分组交换数据网课件.ppt

1、 分组交换数据网分组交换数据网 分组交换也称为包交换。分组交换机将用户要传送的数据按一定长分组交换也称为包交换。分组交换机将用户要传送的数据按一定长度分割成若干个数据段，这些数据段叫做度分割成若干个数据段，这些数据段叫做“分组分组”（或称包）。（或称包）。传输过程中，需在每个分组前加上控制信息和地址标识（即分组传输过程中，需在每个分组前加上控制信息和地址标识（即分组头），然后在网络中以头），然后在网络中以“存储一转发存储一转发”的方式进行传送。的方式进行传送。到了目的地，交换机将分组头去掉，将分割的数据段按顺序装好，还原成发端的文件交给收端用户，这一过程称为分组交换。进行分组交换的通信网称为分

2、组交换网。进行分组交换的通信网称为分组交换网。分组交换网主要适用于交互式短报文，数据传输速率在64kbps以下，网络的分组平均时延允许在1秒左右的场合，如金融业务、计算机信息服务、管理信息系统等，但它不适用于多媒体通信。6.3.1 分组交换数据网的特点分组交换数据网的特点 在分组交换在分组交换(Packet switching)(Packet switching)数据通信中，为了提高数据通信中，为了提高通信资源的有效利用率，一般采用根据用户实际需要来通信资源的有效利用率，一般采用根据用户实际需要来分配线路资源的方法，即统计时分复用（分配线路资源的方法，即统计时分复用（STDMSTDM）。）。具

3、体说就是：当用户有数据要传输时才分配给他资源，而当用户暂时不发送数据时，不分配线路资源，这时线路的传输能力可用于为其他用户传输更多的数据（又称动态分配或按需分配）。采用分组交换非常经济，其通信费用是与实际占用电路的时间和通信量成正比。分组数据经过网络达到终点有两种方法分组数据经过网络达到终点有两种方法:(1)(1)虚电路虚电路,(2),(2)数据报。数据报。虚电路虚电路 两个用户终端设备在开始互相发送和接收数据之前需要通过网络建立逻辑上的连接，一旦这种连接建立之后就在网络中保持已建立的数据通路，用户发送的数据（分组）将按顺序通过网络达到终端，而当用户不需要发送和接收数据时可拆除这种连接。优点优

4、点:对于数据量较大的通信传输效率高 分组传输时延小 不容易产生数据分组的丢失 缺点缺点:对网络的依赖展性较大数据报数据报 将每一个数据分组当作一份独立的报文看待，每一个数据分组都包含目的地的地址信息。分组交换机为每一个数据分组独立寻找路径，因此在网络的终点需要重新排序。优点：优点：对于短报文数据通信传输效率比较高 对网络故障的适应能力较强缺点缺点:传输时延较大分组交换网的优点：分组交换网的优点：便于纠错：便于纠错：由于分组交换是将数据存储在交换机内的存储器里进行分组后在网内传送的方式，因此它可以对交换机之间传送的分组进行纠错。并且，当终端也能像数据通信中心那样把电文分组后进行收发信时，它也可以

5、对交换机和终端之间传送的分组进行纠错。因此，分组交换可以利用质量不很高的电路达到很低的比特差错率，实现高质量的通信。可以分组多路通信：可以分组多路通信：由于每个分组都包含有控制信息，所以分组型终端尽管和分组交换机之间只有一条用户线相连，但可以同时和多个用户终端进行通信，即同时把同一信息发送到不同的用户，实现分组多路通信。这是公用电话网和电路交换的公用数据网所不能实现的。分组交换网的缺点：分组交换网的缺点：时延长：时延长：由于采用存储转发工作，所以每个分组的传送延迟可达几百毫秒，故分组交换不适合实时性要求高、信息量很大的业务使用。技术复杂：技术复杂：还由于技术比较复杂、网络管理功能强等原因，大型

