1、第十一章 分组交换网 11.1 分组交换基本概念和网络结构 11.2 X.25协议 作业,11.1分组交换基本概念和网络结构,一、分组交换的基本原理分组交换的基本思想：把用户要传送的信息分成若干个小的数据块，即分组(packet)，分组长度较短，并具有统一的格式，每个分组有一个分组头，包含用于控制和选路的有关信息。分组以“存储-转发”的方式在网内传输。,11.1分组交换基本概念和网络结构,1、统计时分复用时分复用分为同步时分复用和统计时分复用。同步时分复用：将信道工作时间划分为固定时长的帧，每帧进一步分成若干个子单元，称为时隙，时隙按顺序编号，所有帧中编号相同的时隙构成一个子信道。统计时分复用
2、：需要传送的信息分成很多分组，分组由用户信息和标志码组成，来自同一用户的信息所划分成的分组的标志码相同。信道的工作时间也被划分为许多时隙，每个时隙传递一个分组。,11.1分组交换基本概念和网络结构,11.1分组交换基本概念和网络结构,11.1分组交换基本概念和网络结构,统计时分复用的优点：可以获得较高的信道利用率。 统计时分复用的缺点：会产生附加的随机时延并且有丢失数据的可能。,11.1分组交换基本概念和网络结构,2、逻辑信道在统计时分复用中，通过用户数据信息所加的标记，可以把各个终端的数据在线路上严格地区分开，就好像把线路也分成了许多子信道一样，这种子信道称为逻辑信道，用逻辑信道号LCN(L
3、ogical Channel Number)标识。 线路的逻辑信道号独立于终端编号，在终端要求通信时由统计复用器分配给它。对同一个终端，每次呼叫可以分配不同的逻辑信道号。,11.1分组交换基本概念和网络结构,逻辑信道号由逻辑信道群号及群内逻辑信道号组成。每一条线路上，逻辑信道号的分配是独立进行的。因此，逻辑信道号并不在全网中有效，只具有局部意义。,11.1分组交换基本概念和网络结构,3、虚电路和数据报 (1)虚电路方式在用户数据传送之前先要通过发送呼叫请求分组建立端到端之间的虚连接。一旦虚电路建立以后，属于同一呼叫的数据均沿着这一虚电路传送。当用户不再发送和接收数据时，清除该虚电路。,11.1
4、分组交换基本概念和网络结构,虚电路和电路的区别：电路是物理连接，虚电路不是物理连接，而是逻辑连接。建立实连接(电路)时，不但确定了信息所走的路径，同时还为信息的传送预留了带宽资源；而在建立虚电路时，仅仅是确定了信息所走的端到端的路径，但并不一定要求预留带宽资源。,11.1分组交换基本概念和网络结构,11.1分组交换基本概念和网络结构,虚电路分为两种：交换虚电路SVC(Switching Virtual Circuit)和永久虚电路PVC(Permanent Virtual Circuit)。SVC指在每次呼叫时用户通过发送呼叫请求分组来临时建立虚电路的方式。PVC指应用户预约，由网络运营者为之
5、建立固定的虚电路。它一般适用于业务量较大的集团用户。,11.1分组交换基本概念和网络结构,(2)数据报方式指网络将每一个数据分组当作一份独立的报文一样看待，每一个数据分组都包含终点的地址信息，分组交换机为每一个分组独立地寻找路径。数据报方式不需要建立连接，是无连接的方式。,11.1分组交换基本概念和网络结构,11.1分组交换基本概念和网络结构,(3)虚电路与数据报的比较 虚电路方式的特点：路由选择仅发生在虚电路建立时，传送过程中路由不再改变，可以减少节点不必要的通信处理。分组传输时延小，对大数据量的通信传输效率高。分组额外开销小，对大数据量的通信传输效率高。虚电路的缺点：当网络中线路或者设备发
6、生故障时，必须重新呼叫建立新的连接。,11.1分组交换基本概念和网络结构,数据报方式的特点：没有连接建立和清除的过程，对于短报文通信效率比较高；网络的健壮性较好，可靠性较高。数据报方式的缺点：分组的到达不按顺序，在终点各分组需重新排队；开销较大。,11.1分组交换基本概念和网络结构,二者比较： 分组头：数据报方式的每个分组头都包含详细的目的地址信息；虚电路分组头中只含有虚电路的逻辑信道标识即可。 选路：虚电路方式有预先建立过程，存在一定的处理开销。但是虚电路一旦建立，分组不再需要进行复杂的选路；数据报方式不需要建立过程，对每个分组都要独立地进行选路。,11.1分组交换基本概念和网络结构,二者比
7、较： 分组顺序：虚电路方式不会产生失序现象；数据报方式会引起失序。 故障敏感性：虚电路方式对故障较敏感；数据报方式可靠性较高。 应用：虚电路方式适用于较连续的数据流传送；数据报方式适用于面向事务的询问/响应型数据业务。,11.1分组交换基本概念和网络结构,二、分组交换网,分组交换网,1、分组交换机又称节点交换机。根据在网中所处地位不同分为转接交换机、本地交换机、本地和转接合一交换机等。转接交换机不接用户，所有的线路端口都是用于交换机之间互连的中继端口，仅用于局间的转接。 本地交换机大部分端口用于用户终端的接入，只有少数端口作为中继端口与其他交换机相连。,分组交换网,1、分组交换机本地和转接合一
