现代交换原理 分组交换

1、第七章第七章 分组交换的基本原理分组交换的基本原理 分组交换是为数据通信而设计的交换方式，在出现分组交换之前，采用电路交换和报文交换传输数据，但这两种交换方式不能完全适应数据通信的要求，因此后来就出现了针对数据通信特点而设计的分组交换方式。 分组交换技术具有信息传输质量高、网络可靠性高、线路利用率高、经济性能好、利于不同类型终端间的相互通信等优点，可以提供高质量的灵活的数据通信业务。分组交换技术已经被广泛的应用于计算机通信网络中。快速分组交换技术（Fast Packet Switching）、帧中继（Frame Relay）、异步传输模式（ATM）等通信技术都是在分组交换技术的基础上产生与发展

2、起来的。 7.1 7.1 分组交换的产生背景分组交换的产生背景 按照现代通信的概念，凡是在终端以编码方式表示的信息、用脉冲形式在信道上传送的信号都叫数据通信。 数据通信的特点：数据通信的特点： （1）完全是机器与机器之间的通信。 （2）业务突发性。 （3）误码率要求高。 （4）时延要求不高统计时分复用原理图ba21yx复用器b2yx1a终端A终端B终端C空闲标记 7.2 7.2 分组交换的基本原理分组交换的基本原理 7.2.1 7.2.1 资源分配资源分配 对同一个物理链路资源，不同的复用方法，实际就是不同的资源分配方法，对应电路交换和分组交换，有两种资源分配方法：固定分配资源法和动态分配资源

3、法。 1.固定分配资源法： 也称预分配资源方法，它是根据用户要求预先把线路传输容量的某一个部分固定地分配给某个用户的。 2.动态分配资源法： 也称按需分配或统计时分复用（STDM），它是采取用户有数据传输时才给他分配资源的方法。 两种资源分配方式对应两种时分复用方式和两种信道类型：4 3 2 14 3 2 1TS5TS5TS5TS5TS7TS8TS12TS5帧4帧3帧2帧1（a）同步时分复用位置化信道（b）统计时分复用标志化信道 7.2.2 7.2.2 基本交换原理基本交换原理b aC 21ABCAA2aa1bab aCBA2 1终端一终端二终端三终端四终端五分组交换机一交换机二交换机三分组式

4、终端计算机 分组交换的基本思想：分组交换的基本思想： 把用户要传送的信息分成若干个小的数据块，即分组，这些分组长度较短，并具有统一的格式，每个分组有一个分组头，包含用于控制和选路的有关信息。这些分组以“存储转发”的方式在网内传输，即每个交换节点首先对收到的分组进行暂时存储，分析该分组头中有关选路的信息，进行路由选择，并在选择的路由上进行排队，等到有空闲信道时转发给下一个交换节点或用户终端。 7.2.3 7.2.3 逻辑信道逻辑信道 逻辑信道是两端点之间建立数据分组传送连接的标志，即对某个通信分配的标识，主要用途是在交换传送过程中能正确识别分组所属和正确转交。终端1终端2终端n进程进程进程255

5、 254 201 255 254 201 终端计算机线路逻辑信道. 逻辑信道的特点逻辑信道的特点： （1）由于分组交换采用动态统计时分复用方法，因此是在终端每次呼叫时，根据当时的实际情况分配LCN的。 同一个终端可以同时通过网络建立多个数据通路，它们之间通过LCN来进行区分。对同一个终端而言，每次呼叫可以分配不同的逻辑信道号，但在同一次呼叫连接中，来自某一个终端的数据逻辑信道号因该是相同的。 （2）逻辑信道号是在用户至交换机或交换机之间的网内中继线上可以被分配的，代表了信道的一种编号资源. （3）逻辑信道号是一种客观的存在。逻辑信道总是处于下列状态中的某一种：准备好状态、呼叫建立状态、数据传输

