第4章 分组交换

1、4.14.14.24.24.34.34.44.44.54.54.64.6采用分组交换的通信网称为分组交换网。采用分组交换的通信网称为分组交换网。7分组的形成分组的形成用户报文用户报文分组头分组头用户数据用户数据交换节点交换节点A交换节点交换节点B交换节点交换节点C分组分组1分组交换过程分组交换过程分组分组2分组分组3分组分组4分组分组5分组分组1分组分组2分组分组3分组分组4分组分组5传传输输时延时延存储存储时延时延处理与排队时延处理与排队时延 1 1）传输时延）传输时延：电光信号经过有线电路和无线电路及物理传输：电光信号经过有线电路和无线电路及物理传输设备的时间。设备的时间。 该时延应由实际

2、测量得出。当无法测量时可进行估算。该时延应由实际测量得出。当无法测量时可进行估算。ITU-T ITU-T G.114G.114建议光信号每千米传播时延为建议光信号每千米传播时延为0.005ms/km0.005ms/km，电信号为，电信号为0.004ms/km0.004ms/km。 如果实际的物理信号路径长度无法得到时，可采用直线距离乘如果实际的物理信号路径长度无法得到时，可采用直线距离乘以距离修正因子作为路径长度值的估算值。以距离修正因子作为路径长度值的估算值。ITU-T G.826ITU-T G.826建议的不建议的不同直线距离下的距离修正因子及路径长度估算值见下表。同直线距离下的距离修正因

3、子及路径长度估算值见下表。直线距离D(km)距离修正因子路径长度估算值(km)D12001.251.25D 2 2）存储时延）存储时延：又称串行化时延。从设备往链路上发送一个：又称串行化时延。从设备往链路上发送一个IPIP包的第一比特开始，到发送完该包的最后一个比特为止所花费的时包的第一比特开始，到发送完该包的最后一个比特为止所花费的时间。该时延可用下列公式计算：间。该时延可用下列公式计算： Rltaddt)L(8式中：式中：t tt t-包传输时延，包传输时延，msms； L L-IP-IP包长，字节；包长，字节； l laddadd-链路层及加密等附加开销，字节；链路层及加密等附加开销，字

4、节； R R-传输电路速率，传输电路速率，kbit/skbit/s。 3 3）处理时延：从转发设备接收完一个）处理时延：从转发设备接收完一个IPIP包的最后一个比特开包的最后一个比特开始，到将该包放到输出队列为止的时间间隔。始，到将该包放到输出队列为止的时间间隔。 目前目前交换机、路由器、保密机和防火墙等网络设备，对交换机、路由器、保密机和防火墙等网络设备，对IPIP包的包的处理时延为几微秒到几十微秒不等，一般情况下处理时延可以忽略处理时延为几微秒到几十微秒不等，一般情况下处理时延可以忽略不计不计。 4 4）排队时延：从将一个）排队时延：从将一个IPIP包放在输出队列开始，到在传输链包放在输出

5、队列开始，到在传输链路上开始发送该包为止的时间间隔。在单队列情况下，排队时延实路上开始发送该包为止的时间间隔。在单队列情况下，排队时延实质上就是排在该包之前的质上就是排在该包之前的IPIP包全部发送出去的时间。包全部发送出去的时间。 假设一个假设一个IPIP包前边有包前边有N N个包排队，其中第个包排队，其中第i i个包的包长为个包的包长为L Li i，附加开销为附加开销为l laddadd，i i，传输电路速率为，传输电路速率为R R，则该包的排队时延，则该包的排队时延t t排队排队为：为：RlLtNiiaddi)(81,排队F基本概念基本概念F工作原理工作原理缓冲器缓冲器 缓冲器缓冲器 复

6、用器复用器技术特征技术特征缓冲器缓冲器 缓冲器缓冲器 缓冲器缓冲器基本概念基本概念逻辑信道的形成过程逻辑信道的形成过程终端终端255254201计算机计算机进程进程进程复用器复用器逻辑信道逻辑信道255254201ABC8逻辑信道的特点逻辑信道的特点分组交换网的服务分组交换网的服务DTEDCEPSEPSEDCEDCEPSEDTE数据终端设备数据终端设备 DCE数据电路终接设备数据电路终接设备 PSE分组交换设备分组交换设备8虚电路服务虚电路服务8虚电路工作示意图虚电路工作示意图终端A终端C终端D终端B8虚电路与逻辑信道虚电路与逻辑信道终端A终端C终端D终端B8虚电路服务虚电路服务8虚电路方式的

7、特点虚电路方式的特点8数据报服务数据报服务终端A终端B8数据报方式的特点数据报方式的特点虚电路和数据报的比较虚电路和数据报的比较比较项目比较项目虚电路虚电路数据报数据报建链过程建链过程必须有必须有不需要不需要目的地址目的地址仅在连接建立时使用，建链仅在连接建立时使用，建链后，分组使用虚电路号后，分组使用虚电路号每个分组都含有目的地址每个分组都含有目的地址路由选择路由选择在虚电路建立时进行，所有在虚电路建立时进行，所有分组均按同一路由传送分组均按同一路由传送每个分组独立选择路由每个分组独立选择路由节点出故障节点出故障经由故障点的虚电路均中断经由故障点的虚电路均中断丢失分组，但可经由其它路由丢失分

8、组，但可经由其它路由分组顺序分组顺序总是按发送顺序到达目的站总是按发送顺序到达目的站到目的站时可能与发送顺序不同到目的站时可能与发送顺序不同差错处理差错处理由通信子网负责由通信子网负责由主机负责由主机负责流量控制流量控制由通信子网负责由通信子网负责由主机负责由主机负责 4.2.14.2.1基本概念基本概念 4.2.24.2.2常见的路由选择算法常见的路由选择算法 固定型算法固定型算法洪泛法洪泛法固定路由表算法固定路由表算法 自适应路由选择自适应路由选择 最短路径算法最短路径算法在分组网中，路由选择就是在呼叫建立过程中，在多在分组网中，路由选择就是在呼叫建立过程中，在多条路由中选择一条较好的路由