8、交换机既具有转接功能，又具有本地接入功能。 分组交换机的主要功能：(1)为网络的基本业务和其他各种业务提供支持。(2)在各节点机之间进行路由选择，并进行流量控制，防止网络拥塞，完成交换任务。(3)实现X.25、X.75等多种协议。（4）执行维护、运行管理、故障报告与诊断、计费统计等功能。,分组交换网,2、网络管理中心负责全网运行的管理、维护和监测，主要包括技术管理、计费管理、维护管理和网络状态显示等。 3、数据终端即用户使用的通信终端。分组交换网的数据终端有两类：分组终端和非分组终端。,分组交换网,4、分组集中器又称用户集中器，大多是既有交换功能又有集中功能的设备。可将多个低速的用户终端进行集
9、中，用1条或2条高速的中继线路与节点机相连。 5、传输线路包括从用户终端至分组交换机或PAD的用户线及分组交换机间的中继线，或网间中继线。,分组交换网,6、相关协议包括X.25、X.75等协议。其中X.25协议是数据终端设备DTE与数据电路终接设备DCE之间的接口协议。X.75是分组交换网之间互连时的网间接口协议。,分组交换网的一个重要特点是使用数据报还是虚电路。事实上，在网络内部和接口处可以采用不同的方式。在用户和网络的接口处，网络可能会提供面向连接的虚电路服务或无连接的数据报服务。这种类型的服务为外部数据报服务。在网络内部，既可以采用虚电路方式，也可以采用数据报方式。这种操作称为内部虚电路
10、操作或数据报操作。,网络的外部服务和内部操作,四种组合： (1) 外部虚电路，内部虚电路。 (2) 外部虚电路，内部数据报。 (3) 外部数据报，内部数据报。 (4) 外部数据报，内部虚电路。,网络的外部服务和内部操作,对于使用X.25协议的公用分组交换网而言，提供的是面向连接的外部虚电路服务。在网络内部，既可以采用虚电路方式，也可以采用数据报方式。 下面介绍这两种组合的实现方式： (1) 虚电路方法。,网络的外部服务和内部操作,(2) 数据报方法。建立一个无连接的网络，但是在源节点和终节点之间建立一个连接，它们之间的端到端服务保证了发送的分组可以按序接收，且可保证不被丢失，也不重复，或者乱序
11、。网络内部传送这些分组时，可能经过不同的路由。终节点会暂时保留每个分组，直到在它前面的分组都已到达。然后按序送给终端。,网络的外部服务和内部操作,我国分组交换网等级结构,11.2 X.25协议,分组交换规程分为接口规程和网内规程两种。接口规程是指终端用户和网络之间的通信规程，而网内规程是指网络内部各通信处理机之间的通信规程。X.25协议属于终端用户和网络之间的通信规程。,11.2 X.25协议,一、分层结构X.25建议是数据终端设备DTE(Digital Terminal Equipment)与数据电路终接设备DCE(Data Circuit-terminating Equipment)之间的
12、接口协议。DTE是在数据通信系统中用于发送和接收数据的设备；DCE是用来连接DTE与数据通信网络的设备。,11.2 X.25协议,X.25协议分为三层：物理层，链路层和分组层。,11.2 X.25协议,1、物理层定义了DTE和DCE之间建立、维持、释放物理链路的过程，包括机械、电气、功能和过程特性。 物理层可采用两种接口标准：ITU-T的X.21建议和V系列建议。,11.2 X.25协议,2、数据链路层规定了在DTE和DCE之间的线路上交换X.25帧的过程。 链路层的主要功能：在DTE和DCE之间有效地传输数据；在传输过程中确保接收器和发送器之间信息的同步，同时要监测和纠正传输中产生的差错，当
13、识别规程性错误时要向高层协议报告；向分组层通知链路层的状态。,11.2 X.25协议,(1)HDLC简介HDLC(High-Level Data Link Control)是国际标准化组织开发的一种面向比特的同步通信规程。 HDLC定义了三种类型的链路层实体(即站)，分别称为主站(Primary Station)、从站(Secondary Station)和复合站(Combined Station)。,11.2 X.25协议,HDLC根据站点类型和线路连接方式的不同，定义了两种链路配置：平衡型和非平衡型。,11.2 X.25协议,HDLC定义了三种数据传送方式：正常响应方式(Normal Re
