现代交换第5章

1、第第5 5章章 分组交换与分组交换网分组交换与分组交换网 1.1.分组交换技术的产生与发展分组交换技术的产生与发展2.2.分组交换的基本原理分组交换的基本原理3.3.分组交换协议分组交换协议X.25X.25协议协议本章主要内容本章主要内容5.1 5.1 分组交换技术的产生与发展分组交换技术的产生与发展n分组交换分组交换也称为包交换，将要传送的数据分成多个长度较短的数据段，这些数据段称为“分组”。发送端把这些“分组”分别发送出去。到达目的地，目的交换机将一个个“分组”按顺序装好，还原成原文件发送给收端用户，这一过程称为分组交换。n分组交换网是以分组交换为基本信息交换方式的通信网。1 1、分组交换

2、的历史、分组交换的历史n20世纪60年代美国兰德公司的保罗.巴伦提出分组交换，并在1964年作为一种保证军用电话安全可靠模式而公开发表。n1965年英国国家物理实验室（NPL）的D.Davies构想了存储转发分组交换系统的原理，并于1967年公开发表了NPL关于分组交换的建议，随后在NPL实现了具有单一分组交换节点的局域网。n1969年美国国防部高级研究计划署组建了世界上第一个分组交换网。n美国TELENET组建了世界上第一个开放的商用分组交换网，并于1975年开放业务。法国1978、中国1989开始开放业务。2 2、分组交换网的应用、分组交换网的应用n1.利用分组网实现数据业务的处理，如金融

3、系统的通存通兑，电子汇兑，自动取款机业务等。n2.利用分组网组建系统内部专网，如建立单位内部的专网，使得资源共享。n3.利用分组网接入数据通信的增值业务网，如电子信箱业务、国际计算机互联网业务等3 3、分组交换技术的产生、分组交换技术的产生分组交换源于数据通信，特别是计算机通信的需求。n在计算技术诞生后，人类信息交互中的文件、语音、图像、数据等消息都可用数据来表示、处理和传送。n数据通信是计算机和通信相结合的产物，数据通信系统就是用通信线路通信线路( (设备设备) )将远端的数据终端数据终端与主计算机与主计算机连接起来进行信息处理的设备设施集合。数据通信的特点：u按协议进行数据终端之间的通信u

4、传输速率高u误码率要求高u数据突发性强u实时性要求不高8优点：实时性高优点：实时性高缺点：缺点：u电路利用率低电路利用率低u传输的可靠性低传输的可靠性低 应用：电话通信应用：电话通信 知识回顾知识回顾电路交换电路交换分组交换分组交换突发业务突发业务数据业务数据业务数据通信系统组成数据通信系统组成 数据通信系统由数据终端设备(DTE)、数据电路和计算机系统组成。n数据终端设备根据通信业务内容的不同可分为分组型终端(PT)和非分组型终端(NPT)。uPT是执行X.25通信协议的终端，如计算机、传真机、智能用户电报终端、可视图文设备、局域网等。uNPT是所有执行非X.25协议通信规程和无规程终端的统

5、称。不能直接进入分组交换网，必须在非分组型终端和分组交换网中加入分组装拆设备。n数据电路由传输信道传输信道和数据电路终接设备数据电路终接设备（DCE）组成。n当传输信道是模拟信道，DCE的作用把DTE送来的数据信号变换为模拟信号再送往信道，或者反过来把信道送来的模拟信号变换成数据信号在送到DTE。n当信道是数字的，则DCE的作用就是实现信号码型与电平的变换、信道特性的均衡、定时供给等。n传输信道可有模拟、数字、专用线路或交换网络线路。数字通信系统的构成数字通信系统的构成5.2 5.2 分组交换的基本原理分组交换的基本原理n1.1.分组传送方式分组传送方式n2.2.分组的形成分组的形成n3.3.

6、分组交换方式分组交换方式n4.4.路由选择路由选择n5.5.流量控制流量控制5.2.1 5.2.1 分组传送方式分组传送方式n统计时分复用（统计时分复用（STDMSTDM）n动态分配带宽动态分配带宽 n用标记区别数据所属用户用标记区别数据所属用户 统计复用示意统计复用示意 n在统计时分复用方式下，虽然没有为各个终端分配物理上的子信道，但是通过对数据组的编号，仍然可以把各个终端的数据在线路上严格的区分开，就好像线路也分成了许多子信道一样，每个子信道用相应的号码表示，把这种子信道称为逻辑信道逻辑信道。n逻辑信道为终端提供独立的数据传输通路。对同一个终端，每次呼叫可以分配不同的逻辑信道号。1 12

