第四章 分组交换技术2

2023/2/1《现代交换技术》1第四章分组交换技术与帧中继3帧中继原理与帧中继网络X.25协议2分组交换原理12023/2/1《现代交换技术》2第四章分组交换技术与帧中继4.1分组交换原理

数据通信及其特点

数据通信是将计算机技术和通信技术相结合，实现数据传输、交换、处理等功能的通信技术，所以其含义包括利用计算机进行数据处理和利用通信设备和传输线路进行数据传输两方面的内容。34数据业务数据通信具有很强的突发性，峰值比特率和平均比特率相差较大;

数据业务对时延没有严格的要求，但需要进行无差错的传输.数据通信及其特点电路交换的特点：带宽固定同步和对称性没有差错控制2023/2/1《现代交换技术》5频分复用FDMFDM：传输信道总带宽划分成若干个子频带，每一个子频带传输一路信号。2023/2/1《现代交换技术》6同步时分复用TDM：将信道的传输时间划分成若干时隙，各路信号轮流在自己的时隙内独占信道传输。固定分配带宽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。统计时分复用工作原理缓冲器缓冲器1b1c1b2b3c2c32c1b1b21b32统计时分复用缓冲器c2c3分组交换基本概念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信息各分组以“存储转发”的方式在网络中传递。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分组交换基本概念基本概念在统计时分复用中，对各用户的数据使用标记进行区分。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。分组的序号主要是用来标识该分组在原来的数据报文中的位置，以便于接收端能够将接收到的分组还原为原来完整的报文。逻辑信道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255254201

逻辑信道ABC2023/2/1《现代交换技术》14分组头格式87654321

通用格式标识符：对不同类型分组，其含义是不同的。

逻辑信道号LCN：16×256＝4096条，其中0号被LCN保留，只开放4095条。

分组类型标识符号：2023/2/1《现代交换技术》15分组的传输分组装配和拆卸设备（PacketAssembler/Disassembler，PAD）

是一个规程转换器或者说是网络服务器，主要功能是向各种不同的终端提供服务，帮助它们进入分组交换网，或者具体说就是帮助终端要发送的数据生成分组，并通过线路发送给网络（交换机）。2023/2/1《现代交换技术》16以分组为单位传送数据源端目的端节点A节点B节点C分组交换网的服务虚电路服务：提供面向连接的信息传送。数据报服务：提供无连接的信息传送。DTEDCEPSEPSEDCEDCEPSEDTE－数据终端设备DCE－数据电路终结设备PSE－分组交换设备数据报（Datagram）在数据报方式中，分组被独立的对待，每一个分组都包含终点地址信息，彼此之间相互独立的寻找路径，同一份报文的不同分组可能沿着不同的路径到达终点。在这种技术中，一个被独立对待的分组就称为一个数据报18数据报节点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

c所谓虚电路，是指用户在数据传送之前通过网络建立一条端到端的逻辑上的虚连接。实电路？

虚电路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B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=100LCN=302023/2/1《现代交换技术》23路由选择动态法（1）路由选择算法（2）集中式路由交换

静态法：（1）扩散式路由法（2）固定路由表法扩散式路由选择

每个节点接收到一个分组后检查是否收到过该分组，如果收到过就将它丢弃，如果未收到过，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。目的节点接受最先到达的副本，后到的副本将被丢弃。24优点：具有很高的可靠性缺点：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一般只用在可靠性要求特别高的军事通信网中。静态路由算法中最常用的一种。每个节点的路由表在系统配置时生成，表中给出该节点到达其他各目的节点经由路径的下一节点。算法简单，适用于网络拓扑结构和业务量相对稳定的情况。但难以适应网络拓扑和状态的变化，一旦被选路由故障，就会影响信息的正常传送。固定路由表算法26固定路由选择举例优点：处理简单缺点：缺乏灵活性2023/2/1《现代交换技术》27第四章分组交换技术与帧中继4.2X.25协议

X.25是ITU-T制定的公用分组网接口规范。

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。X.25建议X.25的提出2023/2/1《现代交换技术》29数据链路数据输入输出设备传输控制器数据终端设备（DTE）通信控制器主机中央计算机系统（DTE）数据电路终接设备（DCE）接口数据电路终接设备（DCE）传输信道接口数据电路数据通信系统的构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。对于模拟传输信道，DCE的做用就是A/D和D/A;如果信道是数字的，则DCE的作用是实现信号码型气电平的变换、信道特性的均衡、定时供给.2023/2/1《现代交换技术》30X.25协议的应用环境X.25:

“在公用数据网上以分组方式工作的数据终端设备

DTE和数据电路终接设备DCE之间的接口”。2023/2/1《现代交换技术》31X.25协议的系统结构和信息流关系

DTEDTE/DCE接口

DCE

链路逻辑接口

物理接口

多信道逻辑接口

用户高层

分组层

数据链路层

物理层

用户数据

H用户数据

FAC信息

FCSF

比

特

流

网

络

(a)

X.25接口逻辑结构

(b)

信息流关系

2023/2/1《现代交换技术》32物理层X.25协议的物理层规定采用X.21建议。物理层定义了DTE和DCE之间建立、维持和释放物理链路的过程，包括机械、电气、功能和过程特性，相当于OSI的物理层。2023/2/1《现代交换技术》33物理层X.25的物理层就像一条输送比特流的管道，只负责传输，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。2023/2/1《现代交换技术》34数据链路层

X.25链路层规定了在DTE和DCE之间的线路上交换X.25帧的过程。链路层规程用来在物理层提供的双向的信息传送管道上实施信息传输的控制。链路层的主要功能如下：差错控制，采用CRC循环校验，发现出错时自动请求重发；帧的装配和拆卸及帧同步；帧的排序和对正确接收的帧的确认；数据链路的建立、拆除和复位控制；流量控制。2023/2/1《现代交换技术》35高级数据链路控制规程HDLCX.25一般采用平衡型数据链路结构和平衡链路访问规程规程（LinkAccessProceduresBalanced，LAPB）。 LAPB按高级数据链路控制规程（High-LevelDataLinkControl，HDLC）的格式传送控制信息和数据信息。

规定DTE和DCE之间采用全双工物理链路连接，信息传输只按点到点方式进行。2023/2/1《现代交换技术》36HDLC帧结构标志字段（F）：01111110；比特填充技术。地址字段（A）:8bit,表示256个站地址。帧校验字段（FCS）：循环冗余校验。

控制字段（C）：表示帧类型、编号及命令、响应。三种类型：信息帧（I帧）、监控帧（S帧）、无编号帧（U帧）。信息字段（I）：可以是任意长度的比特序列，必须是8bit的整数倍。

I-帧：用户数据

S-帧：空

U-帧：控制数据HDLC帧结构

2023/2/1《现代交换技术》38

LAPB模8方式控制字段的分类格式控制字段比特76543210信息（I）帧N（R）PN（S）0监控（S）帧N（R）P/FSS01无编号（U）帧MMMP/FMM11——N(S):本站当前发送的帧序号——N(R):本站期望收到对方站的帧序号39信息帧I帧用于数据传送，它包含信息字段。I帧由帧头、信息字段I和帧尾组成。I帧的C字段的第一个比特为“0”，这是识别I帧的唯一标志；其它7位用于提供I帧的控制信息：在I帧控制字段中b1～b3比特为N(S)，b5～b7比特为N（R）。控制字段比特76543210信息（I）帧N（R）PN（S）0监控（S）帧N（R）P/FSS01无编号（U）帧MMMP/FMM11信息帧

监控帧用于监视和控制数据链路，完成信息帧的接收确认、重发请求、暂停发送请求等功能。监控帧的3种类型（由SS两个比特区分）：接收就绪（RR）：向对方表示已经准备好接收下一个I帧接收未就绪（RNR）：向对方表示忙状态，这意味着暂时不接收新的I帧拒绝帧（REJ）：要求对方重发编号从N(R)开始的I帧控制字段比特76543210信息（I）帧N（R）PN（S）0监控（S）帧N（R）P/FSS01无编号（U）帧MMMP/FMM1141无编号帧无编号帧用于数据链路的控制，它本身不带编号，可以在任何需要的时刻发出，而不影响带编号的信息帧的交换顺序。它可以分为命令帧和响应帧。用5个比特位（即M1、M2）来表示不同功能的无编号帧。控制字段比特76543210信息（I）帧N（R）PN（S）0监控（S）帧N（R）P/FSS01无编号（U）帧MMMP/FMM11P/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76543210信息（I）帧N（R）PN（S）0监控（S）帧N（R）P/FSS01无编号（U）帧MMMP/FMM112023/2/1《现代交换技术》43

X.25数据链路层的帧类型分类名称缩写作用信息帧—I帧传输用户数据监控帧（S帧）接收准备好RR向对方表示已经准备好接收下一个I帧接收未准备好RNR向对方表示忙状态，这意味着暂时不接收新的I帧拒绝帧REJ要求对方重发编号从N(R)开始的I帧无编号帧（U帧）置异步平衡方式SABM用于在两个方向上建立链路断链DISC用于通知对方，断开链路的连接已断链方式DM表示本方已与链路处于断开状态，并对SABM做否定应答无编号确认UA对SABM和DISC的肯定应答帧拒绝FRMR对双方报告出现了重发帧的办法不能恢复差错状态，将引起链路的复员2023/2/1《现代交换技术》44

