第三章 分组交换

nullnull3.1 概述 3.2 分组交换关键技术 3.3 X.25分组交换 3.4 帧中继交换 第三章 分组交换 null本章重点：分组交换定义和特点；统计时分复用、逻辑信道、虚电路基本概念和特点；X.25分组交换的基本概念；帧中继的基本概念。 本章难点：X.25 本章课时：4学时 学习本章达到的目的和要求： 1．了解分组交换定义和特点，理解分组交换系统指标体系衡量参数的意义。 2．掌握分组交换的关键技术，包括统计时分复用、逻辑信道、虚电路、路由选择和流量控制的基本概念和特点。 3．了解X.25分组交换的基本概念，掌握X.25分组格式。 4．了解帧中继技术的基本概念，掌握帧中继的帧格式。 null3.1 概述 3.1.1 分组交换基本概念 分组交换技术产生在通信网以模拟通信为主的20世纪70年代，最初是为了满足计算机之间互相进行通信，实现资源共享要求而出现的一种数据交换技术。 一、定义一、定义分组交换PS也称包交换。分组是把线路上传输的数据按一定长度分成若干个数据块，每一个数据块附加一个数据头，这种带有数据头的数据块就叫做分组(packet)。发送端把这些“分组”分别发送出去；到达目的地后，目的交换机将一个个“分组”按顺序装好，还原成原文件发送给收端用户，这一过程称为分组交换。进行分组交换的通信网称为分组交换网。 二、特点二、特点优点 线路利用率高。 数据传输可靠性高。 提供灵活通信环境。 降低通信成本，经济性好。null缺点 信息传送时延大，时延抖动大。 额外开销大。 协议和控制复杂。 3.1.2 分组交换提供的业务3.1.2 分组交换提供的业务一、基本业务 SVC——交换虚电路 PVC——永久虚电路 二、可选业务 CUG(闭合用户群)——限于特定用户之间进行通信，避免外人干扰； NUI(网路用户标志)——提供严密的安全保障，并可实现全国漫游； 广播服务——单向的点对多点信息传送； 反向计费——由被叫方付费； 其他服务——包括呼叫转移、直接呼叫、快速选择等。 3.1.3 分组交换系统指标体系 3.1.3 分组交换系统指标体系 一、数据通信系统性能指标 1. 信息传输速率(Rb) :简称传信率，又称信息速率、比特率 ，单位为“比特／秒”，记为bit/s或bps。 2. 码元传输速率(RB)：简称传码率，又称符号速率、码元速率、波特率、调制速率，单位是波特(Baud) 3. 频带利用率 4. 差错率 二、分组交换机的指标体系 二、分组交换机的指标体系 1.端口数 2.分组吞吐量 3.链路速度 4.并发虚呼叫数 5.平均分组处理时延 6.可靠性 7.可利用度 8.为用户提供补充业务和增值业务的能力3.2 分组交换关键技术 3.2 分组交换关键技术 3.2.1 统计时分复用 一、概念 统计时分复用STDM也称异步时分复用或标记复用，适用于突发性业务。 null同步复用 统计时分复用null二、统计时分复用特点 动态分配或按需分配资源，线路利用率高。 适用于突发性业务。3.2.2 逻辑信道3.2.2 逻辑信道一、概念 在统计时分复用方式下，虽然每个用户的信息不在固定信道中传送，但是通过对数据分组进行编号，可以区分各个用户的数据，就好像线路被分成许多信道，每个信道用相应的号码示，这种信道就被称为逻辑信道。每个分组中含有区分不同起点、终点的编号，称为逻辑信道号LCN。逻辑信道用逻辑信道号来标识。 二、特点二、特点逻辑信道是一种客观存在。 逻辑信道是相邻两点间点到点的局部实体。 相邻两点间的一条物理链路可以支持多条逻辑信道，为多对用户服务，多条逻辑信道异步时分复用一条物理链路。 