程控交換 復(fù)習(xí)材料5

第五章分組交換與分組交換網(wǎng)5.1分組交換技術(shù)與分組交換網(wǎng)分組交換也稱為包交換，是在報文交換基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種交換技術(shù)?；舅枷耄簩⒁獋魉偷臄?shù)據(jù)按一定的長度分成多個數(shù)據(jù)段，這些數(shù)據(jù)段稱為“分組”，發(fā)送端把這些“分組”分別發(fā)送出去。到達目的地，目的交換機將一個個“分組”按順序裝好，還原成原文件發(fā)送給收端用戶，這一過程稱為分組交換。分組交換技術(shù)：快速分組交換技術(shù)，幀中繼，異步傳輸模式。進行分組交換的通信網(wǎng)稱為分組交換網(wǎng)。典型應(yīng)用：ARPANET，CHINAPAC。5.2分組交換的基本原理5.2.1分組傳送方式(資源共享方式)

圖5.1統(tǒng)計時分復(fù)用（STDM）

分組傳送采用的是統(tǒng)計時分復(fù)用的方式，具有動態(tài)分配帶寬和用標(biāo)記區(qū)別數(shù)據(jù)所屬用戶的特點，實現(xiàn)了多用戶對線路資源的共享，同時提高了線路資源的利用率，并可很好地支持突發(fā)性業(yè)務(wù)。5.2.2分組的形成來自數(shù)據(jù)終端的用戶數(shù)據(jù)可能是很長的報文，我們需要將該報文拆分成若干段，并加上分組頭，組成一個完整的分組（packet），如圖5.2所示。

圖5.2分組的形成

分組頭中主要包含邏輯信道號(LCN)、分組的序號以及其他的控制信息。分組的類別：數(shù)據(jù)分組控制分組5.2.3分組交換方式分組交換：分組從源端經(jīng)分組交換網(wǎng)中各交換節(jié)點到達目的端的過程。實現(xiàn)方式：虛電路方式數(shù)據(jù)報方式虛電路方式虛電路方式就是指通信終端在收發(fā)數(shù)據(jù)之前，先在網(wǎng)絡(luò)中建立一條邏輯連接，在通信過程中，用戶數(shù)據(jù)按照順序沿著該邏輯連接到達終點。通信結(jié)束后，需要拆除該連接。注意：虛電路指的是一條邏輯連接，而不是指一條專門的物理通路。同一條線路可能同時被多條虛電路使用。虛電路方式分類交換虛電路SVC虛電路只在通信過程中存在，在數(shù)據(jù)傳送之前要建立邏輯連接也叫做虛連接或虛電路，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后需要拆除虛連接。永久虛電路PVC在兩個用戶之間存在一條永久的虛連接，不論用戶之間是否通信，這條虛連接都存在。虛電路方式的特點面向連接的工作方式分組按序傳送分組頭簡單對故障敏感數(shù)據(jù)報方式在數(shù)據(jù)報方式中，分組被獨立的對待，每一個分組都包含終點地址信息，彼此之間相互獨立的尋找路徑，同一份報文的不同分組可能沿著不同的路徑到達終點。在這種技術(shù)中，一個被獨立對待的分組就稱為一個數(shù)據(jù)報。特點：無連接的工作方式存在分組失序現(xiàn)象分組頭復(fù)雜對網(wǎng)絡(luò)故障的適應(yīng)能力較強數(shù)據(jù)報和虛電路的對比數(shù)據(jù)報省掉了呼叫的建立和清除過程，如果只傳送少量的分組，那么采用數(shù)據(jù)報方式的傳輸效率會比較高。對于數(shù)據(jù)報方式，由于每個分組是各自獨立在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)?，所以分組不一定按照發(fā)送時的順序到達網(wǎng)絡(luò)終點，因此在網(wǎng)絡(luò)終點必須對分組重新排序。而對于虛電路的方式，分組按已建立的路徑順序通過網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)終點不需要對分組重新排序。