第4章分组交换网络

第四章分组交换网络2/1/20231本章重点分组交换技术分组数据通信网X.25协议光分组交换技术我国的公用分组数据交换网CHINAPAC。2/1/202324.1数据通信网的交换方式数据通信网的交换方式的发展，经历了电路交换、报文交换和分组交换的发展过程。2/1/20233电路交换电路交换是一种实时交换，在整个通信过程中自始至终使用该条线路进行信息传输，不许其它计算机共享链路。线路传输的速率固定，即使只有一对用户通信，也只能使用所建立的通路，线路利用率有限。电路交换最简单的例子就是计算机用户通过调制解调器拨号上网，与ISP间所建立的电话通路。电路交换适用于一次接续后传输长报文的通信。2/1/20234报文交换报文交换的基本思想是当报文到达交换机时先存入该机的存储器，当所需要的输出线路空闲时，将该报文向接收终端或下一个交换机转发。2/1/20235分组交换分组交换就是将用户发送的一整份报文分割成若干固定长度的数据块（分组），让这些分组以“存储—转发”方式在网内传输。每一个分组都有接收地址和发送地址的标识，以分组为单位在各节点间分段传送，到目的地再将各分组依序组装起来。2/1/202364.2分组交换技术分组交换也称包交换，它是将用户传送的数据划分成一定的长度，每个部分叫做一个分组。在每个分组的前面加上一个分组头，用以指明该分组发往何地址，然后由交换机根据每个分组的地址标志，将他们转发至目的地，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。2/1/20237举例分组交换的概念并不难理解，它很类似于邮寄信件。人们把写好的信放入信封，就如同划分分组；在信封上写上地址，就如同在分组头里放入路由信息；投入邮筒，就如同交换机进行交换，再发往目的地；接到信件后打开阅读，就仿佛拆包后取出信息一样。邮寄信息的过程就如同分组交换过程，只不过分组交换为了把信息更可靠的传给对方，技术上要更复杂些而已。2/1/20238分组交换原理

分组交换方式是存储转发方式的一种，与采用专用线和电路交换网的数据通信系统不同，采用分组交换方式的终端之间不是直接交换数据信息。分组交换方式首先把来自发端的数据暂存在交换机的存储器里，接着在网内（交换机和交换机之间）高速存储和传送，最后传到收端。2/1/20239分组交换工作原理

2/1/2023104.3分组交换网络分组交换网一般由分组交换机（即节点机NS）、网络管理中心（NMC）、远程集中器（RCU）、分组终端（PT）、非分组终端（NPT）和传输线路等基本设备组成。2/1/2023112/1/202312虚电路VC和逻辑信道LC区别与联系：一条虚电路，是由多个逻辑信道链接构成的。几个概念：2/1/202313虚电路

逻辑信道一条虚电路需要呼叫建立才能存在，其用于数据传输，在呼叫断开后可以将其清除。永久虚电路有网络预约分配建立，也可以通过预约将其清除。逻辑信道代表子信道的一种编号资源，不存在建立与清除的过程，它的状态是占用或空闲。虚电路是在主叫DTE、被叫DTE之间建立起来的；逻辑信道是在DTE-DCE接口或网内中继线上分配的；而且，每条线路的逻辑信道号的分配，是独立进行的；一条虚电路是由多个逻辑信道链接构成的；逻辑信道，是虚电路的组成部分；2/1/202314永久虚电路（PVC）和交换虚电路（SVC）

---永久虚电路（PVC）：永久连接的虚电路，类似专线，可随时传送数据；---交换虚电路（SVC）：临时连接的虚电路,需要在通信之前建立，通信结束就拆除；几个概念：2/1/202315虚电路、逻辑信道

