第3章分组交换网剖析

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1、欢迎 各位参加 本次培训辅导,分组交换网,通信专业职业水平考试辅导,电路交换（circuit switching）,通信时需在两站间通过交换交换机先建立一条独享的通信“线路” 。 通信过程三次握手(handshake)： 建立连接(hello) 电路建立 源端向网络发送一个带目标端地址的请求联接信号(呼叫)，中间结点按一定路由算法分配一条可能达到目标的信道，在该呼叫的联接过程中，各中间结点“记住”了联接中的输入输出对应关系，相当于在源端和目标端间临时分配了一条直达通路，直至取消(例：打电话前先摘机拨号)。 数据传送(talk) 数字或模拟数据 一般为全双工。 取消连接(bye) 电路释放(电路

2、拆除),电路交换：源于电话通信技术,电路交换是由传统的电话通讯方式发展起来的一种交换方式。其特点是： 信道利用率很低(连接期间专用该通道，空闲照样付费)，建立电路和电路释放时间较长，小数据量传送不经济。 实时性好(连接期间无延迟)。 带宽固定(不适合猝发性大通信流量)，整个线路要求单一速 率，无差错控制功能。 只能一对一通信。 交换设备简单(纯硬件)，收发速度快 。,报文交换(message switching),采用存储转发(store-and-forward)技术实现数据传输，即 A站发出的数据被整个地作为一个“报文”(对报文大小没有限制)，且传送在每个中间节点处都要先存储一下再转发给下一

3、节点。它是由传统的邮递通讯方式发展起来的一种交换方式，该方式直接以一次传送的信息包(报文)为单位组织通信，如一封信、一个文件或一个电子邮件等，信息包长度不定，自带目标用户地址。它没有连接和取消连接过程，每个信息包传输过程中只是一段一段地占用信道，而不是占用整个链路。,报文交换：适合在公用电报网中使用,特点： 信道可复用（连接期间无需独占通道，多个报文可分时共享同一信道）。 带宽可调(对猝发性通信流量十分适合)。 实时性差(存储转发过程引起通信延迟)，不适用于语音和视频之类实时或交互式通信要求。 可实现一对多通信。 交换设备(节点)需用大容量存储器的电脑设备。 在实际应用中报文交换主要用于传输报

4、文较短、实时性要求较低的通信业务，如公用电报网。,分组交换（packet switching）,类似于报文交换技术，但所传输的数据被分割成一个个不等长的“分组”(packet，包)进行传送。由于每个分组数据包很小(一般为几千比特)，传送设备只需将它们保存在主存中再转发，而无需存储在物理存储设备中，所以速度、效率和实时性均优于报文交换。,报文交换,分组交换,图3-1 分组的形成与格式,图3-2 分组交换基本工作原理示意图,两种分组交换方式,分组交换的方式有两种： 数据报(datagram) 分割后的各个数据包（带有目的地址）通过网络单独发送到目的站再装配复原。“无连接”方法。 虚电路(virtu

5、al circuit) 传送方式与电路交换(建立连接数据传送取消连接)类似，但连接是“虚拟”的，数据包在每个节点处仍需存储转发，并不独占线路，故可进行多路通信。“面向连接”方法。,数据报交换,虚电路交换,三种交换技术比较,电路交换 数据传输前必须先通过呼叫设置一条完整通路。在线路拆除前该通路由一对用户完全占用。效率不高，适合于较轻和间接式负载使用的线路进行通信。LAN中广泛使用。 报文交换 报文从源点传送到目的地采用存储转发的方式，报文需要排队。不适合交互式通信，不能满足实时通信要求。通常用于公用电报网。 分组交换 与报文交换类似，但报文被分成分组传送，并规定了最大长度。数据报交换中，目的地需

