第六章分組交換與幀中繼技術2

X.25協(xié)議是CCITT制定的數(shù)據(jù)終端設備DTE和數(shù)據(jù)電路終接設備DCE之間的接口規(guī)程，是針對分組交換網(wǎng)而制定的國際標準，它是廣域分組交換網(wǎng)中最流行的終端用戶和網(wǎng)絡之間的接口標準，所以分組交換網(wǎng)也稱X.25網(wǎng)。

X.25網(wǎng)絡是第一個面向連接的公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，20世紀80年代被幀中繼網(wǎng)絡所取代，90年代以后,出現(xiàn)了面向連接的ATM網(wǎng)絡。X.25簡介

X.25協(xié)議是在傳輸介質的通信質量較差，終端用戶對數(shù)據(jù)通信速率要求不高的歷史背景下產(chǎn)生的，協(xié)議中含有復雜的差錯控制和流量控制措施，只能提供中低速的數(shù)據(jù)通信業(yè)務，適于廣域網(wǎng)互聯(lián)。（傳輸路徑上的每個結點都必須完整地接收每個分組，并且在轉發(fā)之前必須完成錯誤檢查；交換節(jié)點的吞吐率主要部分用于錯誤檢查開銷，X．25接口不可支持高達64Kbps的線路，CCITT在1992年重新制定了這個標準，并將速率提高到2Mbps）系統(tǒng)或用戶層L3L2L1L1L2L3調制解調器調制解調器X.25分組層X.21X.21DCEDTEHDLC鏈路層端到端協(xié)議系統(tǒng)或用戶層X.25分層協(xié)議結構物理層數(shù)據(jù)鏈路層分組層幀層協(xié)議物理層協(xié)議高層協(xié)議X.25分組層協(xié)議

物理接口DTEDCE與遠程DTE之間的高層協(xié)議物理層數(shù)據(jù)鏈路層分組層第一層

物理層物理層接口協(xié)議定義了DTE和DCE之間建立、維護和拆除一條物理鏈路的過程，包括機械、電氣、功能和規(guī)程等特性。物理層采用X.21和V系列協(xié)議，定義從DTE到X．25分組交換網(wǎng)絡中結點的物理／電氣接口。RS－232－C通常用于X．21接口。物理層主要解決網(wǎng)絡節(jié)點與物理信道如何連接的問題。第二層數(shù)據(jù)鏈路層(幀層)數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定了DTE、DCE之間的線路上交換幀的過程。鏈路層規(guī)程在物理層的基礎上執(zhí)行一些控制功能，以保證幀的正確傳送。X.25數(shù)據(jù)鏈路層采用平衡型鏈路接入規(guī)程LAPB,它是高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HDLC的一個子集。

LAPB針對點對點連接，它為異步平衡模式會話提供幀結構、錯誤檢查和流控機制。數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能：1、在DTE和DCE之間有效的傳送數(shù)據(jù)2、確保發(fā)送器和接收器之間的信息同步。3、識別并向高層協(xié)議報告規(guī)程中的錯誤4、提供差錯檢驗，并且恢復丟失、重復或錯誤的數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)在物理信道上傳輸?shù)恼_性。5、向分組層通知鏈路層的狀態(tài)。第三層分組層X.25分組層的主要功能是利用鏈路層所提供的服務，在DTE和DCE之間的接口上交換分組。分組層將一條數(shù)據(jù)鏈路按動態(tài)時分復用的方法，劃分為多個邏輯信道，允許多臺計算機或終端同時使用高速的數(shù)字信道，充分利用數(shù)據(jù)鏈路的傳輸能力和交換資源，實現(xiàn)按需分配。X.25建議各層間的信息關系

從高層來的消息，在X.25的第三層一般分為128字節(jié)/組長度的數(shù)據(jù)塊，并在其前面加上分組標題成為一個分組頭，然后送往X.25的第二層，分組在該層進行處理，加上HDLC標題、FCS以及011111110標志成為一個幀，送往X.25的第一層，最后送往線路進行傳輸。

