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1、第第8章章 广域网实例广域网实例X.25网帧中继网N-ISDNATM网路由器点到点互连网X.25网网X.25是欧洲、中国早期的包交换广域网。X.25是CCITT1976开发的公共数据网络协议标准, 在1980, 1984, 1988等做了修改。它包括物理层、数据链路层、网络层协议，对应OSI模型的下三层。X.25的物理层标准是X.21或X.21bis。 X.21是15针的数字接口，实际上广泛采用 RS-232-C，即X.21bis。X.25的数据链路层的数据链路层LAPBLAPB(Link Access Procedure-Balanced)是OSI 数据链路层协议 HDLC (High-le
2、vel Data Link Control) 的子集。LAPB在逐段链路提供 可靠的帧传输服务:通过序号, 确认, 重传。 滑动窗口流控:窗口最大为7。LAPB帧格式帧格式帧头、尾字节 F0111111001111110，在位流中划定帧界，称为帧界标记。发送方在发送两个F之间的部分时，若遇到连续5个1则后面插入1个0，避免中间的01111110误作帧界标记，这称为“0位插入”(bit stuffingbit stuffing)。数据部分可以是任何数值，称为数据透明性。接收方.。帧校验序列FCS是循环冗余校验码，其生成多项式是X X1616X X1212X X5 51 1，用于检测帧传输错误。F
3、地址 控制数据FCSFLAPB帧格式帧格式控制字节控制字节信息(information)帧：低阶位为0。3位“帧序号”，3位“下一接收序号”是捎带的确认号。监控(supervisory)帧：低阶位为10。类型0是正确认帧, 类型1是负确认帧, 类型2要求对方暂停。无编号(unnumbered)帧：低界位11, 控制命令.。1类型下一接收序号01类型M1信息帧监控帧无编号帧0帧序号下一接收序号X.25的网络层的网络层X.25提供有连接(即虚电路虚电路虚电路虚电路)服务。虚电路有两类：交换虚电路和永久虚电路，前者临时动态建立；后者无需建立，一直存在。X.25的包分为控制包和数据包。控制包用于交换虚
4、电路的建立(“call request”，“call accepted”等)和撤消。虚电路建立后被分配一个虚电路号。控制包和数据包在同一物理信道，甚至同一虚电路传输，称为带内信令(inband signaling)。X.25数据包格式数据包格式Q逻辑通道号001逻辑通道号接收序号M发送序号0数据 Q(Qualifier)：允许高层(传输层)区分用户数据 (Q=0)和控制数据(Q=1)； 逻辑通道号：虚电路号虚电路号。包括前4位组号和后8 位通道号X.25数据包格式数据包格式(续续)接收序号(3位)：是下一期待接收的包序号，即捎带的确认号。序号以8为模。发送序号(3位)：本发送包序号，它与接收序
5、号一起为网络层包流提供滑窗流控和差错控制。滑窗大小默认值为2，序号3位时滑窗最大值7。M (More data)：它支持长包分段和重组。长包的数据分段，并加包头封装成若干个包，最后一段的包此位为0，其余各段此位为1。大部分X.25网工作在64kbps以下，低速率的原因？帧中继网帧中继网(Frame Relay)帧中继是AT&T在1986年提出，技术背景。1988年开始由ITU-T等制订有关的国际标准，1991年美国首先开始帧中继商业服务。帧中继速率一般为64kbps 2Mbps, 可达45Mbps。帧中继是有连接的包交换网，提供永久虚电路永久虚电路永久虚电路永久虚电路和交换虚电路服务。帧中继采
6、用带外信令(outband signaling)，虚电路的建立和撤消在控制平面, 用户数据传输在用户平面，两者可是分开的接口、信道或连接。帧中继协议体系帧中继协议体系Q.933LAPD(Q.921)LAPF(Q.922)核心DS0，nDS0，DS1，E，DS3网络层 数据 链路层物理层控制平面用户平面帧中继用户平面协议层次帧中继用户平面协议层次应用层传输层网络层LAPF核物理层LAPF核物理层LAPF核物理层应用层传输层网络层 LAPF核物理层主机主机交换机交换机帧中继的帧结构帧中继的帧结构F地址用户数据FCSF12421 (字节)DLCI(高阶位)EA=0C/REA=1DEBECNFECND
7、LCI(低阶位)41111(位)帧中继的帧结构帧中继的帧结构(续续)F F=01111100111110：帧界标记，为数据帧定界，采用“0位插入”保证数据透明性，同LAPB；FCSFCS(F Frame C Check S Sequence)：帧校验序列，同LAPB；DLCI DLCI (D Data L Link C Connection Identifier)：数据链路连接标识，即虚电路号虚电路号，对于2字节地址，它标识每个接口的2101024条虚电路之一；C/R(Command/Response)：命令/响应位，保留；帧中继的帧结构帧中继的帧结构(续续)FECNFECN(F Forwar
