现代通信网第3章-3分组交换技术1126

第3章分组交换原理与技术《交换技术》第3章分组交换原理与技术分组交换原理3.1协议与分层体系结构3.2X.25分组网协议3.33.1分组交换原理3.1.1分组交换的基本概念3.1.2统计时分复用3.1.3逻辑信道3.1.4虚电路与数据报电路交换的特点：带宽固定（固定比特率）同步和对称性没有差错控制分组交换技术的产生数据通信的业务特征：突发性（可变比特率）异步和非对称性差错敏感性报文交换的特点：存储转发异步和非对称性时延大（可变比特率）分组交换也叫包交换，它是以分组为信息单位，以存储/转发方式在网络中传递信息的交换方式。基本思想：将用户信息分割成小的数据块—分组（Packet）分组具有统一格式，包含用于控制和选路的信息各分组以“存储转发”的方式在网络中传递。3.1.1分组交换基本概念分组的形成来自终端的用户数据可能是很长的报文，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）。用户报文分组头用户数据3.1.1分组交换基本概念4.1节路由器PORTAL网络网络网络网络网络网络网络网络网络网络CSP3.1.1分组交换基本概念网络AB交换节点A交换节点B交换节点C分组1分组交换过程分组2分组3分组4分组5分组1分组2分组3分组4分组5传播时延发送时延处理与排队时延3.1.1分组交换基本概念分组交换的特点统计复用存储转发差错控制流量控制3.1.1分组交换基本概念基本概念统计时分复用（也称为异步时分复用）异步的含义是指可变的，不固定的。在给用户分配资源时，不像同步时分那样固定分配，而是按需动态分配。只有在用户有数据传送时才给它分配资源，因此线路的利用率更高。3.1.2统计时分复用工作原理缓冲器缓冲器1b1c1b2b3c2c32c1b1b21b323.1.2统计时分复用缓冲器c2c3技术特征线路利用率较高。动态地分配信道时隙和资源。附加时延。多个用户同时传送数据时，需要竞争排队，引起排队时延。数据丢失。若缓冲器溢出，则导致数据丢失。3.1.2统计时分复用3.1.2统计时分复用在统计复用线上

如何区分各用户的数据信息呢？缓冲器缓冲器1b1c1b2b3c2c32c1b1b21b32缓冲器c2c3在统计时分复用中，对各用户的数据信息使用标记进行区分。这样，在一条共享的物理线路上，就形成了逻辑上分离的多个子信道。这种子信道称为逻辑信道，用逻辑信道号（LCN）标识。逻辑信道号由逻辑信道群号及群内逻辑信道号组成，二者统称为逻辑信道号。3.1.3逻辑信道基本概念逻辑信道的形成过程终端255254201计算机进程进程进程……复用器逻辑信道2552542013.1.3逻辑信道逻辑信道的特点逻辑信道与呼叫一一对应。逻辑信道只具有局部含义。逻辑信道号是一种客观存在。3.1.3逻辑信道分组交换网的服务虚电路方式：提供面向连接的信息传送。数据报方式：提供无连接的信息传送。3.1.4虚电路与数据报DTEDCEPSEPSEDCEDCEPSEDTE－数据终端设备DCE－数据电路终结设备PSE－分组交换设备虚电路方式所谓虚电路方式，是指用户在数据传送之前通过网络建立的一条端到端的逻辑上的虚连接。实电路？3.1.4虚电路与数据报虚电路和实电路有何区别？虚电路工作示意图节点1节点2节点3节点5节点4终端A终端C终端D终端B3.1.4虚电路与数据报虚电路与逻辑信道节点1节点2节点3节点5节点4终端A终端C终端D终端BLCN=99LCN=10LCN=50LCN=30LCN=15LCN=60LCN=75LCN=1003.1.4虚电路与数据报LCN=30虚电路方式交换式虚电路（SVC)永久虚电路（PVC)3.1.4虚电路与数据报数据报方式节点1节点2节点3节点4终端A终端B

a

b

c

a

b

c

a

c

b

a

b

c3.1.4虚电路与数据报数据报的特点数据传送不需建链过程，通信效率较高。网络的健壮性较好。节点处理的任务较重，时延较大。适用于短报文的传送。3.1.4虚电路与数据报虚电路和数据报的比较比较项目虚电路数据报建链过程必须有不需要目的地址仅在连接建立时使用，建链后，分组使用短的虚电路号每个分组都含有目的站的全地址路由选择在虚电路建立时进行，所有分组均按同一路由传送每个分组独立选择路由节点出故障经由故障点的虚电路均中断丢失分组，但可经由其它路由分组顺序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差错处理由通信子网负责由主机负责流量控制由通信子网负责由主机负责3.1.4虚电路与数据报第3章分组交换原理与技术分组交换原理3.1协议与分层体系结构3.2X.25分组网协议网络分层的概念3.2.2接口与服务3.2通信网协议体系结构3.2.3分层协议举例3.2.1网络分层的概念问题：为什么要分层??