逻辑信道分为两大类：专用信道和公共信道。 3.2.3 虚电路3.2.3 虚电路一、概念 虚电路是在用户双方开始通信之前建立的一种端到端的逻辑连接。一条虚电路由多条逻辑信道链接而成。虚电路不同于电路交换中的物理连接，它是逻辑连接 。 虚电路有两种方式，交换虚电路SVC和永久虚电路PVC 。 二、特点二、特点虚电路服务的思路来源于传统电信网，即可靠通信应该由网络来保证。 虚电路是一种面向连接的方式OC，即在呼叫前要事先建立虚连接。 虚电路方式的一次通信具有三个阶段：呼叫建立、数据传输和呼叫清除。 虚电路方式下数据分组中不含目的地址，优点是对通信量较大的通信传输效率高。 虚电路方式下数据分组顺序通过网络，在数据接收端不需要对分组进行重新排队。 虚电路方式下对用一条虚电路发送的所有分组只作一次路由选择，如果某个节点出现故障，会使虚电路中断，可能造成分组丢失，这是虚电路的缺点。 3.2.4 数据报3.2.4 数据报一、概念 数据报不需要预先建立逻辑连接，而是按照每个分组头中的目的地址对各个分组独立进行选路。二、特点二、特点数据报服务的思路来源于计算机网络，即网络尽力而为提供服务，可靠通信由终端来提供。 数据报是一种无连接方式，呼叫前不需要事先建立连接，而是边传送信息边寻路。 数据报方式下不需要呼叫建立和呼叫清除过程，直接进行数据传输。 数据报方式下每个分组都有源地址和目的地址，优点是对于短报文的通信传输效率高。 数据报方式下每一个数据分组都包含有详细的目的地址信息，同一报文的不同分组可以选择不同的路由到达目的地，因此需要在接受端重新排序组装，这是数据报方式的缺点。 数据报方式下每个节点可以自由选路，如果某个节点出现故障，分组可以通过其它路由传送，这是数据报的优点。 3.2.5 路由选择3.2.5 路由选择一、概念 在通信网络中，为了网络的可靠性，两个主要交换机之间一般都设置多条路由。路由选择就是交换机在多条路由中选择一条交换的路由。二、路由选择原则二、路由选择原则算法简单，易于实现，减少额外开销。 算法对所有用户平等。 传输路径最佳，主要衡量指标为端到端的传输时延。 各节点工作量均衡。 具有自适应性，当网络出现故障时，能够自动选择迂回路由。三、路由选择方法三、路由选择方法 1 静态法（固定路由） （1）泛射法（扩散式路由法 ） （2）固定路由表法（查表路由法 ） 2 动态法（自适应路由） （1）路由选择算法 （2）集中式路由选择 （自适应路由算法 ） 3.2.6 流量控制3.2.6 流量控制一、概念 实现数据流量的平滑均匀，提高网络的吞吐能力和可靠性。 二、作用 控制进入虚电路的分组数量。 避免死锁 公平分配网络资源 三、流量控制方法 三、流量控制方法 分组交换网中流量控制有许多种方法，通常采用X.25窗口法。X.25协议的第三层着重于传输过程中的流量控制，通过滑动窗口算法来实现，对通过接口的每一个逻辑信道使用独立的“窗口”流量控制机构；X.25协议的第二层也是通过滑动窗口来实现的，但它是对整个接口进行流量控制。3.3 X.25分组交换3.3 X.25分组交换3.3.1 X.25基本概念 一、定义： X.25建议是ITU-T作为公用数据网的用户-网络接口协议提出的，它的全称是“公用数据网络中通过专用电路连接的分组式数据终端设备DTE和数据电路终接设备DCE之间的接口”。 二、特点二、特点可靠性高 信道利用率高 具有复用功能 便于不同类型用户设备的接入 控制功能丰富 X.25端口可以支持的最高速率是2Mbit/s。 