置好的，不需要每次建立。只有數(shù)據(jù)傳輸階段的操作，無呼叫建立和清除過程。分組層操作過程X.25支持兩類虛電路連接：交換虛電路(44SVC的呼叫建立過程

當(dāng)主叫DTE1想要建立虛呼叫時，它就在至交換機A的線路上選擇一個邏輯信道(圖中為253)，并發(fā)送呼叫請求分組SVC的呼叫建立過程45分組交換技術(shù)課件46

2)數(shù)據(jù)傳輸階段當(dāng)主叫DTE和被叫DTE之間完成了虛呼叫的建立之后，就進入了數(shù)據(jù)傳輸階段，DTE和DCE對應(yīng)的邏輯信道就進入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。此時，在兩個DTE之間交換的分組包括數(shù)據(jù)分組、流量控制分組和中斷分組。2)數(shù)據(jù)傳輸階段473)SVC的呼叫清除過程在虛電路任何一端的DTE都能夠清除呼叫。呼叫清除過程將導(dǎo)致與該呼叫有關(guān)的所有網(wǎng)絡(luò)信息被清除，所有網(wǎng)絡(luò)資源被釋放。3)SVC的呼叫清除過程485.4幀中繼技術(shù)

幀中繼的基本原理及技術(shù)特點幀中繼是在OSI參考模型第二層(數(shù)據(jù)鏈路層)的基礎(chǔ)上采用簡化協(xié)議傳送和交換數(shù)據(jù)的一種技術(shù)，由于第二層的數(shù)據(jù)單元為幀，故稱之為幀中繼。它是X.25分組網(wǎng)在光纖傳輸、用戶終端日益智能化的條件下的發(fā)展。它僅完成物理層和鏈路層核心層的功能，而將流量控制、糾錯等復(fù)雜的控制交給智能終端去完成，大大簡化了節(jié)點機之間的協(xié)議。5.4幀中繼技術(shù)幀中繼的基本原理及技術(shù)特點49協(xié)議簡化只有兩個層次：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層用戶平面和控制平面的分離幀中繼與X.25比較:協(xié)議簡化只有兩個層次：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層幀中繼與X.250傳送的基本單元為幀，幀的長度是可變的，允許的最大長度為lKB，要比X.25網(wǎng)的缺省分組128B長，減少了分段與重組的處理開銷。在數(shù)據(jù)鏈路層完成動態(tài)統(tǒng)計時分復(fù)用、幀透明傳輸和差錯檢測。幀中繼網(wǎng)內(nèi)節(jié)點若檢測到差錯，就將出錯的幀丟棄，不采用重傳機制，減少了幀序號、流量控制、應(yīng)答等開銷.降低了網(wǎng)絡(luò)時延。X.25網(wǎng)產(chǎn)生的時延為5～10ms，幀中繼節(jié)點的處理時延小于1ms。傳送的基本單元為幀，幀的長度是可變的，允許的最大長度為51幀中繼技術(shù)提供了一套有效的帶寬管理和擁塞控制機制幀中繼現(xiàn)在可提供用戶的接入速率在64kb/s～2.048Mb/s范圍內(nèi)幀中繼采用了面向連接的工作模式，可提供PVC業(yè)務(wù)和SVC業(yè)務(wù)。幀中繼技術(shù)提供了一套有效的帶寬管理和擁塞控制機制52幀中繼包括兩個操作平面：控制平面(C-plane)：用于建立和釋放邏輯連接，傳送并處理呼叫控制消息；用戶平面(U-plane)：用于傳送用戶數(shù)據(jù)和管理信息。1)控制平面控制平面(簡稱C平面)包括三層。第3層規(guī)范使用ITU-T的建議Q.931/Q.933定義了幀中繼中的信令過程，包括提供永久虛連接PVC業(yè)務(wù)的管理過程，交換虛連接SVC業(yè)務(wù)的呼叫建立和拆除過程。第2層的Q.921協(xié)議是一個完整的數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議——D信道鏈路接入規(guī)程LAPD(LinkAccessProceduresontheD-channel)，它在C平面中為Q.931/Q.933的控制信息提供可靠的傳輸。C平面協(xié)議僅在用戶和網(wǎng)絡(luò)之間操作。幀中繼包括兩個操作平面：532)用戶平面用戶平面(簡稱U平面)使用了ITU-TQ.922協(xié)議，即幀方式鏈路接入規(guī)程LAPF(LinkAccessProcedurestoFrameModeBearerServices)，幀中繼只用到了Q.922中的核心部分，稱為DL-Core。2)用戶平面54幀中繼的幀格式