8、d E Explicit C Congestion N Notification)：正向显式拥塞通知；BECNBECN(B Backward ECNECN)：反向显式拥塞通知；DEDE(D Discard E Eligibility)：丢弃优选位，DE=1指示网络拥塞时本帧可优先丢弃；EAEA(E Extended A Address)：地址字段扩充位，EA=0？EA=1?帧中继的主要功能帧中继的主要功能LAPF核心功能核心功能在物理位流中为数据帧定界帧定界；在数据链路层提供虚电路虚电路服务：通过DLCI为数据帧确定路由，实现多个虚电路复用同一物理信道；检查并保证帧在0位插入前和删除后包含整数
9、字节；帧校验序列检测检测数据帧的传输错误错误；拥塞控制功能。帧中继提供最小服务帧中继提供最小服务保证帧传递次序。没有重复帧。有小概率的帧丢失。帧中继交换结点只有很少的处理：确定帧的头、尾，作差错校验，基于虚电路号转发帧，检测到错误帧简单地丢弃。帧中继是对低速包交换技术 X.25 的简化和改进。帧中继的拥塞控制帧中继的拥塞控制准入控制准入控制对永久虚电路指定(对交换虚电路协商)的通信量参数：承诺突发大小承诺突发大小BcBc (c commited B Burst size)：在某指定时间间隔T 内可传输的最大信息量，以位计。承诺信息速率承诺信息速率CIRCIR (Commited Informa
10、tion Rate)：网络承诺的信息传输平均速率，CIR=Bc/T。超额突发大小超额突发大小BeBe (e excess B Burst size)：在时间间隔T 内网络将试图为连接传输的最大超额信息量。帧中继的拥塞控制帧中继的拥塞控制(续续)通信流管制通信流管制 (traffic policing)当T间隔内收到帧的总位数低于Bc，帧被传输。当T间隔内收到帧的总位数大于Bc, 小于Bc+Be, 网络将超过 Bc 的帧其 DE位置1，.。当T间隔内收到帧的总位数大于Bc+Be，超过的帧立即丢弃。拥塞通知拥塞通知正向显式拥塞通知FECN(交换机通知接收主机)反向显式拥塞通知BECN(交换机通知发
11、送主机)N-ISDN综合业务数字网ISDN是完全数字化的线路交换电话网，目标是综合话音服务和数据通信服务。是CCITT1984年开始制订的，被称为N-ISDN。结果没能取代迄今使用的数字和模拟混合的电话网，因速率低在数据通信领域遭到冷落。N-ISDN中话音信号采用PCM数字化，8000次/秒采样，每路采样8位，速率64kbps。基本速率接口2B+D=264+16=144kbps。主速率接口美国23B+D, 欧洲30B+D, 分别为1.5M和2Mbps。ATM网网ATM是ITU-T在1988年作为B-ISDN的核心技术提出的。今天看来ATM担当三网合一重任的神话已经破灭。ATM只是许多网络技术中
12、的一种。ATM网传输定长的小包，称信元(cell)，长53字节。ATM交换机轮流发送不同源的信元，定长信元的网络时延可以预测，数据、音频、视频信息能在网内混合传递，定长信元交换简单，可以通过硬件实现，速率高。ATM网的协议模型网的协议模型物理层ATM 层ATM 适配层高层高层控制平面用户平面层管理平面管理ATM信元信元GFCVPIVCIPTICLPHEC4816318(位)(a) 主机与ATM 交换机接口 UNI UNI 的 ATM 信元头VPIVCIPTICLPHEC(b )ATM 交换机与交换机接口 NNI NNI 的 ATM 信元头ATM信元信元(续续)类属流控GFCGFC(G Gene
13、ric F Flow C Control)：在UNI用于信元流量控制。虚通路标识VPIVPI(V Virtual P Path I Identifier)/虚信道标识VCIVCI(V Virtual C Channel I Identifier)：ATM连接由一系列VPI/VCI标识。在ATM连接建立时，在ATM端结点和中间的交换机为该连接指定一系列VP链路和VC链路，由一串VPI/VCI值标识。ATM交换机要建立VPI/VCI转换表。ATM信元只携带到达下一站的VPI/VCI，由交换机查表得到下一段链路的VPI/VCI，填入信元。ATM信元信元(续续)ATM采用 VPI/VCI 是为了简化路
14、由处理。两个ATM交换机之间只需VPI 确定下一VP链路。端接交换机和主机间才需VCI 确定VP 中某VC。虚通路虚信道传输链路ATM信元信元(续续)信元丢弃优先级CLPCLP(C Cell L Loss P Priority)：源主机指示本信元在网络拥塞期间的丢弃优先级。头错误校验HECHEC(H Header E Error C Check)：信元头4个字节的8位CRC码，检测信元传输错误，也被物理层用于计算和识别信元边界。载荷类型指示PTIPTI(P Payload T Type I Indicator)：给出数据类型和拥塞控制信息。ATM信元信元PTI字段字段ATM信元信元PTI字段字
