分组交换与帧中继技术.ppt

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1、1第第3章章 分组交换与帧中继技术分组交换与帧中继技术23.1 分组交换技术分组交换技术n n分组交换是采用了存储转发及动态复用技术，其分组交换是采用了存储转发及动态复用技术，其基本思想是共享。基本思想是共享。n n1.1.资源分配资源分配n n经济有效地使用通信线路的方法，就是将多个低经济有效地使用通信线路的方法，就是将多个低速数据终端共同使用一条高速的线路，这种方法速数据终端共同使用一条高速的线路，这种方法称为多路复用。可以使用各种不同的多路复用方称为多路复用。可以使用各种不同的多路复用方法，可分为两类技术：预分配法，可分为两类技术：预分配(或固定分配或固定分配)资源资源技术和动态分配资源

2、技术。技术和动态分配资源技术。3n n采用了预分配的时分和频分复用方法都可以实现采用了预分配的时分和频分复用方法都可以实现了多个用户对一条传输线路的资源共享，但使各了多个用户对一条传输线路的资源共享，但使各子信道的传输呈现空闲状态，线路的传输能力不子信道的传输呈现空闲状态，线路的传输能力不能得到充分的利用。能得到充分的利用。n n动态分配资源技术为了克服预分配资源方式的缺动态分配资源技术为了克服预分配资源方式的缺点，采取用户有数据传输时才给他分配资源的方点，采取用户有数据传输时才给他分配资源的方法，称为动态分配或按需分配。当用户暂停发送法，称为动态分配或按需分配。当用户暂停发送数据时，不给他分

3、配线路资源，线路的传输能力数据时，不给他分配线路资源，线路的传输能力可用于为其他用户传输数据。这种根据用户实际可用于为其他用户传输数据。这种根据用户实际需要分配线路资源的方法也称为统计时分复用需要分配线路资源的方法也称为统计时分复用(STDM)(STDM)。这样每个用户的数据传输速率可以高于。这样每个用户的数据传输速率可以高于平均速率，最高可以达到线路总的传输能力。平均速率，最高可以达到线路总的传输能力。4n n2.2.分组的形成分组的形成n n每个分组都带有控制信息和地址信息，所以分组每个分组都带有控制信息和地址信息，所以分组可以在网内独立地传输，并且在网内可以以分组可以在网内独立地传输，并

4、且在网内可以以分组为单位进行流量控制、路由选择和差错控制等通为单位进行流量控制、路由选择和差错控制等通信处理。每个分组长度通常为信处理。每个分组长度通常为l28l28个八位组个八位组(OCTET(OCTET或称做字节或称做字节)，也可根据通信线路的质量，也可根据通信线路的质量选用选用3232、6464、256256或或10241024个八位组。个八位组。n n为了可靠地传输分组数据块，在每个块加上高级为了可靠地传输分组数据块，在每个块加上高级数据短路控制数据短路控制(HDLC)(HDLC)的规程标识、字头、帧校验的规程标识、字头、帧校验序列以帧的形式在信道上传输。序列以帧的形式在信道上传输。5

5、图1 分组的形成示意图6n n为了区分分组的类型，每个分组都有一个分组头，为了区分分组的类型，每个分组都有一个分组头，它由它由3 3个字节构成，如图所示。分组头可分为三部个字节构成，如图所示。分组头可分为三部分：通用格式识别符、逻辑信道组号和逻辑信道分：通用格式识别符、逻辑信道组号和逻辑信道号、分组类型识别符。号、分组类型识别符。7图2 分组头格式8n n3.3.交换虚电路的建立和释放交换虚电路的建立和释放n n虚电路可以是永久连接，也可以是临时连接。永虚电路可以是永久连接，也可以是临时连接。永久连接的称为永久虚电路，用户如果向网路预约久连接的称为永久虚电路，用户如果向网路预约了该项服务之后，

6、就在两个用户之间建立永久的了该项服务之后，就在两个用户之间建立永久的虚连接，用户之间的通信直接进入数据传输阶段，虚连接，用户之间的通信直接进入数据传输阶段，就好像具有一条专线一样，可随时传送数据。临就好像具有一条专线一样，可随时传送数据。临时连接称为交换虚电路，用户终端在通信之前必时连接称为交换虚电路，用户终端在通信之前必须建立虚电路，通信结束后就拆除虚电路。须建立虚电路，通信结束后就拆除虚电路。9n n4.4.虚电路和逻辑信道的概念虚电路和逻辑信道的概念n n 虚电路是经过分组交换机主叫虚电路是经过分组交换机主叫DTEDTE和被叫和被叫DTEDTE之间建立一种逻辑连接，主叫或被叫的任何一方之