9、。获得较好路由的方法称为条路由中选择一条较好的路由。获得较好路由的方法称为路由算法路由算法。所谓较好的路由，就是应该使报文通过网络的平均时所谓较好的路由，就是应该使报文通过网络的平均时延较短，并具有平衡网内业务量的作用。路由选择问题不延较短，并具有平衡网内业务量的作用。路由选择问题不只是考虑最短的路由，还要考虑通信资源的综合利用，以只是考虑最短的路由，还要考虑通信资源的综合利用，以及网络结构变化的适应能力，从而使全网的业务通过量最及网络结构变化的适应能力，从而使全网的业务通过量最大。大。 路由器PORTAL网络网络网络网络网络网络网络网络网络网络CSP网络AB选择路由方法应考虑的问题：选择路由

10、方法应考虑的问题：路由选择准则路由选择准则路由选择协议路由选择协议路由选择算法路由选择算法F常见的路由选择算法常见的路由选择算法 固定型算法固定型算法 洪泛法洪泛法 固定路由表算法固定路由表算法 自适应路由选择自适应路由选择 最短路径算法最短路径算法 由由RAND公司提出，用于军用分组网。公司提出，用于军用分组网。 基本思想：当节点交换机收到一个分组后，只要该分基本思想：当节点交换机收到一个分组后，只要该分组的目的地址不是其本身，就将该分组转发到全部（或部组的目的地址不是其本身，就将该分组转发到全部（或部分）邻接节点。分）邻接节点。 完全洪泛法：除了输入分组的那条链路之外，向所有完全洪泛法：除

11、了输入分组的那条链路之外，向所有输出链路同时转发分组。输出链路同时转发分组。 选择洪泛法：仅在满足某些事先规定条件的链路上转选择洪泛法：仅在满足某些事先规定条件的链路上转发分组。发分组。 优点：简单，不需要路由表，可靠性很高。优点：简单，不需要路由表，可靠性很高。 缺点：会产生大量的无效负荷，导致网络拥塞。缺点：会产生大量的无效负荷，导致网络拥塞。一般只用在可靠性要求特别高的军事通信网中。一般只用在可靠性要求特别高的军事通信网中。 静态路由算法中最常用的一种。每个节点的路由静态路由算法中最常用的一种。每个节点的路由表在系统配置时生成，表中给出该节点到达其他表在系统配置时生成，表中给出该节点到达

12、其他各目的节点经由路径的下一节点。各目的节点经由路径的下一节点。123654DTE ADTE B132465-32443132465112-65节点1路由表(c)节点4路由表(a)(b) 算法简单，适用于网络拓扑结构和业务量相对稳算法简单，适用于网络拓扑结构和业务量相对稳定的情况。但难以适应网络拓扑和状态的变化，定的情况。但难以适应网络拓扑和状态的变化，一旦被选路由故障，就会影响信息的正常传送。一旦被选路由故障，就会影响信息的正常传送。自适应路由选择是指路由选择随网络状况的变化而改变。自适应路由选择是指路由选择随网络状况的变化而改变。事实上在所有的分组网中，都使用了某种形式的自适应事实上在所有

13、的分组网中，都使用了某种形式的自适应路由选择技术。路由选择技术。 从用户的角度来看，自适应路由选择策略能够提高从用户的角度来看，自适应路由选择策略能够提高网络的性能。网络的性能。 自适应路由选择策略趋向于平衡负荷，有助于拥塞自适应路由选择策略趋向于平衡负荷，有助于拥塞控制，能够延迟严重拥塞事件的发生。控制，能够延迟严重拥塞事件的发生。 一、流量控制一、流量控制 分组交换网中各节点交换机的处理能力和线路的传输容量分组交换网中各节点交换机的处理能力和线路的传输容量有限，但用户终端发送分组的时间和数量是随机的。有限，但用户终端发送分组的时间和数量是随机的。 如果不对数据流进行控制，可能造成网内数据流

14、分布不均如果不对数据流进行控制，可能造成网内数据流分布不均匀，部分节点和线路的流量超过其处理能力或传输容量，匀，部分节点和线路的流量超过其处理能力或传输容量，造成网络阻塞。严重时，分组在网络中无法传送，不断被造成网络阻塞。严重时，分组在网络中无法传送，不断被丢弃，源节点无法发送新的数据，目的节点也收不到分组，丢弃，源节点无法发送新的数据，目的节点也收不到分组，造成死锁。因此需要进行流量控制。造成死锁。因此需要进行流量控制。 问题：问题：为什么要进行流量控制为什么要进行流量控制?不加控制不加控制理想理想加控制加控制理想理想不加控制不加控制加控制加控制死锁死锁负荷负荷分组时延分组时延吞吐量吞吐量负

15、荷负荷吞吐量与输入负载的关系分组时延与输入负载的关系 问题：问题：为什么要进行流量控制为什么要进行流量控制?分组时延理想加控制不加控制理想不加控制加控制死锁负荷吞吐量负荷接入级接入级 段级段级沿到沿沿到沿端到端端到端 分组交换协议是在分组交换过程中数据终分组交换协议是在分组交换过程中数据终端设备（端设备（DTE）与分组交换网以及分组交换网）与分组交换网以及分组交换网内各个交换节点之间的信息传输过程、信息格内各个交换节点之间的信息传输过程、信息格式和内容的约定。分为接口协议（式和内容的约定。分为接口协议（UNI）和网内）和网内协议（协议（NNI）。）。X.25协议属于接口协议。协议属于接口协议。