幀中繼的幀格式

55(1)數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識符DLCI(DataLinkConnectionIdentifier)：當(dāng)采用2字節(jié)的地址字段時，DLCI占10位，其作用類似于X.25中的LCN，用于識別UNI接口或NNI接口上的永久虛連接、呼叫控制或管理信息。其中，DLCI=16～1007共992個地址供幀中繼使用，在專設(shè)的一條數(shù)據(jù)鏈路連接(DLCI＝0)上傳送呼叫控制消息，其它值保留或用于管理信息。與X.25的邏輯信道號LCN相似，對于標(biāo)準(zhǔn)的幀中繼接口，DLCI只有局部(或本地)意義。(2)命令/響應(yīng)(C/R)：命令/響應(yīng)與高層應(yīng)用有關(guān)，幀中繼本身并不使用，它透明通過幀中繼網(wǎng)絡(luò)。(1)數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識符DLCI(Data56(3)擴展地址EA：當(dāng)EA為0時，表示下一個字節(jié)仍為地址字段；當(dāng)EA為1時，表示下一個字節(jié)為信息段的開始。依照此法，地址字段可擴展為3字節(jié)或4字節(jié)。(4)正向顯式擁塞通知FECN：用于幀中繼的擁塞控制，用來通知用戶啟動擁塞控制程序。若某節(jié)點將FECN置為1，則表明與該幀同方向傳輸?shù)膸赡苁艿骄W(wǎng)絡(luò)擁塞的影響產(chǎn)生時延。(5)反向顯式擁塞通知BECN：若某節(jié)點將BECN置為1，即指示接收端，與該幀相反方向傳輸?shù)膸赡苁芫W(wǎng)絡(luò)擁塞的影響產(chǎn)生時延。(6)丟棄指示DE：用于幀中繼網(wǎng)的帶寬管理。若DE為1，則表明網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時，為了維持網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)水平，該幀與DE為0的幀相比應(yīng)先丟棄。(3)擴展地址EA：當(dāng)EA為0時，表示下一個字57幀中繼相關(guān)協(xié)議Q.922中核心部分(DL-Core)的功能DL-Core的功能包括：(1)幀定界、同步和透明傳輸；(2)用地址字段實現(xiàn)幀多路復(fù)用和解復(fù)用；(3)對幀進行檢測，確保0比特插入前/刪除后的幀長是整數(shù)個字節(jié)；幀中繼相關(guān)協(xié)議Q.922中核心部分(DL-Core)的功能58

(4)對幀進行檢測，確保其長度不致于過長或過短；(5)檢測傳輸差錯，將出錯的幀舍棄(幀中繼中不進行重發(fā))；(6)擁塞控制。

(4)對幀進行檢測，確保其長度不致于過長或過59呼叫控制協(xié)議用來建立和釋放SVC,屬于高層信令協(xié)議,在DLCI=0的專用信令鏈路上傳送.呼叫建立消息共有3個：setup(呼叫建立)，callproceeding(呼叫進展)和connect(連接)。呼叫釋放消息也有3個：disconnect(拆鏈)，release(釋放)和releasecomplete(釋放完成)。本地管理協(xié)議(LMI)負責(zé)將故障狀態(tài)的變化及PVC的調(diào)整通知用戶.屬于高層協(xié)議,在DLCI=0的專用信令鏈路上傳送.LMI管理協(xié)議定義了兩個消息：狀態(tài)詢問STATUSENQUIRY消息和狀態(tài)響應(yīng)消息STATUS。呼叫控制協(xié)議用來建立和釋放SVC,屬于高層信令協(xié)議,在60SVC的建立和釋放過程(a)建立過程；(b)釋放過程SVC的建立和釋放過程61分組交換技術(shù)課件62幀中繼的交換原理