7、23 3终端终端STDMSTDM2 25 55 52 25 53 3254254计算机计算机进程进程进程进程进程进程终端4终端4255255254254253253图5.5 用逻辑信道号作数据分组的“标记”5.2.2 5.2.2 分组的形成分组的形成n 分组交换把用户要传送的信息分割为若干个分分组交换把用户要传送的信息分割为若干个分组，每个分组中有一个分组头，含有可供选路的信组，每个分组中有一个分组头，含有可供选路的信息和其他控制信息。交换机按照分组头的信息将分息和其他控制信息。交换机按照分组头的信息将分组转发至目的地。组转发至目的地。18信息信息分组分组4分组头分组分组3分组头分组分组2分组

8、头分组分组1分组头分组的形成分组的形成分组分组4分组头分组分组3分组头分组分组2分组头分组分组1分组头分组的形成分组的形成分组交换示意图分组交换示意图n分组有两大类：数据分组和控制分组分组有两大类：数据分组和控制分组。 数据分组数据分组是用来承载用户数据的分组。 控制分组控制分组是保证和控制数据分组在网络中正确传输和交换的分组。5.2.3 5.2.3 分组交换方式分组交换方式n两种主要形式：虚电路和数据报n1 1、虚电路方式、虚电路方式 通信前必须通过网络在通信的源和目的终端建立连接，然后进行数据交换传送，通信结束后释放所占用资源。22u只在通信过程中存在只在通信过程中存在u在数据传送之前要建

9、立逻辑连接，在数据传送结束之后在数据传送之前要建立逻辑连接，在数据传送结束之后需要拆除虚连接需要拆除虚连接。a a、虚电路分类、虚电路分类交换虚电路交换虚电路永久虚电路永久虚电路u 一条永久存在的虚连接一条永久存在的虚连接。23b、虚电路方式的过程虚电路方式的过程23工作过程：工作过程：u连接建立、数据传送、连接拆除连接建立、数据传送、连接拆除节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点12345111222333444555要传输的数据要传输的数据建立逻辑连接建立逻辑连接数据传输数据传输拆除链路拆除链路DTE1DTE2DTE3DTE434节点A2节点B312节点A路由表呼叫入出端口号LCN端口号

10、LCN13102622412263节点B路由表呼叫入出端口号LCN端口号LCN13621222363223C、虚电路路由表、虚电路路由表25d、虚电路工作方式特点虚电路工作方式特点面向连接的工作方式面向连接的工作方式分组按序传送分组按序传送分组头简单分组头简单对故障敏感对故障敏感节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点12345111222333444555建立逻辑连接建立逻辑连接数据传输数据传输拆除链路拆除链路n数据报方式数据报方式，在信息传输之前无需建立连接，分组头中含有目的终端地址信息，每个分组独立选路传送。2 2、数据报方式、数据报方式27a、数据报方式的过程数据报方式的过程27工作过

11、程：工作过程：u传送分组前无需建立虚连接直接发送传送分组前无需建立虚连接直接发送u各分组按不同的路径传送。各分组按不同的路径传送。节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点1234511122233444555要传输的数据要传输的数据28b、数据报工作方式特点数据报工作方式特点无连接的工作方式无连接的工作方式存在分组失序现象存在分组失序现象分组头复杂分组头复杂对网络故障的适应能力较强对网络故障的适应能力较强节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点1234511122233444555要传输的数据要传输的数据3 3、数据报与虚电路比较、数据报与虚电路比较虚电路虚电路数据报数据报传输效率传输效率少量

12、数据少量数据 低低大量数据大量数据 高高少量数据少量数据 高高大量数据大量数据 低低分组顺序分组顺序不会失序不会失序失序现像失序现像时延时延小小大大对网络的对网络的适应能力适应能力适应能力弱适应能力弱适应能力强适应能力强4 4、电路交换与分组交换的比较、电路交换与分组交换的比较电路交换电路交换分组交换分组交换接续时间接续时间较长较长数据报没有接续时间，虚电路数据报没有接续时间，虚电路较长较长传输延迟时间传输延迟时间平均短，偏差小，标准时延平均短，偏差小，标准时延只有只有msms级级平均长，偏差大，标准时延低平均长，偏差大，标准时延低于于200ms200ms传输可靠性传输可靠性一般，误码率小于一

13、般，误码率小于1010-7-7 较高，误码率小于较高，误码率小于1010-15-15传输效率传输效率高，呼叫建立后没有额外的高，呼叫建立后没有额外的开销比特开销比特较低，每个分组都有额外的开较低，每个分组都有额外的开销比特销比特传输带宽传输带宽固定分配带宽固定分配带宽动态分配带宽动态分配带宽电路利用率电路利用率低低高高过负荷控制过负荷控制拒绝继续呼叫（基于呼叫损拒绝继续呼叫（基于呼叫损失制）失制）减少每个用户的有效带宽，时减少每个用户的有效带宽，时延增加（基于呼叫延迟制）延增加（基于呼叫延迟制）交换机费用交换机费用一般较便宜一般较便宜费用较高费用较高应用应用实时话音业务实时话音业务数据通信业务

