第 6 章 分組交換與幀中繼技術(shù)

第6章分組交換與幀中繼技術(shù)概述6.1分組交換原理6.2分組交換技術(shù)6.3分組交換機及其網(wǎng)絡(luò)

6.5幀中繼技術(shù)6.6X.25協(xié)議6.4【本章內(nèi)容簡介】本章系統(tǒng)介紹了分組交換原理、技術(shù)及幀中繼技術(shù)。包括數(shù)據(jù)通信的概念、構(gòu)成、分類及其交換方式；分組交換的概念、特點、產(chǎn)生背景、分組交換的思想、統(tǒng)計時分復(fù)用技術(shù)、邏輯信道、虛電路和數(shù)據(jù)報、路由選擇、流量控制、X.25協(xié)議；幀中繼技術(shù)的產(chǎn)生背景、幀中繼的協(xié)議與幀格式、幀中繼的交換原理、分組交換技術(shù)與幀中繼的主要區(qū)別?！颈菊轮攸c難點】本章重點是分組交換思想、分組交換方式、分組交換技術(shù)以及幀中繼與分組交換的區(qū)別。難點是X.25協(xié)議。6.1概述6.1.1數(shù)據(jù)通信的概念數(shù)據(jù)是具有某種含義的數(shù)字信號的組合，如字母、數(shù)字和符號等。隨著計算機的普及，人們對數(shù)據(jù)的理解也更加廣泛，無論是文字、語聲、圖像，只要它們能用編碼的方法形成各種代碼的組合，都統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通信就是按照通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在功能單元之間傳遞數(shù)據(jù)信息，從而實現(xiàn)計算機與計算機、計算機與終端以及終端與終端之間的數(shù)據(jù)信息傳遞而產(chǎn)生的一種通信技術(shù)。數(shù)據(jù)通信包含兩方面內(nèi)容：數(shù)據(jù)的傳輸和數(shù)據(jù)傳輸前后的處理，例如數(shù)據(jù)的集中、交換、控制等。數(shù)據(jù)傳輸是數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)，而數(shù)據(jù)傳輸前后的處理使數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離交換得以實現(xiàn)。這一點在討論數(shù)據(jù)鏈路、數(shù)據(jù)交換以及各種規(guī)程時將會更明顯。6.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由3大部分組成，即發(fā)送器、信道和接收器。在雙向通信中，通信的每一方都具有發(fā)送器和接收器，也就是說，通信的每一方都可同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。目前，使用較多的是采用7個部分的通用數(shù)據(jù)電路（UniversalSeven-PartDataCircuit）來描述一個終端A與終端B間的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，如圖6-1所示。圖6-1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的7部分組成示意圖6.1.3數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的分類可以從不同的角度對數(shù)據(jù)通信網(wǎng)進(jìn)行分類。1．按服務(wù)范圍分（1）廣域網(wǎng)（WideAreaNetwork，WAN）：廣域網(wǎng)的服務(wù)范圍通常為幾十到幾千公里，有時也稱為遠(yuǎn)程網(wǎng)。（2）局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork，LAN）：局域網(wǎng)通常限定在一個較小的區(qū)域之內(nèi)，一般局限于一幢大樓或建筑群，一個企業(yè)或一所學(xué)校，局域網(wǎng)的直徑通常不超過數(shù)千米。對LAN來說，一幢樓內(nèi)傳輸媒介可選雙絞線、同軸電纜，建筑群之間可選光纖。（3）城域網(wǎng)（MetropolitanAreaNetwork，MAN）：城域網(wǎng)的地理范圍比局域網(wǎng)大，可跨越幾個街區(qū)，甚至整個城市，有時又稱都市網(wǎng)。2．按交換方式分類按交換方式分類，可以有電路交換的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、分組交換網(wǎng)（又稱X.25網(wǎng)）、幀中繼網(wǎng)、異步傳送模式ATM等。