16、 4.4.1 X.25的提出的提出物理层数据链路层分组层帧层协议物理层协议高层协议X.25分组层协议 物理接口DTEDCE与远程DTE之间的高层协议物理层数据链路层分组层（1）物理层）物理层 定义传输媒体的机械、电气、定义传输媒体的机械、电气、功能和协议的交互流程。功能和协议的交互流程。 典型协议：典型协议： X.21建议和建议和V系列建议。系列建议。（2）数据链路层）数据链路层 同步、差错控制、流量控制、链路状态报告。同步、差错控制、流量控制、链路状态报告。 典型协议：典型协议：LAPB，为，为HDLC的子集。的子集。（3）分组层）分组层 相当于相当于OSI的网络层，支持多个逻辑信道，实现通

17、信能力的网络层，支持多个逻辑信道，实现通信能力和资源的按需分配。和资源的按需分配。 HDLC是是ISO定义的面向比特的数据链路控制定义的面向比特的数据链路控制协议的总称。协议的总称。HDLC定义了三种类型的站（定义了三种类型的站（Station）、两种）、两种链路配置及三种数据传送模式。链路配置及三种数据传送模式。 HDLC支持两种链路配置：支持两种链路配置： 非平衡配置：点到点或点到多点非平衡配置：点到点或点到多点 平衡配置：点到点平衡配置：点到点主站主站从站从站命令命令响应响应主站主站从站从站命令命令响应响应从站从站复合站复合站命令命令响应响应复合站复合站非平衡配置非平衡配置平衡配置平衡配

18、置三种传送模式：三种传送模式： 正常响应方式（正常响应方式（NRM）：适用于非平衡配置。）：适用于非平衡配置。 异步平衡方式（异步平衡方式（ABM）：适用于平衡配置。）：适用于平衡配置。 异步响应方式（异步响应方式（ARM）：适用于非平衡配置。）：适用于非平衡配置。 LAPB采用平衡配置方式，用于点到点链路，采用异步采用平衡配置方式，用于点到点链路，采用异步平衡方式来传送数据。平衡方式来传送数据。 F标志字段（标志字段（F）：帧开始和结束（）：帧开始和结束（01111110）。）。F地址字段：地址字段：X.25采用两个链路层地址采用两个链路层地址，A：00000011和和00000001）。帧

19、格式帧格式标志标志F地址地址字段字段A控制字段控制字段C信息字段信息字段I检验序列检验序列FCS标志标志F8bits8bits8 or 16 bits16 or 32 bits8bits长度可变长度可变帧头帧头帧尾帧尾控制字段：区分帧类型和流量控制，分为三种类型：控制字段：区分帧类型和流量控制，分为三种类型：信息帧（信息帧（I帧）、监控帧（帧）、监控帧（S帧）和无编号帧（帧）和无编号帧（U帧）。帧）。 I-帧：用户数据帧：用户数据 S-帧：空帧：空 U-帧：控制数据帧：控制数据帧格式帧格式标志标志F地址地址字段字段A控制字段控制字段C信息字段信息字段I检验序列检验序列FCS标志标志F8bits

20、8bits8 or 16 bits16 or 32 bits8bits长度可变长度可变l信息（I）帧：传送上层交付的分组； l监控（S）帧：帧层的差错控制和流量控制，保证信息帧的可靠传送。 监控帧的3种类型（由SS两个比特区分）：接收就绪（RR）接收未就绪（RNR）拒绝帧（REJ）控制字段比特控制字段比特87654321信息（信息（I）帧）帧N（R）PN（S）0监控（监控（S）帧）帧N（R）P/FSS0 1无编号（无编号（U）帧）帧MMMP/FMM1 1F无编号（无编号（U）帧：用于控制链路的建立与断开。）帧：用于控制链路的建立与断开。帧拒绝、响应帧帧拒绝、响应帧FRMR5无编号确认、响应帧无

21、编号确认、响应帧UA4已断链状态已断链状态 、响应帧、响应帧DM3断开（断链）、命令帧断开（断链）、命令帧DISC2置异步平衡模式（建链）、命令帧置异步平衡模式（建链）、命令帧SABM1功能功能类型类型序号序号控制字段比特控制字段比特87654321信息（信息（I）帧）帧N（R）PN（S）0监控（监控（S）帧）帧N（R）P/FSS0 1无编号（无编号（U）帧）帧MMMP/FMM1 1P/F：探询（poll）/最终（final）位，用于构成两个复合站之间的问答关系。 作用： （1）P=1，令对端立即响应并告之状态。 （2）F区分收到的响应帧是主动报告还是对本端命令的响应（F=0、1）。控制字段比

22、特控制字段比特87654321信息（信息（I）帧）帧N（R）PN（S）0监控（监控（S）帧）帧N（R）P/FSS0 1无编号（无编号（U）帧）帧MMMP/FMM1 11.链路的建立与端开链路的建立与端开DTEADCEBB,SABM,PB,DISC,PB,UA,FB,UA,F发送和接收分组层数据（封装在发送和接收分组层数据（封装在I帧中）并用帧中）并用S帧进行流量帧进行流量控制和差错控制控制和差错控制U帧帧链链路路建建立立I帧帧数据传输与数据传输与控制控制U帧帧链链路路断断开开B,DM2. 差错校正和流量控制差错校正和流量控制（1）差错校正：肯定）差错校正：肯定/否定证实、重发纠错。否定证实、重

23、发纠错。（2）流量控制：滑动窗口技术与监控帧配合。）流量控制：滑动窗口技术与监控帧配合。3. 链路复位链路复位 任意一方收到协议出错或帧拒绝（任意一方收到协议出错或帧拒绝（FRMR，将使链路，将使链路恢复初始状态，两端发送的恢复初始状态，两端发送的I帧和帧和S帧帧N（S）和）和N（R）值恢）值恢复为复为0。 由于由于X.25的数据链路层只支持点到点的接入配置，的数据链路层只支持点到点的接入配置，因此其网络层的功能相当简单，其基本功能是利用数据因此其网络层的功能相当简单，其基本功能是利用数据链路层提供的可靠传送服务，完成虚呼叫的分组数据通链路层提供的可靠传送服务，完成虚呼叫的分组数据通信。信。D

