第6章分组交换与帧中继技术L

6.1分组交换技术6.2帧中继（FR）技术6.3通信协议第6章分组交换与帧中继技术6.1分组交换技术6.1.1数据通信概述所谓数据，无论是文字、语声、图像，只要它们能用编码的方法形成各种代码的组合，并可用计算机进行处理、加工，都统称为数据数据通信按照现代通信的概念，凡是在终端以编码方式表示的信息、用脉冲形式在信道上传送的通信都叫做数据通信。6.1.1数据通信概述第1章介绍了利用电话通信网传输数据的方法，数据通信和电话通信有很多不同的特点，利用电话通信网可以传输数据，但是毕竟有许多限制，并且我们不能根据数据通信的要求去改造现存的电话交换网。因此需要研究适合于数据通信的交换方式，分组交换技术正是在这种情况下产生的。分组交换与电路交换的对比可以归纳为表6.1所示。6.1.1数据通信概述电路交换分组交换传输的信息语音、数据数据信息的复用方式同步时分复用统计时分复用信息的传输时实传输存储转发信息的最小单元时隙分组或者包差错控制无有延迟固定，小不固定，有时可能很大所需的处理简单复杂交换机成本较低较高带宽利用率低高表6.1分组交换与电路交换的对比6.1.2分组交换技术的产生

（1）把一个完整的信息段分成许多长度较短的数据块，分别给每一个数据块加上路由和控制信息，这样完整的信息段就变成了一个个独立的分组。（2）信息的交换是“存储转发”，以分组为单位进行传输。（3）动态复用－按照信源的发送速率分配线路带宽1.分组基本思想由于分组较短，且统一格式，便于交换机存储和处理，故分组在穿过交换机或网络时，时延在ms级。（1）（所有报文划分为分组）以分组为单位（2）分组具有标准格式，附加有地址、编号、校验码等控制信息（3）以存储转发方式传输分组，因分组短，实时性好（4）各分组可通过不同途径、不同顺序到达目的地2.基本特征：（CCITT规定）

分组交换的基本特征分组交换技术的优点信息传输质量高网络可靠性高线路利用率高经济性能和保密性好利于不同类型终端间的相互通信分组交换技术的缺点只能提供中低速的数据传输业务分组交换已经受到了宽带网络技术的巨大冲击。分组交换的优缺点1.数据通信系统的构成数据电路+传输控制规程=数据链路

DTE是与分组交换网端口相连的设备，可以是同步或异步终端，也可以是通用终端或专用终端，还可以是智能终端。调制解调器调制解调器

DCE是传输线路的终接设备，主要完成信号变换、适配和编码等功能，对于模拟传输线路，它一般为调制解调器（Modem），对于数字传输线路，则为多路复用器或数字信道接口设备。6.1.3分组交换的原理及应用数据通信系统的构成分组型终端(PT)非分组型终端(NPT)

分组型终端是能够执行X.25通信协议的终端。

如计算机数字传真机智能用户电报终端可视图文接入设备(VAP)局域网(LAN)各种专用终端等。

非分组终端是所有执行非X.25通信规程和无规程终端的统称非分组型终端是不能直接进入分组交换网的，必须在非分组型终端和分组交换网之间加入分组装拆设备(PAD)。

数据通信的过程中必需按一定的规程控制双方可靠的工作,传输控制器和通信控制器执行控制规程.数据电路+传输控制规程=数据链路数据通信系统的构成DCE的作用:若信道是模拟信道

DCE的作用是D/ADCE的作用把信道送来的模拟信号成数据信号,再送到DTE。DCE的作用若信道是数字信道则DCE的作用是实现信号码型与电平的变换、信道特性的均衡、定时供给等。数据通信系统的构成传输信道还有专用线路和交换网线路之分。交换网上通信时，每次通信首先要建立连接，通话，拆线如果是专线连接，则采用固定连接方法，无需上述的呼叫建立和拆线等过程。2.分组交换的工作原理分组交换技术假设：终端A和终端C通信终端B和终端D通信A

CBD非分组终端A发出带有接收终端C地址标号的报文，交换机甲将此报文分成两个分组，并进行路由选择，将分组1直接传送给交换机乙，将分组2通过交换机丙传输给分组交换机乙，分组经由不同的路径,

其顺序被打乱，接收终端重重新排序，然后递交给相应的处理器。数据报方式，分组头部装载有关目的地址的完整信息.

不需要经历呼叫建立和清除阶段，传输效率比较高，类似数据的报文交换。只不过发送的是若干个数据报，而不只是一个报文。

E-mail、飞信、手机短信数据报方式分组交换技术分组传输经过相同的路由，在接收端局通过装拆设备将分组组装成报文传输给非分组终端

A

CBD两个终端必须通过网络建立逻辑上的连接，每个分组头部指明的只为虚电路标识号，而不必直接是目的地址的信息；数据分组按已建立的路径顺序通过网络，在网络终点不需要对数据重新排序虚电路分组交换方式中电路的建立是逻辑上的，只是为收发终端之间建立逻辑通道虚电路方式数据分组中不需要包含终点的地址分组交换技术A

CBD具体地说，在分组交换机中设置相应的路由对照表，指明分组传输的路径，并没有像电路交换中确定具体电路或是PCM具体时隙，当发送端有数据发送，只要输出线上有空闲，数据就沿该路径传输给下一个交换节点，否则在交换机中等待。如果收发两端在通信过程中一段时间内没有数据发送，网络仍旧保持这种连接，但并不占用网络的传输资源虚电路方式数据分组中不需要包含终点的地址如：QQ聊天（语音、视频）分组交换技术3.分组交换网的应用（1）组建专网。将各部门的计算机联成网络，做到资源共享。（2）实现数据业务的处理。如金融系统的通存通兑、电子汇兑、资金清算、自动取款机业务等。证券公司的行情发布、公安部门的户籍、身份证管理等，都可以在分组交换网上开展。（3）通过分组网接入数据通信的增值业务网，如电子邮箱业务、国际计算机互联网业务等。例如银行系统在线式信用卡（POS机）的验证:首先，各大商场或超市内部形成局域网，网上的服务器提供卡的管理作用，用户刷卡后，通过服务器上的X.25分组端口或路由器设备连到商业增殖网，它与金卡网络结算中心通过数字专线连接。商业增殖网主要完成来自各大商场或超市的数据线路汇接及对其销售情况的统计等。结算中心又同各大银行的主机系统连接，实现对信用卡的验证和信用卡的消费。由于分组交换提供差错控制的功能，保证了数据在网络中传输的可靠性。6.1.4分组交换技术

