第7章分组交换技术

1、1第七章第七章 分组交换技术分组交换技术 2数据通信的特点数据通信的特点 数据通信的特点是数据通信的特点是突发性很强，对差错敏感，对时延不敏感突发性很强，对差错敏感，对时延不敏感。突发。突发性强表现为在短时间内会集中产生大量的信息。性强表现为在短时间内会集中产生大量的信息。 突发性的定量描述为峰值比特率和平均比特率之比，对于一般的数突发性的定量描述为峰值比特率和平均比特率之比，对于一般的数据传输，突发性可高达据传输，突发性可高达5050；对于文件检索和传送，突发性也可达；对于文件检索和传送，突发性也可达2020。如果。如果数据通信采用电路交换方式，分配固定的带宽，在用户没有信息发送时，数据通信

2、采用电路交换方式，分配固定的带宽，在用户没有信息发送时，其它的用户也不能使用这部分空闲的带宽，信道利用率太低；而在用户需其它的用户也不能使用这部分空闲的带宽，信道利用率太低；而在用户需要高速传输数据时，用户能够使用的最大带宽也只限于分配给用户的带宽，要高速传输数据时，用户能够使用的最大带宽也只限于分配给用户的带宽，不能满足用户的要求。不能满足用户的要求。 对差错敏感是指数据通信要求数据传送的内容不能出错，关键数据对差错敏感是指数据通信要求数据传送的内容不能出错，关键数据细微的错误都可能造成灾难性后果。细微的错误都可能造成灾难性后果。 对时延不敏感是指数据通信的各部分数据之间没有严格的时间关系。

3、对时延不敏感是指数据通信的各部分数据之间没有严格的时间关系。 由于数据通信的这些特点，数据通信主要采用分组交换技术。由于数据通信的这些特点，数据通信主要采用分组交换技术。 由于分组交换技术的迅速发展，现在利用分组交换技术不仅可以用由于分组交换技术的迅速发展，现在利用分组交换技术不仅可以用来完成数据通信业务，也可以用来完成话音和视频通信。在下一代网络中来完成数据通信业务，也可以用来完成话音和视频通信。在下一代网络中主要采用分组交换技术。主要采用分组交换技术。 37.1 分组交换的基本原理分组交换的基本原理 4分组的概念分组的概念 分组交换采用存储转发技术。在分组交换中，将欲需要发分组交换采用存储

4、转发技术。在分组交换中，将欲需要发送的整块数据称为一个报文。在发送报文之前，先将较长的报送的整块数据称为一个报文。在发送报文之前，先将较长的报文划分成为较小的数据段。文划分成为较小的数据段。 在每个数据段前加有一个在每个数据段前加有一个3-10个字节的个字节的分组头分组头，在分组头，在分组头中包含有分组的地址和控制信息，以控制分组信息的传输和交中包含有分组的地址和控制信息，以控制分组信息的传输和交换。并以分组为单位进行传输和交换。换。并以分组为单位进行传输和交换。 分组交换有虚电路（面向连接）和数据报（无连接）这两分组交换有虚电路（面向连接）和数据报（无连接）这两种方式。种方式。 5一虚电路方

5、式一虚电路方式 虚电路是指两个用户在进行通信之前要通过网络建立虚电路是指两个用户在进行通信之前要通过网络建立逻辑上的连接。逻辑上的连接。 在建立连接时，主叫用户发送在建立连接时，主叫用户发送“呼叫请求呼叫请求”分组分组，在，在该分组中，包括被叫用户的地址及为该呼叫在出通路上分该分组中，包括被叫用户的地址及为该呼叫在出通路上分配的配的虚电路标识虚电路标识，网络中的每一个节点都根据被叫地址选，网络中的每一个节点都根据被叫地址选择出通路，为该呼叫在出通路上分配虚电路标识，并在节择出通路，为该呼叫在出通路上分配虚电路标识，并在节点中建立入通路上的虚电路标识与出通路上虚电路标识之点中建立入通路上的虚电路

6、标识与出通路上虚电路标识之间的对应关系，向下一节点发送间的对应关系，向下一节点发送“呼叫请求呼叫请求”分组。分组。 被叫用户如同意建立虚电路，可发送被叫用户如同意建立虚电路，可发送“呼叫连接呼叫连接”分分组组到主叫用户。当主叫用户收到该分组时，表示主叫用户到主叫用户。当主叫用户收到该分组时，表示主叫用户和被叫用户之间的虚电路已建立，可进入数据传输阶段。和被叫用户之间的虚电路已建立，可进入数据传输阶段。 在呼叫建立阶段，在虚电路经过的各个分组交换机中在呼叫建立阶段，在虚电路经过的各个分组交换机中建立虚电路标识之间的对应关系。建立虚电路标识之间的对应关系。 6虚电路方式完成交换的示意图虚电路方式完

7、成交换的示意图 分组交换机5的连接表分组交换机4的连接表 7交换虚电路和永久虚电路交换虚电路和永久虚电路 虚电路分为两种：交换虚电路虚电路分为两种：交换虚电路(SVC(SVC，Switched Virtual Switched Virtual Circuit)Circuit)和永久虚电路和永久虚电路(PVC(PVC，Permanent Virtual Circuit)Permanent Virtual Circuit)。 交换虚电路是指在每次呼叫时用户通过发送呼叫请求分组交换虚电路是指在每次呼叫时用户通过发送呼叫请求分组临时建立的虚电路；一旦虚电路建立后，属于同一呼叫的数临时建立的虚电路；一旦