三、相关建议三、相关建议四、网络组成和功能 四、网络组成和功能 五、X.25分层结构五、X.25分层结构3.3.2 X.25物理层3.3.2 X.25物理层一、物理层功能 定义了DTE和DCE之间建立、维持、释放物理链路的过程，包括机械、电气、功能和过程特性。 二、物理层接口格式 二、物理层接口格式 3.3.3 X.25数据链路层3.3.3 X.25数据链路层 数据链路层规定在DTE和DCE之间的线路上交换X.25帧的过程。 一、数据链路层功能 在DTE和DCE之间有效传输数据。 帧同步，确保接收方和发送方之间的信息同步。 差错控制，采用CRC循环校验，发现出错时自动请求重发。 数据链路的建立、拆除和复位控制。 识别并向高层规程性错误。 向分组层数据链路层状态。 流量控制。 二、数据链路层帧结构和类型二、数据链路层帧结构和类型null信息帧I 监控帧S 无编号帧U U帧有5种类型： 设置异步平衡模式SABM 断开连接DISC 断开模式DM 无编号确认UA 帧拒绝FRMR null3.3.4 X.25分组层3.3.4 X.25分组层一、X.25分组层功能 为用户提供逻辑信道，并通过LCN（逻辑信道号）区分每个用户的呼叫。 为用户的呼叫连接提供分组传输，包括顺序编号、分组确认和流量控制。 提供PVC路（永久虚电）和SVC（交换虚电路）的连接。 提供建立和取消SVC连接。 对分组层进行差错控制。二、X.25分组头格式二、X.25分组头格式null三、控制分组格式三、控制分组格式呼叫请求分组的格式 呼叫请求分组的格式 数据分组格式 数据分组格式 数据分组格式（模8）数据分组格式（模128） 3.4 帧中继交换3.4 帧中继交换3.4.1 帧中继基本概念 一、定义 帧中继FR是在分组交换技术的基础上，在通信环境改善和用户对高速传输技术需求的推动下发展起来的。FR将分组交换协议作了简化。帧中继技术主要用于传递数据业务，它使用一组规程将数据信息以帧的形式有效地进行传送。二、特点二、特点优点： 可靠性强，处理能力强。 吞吐量高、时延小、适合突发性业务。 灵活可靠的组网方式。 按需分配带宽。 兼容性好。null缺点： 差错控制能力较差，不适合在误码率高的线路上传输。 在提供更高速率链路上能力不足，目前最高提供T3/E3速率。 对新业务支持不足，如IP语音和多媒体等应用。三、帧中继三、帧中继标准帧中继对应的主要标准为ITU-T Q.922，它作为一种选择用于端到端的数据传输。相关的协议主要有： ITU I.233定义了由帧中继提供的业务，也定义了帧中继协议中的全部功能； ITU I.370定义了在帧中继中用来管理网络拥塞的程序，接入信令和数据链路控制的功能在ITU Q.922的“核心方面”中定义； ITU Q.933为在帧中继网络上建立和维护虚连接所使用的信令信息定义了协议。 四、帧中继分层结构四、帧中继分层结构3.4.2 帧中继格式3.4.2 帧中继格式null3.4.3 帧中继交换原理3.4.3 帧中继交换原理 LAPF中进行交换的帧有I帧、S帧和U帧。帧中继工作时有两种工作方式，即非确认信息传送方式和确认信息传送方式。 一、非确认信息传送方式 当采用非确认信息传送方式时，LAPF的工作方程十分简单，用到的帧只有一种，即无编号信号帧U帧。U帧的I段包含了用户发送的数据，U帧到达接收端后，LAPF实体按FCS字段的内容检查传输错误，如没有错误，则将I字段的内容送到第3层实体，如有错误，则将该帧丢弃，但不论接收是否正确，接收端都不给发送端任何回答。 二、确认信息传送方式二、确认信息传送方式 当采用确认信息传送方式时，LAPF的帧交换分为3个阶段： 连接建立 数据传送 连接释放3.4.4 帧中继FR与X.25的比较 3.4.4 帧中继FR与X.25的比较