14、sponse Mode，NRM)，异步响应方式(Asynchronous Response Mode，ARM)和异步平衡方式(Asynchronous Balanced Mode，ABM)。 HDLC具有几种主要的子集，如链路访问规程LAP、平衡型链路访问规程LAPB以及ISDN的D信道链路访问规程LAPD等。X.25推荐使用LAPB作为链路层规程。 LAPB采用平衡配置方式，用于点到点链路，采用异步平衡方式来传输数据。,11.2 X.25协议,(2)LAPB的帧结构F：帧标志，占8比特，标志帧的开始和结束。 A：地址字段，占8比特，表示链路层的地址。 I：信息字段，长度可变，用来装载分组层的
15、数据分组。 FCS：帧校验序列，占16比特，检测帧在传送过程中是否有错。 C：控制字段，占8比特，指示帧的类型。,帧的类型,信息帧（I帧）：用于传输在分组层之间交换的分组，分组包含在I帧的信息字段中。I帧C字段的第1个比特为“0”，第28比特用于提供I帧的控制信息，包括发送顺序号N(S)，接收顺序号N(R)，探询位P，这些字段用于链路层差错控制和流量控制。 监控帧（S帧）：S帧没有信息字段，用来保护I帧的正确传送。S帧C字段的第1位为“1”，第2位为“0”，第3、4位用来进一步区分监控帧的类型。监控帧有3种：接收准备好(RR)，接收未准备好(RNR)和拒绝帧(REJ)。其余的4位中用3位表示接
16、收顺序号N(R)，用1位表示P/F位（探询/最终位）。,帧的类型,无编号帧(U帧)：用于实现链路建立和断开过程的控制。U帧C字段的第1位和第2位均为“1”。其余6位中，第5位为P/F位，第3、4、6、7、8位用于区分不同的无编号帧。包括：置异步平衡方式(SABM)，断链(DISC)，已断链方式(DM)，无编号确认(UA)，帧拒绝(FRMR)等。,11.2 X.25协议,(3)链路操作过程数据链路层的操作分为三个阶段：链路建立，帧的传输和链路断开。 链路建立：,11.2 X.25协议,帧的传输：在DTE和DCE之间交换I帧和S帧。 链路断开：是一个双向对称过程，可由DTE或DCE发起。,11.2
17、 X.25协议,3、分组层分组层的基本功能是利用数据链路层提供的可靠传送服务，完成虚呼叫的分组数据通信。 分组层支持两类虚电路连接：交换虚电路SVC和永久虚电路PVC。SVC呼叫过程包括三个阶段：呼叫建立、数据传输和呼叫清除，PVC分组通信只包含数据传输阶段。,11.2 X.25协议,(1)分组格式分组包含在LAPB帧的I字段，由分组头和分组数据两部分组成。,分组格式,GFI：通用格式识别符，为分组定义了一些通用的功能。Q：区分分组包含的是用户数据还是控制信息，0为用户数据，1为控制信息。 D：区分数据分组的确认方式，0表示本地确认(在DTE-DCE接口上确认)，1表示端到端(DTE-DTE)
18、确认。 SS：模式比特，指示分组的顺序号是模8还是模128，01表示按模8方式工作，10表示按模128方式工作。,数据分组确认方式,分组格式,LCGN和LCN：LCGN是逻辑信道群号，LCN是逻辑信道号，合起来共12比特，用以区分DTE-DCE接口中不同的逻辑子信道。 分组类型识别符：8比特，用来区分各种不同的分组。 X.25的分组层共定义了4大类30个分组。,分组类型,11.2 X.25协议,(2)分组层处理过程分组层定义了DTE和DCE之间传输分组的过程。SVC要在每次通信时建立虚电路，而PVC是由运营商设置好的，不需要每次建立。因此，对于SVC来说，分组层的操作包括呼叫建立、数据传输、呼
19、叫清除三个阶段；而对于PVC来说，只有数据传输阶段的操作，无呼叫建立和清除过程。,呼 叫 建 立 过 程,11.2 X.25协议,呼叫请求分组和入呼叫分组的格式 呼叫接受和呼叫连接分组使用与呼叫请求分组相同的格式，但是内容有些不同。,11.2 X.25协议,数据传输阶段在两个DTE之间交换的分组包括数据分组、流量控制分组和中断分组。数据分组格式有两种，分别对应模8和模128两种编号方式。,11.2 X.25协议,数据分组的格式,11.2 X.25协议,呼叫清除过程虚电路任何一端的DTE都能够清除呼叫。呼叫清除过程将导致与该呼叫有关的所有网络信息被清除，所有网络资源被释放。,11.2 X.25协议,呼叫清除过程,11.2 X.25协议,呼叫清除分组和清除指示分组的格式,作业,1、统计时分复用和同步时分复用的区别是什么？哪个更适合于进行数据通信？为什么？ 2、试从优点、缺点、适用场合等方面比较虚电路和数据报方式。 3、什么是逻辑信道？什么是虚电路？二者有何区别与联系？ 4、Modem是DTE还是DCE？ 5、LAPB帧分为哪几种类型？各自的作用是什么？ 6、虚电路方式下数据分组中是否含有目的地址？这样有什么优点？,