6、要重新组装报文。虚电路分组交换中，数据传送前须通过虚呼叫设置一条虚电路。适用于交换中等或大量数据情况。,分组交换网的结构,网中设备功能,网络中主要设备有分组交换机、远程集中器、分组装拆设备、DTE和传输线路，网络管理中心。 分组交换机PS：用于数据的存储转发。 用户终端DTE：包括分组终端PT和非分组终端NPT。 远程集中器：将离交换机较远地区的低速数据终端的数 据集中起来，通过一条中高速电路送往交换机，提高电 路利用率 。 网络管理中心NMC：网络管理、监督和运行记录等 。 PAD设备：用于将非分组设备接入X.25网。位于DTE与 DCE之间，实现三个功能：缓冲、打包、拆包。 传输线路：主要

7、有模拟和数字两种形式。,PAD的工作原理,分组交换网的协议,原CCITT为公用分组交换网制定了X系列协议，其名称及主要内容见表3.1。其中X.25协议是分组数据网的核心协议，分组数据网有时也称为X.25网。 X.25协议规定了DTE与DCE之间的接口。DTE是用户设备，它相当于发往网络的数据分组信源或接收网络送来的数据分组信宿(一般为计算机或智能终端)。DCE通常是将DTE定义的信号转换成适合在传输信道中传送的设备，在X.25中，一般把DCE看作是与DTE连接的入口节点机或交换节点机，它包括安装在用户室内的调制解调器，用以与远程入口节点机相连，如图3-3所示。,图3-3 分组交换网的X.25接

8、口,表3.1 X系列建议,图3-4 X.25的协议结构,X.25协议物理层,物理层定义了二进制流传送的机械、电气功能和操作过程等特性，用于激活和断开DTE(用户设备)与DCE(网络设备)之间在物理介质上的连接，为物理层间提供无特征位的二进制流传送，ITU-T的X.21建议定义了DTE和DCE之间的数字同步传送方式。当采用模拟传送线路Modem时，或采用具有V系列接口的DTE时，可采用X.21bis建议，这时DTE和DCE的接口实际是采用V2.4与RS-232大体相当。 物理层就像一条输送信息的管道，它不执行重要的控制功能。控制功能由链路层和分组层来完成。,X.25协议数据链路层,数据链路层是在

9、物理层提供的双向的比特传输管道上实施信息传输的控制，采用了高级数据链路控制规程(HDLC)的子集平衡型链路接入协议(LAPB)作为它的数据链路层的规程。LAPB允许连接的两端中的任意端(DTE和DCE)都能发起初始化主叫另一端。链路层的主要功能有： (1) 在DTE和DCE之间有效地传输数据； (2) 确保接收器和发送器之间信息的同步； (3) 监测和纠正传输中产生的差错； (4) 识别并向高层协议报告规程性错误； (5) 向分组层通知链路层的状态。,LAPB的帧结构,LAPB帧包括帧头、封装在帧中的数据和帧尾。,1) 标志(F)：为帧标志，编码为01111110。当DTE或DCE没有信息要发

10、 送时，可连续发送F。 2) 地址字段(A)：8 bit，表示的是命令帧的接收者和响应帧的发送者的 地址。 3) 控制字段(C)：8 bit，主要作用是指示帧的类型。 4) 信息字段(I)：用来装载分组层的数据分组，其长度可变，128字节或 256字节。 5) 帧校验序列(FCS)：16 bit，用来检测帧的传送过程是否有错。,X.25 协议分组层,分组层对应于OSI的网络层，分组层是利用链路层提供的服务在DTE-DCE接口上交换分组。它是将一条数据链路按动态时分复用的方法划分为许多个逻辑信道，允许多台计算机或终端同时使用高速的数据信道，以充分利用逻辑链路的传输能力和交换机资源，实现通信能力和