幀的轉(zhuǎn)發(fā)過程幀中繼采用虛電路方式，向用戶提供面向連接的數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)。它是在鏈路層進行統(tǒng)計復(fù)用的，這些復(fù)用的邏輯鏈路是用DLCI來標(biāo)識的。DLCI并不指示目的地址，而是標(biāo)識用戶和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點以及節(jié)點與節(jié)點之間的邏輯虛連接.DLCI具有本地意義.幀中繼中的虛連接是由各段的DLCI級連構(gòu)成的.幀中繼網(wǎng)只提供PVC時，每一個幀中繼交換機中都存在PVC轉(zhuǎn)發(fā)表.幀中繼的交換原理

幀的轉(zhuǎn)發(fā)過程63

幀中繼網(wǎng)中，一般都由路由器作為用戶，負責(zé)構(gòu)成幀中繼的幀格式。路由器在幀內(nèi)置DLCI值，將幀經(jīng)過本地UNI接口送入幀中繼交換機，如圖所示,建立了三條PVC：PVC1為路由器1到路由器2：25—35；PVC2為路由器1到路由器3：35—45—55—65；PVC3為路由器1到路由器4：20—30—40。幀中繼網(wǎng)中，一般都由路由器作為用戶，負責(zé)構(gòu)成64分組交換技術(shù)課件65帶寬管理和擁塞控制帶寬管理帶寬管理是指網(wǎng)絡(luò)對每條虛連接上傳送的用戶數(shù)據(jù)量進行監(jiān)控，以保證帶寬資源在用戶間的合理分配。使用下列約定的4個參數(shù)：(1)承諾的時間間隔時Tc(2)承諾的信息速率CIR(3)承諾的突發(fā)長度Bc(4)超量突發(fā)長度Be帶寬管理和擁塞控制帶寬管理帶寬管理是指網(wǎng)絡(luò)對每條虛連66圖5.31幀中繼的帶寬管理圖5.31幀中繼的帶寬管理67擁塞控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)擁塞和控制擁塞的措施有(1)顯式擁塞通知。在發(fā)生輕微擁塞的情況下，網(wǎng)絡(luò)利用幀結(jié)構(gòu)中的擁塞指示位FECN、BECN來通知端點用戶。(2)丟棄DE＝l的幀。若發(fā)生嚴(yán)重擁塞，除繼續(xù)采用FECN、BECN來通知用戶外，網(wǎng)絡(luò)將丟棄DE=1的幀來對自身進行保護。擁塞控制68圖顯式擁塞通知圖顯式擁塞通知69作業(yè):P1402,3,6,8,9作業(yè):P1402,3,6,8,970分組交換技術(shù)1概述2分組交換原理3X.25協(xié)議4幀中繼技術(shù)

分組交換技術(shù)1概述715.1概述分組交換PS(PacketSwitching)技術(shù)的研究是從20世紀(jì)60年代開始的。適合于進行遠距離數(shù)據(jù)通信的技術(shù).分組交換技術(shù)是一種存儲—轉(zhuǎn)發(fā)的交換技術(shù)，它結(jié)合了電路交換和早期的存儲—轉(zhuǎn)發(fā)交換方式——報文交換的特點，克服了電路交換線路利用率低的缺點，同時又不像報文交換那樣時延非常大。5.1概述分組交換PS(PacketSwitching72分組的形成

來自數(shù)據(jù)終端的用戶數(shù)據(jù)可能是很長的報文，我們需要將該報文拆分成若干段，并加上分組頭，組成一個完整的分組（packet），如圖所示。分組的形成