8、虚电路建立后，属于同一呼叫的数据分组均沿着这一虚电路传送；当通信结束后，即通过据分组均沿着这一虚电路传送；当通信结束后，即通过呼叫呼叫清除分组清除分组将虚电路拆除。将虚电路拆除。 永久虚电路是指网络运营者根据与用户约定，为其事先建永久虚电路是指网络运营者根据与用户约定，为其事先建立的固定虚电路，每次通信时用户无需呼叫就可直接在该永立的固定虚电路，每次通信时用户无需呼叫就可直接在该永久虚电路上传送数据。后一种方式一般适用于业务量较大的久虚电路上传送数据。后一种方式一般适用于业务量较大的集团用户。集团用户。 X25、帧中继、帧中继、ATM和多协议标签交换和多协议标签交换MPLS采用的是采用的是虚电

9、路方式。虚电路方式。 8二数据报方式二数据报方式 数据报方式是独立地传送每一个数据分组，每一个数数据报方式是独立地传送每一个数据分组，每一个数据分组都包含据分组都包含终点地址的完整信息终点地址的完整信息，每一个节点都要为每，每一个节点都要为每一个分组独立地选择路由，因此一份报文包含的不同分组一个分组独立地选择路由，因此一份报文包含的不同分组可能沿着不同的路径到达终点。可能沿着不同的路径到达终点。 由于每条路由上的时延不尽相同，分组到达的顺序与由于每条路由上的时延不尽相同，分组到达的顺序与发送顺序可能不一致，终端要将它们重新排序。发送顺序可能不一致，终端要将它们重新排序。 IP网络中交换采用的是

10、数据报方式。网络中交换采用的是数据报方式。 910三三. .虚电路方式和数据报方式的比较虚电路方式和数据报方式的比较 虚电路方式在一次通信过程中具有呼叫建立、数据传输和释放呼叫三虚电路方式在一次通信过程中具有呼叫建立、数据传输和释放呼叫三个阶段，有一定的处理开销，但一旦虚电路建立，数据分组按照已建立的个阶段，有一定的处理开销，但一旦虚电路建立，数据分组按照已建立的路径通过网络，分组能按照发送顺序到达终点，在每个中间节点不需要进路径通过网络，分组能按照发送顺序到达终点，在每个中间节点不需要进行复杂的选路，对数据量较大的通信效率高。但对故障较为敏感，当虚电行复杂的选路，对数据量较大的通信效率高。但

11、对故障较为敏感，当虚电路连接中的某条传输链路或某个交换节点发生故障时可能引起虚电路的中路连接中的某条传输链路或某个交换节点发生故障时可能引起虚电路的中断。断。 数据报方式在用户通信时不需要呼叫建立和释放阶段，网络随时都可数据报方式在用户通信时不需要呼叫建立和释放阶段，网络随时都可接受主机发送的分组接受主机发送的分组( (即数据报即数据报) )。网络为每个分组独立地选择路由。网络。网络为每个分组独立地选择路由。网络只是尽最大努力地将分组交付给目的主机，但网络对源主机没有任何承诺。只是尽最大努力地将分组交付给目的主机，但网络对源主机没有任何承诺。网络不保证所传送的分组不丢失，也不保证按源主机发送分

12、组的先后顺序网络不保证所传送的分组不丢失，也不保证按源主机发送分组的先后顺序以及在多长的时限内必须将分组交付给目的主机。以及在多长的时限内必须将分组交付给目的主机。 但是数据报方式在用户通信时不需要呼叫建立和释放阶段，对但是数据报方式在用户通信时不需要呼叫建立和释放阶段，对短报文短报文传输效率比较高，对网络故障的适应能力较强，当网络中某个节点发生故传输效率比较高，对网络故障的适应能力较强，当网络中某个节点发生故障时可另外选择路由来传送数据。障时可另外选择路由来传送数据。 11 根据统计，网络上传送的报文长度，在很多情况下都很根据统计，网络上传送的报文长度，在很多情况下都很短。若采用短。若采用1

13、28128个字节为分组长度，则往往一次传送一个分个字节为分组长度，则往往一次传送一个分组就够了。这样，用数据报既迅速又经济。若用虚电路，为组就够了。这样，用数据报既迅速又经济。若用虚电路，为了传送一个分组而需要建立虚电路和释放虚电路效率就显得了传送一个分组而需要建立虚电路和释放虚电路效率就显得太低。太低。 为了在交换节点选择路由，在使用数据报时，每个分组为了在交换节点选择路由，在使用数据报时，每个分组必须携带完整的地址信息。但在使用虚电路的情况下，每个必须携带完整的地址信息。但在使用虚电路的情况下，每个分组不需要携带完整的目的地址，而仅需要有个很简单的虚分组不需要携带完整的目的地址，而仅需要有

14、个很简单的虚电路号码的标志，这就使分组的控制信息部分的比特数减少，电路号码的标志，这就使分组的控制信息部分的比特数减少，在传送在传送大量分组大量分组时就减少了额外开销。时就减少了额外开销。12在网络上提供数据报和虚电路服务的思路来源在网络上提供数据报和虚电路服务的思路来源 在网络上提供数据报和虚电路这两种服务的思路来源不在网络上提供数据报和虚电路这两种服务的思路来源不同。同。 虚电路服务的思路来源于传统的电信网。电信网将其中虚电路服务的思路来源于传统的电信网。电信网将其中的用户终端设置得非常简单，由电信网完成保证可靠通信的的用户终端设置得非常简单，由电信网完成保证可靠通信的一切措施，因此电信网