分组交换是采用了“存储转发”及“动态复用”技术基本思想就是实现通信资源共享,因此，必需考虑资源分配问题

1.分组交换采用的统计时分复用技术多路复用将多个低速数据终端共同使用一条高速的线路

资源分配方法可分为两类：预分配(或固定分配)－－根据用户要求预先把线路传输容量

的一部分分配给用户。动态分配（按需分配）－－用户有数据传输时才分配资源，也称为统计时分复用（STDM）1.预分配技术分组交换技术－－资源分配把线路的通频带分成多个子频带，分别分配给用户，形成该用户数据传输的子通路，当该用户没有数据传输时，别的用户也不能用，此通路保持空闲状态。(1)时分复用(TDM)把线路传输时间轮流分配给每个用户，在分配的时间内用户没有信息传输，也不能由其他用户使用，而保持空闲状态。(2)频分复用(FDM)时分和频分复用方法都实现了多个用户对一条传输线路的资源共享。但是，线路空闲，其他用户也不能用，所以线路的利用率较低。

时分复用(TDM)频分复用(FDM)分组交换技术－－资源分配2.动态(按需)分配资源动态(按需)分配资源----根据用户实际需要分配线路资源这种方法称为统计时分复用(STDM)。当用户停发送数据时，其他用户可以用，线路利用率较高。A1、A2、A3；B1、B2；C1、C2、C3为用户“标记”(终端号，或子信道号

)分组传送方式：统计时分复用“按需分配带宽”动态分配带宽。用标记区别数据用户。实现了多用户对线路的资源共享。统计时分复用的分组传送方式的特点统计时分复用注：**同步时分复用、统计时分复用、异步时分复用同步时分复用利用不同的时隙使不同的信号同时传送而互不干扰，每个终端都固定地分配一个公共信道的一个时隙，即终端和时隙是“对号入座”(同步)的统计时分复用在同一个物理信道上同时传送属于多个不同通信的分组把公共信道的时隙实行“按需分配”，使所有的时隙都得到使用异步时分复用把公共信道的时隙实行“按需分配”，与统计时分复用相似不相同，异步时分复用将时间划分为等长的时间片，用于传送固定长度的信元（分组）。在统计时分复用方式下，对各个用户的数据信息分配一个时间片，每一个时间片，就是一个逻辑信道，使用标记进行区分。

在一条共享的高速复用物理线路上，就形成了逻辑上分离的多条信道(LCN，LogicalChannelNumber)或逻辑链路，如图6.4所示。2.逻辑信道6.1.4分组交换技术6.4逻辑信道示意图逻辑信道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LCN。线路的逻辑信道号作为线路的一种资源可以在终端要求通信时由统计时分复用（STDM）分配给它。对同一个终端，每次呼叫可以分配不同的逻辑信道号。用线路的逻辑信道号给终端的数据作“标记”，比用终端号更加灵活方便，这样一个终端可以同时通过网络建立多个数据子通路，STDM可以为每个子通路分配一个逻辑信道号，同时STDM中建立终端号和逻辑信道号对照表，网络通过逻辑信道号识别出是哪个终端发来的数据。

优点：信道利用率较高。

缺点：时延大、可能丢失数据。

面向连接的分组交换网：提供虚电路服务无连接的分组交换网：提供数据报服务分组交换有两种方式:虚电路（VC）方式－－面向连接的工作方式数据报（DG）方式－－采用无连接的工作方式

3.虚电路与数据报方式(1)虚电路（VC）方式－－面向连接的工作方式分组（报文）不带有接收终端地址标号只有中途各节点的路由方向

用户预约，由网络运营管理者事先建好一条永久虚连接，不用经历虚电路的建立和拆除阶段。交换虚电路方式：永久虚电路方式（专线）：如：QQ聊天（语音、视频）连接的建立数据传输连接的拆除如：?√√虚电路与数据报方式图6.5虚电路工作方式虚电路与数据报方式虚电路方式：在用户数据传送前，必须通过网络先向交换节点发送呼叫请求分组，经过交换节点将物理链路连接起来，建立端到端的虚电路，然后才能进入信息传输阶段，如图6.5所示。一旦虚电路建立，属于同一呼叫的数据分组均沿着这一虚电路传送，数据分组传送结束后，通过呼叫清除分组来拆除虚电路。分组交换网的主要形式图6.5虚电路工作方式电路交换中建立实连接时，不但确定了信息所走的路径，同时还为信息的传送预留了带宽资源；在建立虚电路时，仅仅是确定了信息的端到端路径，并不预留带宽资源，因此，在用户发送数据时才排队竞争带宽资源，所以，称为虚电路。虚电路工作方式如图6.5所示。终端A和C通过网络建立了两条虚电路，VCl经过节点1、2、3到达终端B，即构成虚电路A→1→2→3→B，VC2经过节点1、2、4、5到达终端D，即构成虚电路C→1→2→4→5→D。所有A→B的分组均沿着VCl建立的虚电路从A到达B，所有C→D的分组均沿着VC2建立的虚电路从C到达D，在节点1—2之间的物理线路上，VCl、VC2共享传输资源。若VC1暂时无数据传送时，所有的线路传送能力和交换机的处理能力全部为VC2服务，此时VCl并不实际占用带宽和处理机资源。

