第四章-数据交换技术课件.ppt

1、第四章 数据交换技术数据交换技术是为所有进入通信网的数据流数据交换技术是为所有进入通信网的数据流提供从源节点到目的节点的通路的技术。提供从源节点到目的节点的通路的技术。当当前的数据交换技术有三种最基本的方式：电前的数据交换技术有三种最基本的方式：电路交换、报文交换、分组交换（帧交换、信路交换、报文交换、分组交换（帧交换、信元交换）。数据通信网的有效性，可靠性和元交换）。数据通信网的有效性，可靠性和经济性直接受网络所采用的交换方式影响。经济性直接受网络所采用的交换方式影响。数据交换技术数据交换技术方案特点：专门使用一列火车来运输火专门使用一列火车来运输火箭，并使用专线，其他车次不得占用。箭，并使

2、用专线，其他车次不得占用。 运输方案优点缺点专车专线速度快铁路利用率低，费用高方案特点：专门使用一列火车来运输火箭，但不使用专线，该火车按照正常的火车时刻表，服从铁路部门的调度。 运输方案优点缺点专车非专线提高了铁路的利用率，降低了费用速度慢，对火车头的要求较高方案特点：不使用专门的火车来运输，而是将火箭进行拆分，拆分之后火箭与普通货物一样进行运输。 运输方案优点缺点非专车非专线铁路利用率高，速度较快，对火车头的要求低电路（线路）交换电路（线路）交换（Circuit Switching） 即为所有通信双方设置即为所有通信双方设置专用的数据专用的数据传输传输通路。通路。 如有两部电话需要进行通信

3、，需要一条物理线路将两部电话连接起来，并通过这条专用线路在两部电话间传输数据。 但是若有5部电话需要通信，全连接网络需要10条线路。 扩展开来，若有N部电话需要通过全连接网络通信，则需要N（N-1）/2根线，即采用全链接网络进行线路交换数据时需要的电线数量与电话数的平方成正比，而这在现实中是不可能实现的。 因此，当电话的数量增多时，就需要使用交换因此，当电话的数量增多时，就需要使用交换机或一个具备交换功能的结点通过非全连接网络机或一个具备交换功能的结点通过非全连接网络（如星型、环形、总线型）把它们连接起来，使（如星型、环形、总线型）把它们连接起来，使任何一个通过该交换机（或者接入到该交换网）任

4、何一个通过该交换机（或者接入到该交换网）的用户都能够实现通信操作。的用户都能够实现通信操作。 交换机结点结点：用于用于数据交换的数据交换的中间设备，中间设备， 站点站点： 发送发送和接收数据和接收数据的终端设备。的终端设备。电路交换的原理 由于目前电路交换的最主要应用是电信网，因由于目前电路交换的最主要应用是电信网，因此我们就以电话为例子，来分析电路交换的工作此我们就以电话为例子，来分析电路交换的工作原理以及它的优缺点。但需要注意的是，电路交原理以及它的优缺点。但需要注意的是，电路交换并不意味着它就是电话交换网，除了电信网，换并不意味着它就是电话交换网，除了电信网，还有很多地方也可以用到电路交

5、换。我们一般可还有很多地方也可以用到电路交换。我们一般可以认为打电话分为三个步骤：以认为打电话分为三个步骤： 拨号拨号通话通话挂机挂机而在电路交换中，我们形象的把这三步分别称为：而在电路交换中，我们形象的把这三步分别称为： 建立连接建立连接通信通信释放连接释放连接注意：这里需要指出一个概念，所有象这种必须通过这里需要指出一个概念，所有象这种必须通过“建立连接建立连接通信通信释放连接释放连接”三个步骤的连三个步骤的连网方式我们称为是网方式我们称为是“面向连接的面向连接的”连网方式。连网方式。否则就可以称为是否则就可以称为是“无连接的无连接的”连网方式。因连网方式。因此电路交换必定是此电路交换必定

6、是面向连接的。面向连接的。建立连接建立连接： 发方站点向接收方站点发请求，该请求通过中间发方站点向接收方站点发请求，该请求通过中间结点传输至终点；中间结点分配线路。线路一旦被分配，在未结点传输至终点；中间结点分配线路。线路一旦被分配，在未释放前，将不能被其它站点所使用，释放前，将不能被其它站点所使用， 即使线路上并没有数据传即使线路上并没有数据传输。输。通信：通信：物理线路建立后，站点之间进行数据传输。物理线路建立后，站点之间进行数据传输。 释放连接释放连接：站点之间的数据传输完毕，执行释放线路的动作。站点之间的数据传输完毕，执行释放线路的动作。线路被释放之后，进入空闲状态，可由其它站点通信所

