第三章 分组交换数据网第三章 分组交换数据网3.1 分组交换数据网的构成3.1.1 分组交换数据网的基本结构计算机通信的特点是传送信息的突发性，信息的传送希望在短时间内完成分组交换方式的动态复用信道特性非常适合计算机通信，因此分组交换网得到了迅速发展，当前已开通世界范围的分组交换数据网图3-1 公用分组交换网的基本结构分组交换网的基本结构如图3-1所示通常采用分级结构，根据业务流量、流向和行政地区设立各级分组交换中心一级交换中心可用中转分组交换机或中转与本地合一的分组交换机一级交换中心相互连接构成的网通常称为骨干网一级中心一般设在大中城市由于大中城市之间的业务量一般较大，且各个方向都有，所以骨干网一般采用全连通的不完全网状网的拓扑结构二级以下的交换中心一般设在中小城市由于中小城市间业务量一般较少，而它与大城市之间的业务量一般较多，所以它们之间一般采用星状拓扑结构，必要时也可采用不完全网状拓扑结构分组交换网由分组交换机、网络管理中心、远程集中器与分组装拆设备、分组终端和传输信道等组成3.1.2 分组交换数据网的主要设备1. 分组交换机分组交换机是分组数据网的枢纽根据交换机在网中所处地位的不同，可分为中转交换机和本地交换机。
前者容量大，每秒能处理的分组数目多，所有通路端口都是用于分组交换机之间互连的中继端口，为此该机的路由选择功能强，能支持的线路速率高；后者通信容量小，每秒能处理的分组数目少，绝大部分的线路端口为用户端口，主要接至用户数据终端，只允许一个或几个通路端口作为中继端口接至中转交换机，它具有本地交换的功能，所以它们无路由选择功能或仅有简单的路由选择功能有时，为了网路的灵活，把上述两种交换机功能合二而一，称为本地与中转合一的分组交换机，它既有中转交换机的功能，又有用户端口分组交换机主要有下列功能：1) 其支持网路的基本业务(虚呼叫、永久虚电路)及补充业务，如闭合电路群、快速选择、网路用户识别等；2) 其可进行路由选择，以便在两个DTE之间选择一条较合适的路由；进行流量控制，以使不同速率的终端也能进行互相通信；3) 其可实现X.25、X.75等多种协议；4) 其可完成局部的维护、运行管理、报告与诊断、计费及一些网路的统计等功能2. 网管中心为了使全网有效、协调地运行，甚至在网路中发生故障时仍能正常运行，同时也为网路管理者和用户提供友好与方便的服务，全网设立网络管理中心(NMC)网络管理有两种方式，即集中管理和集中与分散相结合管理。
集中管理方式适合于网络规模较小场合，全网只设一个网管中心网络规模较大时采用集中与分散相结合的管理方式，如图3-2所示这种方式中，全网设立一个全网管理中心(NMC－C)及若干个区域网络管理中心(NMC－R)通过NMC－C可管理全网的骨干网及各区域的NMC－R，但它可以通过相关命令了解全网运行情况及有关信息若网中某个NMC－R发生故障时，可由NMC－C或另外的NMC－R代替其工作图3-2 集中与分散相结合的网路管理方式网路管理中心的功能一部分由该设备自动完成，另一部分通过操作员终端由人工对网路进行管理与控制其主要功能有：1) 网路配置管理与用户管理2) 日常运行数据的收集与统计3) 路由选择管理4) NMC通过网络对各交换机软件加载及修改5) 网络监测、故障告警与网络状态显示6) 计费管理3. 分组装拆设备和远程集中器计算机和智能终端与分组网之间的接口是按ITU-TX.25建议实施的，它们都称为分组终端对于较简单的异步字符终端(无X.25接口的终端)，可通过分组装拆设备(PAD)接入分组网内1) 分组装拆设备(PAD)PAD可以安装在分组交换机内，也可设在远离分组交换机的地方，采用X.25协议接至分组交换机，PAD主要有两个功能：a) 规程转换功能PAD可把非分组终端的简单接口规程与X.25协议进行相互转换。