還有多分類方法，如按使用對象可分為公用網(wǎng)和專用網(wǎng)等。6.1.4數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的交換方式在信息傳輸方面，由于數(shù)據(jù)通信網(wǎng)與電話通信網(wǎng)相比，有它自己的特點（實時性要求不如電話通信網(wǎng)那樣高），因而在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中引入了一些特殊的交換方式。目前，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中可采用的信息交換方式有以下3類。（1）電路交換方式（CircuitSwitching）（2）報文交換方式（MessageSwitching）（3）分組交換方式（PacketSwitching）6.1.5分組交換網(wǎng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)發(fā)展的重要里程碑是采用分組交換方式，構(gòu)成分組交換網(wǎng)。6.1.6分組交換技術(shù)的產(chǎn)生分組交換技術(shù)的研究是從20世紀(jì)60年代開始的。6.2分組交換原理6.2.1分組交換的工作原理分組交換技術(shù)是在計算機技術(shù)發(fā)展到一定程度，人們除了打電話直接溝通，還可以通過計算機和終端實現(xiàn)計算機與計算機之間的通信。分組交換技術(shù)是在傳輸線路質(zhì)量不高、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段還較單一的情況下，應(yīng)運而生的一種交換技術(shù)。分組交換也稱包交換，它是將用戶傳送的數(shù)據(jù)劃分成一定長度的數(shù)據(jù)包，每個數(shù)據(jù)包叫做一個分組。在每個分組的前面加上一個分組頭，包含用于控制和選路的有關(guān)信息。分組在網(wǎng)內(nèi)由分組交換機根據(jù)每個分組的地址標(biāo)志，采用“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”、流量控制和差錯控制技術(shù)，將它們傳送至目的地，這一過程稱為分組交換。進(jìn)行分組交換的通信網(wǎng)稱為分組交換網(wǎng)。分組交換實質(zhì)上是在“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。1．?dāng)?shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）數(shù)據(jù)終端設(shè)備按業(yè)務(wù)內(nèi)容不同，可分為分組型終端（PT）和非分組型終端（NPT）。分組型終端（PT）就是具有分組形成能力，可將數(shù)據(jù)信息分成若干個分組，能執(zhí)行X.25協(xié)議，可直接和分組網(wǎng)相連進(jìn)行通信的終端設(shè)備。非分組終端（NPT）也稱一般終端，它就是以字符形式收發(fā)信息的一般終端。2．分組交換的工作原理圖6-2分組交換工作原理6.2.2分組交換方式1．?dāng)?shù)據(jù)報方式分組交換的數(shù)據(jù)報方式繼承了報文交換的優(yōu)點。所謂數(shù)據(jù)報方式就是采用統(tǒng)計復(fù)用技術(shù)在分組網(wǎng)內(nèi)根據(jù)每個分組的地址信息將數(shù)據(jù)分組由信源傳送到信宿。交換節(jié)點對每一個分組單獨進(jìn)行處理，采用“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”方式，根據(jù)分組中包含的目的地址信息和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為每個分組獨立尋找路由，屬于同一用戶的不同分組可能沿著不同的路徑到達(dá)終點，分組到達(dá)終點后應(yīng)按原來的順序組合用戶數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)報方式的特點如下。（1）用戶之間的通信不需要連接建立和拆除過程，根據(jù)分組頭地址就可以直接傳送數(shù)據(jù)，因此對于短報文通信效率比較高。（2）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點根據(jù)分組頭地址自由地選路，可以避開網(wǎng)絡(luò)中的擁塞路段或節(jié)點，因此網(wǎng)絡(luò)傳送分組的可靠性更高。