《现代通信网及其关键技术》第三章

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1、现代通信网 第3章 分组交换网3.6 X.25协议协议nCCITT提出的提出的X.25协议描述了主机协议描述了主机(DTE)与分机与分机交换网交换网(PSN)之间的接口标准，使主机不必关心网之间的接口标准，使主机不必关心网络内部的操作就能方便地实现对各种不同网络的络内部的操作就能方便地实现对各种不同网络的访问。访问。n X.25实际上是实际上是DTE与与PSN之间接口的一组协议，之间接口的一组协议，n它包括物理层、数据链路层和分组层三个层次。它包括物理层、数据链路层和分组层三个层次。现代通信网 第3章 分组交换网系统或用户层L3 L2 L1L1 L2 L3调制解调器调制解调器X.25分组层X.

2、21X.21DCEDTEHDLC链路层端到端协议现代通信网 第3章 分组交换网1. 物理层物理层n物理层接口协议实际上是物理层接口协议实际上是DTE和和DCE或其它通信设或其它通信设备之间的一组约定，备之间的一组约定，n物理层，负责在一个物理层，负责在一个DTE和一个和一个DCE之间建立、维之间建立、维护和拆除一条物理电路。护和拆除一条物理电路。现代通信网 第3章 分组交换网现代通信网 第3章 分组交换网2. X.25协议第二第二层链路路层(帧层)n它与点它与点对点数据点数据链路控制路控制规程相程相对应。nX25链路路层采用采用ISO的的HDSL中中规定的定的术语和和可可选部分的一个子集。部分

3、的一个子集。 n (1)主要功能主要功能n其最主要的功能之一是提供差错检验，并且恢复其最主要的功能之一是提供差错检验，并且恢复丢失、重复或错误的数据，保证数据在物理信道丢失、重复或错误的数据，保证数据在物理信道上传输的正确性。上传输的正确性。 现代通信网 第3章 分组交换网现代通信网 第3章 分组交换网3. X25协议第三第三层nX.25分组层的主要功能是将链路层所提供的连接分组层的主要功能是将链路层所提供的连接DTE-DCE的一条或多条物理链路复用成数条逻辑的一条或多条物理链路复用成数条逻辑信道，并且对每一条逻辑信道所建立的虚电路执信道，并且对每一条逻辑信道所建立的虚电路执行与链路层单链路协

4、议类似的链路建立、数据传行与链路层单链路协议类似的链路建立、数据传输、流量控制、顺序和差错检测、链路的拆除等输、流量控制、顺序和差错检测、链路的拆除等操作。操作。现代通信网 第3章 分组交换网4. X.25的分组与的分组与LAPB帧帧现代通信网 第3章 分组交换网现代通信网 第3章 分组交换网现代通信网 第3章 分组交换网3.7 帧中继技术帧中继技术n1. 帧中继技术概念帧中继技术概念n帧中继技术本身来讲帧中继技术本身来讲,它实际上是一种简化了它实际上是一种简化了的通信协议的通信协议X.25分组交换技术。分组交换技术。n信息是以帧结构来传送的信息是以帧结构来传送的,每一帧的长度为几每一帧的长度

5、为几百至几千个字节。百至几千个字节。n与分组交换一样与分组交换一样,帧中继采用面向连接的交换帧中继采用面向连接的交换技术技术,可以提供交换型虚电路可以提供交换型虚电路(SVC)业务和永久业务和永久型虚电路型虚电路(PVC)业务。业务。现代通信网 第3章 分组交换网n帧中继不考虑传输差错问题，帧中继不考虑传输差错问题， 其中节点只做帧的转发操作，不需要执行接收确其中节点只做帧的转发操作，不需要执行接收确认和请求重发等操作，认和请求重发等操作，n差错控制和流量控制均交由高层端系统完成，差错控制和流量控制均交由高层端系统完成，n大大缩短了节点的时延，提高了网内数据的传输大大缩短了节点的时延，提高了网