6、状态、呼叫清除状态。 7.2.4 7.2.4 分组的形成分组的形成 分组是在终端将一个大的用户信息快分成多个小的信息块，然后对每个块加上分组头。在分组交换方式中，分组是交换和传送处理的对象，由于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为单位进行流量控制、路由选择和差错控制等通信处理。通信信息分组头分组头分组头信息分组1信息分组2信息分组3分组1分组2分组3 分组是由分组头和分组数据组成。分组头的格式如图。分组头含有3个字段，共3个字节，这3个字段分别为：通用格式识别符GFI、逻辑信道组号LCGN和逻辑信道号LCN和分组类型识别符。GFI比特 8 7

7、6 5 4 3 2 1LCGNLCNPTI（1）通用格式识别符（GFI） GFI由分组头的第一个字节的58位组成，共4个比特。它定义了分组的一些通用功能，Q比特用来区分分组是用户数据（Q=0）还是控制信息（Q=1），D比特用来标识数据分组是DTE到DCE的本地确认（D=0）还是DTE到DTE的端到端确认（D=1），SS比特用来表示分组的顺序编号是模8方式（SS=01）还是模128方式（SS=10）。Q D S S比特 8 7 6 5（2）逻辑信道组号和逻辑信道号（LCGN+LCN） LCGN和LCN就是用来区分这些逻辑信道的，共12比特，可以提供4095个逻辑信道号（1-4095，“0”被保留

8、用作特殊用途）。（3）分组类型识别符（PTI） 分组类型识别符为8比特，用于识别不同的分组。分组可以划分成四类：呼叫建立分组用于在两个DTE之间建立交换虚电路。数据传输分组用于在两个DTE之间实现数据传输。恢复分组实现分组层的差错恢复，包括复位分组、再启动分组和诊断分组。呼叫释放分组用于在两个DTE之间断开虚电路，包括释放请求分组、释放指示分组和释放证实分组。 7.2.5 7.2.5 链路层的帧格式链路层的帧格式 数据链路层传送信息的最小单位是帧，按照帧所完成的功能可以把帧分成三类：信息帧（I帧）、监控帧（S帧）和无编号帧（U帧）。HDLC的帧格式如图，所有帧均包含标志F、地址字段A、控制字段

9、C、帧检验序列FCS，部分帧还包含信息字段I。 各字段的功能：各字段的功能： 标志F：标志的长度为8比特，其值为二进制01111110，是帧的界定符。所有的帧必须以F开头，并以F结束。 地址字段A：该字段的长度为8比特。由于链路层的作用是保证相邻结点之间的可靠传输，不存在地址选择问题，这里的A字段并不是网络层的地址含义，它指示用来表示相连结点之间的方向。 控制字段C：用于规定该帧的具体类型，并含有某些其他参数。 信息字段I：就是需要发送的信息正文，即前面网络层形成的分组。 帧检验序列FCS：帧检验序列为16比特，用来检查帧通过链路传输后是否正确。它采用循环冗余校验（CRC）方式，实用的多项式为

10、：X16+X12+X5+1.7.3 7.3 分组交换的重要概念分组交换的重要概念 7.3.1 数据包与虚电路 分组在通过数据网时有两种方式：数据报方式和虚电路方式1.数据报方式 数据报方式在信息传输之前无需建立连接，其分组头中含有目的终端地址信息，对每个数据分组就像对一份报文一样独立地进行选路和传送，属于同一份报文的不同分组有可能会沿着不同的路径到达终点，因而会出现分组失序现象。在这种方式中，一个被独立处理的分组就被称为数据报，而这种分组交换方式就叫做数据报方式。 数据报方式的特点：（1）用户的通信不需要有建立连接和拆除连接的过程，可以直接传送每隔分组，因此对于报文通信效率比较高。（2）每个结点可以自由地选路，可以避开网络中的拥塞部分，因此网络的健壮性较好。对于分组的传送比虚电路更为可靠，如果一个结点出现故障，分组可以通过其他路由传送。（3）数据报方式的缺点是分组不能保证按原来的顺序到达，在终点各分组需重新排队，并且每个分组的分组头要包含详细的目的地址，开销比较大。（4）数据报适用于短报文的传送。2.2.虚电路方式虚电路方式 虚电路方式是指通信