如果一個節(jié)點出現(xiàn)故障，分組可以通過其他路由傳送。（3）數(shù)據(jù)報方式的缺點是分組和節(jié)點的開銷較大。由于分組在網(wǎng)內(nèi)按地址信息和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)向目的地方向傳送，分組的到達(dá)終點次序隨機，需要重新排序。每個分組的分組頭要包含詳細(xì)的目的地址。（4）數(shù)據(jù)報方式適用于短報文的數(shù)據(jù)通信，如詢問/響應(yīng)型、電子郵件型業(yè)務(wù)等。2．虛電路方式分組交換的虛電路方式繼承了電路交換的優(yōu)點。所謂虛電路方式就是采用統(tǒng)計復(fù)用技術(shù)，在用戶數(shù)據(jù)分組傳送前先通過發(fā)送呼叫請求分組建立端到端的虛電路，一旦虛電路建立，屬于同一呼叫的數(shù)據(jù)分組均沿著這一虛電路傳送，傳送完畢通過呼叫拆除分組來拆除虛電路。在這種方式中，用戶的通信過程需要經(jīng)過虛連接建立、分組傳輸、虛連接拆除三個階段。因此，虛電路提供的是面向連接服務(wù)。虛電路方式的特點如下。（1）分組的傳輸時延較小。（2）終端不需要重新排序。（3）虛電路建立后，每個分組頭中不再需要包含詳細(xì)的目的地址，而只需邏輯信道號就可以區(qū)分各個呼叫的信息，減少了每個分組的額外開銷。（4）虛電路是由多段邏輯信道級聯(lián)而成，虛電路在它經(jīng)過的每段物理線路上都有一個邏輯信道號，這些邏輯信道級聯(lián)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，必須重新建立連接才能恢復(fù)數(shù)據(jù)傳輸。（6）虛電路適用于長報文的數(shù)據(jù)通信。6.2.3分組交換方式的主要特征分組交換方式的主要特征是以數(shù)據(jù)分組為單位，以“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”方式在分組網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行交換和傳送分組信息。分組交換方式除了具有報文交換方式的各種優(yōu)點外，還由于分組長度較短、具有統(tǒng)一的格式，因而便于交換機存儲（可以只用內(nèi)存儲器）、處理。所以，與報文交換方式比，其信息傳輸延遲時間大大縮短。6.3分組交換技術(shù)6.3.1分組的形成在分組交換中，分組是交換和傳送處理的對象。分組交換是采用“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”方式傳送若干比較短的、被規(guī)范化了的分組。與報文交換相比，分組在分組網(wǎng)內(nèi)傳送的時間較短，通常一個分組在交換機內(nèi)的平均時延為數(shù)毫秒甚至更短，所以分組網(wǎng)能滿足絕大多數(shù)數(shù)據(jù)通信用戶對信息傳輸?shù)膶崟r要求。圖6-3分組的組合與分解1．分組頭格式

圖6-4分組頭格式圖6-5通用格式識別符分組類型識別符為8位，區(qū)分各種不同的分組，共分如下4類。（1）呼叫建立分組用于在兩個DTE之間建立交換虛電路。（2）數(shù)據(jù)傳輸分組用于兩個DTE之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。（3）恢復(fù)分組實現(xiàn)分組層的差錯恢復(fù)，包括復(fù)位分組、再啟動分組和診斷分組等。（4）呼叫釋放分組在兩個DTE之間斷開虛電路，包括釋放請求分組、釋放指示分組和釋放證實分組等。2．各類分組格式用于呼叫建立的分組有呼叫請求分組、入呼叫分組、呼叫接受分組和呼叫連接分組等。它們的格式相同，但它們的內(nèi)容有些不同，這里介紹兩種分組，即呼叫請求分組和呼叫接收分組。（1）呼叫請求分組格式（2）呼叫接受分組格式圖6-6呼叫請求分組格式