HDLC是面向比特的數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議，它是X.25棧的一部分，具有兩種不同的實現(xiàn)方式：高級數(shù)據(jù)鏈路控制正常響應模式和HDLC鏈路訪問過程平衡（LAPB）。其中第二種使用更為普遍。

HDLC定義了三種類型的站（Station）、兩種鏈路配置及三種數(shù)據(jù)傳送模式。高級數(shù)據(jù)鏈路控制HDLC簡介（1）站類型 站是指鏈路兩端的通信設備。主站：負責控制鏈路的操作，由主站發(fā)出的幀稱為命令幀。從站：在主站的控制下操作，從站發(fā)送的幀為響應幀。復合站：兼具主站、從站的功能（2）HDLC支持兩種鏈路配置：非平衡配置： 由一個主站和一或多個從站組成，配置方式可以是點到點或點到多點

平衡配置： 兩個復合站組成，配置方式為點到點主站次站命令響應主站次站命令響應次站復合站命令響應復合站非平衡配置平衡配置（1）正常響應方式（NRM）： 適用于非平衡配置。該操作方式適用于面向終端的點到點或一點與多點的鏈路。 在這種操作方式，傳輸過程由主站啟動，從站只有收到主站某個命令幀后，才能作為響應向主站傳輸信息。響應信息可以由一個或多個幀組成。 主站負責管理整個鏈路，且具有輪詢、選擇從站及向從站發(fā)送命令的權利，同時也負責對超時、重發(fā)及各類恢復操作的控制。

三種數(shù)據(jù)傳輸模式（2）異步平衡方式ABM

適用于平衡配置，是一種允許任何節(jié)點來啟動傳輸?shù)牟僮鞣绞健? 為了提高鏈路傳輸效率，節(jié)點之間在兩個方向上都需要的較高的信息傳輸量。在這種操作方式下任何時候任何站都能啟動傳輸操作，每個站既可作為主站又可作為從站，每個站都是組合站，都有相同的一組協(xié)議，任何站都可以發(fā)送或接收命令，也可以給出應答，并且各站對差錯恢復過程都負有相同的責任。三種數(shù)據(jù)傳輸模式（3）異步響應方式ARM 適用于非平衡配置，是一種非平衡數(shù)據(jù)鏈路操作方式。 與NRM不同的是，ARM下的傳輸過程由從站啟動。從站主動發(fā)送給主站的一個或一組幀中可包含有信息，也可以是僅以控制為目的而發(fā)的幀。 在這種操作方式下，由從站來控制超時和重發(fā)。該方式對采用輪詢方式的多站蓮路來說是必不可少的。三種數(shù)據(jù)傳輸模式平衡型鏈路接入規(guī)程LAPB

LAPB是數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，負責管理在X.25中DTE設備與DCE設備之間的通信和數(shù)據(jù)包幀的組織過程。

LAPB是源于HDLC的一種面向位的協(xié)議，它實際上是ABM（平衡的異步方式類別）方式下的HDLC。 LAPB能夠確保傳輸幀的無差錯和正確排序。2)LAPb的主要功能

1、編制幀序號。

2、16位幀檢查序列（FCS）進行檢錯：

3、如收到的是正確數(shù)據(jù)，則回送一正確的認可（ACK）信號；

4、如收到時發(fā)現(xiàn)錯誤則請求對方重發(fā)，接收方將丟棄該幀，

5、而發(fā)送端在經(jīng)過一段規(guī)定的超時期間后進行重發(fā)。

標志字段（F）：幀開始和結束（01111110）。地址字段A：表示鏈路層地址幀校驗序列：用于檢測幀傳送過程中是否有錯LAPB幀結構幀格式標志F地址字段A控制字段C信息字段I檢驗序列FCS標志F8bits8bits8bits16bits8bits長度可變幀頭幀尾

控制字段：區(qū)分幀類型和流量控制，分為三種類型：信息幀（I幀）、監(jiān)控幀（S幀）和無編號幀（U幀）。

I-幀：用戶數(shù)據(jù)