15、段(续续)前向拥塞指示位EFCI(Explicit Forword Congestion Indication)由交换机设置；资源管理信元RM(Resource Management)用于拥塞控制；Auu(ATM-user-to-user)由上层指定ATM适配层适配层AAL定义了AAL1AAL4分别支持4类服务：A类恒定位速 CBRCBR(C Constant B Bit R Rate) 服务：支持实时、恒定位速、有连接服务，模拟电路交换。例如PCM编码的声音和未压缩图象传输。B类可变位速 VBRVBR(V Variable B Bit R Rate) 服务：支持实时、可变位速、有连接服务。例
16、如经压缩的声音和图象的传输。C类有连接的数据服务。D类无连接的数据服务。ATM适配层适配层AAL(续续)AAL3和AAL4后来合成一类，称AAL3/4。但AAL3/4太复杂，又提出简化的协议AAL5。AAL5可用位速 ABRABR (A Available B Bit R Rate)服务：支持有连接、可变位速、突发性数据服务。例如文件传输和电子邮件。这是一种“尽力而为”的传递服务，它是在CBR和VBR服务保证后，剩余带宽的使用服务。数据包由AAL5分成48字节的段送往ATM层封装成信元时，用信元头PTI的最低位Auu=1标记该包的最后一个信元。还有未指明位速 UBR UBR (U Unspec
17、ified B Bit R Rate)。ATM的服务质量控制的服务质量控制上层应用在连接建立时上层应用在连接建立时说明服务质量参数：信元峰值速率PCR；最小信元速率MCR；最大突发容量MBS；突发容差BT；信元丢失比率CLR；信元传送时延CTD；信元时延偏差CDV；信元时延偏差容差CDVT。制定通信流合同，说明： CBRCBR类: 指定PCR, CDVT,最大CTD, CDV, 对CLP=0的信元指定CLR。 VBRVBR类: 指定SCR, PCR, MBS, CDVT, CLP=0信元的CLR, 实时指定最大CTD和CDV。 ABRABR类: 说明PCR, CDVT, SCR和CLP=0信元
18、的CLR。 UBRUBR类: 说明PCR, CDVT。ATM网的拥塞控制网的拥塞控制连接建立时协商服务质量参数，作资源预约资源预约，若资源不够连接请求被拒绝。这称为准入控制准入控制(admission control)采用漏桶算法漏桶算法对信元流整形，速率管制，进行开环控制开环控制。基于速率的闭环控制闭环控制。及早包丢弃EPDEPD (E Early P Packet D Discard)：当交换机缓冲队列超过了门槛值，交换机就开始从多个连接丢弃即将到来的整个包，而不是单信元。路由器点到点互连网路由器点到点互连网PPP/TDM，PPP/RS-232PPP主要功能：将多种网络层包封装成帧；协商封
19、装格式、配置、测试数据链路，控制线路上的传输，这由链路控制协议LCP (Link Control Protocol)完成。协商、配置不同的网络层协议及选项，这由网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)完成。PPP的帧格式的帧格式帧界标记F=01111110。地址=11111111，点到点链路无需链路层地址。控制=00000011，这对应HDLC的无编号帧，所以PPP无差错控制和流量控制。F地址 控制协议号FCSF数据88816或8816或32(位)PPP的帧格式的帧格式(续续)协议号：说明数据部分封装的是哪类包。高位为0的协议号说明某网络层包(如IP包、IPX
20、包)；高位为1的协议号说明 LCP 包或 NCP 包。默认16位，可用 LCP 协商为8位。数据：长度可变，默认长度是1500字节。帧校验序列FCS：作差错检测的循环冗余校验码，默认16位，可协商为32位。PPP帧界标记对数据透明性帧界标记对数据透明性PPP 同 HDLC 支持 bit stuffingbit stuffing，即位同步。PPP 也支持“字符插入”(character stuffingcharacter stuffing)，即字符同步。PPP在发送帧界标记之间的字符时：字符 0111 1110 (7E)编码为 0111 1101 (7D) 和 0101 1110 (5E)字符 0111 1101 (7D)编码为 0111 1101 (7D) 和 0101 1101 (5D)PPP在接收帧时，删除7D，将其后字符与 0010 0000进行异或，还原成原来字符。PPP的运行状态图的运行状态图身份认证(authenticate)链路非活动(dead)双方协商网络协议配置(network)数据传输(open)链路建立(establish)链路终止(terminate)链路失败认证成功/ 不认证检测到载波认证失败配置完成数据传输完成