15、的节点交换机复杂而昂贵。一切措施，因此电信网的节点交换机复杂而昂贵。 数据报服务使用另一种完全不同的新思路。它力求使网数据报服务使用另一种完全不同的新思路。它力求使网络生存性好和使对网络的控制功能分散，因而只能要求网络络生存性好和使对网络的控制功能分散，因而只能要求网络提供尽最大努力的服务。但这种网络要求使用较复杂且有相提供尽最大努力的服务。但这种网络要求使用较复杂且有相当智能的主机作为用户终端。可靠通信由用户终端中的软件当智能的主机作为用户终端。可靠通信由用户终端中的软件来保证。来保证。13 OSI OSI一开始就按照电信网的思路来对待网络，坚持一开始就按照电信网的思路来对待网络，坚持“网络

16、提供的服务网络提供的服务必须是非常可靠的必须是非常可靠的”这样一种观点，因此这样一种观点，因此OSIOSI在网络层在网络层( (以及其他的各个层以及其他的各个层次次) )采用了虚电路服务。采用了虚电路服务。 然而美国然而美国ARPANETARPANET的一些专家则认为，根据多年的实践证明，不管用的一些专家则认为，根据多年的实践证明，不管用什么方法设计网络，网络什么方法设计网络，网络( (这可能由多个网络互连而成这可能由多个网络互连而成) )提供的服务并不可提供的服务并不可能做得非常可靠，用户主机仍要负责端到端的可靠性。所以他们认为：让能做得非常可靠，用户主机仍要负责端到端的可靠性。所以他们认为

17、：让网络只提供数据报服务就可大大简化网络层的结构。网络只提供数据报服务就可大大简化网络层的结构。 当然，网络出了差错不去处理而让两端的主机来处理肯定会延误一些当然，网络出了差错不去处理而让两端的主机来处理肯定会延误一些时间，但技术的进步（光纤的出错的概率远小于电缆传输）传输使得网络时间，但技术的进步（光纤的出错的概率远小于电缆传输）传输使得网络出错的概率已越来越小，因而让主机负责端到端的可靠性不但不会给主机出错的概率已越来越小，因而让主机负责端到端的可靠性不但不会给主机增加更多的负担，反而能够使更多的应用在这种简单的网络上运行。因特增加更多的负担，反而能够使更多的应用在这种简单的网络上运行。因

18、特网能够发展到今天这样的规模，充分说明了在网络层提供数据报服务是非网能够发展到今天这样的规模，充分说明了在网络层提供数据报服务是非常成功的。常成功的。 但是，随着因特网的迅速发展，要求因特网不仅要传输数据信息，还但是，随着因特网的迅速发展，要求因特网不仅要传输数据信息，还需要传输对时间同步有严格要求的话音业务和视频业务，这些业务对网络需要传输对时间同步有严格要求的话音业务和视频业务，这些业务对网络的服务质量有很高的要求，为了满足这些业务的要求，在因特网上又出现的服务质量有很高的要求，为了满足这些业务的要求，在因特网上又出现了将了将无连接技术和面向连接技术紧密结合的多协议标签交换无连接技术和面向

19、连接技术紧密结合的多协议标签交换MPLS。 147 7. .2 X2 X. .2525简介简介 在广域网中最先得到使用的分组网协议是在广域网中最先得到使用的分组网协议是X X2525，X X2525协议定义了数据终端设备协议定义了数据终端设备DTEDTE和公用分组交换网之间的接口。和公用分组交换网之间的接口。目前，传统的分组交换技术显得有些过时，但分组交换是后目前，传统的分组交换技术显得有些过时，但分组交换是后来发展的各种数据交换技术（如帧中继、来发展的各种数据交换技术（如帧中继、ATMATM交换等）的基交换等）的基础，因此了解础，因此了解X X2525协议的原理和技术对理解帧中继、协议的原理

20、和技术对理解帧中继、ATMATM交交换技术是十分必要的。换技术是十分必要的。 X25是在传输介质质量较差、终端智能较低、对通信是在传输介质质量较差、终端智能较低、对通信速率要求不高的历史背景下，由速率要求不高的历史背景下，由ITU-T的前身的前身CCITT制定的，制定的，包含复杂的差错控制和流量控制措施，能提供中低速率的数包含复杂的差错控制和流量控制措施，能提供中低速率的数据通信业务，主要用于广域互连。据通信业务，主要用于广域互连。15一一X25协议的层次结构协议的层次结构 X25协议包括物理层、数据链路层和分组层协议包括物理层、数据链路层和分组层(网络层网络层)。最下面是物。最下面是物理层，

21、接口标准是理层，接口标准是X21建议书。第二层是数据链路层，接口标准是平建议书。第二层是数据链路层，接口标准是平衡型链路接入规程衡型链路接入规程LAPB，它是高级信令链路规程，它是高级信令链路规程HDLC的一个子集。第的一个子集。第三层是分组层三层是分组层(网络层网络层)，在这一层上，在，在这一层上，在DTE与与DCE之间可建立多条逻之间可建立多条逻辑信道辑信道(04095号号)。这样可以使一个。这样可以使一个DTE同时和网上其他多个同时和网上其他多个DTE建立建立虚电路并进行通信。虚电路并进行通信。 16二二X. .25的物理层的物理层 X.25的物理层定义了的物理层定义了DTE和公用分组交

22、换网之间建立、和公用分组交换网之间建立、维持、释放物理链路的过程，包括机械、电气、功能和规程维持、释放物理链路的过程，包括机械、电气、功能和规程等特性。等特性。 X.25物理层接口采用物理层接口采用ITU-T X.21、X.21bis和和V系列建议。系列建议。而而X.21bis和和V系列建议实际上是兼容的，因此可以认为是两系列建议实际上是兼容的，因此可以认为是两种接口。种接口。 其中其中X.21建议用于数字传输信道，接口线少，接口功能建议用于数字传输信道，接口线少，接口功能多，是比较较理想的接口标准。多，是比较较理想的接口标准。 X.21bis接口标准与接口标准与V.24或或RS-232兼容，

