第六章分组交换与帧中继技术2

X.25协议是CCITT制定的数据终端设备DTE和数据电路终接设备DCE之间的接口规程，是针对分组交换网而制定的国际标准，它是广域分组交换网中最流行的终端用户和网络之间的接口标准，所以分组交换网也称X.25网。

X.25网络是第一个面向连接的公共数据网络，20世纪80年代被帧中继网络所取代，90年代以后,出现了面向连接的ATM网络。X.25简介

X.25协议是在传输介质的通信质量较差，终端用户对数据通信速率要求不高的历史背景下产生的，协议中含有复杂的差错控制和流量控制措施，只能提供中低速的数据通信业务，适于广域网互联。（传输路径上的每个结点都必须完整地接收每个分组，并且在转发之前必须完成错误检查；交换节点的吞吐率主要部分用于错误检查开销，X．25接口不可支持高达64Kbps的线路，CCITT在1992年重新制定了这个标准，并将速率提高到2Mbps）系统或用户层L3L2L1L1L2L3调制解调器调制解调器X.25分组层X.21X.21DCEDTEHDLC链路层端到端协议系统或用户层X.25分层协议结构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第一层

物理层物理层接口协议定义了DTE和DCE之间建立、维护和拆除一条物理链路的过程，包括机械、电气、功能和规程等特性。物理层采用X.21和V系列协议，定义从DTE到X．25分组交换网络中结点的物理／电气接口。RS－232－C通常用于X．21接口。物理层主要解决网络节点与物理信道如何连接的问题。第二层数据链路层(帧层)数据链路层规定了DTE、DCE之间的线路上交换帧的过程。链路层规程在物理层的基础上执行一些控制功能，以保证帧的正确传送。X.25数据链路层采用平衡型链路接入规程LAPB,它是高级数据链路控制规程HDLC的一个子集。

LAPB针对点对点连接，它为异步平衡模式会话提供帧结构、错误检查和流控机制。数据链路层的主要功能：1、在DTE和DCE之间有效的传送数据2、确保发送器和接收器之间的信息同步。3、识别并向高层协议报告规程中的错误4、提供差错检验，并且恢复丢失、重复或错误的数据，保证数据在物理信道上传输的正确性。5、向分组层通知链路层的状态。第三层分组层X.25分组层的主要功能是利用链路层所提供的服务，在DTE和DCE之间的接口上交换分组。分组层将一条数据链路按动态时分复用的方法，划分为多个逻辑信道，允许多台计算机或终端同时使用高速的数字信道，充分利用数据链路的传输能力和交换资源，实现按需分配。X.25建议各层间的信息关系

从高层来的消息，在X.25的第三层一般分为128字节/组长度的数据块，并在其前面加上分组标题成为一个分组头，然后送往X.25的第二层，分组在该层进行处理，加上HDLC标题、FCS以及011111110标志成为一个帧，送往X.25的第一层，最后送往线路进行传输。

HDLC是面向比特的数据链路控制协议，它是X.25栈的一部分，具有两种不同的实现方式：高级数据链路控制正常响应模式和HDLC链路访问过程平衡（LAPB）。其中第二种使用更为普遍。

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。高级数据链路控制HDLC简介（1）站类型 站是指链路两端的通信设备。主站：负责控制链路的操作，由主站发出的帧称为命令帧。从站：在主站的控制下操作，从站发送的帧为响应帧。复合站：兼具主站、从站的功能（2）HDLC支持两种链路配置：非平衡配置： 由一个主站和一或多个从站组成，配置方式可以是点到点或点到多点

平衡配置： 两个复合站组成，配置方式为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（1）正常响应方式（NRM）： 适用于非平衡配置。该操作方式适用于面向终端的点到点或一点与多点的链路。 在这种操作方式，传输过程由主站启动，从站只有收到主站某个命令帧后，才能作为响应向主站传输信息。响应信息可以由一个或多个帧组成。 主站负责管理整个链路，且具有轮询、选择从站及向从站发送命令的权利，同时也负责对超时、重发及各类恢复操作的控制。