虚电路方式中数据分组交换过程举例图6.6虚电路方式中数据分组交换过程它包括入端口号、入端逻辑信道号（LCN）、出端口号、出端逻辑信道号LCN。数据分组在每一个节点都是按照此路由表进行信息交换、逐级转发最终到达目的终端的.在虚电路的数据分组沿着已建立好的连接到达目的地时，中间要经过若干个交换节点，每个交换节点都有一张路由表，图6.6所示。对于交换虚电路，该路由表是在连接建立阶段生成的，对于永久虚电路,该路由表是在申请业务时，由网络运营管理者设置生成的XZYVCLC两个DTE之间端—端的连接DTE与DCE之间的局部实体。如DTE与DCE之间的接口或网内中继线上可以分配的、代表子信道的一种编号资源。LC是由虚电路建立时途经的各个节点所分配的，因此LC只有局部意义。一条VC可以由多条LC组成，因为每个DTE可以使用不同逻辑信道，在DTE与DCE之间的链路最多有212=4096条逻辑信道(见分组头的格式)一个逻辑信道只能分配给一个虚电路虚电路在建立后才存在逻辑信道是一种客观存在，它有占用和空闲的区别，但不会消失。虚电路VC和逻辑信道LC的区别多条逻辑信道通过交换节点组成端一端的虚电路图6.7多条逻辑信道通过交换节点组成端一端的虚电路（2）数据报(无连接)的方式

数据报（DG）方式－－采用无连接的工作方式不需建立逻辑连接，每个分组按目的地地址独立选路—-无连接方式CL(ConnectionLess)虚电路与数据报方式图1.18数据报方式内容虚电路方式数据报方式技术领域电信计算机分组头的用户标志信息逻辑子信道标号完整的源和目的地址连接建立和拆除需要不需要路由选择仅在建立连接时进行对每个分组进行传输效率传送大量的分组传输效率会比较高传送少量的分组，传输效率比较高分组传送顺序分组均沿已建立的虚电路顺序传送分组可以不按顺序在网络中传输网络终点分组不用重新排序对分组重新排序时延时延小时延较大对网络适应能力差较强网络发生故障中断路由绕过拥塞路由继续通信重新建立虚电路绕过故障节点，少数分组丢失，通信继续应用较连续的数据流传送(文件、传真业务)询问/响应型数据业务表6.3虚电路方式与数据报方式比较数据报方式与虚电路方式比较

在分组交换方式中，每个分组都带有控制信息和地址信息，所以分组可以在网内独立地传输。在网内可以以分组为单位进行流量控制、路由选择和差错控制等通信处理。

非分组终端不能直接接收分组，它可以通过分组网内配置的具有分组装拆设备PAD与网络连接。4.分组的形成及分组的格式分组装拆设备的功能－－分组的组合与分解每个分组为128个8位组(字节)或根据通信线路的质量选用32、64、256或1024个8位组。

F:标致位A:地址字段C：控制字段FCS：帧校验序列通用格式识别符逻辑信道组号逻辑信道组号分组类型识别符分组头格式

QDSS87653个字节

D:为传送确认比特，D=0表示数据组由本地确认(DTE—DCE之间确认)，D=1表示数据分组进行端到端(DTE与DTE)确认。SS：为模式比特，SS=01表示分组的顺序编号按模8方式工作SS=10表示按模128方式工作。Q:限定符比特，用来区分是用户数据还是控制信息，1.分组头格式分组的形成8(bit)541净荷(数据)分组头分组类型识别符逻辑信道号逻辑信道组号通用格式识别符1B字2B节3B8765QDSS图6.8分组及分组头的格式通用格式识别符逻辑信道组号逻辑信道号分组类型识别符QDSS87653个字节

D:为传送确认比特，D=0表示数据组由本地确认(DTE—DCE之间确认)，D=1表示数据分组进行端到端(DTE与DTE)确认。SS：为模式比特，SS=01表示分组的顺序编号按模8方式工作SS=10表示按模128方式工作。Q:限定符比特，用来区分是用户数据还是控制信息，用以表示在数据终端（DTE）与交换机之间的时分复用信道上以分组为单位时隙号，可以同时支持4096个呼叫区分各种不同的分组，共分4类：呼叫建立分组用于在两个DTE之间建立交换虚电路。这类分组包括：呼叫请求分组、入呼叫分组、呼叫接受分组和呼叫连接分组。.数据传输分组用于两个DTE之间实现数据传输。这类分组包括：数据分组、流量控制分组、中断分组和在线登记分组。.恢复分组实现分组层的差错恢复，包括复位分组、再启动分组和诊断分组。

·呼叫释放分组用在两个DTE之间断开虚电路，包括释放请求分组、释放指示分组和释放证实分组。分组类型识别符的编码格式如表5.2所示。

分组的形成分组类型及识别符的编码格式用于在两个DTE之间建立交换虚电路。①②③④交换虚电路包括：用于两个DTE之间实现数据传输。

包括：数据分组流量控制分组中断分组在线登记分组实现分组层的差错恢复复位分组再启动分组诊断分组两个DTE之间断开虚电路包括：释放请求释放指示释放证实用于呼叫建立的分组呼叫请求分组入呼叫分组呼叫接受分组呼叫连接分组它们的格式相同，但它们的内容有些不同2.各类分组格式分组的形成(1)呼叫请求分组格式该分组的前三个字节为组头，第一个字节01，表示分组的顺序号按模8的工作方式，第二个字节为逻辑信道号；第三个字节（分组类型识别符）比特序列为00001011，表示该分组是呼叫请求／呼入分组。第四个字节的左边4个比特----表示主叫DTE地址长度，右边4个比特----表示被叫DTE地址长度。第五个字节是被叫DTE的地址，该地址容量占用几个字节由被叫DTE地址长度来确定。第六、七、八-(2)呼叫接受分组格式分组的形成--各类分组格式由于发送呼叫接受分组时，发送端至接收端的路由已经确定，所以呼叫接受分组只有逻辑信道号，而无主叫和被叫DTE的地址。(3)数据分组格式分组的形成--各类分组格式数据分组只有逻辑信道号而无被叫与主叫终端地址号（被叫地址占32比特），大大减少数据分组的开销，提高传输效率。两种格式包含的内容基本相同，只有分组的编号P(S)的长度不同，模8情况下占用3比特，模128情况下占用7比特，P(R)用于对数据分组的证实，它的长度与P(S)相同。P(S)称为分组发送顺序号，只有数据分组才包含P(S)。P(R)为分组接收顺序号，它表示期望接收的下一个分组编号，它表明对方发来的P(R)一1以前的数据分组已正确接收。数据分组和流量控制分组都有P(R)。