虚电路与逻辑信道示意如图。LC的下标表示物理链路号，括号内的数字表示该链路上的逻辑信道号：几个概念：2/1/2023164.4X.25协议X.25协议是公用数据网上以分组方式工作的数据终端设备(DTE)和数据电路终端设备(DCE)之间的接口的协议。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。2/1/2023172/1/202318X.25协议X.25协议定义了物理层、数据链路层、分组层三层协议，分别对应于OSI七层模型的下三层。2/1/202319X.25协议的分层结构2/1/202320X.25协议是指用分组方式工作并通过专用电路和公用数据网连接的终端使用的数据终端设备(DTE)和数据电路终端设备(DCE)之间的接口的协议。它定义了物理层、数据链路层、分组层(即网络网)三层协议，分别对应于ISO/OSI七层模型的下三层。(1)物理层基本功能是建立、保持和拆除DTE和DCE之间物理链路的机械、电气、功能和规程的条件，提供同步、全双工的点到点比特流的传输手段，DTE和本地DCE之间的接口按X.21建议规定。(2)数据链路层解决点到点的可靠通信。通过DTE和本地分组交换机PSE(PacketSwitchedEquipment)间的物理链路向分组层提供等待重发、差错控制方式的分组传送服务，所以可靠性高，这一层规定的LAPB(LinkAccessProcedureBalanced)规程是HDLC规程的平衡类子集，主要规定了数据链路的建立和拆除规程，建立后的信息传输规程，以及差错控制、流量控制等。另外这一层还规定了多链路规程MLP(MultiLinkProcedure)，通过在多条平行的数据链路上同时传送信息帧，以提高信息的吞吐量和可靠性。(3)分组层(网络层)主要描述DTE/DCE接口上交换控制信息和用户数据的分组层规程，规定了虚电路业务规程，基本分组结构和数据分组格式以及可选用的用户业务功能等。这一层采用的是时分复用原理，实现一个源DTE利用一条物理电路呼叫多个目的DTE进行分组数据交换。此外还提供永久虚电路PVC业务，这是供用户固定使用的虚电路，源DTE不须呼叫就能立即使用虚电路。2/1/202321X.25的各层在功能上相互独立，每一层接收来自下一层的服务，而且向上一层提供服务。对等层之间的通信通过对等层间的协议来实现。物理层、数据链路层、分组层传送数据的单位分别是：“bit”、“帧”和“分组”。2/1/2023222/1/2023232/1/202324举例：简单描述OSI协议参考模型如何实现对等层的通信，并画出必要的示意图①创建数据；②将数据打包，准备传输。就是说，传输层创建传输层的头，将数据放到其后。；③向数据加入目标网络层地址。就是说，网络层创建网络层的头，将数据放到其后。；④向数据加入目标数据链路层地址。同样的，数路链路层创建数据链路层的头，将数据放到其后。；⑤传输这些比特。物理层进行编码，在媒体上用来传输帧的信号。2/1/2023254.4.1X.25协议1、协议分层结构X.25协议，由三层组成:1）物理层对应于OSI参考模型的第一层，定义两种电气接口标准：用于数字传输信道的CCITTX.21建议和用于模拟传输信道的V系列建议。（电气层）2）数据链路层，对应于OSI参考模型的第二层，采用HDLC规程，以帧作为处理对象，保证数据流在节点到节点之间的可靠传输，需要进行差错控制、流量控制。（数据链路层）3）分组层对应于OSI参考模型的第三层，可通过建立多条逻辑信道来实现资源共享，需要建立虚电路，并在交换节点完成分组的交换。（网络层）【注意：X.25协议是基于虚电路的分组交换；】2/1/202326在此分层结构中，数据在发送方从高层向低层逐层加封装，在接收方从低层向高层逐层解封装；双方的同一个层次构成对等层（对等层有相同的数据格式，对等层之间可以通信）；源端与目的端的高层之间进行的通信，而转接交换节点只处理到分组层。2/1/2023274.4.1X.25协议1、协议分层结构X.25协议分层模型DTE：数据终端设备；DCE：网络接口；【备注：X.25需要在分组层（网络层）进行分段路由选择与虚电路的建立，路由选择主要是洪泛法、固定路由表法；】交换节点交换节点2/1/2023282/1/2023294.4.1X.25协议2、物理层主要是建立信息传输通路，不执行控制功能，另外，还定义了DTE和DCE之间的电气接口。其接口标准主要有两种：X.21建议与X.21bis建议，X.21bis与V系列建议互相兼容，与RS-2312接口也兼容。X.21建议中的电路主要有T、R、C和I，X.21的接口电路少，可定义的接口功能多，是比较理想的接口标准，X.21bis标准则定义的接口电路复杂，灵活性不强。

DTE是数据终端设备，通常由输入设备、输出设备与传输控制器三部分组成。。

DCE是数据电路终端接口设备。2/1/2023304.4.1X.25协议3、数据链路层为了保证传输的可靠性，对于第三层（分组层）形成的分组，在链路层需要在每个分组前添加HDLC（高级数据连接控制规程）帧头，以形成X.25第二层的HDLC帧。信息帧，用于传输信息；监控帧，用于完成DTE、DCE接口的链路层监控；2/1/202331F：标志字段。表示一帧的开始、结束。A：帧地址段。在HDLC平衡全双工模式下，用于区别命令帧与响应帧。C：帧控制段。用于构成各种命令与控制，指示帧类型（信息帧、监控帧）。I：信息字段。FCS：帧校验字段。2/1/202332数据链路层的平衡全双工协议属于面向比特的数据链路总协议---HDLC协议的一个子集，常用平衡型链路接入协议（LinkAccessProtocolBalanced，LAPB）。LAPB采用平衡配置方式、异步平衡数据传送方式。平衡配置方式是指，链路两端设备都具有主站（该类站利用命令帧控制整个链路工作）和从站（该类站利用响应帧响应主站发出的命令帧）功能，相互之间可以发送命令和响应，该方式只支持点到点链路连接。异步平衡数据传送方式是指每个站都可以平等地向对端站发送数据。2/1/2023334.4.1X.25协议3、数据链路层数据链路层功能1）建立和断开链路。2）复位链路。3）校正差错。4）流量控制。2/1/2023344.4.1X.25协议4、分组层（1）虚呼叫的建立