在數(shù)據(jù)報方式下，由于每個數(shù)據(jù)分組都要獨立的尋找路徑，所以單個數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)臅r延較大。而虛電路一旦建立，單個數(shù)據(jù)分組的傳輸時延則會小得多。數(shù)據(jù)報方式對網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)能力較強。電路交換與分組交換的比較電路交換分組交換接續(xù)時間較長數(shù)據(jù)報沒有接續(xù)時間，虛電路較長傳輸延遲時間平均短，偏差小，標(biāo)準(zhǔn)時延只有ms級平均長，偏差大，標(biāo)準(zhǔn)時延低于200ms傳輸可靠性一般，誤碼率小于10-7較高，誤碼率小于10-15傳輸效率高，呼叫建立后沒有額外開銷較低，每個分組都有額外開銷傳輸帶寬固定分配帶寬動態(tài)分配帶寬電路利用率低高過負荷控制拒絕繼續(xù)呼叫減少每個用戶的有效帶寬，時延增加交換機費用一般比較便宜費用較高應(yīng)用實時話音業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)5.2.4路由選擇分組交換網(wǎng)的主要功能就是接受來自源站點的分組，并將它們傳送到目的站點。因為通常在網(wǎng)絡(luò)中存在多條從源站點到目的站點的路徑也就是路由，所以為了完成分組傳送這個任務(wù)，必須選擇其中的一條路徑，這就是路由選擇功能。常見路由選擇策略：固定路由選擇洪泛式路由選擇隨機路由選擇自適應(yīng)路由選擇5.2.5流量控制分組交換網(wǎng)中各個節(jié)點交換機的處理能力和各條線路的傳輸容量是一定的，但是用戶終端發(fā)送分組的時間和數(shù)量具有隨機性。如果不對數(shù)據(jù)流進行控制，有可能造成網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)流分布不均勻，部分節(jié)點和線路上的數(shù)據(jù)流超過其處理能力或傳輸容量，造成網(wǎng)絡(luò)的阻塞。嚴重時，分組在網(wǎng)絡(luò)中無法傳送，不斷被丟棄，源節(jié)點無法發(fā)送新的數(shù)據(jù)，目的節(jié)點也收不到分組，造成死鎖。流量控制方法證實法－－滑動窗口證實機制，用于點到點的流量控制和端到端的流量控制。預(yù)約法－－預(yù)約緩沖存儲區(qū)許可證法－－在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置一定數(shù)量的許可證（空載，滿載），用來攜帶分組5.3分組交換協(xié)議——X.25協(xié)議5.3.1分組交換協(xié)議的結(jié)構(gòu)分組交換協(xié)議是在分組交換過程中數(shù)據(jù)終端設(shè)備與分組交換網(wǎng)內(nèi)各交換節(jié)點之間關(guān)于信息傳輸過程、信息格式和內(nèi)容等的約定。分為：接口協(xié)議UNI網(wǎng)內(nèi)協(xié)議NNIX.25協(xié)議是數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備（DCE）之間的接口協(xié)議，實現(xiàn)了接口協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化，使得各種DTE能夠自由連接到各種分組交換網(wǎng)上。它是目前使用最廣泛的分組交換協(xié)議。X.25協(xié)議定義了幀（Frame）和分組（Packet）的結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)傳輸通路的建立和釋放、數(shù)據(jù)的傳輸?shù)冗^程；順序控制、差錯控制和流量控制等機制；以及分組交換提供的基本業(yè)務(wù)和可選業(yè)務(wù)等。