7、用。线路被释放之后，进入空闲状态，可由其它站点通信所用。数据数据甲甲乙乙交换机交换机电路交换技术电路交换技术数据数据数据数据数据数据电路交换举例在数据传输期间，源结点与目的结点之间有一条由在数据传输期间，源结点与目的结点之间有一条由中间结点构成的专用物理连接线路，在数据传输中间结点构成的专用物理连接线路，在数据传输结束之前，这条线路一直保持。结束之前，这条线路一直保持。交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换的优缺点电路交换的优缺点电路交换的优点信息传输延迟时间小（信息传输延迟时间小（=200ms=200ms）2. 2. 交换机对用户的数据信息不进行存储、分析和处理，交

8、交换机对用户的数据信息不进行存储、分析和处理，交换机在处理方面的开销小，对用户的数据信息不需要附加换机在处理方面的开销小，对用户的数据信息不需要附加许多用于控制的信息，传输效率高。许多用于控制的信息，传输效率高。3. 3. 可在用户间提供可在用户间提供“透明透明”的数据传输，收发双方自动进行的数据传输，收发双方自动进行速率匹配速率匹配 。电路交换的缺点1. 电路接续时间较长，短报文通信效率低，有呼损。电路接续时间较长，短报文通信效率低，有呼损。2. 2. 电路资源被通信双方占用，电路利用率低，约为电路资源被通信双方占用，电路利用率低，约为36%36%（话音）。（话音）。3. 3. 通信双方在信

9、息传输速率、编码格式、同步方式、通信规程等通信双方在信息传输速率、编码格式、同步方式、通信规程等方面应完全兼容，这就限制了各种不同速率、不同代码格式、方面应完全兼容，这就限制了各种不同速率、不同代码格式、不同通信规程的用户终端之间互通。不同通信规程的用户终端之间互通。传输质量较多地依赖于线路的性能，因而差错率较高。传输质量较多地依赖于线路的性能，因而差错率较高。4.4. 费用按时间、距离计费用按时间、距离计电路交换的应用 电路交换多用于传输信息量较大，通信对象比较确定的用户。不适合传送计算机与终端或计算机与计算机之间的数据。数字话音和传真等业务。电路交换 中间结点由具有存储能力的计算机中间结点

10、由具有存储能力的计算机承担，用户承担，用户信息可以暂时保存在中间结信息可以暂时保存在中间结点上点上，该结点，该结点根据目的地址确定输出端根据目的地址确定输出端口和线路口和线路，排队等待线路空闲排队等待线路空闲时再转发时再转发给下一结点，直至终点。报文交换无需给下一结点，直至终点。报文交换无需同时占用整个物理线路。同时占用整个物理线路。 存储转发存储转发 报文交换报文交换(message switching)FDCA报文交换技术报文交换技术存储数据存储数据,将将数据发送给数据发送给C存储数据存储数据,将数将数据发送给据发送给D存储数据存储数据,将将数据发送给数据发送给F存储数据存储数据,将数据将

11、数据发送给发送给乙乙甲甲乙乙数据数据4.2.1 报文交换报文格式：报文格式：报头报头 信息信息报头中至少要包含的信息：报头中至少要包含的信息： 报文的起始标志报文的起始标志 数据的开始标志数据的开始标志 数据源节点地址数据源节点地址 数据目的节点地址及路由信息数据目的节点地址及路由信息 控制信息控制信息 报文编号报文编号 不独占线路，不独占线路，多个用户的数据可以多个用户的数据可以通过存储和排通过存储和排队共享一条线路，无线路建立的过程队共享一条线路，无线路建立的过程，提高了线路，提高了线路的利用率；的利用率； 可以支持多点传输可以支持多点传输, ,报文中增加报文中增加“地址字段地址字段”，中

12、间结点根据地址字段进行复制和转发。中间结点根据地址字段进行复制和转发。 中间结点可进行数据格式的转换中间结点可进行数据格式的转换，增加差错检，增加差错检测功能。测功能。接收者和发送者接收者和发送者无需同时工作无需同时工作，当接收者处于繁忙，当接收者处于繁忙时时, ,网络节点可以先将报文暂时存储起来。网络节点可以先将报文暂时存储起来。费用按流量计，与时间及距离无关费用按流量计，与时间及距离无关报文交换报文交换(message switching)不足之处不足之处：1.1.由于由于“存储转发存储转发”和排队，和排队，增加了数据传输的增加了数据传输的延迟延迟，2.2.报文长度未作规定，报文长度未作规