14、数据通信业务5.2.4 5.2.4 路由选择路由选择n分组交换网的主要功能就是接受来自源站点的分组，并将它们传送到目的站点。而在分组交换网中通常存在多条从源站点到目的站点的路径也就是路由，所以为了完成分组传送这个任务，必须选择其中的一条路径，这就是路由选择功能路由选择功能。n合理的路由选择应保证所选路由的正确性、快捷性、正确性、快捷性、经济性和高效性经济性和高效性，并有利于整个网络的负载平衡负载平衡以及通信资源的综合利用综合利用。几种常见的路由选择策略：几种常见的路由选择策略： 固定路由选择固定路由选择洪泛式路由选择洪泛式路由选择随机路由选择随机路由选择自适应路由选择自适应路由选择1 1、固定

15、路由选择、固定路由选择n所谓的固定路由选择就是指在网络拓扑结构不变的情况下，网络中每一对源节点和目的节点之间的路由都是固定的。当网络的拓扑结构发生变化时，路由才可能发生改变。n优点：处理简单，在可靠的负荷稳定的网络优点：处理简单，在可靠的负荷稳定的网络中可以很好的运行。中可以很好的运行。n缺点：缺乏灵活性，无法对网络拥塞和故障缺点：缺乏灵活性，无法对网络拥塞和故障做出反应。做出反应。n适用于小规模的专用分组交换网适用于小规模的专用分组交换网n洪泛式路由选择的原理是，每个节点在收到一个分组后检查是否收到过该分组，如果收到就将他丢弃，如果未收到，则把该分组发往除了分组来源的那个节点以外的所有相邻的

16、节点。这样，同一个分组的副本将经过所有的路径到达目的节点。目的节点收到最先到达的副本，后到的副本将被丢弃。 2 2、洪泛式路由选择、洪泛式路由选择653421优点：可靠性很高优点：可靠性很高缺点：产生的通信量负荷过高，额外开销过大，导缺点：产生的通信量负荷过高，额外开销过大，导致分组排队时延加大。致分组排队时延加大。 3 3、随机路由选择、随机路由选择n采用随机路由选择策略时，当节点收到一个分组，节点只选择一条输出路由，这条路由是在除了分组来源的那条路由之外的其它路由当中随机选择的。输出路由被选中的概率可能是相等的，也可能是不等的。n优点：比较简单，稳健性较好。采用随机路由选择优点：比较简单，

17、稳健性较好。采用随机路由选择产生的通信量负荷高于最佳的通信量负荷，而低于产生的通信量负荷高于最佳的通信量负荷，而低于洪泛法产生的通信量负荷。洪泛法产生的通信量负荷。n改进的随机路由选择方法是给每条输出路由分配一改进的随机路由选择方法是给每条输出路由分配一个概率，可根据概率来选择路由。这个概率可以是个概率，可根据概率来选择路由。这个概率可以是基于数据速率的，也可以是基于费用。基于数据速率的，也可以是基于费用。 4 4、自适应路由选择、自适应路由选择n自适应路由选择就是路由选择是根据网络状况的变根据网络状况的变化而动态改变的化而动态改变的。路由选择的这种动态改变所依据的条件主要是网络出现的拥塞和故

18、障。n实现自适应路由选择必须在节点之间交换网络状态信息。交换的信息越频繁，路由选择依据的条件越及时。但是，这些信息本身也会增加网络的负荷，导致网络性能下降。因此需要寻找一个最佳点，使网络状态信息能得到及时交互，同时又不增加过多的额外负荷。n特点：虽然自适应路由选择会给网络带来额外的通特点：虽然自适应路由选择会给网络带来额外的通信量负荷，并使得路由选择算法复杂，但是由于这信量负荷，并使得路由选择算法复杂，但是由于这种方法能够提高网络的性能，路由选择灵活。种方法能够提高网络的性能，路由选择灵活。n目前使用最普遍，并被大规模公用分组交换网普遍目前使用最普遍，并被大规模公用分组交换网普遍采用。采用。5

19、.2.5 5.2.5 流量控制流量控制1 1、流量控制的必要性、流量控制的必要性u分组网络中，如果分组到达的速率大于节点处理分组的速率就可能造成网络节点中存储区被填满，导致后来的分组无法被处理，造成拥塞；u线路的传输容量有限，如果网络中数据流分布不均匀，会导致某些线路上流量超过负载能力，使得分组无法传送。导致网络拥塞。u网络拥塞会导致网络的吞吐量下降、时延增加，严重时分组数据无法被传送，不断被丢弃，源点无法发送新数据，目的点收不到分组，造成死锁。拥塞的影响拥塞的影响 2 2、流量控制机制、流量控制机制分为以下四个级别：分为以下四个级别：n相邻节点之间点到点的流量控制相邻节点之间点到点的流量控制