S-幀：空

U-幀：控制數(shù)據(jù)LAPB幀結構幀格式標志F地址字段A控制字段C信息字段I檢驗序列FCS標志F8bits8bits8bits16bits8bits長度可變信息（I）幀：傳送高層用戶的信息，即分組層交換的分組；

監(jiān)控（S）幀：沒有信息字段，作用是保證I幀的可靠傳送。監(jiān)控幀的3種類型（由SS兩個比特區(qū)分）：接收就緒（RR）接收未就緒（RNR）拒絕幀（REJ）控制字段比特87654321信息（I）幀N（R）PN（S）0監(jiān)控（S）幀N（R）P/FSS01無編號（U）幀MMMP/FMM11LAPB幀結構無編號（U）幀：用于控制鏈路的建立與斷開。幀拒絕、響應幀F(xiàn)RMR5無編號確認、響應幀UA4已斷鏈狀態(tài)、響應幀DM3斷開（斷鏈）、命令幀DISC2置異步平衡模式（建鏈）、命令幀SABM1功能類型序號控制字段比特87654321信息（I）幀N（R）PN（S）0監(jiān)控（S）幀N（R）P/FSS01無編號（U）幀MMMP/FMM11LAPB幀結構P/F：探詢（poll）/最終（final）位，用于構成兩個復合站之間的問答關系。