X.25屬于接口規(guī)程，沒有定義路由選擇算法，這屬于分組交換網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部控制功能，由各個廠家決定。（參見《分組交換工程》P163-165）X.25協(xié)議分為三層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和分組層，各層在功能上相互獨立，如圖5.7所示。圖5.7X.25的分層結(jié)構(gòu)5.3.2X.25的物理層物理層協(xié)議規(guī)定了DTE和DCE之間的電氣特性、功能特性和機械特性以及協(xié)議的交互流程。物理層完成的主要功能如下：在DTE和DCE接口處提供數(shù)據(jù)傳輸；在設(shè)備之間提供控制信號；提供時鐘信號，用以同步數(shù)據(jù)流和規(guī)定比特速率；提供電氣地；提供機械的連接器（如針、插頭和插座）。5.3.3X.25的數(shù)據(jù)鏈路層——LAPBX.25數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)程是要在物理層提供的雙向的信息輸送管道上實施信息傳輸?shù)目刂?。一般情況下，X.25的數(shù)據(jù)鏈路層采用的是HDLC（高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程）的一個子集LAPB（平衡型鏈路訪問規(guī)程）。HDLC的兩種鏈路配置：平衡配置：提供點到點鏈路非平衡配置：提供點到點鏈路和點到多點鏈路X.25只提供點到點的鏈路方式。數(shù)據(jù)鏈路層完成的功能DTE與DCE之間的數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送和接收端信息的同步傳輸過程中的檢查和糾錯有效的流量控制協(xié)議性錯誤的識別和告警鏈路層狀態(tài)的通知數(shù)據(jù)鏈路層幀類型與結(jié)構(gòu)按照幀的功能可以把幀分成三類：信息幀（I幀）、監(jiān)控幀（S幀）和無編號幀（U幀）。LAPB幀的基本結(jié)構(gòu)如圖5.8所示，所有幀均包含標(biāo)志F、地址字段A、控制字段C、幀檢驗序列FCS，部分幀還包含信息字段I。圖5.8LAPB幀的基本結(jié)構(gòu)各字段作用與功能標(biāo)志F：01111110，用于幀定界。地址字段A：在DTE和DCE之間交換的幀有兩種：命令幀：用來發(fā)送信息或產(chǎn)生某種操作；響應(yīng)幀：對命令幀的響應(yīng)。地址字段的作用就是來區(qū)分兩個傳輸方向上的命令幀和響應(yīng)幀－－單鏈路。A地址(03)：DCE的命令幀，DTE的響應(yīng)幀B地址(01)：DTE的命令幀，DCE的響應(yīng)幀地址字段還用來區(qū)分多鏈路的命令幀和響應(yīng)幀。C地址(0F)：DCE的命令幀，DTE的響應(yīng)幀D地址(07)：DTE的命令幀，DCE的響應(yīng)幀控制字段：用來區(qū)分幀的類型并攜帶控制信息的。各字段作用與功能命令響應(yīng)幀名稱控制字段比特編碼87654321信息幀I信息幀N(R)PN(S)0監(jiān)控幀RRRR接收準(zhǔn)備好N(R)P/F0001RNRRNR接收未準(zhǔn)備好N(R)P/F0101REJREJ拒絕N(R)P/F1001無編號幀DM已斷開方式000F1111SABM置異步平衡方式001P1111DISC斷開010P0011UA無信號確認011F0011FRMR幀拒絕100F0111SABME置擴充的異步平衡方式011P1111信息幀（I幀）用途：傳輸分組層的分組數(shù)據(jù)，只在數(shù)據(jù)傳輸過程中使用。識別標(biāo)識：C字段第一個比特為0。組成：N(S)：發(fā)送序號N(R)：接收序號探尋位(P)：P=1表示要探詢對端狀態(tài)監(jiān)控幀（S幀）用途：保護信息幀的正確傳輸，沒有I字段，只在數(shù)據(jù)傳輸過程中使用。