1、2022-7-26通信网基础2提纲n广域数据子网n数据链路控制和协议n子网提供的服务n子网内路由选择n流量控制和拥塞控制n广域数据子网实例（FR）2022-7-26通信网基础3数据链路类型n局域广播类型数据链路（例如，LAN）n广域点到点类型数据链路（例如，DDN，SDH，拨号链路）n广域交换式数据链路（例如，X.25，FR，ATM）SDH网ATM网主机 H1主机 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3局域网局域网2022-7-26通信网基础4数据链路的功能n链路管理n 帧同步（帧定界）n 流量控制n 差错控制n 寻址n数据和控制信息的识别2022-7-26通信网基础5帧同步（帧定界）n一般
2、的做法是将位流分解成离散的帧，在实际一般的做法是将位流分解成离散的帧，在实际应用中，通常采用比特填充的分界标志法。应用中，通常采用比特填充的分界标志法。2022-7-26通信网基础6流量控制n如果发送方发送帧的速度超过了接收方能够接收这些帧的速度，则必须采用流量控制。常用的办法基于反馈的流控制，接收方给发送方送回信息，允许它发送更多的数据，或者至少也要告诉发送方它的情况怎么样，如滑动窗口法。处理单元处理单元没有缓冲空间了！没有缓冲空间了！后面分组丢弃后面分组丢弃2022-7-26通信网基础7差错控制n由于数据通信系统传输特性的不理想和外部干扰的存在，传输中出现差错是不可避免的。n由于数据序列的
3、独立性和随机性，物理层无法有效地发现和纠正差错。n差错控制的目的：确保所有的帧按顺序正确递交到网络层实体。n差错控制的方法：检错及自动请求重发（automatic repeat request,ARQ）。2022-7-26通信网基础8ABDATADATADATADATA送主机送主机 B送主机送主机 B送主机送主机 B送主机送主机 BABDATA送主机送主机 BDATA送主机送主机 B时时间间不需要流量控制不需要流量控制需要流量控制需要流量控制最简单的流量控制2022-7-26通信网基础9实际情况n在实际的数据传输过程中，由于传输信道特性的不理想和外界干扰的存在，出现传输差错是不可避免的。n传输
4、差错导致接收的数据帧错误，接收方要求发送方重发数据帧。n严重的传输差错还导致数据帧或应答帧丢失，使发送操作不能继续进行，或接收方重复接收数据。2022-7-26通信网基础10四种情况时间ABDATA0送主机ACKDATA1送主机ACK(a)正常情况ABDATA0DATA0送主机ACK(c)数据帧丢失重传tout丢失！ABDATA0送主机ACKDATA0丢弃ACK(d)确认帧丢失重传tout丢失！ABDATA0NAKDATA0送主机ACK(b)数据帧出错重传出错2022-7-26通信网基础11n前面介绍的方法虽然简单,但是信道利用率太低,实际应用中通常采用滑动窗口控制方法。n当发送完一个数据帧后
5、，不是停下来等待确认帧，而是继续发送若干数据帧。由于在等待确认时可以继续发送数据，减少了信道空闲时间，因而提高了整个通信过程的吞吐量。n如果帧损坏或没有按序到达，接收方保持沉默，并且在收到所希望的帧之前放弃所有后续的帧。如果出现差错，则发方从出现差错的数据帧开始全部重发。滑动窗口控制2022-7-26通信网基础12n发送端和接收端分别设定发送窗口和接收窗口。n发送窗口用来对发送端进行流量控制，发送窗口的大小是发送端可以不等待应答而连续发送的最大帧数；n当接收到正确的确认之后，窗口就滑动。发送窗口2022-7-26通信网基础1301234567012发送窗口WT不允许发送这些帧允许发送 5 个帧
6、(a)01234567012不允许发送这些帧还允许发送 4 个帧WT已发送(b)01234567012不允许发送这些帧WT已发送(c)01234567012不允许发送这些帧还允许发送 3 个帧WT已发送 已发送并已收到确认(d)2022-7-26通信网基础14n接收窗口尺寸：接收端允许连续接收的帧数；n在接收端只有当收到的数据帧的发送序号落入接收窗口内才允许将该数据帧收下。n若接收到的数据帧落在接收窗口之外，则一律将其丢弃。n在返回N连续ARQ中，接收窗口大小WR=1。n连续ARQ可以采用累积确认方法。接收窗口2022-7-26通信网基础15不允许接收这些帧01234567012WR准备接收