人类生产和社会活动中，有许多服务遵循“分层”原则，如邮政通信、客货运输与交通系统。既有分工又相互协作，为人们提供便捷的服务。对于通信网络，简单地说“分层”是为了简化系统的设计，提高系统运行的有效性、可靠性和可扩充性。3.2.1网络分层的概念通过例子说明：相隔很远的甲乙二人计划通过电话讨论网络问题。完成这样的交流至少可以分为三个层次。认识层语言层传输层双方具备起码的网络知识，懂得所谈内容。双方必须说同一种语言，否则需要翻译。语音信息的传送（声电、电声转换）。

网络分层的原因降低系统设计的复杂度。方便异构设备间的互连互通。增强网络的可升级性。促进竞争和设备制造商的分工。不同网系的层数、命名和实现的功能各不相同，但其分层设计的思想是相同的，即下层为上层提供某种服务，同时屏蔽实现的细节。OSI参考模型TCP/IP参考模型4.1节

分层体系结构传输层物理层网络层链路层会话层表示层应用层主机B主机AOSI七层参考模型传输层网络层链路层会话层表示层应用层物理层物理层网络层链路层物理层网络层链路层网络中间节点4.1节

分层体系结构TCP/IP的四层参考模型传输层物理层网络层链路层会话层表示层应用层传输层网际层网络接口层各种应用层协议物理层网络层链路层会话层表示层应用层4.1节OSITCP/IP传输层物理层网络层数据链路层应用层综合模型

分层体系结构各层功能物理层－透明的比特流传输。数据链路层－相邻节点间以帧为单位的可靠数据传输。网络层－寻址选路，将上层数据按地址传送到目的地。传输层－负责主机中两个进程之间的通信，实现端到端的可靠通信。应用层－直接为用户提供应用服务。4.1节

分层体系结构对等层间的通信应用层(Applicationlayer)运输层(Transportlayer)网络层(Networklayer)数据链路层(Datalinklayer)物理层(Physicallayer)5应用层4运输层3网络层2数据链路层1物理层五层协议体系结构主机1向主机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用进程将请求数据下传到应用层加上应用层首部，成为应用层PDU对等层间的通信WEB浏览请求http://www.lgdx.mtn/5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用层PDU再下传到运输层加上运输层首部，成为运输层报文主机1向主机2发送数据对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2运输层报文再下传到网络层加上首部，成为IP数据报（分组）主机1向主机2发送数据对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2IP数据报再下传到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为帧主机1向主机2发送数据对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2数据帧再下传到物理层物理层把比特流传送到物理媒体主机1向主机2发送数据对等层间的通信应用层(applicationlayer)5432154321物理传输媒体计算机1AP2AP1电信号（或光信号）通过物理媒体从发端物理层传到收端物理层计算机2主机1向主机2发送数据对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2物理层收到比特流，上交给数据链路层主机1向主机2发送数据对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2数据链路层剥去帧首部和尾部取出数据部分，上交给网络层主机1向主机2发送数据对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层主机1向主机2发送数据对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层主机1向主机2发送数据对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交应用进程主机1向主机2发送数据对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2收到AP1发来的浏览主页请求！主机1向主机2发送数据对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用程序数据应用层首部H510100110100101比特流110101110101主机1在层间的封装过程应用程序数据H5应用程序数据H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部主机1向主机2发送数据对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机210100110100101比特流110101110101主机2物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应用程序数据主机1向主机2发送数据对等层间的通信H3H4H5应用程序数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2数据链路层剥去帧首部和尾部后把数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应用程序数据主机1向主机2发送数据对等层间的通信H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2网络层剥去分组首部后将分组的数据部分交给运输层主机1向主机2发送数据对等层间的通信H5应用程序数据H4H5应用程序数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2运输层剥去报文首部后将报文数据部分交给应用层主机1向主机2发送数据对等层间的通信应用程序数据H5应用程序数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用层剥去PDU首部后将应用程序数据交给应用进程主机1向主机2发送数据对等层间的通信5432154321计算机1AP2AP1计算机2收到了AP1发来的应用程序数据！对等层间的通信

由于数据传输具有方向性，因此协议必须规定为从源端到目的端连接的工作方式，按其方向性可分为三种：对等层间的通信单工通信：数据只单向传输。半双工通信：数据可以双向传输，但两个方向不能同时进行，只能交替传输。全双工通信：数据可以同时双向传输。