6、内数据的传输速率。速率。现代通信网 第3章 分组交换网现代通信网 第3章 分组交换网现代通信网 第3章 分组交换网现代通信网 第3章 分组交换网2. 帧中继的基本功能帧中继的基本功能n（1）帧中继在）帧中继在OSI第二层以简化的方式传送数据，第二层以简化的方式传送数据，仅完成物理层和链路层核心层的功能，仅完成物理层和链路层核心层的功能，n智能化的终端设备把数据发送到链路层，并封装在智能化的终端设备把数据发送到链路层，并封装在LAPD帧结构中，实施以帧为单位的信息传送。帧结构中，实施以帧为单位的信息传送。n网络不进行纠错、重发、流量控制等。网络不进行纠错、重发、流量控制等。现代通信网 第3章 分

7、组交换网n（2）. 帧不需要确认，就能够在每个交换机中直帧不需要确认，就能够在每个交换机中直接通过，若网络检查出错误帧，直接将其丢弃；接通过，若网络检查出错误帧，直接将其丢弃；n一些第二、三层的处理，如纠错、流量控制等，一些第二、三层的处理，如纠错、流量控制等，留给智能终端去处理，从而简化了节点机之间的留给智能终端去处理，从而简化了节点机之间的处理过程。处理过程。现代通信网 第3章 分组交换网3. 帧结构和传输方式帧结构和传输方式n在在FR传送网中传送网中,帧的长度是可变的帧的长度是可变的,最大长度可达最大长度可达1000字节以上字节以上,每个帧含有每个帧含有“数据链路连接标识数据链路连接标识

8、符符”(DLCI),从源从源DTE到宿到宿DTE之间所有途经节点之间所有途经节点根据根据DLCI指明出口信道。指明出口信道。现代通信网 第3章 分组交换网现代通信网 第3章 分组交换网 可以看出，帧中继的帧格式和LAPB的格式类似，最主要的区别是帧中继的帧格式中没有控制字段C。帧格式中各字段的含义如下： 1) 标志字段F 标志字段是一个0 l l l l l l 0的比特序列，用于帧同步、定界(指示一个帧的开始和结束)。 2) 地址字段A 地址字段一般为2字节，也可扩展为3或4字节，用于区分不同的帧中继连接，实现帧的复用。当地址字段为2个字节时，其结构如表4.4所示。现代通信网 第3章 分组交

9、换网 (1) 数据链路连接标识符DLCI(Data Link Connection Identifier)：当采用2字节的地址字段时，DLCI占10位，其作用类似于X.25中的LCN，用于识别UNI接口或NNI接口上的永久虚连接、呼叫控制或管理信息。其中，DLCI=161007共992个地址供帧中继使用，在专设的一条数据链路连接(DLCI0)上传送呼叫控制消息，其它值保留或用于管理信息。与X.25的逻辑信道号LCN相似，对于标准的帧中继接口，DLCI只有局部(或本地)意义。 (2) 命令/响应(C/R)：命令/响应与高层应用有关，帧中继本身并不使用，它透明通过帧中继网络。现代通信网 第3章 分

10、组交换网 (3) 扩展地址EA：当EA为0时，表示下一个字节仍为地址字段；当EA为1时，表示下一个字节为信息段的开始。依照此法，地址字段可扩展为3字节或4字节。 (4) 正向显式拥塞通知FECN：用于帧中继的拥塞控制，用来通知用户启动拥塞控制程序。若某节点将FECN置为1，则表明与该帧同方向传输的帧可能受到网络拥塞的影响产生时延。 (5) 反向显式拥塞通知BECN：若某节点将BECN置为1，即指示接收端，与该帧相反方向传输的帧可能受网络拥塞的影响产生时延。 (6) 丢弃指示DE：用于帧中继网的带宽管理。若DE为1，则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。现