作用：（1）P=1，令對端立即響應并告之狀態(tài)。（2）F區(qū)分收到的響應幀是主動報告還是對本端命令的響應（F=0、1）?？刂谱侄伪忍?7654321信息（I）幀N（R）PN（S）0監(jiān)控（S）幀N（R）P/FSS01無編號（U）幀MMMP/FMM11LAPB幀結構分組交換機在分組網(wǎng)中的作用分組交換機是分組通信網(wǎng)中的核心設備。1、虛電路模式下的分組交換機作用：（1）路由選擇（2）分組轉發(fā)2、數(shù)據(jù)報模式下分組交換機的作用分組交換機對每一下分組都要進行路由選擇。分組交換機的功能結構ITU-T只是對分組交換網(wǎng)和終端的互聯(lián)方式做了相應的規(guī)范，但網(wǎng)內設備協(xié)議并沒有相應的規(guī)范，因生產(chǎn)廠家的內部協(xié)議并不統(tǒng)一，所以分組交換機也是多種多樣。從功能上，分組交換機一般由4個主要的功能部件組成：1、接口模塊2、分組處理模塊3、控制模塊4、維護操作與管理模塊一、接口模塊接口模塊負責分組交換機和用戶終端之間或其它交換機之間的互聯(lián)。二、分組處理模塊主要任務是實現(xiàn)分組的轉發(fā)。在虛電路和數(shù)據(jù)報方式下不同：在數(shù)據(jù)報方式，分組處理模塊將接口送來的分組按分組頭上的目的地址進行路由選擇，從其它接口發(fā)出去虛電路方式下，在信息傳輸階段，分組處理模塊將從接口送來的分組，按分組頭中的邏輯信道號，根據(jù)轉發(fā)表，從另一個接口發(fā)出去。三、控制模塊完成對分組交換模塊和接口模塊的控制。主要作用有兩個：1、連接建立與轉發(fā)控制虛電路模式：在呼叫建立階段，根據(jù)用戶呼叫要求進行呼叫處理，并根據(jù)路由表進行路由選擇，以建立虛電路并生成轉發(fā)表；在信息傳輸階段，按照轉發(fā)表，控制分組轉發(fā)過程。數(shù)據(jù)報模式：只有信息傳輸階段，根據(jù)分組頭的地址信息查詢路由表，直接將分組進行轉發(fā)，不需要進行呼叫處理和生成轉發(fā)表2、接口控制完成X.25鏈路層的功能，差錯控制、流量控制四、維護操作與管理模塊用于完成對分組交換機各部分的維護操作和管理功能分組交換機的指標體系（1）分組吞吐量（2）鏈路速率（3）并發(fā)虛呼叫數(shù)（4）平均分組處理時延（5）可靠性（6）可利用度（7）補充業(yè)務和增值業(yè)務分組交換網(wǎng)絡分組交換網(wǎng)由分組交換機、網(wǎng)管中心、集中器、用戶終端設備及傳輸設備等組成。見P144頁圖6－18幀中繼技術1、幀中繼的產(chǎn)生 分組交換技術是在通信網(wǎng)以模擬通信為主的背景下提出來的，當時數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺来蠖嗍荈DM，信道帶寬300~3400KHZ,傳輸速率不超過9600bit/s，誤碼率高。 為了解決高誤碼率，保證數(shù)據(jù)通信的質量，分組交換網(wǎng)內的每個節(jié)點必須提供檢錯、糾錯和流量控制功能。20世紀80年代末90年代初，數(shù)字化技術、光纖傳輸技術以及超大規(guī)模集成電路取得了極大的成果，光纖傳輸可以獲得較低的誤碼率，并比銅線傳輸技術有更寬的傳輸頻帶。計算機網(wǎng)絡技術得到迅速的發(fā)展，LAN數(shù)量迅速發(fā)展，越來越多的用戶需要局域網(wǎng)互聯(lián)，實現(xiàn)更大范圍的信息共享。而局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率已達到了1000Mbit/s.要實現(xiàn)高速局域網(wǎng)的互聯(lián)，要求互聯(lián)網(wǎng)絡必需具有更高的傳輸速率。分組交換網(wǎng)中為實現(xiàn)較抵的誤碼率，采用了流量控制、差錯控制、出錯重發(fā)等技術，使得分組交換機開銷很大，速率只能達到64Kbit/s。為了提高數(shù)據(jù)通信的吞吐量和傳輸速率，從兩方面來考慮：一是提高物理信道的傳輸能力，另一方面是發(fā)展新的交換技術。在傳輸上采用了光纖通信技術，使得誤碼率達到了較低的水平，并且?guī)挻螅蚨鴮㈡溌返牟铄e控制和流量控制進行簡化，以加快交換機的處理速率——幀中繼就是在這樣的背景下產(chǎn)生的。分組網(wǎng)絡和幀中繼網(wǎng)絡協(xié)議的分層比較幀中繼體系結構圖Q.931/933用戶選擇Q.922Q.922核心I.430/I.431Q.931/933Q.922Q.922核心I.430/I.431用戶網(wǎng)絡C-placeU-placeUNIU-placeC-placeFRN的體系結構二個操作平面：控制平面C，用于在用戶與網(wǎng)絡之間建立和釋放邏輯連接，傳送并處理呼叫控制信息。用戶平面U，傳送用戶數(shù)據(jù)和管理信息，提供端到端的功能?？刂破矫婵刂破矫姘ㄓ?層，在用戶和網(wǎng)絡間操作。第3層使用Q.931/Q.933，定義了幀中繼的信令過程，包括提供永久虛連接業(yè)務的管理過程、交換虛連接的呼叫建立和拆除過程。第二層Q.922是一個完整的數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議，在控制平面中為第3層的控制信息提供可靠的傳輸。第一層I.430/I.431是用戶網(wǎng)絡接口(UNI)第1層規(guī)范用戶平面用戶平面使用了Q.922協(xié)議的核心功能。Q.922核心層功能（1）幀定界、定位和透明性。（2）使用幀頭中地址字段進行幀復用/解復用。（3）檢測傳輸幀在插0和去0之后，是否由整數(shù)個字節(jié)組成。（4）檢測幀長，不能太長或太短。（5）檢測傳輸差錯，將出錯的幀丟棄。（6）擁塞控制功能。