23、主要用于模拟传兼容，主要用于模拟传输信道。输信道。 X.25物理层的功能是提供传送信息的物理通道，在物理物理层的功能是提供传送信息的物理通道，在物理层数据传送的单位是比特流。物理层不执行重要的控制功能。层数据传送的单位是比特流。物理层不执行重要的控制功能。控制功能主要由链路层和分组层来完成。控制功能主要由链路层和分组层来完成。 17三三X X. .2525的数据链路层的数据链路层 数据链路层规定了在数据链路层规定了在DTEDTE和公用分组交换网之间的线路和公用分组交换网之间的线路上交换帧的过程。链路层规程在物理层的基础上执行一些控上交换帧的过程。链路层规程在物理层的基础上执行一些控制功能，以保

24、证帧的正确传送。制功能，以保证帧的正确传送。 X X2525数据链路层采用高级数据链路控制规程数据链路层采用高级数据链路控制规程HDLCHDLC的子的子集集-平衡型链路接入协议平衡型链路接入协议(LAPB(LAPB，Link Access Procedures Link Access Procedures Balanced)Balanced)作为数据链路的控制规程。作为数据链路的控制规程。18一）链路层的主要功能一）链路层的主要功能链路层的主要功能有：链路层的主要功能有：1.1.将将D D信道上传送的信息按照一定的格式组装成帧，能进行帧信道上传送的信息按照一定的格式组装成帧，能进行帧的定界并采

25、取一定的措施来保证信息的透明传输。的定界并采取一定的措施来保证信息的透明传输。2.2.能够进行顺序控制，保持数据链路上各帧的发送和接收顺序。能够进行顺序控制，保持数据链路上各帧的发送和接收顺序。3.3.能够检测出在数据链路上出现的传输错误、格式错误和操能够检测出在数据链路上出现的传输错误、格式错误和操 作错误。作错误。4.4.用重发的方法来纠正检测到的传输错误。用重发的方法来纠正检测到的传输错误。5.5.流量控制。流量控制。6.6.识别并向高层协议报告规程性错误。识别并向高层协议报告规程性错误。 19二）链路层的帧结构二）链路层的帧结构 在数据链路层上将物理层上传送的信息组装成帧，一帧由标志字

26、段在数据链路层上将物理层上传送的信息组装成帧，一帧由标志字段F、地址段地址段A、控制段、控制段C、信息段、信息段I和帧检验段和帧检验段FCS组成。组成。 1 1、标志段、标志段F F 标志段标志段F F用于帧的定界，每一帧的开始和结束都是标志段用于帧的定界，每一帧的开始和结束都是标志段F F。标志。标志段长度为段长度为8 8比特，其编码为比特，其编码为“01111110”01111110”。为了防止在帧中的其他字段。为了防止在帧中的其他字段出现与出现与F F相同的码组，在发送端采用相同的码组，在发送端采用“0”0”插入，在接收端采用插入，在接收端采用“0”0”删删除，其原理与除，其原理与NoN

27、o7 7信令系统第信令系统第2 2级信令单元定界相同。级信令单元定界相同。2 2、地址段、地址段A A 地址字段由地址字段由8位组成。在位组成。在LAPB中，由于是点到点的链路，中，由于是点到点的链路，A表示表示的总是响应站的地址，用于区分两个传输方向上的命令帧响应帧，的总是响应站的地址，用于区分两个传输方向上的命令帧响应帧，即它表示的是命令帧的接收者和响应帧的发送者的地址。即它表示的是命令帧的接收者和响应帧的发送者的地址。 20 3 3、控制段、控制段C C 在在LAPBLAPB中定义了三种类型的帧：中定义了三种类型的帧： 信息帧信息帧(I(I帧帧) )：用来传送上层用户数据，并捎带传送流量

28、控制和差错控制信息。：用来传送上层用户数据，并捎带传送流量控制和差错控制信息。 监视帧监视帧(S(S帧帧) )：专门用来传送流量控制和差错控制信息。：专门用来传送流量控制和差错控制信息。 未编号帧未编号帧(U帧帧)：用来传送链路控制信息。：用来传送链路控制信息。 I I帧的控制段包含帧帧的控制段包含帧( (正在发送的帧正在发送的帧) )的序号的序号N(S)N(S)以及发送侧正在等待接收的帧序以及发送侧正在等待接收的帧序号号N(R)N(R)。 S S帧仅包含准备接收的帧序号帧仅包含准备接收的帧序号N(R)N(R)。S S帧中的帧中的SSSS比特是监视功能编码比特是监视功能编码(SS(SS0000

29、表示表示接收准备好接收准备好RRRR，SSSS1010表示接收末准备好表示接收末准备好RNRRNR，SSSS0101表示接收拒绝表示接收拒绝REJ)REJ)。 U帧中的帧中的5个个M比特是链路控制功能的编码。包括：置异步平衡方式比特是链路控制功能的编码。包括：置异步平衡方式(SABM)、断链断链(DISC)、已断链、已断链(DM)、无编号确认、无编号确认(UA)、帧拒绝、帧拒绝(FRMR)等。其中，等。其中，SABM、DISC分别用于建立链路和断开链路，均为命令帧；后三种为响应帧，其中分别用于建立链路和断开链路，均为命令帧；后三种为响应帧，其中UA和和DM分别为对前两个命令帧的肯定和否定响应，