圖6-7呼叫接受分組格式（3）數(shù)據(jù)分組格式圖6-8數(shù)據(jù)分組格式（4）呼叫釋放分組格式圖6-9呼叫釋放分組格式6.3.2資源分配技術(shù)1．多路復(fù)用技術(shù)為了提高信道的利用率，在數(shù)據(jù)的傳輸中組合多個低速的數(shù)據(jù)終端共同使用一條高速的信道進(jìn)行信息傳送，然后在接收端再將復(fù)合信號分離出來，這種方法稱為多路復(fù)用技術(shù)，常用的復(fù)用技術(shù)有：頻分多路復(fù)用和時分多路復(fù)用。（1）頻分復(fù)用（FrequencyDivisionMultiplexing，F(xiàn)DM）：將線路的通頻帶劃分成若干個子頻帶（或稱子信道），每個用戶的數(shù)據(jù)通過專門分配給它的子頻帶傳輸，每一個子頻帶傳輸1路信號。頻分復(fù)用技術(shù)的特點：所有子信道傳輸?shù)男盘栆圆⑿械姆绞焦ぷ?，每一路信號傳輸時可不考慮傳輸時延，因而頻分復(fù)用技術(shù)取得了非常廣泛的應(yīng)用。（2）時分復(fù)用（TimeDivisionMultiplexing，TDM）：時分復(fù)用是把線路傳輸時間劃分成若干時間片（簡稱時隙），多個用戶在不同的時間段（時隙）占用或共享公共資源（如信道、介質(zhì)等）的方法。時分復(fù)用技術(shù)的特點：時分復(fù)用技術(shù)的特點是所有子信道（時隙）傳輸?shù)男盘栆源械姆绞焦ぷ鳌?．資源分配技術(shù)分組交換采用“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”及動態(tài)復(fù)用技術(shù)，基本思想是實現(xiàn)通信資源共享，因此必須考慮資源分配。從分配傳輸資源角度可分為兩類技術(shù)：預(yù)分配（或固定分配）資源技術(shù)和動態(tài)分配資源技術(shù)。（1）預(yù)分配資源技術(shù)所謂預(yù)分配是根據(jù)用戶要求預(yù)先把線路傳輸容量的一部分分配給他。下面介紹頻分多路復(fù)用預(yù)分配技術(shù)和時分多路復(fù)用預(yù)分配技術(shù)。①頻分復(fù)用頻分復(fù)用是把線路的通頻帶分成多個子頻帶，分別分配給用戶形成數(shù)據(jù)傳輸子通路，每個用戶的數(shù)據(jù)通過專門分配給它的子通路傳輸。②時分復(fù)用同步時分復(fù)用就是把線路傳輸時隙輪流分配給每個用戶，每個用戶只在分配的時間里向線路發(fā)送信息。（2）動態(tài)分配資源技術(shù)為了克服預(yù)分配資源方式的缺點，采取用戶有數(shù)據(jù)傳輸時才給他分配資源的方法，稱為動態(tài)分配或按需分配。當(dāng)用戶暫停發(fā)送數(shù)據(jù)時，不給他分配線路資源，線路的傳輸能力可用于為其他用戶傳輸數(shù)據(jù)。這種根據(jù)用戶有數(shù)據(jù)傳輸時，才給它分配線路資源的方法稱為統(tǒng)計時分復(fù)用（STDM）。圖6-10統(tǒng)計時分復(fù)用6.3.3邏輯信道與交換虛電路1．邏輯信道的概念在統(tǒng)計時分復(fù)用中，雖然沒有為各個終端分配固定的時隙，但通過各個用戶的數(shù)據(jù)信息上所加的標(biāo)記，仍然可以把各個終端的數(shù)據(jù)在線路上嚴(yán)格地區(qū)分開來。這樣，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。各個子信道用相同的號碼來表示。如圖6-11所示，在高速的傳輸線上形成了分別為3個用戶傳輸信息的邏輯上的子信道，我們把這種形式的子信道稱為邏輯信道，用邏輯信道號（LogicalChannelNumber，LCN）來標(biāo)識。圖6-11邏輯信道劃分示意圖邏輯信道號由邏輯信道組號及組內(nèi)邏輯信道號組成，二者統(tǒng)稱為邏輯信道號。在統(tǒng)計復(fù)用器中建立了終端號和邏輯信道號的對照表，網(wǎng)絡(luò)通過LCN就可以識別出是哪個終端發(fā)來的數(shù)據(jù)。2．邏輯信道的特點（1）由于分組交換采用動態(tài)統(tǒng)計時分復(fù)用方法，因此終端每次呼叫時，需要根據(jù)當(dāng)時的資源情況分配LCN。同一個終端可同時通過網(wǎng)絡(luò)建立多個數(shù)據(jù)通路，它們之間通過LCN進(jìn)行區(qū)分。（2）邏輯信道號是在用戶至交換機的用戶線或交換機之間的中繼線上分配的，用于代表子信道的一種標(biāo)號資源。（3）邏輯信道號是客觀存在的。3．交換虛電路的建立和釋放虛電路是分組交換的一種工作方式。虛電路分為兩種：一種是交換虛電路（SwitchedVirtualCircuit，SVC），另一種是永久虛電路（PermanentVirtualCircuit，PVC）。交換虛電路是指在每次呼叫時用戶通過發(fā)送呼叫請求分組臨時建立的虛電路，一旦虛電路建立后屬于同一呼叫的數(shù)據(jù)分組均沿著這一虛電路傳送。當(dāng)通信結(jié)束后，通過呼叫清除分組將虛電路拆除。永久虛電路是根據(jù)與用戶約定，由網(wǎng)絡(luò)運營者為其建立固定的虛電路，每次通信時用戶無需呼叫就可直接進(jìn)入數(shù)據(jù)傳送階段，就好像具有一條專線一樣。永久虛電路一般適用于業(yè)務(wù)量較大的集團(tuán)用戶。