20、n用户终端和网络节点之间点到点的流量控制用户终端和网络节点之间点到点的流量控制n网络的源节点和终点节点之间端到端的流量控制网络的源节点和终点节点之间端到端的流量控制n源用户终端和终点终端之间端到端的流量控制源用户终端和终点终端之间端到端的流量控制3 3、流量控制方法、流量控制方法n证实法证实法n预约法预约法n许可证法许可证法n证实法证实法 发送方发送一个分组后不再继续发送新的分组，发送方发送一个分组后不再继续发送新的分组，接收方收到一个分组之后会向发送方发送一个接收方收到一个分组之后会向发送方发送一个证实证实，发送方收到这个证实之后再发送新的分组。发送方收到这个证实之后再发送新的分组。 n滑动

21、窗口证实机制。滑动窗口证实机制。 优点：既提高了分组的传输效率又实现了流量控制，优点：既提高了分组的传输效率又实现了流量控制，可用于点到点的流量控制和端到端的流量控制。可用于点到点的流量控制和端到端的流量控制。X.25X.25的数据链路层和分组层均采用证实法控制流量。的数据链路层和分组层均采用证实法控制流量。慢开始和拥塞避免（慢开始和拥塞避免（8888年）年）n 慢开始，发送窗口从小到大慢开始，发送窗口从小到大n 拥塞避免，发送拥塞时，减半减小发送窗口拥塞避免，发送拥塞时，减半减小发送窗口快重传和快恢复（快重传和快恢复（9090年）年）n 快重传，收到失序报文，立即重复确认，及早通知快重传，收

22、到失序报文，立即重复确认，及早通知n 快恢复，收到重复确认，拥塞避免快恢复，收到重复确认，拥塞避免n预约法预约法 发送端在向接收端发送分组之前，先向接收端发送端在向接收端发送分组之前，先向接收端预约缓冲存储区预约缓冲存储区，然后发送端再根据接收端所允许，然后发送端再根据接收端所允许发送分组的数量发送分组，从而有效的避免接收端发送分组的数量发送分组，从而有效的避免接收端发生死锁。发生死锁。 应用应用：网络的源节点到终端节点之间的端到端控制，：网络的源节点到终端节点之间的端到端控制，以及源用户终端和目的终端之间的端到端的流量控以及源用户终端和目的终端之间的端到端的流量控制可采用此方法。制可采用此方

23、法。n许可证法许可证法 在网络内设置一定数量的许可证，许可证的状在网络内设置一定数量的许可证，许可证的状态分为满载和空载，不携带分组时为空载，携带分态分为满载和空载，不携带分组时为空载，携带分组时为满载。每个许可证可以携带一个分组，满载组时为满载。每个许可证可以携带一个分组，满载的许可证在到达终点节点时卸下分组变成空载。分的许可证在到达终点节点时卸下分组变成空载。分组需要在节点等待得到空载的许可证之后才能被发组需要在节点等待得到空载的许可证之后才能被发送，从而达到控制流量的目的。送，从而达到控制流量的目的。5.3 5.3 分组交换协议分组交换协议X.25X.25协议协议n分组交换协议分组交换协

24、议是在分组交换过程中数据终端设备（DTE）与分组交换网及分组交换网内各节点之间关于信息传输过程、信息格式和内容等的约定。分组交换协议分类分组交换协议分类n接口协议接口协议：DTE和与它相连的网络设备之间的通信协议，即UNI协议n网内协议网内协议：网络内部各交换机之间的通信协议，即NNI协议n国际标准化组织（ISO）和国际电信联盟制定的一系列分组交换协议，如：X.25、 X.75、 X.3、 X.28、 X.29、 X.121等X.25X.25协议协议n X.25协议是数据终端设备（数据终端设备（DTEDTE）和数据电路）和数据电路终接设备（终接设备（DCEDCE）之间的接口协议）之间的接口协议

25、，该协议的制定实现了接口协议的标准化，使得各种DTE能够自由连接到各种分组交换网上。n 作为用户设备和网络之间的接口协议，X.25协议主要定义了数据传输通路的建立、保持和释放数据传输通路的建立、保持和释放过程所需遵循的标准，数据传输过程中进行差错控制差错控制和流量控制的机制和流量控制的机制以及提供的基本业务和可选业务基本业务和可选业务等。 X.25 X.25协议的分层结构协议的分层结构 分组层分组层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 高层协议高层协议 物理连接接口物理连接接口 分组层分组层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 DTEDTEDCEDCE分组层协议分组层协议链路层协议链路层协议物

26、理层协议物理层协议与远端与远端DTEDTE之间的高层协议之间的高层协议X.25接入到分组交换网的条件接入到分组交换网的条件 X.25 X.25协议是标准化的接口协议，任何要接入到协议是标准化的接口协议，任何要接入到分组交换网的终端设备必须在接口处满足协议的规分组交换网的终端设备必须在接口处满足协议的规定。定。n具有具有X.25X.25协议处理能力，可直接接入到分组交换网协议处理能力，可直接接入到分组交换网的终端，称为分组型终端（的终端，称为分组型终端（PTPT）。）。n不具有不具有X.25X.25协议处理能力必须经过协议转换才能接协议处理能力必须经过协议转换才能接入到分组网的终端，称为非分组型