來自數(shù)據(jù)終端的用戶數(shù)據(jù)可能是很長的報文，我們需要73分組交換的優(yōu)缺點1.分組交換的優(yōu)點線路利用率較高。分組交換在線路上采用動態(tài)統(tǒng)計時分復(fù)用的技術(shù)傳送各個分組，因此提高了傳輸介質(zhì)(包括用戶線和中繼線)的利用率異種終端通信。由于采用存儲—轉(zhuǎn)發(fā)方式，不需要建立端到端的物理連接，因此不必像電路交換中那樣，通信雙方的終端必須具有同樣的速率和控制規(guī)程。(3)數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量好、可靠性高(4)負荷控制(5)經(jīng)濟性好分組交換的優(yōu)缺點742．分組交換的缺點信息傳送時延大分組在每個節(jié)點機內(nèi)都要經(jīng)歷存儲、排隊、轉(zhuǎn)發(fā)的過程用戶的信息被分成了多個分組，每個分組附加的分組頭都需要交換機進行分析處理，從而增加了開銷分組交換技術(shù)的協(xié)議和控制比較復(fù)雜有流量控制，差錯控制，還有代碼、速率的變換方法和接口，網(wǎng)絡(luò)的管理和控制的智能化等協(xié)議2．分組交換的缺點755.2分組交換原理統(tǒng)計時分復(fù)用是采用動態(tài)分配(即按需分配)，只有在用戶有數(shù)據(jù)傳送時才給它分配資源.每個終端的數(shù)據(jù)使用一個自己獨有的“標(biāo)記”，各個用戶數(shù)據(jù)是以分組頭中的“標(biāo)記”來區(qū)分的.優(yōu)點:獲得較高的信道利用率缺點:產(chǎn)生附加的隨機時延并且有丟失數(shù)據(jù)的可能5.2分組交換原理統(tǒng)計時分復(fù)用76圖5.1統(tǒng)計時分復(fù)用圖5.1統(tǒng)計時分復(fù)用77邏輯信道在一條共享的物理線路上，實質(zhì)上形成了邏輯上的多條子信道，各個子信道用相應(yīng)的號碼表示,即邏輯信道號LCN邏輯信道號LCN:由邏輯信道群號及群內(nèi)邏輯信道號組成邏輯信道在一條共享的物理線路上，實質(zhì)上形成了邏輯上78圖5.2邏輯信道的概念示意圖5.2邏輯信道的概念示意79邏輯信道具有如下特點：在終端每次呼叫時，根據(jù)當(dāng)時的實際情況分配LCN,每次呼叫可以分配不同的邏輯信道號.同一個終端可以同時通過網(wǎng)絡(luò)建立多個數(shù)據(jù)通路，它們之間通過LCN來進行區(qū)分只具有局部意義總是處于下列狀態(tài)中的某一種：“準(zhǔn)備好”狀態(tài)、“呼叫建立”狀態(tài)、“數(shù)據(jù)傳輸”狀態(tài)、“呼叫清除”狀態(tài)。邏輯信道具有如下特點：80虛電路和數(shù)據(jù)報1．虛電路方式用戶的通信需要經(jīng)歷連接建立、數(shù)據(jù)傳輸、連接拆除三個階段，也就是說，它是面向連接的方式。分組交換網(wǎng)提供的虛電路交換方式有兩種，一種是交換虛電路（SVC：SwitchVirtualCircuit），又稱為虛呼叫（VirtualCall），另一種是永久虛電路（PVC：PermanentVirtualCircuit）。虛電路和數(shù)據(jù)報81圖5.3虛電路示意圖圖5.3虛電路示意圖82虛電路的特點虛電路的路由選擇僅僅發(fā)生在虛電路建立的時候，在以后的傳送過程中，路由不再改變所有分組遵循同一路由，分組將以原有的順序到達目的地，終端不需要進行重新排序，分組的傳輸時延較小。