数据分组分组发送顺序号对数据分组的证实M:后续比特，M-0表示该数据分组是一份用户报文的最后一个分组

(4)呼叫释放分组格式分组的形成--各类分组格式释放请求及释放确认分组的格式相同。释放请求分组释放确认分组5.路由选择在分组交换网中，网络节点间一般都存在一条或多条路由。通信时交换节点的路由选择原则，选择最佳路径－－代价最低的路径。代价：如链路的带宽，传播延迟，租用成本，流量状况等（1）路由选择应考虑的问题①路由选择准则路由选择路由选择准则就是以什么参数作为路由选择的基本依据。路由选择的基本依据可以分为两类：方法：最小跳数法、最短距离法、最小费用法、最小时延法等。以路由所经过的跳数为准则以链路的状态为准则考虑链路的距离、带宽、费用、时延等。路由选择②路由选择协议

依据路由选择的准则，在相关节点之间进行路由信息收集和发布的规程及方法称为路由协议。包括路由参数：有静态配置（固定不变）、周期性变化或动态变化路由信息的收集和发布:有集中和分散两种方法。－对于大规模的公用分组交换网大多采用简单的自适应路由算法，同时仍保留固定路由算法做备用。路由选择实用化的路由算法一般分为:固定路由算法

—小规模专用分组交换网采用固定路由算法动态的自适应路由算法③路由选择算法路由选择固定路由算法根据网络结构、传输线路的速率、途经交换机的个数等等，预先算出某一交换机至各交换机的路由表，然后将此表装入该交换机的主存储器内。分组到达某节点后，根据该节点产生的[0,1]均匀分布的随机数和路由表选择概率决定路由。固定路由算法特点：此表在系统配置时生成，固定不变，但不能适应网络拓扑的变化（如由故障引起的）。例如：设有图5.17所示，交换节点有：123456路由选择根据要求算出交换机“1”

节点的路由表。图6.9固定路由选择示意节点1节点2节点3节点4节点5节点6目的地址下一节点目的地址下一节点目的地址下一节点目的地址下一节点目的地址下一节点目的地址下一节点221111111413333322222223444442323333545555554445636566656655表6.5图6.8各个节点的路由表LCI表示逻辑子信道标号

例：面向连接的－－－虚电路工作方式路由选择自适应路由算法自适应算法：路由的选择所用路由表，要考虑网内当前业务量、线路畅通情况。若网路结构有变化时，交换机要及时计算出新的路由表，及时更新，以便在新情况下仍获得较好路由。自适应路由算法有多种从工作方法来分：集中式分布式集中、分布混合式路由选择由一个网路管理中心(NMC)定时收集全网情况，按一定的算法分别计算出当时各个交换机的路由表，并通过网路分别传送通知各个交换机。集中式自适应路由算法各节点将变化信息集中传送到NMC，由NMC统一调整路由表后下载到各节点。可靠性较差，功能过于集中。但开销小，实现较易，各节点机无需进行路由选择计算，大大简化了节点交换机设计。路由选择分布式自适应路由算法分布式：每个交换机定时把自己的处理能力和与其相连线路畅通情况向全国或相邻交换机报告，各交换机据此算出路由表。各交换节点自行根据收到的网络变化信息调整路由表。当分组网采用VC方式时，只在呼叫建立时进行路由选择。在数据传送阶段，分组沿选定的路由传送。在节点机存有LC对照表。上述两种方法各有优缺点，集中式传送路由信息的开销少，实现也较简单，但功能过于集中，所以可靠性较差；分布式正好相反。集中、分布混合式路由选择为了综合两者的优点出现了混合式自适应路由算法。混合式自适应路由算法-------既有集中控制部分，又有分布控制部分。自适应路由算法的重要参数无论哪种方式，都要定时更新路由表，因此，每隔多长时间测量网内业务量、交换机处理能力和线路畅通情况，并更新路由表是自适应路由算法的重要参数。时间相隔太短：开销太大而且较复杂。时间相隔太长：不能反映网路当前情况。一般几分钟至十几分钟更新一次路由表。路由选择6.流量控制为什么需要流量控制流量控制的主要任务如何控制1.流量控制的必要性在分组交换网中，网络节点采用存储－转发的机制，如果分组到达的速率大于节点处理分组的速率，造成网络节点中存储区被填满，导致后来的分组无法被处理，造成拥塞。线路的传输容量也是有限的，如果网络中数据流不均匀，导致线路上流量超过负载能力，分组无法及时传送，造成网络拥塞，分组数据被丢弃。流量控制（1）在高输入负载时保证网络的安全运行；（2）公平分配网络资源；（3)避免网络死锁。2.流量控制的作用

死锁：当输入负载增大到一定程度时，吞吐量下降到零。拥塞对吞吐量和时延的影响流量控制图5.7分级的流量控制机制(4)源用户终端和终点终端之间的端到端的流量控制END(3)网络的源节点和终点节点之间的端到端的流量控制（1）相邻节点之间的点到点的流量控制流量控制可以分成几个级别来进行（2）用户终端和网络节点之间的点到点的流量控制3.流量控制的具体实施方案这些规约明确规定了数据的格式、事件实现顺序等有关问题。6.1.5