30、帧拒绝分别为对前两个命令帧的肯定和否定响应，帧拒绝(FRMR，Frame Reject)表示接收表示接收到语法正确但语义不正确的帧，它将引起链路的复原。到语法正确但语义不正确的帧，它将引起链路的复原。 21 4 4、信息段、信息段I I 信息段信息段I I仅在仅在I I帧中出现，用来传送高层用户的数据帧中出现，用来传送高层用户的数据( (分组分组层的信息层的信息) ) 5 5、帧检验段、帧检验段FCSFCS FCS FCS是错误检测码，占是错误检测码，占1616比特，由发送端根据所需发送的比特，由发送端根据所需发送的数据内容，按照一定的算法计算而产生。接收端只需将收到数据内容，按照一定的算法计

31、算而产生。接收端只需将收到的数据和的数据和FCSFCS的值按照同样的算法进行计算，就能发现传输中的值按照同样的算法进行计算，就能发现传输中的错误。的错误。 计算计算FCSFCS的算法与的算法与NoNo7 7信令系统第信令系统第2 2级中计算校验码级中计算校验码CKCK的的算法相同。算法相同。22四分组层四分组层 X X2525的分组层将一条数据链路按统计时分复用的方式划分为许多个的分组层将一条数据链路按统计时分复用的方式划分为许多个逻辑信道，允许多个用户同时使用数据信道，以充分利用逻辑链路的传逻辑信道，允许多个用户同时使用数据信道，以充分利用逻辑链路的传输能力和交换机资源，实现通信能力和资源的

32、按需分配。分组层的功能输能力和交换机资源，实现通信能力和资源的按需分配。分组层的功能如下：如下： 1 1在在X X2525接口为每个用户呼叫提供一个逻辑信道，并通过逻辑信道号接口为每个用户呼叫提供一个逻辑信道，并通过逻辑信道号(LCN)(LCN)区分与每个逻辑信道有关的分组；区分与每个逻辑信道有关的分组； 2 2为每个逻辑信道的呼叫连接提供有效的分组传输，包括顺序编号、分为每个逻辑信道的呼叫连接提供有效的分组传输，包括顺序编号、分组的确认和流量控制；组的确认和流量控制； 3 3提供交换虚电路提供交换虚电路(SVC)(SVC)和永久虚电路和永久虚电路(PVC)(PVC)，提供建立和清除交换虚电，

33、提供建立和清除交换虚电路连接的方法；路连接的方法； 4 4监测和恢复分组层的差错。监测和恢复分组层的差错。 交换虚电路交换虚电路(SVC)(SVC)需要在每次通信前建立虚电路，对于需要在每次通信前建立虚电路，对于SVCSVC，分组层的，分组层的操作包括三个阶段：呼叫建立、数据传输和呼叫清除。操作包括三个阶段：呼叫建立、数据传输和呼叫清除。 永久虚电路永久虚电路(PVC)由运营商的网管静态设置，对于由运营商的网管静态设置，对于PVC，只有数据传，只有数据传输阶段的操作。输阶段的操作。 237.3 帧中继帧中继 247.3.1 帧中继技术发展的背景帧中继技术发展的背景 通信网以模拟通信为主的时代背

34、景通信网以模拟通信为主的时代背景的主要问题：的主要问题：数据传输的信道大多数是频分制电话信道，信道带宽数据传输的信道大多数是频分制电话信道，信道带宽低，低，误码率误码率高高终端功能简单终端功能简单 为了满足通信的要求，为了满足通信的要求，X.25X.25协议规定了丰富的控制功能，通过协议规定了丰富的控制功能，通过X.25X.25协议的控制，一方面实现了信道的多路复用，另一方面把误码率协议的控制，一方面实现了信道的多路复用，另一方面把误码率提高到小于提高到小于1010-11-11水平，满足了绝大多数数据通信的要求。水平，满足了绝大多数数据通信的要求。 但是但是X.25X.25协协议规定议规定了了

35、复杂的控制功能，增加了分组交换机处理的负担，使分组交复杂的控制功能，增加了分组交换机处理的负担，使分组交换机的吞吐量和中继线速率的进一步提高受到了限制，使分组的传输换机的吞吐量和中继线速率的进一步提高受到了限制，使分组的传输时延比较大。时延比较大。 2020世纪世纪8080年代以来，数字通信、光纤通信及计算机技术取得了飞年代以来，数字通信、光纤通信及计算机技术取得了飞速的发展，计算机终端的智能化和处理能力不断提高，使得终端系统速的发展，计算机终端的智能化和处理能力不断提高，使得终端系统完全有能力完成原来由分组网节点所完成的功能。完全有能力完成原来由分组网节点所完成的功能。 高性能光纤传输系统的

36、大量使用，使得传输质量极大提高，从而高性能光纤传输系统的大量使用，使得传输质量极大提高，从而可以把差错纠正放到端系统去完成，以提高节点的转发效率。可以把差错纠正放到端系统去完成，以提高节点的转发效率。 于是开始研究新的分组交换技术以适应新的传输和交换要求。帧于是开始研究新的分组交换技术以适应新的传输和交换要求。帧中继就是一种新的中继就是一种新的快速分组交换技术快速分组交换技术。 257. .3. .2 帧中继的协议栈和帧格式帧中继的协议栈和帧格式 261 1帧中继协议栈结构帧中继协议栈结构 帧中继的设计思想非常简单，帧中继将帧中继的设计思想非常简单，帧中继将用户平用户平面面和和控制平面控制平面

37、分离，用户平面用来完成用户信息的分离，用户平面用来完成用户信息的传输，增加了控制平面来完成信令信息的处理、传传输，增加了控制平面来完成信令信息的处理、传送和管理，信令用于逻辑连接的建立和拆除。送和管理，信令用于逻辑连接的建立和拆除。 27帧中继协议栈的结构帧中继协议栈的结构 帧中继在用户平面采用数据链路核心协议，将帧中继在用户平面采用数据链路核心协议，将X.25X.25网络网络的下三层协议进一步简化，取消了网络节点的差错控制、流的下三层协议进一步简化，取消了网络节点的差错控制、流量控制功能，网络只进行差错检查，当检查到差错时将出错量控制功能，网络只进行差错检查，当检查到差错时将出错的帧丢弃，并