13、定，报文只能暂存在磁盘上，磁报文只能暂存在磁盘上，磁盘读取占用了额外的时间盘读取占用了额外的时间；3.3.任何报文都必须排队等待：任何报文都必须排队等待：不同长度的报文要求不同长度的报文要求不同长度的处理和传输时间，即使非常短小的报不同长度的处理和传输时间，即使非常短小的报文（例如：交互式通信中的会话信息）文（例如：交互式通信中的会话信息）4.4.报文交换报文交换难以支持实时通信和交互式通信的要求难以支持实时通信和交互式通信的要求。报文交换报文交换(message switching)报文交换主要应用于公众电报和电子信箱业务报文交换主要应用于公众电报和电子信箱业务。4.2.2 分组交换交换机理

14、相同于报文交换，差别在于交换数交换机理相同于报文交换，差别在于交换数据单元长度不同。据单元长度不同。将长报文分成若干个小分将长报文分成若干个小分组进行传输，组进行传输，不同站点的数据分组可以交织不同站点的数据分组可以交织在同一线路上传输。在同一线路上传输。提高了线路的利用率。提高了线路的利用率。一个分组的典型长度最长是一千位到几千位。一个分组的典型长度最长是一千位到几千位。对于对于固定长度的分组，可以采用高速缓存技固定长度的分组，可以采用高速缓存技术来暂存分组，提高转发的速度；术来暂存分组，提高转发的速度； 分组交换实现的关键分组交换实现的关键：分组长度的选择分组长度的选择， 分组越小，冗余量

15、（分组中的控制信息等）在整分组越小，冗余量（分组中的控制信息等）在整个分组中所占的比例越大，最终将影响用户数据个分组中所占的比例越大，最终将影响用户数据传输的效率；传输的效率； 分组越大，数据传输出错的概率也越大，增加重分组越大，数据传输出错的概率也越大，增加重传的次数，也影响用户数据传输的效率。传的次数，也影响用户数据传输的效率。X.25X.25分组交换网分组交换网： 131131字节，（字节，（128128字节的用户数字节的用户数据、据、3 3字节的控制信息）字节的控制信息）以太网中以太网中： 15001500字节。字节。ATMATM网中网中：5353个字节个字节分组交换分组交换A数据数据

16、BC分组分组1 分组分组2分组分组3分组分组4分组分组5甲甲乙乙分组交换技术分组交换技术分组的存储转发过程H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组结点交换机主机在结点交换机 A 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 C 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 E 暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机 H5报文分组交换的原理在发送端，先把较长的报文在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定划分成较短的、固定长度的数据段。长度的数据段。 1111010假定这个报文较长不便于传输数 据数 据数 据报文分组交换的原理每一个数据段前面添加上每一个数据段前面添加上

17、首部首部构成分组。构成分组。首部首部首部分组 1分组 2分组 3请注意：现在左边是“前面”分组交换的原理分组交换网以分组交换网以“分组分组”作为数据传输单元。作为数据传输单元。依次依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。边）。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3分组首部的重要性每一个每一个分组的首部都含有分组的首部都含有地址地址等控制信息。等控制信息。分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的首部中的地址信息地址信息，把分组，把分组转发转发到下一个结点到下一个结点交换机。交换机。用这样的用

18、这样的存储转发存储转发方式，最后分组就能到达方式，最后分组就能到达最最终目的地终目的地。分组交换的原理接收端收到分组后接收端收到分组后剥去首部还原成报文剥去首部还原成报文。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3收到的数据数 据数 据数 据分组交换的原理最后，在接收端把收到的数据最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来恢复成为原来的报文的报文。这里我们假定分组在传输过程中没有出现差这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。错，在转发时也没有被丢弃。报文1111010分组交换采用了两种不同方法来管理被传输的分分组交换采用了两种不同方法来管理被传输的分组流：数据报

19、，虚电路。组流：数据报，虚电路。数据报：数据报：借鉴报文交换的思想，借鉴报文交换的思想，面向无连接的数面向无连接的数据传输。采用数据报方式传输时，被传输的分据传输。采用数据报方式传输时，被传输的分组称为数据报组称为数据报数据报（数据报（DatagramDatagram）数据报的前部数据报的前部增加地址信息增加地址信息的字段，网络中的各结的字段，网络中的各结点，根据地址信息和一定的点，根据地址信息和一定的路由规则路由规则，选择输出端，选择输出端口，暂存和排队数据报，并在传输媒体空闲时，发口，暂存和排队数据报，并在传输媒体空闲时，发往相邻结点，直至最终站点往相邻结点，直至最终站点。当一对站点之间需