7、间建立一种逻辑连接，主叫或被叫的任何一方在任何时候都可以通过这种连接发送和接收数据，在任何时候都可以通过这种连接发送和接收数据，但是虚电路并不独占线路和交换机资源。在一条但是虚电路并不独占线路和交换机资源。在一条物理线路上可以同时通过许多条虚电路，当某一物理线路上可以同时通过许多条虚电路，当某一条虚电路没有数据要传输时，线路的传输能力可条虚电路没有数据要传输时，线路的传输能力可以为其他虚电路服务。同样，交换机的处理能力以为其他虚电路服务。同样，交换机的处理能力也可以用于为其他的虚电路的服务。也可以用于为其他的虚电路的服务。10n n (1)(1)虚电路是主叫虚电路是主叫DTEDTE到被叫到被叫

8、DTEDTE之间建立的虚连之间建立的虚连接；而逻辑信道是接；而逻辑信道是DTEDTE与交换机接口或网内中继与交换机接口或网内中继线上可以分配的，代表了信道的一种编号资源，线上可以分配的，代表了信道的一种编号资源，一条虚电路是由每个逻辑信道号链接而成的，每一条虚电路是由每个逻辑信道号链接而成的，每条线路的逻辑信道号的分配是独立进行的。条线路的逻辑信道号的分配是独立进行的。n n (2)(2)一条虚电路只有呼叫建立、数据传输和呼叫释一条虚电路只有呼叫建立、数据传输和呼叫释放过程。永久虚电路可以在预约时由网路建立。放过程。永久虚电路可以在预约时由网路建立。也可以通过预约予以清除；而逻辑信道是一种客也

9、可以通过预约予以清除；而逻辑信道是一种客观存在，它有占用和空闲的区别。观存在，它有占用和空闲的区别。11n n5.5.路由选择路由选择n n在组织任何通信网路时，为了网路的可靠性及适在组织任何通信网路时，为了网路的可靠性及适应网内业务量的变化，两个主要交换机之间一般应网内业务量的变化，两个主要交换机之间一般都安排有多条路由。因此路由选择问题，就是在都安排有多条路由。因此路由选择问题，就是在网内任何两个数据终端间的呼叫建立过程中，交网内任何两个数据终端间的呼叫建立过程中，交换机在多条路由中选择一条较好的路由。获得这换机在多条路由中选择一条较好的路由。获得这种较好路由的方法称为路由算法。种较好路由

10、的方法称为路由算法。12n n6.6.流量控制流量控制n n为了实现双方不同速率的数据终端之间的互通，为了实现双方不同速率的数据终端之间的互通，要控制速率较高的终端进入分组网的流量。要控制速率较高的终端进入分组网的流量。n n分组交换机的缓冲存储器处理能力是动态分配的，分组交换机的缓冲存储器处理能力是动态分配的，通信线路的资源也是动态复用的，当某一时刻某通信线路的资源也是动态复用的，当某一时刻某一局部区域的待通信业务量过大时，就会超过交一局部区域的待通信业务量过大时，就会超过交换机与通信线路的承受能力，而使很多分组丢失，换机与通信线路的承受能力，而使很多分组丢失，丢失的分组要重传，更加重了网路

11、的负担，最终丢失的分组要重传，更加重了网路的负担，最终导致全网通过量急剧下降。因而从网路角度也要导致全网通过量急剧下降。因而从网路角度也要对各虚电路的流量与链路的流量进行控制。对各虚电路的流量与链路的流量进行控制。133.2 通信协议 n n 开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型(0SIRM)(0SIRM)n n 国际标准化组织国际标准化组织(ISO)(ISO)根据网络分层的原则提出了根据网络分层的原则提出了计算机互连的七层计算机互连的七层OSIOSI模型。将通信实体按其完成模型。将通信实体按其完成功能分为七层，分别为物理层、数据链路层、网功能分为七层，分别为物理层、数据链路层、网络层、传

12、输层、会话层和应用层，络层、传输层、会话层和应用层，14图3 OSI-RM七层互联模型示意图15n n协议协议n n为了实现各种终端用户和不同的分组交换网之间为了实现各种终端用户和不同的分组交换网之间的自由连接，接口规程必须在全世界范围内实现的自由连接，接口规程必须在全世界范围内实现统一。为此国际标准化组织统一。为此国际标准化组织(ISO)(ISO)和国际电报电话和国际电报电话咨询委员会咨询委员会(CCITT)(CCITT)制定了制定了系列标准，即著名的系列标准，即著名的X X2525协议。协议。n n包含的三个不同的、独立的层，相应于开放系统包含的三个不同的、独立的层，相应于开放系统互连七层