24、CEDCEDTEDTE分组层范围（端到端）分组层范围（端到端）链路层范围链路层范围链路层范围链路层范围X.25网络网络 为每个呼叫建立一个逻辑信道；并通过逻辑信道号（为每个呼叫建立一个逻辑信道；并通过逻辑信道号（LCN）来区分与每个呼叫用户有关的分组；来区分与每个呼叫用户有关的分组； 提供提供SVC和和PVC连接；连接； 为每个呼叫连接提供有效的分组传输，包括顺序编号、分为每个呼叫连接提供有效的分组传输，包括顺序编号、分组的确认、流量控制；组的确认、流量控制； 监测监测和和恢复分组层差错。恢复分组层差错。（1）分组层的功能）分组层的功能 逻辑信道和虚电路的区别：虚电路是逻辑信道和虚电路的区别：

25、虚电路是DTE与与DTE之之间端到端的连接，逻辑信道只是虚电路在用户接入段上的间端到端的连接，逻辑信道只是虚电路在用户接入段上的一个子信道。一个子信道。 为避免为避免DTE和和DCE分配分配LCN发生冲突，发生冲突，DTE从大到从大到小分配，小分配，DCE从小到大分配。从小到大分配。 X.25分配的逻辑信道号：分配的逻辑信道号：0 4096终端A到进程1的虚电路：63、99、10 终端B到进程2的虚电路：62、98、11 7 53 1PADAB节节 点点3节节 点点1节节 点点2 DCEPADLCN=63 LCN=62 LCN=99 LCN=98 LCN=10 123进程LCN=11629 分

26、组层分组层SVC与数据链路的建立和断开不同。与数据链路的建立和断开不同。DTE初始初始启动时，启动时，SVC建立步骤：建立步骤：（1）在）在DTE与与DCE之间建立数据链路；之间建立数据链路；（2）在本地与远端）在本地与远端DTE之间建立虚电路；之间建立虚电路；（3）在两个）在两个DTE之间传输数据；之间传输数据；（4）释放虚电路；）释放虚电路；（5）断开数据链路。）断开数据链路。F呼叫建立过程呼叫建立过程呼叫请求呼叫请求建立建立入呼叫入呼叫呼叫接收呼叫接收接受接受呼叫连接呼叫连接DTE1主叫主叫DCEDCEDTE2（被叫）（被叫）X.25X.25LCN/253建立建立LCN/10接授接授LC

27、N/253LCN/10F呼叫清除过程呼叫清除过程清除请求清除请求清除清除清除清除清除指示清除指示清除证实清除证实证实证实证实证实清除证实清除证实DTE1(主叫主叫)DCEDCEDTE2(被叫被叫)X.25X.25F流量控制和差错控制：在分组层流量控制和差错控制：在分组层F流量控制和差错控制：在链路层流量控制和差错控制：在链路层DCEDCEDTEDTE分组层流控（端到端）分组层流控（端到端）链路层流控链路层流控链路层流控链路层流控X.25网络网络 （1）流量控制）流量控制 数据链路层流量控制采用滑动窗口技术，控制窗口数据链路层流量控制采用滑动窗口技术，控制窗口尺寸尺寸k（ 1k7 ），其值表示最

28、多可以发送多少个未被证），其值表示最多可以发送多少个未被证实的信息帧。实的信息帧。 k值的选定取决于物理链路的传播时延和传送速率，值的选定取决于物理链路的传播时延和传送速率，应保证在连续发送应保证在连续发送k个个I帧之后能收到对第帧之后能收到对第1个个I帧的证实。帧的证实。 一种更为直接的控制方法是利用监控帧一种更为直接的控制方法是利用监控帧RNR、RR或或REJ帧实现流量控制。帧实现流量控制。 DTEDCEB,I（0,0）B,I（1,0）B,I（2,0）窗口满停止发送窗口满停止发送窗口上沿窗口上沿36B,RR（1）B,RR（4）恢复发送恢复发送窗口上沿窗口上沿67A,RNR（4）窗口上沿窗口

29、上沿23B,I（3,0）B,I（4,0）对端忙停止发送对端忙停止发送A,RR（5）B,I（5,0）B,I（6,0）流量控制过程流量控制过程K=301234567 （2）差错控制）差错控制 数据链路层的控制采用肯定数据链路层的控制采用肯定/否定证实、重发纠错（否定证实、重发纠错（ARQ）。）。 发现非法帧或出错帧均予以丢弃；发现非期望接收发现非法帧或出错帧均予以丢弃；发现非期望接收序号的帧即帧号失序，则发送序号的帧即帧号失序，则发送REJ帧通知对端重发。发帧通知对端重发。发送端在超时未收到肯定证实时，将自动重发。送端在超时未收到肯定证实时，将自动重发。 流量控制的方法流量控制的方法 滑动窗口滑动

30、窗口 缓冲区预约法缓冲区预约法 许可证法许可证法滑动窗口滑动窗口 用于端到端的流量控制。缓冲区预约法缓冲区预约法 用于源节点到目的节点之间的流量控制。用于源节点到目的节点之间的流量控制。 源节点在发送数据之前，要为每个报文在目的节点预约源节点在发送数据之前，要为每个报文在目的节点预约缓冲区，只有目的节点有缓冲区时，源节点才可发送。缓冲区，只有目的节点有缓冲区时，源节点才可发送。在预约的缓冲区用完后，要等接收节点再次分配缓冲区在预约的缓冲区用完后，要等接收节点再次分配缓冲区后，才能继续发送数据。后，才能继续发送数据。4.4流量控制与拥塞控制流量控制与拥塞控制许可证法许可证法 适用于适用于DTE到