38、将的帧丢弃，并将X.25X.25网络第三层的虚电路复用和路由选择的网络第三层的虚电路复用和路由选择的功能交由第二层完成。功能交由第二层完成。 控制平面完成信令信息的处理、传送和管理，信令用于控制平面完成信令信息的处理、传送和管理，信令用于逻辑连接的建立和拆除。逻辑连接的建立和拆除。 282.2.帧中继的帧格式帧中继的帧格式 标志段标志段F用于帧的定界，每一帧的用于帧的定界，每一帧的开始和结束都是标志段开始和结束都是标志段F 数据链路连接标识数据链路连接标识DLCI主要用来标志同一主要用来标志同一通路上的不同的虚电路连接通路上的不同的虚电路连接 前向显式拥塞通知比特前向显式拥塞通知比特(FECN

39、)(FECN)置置1 1，则表明与该，则表明与该帧同方向传输的帧可能受到网络拥塞的影响帧同方向传输的帧可能受到网络拥塞的影响 后向显式拥塞通知比特后向显式拥塞通知比特(BECN)(BECN)置置1 1，则，则指示接收者与该帧相反方向传输的帧可指示接收者与该帧相反方向传输的帧可能受到网络拥塞的影响而产生时延能受到网络拥塞的影响而产生时延当当DE置置1表明在网络发生拥塞时，为了表明在网络发生拥塞时，为了维持网络的服务水平，该帧应先丢弃维持网络的服务水平，该帧应先丢弃 包含用户数据，可以是任意的比特序列，包含用户数据，可以是任意的比特序列，但其长度必须是整数字节但其长度必须是整数字节 293 3帧中

40、继协议的功能帧中继协议的功能 帧中继将用户平面和控制平面分离，在用户平面采用的帧中继将用户平面和控制平面分离，在用户平面采用的是数据链路核心协议是数据链路核心协议-LAPF核心。核心。 在控制平面使用独立的逻辑通道，包含数据链路层和网在控制平面使用独立的逻辑通道，包含数据链路层和网络层。络层。 在数据链路层，为了确保控制信息可靠传递，使用具有在数据链路层，为了确保控制信息可靠传递，使用具有差错控制和流量控制的基于差错控制和流量控制的基于D信道的链路接入规程信道的链路接入规程LAPD。 网络层的呼叫控制协议采用网络层的呼叫控制协议采用Q933协议。协议。 30数据链路核心协议数据链路核心协议-L

41、APF核心核心 LAPF LAPF核心用以支持帧中继的数据传送，其功能十分核心用以支持帧中继的数据传送，其功能十分简单。主要包括：简单。主要包括： 帧定界、定位和透明传送；帧定界、定位和透明传送； 利用利用DLCIDLCI进行帧复用和解复用；进行帧复用和解复用； 检验帧不超长、不过短，且为检验帧不超长、不过短，且为8bit8bit的整数倍；的整数倍； 利用利用FCSFCS检错，如发现有错，则丢弃；检错，如发现有错，则丢弃； 利用利用FECNFECN和和BECNBECN通知被叫用户和主叫用户网络发生通知被叫用户和主叫用户网络发生拥塞；拥塞； 利用利用DE位实现帧优先级控制。位实现帧优先级控制。

42、31呼叫控制协议呼叫控制协议Q Q933933 呼叫控制协议的功能是建立和释放呼叫控制协议的功能是建立和释放SVC。 呼叫控制协议协议消息在呼叫控制协议协议消息在DLCI=0的专用信令的专用信令链路上传送，用来建立和释放用户平面上的虚电路链路上传送，用来建立和释放用户平面上的虚电路连接。连接。 目前帧中继网主要提供永久虚电路目前帧中继网主要提供永久虚电路(PVC)(PVC)业务，业务，每一个节点机中都存在每一个节点机中都存在PVCPVC路由表，每一个节点机路由表，每一个节点机中的中的PVCPVC路由表是由网络管理部门建立的。路由表是由网络管理部门建立的。 327. .3.3 帧中继交换原理帧中

43、继交换原理 帧中继采用统计复用技术，每一条线路和每一个物理端口可容纳许帧中继采用统计复用技术，每一条线路和每一个物理端口可容纳许多虚电路，用户之间通过虚电路进行连接。多虚电路，用户之间通过虚电路进行连接。 在每一帧的帧头中都包含虚电路号在每一帧的帧头中都包含虚电路号-数据链路连接标识符数据链路连接标识符(DLCI)(DLCI)，这是每一帧的地址信息。帧中继的虚电路是由多段这是每一帧的地址信息。帧中继的虚电路是由多段DLCIDLCI的逻辑连接链接的逻辑连接链接而构成的端到端的逻辑链路。而构成的端到端的逻辑链路。 目前帧中继网主要提供目前帧中继网主要提供永久虚电路永久虚电路(PVC)(PVC)业务

44、，每一个节点机中都业务，每一个节点机中都存在存在PVCPVC路由表，每一个节点机中的路由表，每一个节点机中的PVCPVC路由表是由网络管理部门建立的。路由表是由网络管理部门建立的。 在在PVCPVC路由表中包含每一条虚电路的输入链路号和在该输入链路上路由表中包含每一条虚电路的输入链路号和在该输入链路上的的DLCIDLCI值及对应的输出链路号和在输出链路上的值及对应的输出链路号和在输出链路上的DLCIDLCI值。值。 当帧进入网络时，节点机通过当帧进入网络时，节点机通过DLCIDLCI值查找值查找PVCPVC路由表，从而确定帧路由表，从而确定帧的发送链路，在的发送链路，在PVCPVC路由表中找出