11、代通信网 第3章 分组交换网 3) 信息字段 用户数据应由整数个字节组成。帧中继网允许用户数据长度可变，最大长度可由用户与网络管理部门协商确定，最小长度为1个字节。 4) 帧校验序列FCS 帧校验序列FCS为一个16 bit的序列，用来检查帧通过链路传输时是否有差错。 现代通信网 第3章 分组交换网2) 帧中继的传输方式帧中继的传输方式n帧中继采用统计复用技术，以帧中继采用统计复用技术，以“虚电路虚电路”(VC)机制机制为每一帧提供地址信息，每一条线路和每一个物理为每一帧提供地址信息，每一条线路和每一个物理端口可容纳许多虚电路，用户之间通过虚电路进行端口可容纳许多虚电路，用户之间通过虚电路进行

12、连接。连接。n在每一帧的帧头中都包含虚电路号在每一帧的帧头中都包含虚电路号-数据链路连接数据链路连接标识符标识符(DLCI)，这是每一帧的地址信息。，这是每一帧的地址信息。现代通信网 第3章 分组交换网n目前帧中继网只提供永久虚电路目前帧中继网只提供永久虚电路(PVC)业务，每一业务，每一个节点机中都存在个节点机中都存在PVC路由表，当帧进入网络时，路由表，当帧进入网络时，节点机通过节点机通过DLCI值识别帧的去向。值识别帧的去向。nDLCI只具有本地意义，它并非指终点的地址，而只具有本地意义，它并非指终点的地址，而只是识别用户与网络间以及网络与网络间的逻辑只是识别用户与网络间以及网络与网络间

13、的逻辑连接连接(虚电路段虚电路段)。现代通信网 第3章 分组交换网现代通信网 第3章 分组交换网 帧中继网中，一般都由路由器作为用户，负责构成帧中继的帧格式。如图4.18所示，路由器在帧内置 DLCI值，将帧经过本地UNI接口送入帧中继交换机，交换机首先识别到帧头中的DLCI，然后在相应的转发表中找出对应的输出端口和输出的DLCI，从而将帧准确地送往下一个节点机。如此循环往复，直至送到远端UNI处的用户，途中的转发都是按照转发表进行的。在图4.18中，已建立了三条PVC：PVC1为路由器1到路由器2：2535；PVC2为路由器1到路由器3：35455565；PVC3为路由器1到路由器4：203

14、040。现代通信网 第3章 分组交换网现代通信网 第3章 分组交换网 各交换机内部都建立相应的转发表，如图4.18中的表a、表b、表c所示。如对于PVC2，交换机A收到DLCI=35的帧后，查询转发表，得知下一节点为交换机B，DLCI=45，则交换机A将 DLCI=35映射到DLCI=45，并通过AB的输出线转发出去，帧到达交换机B时，完成类似的操作，将 DLCI=45映射到DLCI=55，转发到交换机C，C将 DLCI=55映射到DLCI=65转发到路由器3，从而完成用户信息的交换。现代通信网 第3章 分组交换网现代通信网 第3章 分组交换网3. 帧中继的优点帧中继的优点n(1)采用快速分组

15、交换方式可提高网络的传输速率采用快速分组交换方式可提高网络的传输速率;n(2)统一的时分复用提供按需分配的带宽统一的时分复用提供按需分配的带宽,从而提从而提高了网络利用率高了网络利用率;n(3)帧中继不干涉高层协议帧中继不干涉高层协议,因而能处理多规程业因而能处理多规程业务。务。现代通信网 第3章 分组交换网 5拥塞控制拥塞控制 帧中继网中，为了简化协议，提高节点机的处理速度，帧中继网中，为了简化协议，提高节点机的处理速度， 就就将流量控制和差错控制都交给了高层。将流量控制和差错控制都交给了高层。 但这样做可能会使得数但这样做可能会使得数据网络出现拥塞危险，因此要采取一定的措施来尽量减少这种据