采用交換虛電路通信需經(jīng)歷交換虛電路的呼叫建立、數(shù)據(jù)傳輸和虛電路的釋放3個階段。（1）交換虛電路的建立圖6-12虛電路的建立（2）數(shù)據(jù)傳輸（3）虛電路的釋放圖6-13虛電路釋放過程4．虛電路和邏輯信道的主要區(qū)別（1）虛電路是主、被叫DTE之間建立的虛連接；而邏輯信道是在DTE與交換機接口或網(wǎng)內(nèi)中繼線上分配的，代表了信道的一種編號資源。（2）一條虛電路由多個邏輯信道連接而成，每條線路的邏輯信道號的分配是獨立進(jìn)行的。（3）一條虛電路具有呼叫建立、數(shù)據(jù)傳輸和呼叫釋放過程。永久虛電路可在預(yù)約時由網(wǎng)絡(luò)建立，也可通過預(yù)約予以清除；而邏輯信道是一種客觀存在，它有占用和空閑的區(qū)別，但不會消失。（4）邏輯信道一般定義了如下一些狀態(tài)。①“準(zhǔn)備好”狀態(tài)：在邏輯信道上沒有呼叫存在，邏輯信道號未分配。②“呼叫建立”狀態(tài)：正處在呼叫建立過程中，邏輯信道號已分配。③“數(shù)據(jù)傳輸”狀態(tài)：可以通過邏輯信道發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。④“呼叫釋放”狀態(tài)：呼叫正處在斷開的過程中，所有網(wǎng)絡(luò)資源被釋放、邏輯信道返回到“準(zhǔn)備好”狀態(tài)。虛電路邏輯信道兩個DTE之間端到端連接。每個DTE可以使用不同邏輯信道。交換虛電路只是在建立后才存在，而永久虛電路固定存在。DTE與DCE之間的局部實體。一個邏輯信道只能分配給一個虛電路。邏輯信道總是存在的，或是被分配到虛電路上，或者處于“準(zhǔn)備好”狀態(tài)（空閑）。表6-2 虛電路與邏輯信道間的區(qū)別6.3.4路由選擇和差錯控制1．路由選擇概念及策略在通信網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間一般都存在一條或多條路徑。多路徑不僅有利于提高通信的可靠性，而且有利于業(yè)務(wù)量的控制。為了充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，減少信息傳送時延，就需要針對網(wǎng)絡(luò)的運行狀況，通過節(jié)點交換機、相關(guān)軟件及路由選擇協(xié)議，在多條路由中選擇一條較好的路由，從而使業(yè)務(wù)量盡可能在網(wǎng)內(nèi)分散，提高網(wǎng)絡(luò)信息傳送能力。因此，進(jìn)行路由選擇是分組交換中一個很重要的問題。2．路由選擇方法（1）固定型算法①洪泛法（Flooding）洪泛法是歐洲RAND公司提出的用于軍用分組交換網(wǎng)的路由選擇方法。其基本思想是：當(dāng)節(jié)點交換機收到一個分組后，只要該分組的目的地址不是其本身，就將此分組轉(zhuǎn)發(fā)到全部（或部分）鄰接節(jié)點。洪泛法分為完全洪發(fā)法和選擇洪泛法兩種。②固定路由表算法這是靜態(tài)路由算法中最常用的一種。其基本思想是：在每個節(jié)點上事先設(shè)置一張路由表，表中給出了該節(jié)點到達(dá)其他各目的節(jié)點的路由的下一個節(jié)點。圖6-14分組網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（2）自適應(yīng)路由選擇自適應(yīng)路由選擇（AdaptiveRouting）是指路由選擇隨網(wǎng)絡(luò)情況的變化而變化。事實上，在所有的分組交換網(wǎng)中，都使用了某種形式的自適應(yīng)路由選擇技術(shù)。影響路由選擇判決的主要條件有以下幾點。①故障②擁塞到目前為止，自適應(yīng)路由選擇策略是使用最普遍的，其原因如下幾點。①從網(wǎng)絡(luò)用戶的角度來看，自適應(yīng)路由選擇策略能夠提高網(wǎng)絡(luò)性能。②由于自適應(yīng)路由選擇策略趨向于平衡負(fù)荷，因而有助于擁塞控制，能夠延遲嚴(yán)重?fù)砣录陌l(fā)生。③自適應(yīng)路由選擇的上述優(yōu)點與網(wǎng)絡(luò)設(shè)計是否合理，以及負(fù)荷本身有關(guān)。（3）最短路徑算法在路由選擇中，要依據(jù)一定的算法來計算具有最小參數(shù)的路由，即最佳路由。這里最佳的路徑并不一定是物理長度最短，最佳的意思可以是長度最短，也可能是時延最小或者費用最低等。若以這些參數(shù)為鏈路的權(quán)值，則一般稱權(quán)值之和最小的路徑為最短路徑。3．