分组交换原理与技术

分组交换原理与技术第一页，共四十页，2022年，8月28日第二页，共四十页，2022年，8月28日5.1概述分组交换也称为包交换。将要传送的数据按一定的长度分成多个数据段，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。进行分组交换的通信网称为分组交换网。第三页，共四十页，2022年，8月28日分组交换的特点：√线路利用率高：√不同种类的终端可以相互通信：√信息传输可靠性高：√分组多路通信：√计费与传输距离无关：改进的分组交换：如IP交换、帧交换、ATM交换。第四页，共四十页，2022年，8月28日5.2分组交换的基本原理1、分组传送方式（资源共享方式）分组传送采用的是统计时分复用（STDM）的方式。第五页，共四十页，2022年，8月28日2、分组的形成来自数据终端的用户数据可能是很长的报文，我们需要将该报文拆分成若干段，并加上分组头，组成一个完整的分组（packet），如图所示。第六页，共四十页，2022年，8月28日3、分组交换一个分组从发送终端传送到接收终端，必须沿一定的路径经过分组交换网络。那么分组是如何穿过网络的呢？目前有两种方法实现：

1.数据报（Datagram）

2.虚电路（VirtualCircuit）第七页，共四十页，2022年，8月28日4、路由选择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。因为通常在网络中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.第八页，共四十页，2022年，8月28日分组交换网的路由选择的基本原则是：应选择性能最佳的传送路径，通常最为重要的性能就是端到端传送时延；应使网内业务量分布尽可能均衡，以充分提高网络资源的利用率；应具有故障恢复能力，当网络出现故障时，可自动选择迂回路由。第九页，共四十页，2022年，8月28日几种常见的路由选择策略：

固定路由选择泛法路由选择随机路由选择自适应路由选择最短路径算法第十页，共四十页，2022年，8月28日5、流量控制

分组交换和电路交换的一个重要不同之点在于，电路交换是立即损失制，即如果路由选择时没有空闲的中继电路可供选择，该呼叫建立就告失败。因此，只要根据预测话务量配备足够多的中继电路，就能保证呼叫不阻塞。其流量控制只是在交换机处理机过负荷时才起作用，控制功能也较简单，主要是限制用户的发话话务量。第十一页，共四十页，2022年，8月28日分组交换则不同，它是时延损失制，只要传输链路不全部阻断，路由选择总能选到一条链路，由于用户终端发送数据的时间和数量具有随机性，网络中各节点交换机的存储容量和各条线路的传输容量（速率）总是有限的，如果链路上待传送的分组过多，就会造成传送时延的增加，引起网络性能的下降，严重时甚至会使网络崩溃。这就需要采取流量控制来实现数据流量的平滑均匀，提高网络的吞吐能力和可靠性。因此，流量控制是分组交换网的一项必不可少的重要功能，其控制机理也相当复杂。第十二页，共四十页，2022年，8月28日分组交换中的流量控制有以下3方面的作用：(1)防止因过载导致网络吞吐量下降和传送时延的增加(2)避免死锁(3)公平分配网络资源第十三页，共四十页，2022年，8月28日流量控制的层次段级链路段级（数据链路层协议）虚电路段级（分组层协议）沿到沿级（分组层）接入级（数据链路层）端到端级（高层协议）第十四页，共四十页，2022年，8月28日流量控制的方法