識別標(biāo)識：C字段前兩位為1和0?？刂谱侄伟ń邮招蛱朜(R)?？勺鳛槊顜晚憫?yīng)幀，所以C字段第五位為P或F位。分類：RR幀：已正確接收到N(R)-1號及以前的幀，準(zhǔn)備好接受N(R)號信息幀；RNR幀：已正確接收到N(R)-1號及以前的幀，但此時處于忙狀態(tài)暫時不能接收新的I幀；REJ幀：已正確接收到N(R)-1號及以前的幀，請求對方重新發(fā)送標(biāo)號N(R)開始的幀。無編號幀（U幀）用途：應(yīng)用于鏈路的建立、斷開和復(fù)位等控制過程。識別標(biāo)識：C字段前兩位為11。組成：第五位為P/F位，34678位用于區(qū)分不同U幀。分類：SABM：命令幀，用于請求建立鏈路，接收方用UA幀表示同意，用DM表示拒絕；DISC：命令幀，用于斷開鏈路連接，接收方用UA幀表示同意；DM：響應(yīng)幀，表示本方已處于鏈路斷開狀態(tài)，還可以用作對SABM的否定回答；UA：響應(yīng)幀，對無編號命令幀的肯定應(yīng)答；FRMR：響應(yīng)幀，通知對方出現(xiàn)了用重發(fā)無法恢復(fù)的差錯狀態(tài)。包含信息字段，提供拒絕原因；SABME：命令幀，功能與SABM一致，工作方式為模128方式。各字段作用與功能信息字段只有信息幀和無編號幀的FRMR幀會包含信息字段。信息幀中的信息字段為來自分組層的分組數(shù)據(jù)。FRMR幀的信息字段為拒絕的原因。幀檢驗序列FCS用來檢查幀通過鏈路傳輸可能產(chǎn)生的錯誤。在發(fā)送方按照特定算法對發(fā)送信息進行計算而生成，并附于幀尾；在接收端通過檢查FCS判別在傳輸過程中是否發(fā)生了錯誤。數(shù)據(jù)鏈路層工作原理數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能是建立數(shù)據(jù)鏈路，利用物理層提供的服務(wù)為分組層提供有效可靠的分組信息的傳輸。階段劃分：鏈路建立信息傳送鏈路斷開系統(tǒng)參數(shù)和變量N(S)：發(fā)送序號，只包含在信息幀中，用來表示該信息幀的編號；N(R)：接收序號，包含在信息幀和監(jiān)控幀中，用來通知對端本端希望接受的下一個信息幀的編號；V(S)：發(fā)送變量，存在于通信實體中，用來保存下一個發(fā)送的信息幀的編號；V(R)：接收變量，存在于通信實體中，用來保存希望接受的下一個信息幀的編號；K：允許未證實的最大幀數(shù)，即最大窗口數(shù)；T：時鐘，又稱定時器。用于超時處理。鏈路建立過程DTE和DCE都可啟動鏈路建立過程，但是實際上常由用戶側(cè)的DTE在接入時啟動建立，網(wǎng)絡(luò)側(cè)的DCE處于守候狀態(tài)，通過發(fā)送連續(xù)的F標(biāo)志表示信道已激活。鏈路建立時，只要任一方發(fā)送一個SABM命令幀，對方如認為可以進入信息傳送階段，就回送UA響應(yīng)幀，同時把V(R)和V(S)置0，對端收到UA幀后，將V(R)和V(S)置0，鏈路建立成功。如果對方認為尚不能開始信息傳送，就回送DM響應(yīng)幀，表示鏈路未能建立起來。信息傳輸過程順序編號證實機制滑動窗口大小為K，表示可發(fā)送的未證實順序編號的I幀個數(shù)。通過I和S幀的N(R)進行證實。為提高效率，可在連續(xù)收到多個I幀后，對序號正確的多個I幀進行一次確認，N(R)等于最后一個幀的N(S)+1。如果接收方可接受新的I幀，而且有I幀發(fā)送，則用I幀捎帶確認。如果沒有I幀發(fā)送，就用RR幀確認。如果接收方處于忙狀態(tài)，就發(fā)送RNR確認，直到接收方可以接收新的I幀，再發(fā)送RR幀確認。超時重發(fā)機制鏈路斷開過程鏈路斷開過程是一個雙向?qū)ΨQ過程，可由DTE或DCE發(fā)起。任一方發(fā)出DISC命令幀，如果對方此時尚處于信息傳送階段，則回送UA響應(yīng)幀，然后進入斷鏈階段；如果對方已進入斷鏈階段，則回送DM響應(yīng)幀。