LCN：X.25的逻辑信道号；2/1/2023354.4.1X.25协议4、分组层（2）虚呼叫清除2/1/2023364.4.1X.25协议4、分组层（3）虚呼叫建立、拒绝2/1/2023374.4.1X.25协议4、分组层（4）虚呼叫冲突2/1/2023382/1/2023394.4.1X.25协议4、分组层1.分组层功能（即：网络层功能）（1）传送与交换分组数据。（2）复位虚电路。（3）校正差错。（4）流量控制。【问答：

分组交换模式下，分组数据的交换是如何实现的？

】答：分组层的基本功能是在数据链路层的可靠传送保障下，通过建立虚电路，实现分组数据传输；在交换节点通过入端/出端的逻辑信道群号/逻辑信道号的映射转换，实现分组的空间和时间交换；虚电路的建立的过程，也就是各个交换节点的入端/出端的逻辑信道群号/逻辑信道号的映射关系形成的过程；2/1/202340

4.4.2路由选择路由选择方法可以分为静态法和动态法。（1）静态路由选择方法

静态法不需要路由表或者利用固定的路由表。洪泛法。不需要建立路由表，节点机收到一个分组后，只要该分组的目的节点不是本节点，就将该分组转发到可能的相邻节点，最终该分组必会达到目的节点。固定路由表法。在固定路由表法中，每个交换节点设置一张路由表。路由表中对每个目的地设有多条路由，每条路由给予一个选择概率，概率越大表示由此路由传送分组获得最小时延的可能性越大。当一个分组到达时，节点产生一个[0,1]均匀分布的随机变量，据此随机数和选择概率决定路由。X.25的分段路由选择与虚电路的建立，主要是洪泛法、固定路由表法；（一般了解）2/1/2023414.4.2路由选择（2）动态路由选择方法需要路由表，是指路由选择过程中所用的路由表要考虑网内当前业务量情况和线路畅通情况，并在网络结构发生变化后及时更新，以便在新情况下仍能获得较好的路由。为了做到动态路由选择，必须及时测量网内业务量、交换机处理能力和线路畅通情况等，并把测量的结果通知各相关交换机，以便各交换机计算出新的路由表。帧中继技术，在高层协议中通过计算直接得到路由表和虚电路，就是基于上述的动态路由选择方法。所以帧中继网络的协议分层结构可以进一步简化，即去掉网络层协议。（一般了解）2/1/2023424.4.2路由选择（2）动态路由选择方法从路由表调整方法角度来看，动态路由选择方法可以分为：1）集中式。由一个网络管理中心定时收集全网情况，按照一定算法分别计算出当时各个交换机的路由表，并且通过网络分别传送通知各个交换机。2）分布式。每个交换机定时把本身的处理能力及与其相连的线路畅通等情况向相邻或全部交换机报告，各交换机根据其它交换机送来的情况，按照一定的算法定时计算出本交换机的路由表。3）混合式。既有集中控制部分，又有分布控制部分。针对动态路由选择方法，显然需要每隔一段时间测量、通知并且更新路由表。（一般了解）2/1/2023434.4.2路由选择（2）动态路由选择方法集中式和分布式动态路由选择方法各有优缺点，前者传送路由信息的开销小，实现也比较简单，但功能过于集中，可靠性较差，后者与其相反。混合式综合利用两者的优点。2/1/2023444.4.3流量控制

分组交换的流量控制主要针对三方面的目的：1）防止因过载导致网络吞吐量下降和传送时延的增加。2）采用缓冲器划分和占用率控制方法，避免网络死锁现象发生。3）对网络资源进行公平分配。为了实现上述目的，分组交换通常实施如下图所示的几个不同级别上的流量控制机制：（重点了解）2/1/2023454.4.3流量控制