滑动窗口机制（证实法）缓冲区预约方式许可证法第十五页，共四十页，2022年，8月28日拥塞控制与流量控制拥塞控制是全网的概念（涉及所有的终端和节点，以及与降低网络传输性能有关的所有因素）流量控制指控制点到点的通信量第十六页，共四十页，2022年，8月28日拥塞控制的常见机制从拥塞节点向所有或部分源节点发送控制分组，告诉源节点停止或延缓发送分组的速率，从而限制网络分组总数量根据路由选择信息调整分组产生速率。采用端到端的探测分组来控制拥塞允许节点在分组经过时在分组上添加拥塞指示信息第十七页，共四十页，2022年，8月28日6、分组交换的工作过程第十八页，共四十页，2022年，8月28日开放系统互连参考模型第十九页，共四十页，2022年，8月28日OSI服务的概念第二十页，共四十页，2022年，8月28日5.3分组交换协议——X.25协议1、分组交换协议的结构X.25协议是数据终端设备（DTE）和数据电路端接设备（DCE）之间的接口规程。它最初于1976年颁布，在1980年、1984年、1988年、1993年又进行了多次修改。它是目前使用最广泛的分组交换协议。X.25协议定义了帧（Frame）和分组（Packet）的结构；数据传输通路的建立和释放、数据的传输等过程；顺序控制、差错控制和流量控制等机制；以及分组交换提供的基本业务和可选业务等。X.25属于接口规程，没有定义路由选择算法，这属于分组交换网网络内部控制功能，由各个厂家决定。第二十一页，共四十页，2022年，8月28日X.25协议分为三层：物理层、数据链路层和分组层，各层在功能上相互独立，如图所示。第二十二页，共四十页，2022年，8月28日2、X.25的物理层物理层完成的主要功能如下：在DTE和DCE接口处提供数据传输；在设备之间提供控制信号；提供时钟信号，用以同步数据流和规定比特速率；提供电气地；提供机械的连接器（如针、插头和插座）。第二十三页，共四十页，2022年，8月28日3、X.25的数据链路层——LAPBX.25数据链路层规程是要在物理层提供的双向的信息输送管道上实施信息传输的控制。一般情况下，X.25的数据链路层采用的是HDLC（高级数据链路控制规程）的一个子集LAPB（平衡型链路访问规程）。第二十四页，共四十页，2022年，8月28日数据链路层帧类型与结构按照帧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）。LAPB帧的基本结构如图所示，所有帧均包含标志F、地址字段A、控制字段C、帧检验序列FCS，部分帧还包含信息字段I。第二十五页，共四十页，2022年，8月28日4、X.25的分组层X.25分组层是利用链路层提供的服务在DTE-DCE接口交换分组。它将一条逻辑链路按照动态时分复用的方法划分成多个子逻辑信道，允许多个用户终端或进程同时使用一条逻辑链路，以充分利用线路资源。第二十六页，共四十页，2022年，8月28日分组层的主要功能：X.25接口为每个用户呼叫提供一个逻辑信道；通过逻辑信道群号（LCGN）和逻辑信道号（LCN）来区分与每个用户呼叫有关的分组；为每个用户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过程；提供交换虚电路（SVC）和永久虚电路（PVC）的连接；提供建立和清除交换虚电路连接的方法；监测和恢复分组层的差错。

第二十七页，共四十页，2022年，8月28日呼叫建立过程第二十八页，共四十页，2022年，8月28日呼叫拒绝第二十九页，共四十页，2022年，8月28日呼叫清除过程第三十页，共四十页，2022年，8月28日复位过程第三十一页，共四十页，2022年，8月28日重启（Restart）过程第三十二页，共四十页，2022年，8月28日5.4分组交换的网络结构分组交换网一般由分组交换机、网络管理中心、远程集中器、分组装拆设备、分组终端/非分组终端和传输线路等基本设备组成。第三十三页，共四十页，2022年，8月28日分组交换机提供网络的基本业务：交换虚电路和永久虚电路，及其他补充业务，如闭和用户群，网路用户识别等。在端到端计算机之间通信时，进行路由选择，以及流量控制。能提供多种通信规程，数据转发，维护运行，故障诊断，计费与一些网络的统计等。第三十四页，共四十页，2022年，8月28日网络管理中心（NMC）网络配置管理与用户管理，日常运行数据的收集与统计。路由选择管理，网路监测，故障告警与网路状态显示。根据交换机提供的计费信息完成计费管理。第三十五页，共四十页，2022年，8月28日3、远程集中器（RCU）允许分组终端和非分组终端接入，有规程变换功能，可以把每个终端集中起来接入至分组交换机的中、高速线路上交织复用。4、分组装拆设备（PAD）

将来自异步终端（非分组终端）的字符信息去掉起止比特后组装成分组，送入分组交换网。在接受端再还原分组信息为字符，发送给用户终端。随着分组技术的发展，RCU与PAD的功能已没什么差别。第三十六页，共四十页，2022年，8月28日5、分组终端/非分组终端（PT/NPT）分组终端是具有X.25协议接口，能直接接入分组交换数据网的数据通信终端设备。它可通过一条物理线路与网络连接，并可建立多条虚电路，同时与网上的多个用户进行对话。对于那些执行非X.25协议的终端和无规程的终端称为非分组终端，非分组终端需经过分组装拆设备，才能连到交换机端口。通过分组交换网络，分组终端之间，非分组终端之间，分组终端与非分组终端之间都能互相通信。第三十七页，共四十页，2022年，8月28日6、传输线路是构成分组数据交换网的主要组成部分之一。目前，中继传输线路有PCM数字信道，数字数据传输，