协议还须确定一个连接由几个逻辑信道组成，以及这些逻辑信道的优先级，目前大多数网络都支持为一个连接分配至少两个逻辑信道：一个用于用户业务信息的传递。一个用于控制和管理信息的传递。对等层间的通信3.2.1网络分层的概念3.2.2接口与服务3.2通信网协议体系结构3.2.3分层协议举例服务提供者第N+1层服务用户服务用户SAPSAP协议提供服务SAP：服务访问点(ServiceAccessPoint)接口第N层3.2.2接口与服务服务：每层为其上层提供的功能。说明本层做了什么工作，但并未说明如何做的。接口：告诉上层进程如何访问本层。包括所需参数及可能的结果等。协议：为了完成本层的功能，两个对等实体间遵循的通信规则集合。3.2.2接口与服务问题：服务、接口和协议之间的关系?在分层体系结构中，服务是“垂直的”，下层向上层提供服务必须通过层间接口。协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。3.2.2接口与服务3.2.3分层协议举例——应用层HTTP（HyperText

TransferProtocol）：超文本传输协议在万维网上可靠地交换文件（包括文本、声音、图像、多媒体等）。FTP（FileTransferProtocol）：文件传输协议传输文件。DNS（DomainNameService）：域名服务实现“主机名”到“IP地址”之间的映射。SMTP（SimpleMailTransferProtocol）：简单邮件传输协议发送电子邮件。Telnet（TeletypeovertheNetwork）：远程登录通过本地终端登陆到网络上的另一台主机上去。4.1节3.2.3分层协议举例——传输层TCP（Transfer

ControlProtocol）：传输控制协议提供面向连接、可靠的端到端数据传输。UDP（UserDatagramProtocol）：用户数据报协议提供无连接、不可靠的数据传输。4.1节3.2.3分层协议举例——网络层IP（InternetProtocol）：网际协议支持网间互连。ARP（Address

Resolution

Protocol）：地址解析协议实现IP地址与物理地址之间的转换。4.1节TCP/IP协议族SMTPFTPDNSSNMPTCPUDP网络层网络接口层传输层应用层………网络接口

1网络接口

2网络接口

3EverythingoverIPIPoverEverything4.1节IP作业虚电路方式与电路方式有何区别与联系？理解网络的分层结构及其工作过程。举例说明接口、协议与服务的关系。第3章分组交换原理与技术分组交换原理3.1协议与分层体系结构3.2X.25分组网协议3.3

X.25是1976年由ITU-T制定的公用分组交换网接口规范。

X.25是在传输介质质量较差，对数据通信速率要求不高的历史背景下产生的，因此含有复杂的差错控制和流量控制措施，速率不高，适于广域网。3.3X.25建议

3.3.1X.25的提出

3.3.2X.25分层协议结构3.3X.25建议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）物理层功能：定义传输媒体的机械的、电气的、功能的和规程特性。接口：X.21（或X.21bis）建议和V系列建议。（2）数据链路层功能：同步、差错检测、差错校正、流量控制、链路状态报告。协议：面向比特的数据链路控制协议—平衡型链路接入规程（LAPB），为HDLC的一个子集。

3.3.2X.25分层协议结构RS-232接口标准：（1）机械特性：RS-232使用25根引脚的DB-25插头、插座。（2）电气性能：RS-232规定采用负逻辑。（3）功能特性：规定了引脚类型及其作用。（4）规程特性：规定了在DTE与DCE之间的事件顺序。

（3）分组层相当于OSI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。

3.3.2X.25分层协议结构HDLC是ISO定义的面向比特的数据链路控制协议的总称。HDLC定义了三种类型的站（Station）、两种链路配置及三种数据传送模式。

3.3.3X.25的链路层HDLC支持两种链路配置：非平衡配置：点到点或点到多点平衡配置：点到点主站次站命令响应主站次站命令响应次站复合站命令响应复合站非平衡配置平衡配置

3.3.3X.25的链路层三种传送模式：①正常响应方式（NRM）：适用于非平衡配置。②异步平衡方式（ABM）：适用于平衡配置。③异步响应方式（ARM）：适用于非平衡配置。

X.25的LAPB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。

3.3.3X.25的链路层

标志字段（F）：帧开始和结束（01111110）。地址字段：X.25采用两个链路层地址，标识DTE（A：00000001）和DCE（B：00000011）。注意：DTE链路层地址与DTE网络层地址的区别。

3.3.3X.25的链路层帧格式标志F地址字段A控制字段C信息字段I检验序列FCS标志F8bits8bits8or16bits16or32bits8bits长度可变帧头帧尾

控制字段：区分帧类型和流量控制，分为三种类型：信息帧（I帧）、监控帧（S帧）和无编号帧（U帧）。

I-帧：用户数据

S-帧：空

U-帧：控制数据

3.3.3X.25的链路层帧格式标志F地址字段A控制字段C信息字段I检验序列FCS标志F8bits8bits8or16bits16or32bits8bits长度可变信息（I）帧：传送上层交付的分组；监控（S）帧：用于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87654321信息（I）帧N（R）PN（S）0监控（S）帧N（R）P/FSS01无编号（U）帧MMMP/FMM11