不同级别上的流量控制机制：1）段级流量控制：防止出现局部的节点缓冲区拥塞和死锁，根据是对相邻两个节点间的总流量进行控制，还是对其间每条虚电路的流量分别进行控制，段级还可划分为链路段级和虚电路段级.2）沿到沿级流量控制：是指从网络源节点至网络终节点之间的控制，其作用是防止终节点的缓冲区出现拥塞。3）接入级流量控制：控制进网的业务量，以防止网络发生拥塞。4）端到端级流量控制：是指源终端至目的终端进程之间的流量控制，其作用是在终端的高层用户进程级，防止用户缓冲区出现拥塞。2/1/202346X.25分组网与ISDN的互联应用说明：PSPDN与ISDN的协议不同，要进行协议转换。（1）先要解决寻址编号映射转换和PSPDN的协议（LAPB）与ISDN的No.7信令的互联问题。即：两个网络接口界面的对应两侧，分别通过映射，标明PSPDN的DTE编号、ISDN的DTE编号，以传递寻址信息。（2）在呼叫请求时，由ISDN的分组处理器根据接入点标识符，接入ISDN的B信道或D信道；2/1/2023472/1/202348【补充：综合业务数字网（ISDN）简介】俗称“一线通”。它除了可以用来打电话，还可以提供诸如可视电话、数据通信、会议电视等多种业务，从而将电话、传真、数据、图像等多种业务综合在一个统一的数字网络中进行传输和处理,这也就是“综合业务数字网”名字的来历。由于ISDN的开通范围比ADSL和LAN接入都要广泛得多，所以对于那些没有宽带接入的用户，ISDN似乎成了惟一可以选择的高速上网的解决办法，毕竟128kbps的速度比拨号快多了；2/1/202349ISDN有窄带和宽带两种。窄带ISDN有基本速率接口（2B+D，144kbps）和一次群速率接口（30B+D，2Mbps）两种接口。基本速率接口包括两个能独立工作的B信道（64kbps）和一个D信道（16kbps）。其中B信道一般用来传输话音、数据和图像，D信道用来传输信令或分组信息。B代表承载，D代表控制。2/1/202350ISDN有2种访问方式:

综合业务数字网基本速率接口(BRI)由2个B信道，每个带宽64kbps和一个带宽16kbps的D信道组成。三个信道设计成2B+D。主速率接口(PRI)-由很多的B信道和一个带宽64Kbps的D信道组成，B信道的数量取决于不同的国家:北美，中国香港和日本:23B+1D,总位速率1.544Mbit/s(T1)欧洲，中国大陆和澳大利亚：30B+D,总位速率2.048Mbit/s(E1)语音呼叫通过数据通道(B)传送，控制信号通道(D)用来设置和管理连接。呼叫建立的时候，一个64K的同步信道被建立和占用，直到呼叫结束。每一个B通道都可以建立一个独立的语音连接。多个B通道可以通过复用合并成一个高带宽的单一数据信道。D信道也可以用于发送和接受X.25数据包，接入X.25报文网络。（实际上，很少广泛使用）。2/1/202351宽带ISDN，可以向用户提供1.55Mbps以上的通信能力。但是由于宽带综合业务数字网技术复杂，投资巨大，还不大可能投入大量的使用，而窄带综合业务数字网已经非常成熟，完全具备了商用化推广的条件，因此各地开通的ISDN指的综合业务数字网实际上是窄带ISDN。2/1/2023524.5我国的公用分组数据交换网中国的公用数据通信网建设速度很快。电信部门建立CHINAPAC，CHINADDN，CHINAFRN等数字通信网络，形成了我国的公用数据通信网。2/1/202353CHINAPAC分组通信平台的应用在CHINAPAC网络平台上可以构架各种增值业务，如：电子信箱、电子数据交换、传真存储转发、可视图文、智能用户电报及数据库检索等业务。2/1/202354用户接入CHINAPAC的示意图2/1/202355复习：电路交换、报文交换与分组交换的比较1.电路交换2.分组交换2/1/202356电路交换当用户需要通信时，交换机就在收、发终端之间建立一条临时的电路连接，该连接在通信期间始终保持接通，直至通信结束才被释放。电路交换的特点：整个通信连接期间始终有一条电路被占用，即使在寂静期也是如此。信息传输时延小。电路是“透明”的，即发送端用户送出的信息通过节点连接，毫无限制地被传送到接收端。所谓“透明”是指交换节点未对用户信息进行任何修正或解释。对于一个固定的连接，其信息传输时延是固定的。固定分配带宽资源，信息传送的速率恒定。2/1/202357但是采用电路交换方式传送数据也有以下缺点：所分配的带宽是固定的，造成网络资源的利用率降低。通信的传输通路是专用的，即使在没有信息传送时别人也不能利用，所以采用电路交换进行数据通信的效率较低。通信双方在信息传输速率、编码格式、同步方式、通信规程等方面要完全兼容，这使不同速率和不同通信协议之间的用户无法接通。存在着呼损。由于通信线路的固定分配与占用方式会影响其它用户的再呼入，因此造成线路利用率低。电路交换适合于电话交换、文件传送、高速传真业务使用，但它不适合突发业务和对差错敏感的数据业务使用。2/1/202358分组交换1．报文交换2.分组交换2/1/2023591.报文交换报文交换(messageswitching)是根据电报的特点提出来的。交换机把来自用户的报文先暂时存在交换节点内排队等候，待交换节点出口上线路空闲时，就转发至下一节点