OSI及X.25协议通信协议：为进行数据的交换和传输而建立的规约。协议参考模型：体系结构及使用协议不同的系统之间通信的标准，即开放系统体系结构的参考模型。通信协议和协议参考模型是现代用于描述数据通信和通信网的基本手段1979年国际标准化组织(ISO)制定了一个为异机种系统间通信所必要的标准，即开放系统体系结构的参考模型（OSI）。计算机网七层协议的划分、功能和X.25建议及一些有关的协议1.开放系统互连参考模型(OSI)任何通信过程都可以抽象成为两个相同的通信实体。经过通信线路传送信息的过程，涉及到三个基本概念：向两端的实体提供某种通信能力。(1)连接两个通信实体的通信线路(2)相应两端的通信实体向用户提供某种业务(如话音通信)或通信能力。(3)逻辑通信线路上述通信线路和通信实体对用户而言，相当于一条逻辑通信线路例如，可以将传真机作为通信实体，利用的是电话线路提供图文传真的能力。为了明确一个通信过程，必须定义相应的通信线路和通信实体的功能。对于通信线路，需要定义它提供的通信能力。通信协议--抽象通信过程如：传真机电话线路图文传真①比特流传送②比特同步流量控制③差错控制④路由选择⑤对话过程管理⑥信息加密等诸多方面的操作。实际的数据通信过程必须完成的任务开放系统互连参考模型(OSI)单一通信实体完成所有操作是不可能的，不同的通信过程可以选择其中不同的组合，因此，可以将一个通信实体变成N个通信实体级联的结构。N个通信实体级联的结构通信系统分层的基本概念将N个级联的通信实体，看作一个通信实体的N个部件，从而得到N层通信实体。

通信系统分层的基本概念N层的通信实体把一个通信实体分成N层分别描述。就可以得到N层的协议参考模型。

每层实体完成特定的功能，上层根据下层提供的功能，增加本层相应的功能，进一步提交给更上层，最后得到可靠的通信的过程。通信系统分层的基本概念N层的协议参考模型任何同等层协议完成不是直接交互，而是通过下层提供的逻辑传输功能实现的。同等层之间的协议各个层次都只需要知道自己提供的服务，不需要知道下一层如何实现。采用分层结构的好处通信系统分层的基本概念(1)各层之间是独立的Router路由器(读取每一个数据包中的地址然后决定如何传送的专用,智能性的网络设备)当任何一层发生变化时，只要接口关系保持不变，不影响其他层。某层提供的服务都可以修改，当提供的服务不再需要时，可短路即取消该层。采用分层结构的好处(2)灵活性好(3)结构上可分隔开各层都可以采用最合适的技术来实现。(4)网络结构清晰整个系统分解为若干个独立的部分，使得一个庞大而又复杂系统的实现变得很容易处理、实现和维护。国际标准化组织(ISO)根据网络分层的原则，提出了计算机互连的七层OSI模型，将通信实体按其完成功能分为七层：开放系统互连参考模型示意图⑦应用层⑥表示层⑤会话层④传输层③网络层②数据链路层①物理层⑥信息加密等诸多方面的操作。⑤对话过程管理④路由选择③差错控制②比特同步流量控制①比特流传送七层参考模型的内容描述(1)物理层为它的上一层(数据链路层)提供一个物理连接以便透明传送比特流；确定代表“1”或“0”的电压幅度及识别问题；确定连接电缆的插头类型及连接问题.在两个相邻节点间的线路上，无差错地传送以帧为单位的数据。建立、维持和释放数据链路的连接。差错控制，出错重发。(2)数据链路层七层参考模型的内容描述每一帧的控制信息包括：有同步信息、地址信息、差错控制以及流量控制信息等。七层内容的概要描述(3)网络层寻址，即选择合适的路由和交换节点，将分组或包正确地找到目的站点，并交付给目的站的传输层。流量控制

将长报文分割成分组，然后交给下一层(网络层)进行传输。弥补低三层功能的缺欠和各种通信网的差别，保证数据传输的质量满足高三层的要求。透明地传送报文（分组）。在通信子网中没有传输层，传输层只能存在于主机之中。

(4)传输层（计算机网络体系结构中最为关键的一层）七层内容的概要描述对数据传输进行管理在两个相互通信的应用进程之间，建立、组织和协调其交互例如，确定是双工工作还是半双工工作，当发生意外时，要确定从何处重新恢复会话。

在会话层及以上的各层中，信息的传送单位是报文(5)会话层（会晤层或对话层）七层内容的概要描述将某一用户要交换的数据的抽象语法变换为适合于OSI系统内部使用的传送语法（语言不限）。对传送的信息加密(解密)。（七层中的其他一些层次也与信息加密(解密)有关）(6)表示层七层内容的概要描述确定进程之间通信的性质；负责用户信息的语义表示，并在两个通信者之间进行语义匹配。就是说，应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远地操作，而且还要作为互相作用的应用进程的用户代理，来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必须的功能。(7)应用层七层内容的概要描述计算机互连的七层OSI模型的平面图开放系统互连参考模型上以应用进程为界下以物理媒体为界应用进程和通信媒体不属于OSI参考模型。要传递信息就要利用一些物理媒体，如双绞线，同轴缆线等。

低层功能(即通信传送功能)

高层功能(即通信处理功能)，通常需由终端来提供第O层.广域网一般划分为通信子网和资源子网，一个通信子网只有物理层、数据链路层和网络层3层两台计算机通信可能要经过许多个节点和链路及通信子网七层内容的概要描述应用进程APA先将其数据交给第7层；第7层加上若干比特的控制信息就变成了下一层的数据单元第6层收到这数据单元后，加上本层的控制信息，再交给第5层成为第5层的数据单元；依次类推。到了第2层后控制信息分成两部分，分别加到本层数据单元的首部和尾部，而第1层由于是比特流的传送，所以不再加上控制信息。当这一串的比特流经网络的物理媒体传送到目的站时，就从第1层依次上升到第7层。图6.14开放系统互连七层参考模型示意图应用进程的数据如何在开放系统互连环境中进行传递的第O层.七层内容的概要描述应用进程的数据如何在开放系统互连环境中进行传递的图6.14开放系统互连环境中的数据流每一层根据控制信息进行必要的操作，然后将控制信息剥去，将剩下的数据单元交给更高的一层。最后，把应用进程A发送的数据交给目的站的应用进程。用一个简单的例子来比喻上述过程，有一封信从最高层向下传送，每经过一层就包上一个新的信封；包有多个信封的信传送到目的站后，从第1层起，每层拆开一个信封后就交给它的上一层，传到最高层后，取出发信人所发的信交给收信用户。