31、网络源节点之间的流量控制。到网络源节点之间的流量控制。 设置一定数量的设置一定数量的“许可证许可证”在网中随机地巡回游动，终在网中随机地巡回游动，终端向网络发送分组时，必须向源节点申请以获得许可证。端向网络发送分组时，必须向源节点申请以获得许可证。得到许可证后，将许可证和数据分组一起传送，到达终得到许可证后，将许可证和数据分组一起传送，到达终点后，交出许可证，使它重新在网内游动，以便其他终点后，交出许可证，使它重新在网内游动，以便其他终端使用。端使用。F 当通信量超过一定限度时，网络性能降低，这种现象就叫拥塞。拥塞的本质是荷载超过了网络的承受能力。 二、拥塞控制二、拥塞控制 拥塞控制方法：拥塞

32、控制方法：从拥塞节点向源节点发送控制分组从拥塞节点向源节点发送控制分组 根据路由选择信息调整新分组的产生速率根据路由选择信息调整新分组的产生速率 利用端到端的探测分组控制拥塞利用端到端的探测分组控制拥塞 节点在分组经过时添加拥塞指示信息节点在分组经过时添加拥塞指示信息 网络主要的性能指标网络主要的性能指标 吞吐量（服务的数量）吞吐量（服务的数量） 好的流量控制可以使更多的通信量流入网络。好的流量控制可以使更多的通信量流入网络。 平均时延（服务的质量）平均时延（服务的质量） 好的路由选择可以使网络的平均时延较低。好的路由选择可以使网络的平均时延较低。 4.5.1帧中继概述帧中继概述 4.5.2帧

33、中继的交换操作帧中继的交换操作 4.5.3带宽管理与拥塞控制带宽管理与拥塞控制1、帧中继的产生、帧中继的产生（1）X.25协议功能重复，效率不高协议功能重复，效率不高（2）数字通信和光纤通信技术的发展）数字通信和光纤通信技术的发展 （3）计算机技术的发展）计算机技术的发展 简化协议简化协议加快转发加快转发 快速分组交换快速分组交换：帧中继帧中继(Frame Relay)与信元中继与信元中继(Cell Relay)。2、FR的协议结构的协议结构物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传输层传输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层物理层物理层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层物理层

34、物理层链路层核心链路层核心物理层：X.21、V、G、I系列接口。数据链路层：HDLC的简化版本（DL-core），去掉了差错控制和流量控制字段。u核心链路层功能：核心链路层功能： 帧定界、定位和透明性；帧定界、定位和透明性； 使用帧头地址字段完成链路的复用使用帧头地址字段完成链路的复用/解复用；解复用； 帧传输差错检测帧传输差错检测(但不纠错但不纠错)； 检测帧在插检测帧在插“0”前和删前和删“0”后是否由整数个字节构成；后是否由整数个字节构成； 检测帧长是否正确；检测帧长是否正确； 拥塞控制。拥塞控制。标志和标志和FCS字段：同字段：同X.25。DLCI：数据链路连接标识（数据链路连接标识（

35、10比特），对应一个逻辑信比特），对应一个逻辑信道，具有局部意义。道，具有局部意义。 DLCI=0用于信令和管理功能。用于信令和管理功能。C/R：命令命令/响应指示位。响应指示位。EA：扩展地址指示位。扩展地址指示位。EA=0表示还有下一个字节表示还有下一个字节标志标志 地址地址信息信息FCS标志标志DLCI（6）C/R EA DLCI（4） FECN BECN DE EA第第1字节字节第第2字节字节FECN(Forward Explicit Congestion Notification)：。DE：帧丢弃指示比特。帧丢弃指示比特。EA：扩展地址指示位。扩展地址指示位。EA=0表示还有下一个字

36、节表示还有下一个字节标志标志 地址地址信息信息FCS标志标志DLCI（6）C/R EA DLCI（4） FECN BECN DE EA第第1字节字节第第2字节字节 数据传送协议大大简化数据传送协议大大简化 只包含只包含OSI模型的下二层，而且第二层只保留其核心模型的下二层，而且第二层只保留其核心功能功能 帧不带序号，由于帧中继不要求接收证实，也就没有帧不带序号，由于帧中继不要求接收证实，也就没有链路层的纠错和流量控制功能。链路层的纠错和流量控制功能。 没有监控帧：由于帧中继的控制信令使用专用通道没有监控帧：由于帧中继的控制信令使用专用通道（DLCI=0）传送。）传送。 用户平面与控制平面分离用

37、户平面与控制平面分离 控制平面指的是信令信息的处理、传送和管理，信令控制平面指的是信令信息的处理、传送和管理，信令用于逻辑连接的建立和拆除。用于逻辑连接的建立和拆除。 用户平面负责端到端的用户数据传送。用户平面负责端到端的用户数据传送。 帧中继是面向连接的网络，提供虚电路服务。帧中继是面向连接的网络，提供虚电路服务。包括包括PVC和和SVC。 虚电路用虚电路用DLCI标识，标识，DLCI号仅具有本地意义。号仅具有本地意义。 根据节点转发表进行交换。根据节点转发表进行交换。123DCLI:124DCLI:124DCLI:121DCLI:121DCLI:041DCLI:041DCLI:112DCL

38、I:112输入输入输出输出接口接口DLCI接口接口DLCI11212041112431122167336721671192 为保证带宽资源在用户间的合理分配，网络必须对每为保证带宽资源在用户间的合理分配，网络必须对每个连接上传送的用户数据进行监控，即带宽管理。个连接上传送的用户数据进行监控，即带宽管理。 帧中继网络中，为了简化协议，提高节点的处理和转帧中继网络中，为了简化协议，提高节点的处理和转发速度，将流量控制和差错控制交由终端的高层协议发速度，将流量控制和差错控制交由终端的高层协议完成。但这样可能使网络出现拥塞，因此要采取措施完成。但这样可能使网络出现拥塞，因此要采取措施尽量减少拥塞的出现