20、要传输多个数据报时，由于每当一对站点之间需要传输多个数据报时，由于每个数据报均被独立地传输和路由，因此在网络个数据报均被独立地传输和路由，因此在网络中可能会走不同的路径，具有不同的时间延迟。中可能会走不同的路径，具有不同的时间延迟。按序发送的多个数据报可能以不同的顺序达到按序发送的多个数据报可能以不同的顺序达到终点。终点。站点必须站点必须具有存储和重新排序具有存储和重新排序的能力。的能力。abcdefabcdefe ae ac c b bf fc ca ae ef f c cc cb bbacbacfdebacfdebac数据报（数据报（DatagramDatagram） 虚电路又被称为虚电路

21、又被称为面向连接的分组数据传输面向连接的分组数据传输，工作，工作过程类似于线路交换，但电路是过程类似于线路交换，但电路是“虚拟虚拟”的。的。 物理媒体被理解为由多个子信道（称之为物理媒体被理解为由多个子信道（称之为逻辑信逻辑信道道LCLC）组成，子信道的串接形成虚电路（）组成，子信道的串接形成虚电路（VCVC），），利用不同的虚电路来支持不同的用户数据的传输。利用不同的虚电路来支持不同的用户数据的传输。虚电路（虚电路（Virtual CircuitVirtual Circuit）A1B1虚电路虚电路: VC1=LC1（3）+ LC2（2）+ LC3（1）A2C1虚电路虚电路: VC2=LC1（

22、2）+ LC2（1）+ LC4（3）A3D1虚电路虚电路: VC3=LC1（1）+ LC5（4） 用户用户A1A1用户用户A2A2用户用户A3A3 结点结点A A中继结点中继结点1 1传输媒体传输媒体中继结点中继结点2 2用户用户B1B1用户用户C1C1结点结点B B用户用户D1D1结点结点D D结点结点C C12312134LC1LC2LC4LC3LC5虚电路进行数据传输的过程：虚电路进行数据传输的过程： 虚电路建立：虚电路建立：发送方发送含有地址信息的特定的控制信发送方发送含有地址信息的特定的控制信息块（如：呼叫分组），该信息块途经的每个中间结息块（如：呼叫分组），该信息块途经的每个中间结

23、点根据当前的逻辑信道（点根据当前的逻辑信道（LCLC）使用状况，分配）使用状况，分配LCLC，并，并建立输入和输出建立输入和输出LCLC映射表，所有中间结点分配的映射表，所有中间结点分配的LCLC的的串接形成虚电路（串接形成虚电路（VCVC）。）。虚电路（虚电路（Virtual CircuitVirtual Circuit）用户用户A1A1用户用户A2A2用户用户A3A3 结点结点A A中继结点中继结点1 1传输媒体传输媒体中继结点中继结点2 2用户用户B1B1用户用户C1C1结点结点B B用户用户D1D1结点结点D D结点结点C C12312134LC1LC2LC4LC3LC5虚电路（虚电路

24、（Virtual CircuitVirtual Circuit）数据传输数据传输： 站点发送的所有分组均沿着相同的站点发送的所有分组均沿着相同的VCVC传输，分传输，分组的发收顺序完全相同；分组中只带逻辑信道号组的发收顺序完全相同；分组中只带逻辑信道号，而不带地址。，而不带地址。用户用户A1A1用户用户A2A2用户用户A3A3 结点结点A A中继结点中继结点1 1传输媒体传输媒体中继结点中继结点2 2用户用户B1B1用户用户C1C1结点结点B B用户用户D1D1结点结点D D结点结点C C12312134LC1LC2LC4LC3LC5虚电路（虚电路（Virtual CircuitVirtual

25、 Circuit）虚电路释放：虚电路释放： 数据传输完毕，采用特定的控制信息块（如：拆除分组数据传输完毕，采用特定的控制信息块（如：拆除分组），释放该虚电路。通信的双方都可发起释放虚电路的动），释放该虚电路。通信的双方都可发起释放虚电路的动作。作。用户用户A1A1用户用户A2A2用户用户A3A3 结点结点A A中继结点中继结点1 1传输媒体传输媒体中继结点中继结点2 2用户用户B1B1用户用户C1C1结点结点B B用户用户D1D1结点结点D D结点结点C C12312134LC1LC2LC4LC3LC5虚电路的建立和释放需要占用一定的时间，虚电路的建立和释放需要占用一定的时间，不适合不适合站点

