通信资源共享分组交换网(X.25).pdf
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1、 分组交换网(X.25)开放分类:数据通讯网 目录 1.【分组交换网(X.25)】2.【分组交换技术的产生】3.【分组交换的基本特点】4.【通信协议】5.【分组交换网】编辑本段分组交换网(X.25)数据通信是计算机技术和通信技术相结合而产生的一种新的通信方式。分组交换技术就是适应数据通信要求而发展起来的一种先进的通信技术,它能够最充分地利用网络资源,降低通信成本,提供高质量的数据通信服务,所以一问世就获得了成功,并很快发展起来。利用分组交换技术建立的数据通信网称为分组交换网。由于它主要采用 ITU-T X.25 协议,因此人们也称它为 X.25 网。编辑本段分组交换技术的产生 分组交换技术是保
2、尔布朗(Poul Baran)于 1961 年在美国空军 RAND 计划的研究报告中首先提出的。其基本思想是将通信电文分成一个一个的分组,这些分组通过不同的路径到达目的地,终点将收到的分组按顺序重新组合成通信电文。这样做的目的是使通信更安全,不容易被窃听,而且利用这种技术可能有助于实现全数字的分布式数据网,并最终提供公用业务。美国国防部根据这种方案提出研究开发一种计算机通信网,并已于 1969 年完成,该网被 称为 ARPANET,是世界上第一个分组交换网。ARPANET 的成功证实了分组交换技术的实用性。其后,各国纷纷开始研究开发自己的分组交换网,分别有加拿大的 DATAPAC、法国的 TR
3、ANSPAC、德国的:DATAX-P 网等。我国于 1988 年引进法国的设备建成了实验公用分组交换网(CNPAC),开放了各种业务,并于 1994 年 9 月建成了全国骨干分组交换网(CHINAPAC),之后,各省、市也陆续建立了各自的本地分组交换网。编辑本段分组交换的基本特点 1分组交换的概念 分组交换是“存储转发”方式的一种。它将用户数据划分为一定长度的分组,包括发信源和终端的地址以及其他一些控制信息,并在每个分组前面加一分组头,分组先被暂存在交换机中,然后交换机再根据每个分组头的地址信息,选择合适的中继线路传送,直至目的地。2分组交换的特点 分组交换具有以下特点:(1)传输质量高 每个
4、分组在交换机间传输时都要进行误码控制检验,一旦发现错误,则要求发送端重新发送,这大大降低了数据传输的误比特率。(2)可靠性高 每个分组在网内传输时的路由是独立的。即使网内局部发生故障,分组也能迂回至终点,通信不会被中断。(3)可以提供不同种类终端之间的相互通信 这是因为分组交换采用“存储转发”的交换方式,并以 X.25 协议向用户提供统一接口,从而可以实现不同速率、不同代码、不同同步方式终端间的相互通信。(4)经济性好 在网内传输的分组是被规范了的,因而交换机处理简单,可以降低网内设备的费用。同时,分组交换中继采用统计时分复用方式,充分利用了带宽资源,降低了通信费用。当然,分组交换也有缺点。例
5、如,由于采用“存储转发”方式,会产生传输时延;每个分组都有分组头,有一定开销,长报文通信时效率较低。故分组交换不适宜在实时性要求高、信息量大的场合下使用。编辑本段通信协议 为了使终端用户之间能够正确地传输信息,必须有一套关于信息传输过程、信息格式和内容等的约定,按计算机通信术语来说,即为通信协议。用分组格式传输和交换数据的协议是分组交换协议。涉及分组交换的协议有许多,这里主要介绍 X.25、X.28、X.29 和 X.3。1X.25 X.25 协议是“用专用电路连接到公用数据网上的分组式数据终端设备(DTE)与数据电路终接设备(DCE)之间的接口协议”,是分组网中最重要的协议。(1)X.25