39、。尽量减少拥塞的出现。带宽管理参数带宽管理参数 承诺时间间隔承诺时间间隔Tc对连接上的用户数据量进行监视的时对连接上的用户数据量进行监视的时间间隔。间间隔。 承诺的信息速率承诺的信息速率CIR正常情况下，网络向用户承诺的正常情况下，网络向用户承诺的数据传送速率，它是数据传送速率，它是Tc时间段内的平均值。时间段内的平均值。 承诺的突发信息量承诺的突发信息量Bc正常情况下，在正常情况下，在Tc时间段内允许时间段内允许用户传送的最大数据量。用户传送的最大数据量。 超量突发信息量超量突发信息量Be正常情况下，在正常情况下，在Tc时间段内网络能时间段内网络能够给用户传送的超过够给用户传送的超过Bc的最

40、大数据量。的最大数据量。带宽管理策略带宽管理策略管控过程管控过程 如果在时间如果在时间Tc内监测到连接上的信息量内监测到连接上的信息量Bc，说明用户速，说明用户速率小于率小于CIR，网络应继续转发这些帧。，网络应继续转发这些帧。 如果如果Bc监测到连接上的信息量监测到连接上的信息量Bc+Be，则说明用户速率，则说明用户速率已超过已超过CIR，但仍在约定的范围内，网络将，但仍在约定的范围内，网络将Be部分的帧部分的帧DE置为置为1后进行转发。后进行转发。 如果监测到连接上的信息量如果监测到连接上的信息量Bc+Be，说明用户已严重违约，说明用户已严重违约，则网络丢弃超过则网络丢弃超过Bc+Be部分

41、的所有帧。部分的所有帧。 帧中继拥塞控制采用拥塞回避和丢弃两种办法：帧中继拥塞控制采用拥塞回避和丢弃两种办法： q拥塞回避拥塞回避 网络显式地告知发送方和接收方拥塞出现的情况，发网络显式地告知发送方和接收方拥塞出现的情况，发送者据此调整发送的速率，避免拥塞。送者据此调整发送的速率，避免拥塞。 后向显式拥塞通知（后向显式拥塞通知（BECN）：）：提示发送方网络出现提示发送方网络出现拥塞。拥塞。前向显式拥塞通知（前向显式拥塞通知（FECN）：）：提示接收方网络出现提示接收方网络出现拥塞。拥塞。 q 丢弃丢弃 如用户不响应拥塞提示，网络就丢弃帧。如用户不响应拥塞提示，网络就丢弃帧。 4.6.1 N-

42、ISDN与与B-ISDN 问题：问题： 什么是什么是ATM?设想设想70年代年代铜线铜线电路交换电路交换分组交换分组交换ISDN不成功不成功诸网并存诸网并存单一网络单一网络ISDN(N-ISDN)带宽受限带宽受限技术适应性差技术适应性差不完全综合不完全综合4.6.1 N-ISDN与与B-ISDN80年代适合不同业务的信息传递技术90年代后期单一网络单一网络B-ISDN线路带宽线路带宽和质量大和质量大大提高大提高解决了传解决了传输媒体问输媒体问题题ATM宽带宽带IP网网光纤普及快速分组快速分组交换交换4.6.1 N-ISDN与与B-ISDNATM技术特点：技术特点：（1）ATM是统计时分复用技术

43、是统计时分复用技术（2）ATM分组（信元）长度固定、短小分组（信元）长度固定、短小（3）ATM支持多业务传输支持多业务传输（4）ATM是面向连接的传输技术。是面向连接的传输技术。4.6.1 N-ISDN与与B-ISDN4.6.2 ATM技术基础技术基础 异步异步 分组交换（按需分配带宽）分组交换（按需分配带宽） 信元就是分组信元就是分组 各信元不需要严格按照一定的规律出现各信元不需要严格按照一定的规律出现 传递模式传递模式 传输传输 复用复用 交换交换 ATM的定义：的定义：4.6.2 ATM技术基础技术基础 分组交换的信息格式 短小、定长的53字节传统分组交换ATMATM的分组的分组信元信元

44、 虚连接 信头标签的方式 与地址的不同面向连接的通信方式面向连接的通信方式4.6.2 ATM技术基础技术基础 不同速度 可变速率统计时分复用统计时分复用4.6.2 ATM技术基础技术基础定义不同的适配层定义不同的适配层 ATM通过定义不同的适配层来满足不同业务对传输性能的要求。 ATM层提供的只是一般意义的定长数据传送能力。4.6.2 ATM技术基础技术基础信头信头：在：在UNI上为上为GFC 在在NNI上为上为VPI123456-53 8 4 1GFC/VPIVPIVPIVCIVCIVCIPTICLPHEC净荷净荷ATM信元格式：信元格式：一般流量控制一般流量控制（GFC:4） 虚通路标识符

45、虚通路标识符（VPI:8/12）和和虚信道标识符虚信道标识符（VCI:16）净荷类型（净荷类型（PT:3） 信元丢失优先级信元丢失优先级（CLP:1） 头标差错控制头标差错控制（HEC:8） Why 53 Bytes? ITU-T Study Group XVIII in June 19894.6.2 ATM技术基础技术基础4.6.2 ATM技术基础技术基础 虚通路连接虚通路连接 VP 虚信道连接虚信道连接 VCATM连接类型连接类型4.6.2 ATM技术基础技术基础 虚信道连接虚信道连接 VC：指：指ATM信元的单向传送能力，即信元的单向传送能力，即在两个或多个端点间的一个传送在两个或多个端