26、之间具有频繁的、短小数据交换站点之间具有频繁的、短小数据交换的场合的场合. .永久虚电路永久虚电路PVCPVC和和呼叫虚电路呼叫虚电路SVCSVC。永久虚电路永久虚电路: :两站点间事先建立固定的链接，占用固两站点间事先建立固定的链接，占用固定的逻辑信道，任何时候，站点之间都可以通信。定的逻辑信道，任何时候，站点之间都可以通信。呼叫虚电路呼叫虚电路则根据需要，动态建立和释放虚电路。则根据需要，动态建立和释放虚电路。虚电路（虚电路（Virtual CircuitVirtual Circuit）用户用户A1A1用户用户A2A2用户用户A3A3 结点结点A A中继结点中继结点1 1传输媒体传输媒体中

27、继结点中继结点2 2用户用户B1B1用户用户C1C1结点结点B B用户用户D1D1结点结点D D结点结点C C12312134LC1LC2LC4LC3LC5A1B1永久虚电路永久虚电路数据报数据报：1.1.传输无需连接建立和释放的过程，每个分组需传输无需连接建立和释放的过程，每个分组需进行路由选择；进行路由选择；2.2.每个数据报中需带较多的地址信息；每个数据报中需带较多的地址信息；3.3.用户的连续数据块会用户的连续数据块会无序地到达目的地无序地到达目的地；接受；接受站点处理复杂。站点处理复杂。4.4.当使用网状拓扑组建网络时，任一中间结点或当使用网状拓扑组建网络时，任一中间结点或者线路的故

28、障不会影响数据报的传输（可以选者线路的故障不会影响数据报的传输（可以选择不同的路径），可靠性较高。择不同的路径），可靠性较高。5.5.数据报比较适合站点之间少量数据的传输。数据报比较适合站点之间少量数据的传输。数据报和虚电路的比较数据报和虚电路的比较UDP数据传输数据传输 虚电路：虚电路：1.1.传输需连接建立和释放的过程，每个链接只需传输需连接建立和释放的过程，每个链接只需一次路由选择；一次路由选择；2.2.数据块中仅含少量的地址信息（数据块中仅含少量的地址信息（LCLC号），用户号），用户的连续数据块沿着相同的路径，按序到达目的的连续数据块沿着相同的路径，按序到达目的地；接受站点处理方便。

29、地；接受站点处理方便。3.3.如果虚电路中的某个结点或者线路出现故障，如果虚电路中的某个结点或者线路出现故障，将导致虚电路传输失效。将导致虚电路传输失效。4.4.虚电路方式较适合站点之间大批量的数据传输。虚电路方式较适合站点之间大批量的数据传输。数据报和虚电路的比较数据报和虚电路的比较TCP数据传输数据传输X.25 分组格式查资料，解释X.25分组格式1）解释X.25协议（面向连接的虚电路分组交换技术，TDM，2Mbit/s）2）三层：物理（X.21,V系列,RS232）、数据链路（交换X.25帧，HDLC协议，CRC ）、网络层（分组）。151216xxxX.25 分组格式IP分组格式分组交

30、换的优点1. 向用户提供不同速率、不同代码、不同同步方式以及不同通信控制协议的数据终端间能够互相通信的灵活的通信环境。2. 在网络负荷较轻的情况下，能够较好的满足会话型通信实时性要求。3. 实现线路的动态时分复用，通信线路的利用率高，节省费用。4. 可靠性高，采用差错校验与重发的功能，而且在网内发生故障时，网络中的路由机制会使分组自动地选择一条新的路由避开故障点，不会造成通信中断。 。5. 分组多路通信：可以同时与多个用户终端进行通信，可把同一信息发送到不同用户。 6. 计费与传输距离无关：网络计费按时长、信息量计费，与传输距离无关，特别适合那些非实时性，而通信量不大的用户。 7. 能与公用电

31、话网、用户电报网和低速数据网及其他专用网相连。分组交换的缺点1.由网络附加的传输信息多，对长报文通信的传输效率比较低。当把一份报文划分为许多分组在交换网内传输时，为了保证这些分组能够按照正确的路径安全准确地达到终点，就要给每个数据分组加上控制信息（分组头）。除此之外，还要设计许多不包含数据信息的控制分组，用以实现数据通路的建立、保持和拆除，并进行差错控制和流量控制等。2.技术实现复杂。分组交换机要对各种类型的“分组”进行分析处理，为“分组”在网中的传输提供路由，并且在必要时自动进行路由调整；交换机还要为用户提供速率、代码和规程的变换，为网络的管理和维护提供必要的报告信息等。快速分组交换FPS快