七层内容的概要描述虽然应用进程数据要经过如图6.14所示的复杂过程才能送到对方的应用进程，但这些复杂过程对用户来说，却都被屏蔽掉了，如前面介绍的抽象通信过程，以致应用进程APA觉得好像是直接把数据交给了应用进程APB。任何两个同样的层次之间，也好像如同图中水平虚线所示的那样，可将数据(即数据单元加上控制信息)直接传递给对方。这就是所谓的“对等层”之间的通信。我们以前经常提到的各层协议，实际上就是在各个对等层之间传递数据时的各项规定。

682.国际性的通信协议--X.25建议

为了实现各种终端用户和不同的分组交换网之间的自由连接，接口规程必须在全世界范围内实现统一，为此，国际标准化组织(ISO)和国际电报电话咨询委员会（CCITT）制定了一系列标准X.25协议属于接口协议。七层OSI模型（开放系统互连(OSI)”参考模型）

属于网内协议。

涉及分组交换的协议有许多，可分为接口规程和网内规程两种。

接口规程-----是指终端用户和网络之间的通信规程（X.25）网内规程-----是指网络内部(各通信处理机之间)的通信规程（OSI七层参考模型）。

本节主要介绍著名的X.25建议。√X.25建议的概述（1）X.25建议

X.25建议是分组数据网中最重要的协议之一，有人把分组数据网简称为X.25网。X.25是CCITT在1976年l0月通过的标准.当时很多国家都在建设公用分组交换数据网，为了便于国际及国内分组网的互通，CCITT制定了X.25建议。X.25建议规定了连接公用数据网上的分组数据终端设备(DTE)与数据电路终接设备(DCE)之间接口及应遵循的协议（规程）。调制解调器调制解调器模拟信号电话线例如：电话线上网（ADSL）X.25建议规定DTE与DCE之间接口及应遵循的协议DTE是CCITT对主机、前端处理器、智能终端等用户设备的统称。DCE在电话网的数据通信系统中是一个信号变换设备，可以是调制解调器、线路耦合器以及其他没备。DCEDTE国际性的通信协议--X.25接口建议

交换节点X.25（2）X.25环境下的DTE与DCEDCE-----是指DTE所连接的入口或交换节点如果DTE与交换节点之间的传输线路，采用模拟线路，那么DCE也把用户连接到远端交换节点的调制解凋器包括在内，国际性的通信协议--X.25接口建议

（3）X.25建议独立的层的概念

X.25包含的三个不同的、独立的层，相应于开放系统互连七层模式中下三层所规定的具体内容----即规定了DTE与DCE同层之间交换信息的协议。国际性的通信协议--X.25接口建议

网络层国际性的通信协议--X.25接口建议

图6.15X.25协议的分层结构（4）DTE与DCE之间接口的协议层次关系物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层高级数据链路控制HDLC国际性的通信协议--X.25接口建议

国际性的通信协议--X.25接口建议

DTE与DCE之间接口的协议层次关系DTEL3L2L1L3L2L1X.25分组层HDLC链路层物理层图6.16X.25分层结构连接及各层之间的信息关系示意图系统或用户端到端协议(高层协议)系统或用户调制解调器

调制解调器

X.21X.21DCE消息分组头数据HDLC头消息FCS标题数据比特流标志X.21比特流DCE各层之间的信息关系国际性的通信协议--X.25接口建议

从高层来的消息在X.25的第三层一般分为128个八位组长度的数据块，并在其前面加上分组标题成为一个分组，在该层作适当处理后送往X.25的第二层分组在第二层加上高级数据链路控制HDLC标题、FCS以及F标志,由011111110组合而成，成为一个帧，送往X.25的第一层最后送往线路进行传输FCS帧检查序列HDLC高级数据链路控制**必须注意，实际信息是从同一系统的高层低层以及低层高层传送的，但在逻辑上按开放系统互连层次模式的概念，信息是在两个系统的同等层之间传送的，所以图中的逻辑信道、逻辑链路等就是这种概念的体现。国际性的通信协议--X.25接口建议

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5.X.25各层的功能（1）物理层的X.21、X.21bis建议物理层定义了DTE和DCE之间建立、维持、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的物理层可以采用的接口标准有X.21建议和V系列建议。但考虑到目前世界各国仍在大量使用模拟信道传输数据的实际情况，CCITT又制定了X.21bis接口标准，它与V.24或RS-232接口兼容。由于X.21bis和V系列建议是兼容的，因此可以认为是一种接口标准。其中X.21bis接口所用接口线少，可定义的接口功能多且灵活，是较理想的接口标准。X.21bis／RS-232-C接口如图6.17所示。用于DCE提供DTE的码元定时以便使DTE与DCE的码元同步

DTE—DCE之间的主要接口线有6条用于发送数据用于接收数据显示传统的摘机挂机状态控制显示数据传送阶段开始与结束PC机调制解调器国际性的通信协议--X.25接口建议

图6.17X.21bis/RS-232-C接口示意图①空闲阶段----相当于电话网中的“挂机”状态。②控制阶段----为呼叫建立和呼叫拆除的时间段。③数据传送阶段----数据传输的时间段。以上三个阶段由C线及I线加以指示。DTE与DCE之间有三个时间阶段：图6.17X.21bis/RS-232-C接口示意图要在物理层提供的双向信息输送管道上实施信息传输的控制，它所面对的是二进制串行比特流，处理对象为帧。数据链路层规定了在DTE和DCE之间的线路上交换X.25帧的过程，在DTE的分组层接口和DCE的分组层接口之间架起了一道桥梁,主要功能有：(2)X.25的第二层(数据链路层)国际性的通信协议--X.25接口建议