DTEDTESABMUAI0,0RR1I1,0I2,0I3,0RR4I0,4I4,1I1,5I1,5RR2DISCUAV(S)=0,V(R)=0V(S)=1,V(R)=0V(S)=5,V(R)=2V(S)=2,V(R)=0V(S)=3,V(R)=0V(S)=4,V(R)=0V(S)=5,V(R)=1V(S)=4,V(R)=1V(S)=0,V(R)=0V(S)=2,V(R)=5V(S)=0,V(R)=1V(S)=2,V(R)=5V(S)=0,V(R)=2V(S)=0,V(R)=3V(S)=0,V(R)=4V(S)=1,V(R)=5V(S)=1,V(R)=4時鐘

超時建立鏈路信息傳輸斷開鏈路5.3.3X.25的分組層X.25分組層是利用鏈路層提供的服務(wù)在DTE-DCE接口交換分組。它將一條邏輯鏈路按照動態(tài)時分復(fù)用的方法劃分成多個子邏輯信道，允許多個用戶終端或進程同時使用一條邏輯鏈路，以充分利用線路資源。分組層的主要功能在X.25接口為每個用戶呼叫提供一個邏輯信道；通過邏輯信道群號（LCGN）和邏輯信道號（LCN）來區(qū)分與每個用戶呼叫有關(guān)的分組；提供交換虛電路（SVC）和永久虛電路（PVC）的連接；提供建立和清除交換虛電路連接的方法；為每個用戶的呼叫連接提供有效的分組傳輸，包括順序編號、分組的確認和流量控制過程；監(jiān)測和恢復(fù)分組層的差錯。

分組的類型與結(jié)構(gòu)分組：分組層傳送信息的最小單位。分類：數(shù)據(jù)分組：承載用戶信息的分組；控制分組：用于虛呼叫連接的建立、清除和恢復(fù)。數(shù)據(jù)鏈路層通過I幀承載分組信息。分組的組成：分組頭：通用格式識別符(GFI)，邏輯信道群號和邏輯信道號(LCGN+LCN)，分組類型識別符(PTI)；分組數(shù)據(jù)I幀F(xiàn)ACFCSF分組頭分組信息字段分組頭格式GFI：Q：用來區(qū)分分組是用戶數(shù)據(jù)(Q=0)還是控制數(shù)據(jù);D：表示數(shù)據(jù)分組是DTE到DCE的本地確認(D=0)還是DTE到DTE的端到端確認；SS：用來表示分組的順序編號是模8方式(SS=01)，還是模128方式(SS=10)。LCGN+LCN：X.25采用統(tǒng)計時分復(fù)用方式共享帶寬；用途：區(qū)分邏輯信道。PTI：GFILCGNLCNPTI87654321QDSS8765分組的分類分組類型從DCE到DTE從DTE到DCEPTI87654321數(shù)據(jù)分組DCE數(shù)據(jù)DTE數(shù)據(jù)xxxxxxx0控制分組流量控制分組DCERRDTERRxxx00001DCERNRDTERNRxxx00101DTEREJxxx01001其他控制分組呼叫建立分組入呼叫呼叫請求00001011呼叫連接呼叫接收00001111傳輸控制分組DCE中斷DTE中斷00100011DCE中斷證實DTE中斷證實00100111登記請求11110011登記證實11110111呼叫清除分組清除指示清除請求00010011DCE清除證實DTE清除證實00010111恢復(fù)分組復(fù)位指示復(fù)位請示00011011DCE復(fù)位證實DTE復(fù)位證實00011111重啟指示重啟請求11111011DCE重啟證實DTE重啟證實11111111診斷11110001數(shù)據(jù)分組數(shù)據(jù)用戶用于傳送用戶數(shù)據(jù)組成：P(S)：發(fā)送分組序號P(R)：接受分組序號M比特：后續(xù)數(shù)據(jù)比特，M=1表示該數(shù)據(jù)分組之后還有同一報文的分組，M=0表示該數(shù)據(jù)分組是報文的最后一個分組。P(R)MP(S)087654321虛電路與邏輯信道前面我們分別介紹過虛電路和邏輯信道的概念，那么這兩者之間有什么聯(lián)系和區(qū)別呢？