一旦建立了虛電路，每個分組頭中不再需要有詳細的目的地地址，而只需有邏輯信道號就可以區(qū)分每個呼叫的信息，這可以減少每一分組的額外開銷。虛電路的特點83(4)虛電路是由多段邏輯信道構(gòu)成的，每一個虛電路在它經(jīng)過的每段物理鏈路上都有一個邏輯信道號，這些邏輯信道級連構(gòu)成了端到端的虛電路。(5)虛電路的缺點是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中線路或者設(shè)備發(fā)生故障時，可能導(dǎo)致虛電路中斷，必須重新建立連接。(6)虛電路的使用場合：虛電路適用于一次建立后長時間傳送數(shù)據(jù)的場合，其持續(xù)時間應(yīng)顯著大于呼叫建立時間，如文件傳送、傳真業(yè)務(wù)等。(4)虛電路是由多段邏輯信道構(gòu)成的，每一個虛電路在它經(jīng)過的842.數(shù)據(jù)報方式每一個數(shù)據(jù)分組中都含有終點地址信息節(jié)點根據(jù)分組中包含的終點地址為每一個分組獨立地尋找路由，同一用戶的不同分組可能沿著不同的路徑到達終點,在網(wǎng)絡(luò)的終點需要重新排隊，組合成原來的用戶數(shù)據(jù)信息2.數(shù)據(jù)報方式85圖5.4數(shù)據(jù)報方式示意圖圖5.4數(shù)據(jù)報方式示意圖86路由選擇在選擇路由算法時,需考慮三個方面:路由選擇準(zhǔn)則以跳數(shù)或以鏈路狀態(tài)為準(zhǔn)則路由選擇協(xié)議依據(jù)路由選擇的準(zhǔn)則,在節(jié)點之間進行路由信息的收集和發(fā)布的規(guī)程和方法路由選擇算法如何獲得一個準(zhǔn)則參數(shù)最小的路由.有集中式和分布式路由選擇87路由選擇方法固定型算法1)洪泛法不需路由表,可靠性很高2)隨機路由選擇按照一定的概率從中選擇一條鏈路發(fā)送分組.不需路由表,有良好的健壯性.但選出的路由并不是最優(yōu)的.3)固定路由表算法是靜態(tài)路由算法中最常用的.路由表是在整個系統(tǒng)進行分配生成的,并基本保持不變.路由選擇方法88自適應(yīng)路由算法路由選擇根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況的變化而變化.優(yōu)點:1)提高網(wǎng)絡(luò)性能2)有助于擁塞的控制最短路徑算法最佳路由自適應(yīng)路由算法路由選擇根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況的變化而變化.89流量控制與擁塞控制流量控制的作用防止網(wǎng)絡(luò)吞吐量下降和傳輸時延增加避免網(wǎng)絡(luò)死鎖網(wǎng)絡(luò)及用戶之間的速率匹配流量控制的層次段級:相鄰節(jié)點間信息流量的控制沿到沿級:網(wǎng)絡(luò)源節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)目的節(jié)點接入級:從DTE到網(wǎng)絡(luò)源節(jié)點端到端級:從源DTE到目的DTE之間流量控制與擁塞控制流量控制的作用90擁塞的影響