X.25链路操作模式

X.25采用两个链路层地址，标识DTE（A：10000000）和DCE（B：11000000）。（DTE→DCE时目标地址为B，DCE→DTE时目标地址为A）。

根据帧中的地址码可知该帧是命令帧还是响应帧，因为在命令帧中填对方的地址，在响应帧中填自己的地址 方向帧类型DTE（用户）→DCE（网络）DCE（网络）→DTE（用户）命令帧B10000000A11000000响应帧A11000000B100000002023/2/1《现代交换技术》45复合站链路的建立和释放DTE发出置链路为异步平衡模式SABM，DCE用UA证实，链路建立。通信结束，DCE发出请求，通知对方断开链路DTE同意便发送证实分组，链路释放。2023/2/1《现代交换技术》46分组层分组层对应于OSI的网络层。为每个呼叫建立一个逻辑信道；

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；当主叫DTE想要建立虚呼叫时，它就发送“呼叫请求”分组。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；在虚呼叫任何一端的DTE都能够清除呼叫，通过发送“呼叫清除”分组和“清除指示”分组来完成呼叫清除过程。分组的类型与结构

分组层传送信息的最小单位为分组。分组的种类主要分为两大类：

数据分组，即真正承载用户信息的分组；控制分组，用于虚呼叫连接的建立、清除和恢复；2023/2/1《现代交换技术》48分组和信息帧的关系分组是由分组头和分组数据组成。数据链路层通过I帧来承载分组信息，不管何种类型的分组均放在I帧的信息字段中，每一个I帧包含一个分组。分组头格式分组头含有3个字段，共3个字节，这3个字段分别为：通用格式识别符、逻辑信道群号和逻辑信道号、分组类型识别符。通用格式识别符（GFI）

GFI由分组头的第一个字节的5～8位组成，共4个比特，它定义了分组的一些通用功能；

Q比特用来区分分组是用户数据（Q=0）还是控制信息（Q=1）；

D比特用来标识数据分组是DTE到DCE的本地确认（D=0）还是DTE到DTE的端到端确认（D=1），

SS比特用来表示分组的顺序编号是模8方式（SS=01）还是模128方式（SS=10）。逻辑信道群号LCGN和逻辑信道号LCN：共12bit，用于区分DTE—DCE接口上许多不同的逻辑信道。逻辑信道号分组类型识别符（PTI）

分组类型识别符为8比特，用于识别不同的分组。分组可以划分成两大类：数据分组和控制分组。分组类型2023/2/1《现代交换技术》532023/2/1《现代交换技术》54控制分组格式分组类型识别符（PTI）

数据分组用于传送用户数据。

发送分组序号P（S）；接收分组序号P（R）；以便于分组层的流量控制和重发纠错

M比特为后续数据比特，用于用户报文分段，M=1表示该数据分组之后还有属于同一报文的分组，M=0表示该数据分组是报文的最后一个分组。2023/2/1《现代交换技术》56数据分组格式57（1）呼叫建立过程58呼叫清除过程2023/2/1《现代交换技术》59虚电路的建立和清除过程DTEA对DCEA发出一个呼叫请求分组，表示希望建立一条到DTEB的虚电路。该分组中含有虚电路号，在此虚电路被清除以前，后续的分组都将采用此虚电路号；网络将此呼叫请求分组传送到DCEB；DCEB接收呼叫请求分组，然后给DTEB送出一个呼叫指示分组，该分组与呼叫请求分组具有相同的格式，但其中的虚电路号不同，虚电路号由DCEB在未使用的号码中选择；DTEB发出一个呼叫接收分组，表示呼叫已经接受；DTEA收到呼叫接通分组（该分组和呼叫请求分组具有相同的虚电路号），此时虚电路已经建立；DTEA和DTEB采用各自的虚电路号发送数据和控制分组；DTEA(或DTEB)发送一个释放请求分组，紧接着收到本地DCE的释放确认分组；DTEA(或DTEB)收到释放指示分组，并传送一个释放确认分组。此时DTEA和DTEB之间的虚电路就清除了。内容回顾分组交换的虚电路方式和数据报方式的比较？X.25是在公用数据网上以分组方式工作的(