6、的层次 X.25 协议包含了三个独立的层,对应于 OSI 七层模型中的低三层,即物理层、数据链路层和网络层。各层在功能上互相独立,每一层接收来自下一层的服务,并为上一层提供服务。从高层来的消息在网络层被分为定长的数据块,并在其前面加上分组头,处理后送往数 据链路层,在数据链路层上加上帧头及校验位标志(PCS)组成一个帧,再送往物理层进行传输,如图 6.1 所示。X.25 的物理层就像是一条串行传输信息的通道,控制功能主要由数据链路层和网络层来完成。(2)X.25 的数据链路层 数据链路层的主要功能是在 DTE 和 DCE 间有效地传输数据,确保收发之间的同步及检测和纠正传输中的误码等。高级数据
7、链路控制协议(HDLC,High Level Data Link Control Protoco1)作为 X.25 的数据链路层的传输控制协议,是一种面向比特的同步通信协议,内容主要有:帧结构:规定了帧的格式和各字段的含义。协议要素:规定了不同格式的帧的命令及响应。协议类型:规定了数据链路层的操作方式。HDLC 有几种子集,X.25 推荐使用 LAPB(平衡型链路接入协议)。HDLC 的帧结构 HDLC 的帧结构如图 6.2 所示。a标志字段 F 标志字段 F 是一个特别的编码 011llll0,所有的帧都必须以 F 开头,并以 F 结尾,其作用为:在无信息传输期间,可以连续发送 F,使数据链
8、路层处于工作状态;在发送方和接收方之间实现帧的同步。另外,为避免用户数据中可能出现 01111110 与 F 混淆,规定:当传输信息中出现有连续 5 个“1”时,就在其后插入一个“0”,在接收端收到连续 5 个“1”后,把后面的“0”删去,即通常所说的“0”比特插入法。b地址字段 A 地址字段 A 由 8 比特组成,其作用是用于识别两个传输方向上的命令帧和响应帧,如图6.3 所示。可以看出,DCE 发送地址为 A 的命令,接收地址为 A 的响应;DTE 发送地址为B 的命令,接收地址为 B 的响应。c控制字段 C 控制字段 C 由 8 比特组成,用于指示帧的类型,完成各种传输控制功能。该字段是
9、 HDLC的核心部分,共定义了 3 种类型的帧:信息帧、监控帧和无编号帧,见表 6.1。信息帧(I)用于传输分组信息。I 帧属于命令帧,其 C 字段的第 l 比特固定为 0。监控帧(S)用于保护 I 帧的正确传输。它没有 I 字段,其 c 字段的第 1、2 比特固定为 10。无编号帧(U)用于实现对链路的建立和断开过程的控制,其 C 字段的第 1、2 比特固定为 ll。d信息字段 I 信息字段 I 的内容来自于网络层的分组(Packet),其长度可变,但必须是 8 的整数倍,一般为一个分组的长度。e帧校验字段 FCS FCS 用于检查帧通过链路传输时可能产生的错误。FCS 由发送端产生,生成多
10、项式为G(x)=x16+x12+x5+1,在接收端若发现有错,则通知发送端重发,并将错帧丢弃。协议要素 如上所说,HDLC 定义了 3 种类型的帧,每种帧又包含若干个命令与响应,下面将具体介绍以上各帧的命令、响应及参数。aPR(接收准备好)帧:向对方确认已接收到编号为 N(R)-1 及以前的帧;当用 RNR 表示忙而暂停接收后,用 RR 可解除忙状态,并表示已做好接收下一帧的准备。bRNR(接收未准备好)帧:向对方表示目前处于繁忙状态,暂时无力接收 I 帧,并确认已正确接收了 N(R)-1 及以前的帧。cREJ(帧拒绝):用来请求重发编号为 N(R)的帧,并确认已正确接收了 NfR)-1 及以