45、对应的下段路由表中找出对应的下段PVCPVC的号码的号码DLCIDLCI，并变换数，并变换数据帧中的据帧中的DLCIDLCI值，然后将帧准确地送往下一节点机。值，然后将帧准确地送往下一节点机。33帧中继交换的示意帧中继交换的示意 347.4 ATM（见专题部分） 357.5 IP交换与交换与MPLS 36 7.5.1 IP技术简介技术简介 由于因特网的迅速发展，使由于因特网的迅速发展，使IP成为当前计算机成为当前计算机网络应用环境中的网络应用环境中的“既成事实既成事实”标准，基于标准，基于IP的网的网络应用日益广泛，帧中继、络应用日益广泛，帧中继、ATM必须支持作为业务必须支持作为业务主流的主

46、流的IP协议。协议。 37一一. TCPIP协议栈结构协议栈结构 TCP/IP最高层是应用层，应用程序通过该层访问网络。这一层有许多标准的TCP/IP工具与服务，比如FTP（文件传输）、HTTP（超文本传输协议）、Telnet（远程登录）、SNMP（简单网络管理）、SMTP（简单报文传送）、DNS（域名服务）等。 传输协议在计算机之间提供端到端的通信。传输协议有传输控制协议TCP、用户数据报协议UDP和流控制传送协议SCTP。TCP为应用程序提供可靠的通信连接，适合于一次传输大批数据的情况，并适用于要求得到响应的应用程序。UDP提供了无连接通信，且不对传送包进行可靠保证，适合于一次传输少量数据

47、或实时性要求高的流媒体数据的传输，数据的可靠传输由应用层负责。流控制传送协议SCTP主要用来在IP网络中传送电话网的信令 网络层协议负责系统之间的连接，它将两个终端系统经过网路中的节点用数据链路连接起来，实现两个终端系统之间数据帧的透明传输。网络层的主要功能是寻址和路由选择。它将数据包封装成Internet数据报，并运行必要的路由算法。 网络接口层：这是TCPIP软件的最低层，负责接收IP数据报并通过网络发送之，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给IP层。互联网研究人员认为该层协议是现成的，对此不予关心。 38一）计算机网络的一）计算机网络的5层模型层模型39IPIP协议协议 TCPI

48、P网络层协议的核心是网络层协议的核心是IP协议，协议， IP层协层协议的主要功能是议的主要功能是IP数据报传送及在网间的路由选择，数据报传送及在网间的路由选择，即即IP路由选择。在计算机网络通信过程中，路由选择。在计算机网络通信过程中，IP层协议层协议起着核心的作用：起着核心的作用： 1. 提供无连接的数据报传输机制，虽然不能保证传提供无连接的数据报传输机制，虽然不能保证传输的可靠性却简单有效；输的可靠性却简单有效； 2. 利用利用IP地址和地址和IP数据报将各种物理网络技术统一数据报将各种物理网络技术统一起来，达到屏蔽低层细节，向上提供一致性的目的。起来，达到屏蔽低层细节，向上提供一致性的目

49、的。 与与IP相关的协议和内容有相关的协议和内容有IP地址、地址解析、差地址、地址解析、差错控制协议和路由选择协议等。错控制协议和路由选择协议等。40IP数据报头部的格式数据报头部的格式版本(Version)：4比特，给出生成该数据报的IP协议版本号。IP 协议存在两个版本：IPv4 和 IPv6，目前的版本为 4。 头部长度：4比特，给出以 32bit字长为单位的 IP 分组头的长度 服务类型(Type of Service)：用于说明所需要的服务类型。在理论上该字段具有重要的意义。目前正在研究中的IP网络中的区别性业务就要以此为基础划分不同业务类别，予以不同的处理。 以字节为单位的 IP

50、分组的总长度，总长度 = IP头部长度 + 数据区长度， 可表示的最大长度（即 IP 分组的最大长度）为 65535 字节 生存时间TTL：8比特，又称寿命。用来防止 IP 分组在网络中出现无限循环，分组产生时 TTL 被设置一个初值；每经过一个路由器时，TTL值都将减少；当 TTL = 0 时，该分组将被丢弃。 指出数据区中承载的数据所采用的高层协议协议类型的编码是预定义的，如TCP = 6 UDP = 17 ICMP = 1 OSPF = 89 头部校验和：16比特，用以检测头部差错。源地址和目的地址：各为32比特，指示源主机和目的主机的IP地址。 41二）二） IP地址地址 1IP地址的

51、概念地址的概念 在物理网络中，各站点都有一个机器可以识别在物理网络中，各站点都有一个机器可以识别的地址，该地址称为物理地址（也叫硬件地址或的地址，该地址称为物理地址（也叫硬件地址或MAC地址）。地址）。 在互联网中，统一通过上层软件（在互联网中，统一通过上层软件（IP层）提供层）提供一种通用的地址格式，在统一管理下进行分配，确一种通用的地址格式，在统一管理下进行分配，确保一个地址对应一台主机，这样，全网的物理地址保一个地址对应一台主机，这样，全网的物理地址差异就被差异就被IP层屏蔽，一般将层屏蔽，一般将IP层所用的地址称为互层所用的地址称为互联网地址，或联网地址，或IP地址。它包含在地址。它包