27、终端（入到分组网的终端，称为非分组型终端（NPTNPT）。）。完成协议转换的设备称作分组装拆设备。完成协议转换的设备称作分组装拆设备。X.25X.25网络结构和通信协议网络结构和通信协议 PT X.25 X.25 PT NPT X.28 X.29 X.3 X.29 分分组组交交换换机机 2 分分组组交交换换机机 A 1 PAD 分分组组交交换换机机 3 PAD 分分组组交交换换网网 X.25X.25为分组终端为分组终端PTPT与与分组交换机分组交换机DCEDCE之间之间的通信协议。的通信协议。X.28X.28为非分组终端为非分组终端NPTNPT与分组装拆设与分组装拆设备备PADPAD之间的通信

28、之间的通信协议。协议。X.3X.3规范规范PADPAD内部功能操内部功能操作。作。X.29X.29为为PADPAD之间或之间或PTPT与与PADPAD之间的通之间的通信协议。信协议。5.3.5.3.2 2 物理层物理层nX.25X.25的物理层协议规定了的物理层协议规定了DTEDTE和和DCEDCE之间接口的之间接口的电气电气特性、功能特性和机械特性特性、功能特性和机械特性以及协议的相互流程。以及协议的相互流程。nDTEDTE：与分组交换网的端口相连的设备：与分组交换网的端口相连的设备，可以是同步终端或异步终端，也可以是通用终端或专用终端，还可以是智能终端。nDCEDCE：是：是DTE-DTE

29、DTE-DTE远程通信传输线路的终接设备，主远程通信传输线路的终接设备，主要完成信号变换、适配和编码功能要完成信号变换、适配和编码功能。对于模拟传输线路，一般为调制解调器；对于数字传输线路，则为多路复用器或数字信道接口设备。n电气特性：主要规定了DTE和DCE之间多条信号线的电气连接及有关电路特性。电气连接及有关电路特性。包括：发送器和接收器的电路特性（如发送信号电平、发送器的输出阻抗，接收器的输入阻抗、平衡特性等），负载要求，传输速率和连接距离等。 电气连接有三种方式：非平衡方式、差动接收的非平衡方式和平衡方式。n功能特性：主要是对各接口信号线做出确功能特性：主要是对各接口信号线做出确切的功

30、能定义并确定相互之间的操作关系。切的功能定义并确定相互之间的操作关系。主要有两种方法：u一线一意法：每根信号线定义一种功能u一线多意法：每根信号线定义多种功能，有利于减少接口信号线的数量。n机械特性机械特性: :主要涉及接口界面的物理结构主要涉及接口界面的物理结构 对连接器（包括插头和插座的形状和尺寸，插针或插孔的数目及其排列，固定或锁定装置等）做出详细的规定。n规程特性：规定了规程特性：规定了DTE/DCEDTE/DCE接口各信号线之接口各信号线之间的相互关系，动作顺序以及维护测试操作间的相互关系，动作顺序以及维护测试操作等内容。等内容。n反映了在数据通信过程中，通信双方可以发生的各种可能事

31、件。描述规程特性一种比较好的方法是利用状态变迁图状态变迁图。物理层完成的功能物理层完成的功能n在DTE和DCE之间的数据传输n在设备之间提供控制信号n为同步数据流和规定比特速率提供时钟信号n提供电气地n提供机械的连接器（如插头、插座等） 物理层协议可以采用的接口标准有X.21、X.21bis及V系列（V.28,V.35,V.10,V.11）。5.35.3.3 .3 数据链路层数据链路层n 在物理层提供的双向的信息传输通道上，控制信息有效、可靠的传送的协议。n 链路层采用高级数据链路控制规程(HDLC)的一个子集-平衡型链路访问规程（LAPB）协议，只提供点到点的链路方式。n功能包括：nDTE和

32、DCE之间的数据传输；n发送和接收端信息的同步；n传输过程中的检错和纠错；n有效的流量控制；n协议性错误的识别和告警；n链路层状态的通知。1.1.帧类型与帧结构帧类型与帧结构u 数据链路层传输信息的最小单位：帧数据链路层传输信息的最小单位：帧u 按照帧所完成的功能可以分为三类：按照帧所完成的功能可以分为三类： 信息帧、监控帧、无编号帧信息帧、监控帧、无编号帧n(1) 标志标志F F，采用0111 1110序列，区分两个不同的帧，标志一个帧的开始或结束。 为了避免分组单元内出现伪标志，采用信息码中连续5个连“1”自动插入“0”，收端5个连“1”自动除去“0”的比特填充技术，保证对数据有效传送。n