11、前的帧。dSABM(置异步平衡方式 1:该帧为命令帧,其作用是用于链路的建立,并把所有计数器清 0,接收端可以用 uA 做肯定响应或用 DM 做否定响应。eDISC(断开)帧:该帧为命令帧,其作用是用于断开链路的连接,接收端可用 uA 表示同意断开或用:DM 表示已处于断开方式。fUA(无编号确认)帧:该帧为响应帧,其作用是用于对 SABM 或 DISC 做出肯定回答。gDM(已断开方式):该帧为响应帧,其作用是用于对 SABM 或 DISC 做出否定回答。hFRMR(帧拒绝响应):该帧为响应帧,其作用是当收到的帧的 FCS 正确,但即使使用重发的方式也不能恢复错误时,可用 FRMR 告诉发送
12、端。这些错误有:控制字段 C 的编码未定义;信息字段 I 的长度不是 8 的整数倍等等。iSABME(置扩充异步平衡方式 1:该帧为命令帧,其作用与 SABM 相同,但是若建立按模 128 编号的链路时,N(s)和 N(RI)分别占据 7 比特,编号范围为 0127。jP/F 比特:询问/终止比特,在命令帧中该比特为 P,在响应帧中该比特为 F。当通信一方要求另一方对某一帧予以响应时,则将该帧的 P 比特置 1,而被要求方则用 F=1 的帧予以响应。kN(S):发送顺序号。1N(R):接收顺序号。数据链路层的操作协议 X.25 的数据链路层的操作可分为链路的建立、信息传输和链路的拆除 3 个阶
13、段。a链路的建立 X.25 为链路层定义了两种操作过程:链路接入过程(LAP,Link Access Procedure)和平衡型链路接入过程(LAPB,Link Access Procedure Balanced)。其建链过程如图所示。可以看出,LAPB 只需由 DCE 或 DTE 一方发送命令即可建立双向链路,因而具有更多的灵活性。DTE 或 DCE 都可以启动链路建立过程,但一般认为由 DTE 启动。DTE 首先向 DCE 发送 SABM,启动链路建立过程,DCE 接收到正确的 SABM 后决定是否能进入信息传输阶段:若能,就发送 UA 予以应答,并把本端的发送、接收计数器清零;若不能,
14、它将向 DTE 发 送 DM,表示链路正处于断开状态,链路未建立。当 DTE 接收到 UA 帧后,把本端的发送、接收计数器清零,链路建立。b信息传输 当链路建立之后就进入信息传输阶段,在 DTE 和 DCE 间交换 I 帧和 S 帧。数据链路层采用了窗口机制,由参数 W 定义,它表示 DTE/DCE 可以发送的未证实顺序编号的 I 帧的最大数量。这样既大大提高了信息传输效率,同时也提供了有效的流量控制手段。c链路的拆除 链路的拆除过程与建立过程类似,由 DTE/DCE 发送 DISC 命令帧,若原来处于信息传输阶段,则 DCE/DTE 用 UA 确认,链路断开:若原来已处于断开阶段,则 DCE
15、/DTE 用 DM帧响应。(3)X.25 的网络层 X.25 的网络层定义了 DTE 和 DCE 之间传输分组的过程。其功能是在 X.25 接口处为每个用户提供一个逻辑信道,为每个用户的呼叫连接提供有效的分组传输,检测和恢复分组层的误码等。分组的格式 每个分组都有一个 3 字节的分组头,其他的分组字段根据要求而增加。分组头可分为三部分:a通用格式识别杓:(GFI)GFI由 4 比特组成,分别为 QDSS,其中 Q 为限定符比特,用来区分该分组包含的是用户数据还是控制信息,前者 Q=0,后者 Q=1;D 为传送确认比特,D=0 表示数据分组由本地确认,D=1 表示数据分组进行端到端确认,一般情况