差錯控制我們從數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型可以看出，當(dāng)數(shù)據(jù)從信源發(fā)出經(jīng)過通信信道傳輸時，由于信道總存在著一定的噪聲，數(shù)據(jù)到達(dá)信宿后，接收的信號實際上是數(shù)據(jù)信號和噪聲信號的疊加。接收端在取樣時鐘作用下接收數(shù)據(jù)，并根據(jù)閾值電平判斷信號電平。如果噪聲對信號的影響非常大時，就會造成數(shù)據(jù)的傳輸錯誤。由于數(shù)據(jù)通信可靠性要求非常高，因此就要提高傳輸可靠性、降低誤碼率，減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e發(fā)生。（1）減少差錯發(fā)生的兩種途徑減少差錯發(fā)生主要有兩種途徑：一種是改善傳輸信道的物理特性，即提高通信線路和通信設(shè)備的質(zhì)量，如電氣特性；另一種是采取檢、糾錯技術(shù)，即使用差錯控制技術(shù)。（2）差錯控制差錯控制就是在數(shù)據(jù)通信過程中能發(fā)現(xiàn)或糾正差錯，把差錯限制在盡可能小的允許范圍內(nèi)的技術(shù)和方法。（3）差錯控制方法差錯控制方法是使構(gòu)成傳輸數(shù)據(jù)的編碼或編碼組具有一定的邏輯性，接收端根據(jù)接受編碼所發(fā)生的邏輯性錯誤來識別和糾正差錯。①前向差錯控制（前向糾錯FEC）②自動反饋重發(fā)（ARQ）③混合糾錯方式（HEC）6.3.5流量控制和擁塞控制1．流量控制（1）流量控制原因為了確保網(wǎng)絡(luò)正常運行，避免阻塞發(fā)生，必須限制過多的信息到達(dá)節(jié)點。在虛電路方式時，不同速率的終端之間互通，要控制速率較高的終端進(jìn)入分組網(wǎng)的流量，即對兩者進(jìn)行速率匹配。因此在分組網(wǎng)中必須進(jìn)行流量控制。采用流量控制技術(shù)需要增加一些系統(tǒng)開銷，其吞吐量將小于理想情況下的吞吐量，分組時延將大于理想情況，這點在輸入負(fù)荷比較小時尤其明顯?？梢娒髁靠刂频膶崿F(xiàn)是有一定代價的。（2）流量控制目的流量控制是為了保證網(wǎng)路內(nèi)的數(shù)據(jù)流量的平滑均勻、提高網(wǎng)路的吞吐能力和可靠性、防止阻塞現(xiàn)象的發(fā)生。（3）流量控制實現(xiàn)網(wǎng)路阻塞控制主要是要限制節(jié)點中分組隊列的長度，維持一個網(wǎng)中或網(wǎng)中的一個區(qū)域里的分組數(shù)目低于某一水平，使分組的到達(dá)率低于或等于分組的傳輸率。2．擁塞控制擁塞控制與流量控制關(guān)系密切，但它們之間也存在一些差別。擁塞控制的前提，就是網(wǎng)絡(luò)能夠承受現(xiàn)有的負(fù)荷。擁塞控制是一個全局性的過程，涉及到所有的終端和節(jié)點，以及與降低網(wǎng)絡(luò)傳輸性能有關(guān)的所有因素。用于分組交換網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制的機制很多，常用的有如下幾種。（1）從擁塞的節(jié)點向一些或所有的源節(jié)點發(fā)送一個控制分組。（2）根據(jù)路由選擇信息調(diào)整新分組的產(chǎn)生速率。6.4X.25協(xié)議6.4.1X.25協(xié)議概述在分組通信網(wǎng)中，終端設(shè)備是通過接口接入分組交換機的，因此，為了使得各種終端設(shè)備都能和不同的分組交換機進(jìn)行連接，接口協(xié)議就必須標(biāo)準(zhǔn)化。在分組交換網(wǎng)中，這個接口上的協(xié)議稱為X.25協(xié)議。X.25協(xié)議是數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）之間的接口規(guī)程。X.25使得兩臺數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE可以通過現(xiàn)有的電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。X.25協(xié)議是在傳輸介質(zhì)質(zhì)量較差、終端智能較低以及對通信速率要求不高的歷史背景下，由ITU-T的前身CCITT按照電信級標(biāo)準(zhǔn)制定的，它含有復(fù)雜的差錯控制和流量控制措施，只能提供中低速率的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，主要用于廣域網(wǎng)互連。6.4.2X.25協(xié)議分層結(jié)構(gòu)圖6-15X.25的分層結(jié)構(gòu)鏈路層的主要功能有以下幾點。