46、点间的一个传送ATM信信元的逻辑信道。与其相关的有元的逻辑信道。与其相关的有VCL和和VCC。VCL表示相邻节点间传递表示相邻节点间传递ATM信信元的单向能力，用元的单向能力，用VCI标识。标识。ATM局间局间传输线上具有相同传输线上具有相同VCI的信元在同一的信元在同一VC上传送。上传送。VCL级联构成级联构成VCC。 虚通路连接虚通路连接 VP4.6.2 ATM技术基础技术基础 虚通路连接虚通路连接 VP：指同类多个：指同类多个VC进行归并组成进行归并组成VP。与。与其相关的有其相关的有VPL和和VPC。VPL表示一束具有表示一束具有相同端点的相同端点的VC链路，用链路，用VPI标识。多段

47、标识。多段VPL级联构成级联构成VPC。VPC端点是端点是VCL产生、产生、变换或终结的地方。变换或终结的地方。4.6.2 ATM技术基础技术基础 VPI/VCI: 信元的逻辑路由地址信元的逻辑路由地址 VPI:虚通路标志虚通路标志 VCI: 虚信道标志虚信道标志 存在两种类型的连接：存在两种类型的连接： VCC: VC Connection 虚信道连接虚信道连接 VPC: VP Connection 虚通路连接虚通路连接传输链路传输链路虚通路虚通路 VPxVPzVPyVCxVCxVCyVCzVCzVCyVCyVCx虚信道虚信道 在一个给定的接口，复用在一条链路上的许多不同的 VP，用它们的

48、VPI 来识别。 复用在一个 VP 中的不同的 VC，用它们的 VCI 来识别。 在一个给定的接口上，属于两个不同的VP的两个VC，可具有相同的VCI。4.6.2 ATM技术基础技术基础4.6.2 ATM技术基础技术基础连接与信道连接与信道 VPC(VP虚虚连接连接) 由一串由一串VPL(VP链路链路)连接连接而成而成 每一每一VPL由一个由一个VPI表示表示(本地含义本地含义) VCC(VC虚虚连接连接) 由一串由一串VCL(VC链路链路)连接连接而成而成 每一个每一个VCL由一个由一个VCI表示表示(本地含义本地含义)连接与信道连接与信道4.6.2 ATM技术基础技术基础VP/VC交换示意

49、图交换示意图4.6.2 ATM技术基础技术基础4.6.2 ATM技术基础技术基础VP/VC交换交换VoiceVoiceVoice4.6.2 ATM技术基础技术基础ATM交换过程交换过程 VP VC应用举例应用举例端点端点A通过通过ATM交换机交换机 X, Y 和和 Z 与端点与端点B建立了一条逻辑连接建立了一条逻辑连接 ATM 网络网络AB交交换换机机 X交交换换机机 Y交交换换机机 Z121232343414端口端口 VPI/VCI 端口端口 VPI/VCI 4 3/17 2 9/353/1742/556/359/35 交换机交换机 X 的的 VPI/VCI 转换表转换表 交换机交换机 Y

50、的的 VPI/VCI 转换表转换表 交换机交换机 Z 的的 VPI/VCI 转换表转换表端口端口 VPI/VCI 端口端口 VPI/VCI 1 9/35 4 6/35端口端口 VPI/VCI 端口端口 VPI/VCI 4 6/35 2 42/554.6.2 ATM技术基础技术基础4.6.3 ATM协议模型协议模型面管理面管理层管理层管理控制面控制面用户面用户面高层高层高层高层ATMATM适配层适配层ATMATM层层物理层物理层ATM协议协议参考模型参考模型 物理层物理层 媒体相关子层媒体相关子层(比特比特) 传输传输汇聚子层汇聚子层( (传输帧传输帧) ) ATM层层(信元信元)：交换、路由、

51、信元复用：交换、路由、信元复用/解解复用功能复用功能 ATM适配层适配层(应用分组应用分组) SAR子层子层(分段和重装分段和重装 ) 汇聚子层汇聚子层(满足高层应用的其它需要满足高层应用的其它需要)ATM技术各层功能技术各层功能4.6.3 ATM协议模型协议模型 用户平面用户平面 用户数据交换 高层解析 控制平面控制平面 信令协议 高层解析 管理平面管理平面 层管理和面管理 逐层解析4.6.3 ATM协议模型协议模型不同平面的功能不同平面的功能 功能：信元编码及透明传输功能：信元编码及透明传输 包括：包括：物理媒体子层物理媒体子层( (PM)PM) 供电、操作供电、操作传输会聚子层传输会聚子

52、层( (TC)TC)4.6.3 ATM协议模型协议模型物理层物理层信元流PMD物理电气物理电气/光规范编码光规范编码封装：加传输开销加控制信息TC4.6.3 ATM协议模型协议模型物理层物理层PHY功能示意图功能示意图 光纤光纤 同轴电缆同轴电缆 双绞线双绞线物理媒体相关子层（比特流的收发物理媒体相关子层（比特流的收发) )4.6.3 ATM协议模型协议模型 传输帧的适配传输帧的适配 信元装入帧信元装入帧 信元定界：状态机信元定界：状态机 扰码和扰码和HEC HEC的生成与检验的生成与检验 信元速率解耦信元速率解耦 空信元的插入和提取空信元的插入和提取,信头为信头为0/0/0/1/52,内容为

53、内容为A6。4.6.3 ATM协议模型协议模型传输会聚子层功能（传输帧传输会聚子层功能（传输帧信元流）信元流）0 0 0 0 x52 1 0 xA6 。 0 xA6 信元头静荷空闲信元结构空闲信元结构4.6.3 ATM协议模型协议模型 逐比特校验寻找信元头 次正确进入同步状态 次错误进入失步寻找状态 和是可选参数4.6.3 ATM协议模型协议模型定界方式（定界方式（Self-Supporting ） 接收接收/ /发送，信元的复用和分路发送，信元的复用和分路 交换机内部路由交换机内部路由 信元地址翻译信元地址翻译 信元头的处理信元头的处理 流量的控制流量的控制ATM层层协议功能简述协议功能简述