幀中繼的幀格式幀中繼的幀格式FAIFCSFF:標志位A：地址I：信息FCS：幀檢驗序列

LAPF數(shù)據(jù)鏈路層幀方式接入?yún)f(xié)議，定義在ITUQ.922中，是高級數(shù)據(jù)鏈路控制HDLC的子集。幀中繼的幀格式幀中繼幀發(fā)送在前標志標志地址信息幀檢驗序列字節(jié)122~41可變首部尾部IP數(shù)據(jù)報標志字段是一個01111110的比特序列，用于指示幀中繼幀的起始和結束。它的惟一性是通過比特填充法來確保的。幀中繼的幀格式幀中繼幀發(fā)送在前標志標志地址信息幀檢驗序列字節(jié)122~41可變首部尾部IP數(shù)據(jù)報信息字段是長度可變的用戶數(shù)據(jù)。幀中繼的幀格式幀中繼幀發(fā)送在前標志標志地址信息幀檢驗序列字節(jié)122~41可變首部尾部IP數(shù)據(jù)報幀檢驗序列字段是2字節(jié)的CRC檢驗。當檢測出差錯時，就將此幀丟棄。幀中繼的幀格式幀中繼幀發(fā)送在前標志標志地址信息幀檢驗序列字節(jié)122~41可變首部尾部IP數(shù)據(jù)報地址字段一般為2字節(jié)，但也可擴展為3或4字節(jié)。DLCI（高階）C/REA(0)DLCI(低階）FECNBECNDEEA(1)地址字段的擴展EA1低位DLCI或DL核心控制D/C3字節(jié)ADLCI（高階）C/REA0DLCI(低階）FECNBECNDEEA1DLCIEA0低位DLCI或DL核心控制D/CEA14字節(jié)ADLCI（高階）C/REA0DLCI(低階）FECNBECNDEEA1數(shù)據(jù)鏈路連接標識符

DLCIDLCI字段的長度一般為10bit（采用默認值2字節(jié)地址字段），但也可擴展為16bit（用3字節(jié)地址字段），或23bit（用4字節(jié)地址字段），這取決于擴展地址字段的值。

DLCI的值用于標識永久虛電路(PVC)、呼叫控制或管理信息。使一個用戶在犧牲其他用戶利益的前提下壟斷網(wǎng)絡資源概率最小數(shù)據(jù)鏈路連接標識符DLCI只具有本地意義。

地址字段中的幾個重要部分

地址字段中的幾個重要部分前向顯式擁塞通知FECN若某結點將FECN置為1，表明與該幀在同方向傳輸?shù)膸赡苁芫W(wǎng)絡擁塞的影響而產(chǎn)生時延。反向顯式擁塞通知

BECN若某結點將BECN置為1即指示接受者，與該幀反方向傳輸?shù)膸赡苁芫W(wǎng)絡擁塞的影響產(chǎn)生時延。

可丟棄指示

DE的長度是1bitDE比特為1的幀表明這是較為不重要的低優(yōu)先級幀，在必要時可丟棄。

地址擴展EA

EA為0時，表示下一個字節(jié)仍為地址，EA為了時，表示下一個字節(jié)為信息字段的開始。地址字段中的幾個重要部分

幀中繼是在分組交換網(wǎng)的基礎上發(fā)展起來的，它沒有分組交換網(wǎng)的數(shù)據(jù)報方式，只有虛電路方式。幀中繼方式也采用了統(tǒng)計復用技術，它是在鏈路層進行復用的，用DLCI來標識，與邏輯信道LCN相似，用以標識用戶與網(wǎng)絡節(jié)點、節(jié)點與節(jié)點間的邏輯虛連接。通過多級邏輯虛連接級聯(lián)構成端到端的虛連接，有交換虛連接和永久虛連接之分。目前，幀中繼網(wǎng)只提供永久虛連接。幀中繼的交換原理幀中繼交換設備A:輸入端口10已收到包括有DLCI100，DLCI101和DLCI102三個幀。從交換設備A的路由表上查:

DLCI100應交換給出端口12，而DLCI100應改為103;

DLCI101應交給出端口13，DLCI101應改為DLCI104;

DLCI102交給出端口14，DLCI102應改為105。其中兩幀被中繼到交換設備B和C;交換設備B和C的路由表上查出:

DLCI103交換為DLCI106，

DLCI104交換為DLCI107。這兩幀就被經(jīng)過遠端的UNI送到路由器內。

DLCI一般只具有本地意義，DLCI值在網(wǎng)內每一UNI上可重復使用而生成更多的虛電路。注意:本接口的DLCI值不為其它路由器認識的。幀中繼網(wǎng)幀中繼交換機路由器局域網(wǎng)局域網(wǎng)虛電路路由器幀中繼提供虛電路服務幀中繼網(wǎng)路由器局域網(wǎng)局域網(wǎng)虛電路路由器幀中繼的PVC管理

定義：接口間交換一些詢問和狀態(tài)信息幀包括：UNI的PVC管理協(xié)議，NNI的PVC管理協(xié)議功能：鏈路完整性證實/增加PVC通知/刪除PVC通知/PVC狀態(tài)通知輪詢周期：UNI和NNI周期性的交換STATUSENQUERY和STATUS信息過程：1.發(fā)起端詢問STATUSENQUERY，T391計時；2.應答端收到，應答，T392計時；3.發(fā)起端閱讀應答，處理；問題：增加了幀中繼的復雜性，但能保障網(wǎng)路可靠運行，滿足用戶的服務質量幀中繼的主要特點

與分組交換相比，幀中繼有如下特點：（1）幀中繼協(xié)議只有物理層和鏈路層，使得網(wǎng)內節(jié)點對數(shù)據(jù)處理過程簡化，提高了幀中繼網(wǎng)的處理效率。（2）幀中繼協(xié)議結構中用戶平面和控制平面分離。（3）幀中繼網(wǎng)傳送的基本單元為幀，而且?guī)拈L度可變，適合于封裝局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)單元，減少分段和重組的開銷。幀中繼的主要特點（4）在鏈路層完成統(tǒng)計復用、幀透明傳輸和錯誤檢測，但不提供發(fā)現(xiàn)錯誤后的重傳操作。省去了幀編號、流量控制、應答和監(jiān)視等機制，大大節(jié)省了幀中繼的開銷，提高了網(wǎng)絡吞吐量、降低了通信時延。（5）幀中繼提供有效的帶寬管理和擁塞控制，用戶可以傳送超過帶寬的突發(fā)性數(shù)據(jù)，充分利用網(wǎng)絡資源。（6）幀中繼可提供用戶的接入速率為64kbit/s-2.048Mbit/s（7）與分組交換一樣，幀中繼采用面向連接的交換技術，可以提供SVC業(yè)務和PVC業(yè)務。由于SVC在資費方面不能給用戶帶來明顯好處，所以，目前以PVC為主。重點小結一、分組交換網(wǎng)向用戶提供的兩種方式的信息傳送服務。二、資源分配技術（1）預分配資源技術（頻分復用、同步時分復用）（2）動態(tài)分配資源技術（統(tǒng)計時分復用）三、邏輯信道的概念四、幀中繼的交換原理五、與分組相比，幀中繼的主要特點 分組交換網(wǎng)向用戶提供數(shù)據(jù)報和虛電路兩種方式的信息傳送服務。（1）數(shù)據(jù)報：數(shù)據(jù)報方式是指采用統(tǒng)計復用技術在分組網(wǎng)內根據(jù)每個分組中包含的地址信息將分組由信源傳到信宿。它繼承了報文交換的優(yōu)點。

交換節(jié)點對每個分組進行單獨處理，采用“存儲/轉發(fā)”的方式，根據(jù)分組中的地址和網(wǎng)絡的狀態(tài)為每個分組尋找路由，同一用戶的分組沿著不同的路徑到達終點，在終點按原來的順序進行組合，還原用戶數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)報節(jié)點1節(jié)點2節(jié)點3節(jié)點4終端A終端Babcabcacbabc（2）虛電路：

虛電路方式采用統(tǒng)計復用技術，在用戶數(shù)據(jù)分組前，選通過發(fā)送“呼叫請求”，建立端到端的虛電路，一旦虛電路建立，同一用戶的數(shù)據(jù)分組沿這一虛電路傳送，傳送完畢后，通過“呼叫拆除分組”來拆除虛電路。

虛電路方式一次通信要經(jīng)過