16、网络出现拥塞危险，因此要采取一定的措施来尽量减少这种拥塞的出现。拥塞的出现。 从图从图4.22中可以看出，一开始当网络负载增加时，随着入中可以看出，一开始当网络负载增加时，随着入网信息量的增加，吞吐量线性地上升。当到达网信息量的增加，吞吐量线性地上升。当到达A点后，网络不点后，网络不能继续接收更多的信息，吞吐量趋于平稳。如果输入信息量继能继续接收更多的信息，吞吐量趋于平稳。如果输入信息量继续加大，网络将呈现严重拥塞状态续加大，网络将呈现严重拥塞状态(B点所示点所示)，此时网络的吞吐，此时网络的吞吐量将急剧下降，甚至可能崩溃量将急剧下降，甚至可能崩溃(死锁死锁)。为了防止拥塞，网络必。为了防止拥

17、塞，网络必须采取必要的措施，通知用户减少发送数据。须采取必要的措施，通知用户减少发送数据。现代通信网 第3章 分组交换网图4.22 拥塞对吞吐量的影响现代通信网 第3章 分组交换网 一般来说，网络发现拥塞和控制拥塞的措施有以下几种： (1) 显式拥塞通知。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。 如图4.23所示，若B点发生拥塞，则B点通过将前向传送的帧(B到C方向)的FECN位置1来通知C点发生拥塞；同时，通过将后向传送的帧(B到A方向)的BECN位置1来通知A点发生拥塞。用户终端在收到拥塞信息后，原则上应降低其数据传送速率，以减少因拥塞造成的帧

18、丢失。 现代通信网 第3章 分组交换网显式拥塞通知现代通信网 第3章 分组交换网n 用于分组交换网络的拥塞控制的机制很多，用于分组交换网络的拥塞控制的机制很多，常用的有如下几种。常用的有如下几种。n（1）从拥塞的节点向一些或所有的源节点发送一）从拥塞的节点向一些或所有的源节点发送一个控制分组。个控制分组。n（2）根据路由选择信息调整新分组的产生速率。）根据路由选择信息调整新分组的产生速率。现代通信网 第3章 分组交换网3带宽管理带宽管理 带宽管理是指网络对每条虚连接上传送的用户数据量进行监控，以保证带宽资源在用户间的合理分配。 每一用户接入帧中继网时使用下列约定的4个参数： (1) 承诺的时间

19、间隔时Tc(Committed Time Interval)：网络监视一条虚连接上传送的用户数据量所采用的时间间隔。一般的，Tc和业务的突发性成正比，一般选取范围大致为几百毫秒到10秒。 (2) 承诺的信息速率CIR(Committed Information Rate)：正常情况下网络对用户承诺的用户数据传送速率，它是Tc时间段内的平均值。现代通信网 第3章 分组交换网 (3) 承诺的突发长度Bc(Committed Burst Size)：正常情况下，在Tc时间段内网络允许用户传送的最大的数据量(单位为bits)。 (4) 超量突发长度Be(Excess Burst Size)：Tc时间段

20、内，网络能够给用户传送的超过Bc部分的最大数据量。 每个帧中继用户在使用服务之前，应与网络约定一条虚连接上的Be、Bc、CIR值，网络在Tc时间段内对每条虚连接上的数据量进行监测，根据监测结果进行带宽的调整。如图4.21所示。现代通信网 第3章 分组交换网图4.21 帧中继的带宽管理现代通信网 第3章 分组交换网 控制过程如下： (1) 若测得的比特数Bc，说明用户的速率小于CIR，网络节点应继续转发这些帧。在正常情况下，应保证这些帧送到目的地； (2) 若Bc测得的比特数Bc+Be，则说明用户的传输速率已超过CIR，但仍在约定范围内，网络将Be部分的帧DE置为1后转发。若网络无严重拥塞，则努力把这类帧传送到目的地。一旦出现拥塞，将首先丢弃这些DE=1的帧； (3) 若测得的比特数Bc+Be，说明用户已经严重违约，则网络应丢掉超过Bc+Be部分的所有的帧。