6、分组交换网的投资较大。6.3.2 分组交换网络（分组交换网络（PSN）简化分组交换网 终端 服务器 节点A 节点E 节点D 节点C 节点B 终端 服务器 终端 外置PAD 内置PAD 在分组交换网中进行通信需要各终端的用户设备发送专在分组交换网中进行通信需要各终端的用户设备发送专用格式的数据。用格式的数据。如果终端不能自已进行数据的分组格式化，就需要有一个称为分组装卸器（PAD）的设备将终端连接到分组网上。PAD从终端或主机上获取数据，以一定的数据格式进行装载，然后将其送至节点。来自PSN的数据分组也由PAD拆卸，然后被选择路由到主机或终端。PADPAD可以放在终端用户的前面或分组交换结点中。

7、可以放在终端用户的前面或分组交换结点中。作为分组交换结点的PAD称为内置PAD，而放在用户端前面的PAD称为外置PAD。分组交换具有拨号网络的便利，分组交换具有拨号网络的便利，因为每个分组可以有不同的路由。例如，一个分组数据能选择直接从A点到B点的路由，也可通过C点到B点。分组交换又有拨号网络的灵活性，因为用户能连接到不同的主机。PSNPSN提供误码检测与纠正。提供误码检测与纠正。分组在传输过程中进行检验，误码严重时可以重传。分组交换网络可使目标结点收到的数据与源点发送的数据相同。既便源与目标设备无检测与纠正功能，分组交换网络结点执行的检错纠错码使信号可靠传输。6.3.3 公共分组交换网公共分

8、组交换网 由服务商为用户提供的由服务商为用户提供的PSNPSN称为公共分组交换网。称为公共分组交换网。分组交换网对传送数据来说是非常有效的，分组交换网对传送数据来说是非常有效的，因为在两个设备之间没有建立永久性的连接，网络中的用户被标记在每个分组上，这与拨号网络相比要便宜的多，因为分组交换网络可以在各用户间有效地共享信道带宽。所有分组交换网络的最大缺点是存在时延。所有分组交换网络的最大缺点是存在时延。因为数据可选择许多路由到达目的地，假如使用卫星传输，延迟会进一步增加。然而，低成本、高可靠性、灵活性、易于接入，及低误码率保证所带来的好处在很多应用中都超过了延迟问题。6.3.4 X.25标准标准

9、 CCITTX.25标准是接入到分组交换网所最常用的标准，为大多数PSN所采用。X.25标准描述了用分组交换网进行通信的所有必要的功能，它被分为三层，与OSI的低三层类似。第一层：物理层，第一层：物理层，描述实际的接口，执行CCITT V.25/V.28标准，这些标准与EIR RS232C类似；第二层：帧层，第二层：帧层，是CCITT LAP-B面向比特数据连接协议，执行误码检测与纠正；第三层：分组层，第三层：分组层，提供网络层的寻址与呼叫连接。X.29 虚拟线路 虚拟线路 分组交换网的接口 终端 B 服务器 A 服务器 B 服务器 C PSN DCE DCE DCE PAD DCE DCE

10、DTE DTE DTE X.25 X.25 X.25 DTE X.25 PAD X.28 X.25 终端 A 终端 C（X.3）X.28X.28描述描述PADPAD到终端的协议到终端的协议X.29X.29描述描述PADPAD到主机的协议到主机的协议 两种类型的设备：两种类型的设备：DTEDTEDCEDCEX.25描述内部描述内部PAD运行标准运行标准X.3定义定义PAD的功能与参数的功能与参数6.4 帧中继（帧中继（Frame Relay）帧中继以帧为单位在网络上传输，并将流量控制、帧中继以帧为单位在网络上传输，并将流量控制、纠错等功能全部交由智能终端设备处理的一种新型高速纠错等功能全部交由智

11、能终端设备处理的一种新型高速网络接口技术。网络接口技术。帧中继和分组交换类似，但却以比分组容量大的帧为单位而不是以分组为单位进行数据传输；而且，它在网路上的中间节点对数据不进行误码纠错。6.4.1 帧中继的特点帧中继的特点灵活可靠的组网方式。灵活可靠的组网方式。采用永久虚电路（PVC）使得用户可以在传输数据之前设定路由，因用户和网络条件的不同随时选择最佳路由，而不必像租用线业务一样即使没有业务发生也存在物理连接的线路，浪费网络资源。具有按需分配带宽的特点。具有按需分配带宽的特点。虽然用户在支付了一定数量的金额购买CIR（承诺信息速率），但是当突发性数据发生的时候，在网络允许的范围下，可以使用更