·在DTE和DCE之间有效地传输数据；·保证收发同步；·纠错；·并向高层协议报告规程性错误；·向分组层通知数据链路层的状态。

X.25建议中采用了ISO制定的高级数据链路控制(HDLC)规程。国际性的通信协议--X.25接口建议

HDLC有几个子集链路配置：平衡（LAPB)非平衡两种一端配置为主站，由它控制整个链路的工作；主站向次站发送命令帧，次站向主站回送响应帧。两端均为复合站(兼有主、次站功能)，可互相发送命令帧与响应帧。如LAP(链路访问规程)LAPB(平衡型链路访问规程)LAPD(ISDN的D信道链路访问规程)

编制帧序号：在基本操作中允许最多在信道上有七帧未被处理。

检错：用类似于CRC一16（循环冗余校验）的16位帧检查序列(FCS)进行检错。

如收到的是正确数据，则回送一正确的认可(ACK)信号；如收到时发现错误，则请求对方重发，接收方将丢弃该帧，而发送端在经过一段规定的超时后，进行重发。

平衡型链路接入规程LAPB的主要功能国际性的通信协议--X.25接口建议-X.25的第二层(数据链路层)

帧检查序列F:标志位上一帧结束的帧标志同时是下一帧的开始标志字段。A：帧地址字段。在HDLC规程中用来区别次站地址，在X.25规程的链路层中用于区别命令帧和响应帧.FCS：帧校验序列国际性的通信协议--X.25接口建议-X.25的第二层(数据链路层)

图6.18HDLC帧结构国际性的通信协议--X.25接口建议-X.25的第二层(数据链路层)

图6.18HDLC帧结构国际性的通信协议--X.25接口建议-X.25的第二层(数据链路层)

图6.18HDLC帧结构

当在发送端用命令探询对方的响应时，轮询位P置“1”，当用于信息帧内则是请求一监示帧，它的响应可能表示接收方可以接受或认可，结束位F在监示响应帧内置“1”表示该帧是轮询的结果。国际性的通信协议--X.25接口建议-X.25的第二层(数据链路层)

图6.18HDLC帧结构X.25建议监示帧的控制字段除N(R)与上述相同外，第3、4位(SS)为监示功能字段，可以有三种组合，“00”表示接收准备就绪(RR)，即是已作好准备接收序号为N(R)的信息帧；“10”表示接收未准备就绪(NR)，表示正处于占用状态；“01”表示拒绝(REJ)命令，则是由DCE或DTE用来申请对方重发以N(R)开始的信息帧。图6.18HDLC帧结构X.25建议图6.18HDLC帧结构（3）X.25第三层(分组层)国际性的通信协议--X.25接口建议-X.25第三层(分组层)分组F帧头净荷(数据)帧尾F分组头I字段信息帧图6.19X.25的分组与信息帧的关系对来自高层的消息进行分组，并在每组数据中增加标题后交给数据链路层。具体功能：·为每个呼叫用户提供一个逻辑信道。·提供有效的分组传输、分组的确认和流量的控制。·提供永久电路(PVC)的连接和交换虚电路(SVC)的建立及拆除方法。·差错控制。X.25的每个分组都通过链路层存放在信息帧的I字段中，如图。6.2帧中继(FR)技术

分组交换采用ITU-TX.25协议，其协议控制复杂，因为X.25网络发展初期，网络传输设施基本是借用了模拟电话线路，线路带宽窄，且非常容易受噪声的干扰，误码率很高。为了确保传输无差错，X.25在每个节点都需要作大量的处理，逐段进行差错控制、流量控制等，因此分组交换机的处理速度慢，在一个典型的X.25网络中，分组在每个节点大约有30次左右的差错检查或其他处理步骤。帧中继方式实质上也是分组通信的一种形式，只不过它将X.25分组网中分组交换机之间的恢复差错，防止拥塞的处理过程进行了简化，把差错控制推到了网络的边缘。由于传输技术的发展，数据传输误码率大大降低，帧中继将分组通信的三层协议简化为两层，大大缩短了处理时间，提高了效率。帧中继是在OSI参考模型第二层的基础上采用简化协议传送和交换数据的一种技术，由于第二层的数据单元为帧，故称之为帧中继。帧中继一般只是应用于LAN之间的互连6.2.1帧中继的技术特点与其他协议的比较（1）帧中继技术主要用于传送数据业务。最适于要求传输速率高，信息传输突发性大的各类LAN的通信。（2）帧中继所使用的是逻辑连接，而不是物理连接，可实现带宽的复用和动态分配。（3）帧中继简化了X.25的第三层协议，只剩了物理层和数据链路层。协议在帧中继网中，一个节点收到一个帧时，大约只需执行6个检测步骤，而X.25中约需执行22个步骤，提高了帧中继网的处理效率。（4）在链路层完成统计时分复用、帧透明传输和差错检测；（5）帧中继的用户接入速率在64kb/s～2.048Mb/s之间，可提高到8～10Mbit／s，最高达到45Mbit/s。1．帧中继的特点6.2.1帧中继的技术特点与其他协议的比较（6）传送的基本单元为帧，帧的长度是可变的，允许的最大长度为1609字节／帧，适合于封装LAN的数据单元，适合传送突发业务(如压缩视频业务等)。（7）帧中继的网内节点检错不纠错。网内节点检测到差错，就将出错的帧丢弃，不采用重传机制，减少了帧序号、流量控制、应答等开销等，降低了网络时延。（8）帧中继采用了面向连接的工作方式，可提供PVC业务和SVC业务。目前主要采用PVC方式实现局域网的互连，如图6.22所示。LAN：局域网PVC：永久虚电路FRA：帧组装和拆分图6.22PVC方式实现局域网的互连帧中继(FR)概述OSI/分组交换、帧交换、帧中继协议处理的示意图(a)OSI协议层(b)X.25协议层(c)帧中继协议层(d)TDM协议层图6.23帧中继协议模型与其他协议模型对照示意图GSM是网络制式,就是中国移动和中国联通的2G网络.中国移动的3G网络制式是TD-SCDMA,联通的3G网络制式是WCDMA.中国电信的2G网络是CDMA1X,3G网络是CDMA2000TDM时分复用模式分组交换网、帧中继网协议比较帧中继一般只是应用于LAN之间的互连分组交换方式和帧中继交换方式从源站到目的站传送一帧信息,网络各链路上的情况比较帧中继的中间站只转发帧而不发送确认帧，即中间站没有逐段的链路控制，只有在目的站收到一帧后才向源站发回端到端的确认（不需要第3层）。