11、资源的按需分配。分组层的功能如下： (1) 在X.25接口为每个用户呼叫提供一个逻辑信道，并通过逻辑信道号LCN来区分同每个用户呼叫有关的分组； (2) 为每个用户的呼叫连接提供有效的分组传输，包括顺序编号，分组的确认和流量控制过程； (3) 提供交换虚电路SVC和永久虚电路PVC，提供建立和清除交换虚电路连接的方法； (4) 监测和恢复分组层的差错。,分组交换网的特点,用户设备通过“集中器”或直接接入分组交换机。使用集中器的目的是便于用户就近接入。 分组交换网采用X系统标准，其中PSX和DTE之间的联接和通信标准为X.25 协议。DTE用户终端只要外部接口符合X.25分组交换技术建议标准，就

12、可接入任何公司的分组交换网 。 分组交换网采用虚电路技术，比PSTN具有更好的信道利用率，常用于构筑广域网。传输速率64kbps。 分组交换网最大优点是在传输中可进行差错校验，能够在线路误码率较高时保障数据完整可靠的传输。但现在线路质量已大大提高， 分组交换网 PSDN已进入暮年。,中国公用分组交换网（一）,中国公用分组交换网(CNAPAC)，1989年11月开通了一个小规模分组交换网（CNPAC）。该网由3个节点机、8个集中器和22个分组装拆设备组成。该网覆盖全国省会以上城市有1000多个端口，有近千个用户，开通8条国际中继线路与国际网互连。但由于网络容量较小、传输速率低、端口数量较少，原邮

13、电部决定组建新的分组交换网。 新建的中国公用分组交换网(CHINAPAC)于1993年9月开通,由原邮电部统一组建，引进加拿大北方电信公司的DPN-100分组交换系统，全网由32个交换机组成，覆盖全国所有省、市中心城市。汇接中心间采用完全网状网结构，网内每个交换中心都有2个或2个以上不同汇接方向的中继电路。,中国公用分组交换网（二）,CHINAPAC与公用电话网、用户电报网、DDN、VSAT、CHINANET以及各省市的地区网、各大型企事业的局域网均可实现互连。目前，CHINAPAC已经与世界上23个国家和地区的44个公用分组交换网进行了互连，这样国内的任何一台计算机均可通过CHINAPAC进

14、行国际间数据传输和通信。,CHINAPAC网络组成（一）,CHINAPAC的网络等级采用二级结构，即由骨干网（一级交换中心）和地区网（二级交换中心）组成。根据业务量、流向和行政区划分确定各级交换中心的位置。如图3-5所示。 骨干网：分组网一级交换中心为骨干网，由31个省会级城市、直辖市的32个节点组成；北京、上海为国际出入口局，广州为港澳出入口局；另外北京、上海、沈阳、武汉、成都、西安、广州及南京8个城市为汇接中心。汇接中心采用完全网状结构，其他节点采用不完全网状结构，网内每个节点有2个以上不同方向的电路，从而保证了网络的可靠性。,CHINAPAC网络组成（二）,中继电路采用数字电路，通信速率

15、为64kbit/s 2Mbit/s，每个节点中心吞吐量为32006400分组/s,每秒可处理250次呼叫。1995年底，这8个汇接局都配置了性能更高的分组交换机，从而使中继速率达到34Mbit/s，处理能力进一步提高。 地区网：分组网二级交换中心为地区网，它由各省市的交换中心组成骨干网与各省、市地区内的各交换中心采用辐射连接。网络组织安排、技术标准、网间互连等均应符合原邮电部1990年12月颁发的公用分组交换数据网技术体制的要求。,图3-5 CHINAPAC骨干网结构图,分组交换网提供的业务,分组交换网可以提供 2 种基本业务： 可交换虚电路(SVC) 和永久虚电路(PVC)。 虚电路的概念：数据交换前，根据网络情况选择最佳路径，将各段逻辑信道连接组成逻辑电路，该逻辑电路只有传送数据时才占用。 SVC：临时逻辑连接，通过数据终端拨号建立，通信结束后拆除逻辑连接。 PVC：虚电路的永久连接，如同租用专线，用户不需要拨号和拆除，随时可以使用该逻辑信道。,实例：通过X.25网实现局域网互连,64kb/s,X.25,64kb/s,LAN1,路由器,LAN2,路由器,同步Modem,同步Modem,