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1、4.8帧中继,X.25协议是在通信网以模拟通信为主的时代背景下提出的，当时可提供数据传输的信道大多是频分制电话信道，信道带宽为300Hz 3400Hz，这样，各信道的数据传输速率一般不超过9600bit/s，误码率为10-4 10-5。 这样的信道当然不能满足数据通信的要求，为了解决这一问题，X.25规定了丰富的控制功能，通过X.25的控制，一方面实现了信道的多路复用，另一方面把误码率提高到10-11的水平。,1、帧中继技术发展的背景,这样就满足了绝大多数数据通信的要求。但是，通过这种方式提高信道的可靠性，代价是十分高昂的。 X.25规定的复杂的控制功能，增加了分组交换机处理的负担，使分组交换
2、机的吞吐量和中继线上的速率的进一步提高受到了限制，使分组的传输时延比较大。 上世纪80年代以来，数字通信、光纤通信和计算机技术取得了飞速的发展，计算机终端的智能化和处理能力不断提高，使得终端系统完全有能力完成原来分组网节点所能完成的工作。,例如终端系统可以纠错等。此外，高性能光纤传输系统的大量使用，使得传输质量得到极大提高，从而把差错纠正放到终端系统去完成，以提高节点的转发效率，因此，开始研究新的分组交换技术以适应新的传输和交换的要求。 帧中继就是一种新的快速分组交换技术。,（1）帧中继协议栈结构 帧中继的设计思想非常简单，帧中继将用户平面和控制平面分离，用户平面完成用户信息的传输，控制平面用
3、来完成信令信息的处理、传送和管理。信令用于逻辑连接的建立和拆除。,2、帧中继的协议栈和帧格式,在用户平面采用数据链路核心协议，帧中继将X.25规定的网络节点之间、网络节点和用户设备之间，每段链路上的差错重传等控制推到网络边缘的终端来完成，网络只进行差错检查，丢弃出错的帧，简化了节点间的处理过程，节点高速转发。,帧中继将X.25网络的下三层进一步简化，取消了网络节点的差错控制、流量控制功能，并将X.25网络第三层的虚电路复用和路由选择交由第二层完成。,2、帧中继的协议栈和帧格式,帧中继包括两个操作平面： 控制平面（C-plane）:用于建立和释放逻辑连接，传送并处理呼叫控制消息； 用户平面（U-
4、plane）:用于传送用户数据和管理信息。 1）控制平面 控制平面（简称C平面）包括三层。第3层规范使用ITU-T的建议Q.931/Q.933定义了帧中继的信令过程，提供永久链接PVC业务的管理过程，交换虚连接SVC业务的呼叫建立和拆除过程。第2层Q.921协议是一个完整的数据链路协议D信道链路接入规程，它在C平面中为Q.931/Q.933的控制信息提供可靠的传输。 C平面协议仅在用户和网络之间操作。,1）帧中继协议结构,2）用户平面 用户平面（简称U平面）使用了ITU-U Q.922协议，即帧方式链路接入规程LAPF，帧中继只用到了Q.922的核心部分，称为DL-Core. 3） Q.922
5、的核心部分（ DL-Core ）的功能。 帧定界、定位和透明传送； 利用DLCI进行帧复用和解复用； 检测帧不超长、不过短，且为8bit的整数倍； 利用FCS检错，如发现有错，则丢弃； 利用FECN和BECN通知被叫用户和主叫用户网络发生拥塞； 利用DE位实现帧优先级的控制。,（2）帧中继的帧格式,（1）标志字段（F）：用于帧的定界，每一帧的开始和结束都是标志字段F。是一个 01111110 的比特序列 。,（2）地址字段（A）：包括数据链路连接标识（DLCI）、命令/响应比特（C/R）、帧丢弃指示比特（DE）、前向显式拥塞通知比特（FECN）、后向显式拥塞通知比特（BECN）、地址字段扩展比
6、特（EA）。,数据链路标识（DLCI）主要用来标识同一通路上不同的虚电路连接；,数据链路连接标识符 DLCI DLCI 字段的长度一般为10 bit（采用默认值 2 字节地址字段），但也可扩展为 16 bit（用 3字节地址字段），或 23 bit（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。,若某节点将BECN置1，则指示接收者与该帧相反方向传输的帧可能受到网络拥塞的影响而产生时延。,若某节点将FECN置1，则表明与该
7、帧同方向传输的帧可能受到网络拥塞的影响而产生时延。,当DE置1，表明网络发生拥塞时，为了维持网络的服务水平，该帧与DE为0的帧相比应先丢弃。由于采用了DE比特，用户就可以比通常允许的情况多发送一些帧，并将这些帧的DE比特置1。当然DE为1的帧属于不太重要的帧，必要时可以丢弃。,当EA为0时，表示下一个字节仍是地址字段，当EA为1时，表示地址字段到此为止。运用EA0和EA1，地址字段最多可以扩展到4个字节。,（3）信息字段（I）：可变长度，理论上的最大长度为4096个字节(取决于FCS的检错能力)，具体实现可由各个厂商决定，一般为1600个字节到2048个字节不定。信息字段用来承载用户数据，对帧