擁塞的影響91流量控制方法滑動窗口機制:用于DTE和相鄰節(jié)點之間,DTE和DTE之間緩沖區(qū)預(yù)約方式:用于源節(jié)點到目的節(jié)點之間許可證:適用于DTE到網(wǎng)絡(luò)源節(jié)點之間流量控制方法92擁塞控制方法從擁塞節(jié)點向部分或所有源節(jié)點發(fā)送一個控制分組根據(jù)路由選擇信息調(diào)整新分組產(chǎn)生的速率利用探測分組控制擁塞在分組經(jīng)過時添加擁塞指示消息擁塞控制方法93擁塞通知擁塞通知94分組交換的工作過程

分組交換的工作過程

955.3X.25協(xié)議

X.25建議是數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(DigitalTerminalEquipment)與數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備DCE(DataCircuit-terminatingEquipment)之間的接口協(xié)議。X.25協(xié)議分為三層：物理層，鏈路層和分組層，分別和OSI的下三層一一對應(yīng)，5.3X.25協(xié)議

X.25建議是數(shù)據(jù)終端設(shè)備96圖5-13X.25協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)圖5-13X.25協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)97X.25的物理層

物理層完成的主要功能如下：在DTE和DCE接口處提供數(shù)據(jù)傳輸；在設(shè)備之間提供控制信號；提供時鐘信號，用以同步數(shù)據(jù)流和規(guī)定比特速率；提供電氣地；提供機械的連接器（如針、插頭和插座）。X.25的物理層

物理層完成的主要功能如下：98數(shù)據(jù)鏈路層鏈路層規(guī)定了在DTE和DCE之間的線路上交換X.25幀的過程。主要功能有：在DTE和DCE之間有效地傳輸數(shù)據(jù)；確保接收器和發(fā)送器之間信息的同步；監(jiān)測和糾正傳輸中產(chǎn)生的差錯；識別并向高層協(xié)議報告規(guī)程性錯誤；向分組層通知鏈路層的狀態(tài)。數(shù)據(jù)鏈路層99LAPB幀結(jié)構(gòu)X.25的鏈路層采用了高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HDLC幀結(jié)構(gòu)，并推薦它的一個子集平衡型鏈路接入規(guī)程LAPB(LinkAccessProceduresBalanced)作為鏈路層規(guī)程。它通過置異步平衡方式(SABM)命令要求建立鏈路。用LAPB建立鏈路只需要由兩個站中的任意一個站發(fā)送SABM命令，另一站發(fā)送UA響應(yīng)即可以建立雙向的鏈路。LAPB幀結(jié)構(gòu)X.25的鏈路層采用了高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HD100圖LAPB的幀結(jié)構(gòu)圖LAPB的幀結(jié)構(gòu)101(1)標(biāo)志F：編碼為01111110，所有的幀都應(yīng)以F開始和結(jié)束。(2)地址字段A：由一個8比特組組成，表示響應(yīng)站的鏈路層地址。(3)信息字段I：在X.25中，長度限額一般為一個分組長度，即128字節(jié)或256字節(jié)。(4)幀校驗序列FCS：FCS采用循環(huán)冗余碼，可以用移位寄存器實現(xiàn)。

(5)控制字段C：由一個8比特組組成，主要作用是指示幀的類型。(1)標(biāo)志F：編碼為01111110，所有102信息幀(I幀)：由幀頭、信息字段I和幀尾組成。I幀用于傳輸高層的信息，即在分組層之間交換的分組，分組包含在I幀的信息字段中。C字段的第1個比特為“0”監(jiān)控幀(S幀)：沒有信息字段，其作用是用來保護I幀的正確傳送.C字段的第2、1位為“01”無編號幀(U幀)：其作用不是用于實現(xiàn)信息傳輸?shù)目刂?，而是用于實現(xiàn)對鏈路的建立和斷開過程的控制.C字段的第2、1位為“11”信息幀(I幀)：由幀頭、信息字段I和幀尾組成。I幀用于傳輸高103X.25數(shù)據(jù)鏈路層的幀類型X.25數(shù)據(jù)鏈路層的幀類型104鏈路操作過程數(shù)據(jù)鏈路層的操作分為三個階段：鏈路建立，幀的傳輸和鏈路斷開。1)鏈路建立DTE通過發(fā)送連續(xù)的標(biāo)志F來表示它能夠建立數(shù)據(jù)鏈路。2)幀的傳輸當(dāng)鏈路建立之后，就進入信息傳輸階段，即在DTE和DCE之間交換I幀和S幀。鏈路操作過程105鏈路建立的過程鏈路建立的過程1063)鏈路斷開過程鏈路斷開過程是一個雙向的過程，可由任意方發(fā)起。鏈路斷開的過程3)鏈路斷開過程鏈路斷開的過程107分組層X.25的分組層利用鏈路層提供的服務(wù)在DTE—DCE接口上交換分組。它將一條數(shù)據(jù)鏈路按統(tǒng)計時分復(fù)用的方法劃分為許多個邏輯信道，允許多臺計算機或終端同時使用，實現(xiàn)通信能力和資源的按需分配。分組層X.25的分組層利用鏈路層提供的服務(wù)在DTE—D108分組層功能:提供邏輯信道提供有效的分組傳輸提供交換虛電路(SVC)和永久虛電路(PVC)監(jiān)測和恢復(fù)分組層的差錯分組層功能:109分組格式