三种数据传输模式（2）异步平衡方式ABM

适用于平衡配置，是一种允许任何节点来启动传输的操作方式。 为了提高链路传输效率，节点之间在两个方向上都需要的较高的信息传输量。在这种操作方式下任何时候任何站都能启动传输操作，每个站既可作为主站又可作为从站，每个站都是组合站，都有相同的一组协议，任何站都可以发送或接收命令，也可以给出应答，并且各站对差错恢复过程都负有相同的责任。三种数据传输模式（3）异步响应方式ARM 适用于非平衡配置，是一种非平衡数据链路操作方式。 与NRM不同的是，ARM下的传输过程由从站启动。从站主动发送给主站的一个或一组帧中可包含有信息，也可以是仅以控制为目的而发的帧。 在这种操作方式下，由从站来控制超时和重发。该方式对采用轮询方式的多站莲路来说是必不可少的。三种数据传输模式平衡型链路接入规程LAPB

LAPB是数据链路层协议，负责管理在X.25中DTE设备与DCE设备之间的通信和数据包帧的组织过程。

LAPB是源于HDLC的一种面向位的协议，它实际上是ABM（平衡的异步方式类别）方式下的HDLC。 LAPB能够确保传输帧的无差错和正确排序。2)LAPb的主要功能

1、编制帧序号。

2、16位帧检查序列（FCS）进行检错：

3、如收到的是正确数据，则回送一正确的认可（ACK）信号；

4、如收到时发现错误则请求对方重发，接收方将丢弃该帧，

5、而发送端在经过一段规定的超时期间后进行重发。

标志字段（F）：帧开始和结束（01111110）。地址字段A：表示链路层地址帧校验序列：用于检测帧传送过程中是否有错LAPB帧结构帧格式标志F地址字段A控制字段C信息字段I检验序列FCS标志F8bits8bits8bits16bits8bits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LAPB帧结构帧格式标志F地址字段A控制字段C信息字段I检验序列FCS标志F8bits8bits8bits16bits8bits长度可变信息（I）帧：传送高层用户的信息，即分组层交换的分组；

监控（S）帧：没有信息字段，作用是保证I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/FMM11LAPB帧结构无编号（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/FMM11LAPB帧结构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/FMM11LAPB帧结构分组交换机在分组网中的作用分组交换机是分组通信网中的核心设备。1、虚电路模式下的分组交换机作用：（1）路由选择（2）分组转发2、数据报模式下分组交换机的作用分组交换机对每一下分组都要进行路由选择。分组交换机的功能结构ITU-T只是对分组交换网和终端的互联方式做了相应的规范，但网内设备协议并没有相应的规范，因生产厂家的内部协议并不统一，所以分组交换机也是多种多样。从功能上，分组交换机一般由4个主要的功能部件组成：1、接口模块2、分组处理模块3、控制模块4、维护操作与管理模块一、接口模块接口模块负责分组交换机和用户终端之间或其它交换机之间的互联。二、分组处理模块主要任务是实现分组的转发。在虚电路和数据报方式下不同：在数据报方式，分组处理模块将接口送来的分组按分组头上的目的地址进行路由选择，从其它接口发出去虚电路方式下，在信息传输阶段，分组处理模块将从接口送来的分组，按分组头中的逻辑信道号，根据转发表，从另一个接口发出去。三、控制模块完成对分组交换模块和接口模块的控制。主要作用有两个：1、连接建立与转发控制虚电路模式：在呼叫建立阶段，根据用户呼叫要求进行呼叫处理，并根据路由表进行路由选择，以建立虚电路并生成转发表；在信息传输阶段，按照转发表，控制分组转发过程。数据报模式：只有信息传输阶段，根据分组头的地址信息查询路由表，直接将分组进行转发，不需要进行呼叫处理和生成转发表2、接口控制完成X.25链路层的功能，差错控制、流量控制四、维护操作与管理模块用于完成对分组交换机各部分的维护操作和管理功能分组交换机的指标体系（1）分组吞吐量（2）链路速率（3）并发虚呼叫数（4）平均分组处理时延（5）可靠性（6）可利用度（7）补充业务和增值业务分组交换网络分组交换网由分组交换机、网管中心、集中器、用户终端设备及传输设备等组成。见P144页图6－18帧中继技术1、帧中继的产生 分组交换技术是在通信网以模拟通信为主的背景下提出来的，当时数据传输的信道大多是FDM，信道带宽300~3400KHZ,传输速率不超过9600bit/s，误码率高。 为了解决高误码率，保证数据通信的质量，分组交换网内的每个节点必须提供检错、纠错和流量控制功能。20世纪80年代末90年代初，数字化技术、光纤传输技术以及超大规模集成电路取得了极大的成果，光纤传输可以获得较低的误码率，并比铜线传输技术有更宽的传输频带。计算机网络技术得到迅速的发展，LAN数量迅速发展，越来越多的用户需要局域网互联，实现更大范围的信息共享。而局域网数据传输速率已达到了1000Mbit/s.要实现高速局域网的互联，要求互联网络必需具有更高的传输速率。分组交换网中为实现较抵的误码率，采用了流量控制、差错控制、出错重发等技术，使得分组交换机开销很大，速率只能达到64Kbit/s。为了提高数据通信的吞吐量和传输速率，从两方面来考虑：一是提高物理信道的传输能力，另一方面是发展新的交换技术。在传输上采用了光纤通信技术，使得误码率达到了较低的水平，并且带宽大，因而将链路的差错控制和流量控制进行简化，以加快交换机的处理速率——帧中继就是在这样的背景下产生的。分组网络和帧中继网络协议的分层比较帧中继体系结构图Q.931/933用户选择Q.922Q.922核心I.430/I.431Q.931/933Q.922Q.922核心I.430/I.431用户网络C-placeU-placeUNIU-placeC-placeFRN的体系结构二个操作平面：控制平面C，用于在用户与网络之间建立和释放逻辑连接，传送并处理呼叫控制信息。用户平面U，传送用户数据和管理信息，提供端到端的功能。控制平面控制平面包括有3层，在用户和网络间操作。第3层使用Q.931/Q.933，定义了帧中继的信令过程，包括提供永久虚连接业务的管理过程、交换虚连接的呼叫建立和拆除过程。第二层Q.922是一个完整的数据链路协议，在控制平面中为第3层的控制信息提供可靠的传输。第一层I.430/I.431是用户网络接口(UNI)第1层规范用户平面用户平面使用了Q.922协议的核心功能。Q.922核心层功能（1）帧定界、定位和透明性。（2）使用帧头中地址字段进行帧复用/解复用。（3）检测传输帧在插0和去0之后，是否由整数个字节组成。（4）检测帧长，不能太长或太短。（5）检测传输差错，将出错的帧丢弃。（6）拥塞控制功能。