16、下都采用本地确认,只有当用户需要时才提供端到端确认;SS 为模式 EE 特,SS=01 表示分组的顺序号是模 8 方式,SS=10表示是模 128 方式。b逻辑信道群号和逻辑信道号(LCGN+LCN)LCGN+LCN 由 12 比特组成,用来区分 DTE-DCE 间许多不同的逻辑信道,可编成 212(共4096)个号码。网络层采用异步时分复用的方式,即根据需要将 DTE/DCE 链路复用为多条逻辑电路,从而使一个 DTE 可同时与一个或几个远程 DTE 建立虚电路,各电路就用逻辑信道号来区分。在呼叫建立阶段,DTE/DCE 为每次呼叫动态分配一个 LCN,呼叫清除时释放该 LCN,对于永久虚电
17、路,则永久占用一个 LCN。除 0 号信道有特殊用途,不提供用户使用外,理论上,一个 DTE-DCE 接口可同时支持 4095 个呼叫,而实际支持的 LCN 数则取决于接口的传输速率和应用程序的需要。LCN 在 DTEDCE 接口处只具有本地意义。c分组类型识别符 分组类型识别符由 8 比特组成,用于区分各种不同的分组,其编码格式见表 6.2。可以看出,第 1 比特为 0 的分组是数据分组,其余的分组都是控制分组。表 6.2 分组类型识别符的编码格式 呼叫建立 a呼叫建立过程 呼叫建立过程如图 6.5 所示。呼叫建立的基本操作是在数据链路层处于工作状态之后完成的。主叫(本地)DTE 发送呼叫请
18、求分组(一般使用逻辑信道允许范围中最大的空闲信道号,以减少碰撞),该分组被发送到本地 DCE,再由 DCE 将该分组通过路由交换到远端:DCE,由远端 DCE 将分组转换成入呼叫分组(该分组一般使用逻辑信道允许范围中最小的空闲信道号),被叫(远端)DTE 接收到呼叫分组后,通过发送呼叫接受分组表示同意建立虚电路(该分组使用与入呼叫分组相同的 LCN),该分组由远端 DCE 通过路由交换到本地 DCE,本地DCE 再发送呼叫连接分组到主叫 DTE(该分组使用与呼叫请求分组相同的 LCN),表示网络已完成虚电路的建立过程。主叫 DTE 接收到呼叫连接分组后,表示主叫 DTE 和被叫 DTE之间的呼
19、叫已建立,可以进入数据传输阶段。b呼叫建立过程中各分组的格式 呼叫请求分组和入呼叫分组格式相同,如图 6.6 所示。呼叫接受分组和呼叫连接分组格式相同,如图 6.7 所示。数据传输 当呼叫建立后,就开始了数据传输阶段。在此状态下,DTE 和 DCE 间的分组包括数据分组、流量控制分组(RR、RNR、REJ)和中断分组,其过程与数据链路层的信息传输阶段非常相似,这里不再详述。a数据分组 如图 6.8 所示,数据分组头中的 Q、D、LCGN 和 LCN 的作用已在前面讲过,这里主要介绍分组类型识别符的定义。可以看出,分组类型识别符的第 l 比特为 0,这是数据分组的惟一标志。P(S)为发送序列号,
20、只有数据分组才包含 P(S)。P(R)为接收序列号,它表示期望接收的下一个分组的编号,意味着 P(R)-1 及以前的分组已正确接收。M 为待续比特,M=l 表示该分组之后还有属于同一报文的数据分组,M=0 表示该分组是一份用户报文的最后一个分组。b流量控制分组 如图 6.9 所示,其中的+部分见表 6.3。接收准备好(RR)分组中的 P(R)表明它已正确接收 P(R)-1 及以前的分组,准备接收P(S)=P(R)的分组。接收未准备好(RNR)分组中的 P(R)表明它已正确接收 P(R)-1 及以前的分组,但不能接收P(S)=P(R)的分组。此时,DTE/DCE 应停止在该 LCN 上继续发送分
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- 通信 资源共享 分组 交换 25
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