完成字符的组装和分组的拆卸b) 数据集中功能PAD可把各终端的字符数据流组成的分组，按照X.25协议在PAD至分组交换机的中、高速线路上交织复用2) 远程集中器(RCU)RCU的功能介于分组交换机与PAD之间，也可将其理解为PAD的功能与容量的扩充它不仅允许非分组终端接入(通过RCU内的PAD)，也允许分组终端接入(通过RCU的X.25同步端口)RCU的主要功能有两项：a) 数据集中功能和规程转换功能b) 本地交换功能4. 分组终端具有X.25协议接口的分组终端是能接入分组数据交换网的数据通信终端设备它可以是一个独立的设备也可以在个人计算机(PC)的插槽内插入一块通信接口板并配有X.25软件所构成分组终端是具有X.25接口的设备总称一般分组终端都有基本的键盘会话、文件传送、支持多用户操作、支持多窗口和友好的人—机界面等功能5. 传输信道传输信道是构成分组数据交换网的主要组成部分之一交换机之间的传输信道主要有两种形式，一种是PCM数字信道，另一种是模拟信道加调制解调器构成的信道用户线路也有两种形式，一种是数字信道，另一种是市话线路加装调制解调器构成的信道3.2 通信协议及OSI参考模式3.2.1 通信协议的概念分组交换数据网要能有效、快速、可靠地工作，更需要一套通信规约。
按计算机通信的术语，该通信规约称为通信协议计算机之间的通信规约有两类：一类是同等功能层间的通信规约，称为通信协议，它是为完成该功能层的特定功能而双方必须遵守的规定另一类是不同功能层之间的通信规约，称为接口或服务，它规定了两层之间接口关系及利用下层功能提供给上层的服务关于计算机通信功能的分层将在下面讨论这里仅就传送层以下各层对数据可靠传送的分工为例，来说明各层协议在数据可靠传送方面的作用在实际信道中，由于受到干扰等的影响，总会使传输的信号产生一些差错，所以要设法检测差错并加以纠正，这是链路层的主要功能之一为了使网内的设备互相通信，必须有该层内规定划分码组(帧)的方法，所使用的检错码的类型、发现差错后的纠正方法等通过该层的工作，把实际信道的绝大部分差错加以纠正，某些剩余的差错交网络层处理网络层再采用流水号的方法核对双方流水号是否一致，进一步检查某些剩余的差错并加以纠正通过这两层的工作，把实际信道改造成近于理想的信道链路层与网路层都是采用接力（中继）方式传递的，为了防止报文中途丢失，在传送层中还要用流水号再次进行端－端检查，确保数据的可靠传送上述例子中的具体方法就是通信协议，它是确保网路正常工作所必须的。
3.2.2 开放系统互连(OSI)参考模式为了计算机之间的互通，1977年国际标准化组织(ISO)提出了开放系统互连基本参考模式(OSI-RM)，随后，其又与原CCITT（现ITU-T）协同提出了各层协议等各计算机厂生产的计算机及终端需遵守同一标准若某个系统在与其它系统通信中遵守OSI标准，则该系统称为开放系统OSI－RM把计算机网络在功能上分为七个层次每层有特定的功能，并且上一层可以利用下一层的功能提供的服务，直到最高的应用层，为应用进程使用网路环境交换信息提供服务功能的分层有利于某一层功能的变化不会影响整个系统标准化工作的进展开放系统互连的七层模式如图3-3所示图3-3 开放系统互连七层模式示意图同一系统层与层之间的关系由接口或下一层为上一层提供的服务所规定不同系统的相同层之间的关系由协议或规程描述物理层是OSI的最下层由于所有各种形式的DTE及交换机等都需要物理层，所以它所包含的内容是相当多的物理层的功能是提供DTE之间、DTE与数据终接设备之间的机械的连接设备插头、插座的尺寸和端头数及排列（如ISO所规定的连接器标准和电气接口电路等）物理层要保证发送的比特流送上物理信道，并能在另一端取下它们。