帧中继的帧格式帧中继的帧格式FAIFCSFF:标志位A：地址I：信息FCS：帧检验序列

LAPF数据链路层帧方式接入协议，定义在ITUQ.922中，是高级数据链路控制HDLC的子集。帧中继的帧格式帧中继帧发送在前标志标志地址信息帧检验序列字节122~41可变首部尾部IP数据报标志字段是一个01111110的比特序列，用于指示帧中继帧的起始和结束。它的惟一性是通过比特填充法来确保的。帧中继的帧格式帧中继帧发送在前标志标志地址信息帧检验序列字节122~41可变首部尾部IP数据报信息字段是长度可变的用户数据。帧中继的帧格式帧中继帧发送在前标志标志地址信息帧检验序列字节122~41可变首部尾部IP数据报帧检验序列字段是2字节的CRC检验。当检测出差错时，就将此帧丢弃。帧中继的帧格式帧中继帧发送在前标志标志地址信息帧检验序列字节122~41可变首部尾部IP数据报地址字段一般为2字节，但也可扩展为3或4字节。DLCI（高阶）C/REA(0)DLCI(低阶）FECNBECNDEEA(1)地址字段的扩展EA1低位DLCI或DL核心控制D/C3字节ADLCI（高阶）C/REA0DLCI(低阶）FECNBECNDEEA1DLCIEA0低位DLCI或DL核心控制D/CEA14字节ADLCI（高阶）C/REA0DLCI(低阶）FECNBECNDEEA1数据链路连接标识符

DLCIDLCI字段的长度一般为10bit（采用默认值2字节地址字段），但也可扩展为16bit（用3字节地址字段），或23bit（用4字节地址字段），这取决于扩展地址字段的值。