33、(2) 帧地址字段帧地址字段(A)(A)，在X.25协议中，该字段用来区分两个方向的命令帧和响应帧以及单链路/多链路。 单链路：DCE发送命令帧或DTE发送响应帧用A类， DTE发送命令帧或DCE发送响应帧用B类。地址类型链路配置二进制地址值A单链路00000011B00000001C多链路00001111D00000111n(3) 帧的控制字段帧的控制字段(C)(C)，区分帧的类型并携带控制信息，规定了3种类型。u信息帧信息帧，主要用于传输分组层的分组数据，只在数据传输过程中使用。u监控帧监控帧，用于保证信息帧的正确传送，3个类型：RR帧：收端准备好，期望接收序号为N(R)的下一个帧；RNR

34、帧：示忙，希望对方暂停发送；REJ帧：请求重新发送序号N(R)的帧。u无编号帧无编号帧，用于对链路建立和断开过程控制。包括置异步平衡方式(SABM)、断开链路(DISC)、已断开链路(DM)、确认(UA)和拒绝(FRMR)帧。探寻探寻/最终位，即最终位，即P/F位。对于命位。对于命令帧，该位为令帧，该位为P位；对于响应帧，位；对于响应帧，该位为该位为F位。位。 P/F=0表示该位不表示该位不起作用；命令帧为起作用；命令帧为1表示要探寻对表示要探寻对端的状态，响应帧为端的状态，响应帧为1则是对刚收则是对刚收到的命令帧的响应。到的命令帧的响应。n(4) 信息字段信息字段(I)(I)，信息字段只在信

35、息帧中和拒绝(FRMR)帧有，其他类型帧没有。u信息帧中的信息字段为来自分组层的分组数据，FRMR帧的信息字段为拒绝的原因。n(5) 帧校验序列帧校验序列(FCS)(FCS)，通过16bitCRC校验检查帧通过链路传输可能产生的错误。2.2.数据链路层的工作原理数据链路层的工作原理n数据链路层完成的主要功能就是建立数据链路，利用物理层提供的服务为分组层提供有效可靠的分组信息的传输。nX.25数据链路层所完成的工作主要可以分为三个阶段，即数据链路层所处的三种状态：链路建立、信息传输和链路断开。 相关的系统参数和变量相关的系统参数和变量nN(S)N(S)：发送序号，只包含在信息帧中，用来表示该信息

36、帧的：发送序号，只包含在信息帧中，用来表示该信息帧的编号。编号。nN(R)N(R)：接收序号，包含在信息帧和监控帧中，用来通知对端：接收序号，包含在信息帧和监控帧中，用来通知对端本端希望接收的下一个信息帧的编号。本端希望接收的下一个信息帧的编号。nV(S)V(S)：发送变量，存在于通信实体中，用来保存下一个发送：发送变量，存在于通信实体中，用来保存下一个发送的信息帧的编号。的信息帧的编号。nV(R)V(R)：接收变量，存在于通信实体中，用来保存希望接收的：接收变量，存在于通信实体中，用来保存希望接收的下一个信息帧的编号。下一个信息帧的编号。nK K：允许未证实的最大帧数，也就是通常所说的最大窗

37、口数。：允许未证实的最大帧数，也就是通常所说的最大窗口数。nT T：时钟，又叫做定时器。在：时钟，又叫做定时器。在HDLCHDLC中，发送端在发送命令帧中，发送端在发送命令帧时要启动定时器。时要启动定时器。（1 1）链路建立）链路建立nDCE可以通过主动发送一个DM帧要求DTE启动链路的建立过程。nDTE通过发送SABM（模8工作方式）或者SABME（模128工作方式）来启动链路的建立过程。 uDCE在接收到正确SABM或SABME之后判断能否进入数据传输阶段，如果能进入则发送UA帧响应，同时把V(R)和V(S)置0， DCE进入数据传输阶段。uDTE在收到UA帧，把V(R)和V(S)置0，D

38、TE进入数据传输阶段。u链路建立。（2 2）信息传输）信息传输n信息传输阶段的任务是保证DCE和DTE之间信息的正确传输，X.25采用了帧的顺序编号及帧的顺序编号及证实机制、超时重发机制证实机制、超时重发机制等控制手段来达到这一目的。在数据传输阶段，只有信息帧和监控帧在DCE和DTE之间交互。nLAPB的证实机制使用的是滑动窗口证实机制滑动窗口证实机制。滑动窗口的大小由参数K决定，表示DCE或者DTE可以发送的未证实顺序编号的I帧个数。I帧和S帧的控制字段都包含接收序号N(R)，表示已经正确接收到N(R)-1及以前所有的I帧，因此可以用I帧和S帧对收到的I帧进行确认。如果没有信息发送，就用RR

39、帧确认。n采用这种证实机制除了提高信息的传输效率，保证信息的正确传输外，接收方还可以通过发送RNR帧来要求发送方暂停发送I帧，达到了流量控制的目的。n信息传送过程中，可能由于线路原因造成I帧或确认帧的丢失，这样发送方会一直得不到响应帧，也就不能发送新的I帧，导致通信的中断，为此LAPB采用了超时重发机制超时重发机制来解决这一问题。发送方在发送了一个I帧之后，启动定时器，在定时器超时之后还没有收到确认帧，就重新发送I帧。（3 3）链路断开）链路断开nDTE通过向DCE发送DISC命令帧要求断开链路。u如果DCE原来处于信息传输阶段，DCE通过发送UA完成链路的断开u如果DCE原来处于断开阶段，则