它只关心比特流的传输而不涉及比特流中各比特之间的关系由于传输信道有数字和模拟之分，因而有不同的接口标准等数据链路层是OSI的第二层它是在物理层的基础上建立的数据链路层是数据的发生点与接收点之间所经过的全部途径它是由通信实体中实现链路层协议的硬件、软件，调制解调器或其它的数据电路终接设备、数据传输链路与设备等构成数据链路层是通信双方有效、可靠、正确工作的基础如第一章所介绍的HDLC协议就在此层网络层是OSI的第三层有时也称通信子网层，其用于控制通信子网的运行从第四层来的报文在此转换为分组而进行传送，然后在收信节点再装配成报文转给第四层报文分组在发信节点与收信节点之间建立起的网络连接上传送，在X.25中将这种连接的逻辑信道称为虚电路为此网络层(在X.25中称分组层)需完成网路的寻址并建立虚电路，通信完毕时拆除虚电路当两个数据的传输速率不相同时，还需要实施流量控制；链路层差错控制后剩余的差错由网络层进一步纠正，并保证分组按顺序正确传送传送层是第四层有时也称计算机－计算机层，或端－端层OSI的前三层可组成公共网络(分组网中的节点机只有前三层)，可实现资源共享计算机－节点机、节点机－节点机的报文是按“接力”方式传送的，为了防止传送途中报文丢失，两计算机之间可实行端－端控制。
传送层的主要功能是建立、拆除和管理连接，它是建立在网络连接的基础上工作的，一条传送连接通道可以建立在一条或多条网路连接通道上，以提高传送报文的能力；也可以几条传送连接通道改用一条网络连接通道，以降低通信费用，使用户进程之间交换的数据能可靠而经济地传送会晤层是第五层用户与用户的逻辑联系(两个表示层进程的逻辑联系)通常称为会晤如果忽略掉执行一定的数据转换功能的表示层，则会晤层是用户(应用进程)进网的接口它与前面几层一起提供分布式进程之间通信可靠的环境会晤层的主要功能是：在建立会晤时核实对方是否有权参加会晤；确定何方支付通信费用；并在各种选择功能方面(是全双工方式通信还是双向交替通信，即有时也称之为单工通信)取得一致；会晤建立后，需对进程间的对话进行管理与控制，如对话中某个环节出了故障，会晤层应采取处理措施（或储存对话数据，或终止对话）表示层是第六层它涉及所用的字符集与数据信码、数据在屏幕上的显示或打印方式、使用的颜色和所用的格式等该层的主要功能有字符集转换、对有剩余的字符流进行压缩与恢复、数据的加密与解密以及实终端与虚终端之间的转换，从而使在字符、格式等有差异的设备之间能相互通信，以提高通信效能，增强保密性等。
应用层是第七层它为应用进程访问网络环境提供工具并提供应用的全部OSI的服务应用层的内容直接取决于各个用户，在特定的应用场合需制定出相应的标准（例如智能用户电报、电子邮件系统等都已制定出属于应用层的标准）各层功能实现的一般方法是：较低层协议特别是第一、二层，主要由硬件实现；较高层协议则主要靠软件实现3.3 X.25建议ITU-T的X.25建议即“用专用电路连接到公用数据网上的分组式数据终端设备(DTE)与数据终接设备(DCE)之间的接口”，是分组数据交换网中最重要的协议之一，有人把分组数据交换网简称为X.25网3.3.1 X.25结构X.25建议明确规定DTE与DCE之间的接口DTE是用户终端设备的总称在交换网的数据通信系统中，DCE是一个信号变换设备因此如DTE与交换节点之间的传输信道采用模拟信道，那么DCE也把用户连接到远端交换节点的调制解调器包括在内X.25包含三个不同的、独立的层，相应于开放系统互连七层模式中下面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从高层来的信息在X.25的第三层一般分为128字节（八位）的数据块，并在其前面加上分组标题而成为一个分组，在该层作适当处理后送往X.25的第二层，分组在该层进行处理，加上HDLC标题、。