32、速分组交换技术：在分组交换基础上演变而来，快速分组交换技术：在分组交换基础上演变而来，建立在光纤线路上，能满足对语音、数据、视像建立在光纤线路上，能满足对语音、数据、视像等多媒体业务的应用。等多媒体业务的应用。交换技术：交换技术： 帧中继帧中继 (Frame Relay) (Frame Relay) 帧长度可变时；帧长度可变时； 信元中继信元中继 (Cell Relay) (Cell Relay) 帧长度不变时；帧长度不变时；快速分组交换FPS主要作了如下的改进：主要作了如下的改进：缩短分组长度为缩短分组长度为5353个字节（一般几百个字节（一般几百几千个字几千个字节）。节）。尽量取消在低层次

33、上对数据单元的差错流量路由尽量取消在低层次上对数据单元的差错流量路由等操作，尽量同化低级通信协议。等操作，尽量同化低级通信协议。采用虚电路与虚通道方式。采用虚电路与虚通道方式。交换机与交换协议控制采用超大规模集成电路及交换机与交换协议控制采用超大规模集成电路及并行处理与分布式控制技术。并行处理与分布式控制技术。（1）帧中继协议简化了）帧中继协议简化了X.25分组级功能，只有分组级功能，只有两个层次：物理层、数据链路层。使网内节点的两个层次：物理层、数据链路层。使网内节点的处理大为简化，在帧中继网中，一个节点收到一处理大为简化，在帧中继网中，一个节点收到一个帧时，大约只需执行个帧时，大约只需执行

34、6个检测步骤。实验结果个检测步骤。实验结果表明，采用帧中继时一个帧的处理时间可以比表明，采用帧中继时一个帧的处理时间可以比X.25的处理时间减少一个数量级，因而提高了帧的处理时间减少一个数量级，因而提高了帧中继网的处理效率。中继网的处理效率。 帧中继技术的特点：帧中继技术的特点：（2）传送的基本单元为帧，帧的长度可变的，）传送的基本单元为帧，帧的长度可变的，最大长度允许最大长度允许1600字节，要比字节，要比X.25网的缺省分组网的缺省分组128字节长，特别适合于封装局域网的数据单元，字节长，特别适合于封装局域网的数据单元，减少了分段与重组的处理开销。减少了分段与重组的处理开销。 （3）在数据

35、链路层完成动态）在数据链路层完成动态(统计统计)复用、帧透明复用、帧透明传输和差错检测，但与传输和差错检测，但与X.25网不同的是帧中继网不同的是帧中继网内节点若检测到差错，将出错的帧丢弃，不网内节点若检测到差错，将出错的帧丢弃，不采用重传机制，减少了帧编号、流量控制、应采用重传机制，减少了帧编号、流量控制、应答等开销，由此减少了交换机的处理时间，提答等开销，由此减少了交换机的处理时间，提高了网络吞吐量，降低了网络迟延。例如高了网络吞吐量，降低了网络迟延。例如X.25网内每个节点进行帧检验产生的时延为网内每个节点进行帧检验产生的时延为510ms，而帧中继节点的处理时延小于，而帧中继节点的处理时

36、延小于2ms。 （4）帧中继技术提供了一套有效的带宽管理和）帧中继技术提供了一套有效的带宽管理和阻塞控制机制，使用户能合理传送超出约定带宽阻塞控制机制，使用户能合理传送超出约定带宽的突发性数据，充分利用网络资源。的突发性数据，充分利用网络资源。（5） 帧中继现可提供用户的接入速率在帧中继现可提供用户的接入速率在64Kbit/s 2.048 Mbit/s ,也可达也可达45Mbit/s。（6）与）与X.25分组交换一样，帧中继采用了面向分组交换一样，帧中继采用了面向连接的工作模式，可提供连接的工作模式，可提供PVC业务、业务、SVC业务。业务。由于帧中继由于帧中继SVC业务对用户的资费并不能带来

37、业务对用户的资费并不能带来明显的好处，实际上主要用作局域网的互连，明显的好处，实际上主要用作局域网的互连，仅采用仅采用PVC业务。业务。（7 7）帧中继技术具有高效性、经济性、可靠性、）帧中继技术具有高效性、经济性、可靠性、灵活性和长远性。它可用于灵活性和长远性。它可用于局域网互联、将局局域网互联、将局域网连入广域网、建立虚拟专用网和域网连入广域网、建立虚拟专用网和ATMATM网络的网络的数据业务接入数据业务接入等。等。 2. 帧中继的帧格式帧中继的帧格式FFACIFCSDLCI (高阶比特高阶比特 )DLCI ( 低低 )C/R EADE EAFECNBECN8 7 6 5 4 3 2 1E