DLCI的值用于标识永久虚电路(PVC)、呼叫控制或管理信息。使一个用户在牺牲其他用户利益的前提下垄断网络资源概率最小数据链路连接标识符DLCI只具有本地意义。

地址字段中的几个重要部分

地址字段中的几个重要部分前向显式拥塞通知FECN若某结点将FECN置为1，表明与该帧在同方向传输的帧可能受网络拥塞的影响而产生时延。反向显式拥塞通知

BECN若某结点将BECN置为1即指示接受者，与该帧反方向传输的帧可能受网络拥塞的影响产生时延。

可丢弃指示

DE的长度是1bitDE比特为1的帧表明这是较为不重要的低优先级帧，在必要时可丢弃。

地址扩展EA

EA为0时，表示下一个字节仍为地址，EA为了时，表示下一个字节为信息字段的开始。地址字段中的几个重要部分

帧中继是在分组交换网的基础上发展起来的，它没有分组交换网的数据报方式，只有虚电路方式。帧中继方式也采用了统计复用技术，它是在链路层进行复用的，用DLCI来标识，与逻辑信道LCN相似，用以标识用户与网络节点、节点与节点间的逻辑虚连接。通过多级逻辑虚连接级联构成端到端的虚连接，有交换虚连接和永久虚连接之分。目前，帧中继网只提供永久虚连接。帧中继的交换原理帧中继交换设备A:输入端口10已收到包括有DLCI100，DLCI101和DLCI102三个帧。从交换设备A的路由表上查:

DLCI100应交换给出端口12，而DLCI100应改为103;

DLCI101应交给出端口13，DLCI101应改为DLCI104;

DLCI102交给出端口14，DLCI102应改为105。其中两帧被中继到交换设备B和C;交换设备B和C的路由表上查出:

DLCI103交换为DLCI106，

DLCI104交换为DLCI107。这两帧就被经过远端的UNI送到路由器内。

DLCI一般只具有本地意义，DLCI值在网内每一UNI上可重复使用而生成更多的虚电路。注意:本接口的DLCI值不为其它路由器认识的。帧中继网帧中继交换机路由器局域网局域网虚电路路由器帧中继提供虚电路服务帧中继网路由器局域网局域网虚电路路由器帧中继的PVC管理

定义：接口间交换一些询问和状态信息帧包括：UNI的PVC管理协议，NNI的PVC管理协议功能：链路完整性证实/增加PVC通知/删除PVC通知/PVC状态通知轮询周期：UNI和NNI周期性的交换STATUSENQUERY和STATUS信息过程：1.发起端询问STATUSENQUERY，T391计时；2.应答端收到，应答，T392计时；3.发起端阅读应答，处理；问题：增加了帧中继的复杂性，但能保障网路可靠运行，满足用户的服务质量帧中继的主要特点

与分组交换相比，帧中继有如下特点：（1）帧中继协议只有物理层和链路层，使得网内节点对数据处理过程简化，提高了帧中继网的处理效率。（2）帧中继协议结构中用户平面和控制平面分离。（3）帧中继网传送的基本单元为帧，而且帧的长度可变，适合于封装局域网的数据单元，减少分段和重组的开销。帧中继的主要特点（4）在链路层完成统计复用、帧透明传输和错误检测，但不提供发现错误后的重传操作。省去了帧编号、流量控制、应答和监视等机制，大大节省了帧中继的开销，提高了网络吞吐量、降低了通信时延。（5）帧中继提供有效的带宽管理和拥塞控制，用户可以传送超过带宽的突发性数据，充分利用网络资源。（6）帧中继可提供用户的接入速率为64kbit/s-2.048Mbit/s（7）与分组交换一样，帧中继采用面向连接的交换技术，可以提供SVC业务和PVC业务。由于SVC在资费方面不能给用户带来明显好处，所以，目前以PVC为主。重点小结一、分组交换网向用户提供的两种方式的信息传送服务。二、资源分配技术（1）预分配资源技术（频分复用、同步时分复用）（2）动态分配资源技术（统计时分复用）三、逻辑信道的概念四、帧中继的交换原理五、与分组相比，帧中继的主要特点 分组交换网向用户提供数据报和虚电路两种方式的信息传送服务。（1）数据报：数据报方式是指采用统计复用技术在分组网内根据每个分组中包含的地址信息将分组由信源传到信宿。它继承了报文交换的优点。

交换节点对每个分组进行单独处理，采用“存储/转发”的方式，根据分组中的地址和网络的状态为每个分组寻找路由，同一用户的分组沿着不同的路径到达终点，在终点按原来的顺序进行组合，还原用户数据。

数据报节点1节点2节点3节点4终端A终端Babcabcacbabc（2）虚电路：

虚电路方式采用统计复用技术，在用户数据分组前，选通过发送“呼叫请求”，建立端到端的虚电路，一旦虚电路建立，同一用户的数据分组沿这一虚电路传送，传送完毕后，通过“呼叫拆除分组”来拆除虚电路。

虚电路方式一次通信要经过