（1）虛電路是在DTE-DTE之間建立的虛連接，存在于端到端之間；邏輯信道是DTE-DCE接口或中繼線上可分配的資源，存在于點到點之間，一條線路上可以存在多個邏輯信道。一條虛電路是由多個邏輯信道連接而成。每條線路的邏輯信道號是獨立分配的，同一條虛電路在不通線路上的邏輯信道號可能是不相同的。（2）邏輯信道是一直存在的，它分為占用和空閑兩種狀態(tài)；虛電路（不包括永久虛電路）隨著通信的開始而建立，通信結(jié)束后就被清除。分組層工作原理分組傳送方式采用統(tǒng)計時分復(fù)用，將一條邏輯鏈路劃分為多個邏輯信道，允許多個通信同時使用一條邏輯鏈路。用邏輯信道號LCN標(biāo)志每一個邏輯信道。X.25協(xié)議就是關(guān)于DTE和DCE接口之間虛呼叫分組數(shù)據(jù)通信的協(xié)議。分組層所要完成的功能就是在DTE和DCE接口之間建立虛電路連接，傳輸分組信息以及在通信結(jié)束時清除虛電路連接。系統(tǒng)參數(shù)和變量P(S)：發(fā)送分組號P(R)：接收分組號發(fā)送窗口：可以發(fā)送的未確認的最大分組數(shù)發(fā)送計時器：與數(shù)據(jù)鏈路層的T功能一致2.數(shù)據(jù)傳輸分組順序編號確認機制--滑動窗口超時重發(fā)機制鏈路層與分組層的不同點鏈路層幀的編號和確認在一條鏈路上進行；分組層分組的編號及確認是在一條虛電路上進行的。幀和分組的編號沒有關(guān)系。鏈路層的確認是在DTE和DCE之間進行，按照流量控制的類型分屬于點到點的流量控制。分組層的確認可在DTE和DCE以及主叫DCE和被叫DCE之間進行，具有點到點和端到端的流量控制。5.4分組交換機5.4.1分組交換機的結(jié)構(gòu)分組交換網(wǎng)的終端用戶與網(wǎng)絡(luò)之間的接口標(biāo)準(zhǔn)是統(tǒng)一的，幾乎所有的分組交換設(shè)備提供商都遵守并實現(xiàn)了這些標(biāo)準(zhǔn)。而交換網(wǎng)的網(wǎng)內(nèi)通信規(guī)程、分組交換機的設(shè)計以及網(wǎng)絡(luò)的維護、管理和控制至今沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各個廠家的內(nèi)部協(xié)議是互相不兼容的，分組交換網(wǎng)設(shè)備也是多種多樣的，沒有統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)。分組交換機的基本結(jié)構(gòu)交換單元 分組交換機交換單元的基本功能和電路交換機交換單元的基本功能是一致的，就是把信息從某個輸入端口送到某個輸出端口。區(qū)別：

首先，分組交換數(shù)據(jù)的突發(fā)性，在輸入輸出端口可能存在消息隊列，所以需要對信息進行緩沖存儲；

其次，分組交換采用統(tǒng)計時分復(fù)用，所以需要對分組頭中相應(yīng)標(biāo)示進行分析，以此作為選路的依據(jù)，而電路交換機以時隙作為依據(jù)。接口單元 接口單元包括用戶線路的接口單元和中繼線路的接口單元。其功能包括：用戶線的監(jiān)視和控制、分組的組合與分解、差錯控制、傳輸控制規(guī)程的控制等?？刂茊卧?控制單元用于完成整個系統(tǒng)的控制工作，其功能包括：呼叫處理、流量控制、路由選擇、系統(tǒng)配置等?？刂茊卧墓δ芤话阌绍浖硗瓿?。5.5分組交換網(wǎng)5.5.1分組交換網(wǎng)的構(gòu)成分組交換機用戶終端設(shè)備分組裝拆設(shè)備遠程集中器網(wǎng)絡(luò)管理中心傳輸線路5.5.2分組交換網(wǎng)的工作原理5.6幀中繼5.6.2幀中繼技術(shù)的特點幀中繼協(xié)議處理大為簡化。幀中繼的數(shù)據(jù)傳輸只涉及物理層和數(shù)據(jù)鏈路層兩層協(xié)議第二層協(xié)議只具有核心的功能：幀透明傳輸、差錯檢測和統(tǒng)計復(fù)用，不再完成糾錯、重發(fā)等操作大大簡化了交換節(jié)