38、A = 0EA = 1FFAIFCSQ .922核心核心LAPFX.25源点源点终点终点12345786F R源点源点终点终点12345786X.25与帧中继的操作方式：与帧中继的操作方式：专用网接口：所有的数据设备安装带有专用网接口：所有的数据设备安装带有FRN接口的接口的E1（或（或T1）多路选择器；其它应用）多路选择器；其它应用（语音传输、电话会议等）仅安装非帧中（语音传输、电话会议等）仅安装非帧中继接口；继接口；公用网接口公用网接口应用：块数据交换、文件传送、字符交互、应用：块数据交换、文件传送、字符交互、互联互联LAN、支持多个低速复用。、支持多个低速复用。3. 帧中继的应用帧中继的

39、应用X.25分组交换与帧中继交换的比较分组交换与帧中继交换的比较2.048MbspISDN是由电话综合数字网演变而成的一个网络，是由电话综合数字网演变而成的一个网络，它提供端到端的数字连接，以支持包括话音和它提供端到端的数字连接，以支持包括话音和非话业务在内的多种电信服务，并为用户接入非话业务在内的多种电信服务，并为用户接入提供一组有限的多用途用户网络间的标准接口。提供一组有限的多用途用户网络间的标准接口。N_ISDN是以数字式电话网为基础，采用电路交是以数字式电话网为基础，采用电路交换方式，基于换方式，基于64Kbit/s的的ISDN ,数据速率限为数据速率限为2Mbit/s；B_ISDN则

40、是真正意义上的综合，采用快速分组则是真正意义上的综合，采用快速分组交换方式，即交换方式，即ATM技术。数据速率为技术。数据速率为155 .520 Mbit/s，622.080Mbit/s。4.4 异步传输模式（异步传输模式（ATM）4.4.1 ATM技术背景技术背景B-ISDN对传输模式的要求：对传输模式的要求：对信息损伤小（信息传送的时延和时延抖对信息损伤小（信息传送的时延和时延抖动要小，信息丢失和差错率要小）；动要小，信息丢失和差错率要小）；能灵活支持各种业务；能灵活支持各种业务；具有高速传送信息的能力；具有高速传送信息的能力；简单易行（简化信息处理过程，简化对网简单易行（简化信息处理过程

41、，简化对网络设备、网络结构、网络管理的要求）。络设备、网络结构、网络管理的要求）。1. ATM网络结构网络结构ATM技术是技术是B-ISDN的核心技术；的核心技术；ATM网采用多级的交换网络结构；网采用多级的交换网络结构；ATM网络是由网络是由ATM终端和终端和ATM交换机构成；交换机构成；接口：接口： 用户用户-网络接口（网络接口（UNI） 网络网络-网络接口（网络接口（NNI）ATM网：网： 专用专用ATM网网 公用公用ATM网网 接入接入ATM网网4 .4. 2 ATM的基本概念High levelHigh levelATM AAL I . 362/363ATM Layer I . 36

42、1Physical LayerU_PlaneC_PlaneManagement PlanePlane ManagementLayerManagement2. ATM层次模型和信元格式层次模型和信元格式(1)ATM层次模型层次模型GFC/VPI VPI VPI VCI VCIVCIPTCLP HECPAYLOAD1234548字节字节(2) ATM信元格式信元格式GFC: general flow control 通用流量控制通用流量控制VPI：virtual path identification 虚通道标识符虚通道标识符 VCI：virtual channel identification虚

43、通路标识符虚通路标识符 PT：payload type净负荷类型净负荷类型CLP：cell loss priority信元丢失优先级信元丢失优先级HEC：header error control信头差错控制信头差错控制ATM是面向连接的；是面向连接的；网络资源是由各连接统计复用的：一种虚连接网络资源是由各连接统计复用的：一种虚连接（在连接时，网络仅对连接进行资源的预分配，（在连接时，网络仅对连接进行资源的预分配，只有在传输信元时才占用）；只有在传输信元时才占用）；ATM支持支持VPC、VCC；一条虚连接由一条虚连接由VPI和和VCI两部分标识：两部分标识：VPI和虚通和虚通道的网络资源由网管系

44、统以半永久方式分配；道的网络资源由网管系统以半永久方式分配；虚通道内的虚通路通过信令动态地占用虚通道虚通道内的虚通路通过信令动态地占用虚通道的资源；的资源；每个虚通道可允许每个虚通道可允许4094个虚连接。个虚连接。3. ATM连接连接为什么既设为什么既设VP，又设，又设VC？既设既设VP，又设，又设VC可实现可实现ATM两级交换；两级交换；设设VP ： 可简化网络的资源管理；可简化网络的资源管理； 提高了交换机的交换效率；提高了交换机的交换效率； 可为企业网提供安全机制。可为企业网提供安全机制。ATM的的VC建立方式：建立方式： PVC（半永久连接）（半永久连接） SVC（通过信令动态分配（