3.3.3X.25的链路层无编号（U）帧：用于控制链路的建立与断开。帧拒绝、响应帧FRMR5无编号确认、响应帧UA4已断链状态、响应帧DM3断开（断链）、命令帧DISC2置异步平衡模式（建链）、命令帧SABM1功能类型序号控制字段比特87654321信息（I）帧N（R）PN（S）0监控（S）帧N（R）P/FSS01无编号（U）帧MMMP/FMM11

3.3.3X.25的链路层P/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）。控制字段比特87654321信息（I）帧N（R）PN（S）0监控（S）帧N（R）P/FSS01无编号（U）帧MMMP/FMM11

3.3.3X.25的链路层1.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I帧中）并用S帧进行流量控制和差错控制U帧链路建立I帧数据传输与控制U帧链路断开B,DM

3.3.3X.25的链路层2.差错校正和流量控制（1）差错校正：肯定/否定证实、重发纠错。（2）流量控制滑动窗口、监控帧（RNR）与RR或REJ配合3.链路复位任意一方收到协议出错或帧拒绝（FRMR，将使链路恢复初始状态，两端发送的I帧和S帧N（S）和N（R）值恢复为0。

3.3.3X.25的链路层

由于X.25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链路层提供的可靠传送服务，完成虚呼叫的分组数据通信。DCEDCEDTEDTE分组层范围（端到端）链路层范围链路层范围X.25网络

3.3.4X.25的分组层为每个呼叫建立一个逻辑信道；并通过逻辑信道号（LCN）来区分与每个用户呼叫有关的分组；提供SVC和PVC连接；为每个呼叫连接提供有效的分组传输，包括顺序编号、分组的确认、流量控制；监测并恢复分组层差错。

3.3.4X.25的分组层分组层的功能（1）X.25分组一般格式 GFI用户、控制数据LCNPTI头部

4位12位8或16位QDSSLCGNLCN分组类型识别符（PTI）用户数据通用格式识别符（GFI）：4比特逻辑信道号：12比特分组类型标识符（PTI）：8或16位

3.3.4X.25的分组层（1）X.25分组一般格式 QDSSLCGNLCN分组类型识别符（PTI）用户数据

Q：限定符，区别用户和控制信息，前者为0，后者为1D：送达证实，表示本端DTE发送的数据由本地DCE证实还是由远端DTE证实（前者D=0，后者D=1）

SS：模式比特，01——按模8编号，11——按模128编号。

3.3.4X.25的分组层（2）X.25分组类型 数据分组功能：用于传送数据流控分组

RR、RNR和REJ

功能：用于流量控制其他控制分组功能：用于链路建立、清除等控制

QD01LCGNLCNP（R）MP（S）0用户数据QD01LCGNLCNP（R）M类型01QD01LCGNLCN分组类型11附加信息

3.3.4X.25的分组层其它控制分组类型DTEDCEDCEDTE类型编码呼叫请求呼叫到来000010呼叫接受呼叫连接000011清除请求清除指示000100清除确认清除确认000101中断中断001000中断确认中断确认001001复位请求复位指示000110复位确认复位确认000111重启请求重启指示111110重启确认重启确认111111注册请求

111100

注册确认111101

3.3.4X.25的分组层其它控制分组格式头部地址长度DTE地址设施长度设施呼叫请求/呼叫到来头部地址长度DTE地址设施长度设施呼叫接受/呼叫连接设施是指用户选择的附加业务，在一次约定或每次呼叫时协商，包括禁止呼出、禁止呼入、流控参数协商、接受快速选择及反向收费等服务。其中快速选择是为适应事务处理而设置的设施，在呼叫请求分组中可附上128字节的用户数据，被叫收到后随即发出快速选择拆线请求分组，并同样附上128字节的用户数据。X.25用其取代数据报服务。

3.3.4X.25的分组层控制分组格式原因头部诊断头部断开请求/断开指示断开确认头部头部中断中断确认原因头部诊断头部复位请求/复位指示复位确认原因头部诊断头部重启请求/重启指示重启确认头部地址长度DTE地址注册长度注册头部地址长度DTE地址注册长度注册注册请求注册确认

3.3.4X.25的分组层逻辑信道和虚电路的区别：虚电路是DTE与DTE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一个子信道。为避免DTE和DCE分配LCN发生冲突，DTE从大到小分配，DCE从小到大分配。（3）虚电路与逻辑信道

X.25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

7531PADAB节点3节点1节点2

DCEPADLCN