54、:4.6.3 ATM协议模型协议模型 GFC(通用流量控制) 仅在UNI上使用4.6.3 ATM协议模型协议模型通用流量控制通用流量控制:PTI 和和 CLP的作用：的作用：4.6.3 ATM协议模型协议模型 PTI：表示静荷信息类型，如用户数据是：表示静荷信息类型，如用户数据是否经过拥塞、否经过拥塞、OAM信元类型等。信元类型等。 CLP0：网络发生拥塞时该信元不能丢弃；：网络发生拥塞时该信元不能丢弃； 1：网络发生拥塞时候丢弃该信元。：网络发生拥塞时候丢弃该信元。 负载类型指示负载类型指示PTI AAL 信元丢失优先级信元丢失优先级CLP AAL 信头差错控制信头差错控制HEC 物理层物理

55、层4.6.3 ATM协议模型协议模型越层处理越层处理 ATM层提供的只是一般意义的信元传送能力，为了使ATM能够承载不同业务，并具有端到端的差错控制能力，在ATM系统中增加了业务适配层（AAL层）。 AAL层实际上是增强ATM的数据传输能力，以适应各种通信业务的要求。ATM适配层功能：适配层功能：4.6.3 ATM协议模型协议模型 定时关系定时关系 时间透明性时间透明性 比特率比特率 固定的或可变的固定的或可变的 连接模式连接模式 实时业务和数据量比较大的通信过程实时业务和数据量比较大的通信过程 短消息的传送短消息的传送 业务的分类标准业务的分类标准4.6.3 ATM协议模型协议模型四种业务类

56、型四种业务类型4.6.3 ATM协议模型协议模型4.6.3 ATM协议模型协议模型uB类业务类业务(AAL2)：| 典型业务：典型业务：4.6.3 ATM协议模型协议模型4.6.3 ATM协议模型协议模型 交换型多兆比特率的数据业务SMDS4.6.3 ATM协议模型协议模型 ATM交换：交换： 从任意输入端口（入线）的任意一条ATM逻辑信道到任意输出端口（出线）的任意ATM逻辑信道的信息交换。 ATM逻辑信道：逻辑信道： VPI VCI4.6.4 ATM交换机交换机ATM交换的本质交换的本质 入线信息交换到出线入线信息交换到出线 路由；路由； 将输入将输入VPI/VCI的值转换为输出的值转换为

57、输出VPI/VCI的值的值信头转换；信头转换； 缓冲（排队、调度）缓冲（排队、调度）ATM交换的基本功能交换的基本功能4.6.4 ATM交换机交换机接口单元接口单元处理机控制部分处理机控制部分接口单元接口单元接口单元接口单元接口单元接口单元.信元传送信元传送部分部分控制部分控制部分11NNATM交交换换结结构构ATM交换机功能模型交换机功能模型4.6.4 ATM交换机交换机 基本功能：从串行比特流（帧结构）中恢复出基本功能：从串行比特流（帧结构）中恢复出信元。信元。01001011101CellCellCell交换结构交换结构处理机控制部分处理机控制部分4.6.4 ATM交换机交换机交换机接口

58、单元交换机接口单元 输入侧：从串行比特流（帧结构）中恢复出信元输入侧：从串行比特流（帧结构）中恢复出信元 物理层功能物理层功能: 光电转换；光电转换； 数字比特流恢复；数字比特流恢复； 信元定界；信元定界； 速率解耦；速率解耦； 净荷解扰；净荷解扰； ATM层功能：层功能： 信头有效性检查；信头有效性检查； 区分信令信元、用户信元还是区分信令信元、用户信元还是OAM信元，并作相应处理；信元，并作相应处理；接口功能接口功能 4.6.4 ATM交换机交换机 输出侧：输出侧： HEC的产生；的产生； 用户信元、用户信元、OAM信元和信令信元的混合；信元和信令信元的混合； 信元速率适配；信元速率适配；

59、 传输帧的生成；传输帧的生成； 电光信号转换电光信号转换接口功能接口功能4.6.4 ATM交换机交换机 由处理机和多种控制软件构成，主要由处理机和多种控制软件构成，主要包含呼叫控制软件和操作管理维护包含呼叫控制软件和操作管理维护（OAM）软件，负责信元交换控制、）软件，负责信元交换控制、信令处理、呼叫管理、性能监测和数信令处理、呼叫管理、性能监测和数据统计等。据统计等。控制部分控制部分4.6.4 ATM交换机交换机 交换容量：交换容量： 定义：所有输入端口信息速率的总和； 交换时延交换时延/ /时延抖动：时延抖动： 10-100us/几百us； 信元丢失率信元丢失率/ /信元误插率：信元误插率

60、： 10e-8/10e-11； 阻塞：阻塞： 连接阻塞 传输阻塞：内部阻塞和外部阻塞（输出阻塞）交换机性能参数交换机性能参数4.6.4 ATM交换机交换机ATM交换结构时分空分共享存储器共享媒体单通路多通路crossbarBanyan扩展banyanClos交换结构交换结构4.6.4 ATM交换机交换机 时分交换结构：各接口以时分复用的时分交换结构：各接口以时分复用的方式共享一条通信媒体。方式共享一条通信媒体。 根据媒体不同，可分为共享总线和共根据媒体不同，可分为共享总线和共享存储器两种。享存储器两种。时分交换结构时分交换结构4.6.4 ATM交换机交换机共享存贮器共享存贮器复复用用分分路路1