45、通过信令动态分配VPI、VCI）VPI、VCI的值只有局部意义；在交换机内部通的值只有局部意义；在交换机内部通过端口号过端口号+VPI、VCI来唯一标识一个连接。来唯一标识一个连接。PMD（物理介质相关子层）：（物理介质相关子层）： 155.520 Mbit/s （电（电 / 光接口）光接口） 622.080 Mbit/s （光接口）（光接口）4 .4. 3 ATM物理层物理层21OSI-RMTCPMDATM物理层物理层 TC（传输会聚子层）：（传输会聚子层）： 信元流信元流比特流比特流计算计算HECATMTCPMD（信元头的前（信元头的前4字节）字节）000000000X8+X2+X+1=

46、商商 余数余数将余数将余数 01010101 得得 HEC 适配同步传输、信元速率去耦适配同步传输、信元速率去耦 如信元装在如信元装在SDH中传输，当无数据发送中传输，当无数据发送时应插入空信元；时应插入空信元； 操作维护信元（操作维护信元（OAM）用于传送操作控）用于传送操作控制信息、以及信元速率去耦制信息、以及信元速率去耦ATMTCPMD定位信元的边界定位信元的边界检查存在有效信元头？检查存在有效信元头？移位寄存器（移位寄存器（40位）位）PMDTC 如果是有效信元头，将移位寄存器中左如果是有效信元头，将移位寄存器中左8位对位对右右32位进行计算位进行计算HEC； 如果不是有效信元头，将右

47、如果不是有效信元头，将右1位，继续计算。位，继续计算。传输汇聚子层信元头保护机制 HEC 8 bits G(X) = X8 + X2 + X + 1 纠正单个位差错和检测多个位差错检错模式检错模式纠错模式纠错模式纠正单个位差错纠正单个位差错检测多个位差错，丢弃信元检测多个位差错，丢弃信元未检到错未检到错检到错检到错丢弃信元丢弃信元未检到错未检到错搜索搜索预同步预同步同步同步正确正确HEC不正确不正确HEC6个连续正确个连续正确HEC7个连续不正确个连续不正确HEC* 信元定界机制信元定界机制功能：功能： 信元复用信元复用 / 解复用解复用 信元传输（信元头的信元传输（信元头的生成生成 / 去除

48、、信元去除、信元 VPI / VCI 转换）转换） 流量控制（一般流量控制流量控制（一般流量控制 GFC）和阻）和阻塞控制塞控制4 .4. 4 ATM层层ATMTCAALATM层不提供任何应答机制，不进行差错控制层不提供任何应答机制，不进行差错控制（光纤传输）；（光纤传输）；在实时业务（按顺序投送）环境下，重发一个偶在实时业务（按顺序投送）环境下，重发一个偶然出错的信元比丢弃该信元更糟；然出错的信元比丢弃该信元更糟；路由表路由表11/1225/1231/1543/10端口号、端口号、VPI/VCIATM流量控制：控制入网的业务量，尽量流量控制：控制入网的业务量，尽量避免阻塞；避免阻塞；ATM阻

49、塞控制：当出现阻塞，采取措施，阻塞控制：当出现阻塞，采取措施，如在信元头中如在信元头中CLP=1的信元，将其丢弃。的信元，将其丢弃。 检查检查 CLP=1？Y ATM描述流量和描述流量和QOS的参数：的参数：峰值信元速率峰值信元速率 （ PCR，Peak Cell Rate)可维持信元速率可维持信元速率 （ SCR，Sustained Cell Rate)最小信元速率最小信元速率 （ MCR，Minimum Cell Rate)最大突发长度（最大突发长度（ MSB，Maximum Burst Block)允许的信元抖动容限允许的信元抖动容限（ CDVT，Cell Delay Variation

50、 Tolerance)峰值信元时延抖动峰值信元时延抖动（ Peak-to-Peak Cell Delay Variation )最大信元传送时延最大信元传送时延（ Maximum Cell Transfer Delay)信元丢失率信元丢失率（Cell Loss Ratio）信元错误率信元错误率（Cell Error Ratio）严重出错的信元块比例严重出错的信元块比例（Severely-errored Cell Block Ratio）信元误插率信元误插率（Cell Mis-insertion Rate）源流量源流量参数参数服务质量参数服务质量参数4 .4. 5 ATM适配（适配（AAL）层）