40、利用DM完成链路的断开过程。 2.X.25的链路操作模式 DTE DCE SABM UA 数据传输阶段 DISC UA 链路建立阶段 V (S)0 DTE 状态变量初始化 V (R)0 V(S)0 DCE 状态变量 V(R)0 初始化 DTE 释放链路 DCE 释放链路 DTE初始化，置发初始化，置发送分组序号和接收送分组序号和接收分组序号为分组序号为0。DCE初始化，置发初始化，置发送分组序号和接收送分组序号和接收分组序号为分组序号为0。DTE发出置链路为发出置链路为异步平衡模式异步平衡模式SABM，DCE用用UA证实，链路建立。证实，链路建立。通信结束，通信结束，DTE发出请求发出请求断开

41、链路，断开链路，DCE发送证实发送证实分组，链路释放。分组，链路释放。X.25协议采用帧的顺序编协议采用帧的顺序编号及证实机制、超时重发号及证实机制、超时重发等控制手段保证等控制手段保证DCE和和DTE之间消息正确传输之间消息正确传输数据链路层的工作原理数据链路层的工作原理（4 4）意外情况及恢复）意外情况及恢复a a、发送序号、发送序号N(S)N(S)错误错误 当收到I帧不等于当前的V(R)值时，即检查到N(S)序号错误n直接将该帧丢弃，不做任何响应，直到收到I帧的N(S)等于 V(R)为止，这将导致发送方的发送定时器超时而启动重发过程。n接收方主动发送REJ帧，要求对方启动重发过程。b b

42、、收到无效的帧、收到无效的帧 包括：控制字段未定义的命令帧或者响应帧、信息字段超过最大长度的信息帧、带信息字段的或者长度不正确的S帧和U帧、N(R)不正确的帧。5.5.3 3.4 .4 分组层分组层nX.25协议分组层是利用数据链路层提供的可靠传送服务，在DTE和DCE接口之间控制虚呼叫分控制虚呼叫分组数据通信组数据通信的协议。n功能：u支持交换虚电路和永久虚电路；u建立和清除交换虚电路连接；u为交换虚电路和永久虚电路连接提供有效可靠的分组传输；u监测和恢复分组差错。2. 2. 分组和分组和I I帧的关系帧的关系 分组层传送信息的最小单位为分组。数据链路层通过分组层传送信息的最小单位为分组。数

43、据链路层通过I帧承帧承载分组的信息，不管何种类型的分组均放在载分组的信息，不管何种类型的分组均放在I帧的信息字段中，帧的信息字段中，每一个每一个I帧包含一个分组。帧包含一个分组。3. 3. 分组头的格式与类型分组头的格式与类型 分组头占分组头占3 3字节，由通用格式字节，由通用格式识别符识别符GFIGFI、逻辑信道群号、逻辑信道群号LCGNLCGN、逻辑信道号、逻辑信道号LCNLCN和分组和分组类型识别类型识别PTIPTI组成。组成。GFIGFI占占4 4比特。最高位比特。最高位Q Q是限是限定比特，定比特，0 0表示为用户数据表示为用户数据分组，分组，1 1为控制信息分组；为控制信息分组；D

44、=0D=0表示本地确认，表示本地确认，D=1D=1表示表示数据分组端到端确认；数据分组端到端确认；SS=01SS=01分组的顺序标号是模分组的顺序标号是模8 8方式，方式，SS=10SS=10标号模标号模128128。LCGNLCGN和和LCNLCN可区分可区分40964096个逻辑个逻辑信道，信道，0 0保留，实际可用保留，实际可用40954095个信道。个信道。PTIPTI用来识别不同的用来识别不同的分组。分组。n分组可以划分成两大类：数据分组和控制分组（流量控制分组和其他控制分组）P（R）MP（S）08 7 6 5 4 3 2 1 数据分组用于传送用户数据。数据分组的数据分组用于传送用户

45、数据。数据分组的PTIPTI应包含发送分组序号应包含发送分组序号P P（S S） 和接收分组序号和接收分组序号P P（R R），以便于分组层的流量控制和重发纠错，其），以便于分组层的流量控制和重发纠错，其PTIPTI结构结构如上图所示。其中如上图所示。其中MbitMbit为后续数据比特，用于用户报文分段，为后续数据比特，用于用户报文分段，M=1M=1表示该数表示该数据分组之后还有属于同一个报文的分组，据分组之后还有属于同一个报文的分组，M=0M=0表示该数据分组是报文的最后表示该数据分组是报文的最后一个分组。一个分组。 流量控制分组的作用类似于数据链路层的监控帧，包含接收分组序号流量控制分组的