8、中继网络是完全透明的，即网络对信息内容不做任何处理。,X.25帧格式相比，帧中继的帧格式中没有控制字段(C)，这就意味着帧中继只有单一的数据帧，而无其它的控制帧，从而简化了协议。并且，帧中继的帧格式中也没有提供用于差错处理和流控的相应字段，这说明帧中继网络不提供差错处理和流控功能。,（4）帧校验字段（FCS）：占16bit，由发送端根据所发送的数据内容，采用CRC校验算法生成，接收端可据此发现数据在传输过程中上出现的错误。,帧中继采用统计复用技术，以虚电路（VC）机制为每一帧提供地址信息，每一条线路和物理端口可容纳许多虚电路，用户之间通过虚电路进行连接。 每一帧的帧头中都包含虚电路号数据链路连
9、接标识符（DLCI），这是每一帧的地址信息。帧中继的虚电路是由多段DLCI的逻辑连接而构成的端到端的逻辑链路。目前，帧中继网主要提供永久虚电路（PVC）业务，每一个节点机中都存在PVC路由表，这是由网络管理部门建立的。,3、帧中继交换原理,在PVC路由表中，包含每一条虚电路的输入链路号和在该输入链路上的DLCI值，以及对应的输出链路号和在输出链路上的DLCI值。 当帧进入网络时，节点机通过DLCI值查找PVC路由表，在PVC路由表中找出对应的下段PVC号码的DLCI，从而确定帧的发送链路，并变换数据帧中的DLCI的值，将帧送往下一节点机。,1）帧的转发过程,海量PPT模板免费下载,LAN4,L
10、AN3,LAN1,LAN2,FRA,FRB,FRC,20,35,25,35,30,40,45,55,65,路由器1,路由器2,路由器3,路由器4,请同学们试着画出各交换机和路由器的输入输出,2）帧中继的PVC管理,帧中继为计算机用户提供高速数据通道，因此帧中继网提供的多为PVC连接。任何一对用户之间的虚电路连接都是由网络管理功能预先定义的，如果数据链路出现故障，要及时将故障的状态变化及PVC的调整通知用户，这是由本地管理接口LMI管理协议负责的。 PVC管理包括两部分：用于UNI接口的PVC管理协议，用于NNI接口的PVC管理协议。,2）帧中继的PVC管理,PVC管理可以完成以下功能： 链路完
11、整性证实 增加PVC通知 删除PVC通知 PVC状态通知（激活状态或非激活状态） LMI管理协议定义了两个消息：状态询问STATUS ENQUIRY 和状态相应消息STATUS。,3）呼叫控制协议,呼叫控制协议的功能是建立和释放SVC。这是帧中继的增强部分协议。 呼叫建立协议共3个：setup(呼叫建立)， call proceeding(呼叫进展),connect（连接）。 呼叫建立消息中最重要的是setup消息，它包含的主要信息单元为：主叫地址、被叫地址、DLCI和链路层核心参数。被叫地址供网络选路用。 DLCI为分配给该SVC的本地数据链路，一般由网络选定，但主叫用户亦可提出优选的链路。
12、链路层核心参数包括帧信息字段最大长度和有关宽带控制的参数等。,3）呼叫控制协议,呼叫释放消息也有3个：disconnect(),release(), release complete().释放过程如图4.20（b）. 注意!虽然帧中继的标准有关于SVC的上述信令过程，但由于目前应用的帧中继中都为PVC，而PVC并无呼叫建议和释放过程。因此，SVC的建立的释放放在实际中并没有应用。帧中继中的信令主要是PVC的管理功能。,4.帧中继的技术特点,帧中继协议取消了X.25协议的分组层，只有两个层次。 用户平面和控制平面分离。 传送的基本单元为帧，帧的长度是可变。 在数据链路完成动态统计时分复用、帧透明
13、传输和差错监测。,4.帧中继的技术特点,帧中继技术提供了一套有效的宽带管理和拥塞机制，使用户合理的传送超出约定带宽的突发数据，充分利用网络资源。 帧中继现在可以提供用户的接入速率在64kb/s-2.048Mb/s范围内，以后还会更高 帧中继采用面向连接的工作模式，可提供PVC和SVC业务。,帧中继交换机,主要功能：用户接入、中继连接、转发控制、管理功能以及与其他网络互通的能力。管理功能包括宽带管理和拥塞管理。 宽带管理： 承诺的时间间隔Tc(Committed Time Interval) 承诺的信息速率CIR (Committed Information Rate) 承诺的突发长度Bc(Committed Burst Size) 超量突发长度Be (Excess Burst Size),帧中继的带宽管理,T0,T0+TC,用户接入速率,允许最大的信息传输速率,承诺的信息速率,Be+BC,BC,被丢掉的帧,可能丢掉的帧，标记DE=1,确保传送的帧,bit,帧中继交换机,拥塞控制 一般来说，网络发现拥塞和控制拥塞的措施有以下几种： 显示拥塞通知。在发生轻微拥塞的情况下，网络利用帧结构中的拥塞指示位FECN、BECN来通知端点用户。 丢弃DE=1的帧。若发生严重拥塞，或者用户并未降低传送速率，网络将如何进行拥塞控制呢？一旦出现问题就将帧丢弃。,Thank You !,