7、0 号帧(a)不允许接收这些帧01234567012WR准备接收 1 号帧已收到(b)不允许接收这些帧01234567012WR准备接收 4 号帧已收到(c)2022-7-26通信网基础16n只有接收窗口向前滑动时（与此同时也发送了确认），发送窗口才有可能向前滑动。n收发两端的窗口按照以上规律不断地向前滑动，因此这种协议又称为滑动窗口协议。滑动窗口流量控制方法2022-7-26通信网基础17数据链路控制协议实例n1974年，IBM 公司推出了面向比特的规程SDLC(Synchronous Data Link Control)。n后来 ISO 把 SDLC 修改后称为 HDLC(High-lev
8、el Data Link Control)，译为高级数据链路控制，作为国际标准ISO 3309。nCCITT 则将 HDLC 再修改后称为链路接入规程 LAP(Link Access Procedure)。不久，HDLC 的新版本又把 LAP 修改为 LAPB，“B”表示平衡型(Balanced)，所以 LAPB 叫做链路接入规程(平衡型)。2022-7-26通信网基础18高级数据链路控制规程HDLCn站的定义：n 主站：允许发送控制报文n 从站：在主站控制下操作，回复响应n 复合站：具有主、从站双重功能n链路配置：n 不平衡：用于点点或点多点链路n 平衡：用于点点链路2022-7-26通信网
9、基础19高级数据链路控制规程HDLCnNRM 正常响应模式 只有主站才能发起向从站的数据传输，从站只能响应主站的询问。nARM 异步响应模式 允许从站发起向主站的数据传输，但主站仍然负责全程的初始化。nABM 异步平衡模式 任一复合站均可发送、接收命令/响应2022-7-26通信网基础20正常响应模式2022-7-26通信网基础21异步平衡模式2022-7-26通信网基础22FFA CIFCSF 帧标志帧标志 01111110A 地址字段地址字段C 控制字段控制字段I 信息字段信息字段FCS 帧校验序列帧校验序列N(S)0N(R)N(R)0 1TYPETYPETYPE11ISUP/FP/FP/
10、FFFA C FCSS帧帧I/U帧帧HDLC的帧结构2022-7-26通信网基础23n标志字段 F(Flag)为 6 个连续 1 加上两边各一个 0 共 8 bit。在接收端只要找到标志字段就可确定一个帧的位置。比特比特888可变可变168信息信息 Info标志标志 F标志标志 F地址地址 A控制控制 C帧检验序列帧检验序列 FCS透明传输区间透明传输区间FCS 检验区间检验区间 标志字段 FHDLC的帧结构2022-7-26通信网基础24 HDLC透明传输n采用零比特插入法就可传送任意组合的比特流，或者说，就可实现数据链路层的透明传输。n当连续传输两个帧时，前一个帧的结束标志字段 F 可以兼
11、作后一帧的起始标志字段。n当暂时没有信息传送时，可以连续发送标志字段，使收端可以一直和发端保持同步。HDLC的帧结构2022-7-26通信网基础25nHDLC 采用零比特插入法使一帧中两个 F 字段之间不会出现 6 个连续 1。n在发送端，当一串比特流数据中有 5 个连续 1 时，就立即插入一个 0。n在接收帧时，先找到 F 字段以确定帧的边界。接着再对比特流进行扫描。每当发现 5 个连续 1 时，就将其后的一个 0 删除，以还原成原来的比特流。零比特插入法HDLC的帧结构2022-7-26通信网基础26 零比特的插入与删除数据中某一段比特组合恰好数据中某一段比特组合恰好出现和出现和 F 字段
12、一样的情况字段一样的情况0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0会被误认为是会被误认为是 F 字段字段发送端在发送端在 5 个连个连 1 之后之后插入插入 0 比特再发送出去比特再发送出去填入填入 0 比特比特0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0在接收端将在接收端将 5 个连个连 1 之后之后的的 0 比特删除，恢复原样比特删除，恢复原样在此位置删除填入的在此位置删除填入的 0 比特比特0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0HDLC的帧结构2022-7-26通信网基础27n地址字段 An不平衡配置：从站