46、作用类似于数据链路层的监控帧，包含接收分组序号P P（R R）（）（GFIGFI的的6-86-8位）位） 其他控制分组用于呼叫的建立、清除，差错恢复等。其他控制分组用于呼叫的建立、清除，差错恢复等。分组类型分组类型 分 组 类 型PTI类型从DTE到DCE从DCE到DTE8 7 6 5 4 3 2 1数据分组DCE数据DTE数据x x x x x x x 0控制分组流量控制分组DTE RRDTE RNRDTE REJDCE RRDCE RNRDCE复位请求x x x 0 0 0 0 1x x x 0 0 1 0 1x x x 0 1 0 0 1其他控制分组呼叫建立分组呼叫请求呼叫接受呼叫指示呼

47、叫接通0 0 0 0 1 0 1 10 0 0 0 1 1 1 1传输控制分组DCE中断DCE中断证实登记证实DTE中断DTE中断证实登记请求0 0 1 0 0 1 10 0 0 1 0 1 1 11 1 1 1 0 0 1 11 1 1 1 0 1 1 1呼叫清除分组清除指示DCE清除证实清除请求DTE清除证实0 0 0 1 0 0 1 10 0 0 1 0 1 1 1恢复分组复位指示DCE复位证实重启指示DCE重启证实诊断复位请求DTE复位证实重启请求DTE重启证实0 0 0 1 1 0 1 10 0 0 1 1 1 1 11 1 1 1 1 0 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1

48、 1 1 0 0 0 14.4.分组层的工作原理分组层的工作原理nX.25X.25分组层协议就是关于分组层协议就是关于DTEDTE到到DCEDCE接口之间虚呼叫接口之间虚呼叫分组数据通信的协议。分组数据通信的协议。n分组层所要完成的功能就是在分组层所要完成的功能就是在DTEDTE到到DCEDCE接口之间建接口之间建立虚电路连接，传送分组信息以及在通信结束时清立虚电路连接，传送分组信息以及在通信结束时清除虚电路连接。除虚电路连接。n为了保证分组层正常工作，为了保证分组层正常工作， X.25X.25定义了主要系统参定义了主要系统参数和变量：数和变量： P(S) P(S)：发送分组号：发送分组号 P

49、(R) P(R)：接收分组号：接收分组号 发送窗口：可以发送的未确认的最大分组数发送窗口：可以发送的未确认的最大分组数 发送计时器：与数据链路层的发送计时器：与数据链路层的T T功能一致功能一致（1）呼叫建立过程）呼叫建立过程呼叫拒绝呼叫拒绝 （2 2）数据传输）数据传输 X.25 X.25分组层的数据传输和链路层的信息分组层的数据传输和链路层的信息传输非常相似。传输非常相似。n数据分组相当于链路层的信息帧，流量控制数据分组相当于链路层的信息帧，流量控制分组相当于监控帧，分组相当于监控帧，P(S)P(S)相当于相当于N(S)N(S)，而，而P(R)P(R)相当于相当于N(R)N(R)。n分组层

50、也采用了分组的顺序编号、确认机制分组层也采用了分组的顺序编号、确认机制和超时重发等控制机制。确认机制也是采用和超时重发等控制机制。确认机制也是采用了滑动窗口机制。了滑动窗口机制。链路层和分组层之间的不同链路层和分组层之间的不同n数据链路层帧的编号及确认是在一个链路一个链路上进行的，分组层分组的编号及确认是在一条虚电路一条虚电路上进行的。一条链路上可以同时存在多条虚电路，也就是说在一个链路层可以同时提供多个分组层窗口的服务。帧的编号与分组的编号之间没有关系。n链路层帧的确认是在DTE和DCE之间进行的，按照流量控制的类型分属于点到点的流量控制点到点的流量控制。而分组层分组的确认既可以在DTE和D

51、CE之间进行，也可以在主叫DTE和被叫DTE之间进行，即具有点到点和端到具有点到点和端到端的流量控制端的流量控制。（3 3）呼叫清除过程）呼叫清除过程 呼叫清除可以由任何一端的呼叫清除可以由任何一端的DTEDTE发起，也可以由网络发起。发起，也可以由网络发起。呼叫清除过程将释放所有与该呼叫有关的网络资源，被该虚电路呼叫清除过程将释放所有与该呼叫有关的网络资源，被该虚电路所占用的逻辑信道将恢复到准备好状态。所占用的逻辑信道将恢复到准备好状态。（4 4）分组层恢复过程）分组层恢复过程n恢复过程用于处理在呼叫建立和数据传输恢复过程用于处理在呼叫建立和数据传输阶段所发生的异常情况。主要包括：复位、阶段所发生的异常情况。主要包括：复位、重启、诊断和清除过程。重启、诊断和清除过程。复位过程复位过程 重启（重启（RestartRestart）过程）过程5.4 5.4 分组交换机分组交换机 1 1、分组交换机的结构、分组交换机的结构n交换单元交换单元 分组交换机交换单元的基本功能和电路交换机交换单元的基本