每一个节点在收到一帧后都要发回确认帧，而目的站在收到一帧后发回端到端的确认时，也要逐站进行确认。帧中继在OSI第二层以简化的方式传送数据，仅完成物理层、链路层和核心层的功能，协议结构：6.2.2帧中继的协议结构与帧格式1.协议结构智能化的终端设备把数据发送到链路层，并封装在Q.922核心层的帧结构中，实施以帧为单位的信息传送。帧不需要确认就能够在每个交换机中直接通过，若网路检查出错误帧，直接丢弃；第二、第三层的一些处理，如纠错、重发、流量控制等留给智能终端去完成，简化了节点机之间的处理过程。Q.922核心层的功能帧中继的协议结构(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／分用。(3)帧传输差错检测(但不纠错)。（4）检测传输帧在插0和去0后，是否整数个字节(5)检测帧长，不能太长或太短。(6)拥塞控制功能。一个帧中继帧也叫做Q.922HDLC（高级数据链路控制）帧，但现在一般都叫做LAPE（平衡型链路接入）帧，帧中继帧的格式和HDLC帧的格式类似，其最主要的区别是没有控制字段。2.帧格式帧中继的帧格式各字段的作用:是一个独特的01111110的比特序列，用于指示一个帧的起始和结束。数据链路连接标识符，用于标识永久虚电路(PVC)呼叫控制或管理信息。

反向显式拥塞通知“l”指示接受者与该帧在相反方向传输的帧可能受网络拥塞的影响而时延。正向显式拥塞通知“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延时。丢弃指示

扩展地址命令/响应扩展地址6.2.3帧中继业务的永久虚电路(PVC)

帧中继的标准Q.922定义了帧中继业务的永久虚电路(PVC).-----PVC是指在帧中继用户终端之间建立固定的虚电路连接，并在其中提供数据传送服务。另一个标准Q.931定义了帧中继业务的交换虚电路(SVC).SVC是指在两个帧中继用户终端之间通过呼叫建立或清除交换虚电路。目前在网中只提供永久虚电路业务。用户之间通过虚电路进行连接。在每一帧的帧头中都包含虚电路——数据链路连接标识符(DLCI)，这是每一帧的地址信息。每一个帧中继有PVC路由表，当帧进入网路时，帧中继通过DLCI的地址信息识别帧的去向。DLCI不是指终点的地址，而是逻辑连接路段。DLCI数据链路连接标识符帧中继采用统计复用技术，帧中继业务的永久虚电路(PVC)举例地址信息用户A的信息被封装在帧中进入节点机后，交换机首先识别到帧头中的DLCI=a，然后在相应的路由表中找出a对应的下一段地址，将帧送往下一个节点机，如此循环往复。直至送到与用户B相连的最后一个交换机，将地址映射为DLCI=b，从而把用户A的信息送到用户B。DLCI数据链路连接标识符帧中继业务的永久虚电路(PVC)举例帧中继交换方式有两种：DLCI数据链路连接标识符6.2.3帧中继的交换原理√永久虚电路(PVC)方式交换虚电路(SVC)方式DLCI数据链路连接标识符6.2.3帧中继的交换原理帧中继方式取消了分组交换技术中的数据报方式，而仅采用虚电路方式，向用户提供面向连接的数据链路层服务。帧中继也采用统计复用技术，并用DLCI来标识来区别逻辑链路，即DLCI来标识符是每一帧的地址信息。当帧进入网路时，帧中继通过DLCI值识别帧的去向。DLCI不标识目的地址，而是标识用户和网络节点以及节点与节点之间的逻辑虚连接(虚电路段)，由多段DLCI的级连构成端到端的虚连接(X.25中称为虚电路)。1.帧的转发过程DLCI数据链路连接标识符6.2.3帧中继的交换原理每一个帧中继交换机中都存在PVC转发表，当帧进入网络时，帧中继通过DLCI值识别帧的去向。其基本原理与分组交换过程类似；所不同的是：帧中继在链路层实现了网络(线路和交换机)资源的统计复用，而分组交换(X.25)是在分组层实现统计时分复用的。

帧中继中的虚连接是由各段的DLCI级连构成的，而X.25的虚电路是由多段LCN级连构成的。帧中继网中帧的转发过程举例图6.27帧中继网中帧的转发过程数据链路连接标识符(DLCI)6.2.4帧中继用户接入（1）帧中继用户接入设备帧中继用户接入设备是用户家用设备，其种类繁多，可以是标准的帧中继终端、帧中继拆／装设备、网桥或路由器等。（2）帧中继网络接口设备帧中继业务是通过用户设备和网络接口设备之间的标准接口提供用户信息的双向透明传送。网络接口设备包括：MODEM、TDM、LT、PCM、数字设备等。1.帧中继接入设备TDM时分复用模式6.2.4帧中继用户接入①X系列接口：如X.21接口、X.21bis接口等。②V系列接口：如V.35、V.36、V10、V.11、V24等。③G系列接口：如G.703，速率可为2Mbit／s、8Mbit／s、34Mbit／s或155Mbit／s等。④I系列接口：如支持ISDN基本速率接入的I.430接口和支持ISDN一次群速率接入的I.430接口等。帧中继网用户接入示意图如图6.28所示。2.用户设备和网络接口设备之间的物理接口规程TDM时分复用模式6.2.4帧中继用户接入图2.28帧中继网用户接入示意图时分复用器时分复用器NTI:用户设备和ISDN交换系统接口LT:（2B+D）速率线路终接(LT)单元6.2.4帧中继用户接入图2.28帧中继网用户接入示意图

①二线／四线话带调制解调传输方式：目前最高