13、地址n平衡配置：应答站地址n控制字段 C 说明帧的类型、功能n信息帧I：数据传送，包含信息字段n监督帧S：监视和控制数据传送n无编号帧U：数据链路的控制和管理n信息字段 In高层信息，长度可变n帧校验序列 FCS 差错控制，CRC校验HDLC的帧结构2022-7-26通信网基础28 信息帧nLSB 为 0表明该帧是信息帧。nN(S)号表明该帧的发送一个帧号。nN(R)号表明该帧的发送者期望接收的下一个帧号。（对N(R)1 及以前各帧的确认）n3比特编码表示为模 8 方式。n利用信息帧携带确认信息可以提高传送效率。P/F0N(R)N(S)HDLC的帧结构2022-7-26通信网基础29监视帧用于
14、数据传送阶段，实现流量控制和差错控制，保证数据传输的正常进行。N(R)N(R)N(R)P/FP/FP/FRR0 0RNR0 1REJ1 00 10 10 1N(R)P/F1 10 1SREJ 监视帧 SHDLC的帧结构2022-7-26通信网基础30nN(R)号用于向发送方应答接收端所收到帧的序号。表明该帧的发送者期望接收的下一个帧号，对N(R)1及以前各帧确认。nRR帧是一种标准应答，表示接收端已作好接收准备，发送方可继续发送信息帧。nRNR帧用来通知远端停止发送任何帧，直到发送RR帧为止，同时确认前面发送的帧。nREJ 帧是用于拒绝收到出错的帧。nSREJ用于要求选择重发出错的帧。HDLC
15、监视帧的作用HDLC的帧结构2022-7-26通信网基础31nLSB 为 11表明该帧是未编号帧（U帧）。n未编号帧的控制字段中没有N(S)、N(R)序号。n未编号帧的控制字段中有5位，32种编码，可以用来表示帧的功能，实际只使用了十几种。n未编号帧一般用于链路控制和异常情况处理。无编号帧 P0011111F0001111F1000111F0110011P0100011SABMDMFRMRUADISCHDLC的帧结构2022-7-26通信网基础32建立和拆除连接2022-7-26通信网基础33捎带确认（无差错）2022-7-26通信网基础34捎带确认（有差错）2022-7-26通信网基础35H
16、DLC数据子网中的应用nLAPBX.25网链路层nLAPDISDN用户网络接口D通道链路层nLAPF帧中继链路层nPPP点到点链路（IP over SDH）FFACIFCSFFAIFCSFame RelayHDLC7EFF03FACFCSF7E协议信 息 部 分PPP目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 15008 字节MAC2022-7-26通信网基础37提纲n广域数据子网n数据链路控制和协议n数据子网提供的服务n子网内路由选择n拥塞控制n广域子网实例（FR/ATM）2022-7-26通信网基础38数据子网提供的服务n数据子网根据其数据链路类型不同，可以分为数据子网根据其数据链路类
17、型不同，可以分为广播类型的数据子网广播类型的数据子网(即局域网即局域网)、点到点类型、点到点类型数据子网，以及广域交换式数据子网。数据子网，以及广域交换式数据子网。图所示为异地局域网通过路由器与广域网图所示为异地局域网通过路由器与广域网相连，组成了一个覆盖范围很广的互联网。广相连，组成了一个覆盖范围很广的互联网。广域数据子网和局域网都是互联网的重要组成构域数据子网和局域网都是互联网的重要组成构件。件。2022-7-26通信网基础39互联网广域数据子网局域网局域网广域网路由器结点交换机2022-7-26通信网基础40应当注意n即使是覆盖范围很广的互联网，也不是广域网，因为在这种网络中，不同网络的
18、“互连”才是其最主要的特征。n广域网是单个的网络，它使用结点交换机连接各主机而不是用路由器连接各网络。n结点交换机在单个网络中转发分组，而路由器在多个网络构成的互联网中转发分组。n连接在一个广域网（或一个局域网）上的主机在该网内进行通信时，只需要使用其网络的物理地址即可。2022-7-26通信网基础41数据子网提供的服务n从层次上看，广域数据子网的最高层就是网络从层次上看，广域数据子网的最高层就是网络层。层。子网子网为接在网络上的主机所提供的服务可为接在网络上的主机所提供的服务可以有两大类：以有两大类：n无连接无连接的网络服务（数据报服务）的网络服务（数据报服务）n面向连接面向连接的网络服务（