12、高的速率。再加之在有一条物理连接上能够提供多个逻辑连接（PVC或SVC），所需进网端口数相应减少。帧中继协议与帧中继协议与X.25X.25协议有基本相同之处，它们都是协议有基本相同之处，它们都是peer-peerpeer-peer（对等层）式的点对点交换网络。（对等层）式的点对点交换网络。帧中继规程为用户设备DTE接入帧中继网络设备DCE提供了统一的接口标准。作为DTE与DCE接口，帧中继和X.25可以归属于相同类型的协议，即提供了分组交换数据通信能力，在DTE与DCE间单一的物理链路上能复用多条逻辑链路，从而使一个源DTE可用多条虚电路和多个目的DTE实现连接。作为DTE/DCE接口，帧中继

13、支持对多种协议的封装并通过帧中继网传递，包括IP，IPX.等。帧中继和帧中继和X.25X.25在设计思想上有明显的差别：在设计思想上有明显的差别：X.25X.25强调数据传输的高强调数据传输的高可靠性；而帧中继则着重于数据的快速传输，最大程度地提高网络可靠性；而帧中继则着重于数据的快速传输，最大程度地提高网络吞吐量。吞吐量。帧中继在帧中继在X.25X.25协议基础上省略了分组层（网络层），以链路层的帧协议基础上省略了分组层（网络层），以链路层的帧为基础实现多条逻辑链路的统计复用和转换，所以称为帧中继。为基础实现多条逻辑链路的统计复用和转换，所以称为帧中继。X.25由于要对分组层进行层间操作，对

14、报文进行分组和重组，对相邻节点间都要有确认和重发，因而消耗大量网络资源，增加了时延。帧中继省略了分组层，避免了分组层的报文分组和重组的消耗，而且帧长度是可以变的，允许最大帧长在1000字节以上，没有分组层的固定组长度的限制，从而保证了网络的吞吐量。X.25X.25网是确认型的网络，而帧中继则是非确认型的网络。网是确认型的网络，而帧中继则是非确认型的网络。帧中继只在虚电路的源节点DTE和目的节点DTE之间进行确认和重发，在帧中继网络接口及网内各相邻节点间不负责确认和重发，只进行检错，有错就简单地将其抛弃。由于帧中继省略了网络层并简化了传输处理过程，使其传输速率可由于帧中继省略了网络层并简化了传输

15、处理过程，使其传输速率可在在MbpsMbps级，级，其平均传输速率为X.25的10倍，帧中继向用户提供的进网速率可由低速到高速（64kbps2.048Mbps），而且帧长度可变，非常适合大容量突发型数据业务，是远程局域网间互联的一种理想选择。帧中继也被认为是由窄带ISDN过渡到宽带ISDN（ATM）的理想方案之一。6.4.2 协议参考模型和工作原理协议参考模型和工作原理 帧中继是一种高性能的广域网协议，运行在OSI参考模型的物理层和数据链路层。帧中继规程为DTE和DCE之间定义了接口标准。DTE为用户设备，如路由器、网桥、主机等；DCE为帧中继网络设备，如交换机等。DTE与DCE之间接口是通过

16、单个物理链路实现点对点的连接。帧中继定义了在该单个物理链路上可以复用多个逻辑信道，从而使一个源端DTE设备复用多条虚电路后经DCE接入帧中继网，并可以通过多个目的端的DCE设备连接到相应的目的端DTE设备。两端DTE设备也可经过单个虚电路进行连接通信。帧中继的虚电路有永久型虚电路（帧中继的虚电路有永久型虚电路（PVCPVC）和交换型虚电路）和交换型虚电路（SVCSVC）。）。帧中继用数据链路连接标识符（帧中继用数据链路连接标识符（DLCIDLCI）来标识单个物理通）来标识单个物理通道中多路复用的物理连接道中多路复用的物理连接，在帧中继上，PVC是由电信部门根据用户需要，事先为两端用户分配一对D