由分組頭和分組數(shù)據(jù)兩部分組成分組格式

由分組頭和分組數(shù)據(jù)兩部分組成110通用格式識別符GFI：包含4bit，Q=0時為用戶數(shù)據(jù)，Q=1時為控制信息。D=0表示數(shù)據(jù)分組由本地確認(在DTE—DCE接口上確認)，D=1表示數(shù)據(jù)分組進行端到端(DTE—DTE)確認。SS=01表示按模8方式工作，SS=10表示按模128方式工作。通用格式識別符GFI：包含4bit，111

(2)邏輯信道群號LCGN和邏輯信道號LCN：共12bit，用于區(qū)分DTE—DCE接口上許多不同的邏輯信道。X.25分組層規(guī)定一條數(shù)據(jù)鏈路上最多可分配16個邏輯信道群，每群內(nèi)最多可有256條邏輯信道，除了第0號邏輯信道有專門用途外，其余4095條邏輯信道均可分配給虛電路使用。(3)分組類型識別符：共8bit，用來區(qū)分各種不同的分組。X.25的分組層共定義了4大類30個分組。(2)邏輯信道群號LCGN和邏輯信道號LC112表5.3X.25定義的分組類型表5.3X.25定義的分組類型113分組層操作過程X.25支持兩類虛電路連接：交換虛電路(SVC)和永久虛電路(PVC)。SVC要在每次通信時建立虛電路，操作包括呼叫建立、數(shù)據(jù)傳輸、呼叫清除三個階段.PVC是由運營商設(shè)置好的，不需要每次建立。只有數(shù)據(jù)傳輸階段的操作，無呼叫建立和清除過程。分組層操作過程X.25支持兩類虛電路連接：交換虛電路(114SVC的呼叫建立過程

當(dāng)主叫DTE1想要建立虛呼叫時，它就在至交換機A的線路上選擇一個邏輯信道(圖中為253)，并發(fā)送呼叫請求分組SVC的呼叫建立過程115分組交換技術(shù)課件116

2)數(shù)據(jù)傳輸階段當(dāng)主叫DTE和被叫DTE之間完成了虛呼叫的建立之后，就進入了數(shù)據(jù)傳輸階段，DTE和DCE對應(yīng)的邏輯信道就進入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。此時，在兩個DTE之間交換的分組包括數(shù)據(jù)分組、流量控制分組和中斷分組。2)數(shù)據(jù)傳輸階段1173)SVC的呼叫清除過程在虛電路任何一端的DTE都能夠清除呼叫。呼叫清除過程將導(dǎo)致與該呼叫有關(guān)的所有網(wǎng)絡(luò)信息被清除，所有網(wǎng)絡(luò)資源被釋放。3)SVC的呼叫清除過程1185.4幀中繼技術(shù)