（1）在DTE和DCE之間有效地傳輸數(shù)據(jù)。（2）確保接收器和發(fā)送器之間信息的同步。（3）監(jiān)測和糾正傳輸中產(chǎn)生的差錯。（4）識別并向高層協(xié)議報告規(guī)程性錯誤。（5）向分組層通知鏈路層的狀態(tài)。6.4.3HDLC簡介數(shù)據(jù)鏈路（DataLink）是數(shù)據(jù)電路加上傳輸控制規(guī)程。也就是說，數(shù)據(jù)鏈路就是按照一定的控制規(guī)程來進(jìn)行工作的數(shù)據(jù)電路。數(shù)據(jù)鏈路的作用與數(shù)據(jù)電路的作用不同，數(shù)據(jù)鏈路不是單純地在兩地間實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸，而是按照規(guī)定的交互工作方式在兩個或兩個以上的DTE之間有效地交換信息。為此，通信雙方必須建立一定的協(xié)議，對所采用的信息格式、通信順序、差錯控制以及在信息傳輸與交換過程中出現(xiàn)的各種情況的監(jiān)控與處理方式做出規(guī)定。這種協(xié)議就叫做數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程。HDLC是由ISO定義的面向比特的數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議的總稱。面向比特的協(xié)議是指傳輸時以比特作為基本單位。HDLC是最重要的數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議，它的傳輸效率較高，能適應(yīng)數(shù)據(jù)通信的發(fā)展，因此廣泛應(yīng)用于公用數(shù)據(jù)網(wǎng)。同時，它還是其他許多重要數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議的基礎(chǔ)。為了滿足各種應(yīng)用的需要，HDLC定義了3種類型的站（Station）、兩種鏈路配置及3種數(shù)據(jù)傳送模式。（1）站類型①主站②從站③復(fù)合站（2）鏈路配置①非平衡配置②平衡配置（3）數(shù)據(jù)傳送模式①正常響應(yīng)方式（NormalResponseMode，MRM）②異步平衡方式（AsynchronousBalancedMode，ABM）③異步響應(yīng)方式（AsynchronousResponseMode，ARM）6.4.4LAPB幀結(jié)構(gòu)LAPB的幀結(jié)構(gòu)如圖6-16所示。（1）標(biāo)志（F）（2）地址字段（A）（3）控制字段（C）圖6-16LAPB幀結(jié)構(gòu)①信息幀（Ｉ幀）②監(jiān)控幀（Ｓ幀）③無編號幀（Ｕ幀）（4）信息字段（I）（5）幀校驗序列（FCS）6.5分組交換機及其網(wǎng)絡(luò)6.5.1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(shè)備，在虛電路和數(shù)據(jù)報兩種工作模式下，分組交換機的作用有所不同。1．虛電路模式下分組交換機的作用（1）路由選擇（2）分組的轉(zhuǎn)發(fā)2．?dāng)?shù)據(jù)報方式下分組交換機的作用數(shù)據(jù)報方式下不需要進(jìn)行連接建立和連接拆除的過程，只有信息的傳送過程。6.5.2分組交換機的功能結(jié)構(gòu)由于ITU-T只對分組交換網(wǎng)和終端之間的互連方式做了規(guī)范，而對網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備如交換機之間的協(xié)議并未做規(guī)范，因此各個廠家的內(nèi)部協(xié)議并不統(tǒng)一，生產(chǎn)的分組交換機也是多種多樣，不盡相同，但其完成的基本功能是一樣的。從功能上講，分組交換機一般由4個主要功能部件組成，即接口模塊、分組處理模塊、控制模塊、維護(hù)操作與管理模塊，兩種工作模式下分組交換機的功能結(jié)構(gòu)如圖6-17所示。圖6-17分組交換機的功能結(jié)構(gòu)1．接口功能模塊接口模塊負(fù)責(zé)分組交換機和用戶終端之間或與其他交換機之間的互連。接口模塊包括中繼接口模塊和用戶接口模塊。接口模塊完成接口的物理層功能，定義了用戶線和中繼線接入分組交換機時的物理接口，包括機械、電氣、功能、規(guī)程等特性。2．分組處理模塊分組處理模塊的主要任務(wù)是實現(xiàn)分組的轉(zhuǎn)發(fā)。在采用虛電路和數(shù)據(jù)報的情況下處理稍有不同。3．