13、模式中下三层所规定的具体内容互连七层模式中下三层所规定的具体内容 。163.3 帧中继n n1.1.帧中继的产生帧中继的产生n n在网络发展初期，网络传输设施基本是利用了模在网络发展初期，网络传输设施基本是利用了模拟电话线路，这种线路非常容易受噪声的干扰而拟电话线路，这种线路非常容易受噪声的干扰而误码。为了确保传输无差错，在每个节点都需要误码。为了确保传输无差错，在每个节点都需要数据链路层协议数据链路层协议LAPBLAPB保证帧在节点间无差错传输。保证帧在节点间无差错传输。只有当收到的帧已进行了正确性检查后，才将它只有当收到的帧已进行了正确性检查后，才将它交付给第交付给第3 3层协议。对于经历

14、多个网络节点的帧，层协议。对于经历多个网络节点的帧，这种处理帧的方法会导致较长的时延，开销大。这种处理帧的方法会导致较长的时延，开销大。17n n随着数字光纤网的发展应用，比电话网具有低得随着数字光纤网的发展应用，比电话网具有低得多的误码率，因此，可以简化多的误码率，因此，可以简化X X2525的某些差错的某些差错控制过程。如果减少节点对每个分组的处理时间，控制过程。如果减少节点对每个分组的处理时间，则各分组通过网络的时延亦可减少，同时节点对则各分组通过网络的时延亦可减少，同时节点对分组的处理能力也就增大了。分组的处理能力也就增大了。18n n 帧中继采用的是而向连接的通信方式，将帧中继采用的

15、是而向连接的通信方式，将X X2525网络的下三层协议进一步简化，差错控制、流量网络的下三层协议进一步简化，差错控制、流量控制推到网络的边界，即将下层的某些功能由终控制推到网络的边界，即将下层的某些功能由终端的上层协议完成，从而实现了轻载协议网络。端的上层协议完成，从而实现了轻载协议网络。19n n2.2.帧中继的协议结构与帧格式帧中继的协议结构与帧格式n n帧中继在帧中继在OSIOSI第二层以简化的方式传送数据，仅完第二层以简化的方式传送数据，仅完成物理层和链路层核心层的功能，智能化的终端成物理层和链路层核心层的功能，智能化的终端设备把数据发送到链路层，并封装在设备把数据发送到链路层，并封装

16、在Q Q922922核心核心层的帧结构中，实施以帧为单位的信息传送。网层的帧结构中，实施以帧为单位的信息传送。网路不进行纠错、重发、流量控制等，帧不需要确路不进行纠错、重发、流量控制等，帧不需要确认就能够在每个交换机中直接通过，若网路检查认就能够在每个交换机中直接通过，若网路检查出错误帧，直接将其丢弃；第二、第三层的一些出错误帧，直接将其丢弃；第二、第三层的一些处理，如纠错、流量控制等，留给智能终端去完处理，如纠错、流量控制等，留给智能终端去完成从而简化了节点机之间的处理过程。成从而简化了节点机之间的处理过程。20图4 帧中继帧格式21n n帧中继帧的格式和帧中继帧的格式和HDLCHDLC帧的

17、格式类似，其最主帧的格式类似，其最主要的区别是没有控制字段。下面简单介绍其各字要的区别是没有控制字段。下面简单介绍其各字段的作用。段的作用。n n标志字段标志字段F F：是：是个独特的个独特的0111111001111110的比特序列，的比特序列，用于指示用于指示个帧的起始和结束。它的唯一性是通个帧的起始和结束。它的唯一性是通过比特填充法来确保的。过比特填充法来确保的。n n帧校验序列字段帧校验序列字段FCSFCS：包括：包括2 2字节的循环冗余校验。字节的循环冗余校验。为网络节点所用，作为网络管理的一部分，检测为网络节点所用，作为网络管理的一部分，检测链路上差错出现的频度。链路上差错出现的频

18、度。22n n地址字段地址字段A A：一般为：一般为2 2字节但也可扩展为字节但也可扩展为3 3或或4 4字字节。地址宇段又由以下几部分组成：节。地址宇段又由以下几部分组成：n n数据链路连接标识符数据链路连接标识符(DLCI)(DLCI)当采用当采用2 2字节的地址字节的地址字段时，字段时，DLCIDLCI占占1010位。它用于标识永久虚电路位。它用于标识永久虚电路(PVC)(PVC)、呼叫控制或管理信息。、呼叫控制或管理信息。n n命令命令/响应响应(C(CR)R)与高层的应用有关，帧中继本身与高层的应用有关，帧中继本身并不使用。并不使用。23n n扩展地址扩展地址(EA)(EA)地址字段