17、LCI，设置一条固定双向信道，不需要进行呼叫建立。帧中继规程为帧中继规程为DTEDTE和和DCEDCE之间接口定义了管理协议，称为局之间接口定义了管理协议，称为局部管理接口（部管理接口（LMILMI）协议。）协议。LMI为接入帧中继网上的所有可访问的用户设备提供了状态信息和保活信息，保障了逻辑和物理链路连接的完整性和可知性。帧中继规程定义了基本的LMI协议，基本LMI中的DLCI编址只是局部有效；帧中继规程还包括扩展的LMI，其中有一个全局编址选项，使DLCI编址全局有效。6.4 帧中继帧中继F F：帧头和帧尾标志：帧头和帧尾标志A A：地址字段：地址字段I I：信息字段；：信息字段；FCSF

18、CS：帧校验字段；：帧校验字段；DLCIDLCI：数据链路标识符；：数据链路标识符；C/RC/R：命令：命令/响应位；响应位；EAEA：地址扩展标志；：地址扩展标志；FECNFECN：前向传输阻塞通知；：前向传输阻塞通知；BECNBECN：后向传输阻塞通知；：后向传输阻塞通知；DEDE：帧丢弃许可指示。：帧丢弃许可指示。F 帧中继的帧格式 A I FCS DLCI DLCI FECN BECN DE C/R EA(0)EA(1)地址字段地址字段A A的长度由的长度由EAEA指示，当指示，当EA=1EA=1时说明该字节是地址时说明该字节是地址字段中的最后一个字节。字段中的最后一个字节。地址字段一

19、般为2个字节，必要时可扩展到4个字节。两个字节的地址字段可容纳10比特的DLCI，即可标识1024个虚电路号；FECNFECN、BECNBECN和和DEDE位为阻塞管理所使用的指示位；位为阻塞管理所使用的指示位；C/RC/R位保留给上层使用，帧中继本身不使用。位保留给上层使用，帧中继本身不使用。信息字段信息字段I I是可变长度的，是可变长度的，一般为1600字节到2048字节。I字段用来装载用户数据，包括接入设备使用的各种协议类型（PDU，协议数据单元）。I I字段中的协议信息对帧中继网络而言是完全透明的，即字段中的协议信息对帧中继网络而言是完全透明的，即网络对它们不做任何处理。网络对它们不做

20、任何处理。帧中继采用虚电路方式来传送数据，每个帧沿着各自的帧中继采用虚电路方式来传送数据，每个帧沿着各自的虚电路在网络中传送虚电路在网络中传送。帧中继利用数据链路标识符DLCI来标识每个帧的通信地址。用户采用用户采用PVCPVC接入帧中继网时：接入帧中继网时：电信部门根据需要，事先为两端用户分配一对DLCI，设置一条固定双向信道，如同专用点对点电路一样。用户采用用户采用SVCSVC接入帧中继网时：接入帧中继网时：主叫DTE首先发起呼叫，由帧中继交换设备按连接请求呼叫被叫DTE，一旦叫通后，便建立一条临时性的虚电路，即动态为双方分配一个DLCI，并一直保持到通信结束。6.4.4 差错控制和流量控

21、制差错控制和流量控制 为降低网络开销，帧中继采用简单的拥塞通知机制而不为降低网络开销，帧中继采用简单的拥塞通知机制而不是虚电路流控机制。是虚电路流控机制。帧中继在高可靠性介质上实现，因此可以把流量控制工作留给两端用户设备的高层协议去做。帧中继采用以下两种拥塞通知机制。u 前向拥塞通知（FECN）u 后向拥塞通知（BECD）FECNFECN和和BECDBECD都由帧中继帧头部分的相应位控制都由帧中继帧头部分的相应位控制。在在FECNFECN机制中：机制中：当一个DTE设备向网上发送一个帧中继帧时，FECN控制位被初始化。如果网络发生拥塞，DCE设备（交换机）就把帧的FECN位置为1，当帧到达目的