52、含在IP数据报的头部。数据报的头部。 IP地址指定的不是一台计算机，而是该计算机地址指定的不是一台计算机，而是该计算机到到IP网络的一条连接。网络的一条连接。422IP地址的格式地址的格式43几类特殊的几类特殊的IP地址地址网络地址：网络地址：IP把主机号的所有位都为把主机号的所有位都为“0”的地址保留给网的地址保留给网络本身。络本身。定向广播地址：定向广播地址：IP把主机号各位全为把主机号各位全为“1”的地址指定为定的地址指定为定向广播地址，表示向某网络内所有主机发送信息。向广播地址，表示向某网络内所有主机发送信息。有限广播地址：由有限广播地址：由32个个“1”组成，它只向本地网络广播。组成

53、，它只向本地网络广播。“0”地址：地址：TCP/IP规定，网络号各位全为规定，网络号各位全为“0”的的IP地址，地址，称为称为“0”地址。当需要本网内通信，但又不知本网网络号地址。当需要本网内通信，但又不知本网网络号的情况下使用的情况下使用“0”地址。地址。回送地址：回送地址：A类网络地址类网络地址是一个保留地址，用于是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机进程间通信，称为回送地址。网络软件测试以及本地机进程间通信，称为回送地址。 443子网（子网（Subnet）编码）编码 1）分类地址的缺陷）分类地址的缺陷a. 地址分配不够灵活：地址分配不够灵活：A类、类、B类、类、C类

54、网络的规模类网络的规模不能平滑过渡；不能平滑过渡；b. 地址空间消耗速度快：分类地址中网络的总数量地址空间消耗速度快：分类地址中网络的总数量有限，随着网络的扩展，有限，随着网络的扩展，IP地址将很快被分配完。地址将很快被分配完。 2）子网划分技术）子网划分技术 将较大的分类地址（将较大的分类地址（A/B 类）空间划分成多个类）空间划分成多个小的子网。小的子网。子网划分能够使较大的分类地址空间被子网划分能够使较大的分类地址空间被多个规模较小的网点所共享（不需要为每个网点分多个规模较小的网点所共享（不需要为每个网点分别申请一个分类地址空间。）别申请一个分类地址空间。）45A子网掩码子网掩码 子网掩

55、码（子网掩码（32 位）定义地址中网络前缀所占位）定义地址中网络前缀所占的比特数，高位对应于网络号的比特为的比特数，高位对应于网络号的比特为 1，对应于，对应于主机号的比特为主机号的比特为 0。 如：如： B 类网络类网络 ，其掩码为，其掩码为0 xFFFF0000（可表示为（可表示为） 在网络地址后给出子网掩码中在网络地址后给出子网掩码中 1 的位数，如的位数，如网络网络 表示为：表示为：/16 46B地址掩码在子网划分中的作用地址掩码在子网划分中的作用 与传统分类地址一致，子网划分地址中的主机与传统分类地址

56、一致，子网划分地址中的主机部分与网络部分（网络部分与网络部分（网络+子网）的边界由子网掩码子网）的边界由子网掩码来定义。来定义。 子网划分时，子网掩码的位数可以根据需要确子网划分时，子网掩码的位数可以根据需要确定，利用定，利用可变长子网掩码可变长子网掩码（VLSM），可把一个地），可把一个地址空间划分为若干大小不同的子网。址空间划分为若干大小不同的子网。VLSM 的采用的采用能够更有效地管理地址空间：在地址分配时，可实能够更有效地管理地址空间：在地址分配时，可实现地址空间容量与子网中主机的数量达到最佳的匹现地址空间容量与子网中主机的数量达到最佳的匹配。配。47三）三）IP路由选择路由选择 IP

57、网络的路由选择是由路由器来完成的。路由网络的路由选择是由路由器来完成的。路由器每收到一个器每收到一个IP数据报，就根据目的数据报，就根据目的IP地址查询路地址查询路由表，找到匹配网络号及下一跳路由器，完成数据由表，找到匹配网络号及下一跳路由器，完成数据转发。转发。 如果路由表指定至目的主机的路由的下一跳路如果路由表指定至目的主机的路由的下一跳路由器，则按照此路由转发；如果找不到匹配网络，由器，则按照此路由转发；如果找不到匹配网络，则发往默认路由器；则发往默认路由器； 如果目的主机在本网络，则转换成该主机的物如果目的主机在本网络，则转换成该主机的物理地址，重新封装数据报后将其发给主机。理地址，重

58、新封装数据报后将其发给主机。 4849二二. IP/ATM集成交换集成交换 由于因特网的迅速发展，使由于因特网的迅速发展，使IPIP成为当前计算机成为当前计算机网络应用环境中的网络应用环境中的“既成事实既成事实”标准，基于标准，基于IPIP的网的网络应用日益广泛，络应用日益广泛，ATMATM必须支持作为业务主流的必须支持作为业务主流的IPIP协议。协议。 IPIP与与ATMATM的融合有两种方式：的融合有两种方式： 一种是重叠模型一种是重叠模型 一种是集成模型一种是集成模型 507.5.2 多协议标记交换多协议标记交换MPLS的基本原理的基本原理 MPLS MPLS是从是从CiscoCisco

59、的标记交换演变而来，它给数据的标记交换演变而来，它给数据包加上标签，并根据标签来转发数据包。包加上标签，并根据标签来转发数据包。 标签是一个短的、固定长度的标识符，仅具有标签是一个短的、固定长度的标识符，仅具有局部意义，用来识别特定的局部意义，用来识别特定的转发等效类转发等效类FECFEC。加到包。加到包上的标签标识了这个包所属的转发等价类上的标签标识了这个包所属的转发等价类FECFEC。 FECFEC是一系列具有某些共性的数据流的集合，这是一系列具有某些共性的数据流的集合，这些数据在转发过程中被以相同的方式进行处理。些数据在转发过程中被以相同的方式进行处理。 511. MPLS标签的格式标签的格式 标记是用于转发数据包的