19、可扩充到地址字段可扩充到3 3或或4 4字节。当字节。当EAEA为为0 0时时,即表示下一个字节还是地址字段，当即表示下一个字节还是地址字段，当EAEA为为1 1时就表示地址字段到此为止。这样，当地址字时就表示地址字段到此为止。这样，当地址字段长度为段长度为3 3或或4 4字节时，帧中继的地址空间字节时，帧中继的地址空间(即即DLCIDLCI占的位数占的位数)分别为分别为1717位和位和2424位。位。n n正向显式拥塞通知正向显式拥塞通知(FECN)(FECN)若某节点将若某节点将FECNFECN置为置为l,l,表明与该帧在同方向传输的帧，可能受网络拥塞表明与该帧在同方向传输的帧，可能受网络

20、拥塞的影响而时延。的影响而时延。n n反向显式拥塞通知反向显式拥塞通知(BECN)(BECN)若某节点将若某节点将BECNBECN置为置为1,1,表明接收者与该帧在相反方向传输的帧，可能表明接收者与该帧在相反方向传输的帧，可能受网络拥塞的影响而时延。受网络拥塞的影响而时延。24n n丢弃指承丢弃指承(DE)(DE)由用户置为由用户置为1 1时，表明在网络发生时，表明在网络发生拥塞时，为了维持网络的服务水平。该帧与拥塞时，为了维持网络的服务水平。该帧与DEDE为为0 0的帧相比应先丢弃。由于采用了的帧相比应先丢弃。由于采用了D D正比特，用户正比特，用户就可以比通常允许的情况多发送一些帧，并将这

21、就可以比通常允许的情况多发送一些帧，并将这些帧的些帧的DEDE比特置比特置1 1。DEDE为为1 1的帧表明它属于不太重的帧表明它属于不太重要的帧，在必要时可以丢弃。要的帧，在必要时可以丢弃。25n n帧中继采用统计复用技术，以帧中继采用统计复用技术，以“虚电路虚电路”机制为机制为每一帧提供地址信息，每一条线路和每一个物理每一帧提供地址信息，每一条线路和每一个物理端口可容纳许多端口可容纳许多“虚电路虚电路”，用户之间通过虚电，用户之间通过虚电路进行连接。在每一帧的帧头路进行连接。在每一帧的帧头(见帧格式见帧格式)中都包含中都包含虚电路一数据链路连接标识符虚电路一数据链路连接标识符(DLCI)(

22、DLCI)，这是每一，这是每一帧的地址信息。帧的地址信息。26n n3.3.帧中继技术的特点帧中继技术的特点n n通过上面的分析，帧中继技术特点归纳如下通过上面的分析，帧中继技术特点归纳如下n n(1)(1)帧中继技术主要用于传递数据业务，它使用一帧中继技术主要用于传递数据业务，它使用一组简化帧中继协议将数据信息以帧的形式有效地组简化帧中继协议将数据信息以帧的形式有效地进行传送。进行传送。n n(2)(2)帧中继传送数据信息所使用的传输链路是逻辑帧中继传送数据信息所使用的传输链路是逻辑连接，而不是物理连接，在一个物理连接上可以连接，而不是物理连接，在一个物理连接上可以复用多个逻辑连接，使用这种

23、机理实现带宽的复复用多个逻辑连接，使用这种机理实现带宽的复用和动态分配。用和动态分配。27n n(3)(3)帧中继协议简化了帧中继协议简化了X X2525的第三层功能，使网的第三层功能，使网路节点的处理大大简化，提高了网路对信息处理路节点的处理大大简化，提高了网路对信息处理的效率。采用物理层和链路层的两级结构，在链的效率。采用物理层和链路层的两级结构，在链路层仅保留核心子集部分。路层仅保留核心子集部分。n n(4)(4)在链路层完成统计复用、帧透明传输和错误检在链路层完成统计复用、帧透明传输和错误检测，但不提供发现错误后的重传操作。省去了帧测，但不提供发现错误后的重传操作。省去了帧编号、流量控

24、制、应答和监视等机制，大大节省编号、流量控制、应答和监视等机制，大大节省了帧中继的开销，提高了网路吞吐量、降低了通了帧中继的开销，提高了网路吞吐量、降低了通信时延。一般帧中继用户的接入速率在信时延。一般帧中继用户的接入速率在64kb64kbs s一一2Mb2Mbs s之间。有些厂家已可以做到之间。有些厂家已可以做到45Mb45Mbs s。28n n(5)(5)交换单元交换单元帧的信息长度远比分组长度要长，帧的信息长度远比分组长度要长，预约的最大帧长度至少要达到预约的最大帧长度至少要达到16001600字节帧，适字节帧，适合于封装局域网的数据单元。合于封装局域网的数据单元。n n(6)(6)与分组交换一样，帧中继采用面向连接的交换与分组交换一样，帧中继采用面向连接的交换技术，可以提供技术，可以提供SVC(SVC(交换虚电路交换虚电路)业务和业务和PVC(PVC(永永久虚电路久虚电路)业务，但目前已应用的帧中继网路中只业务，但目前已应用的帧中继网路中只提供提供PVCPVC业务。业务。2930