22、DTE设备时，带有FECN控制位的地址域指示该帧在从源地址向目的地址发送的路径上遇到了拥塞，目的DTE设备向其高层协议提交这一信息，以做进一步处理。在在BECNBECN机制中：机制中：当FECN被置为1的信息帧返回时，DCE将其BECN控制位置1，以通知对方DTE设备网络上某一特定路径发生拥塞。同样，目的DTE设备向其高层协议提交这一信息，以做进一步处理。帧中继的信息帧头部地址域的DE位表示该帧不太重要，当DTE设备将一个帧的DE位置1时，说明该帧不如其他帧重要，当网络发生拥塞时，DCE设备首先丢弃这样的帧，从而降低因网络拥塞而丢弃重要数据的可能性。另外，帧中继网中不提供纠正错误的机制，在帧中

23、虽另外，帧中继网中不提供纠正错误的机制，在帧中虽然含有然含有FCSFCS字段，但仅是检测错误字段，但仅是检测错误。6.4.4网络组成和用户接入网络组成和用户接入 帧中继网是由三要素组成的，即帧中继接入设备、帧中继交换设备和公用帧中继业务。帧中继接入设备（帧中继接入设备（FRADFRAD）：）：是用户住宅设备（CPE），包括主机、桥接器/路由器、分组交换机、特殊的帧中继“PAD”；帧中继交换设备：帧中继交换设备：有T1/E1一次群复用器、分组交换机、专用帧中继交换设备等，为用户提供标准帧中继接口；公用帧中继业务：公用帧中继业务：通过公用帧中继网络提供业务。帧中继接入设备和专用帧中继设备可通过标准

24、帧中继接口与公用帧中继网相连。UNI 公用帧中继网络节点 桥接器/路由器 FRAD PC 帧中继终端 用户帧中继节点 LAN LAN 用户接入帧中继网的形式 FRAD 局域网接入形式：局域网接入形式：局域网用局域网用户一般通过桥接器户一般通过桥接器/路由器接路由器接入帧中继网，也可以通过其入帧中继网，也可以通过其他的帧中继接入设备（如集他的帧中继接入设备（如集线器、线器、PAD、规程转换器等）、规程转换器等）接入帧中继网。接入帧中继网。UNI 公用帧中继网络节点 桥接器/路由器 FRAD PC 帧中继终端 用户帧中继节点 LAN LAN 用户接入帧中继网的形式 FRAD 计算机接入形式：计算机

25、接入形式：各类计算各类计算机要通过帧中继接入设备机要通过帧中继接入设备（FRAD），将非标准的接），将非标准的接口规程转换为标准的口规程转换为标准的UNI接接口规程后接入帧中继网络；口规程后接入帧中继网络；如果计算机自身带有标准的如果计算机自身带有标准的UNI规程，则可作为帧中继规程，则可作为帧中继终端直接接入帧中继网。终端直接接入帧中继网。UNI 公用帧中继网络节点 桥接器/路由器 FRAD PC 帧中继终端 用户帧中继节点 LAN LAN 用户接入帧中继网的形式 FRAD 用户帧中继交换机接入公用用户帧中继交换机接入公用帧中继网：帧中继网：用户专用的帧中用户专用的帧中继网接入公用帧中继网时，继网接入公用帧中继网时，将专用网络中的一台交换机将专用网络中的一台交换机作为公用帧中继网的用户，作为公用帧中继网的用户，以标准的以标准的UNI规程接入。规程接入。本节内容总结：本节内容总结：分组交换网络的特点；分组交换网络的特点；分组交换网及公共分组交换网络；分组交换网及公共分组交换网络；X.25标准；标准；帧中继的特点；帧中继的特点；协议参考模型和工作原理；协议参考模型和工作原理；帧格式；帧格式；差错控制和流量控制；差错控制和流量控制；网络组成和用户接入。网络组成和用户接入。