控制模塊（1）連接建立與轉(zhuǎn)發(fā)控制①虛電路模式②數(shù)據(jù)報模式（2）接口控制4．維護(hù)操作與管理模塊該模塊完成對分組交換機各部分的維護(hù)操作和管理功能。6.5.3分組交換機的指標(biāo)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）提供用戶可選補充業(yè)務(wù)和增值業(yè)務(wù)的能力6.5.4分組交換網(wǎng)絡(luò)分組交換網(wǎng)的設(shè)備構(gòu)成類似電話網(wǎng)，主要由分組交換機、網(wǎng)管中心、集中器、用戶終端設(shè)備以及傳輸設(shè)備等組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖6-18所示。圖6-18分組交換網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)6.6幀中繼技術(shù)6.6.1幀中繼技術(shù)的產(chǎn)生1．分組交換技術(shù)的時代背景及其作用分組交換技術(shù)是在通信網(wǎng)以模擬通信為主的時代背景下提出的，當(dāng)時可提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺来蠖鄶?shù)是FDM電話信道，信道帶寬為300～3

400Hz，這種信道的數(shù)據(jù)傳輸速率一般不超過9

600bit/s，誤碼率為10?4～10?5。由于數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量要求高，為了解決在高誤碼率、低質(zhì)量的傳輸線路上實現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳送和計算機聯(lián)網(wǎng)等功能，在X.25分組交換網(wǎng)內(nèi)的每個節(jié)點必須提供強大的檢錯、糾錯以及流量控制等功能。為了保證這些功能的實現(xiàn)，X.25分組交換網(wǎng)采用了路由選擇、流量控制、逐段轉(zhuǎn)發(fā)、逐段檢錯/糾錯以及出錯重發(fā)等技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用，使得網(wǎng)絡(luò)把誤碼率提高到小于10?11的水平，能夠?qū)崿F(xiàn)不同終端之間互通，滿足了當(dāng)時絕大多數(shù)數(shù)據(jù)通信的要求。因此，分組交換技術(shù)在數(shù)據(jù)通信方面，發(fā)揮了巨大作用。2．光纖傳輸?shù)钠占皯?yīng)用3．計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展4．分組交換技術(shù)的局限性5．社會的需求和技術(shù)的進(jìn)步使得幀中繼技術(shù)應(yīng)運而生6.6.2幀中繼與X.25的比較1．幀中繼與分組協(xié)議分層比較圖6-19幀中繼與分組協(xié)議分層結(jié)構(gòu)2．幀中繼與X.25的比較（1）不同之處①與X.25相比，幀中繼在第2層增加了路由的功能，但它取消了其他功能，例如在幀中繼節(jié)點不進(jìn)行差錯糾正，因為幀中繼技術(shù)建立在誤碼率很低的傳輸信道上，差錯糾正的功能由端到端的計算機完成。在幀中繼網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點將舍棄有錯的幀，由終端的計算機負(fù)責(zé)差錯的恢復(fù)，這樣就減輕了幀中繼交換機的負(fù)擔(dān)。②與X.25相比，幀中繼不需要進(jìn)行第3層的處理，它能夠讓幀在每個交換機中直接通過，即交換機在幀的尾部還未收到之前就可以把幀的頭部發(fā)送給下一個交換機。一些第3層的處理，如差錯/流量控制，留給智能終端去完成。（2）相同之處幀中繼與X.25也有相同的地方。例如二者均可采用面向連接的通信方式，即采用虛電路交換，其中包括交換虛電路（SVC）和永久虛電路（PVC）兩種。3．幀中繼的定義通過以上比較可見幀中繼（FrameRelay，F(xiàn)R）技術(shù)是在OSI參考模型第2層上用簡化的方法傳送和交換數(shù)據(jù)單元的一種技術(shù)，由于第2層的數(shù)據(jù)單元為幀，故稱之為幀中繼。6.6.3幀中繼的協(xié)議結(jié)構(gòu)與幀格式1．幀中繼協(xié)議結(jié)構(gòu)①控制平面（C-plane）②用戶平面（U-plane）圖6-20幀中繼的協(xié)議結(jié)構(gòu)（1）控制平面控制平面（簡稱C平面），它包括3層。（