幀中繼的基本原理及技術(shù)特點幀中繼是在OSI參考模型第二層(數(shù)據(jù)鏈路層)的基礎(chǔ)上采用簡化協(xié)議傳送和交換數(shù)據(jù)的一種技術(shù)，由于第二層的數(shù)據(jù)單元為幀，故稱之為幀中繼。它是X.25分組網(wǎng)在光纖傳輸、用戶終端日益智能化的條件下的發(fā)展。它僅完成物理層和鏈路層核心層的功能，而將流量控制、糾錯等復(fù)雜的控制交給智能終端去完成，大大簡化了節(jié)點機之間的協(xié)議。5.4幀中繼技術(shù)幀中繼的基本原理及技術(shù)特點119協(xié)議簡化只有兩個層次：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層用戶平面和控制平面的分離幀中繼與X.25比較:協(xié)議簡化只有兩個層次：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層幀中繼與X.2120傳送的基本單元為幀，幀的長度是可變的，允許的最大長度為lKB，要比X.25網(wǎng)的缺省分組128B長，減少了分段與重組的處理開銷。在數(shù)據(jù)鏈路層完成動態(tài)統(tǒng)計時分復(fù)用、幀透明傳輸和差錯檢測。幀中繼網(wǎng)內(nèi)節(jié)點若檢測到差錯，就將出錯的幀丟棄，不采用重傳機制，減少了幀序號、流量控制、應(yīng)答等開銷.降低了網(wǎng)絡(luò)時延。X.25網(wǎng)產(chǎn)生的時延為5～10ms，幀中繼節(jié)點的處理時延小于1ms。傳送的基本單元為幀，幀的長度是可變的，允許的最大長度為121幀中繼技術(shù)提供了一套有效的帶寬管理和擁塞控制機制幀中繼現(xiàn)在可提供用戶的接入速率在64kb/s～2.048Mb/s范圍內(nèi)幀中繼采用了面向連接的工作模式，可提供PVC業(yè)務(wù)和SVC業(yè)務(wù)。幀中繼技術(shù)提供了一套有效的帶寬管理和擁塞控制機制122幀中繼包括兩個操作平面：控制平面(C-plane)：用于建立和釋放邏輯連接，傳送并處理呼叫控制消息；用戶平面(U-plane)：用于傳送用戶數(shù)據(jù)和管理信息。1)控制平面控制平面(簡稱C平面)包括三層。第3層規(guī)范使用ITU-T的建議Q.931/Q.933定義了幀中繼中的信令過程，包括提供永久虛連接PVC業(yè)務(wù)的管理過程，交換虛連接SVC業(yè)務(wù)的呼叫建立和拆除過程。第2層的Q.921協(xié)議是一個完整的數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議——D信道鏈路接入規(guī)程LAPD(LinkAccessProceduresontheD-channel)，它在C平面中為Q.931/Q.933的控制信息提供可靠的傳輸。C平面協(xié)議僅在用戶和網(wǎng)絡(luò)之間操作。幀中繼包括兩個操作平面：1232)用戶平面用戶平面(簡稱U平面)使用了ITU-TQ.922協(xié)議，即幀方式鏈路接入規(guī)程LAPF(LinkAccessProcedurestoFrameModeBearerServices)，幀中繼只用到了Q.922中的核心部分，稱為DL-Core。2)用戶平面124幀中繼的幀格式

幀中繼的幀格式

125(1)數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識符DLCI(DataLinkConnectionIdentifier)：當(dāng)采用2字節(jié)的地址字段時，DLCI占10位，其作用類似于X.25中的LCN，用于識別UNI接口或NNI接口上的永久虛連接、呼叫控制或管理信息。其中，DLCI=16～1007共992個地址供幀中繼使用，在專設(shè)的一條數(shù)據(jù)鏈路連接(DLCI＝0)上傳送呼叫控制消息，其它值保留或用于管理信息。與X.25的邏輯信道號LCN相似，對于標(biāo)準(zhǔn)的幀中繼接口，DLCI只有局部(或本地)意義。(2)命令/響應(yīng)(C/R)：命令/響應(yīng)與高層應(yīng)用有關(guān)，幀中繼本身并不使用，它透明通過幀中繼網(wǎng)絡(luò)。(1)數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識符DLCI(Data126(3)擴展地址EA：當(dāng)EA為0時，表示下一個字節(jié)仍為地址字段；當(dāng)EA為1時，表示下一個字節(jié)為信息段的開始。依照此法，地址字段可擴展為3字節(jié)或4字節(jié)。(4)正向顯式擁塞通知F