)和(

)之间的接口X.25将数据通信分为哪些层?HDLC帧分为哪几种类型？2023/2/1《现代交换技术》602023/2/1《现代交换技术》61第四章分组交换技术与帧中继4.3帧中继原理与帧中继网络

2023/2/1《现代交换技术》62X.25分组交换技术的优点流量控制：可有效防止网络拥塞；路由选择：可建立最佳传输路径；统计时分复用：提高了线路利用率；差错控制：提高了可靠性。信道的传输能力快速分组交换技术如何有效提高分组交换网的吞吐量和传输速率？63X.25网的缺点模拟信道、信道质量差，信道差错方面处理比较复杂，数据传输的网络时延较大（差错处理、存储－转发等），端口速率低（<=64Kbps）。X.25分组交换网适用于交换式短报文的传输，不适合实时性要求高、信息量大的业务使用。2023/2/1《现代交换技术》64帧中继基本功能无差错传输媒介性能高智能用户终端的处理能力流量控制、纠错交由终端处理；节点仅完成OSI物理层和链路层核心功能；CRC差错检查特点：吞吐量高、时延小、适合通信距离长、突发性业务。帧中继是在数据链路层上使用简化的方式传送和交换数据单元的一种技术。它简化了协议，只完成OSI的物理层和数据链路层的核心功能，交换节点不再进行纠错、重发等工作，而是交由用户终端来完成。但这种简化是基于以下两个前提的：数字与光纤传输线路逐步取代了模拟线路用户终端的智能化程度大大提高。65帧中继技术的概述（1)帧中继协议处理大为简化。帧中继的数据传输只涉及物理层和数据链路层二层协议，二层协议只具有核心的功能：帧透明传输、差错检测和统计复用，不再完成纠错、重发等操作。网内节点只检错不纠错，出错帧丢弃，无重传机制，额外开销小。

大大简化了交换节点的协议处理过程，降低了通信时延，提高了网络对信息处理的效率。用户接入速率在64kbit/s至2Mbit/s，最高可达45Mbit/s。66帧中继技术的特点2023/2/1《现代交换技术》67帧中继协议与X.25协议

电气机械等特性、比特流传输

数据成帧、差错/流量控制

路由选择、虚电路复用

(a)X.25协议

电气机械等特性、比特流传输

数据成帧、路由选择

数据链路层

物理层

数据链路层

物理层

(b)帧中继协议

分组层

数据链路层

物理层

分组层

数据链路层

物理层

（2）帧中继采用面向连接的交换技术，可以提供交换虚电路（SVC）业务和永久虚电路（PVC）业务。目前帧中继网的应用主要是PVC方式。（3）帧中继数据流的复用和交换在二层进行。分组交换的最小单位是分组，分组的寻址和选路在X.25的三层完成；帧中继最小传送单位为帧，帧的寻址和选路在二层完成。68（4）帧中继提供拥塞控制和带宽管理机制。当用户终端发送的数据量超过了其预先约定的带宽时，网络会向该终端发送拥塞通知，提醒其减少发送数据量；用户终端在通信前要预先约定带宽，这种带宽管理有效避免了拥塞状况的恶化，提高了服务质量。帧中继采用统计复用方式，可动态分配带宽，允许突发数据占有未预定的带宽，以提高整个网络资源的利用率。692023/2/1《现代交换技术》70帧格式的比较LAPF帧格式(LinkAccessProcedurestoFrameModeBearerServices)

HDLC帧格式（High-LevelDataLinkControl）

2023/2/1《现代交换技术》71数据链路层帧接入协议LAPF标志（F）DLCIC/REA0

FECNBECN

DEEA1信息（I）字节12～4可变标志地址信息帧校验序列标志8765432121DLCIFCS01111110标志字段地址字段信息字段帧校验字段

标志段F用于帧的定界，每一帧的开始和结束都是标志段F。

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

数据链路连接标志符：用于标识永久虚电路(PVC)、呼叫控制或管理信息。FECN为前向拥塞通知，1表示同方向传输网络拥塞。BECN为后向拥塞通知，1表示相反方向传输网络拥塞。DE（丢弃指示）为优先权，DE置1的帧当网络拥塞时可丢弃。地址字段区分同一通路上多个数据链路，占2~4字节，2字节时DLCI为10bit，更多字节时用EA（扩展地址）控制，EA为1地址结束2023/2/1《现代交换技术》72数据链路连接标识符DLCIDLCI用途0传递帧中继呼叫控制报文1～15保留16～1007分配给帧中继过程使用1008～1022保留1024链路管理帧中继是面向连接的网络，提供虚电路服务。包括PVC和SVC。虚电路用DLCI标识，DLCI号仅具有本地意义。

帧中