19、虚电路服务）的网络服务（虚电路服务）2022-7-26通信网基础42两种服务n 2022-7-26通信网基础43数据报服务和虚电路服务对比的方面 虚电路服务 数据报服务 思路 可靠通信应当 可靠通信应当 由网络来保证 由用户主机来保证连接的建立 必须有 不要目的站地址 仅在连接建立阶段 每个分组都有 使用，每个分组使 目的站的全地址 用短的虚电路号2022-7-26通信网基础44数据报服务和虚电路服务优缺点的归纳 对比的方面 虚电路服务 数据报服务分组的转发 属于同一条虚电路 每个分组独立选择 的分组均按照同一 路由进行转发 路由进行转发当结点出 所有通过出故障的 故障结点可能丢失 故障时 结
20、点的虚电路 分组，一些路由 均不能工作 可能会发生变化2022-7-26通信网基础45数据报服务和虚电路服务优缺点的归纳 对比的方面 虚电路服务 数据报服务分组的顺序 总是按发送顺序 到达目的站时不一定 到达目的站 按发送顺序 端到端的 可以由分组交换网 由用户主机负责差错处理和 负责也可以由用户 流量控制 主机负责2022-7-26通信网基础46n总结n目前运营商的广域交换式数据子网内部都采用永久虚电路方式，即PVC。n而在IP层，采用无连接的数据报方式转发IP包。2022-7-26通信网基础47提纲n广域数据子网n数据链路控制和协议n数据子网提供的服务n子网内路由选择n拥塞控制n广域数据子
21、网实例（FR/ATM）2022-7-26通信网基础48路由优化原则n路由选择负责确定分组从源到宿的最佳传输路由。路由选择算法必须做到：正确性、简单性、健壮性、稳定性、公平性和最优性。n通常路由选择是基于某些性能评估标准的。最简单的标准是选择经过网络的最小跳数路由（途经节点的数量最少）。这是一种很容易测量的标准，并且能够使网络资源的消耗最少。将最小跳数标准推广到一般情况即是最小费用的路由选择。2022-7-26通信网基础492022-7-26通信网基础50路由选择策略n固定式路由选择n固定式路由选择为网络中的每一对源和目的节点选择一条永久的路由。需要创建一个中心路由选择矩阵，它可能保存在网络的控
22、制中心。该矩阵指出每一对源和目的节点的路由途中的下一个节点标识。该矩阵指出每一对源和目的节点的路由途中的下一个节点标识。从这张完整的矩阵中，可以产生许多路由表，并保存在各个节点中。n在业务量比较固定、节点和链路可靠性有一定保证的情况下，比较简单有效。2022-7-26通信网基础512022-7-26通信网基础52路由选择策略n洪泛路由选择n这这种技术不需要任何网络信息，其工作过程如下。一个分组由源节点发送到与其相邻的每一个节点上。在各个节点上，收到的分组再次被传输到除分组到达时所经过的链路以外的所有输出链路。n特点：传输可靠性高，健壮性好，但无效传输量大，网络开销大。2022-7-26通信网基
23、础53泛洪法示例（跳数泛洪法示例（跳数=3）2022-7-26通信网基础54路由选择策略n随机路由选择 具有洪泛法的简单性和稳健性，并且具有远远低于洪泛法的通信量负荷。使用随机路由选择时，为了重传收到的分组，节点只选择一条输出链路。这种技术的改良方法是为每条输出链路分配一个概率，并根据这个概率来选择链路。这个概率有可能是基于数据率的，此时有：其中，Pi为选择链路i的概率，Rj为链路j的数据率，式中的总和指的是所有候选的输出链路的数据率总和。iijRPR2022-7-26通信网基础55路由选择策略n自适应型路由选择算法n要使自适应路由选择成为可能，就必须在节点和节点之间交换有关网络状态的信息。与
24、固定路由选择相比，使用自适应路由选择因判决更加复杂，而增加了网络节点的处理负担。n比较常见的路由选择策略是以从相邻节点上或者是从所有节点上得到的信息为基础的。这两种策略都使用了各节点上的有关时延和损耗的当前信息。这一类的自适应策略可以是分布式的，也可以是集中式的。2022-7-26通信网基础56自适应型路由选择算法n分布式：各相邻节点之间周期性或不定期地交换各自的路由信息，并以此为基础产生新的时延表和路由表。n集中式：设置一个网络控制中心，收集各节点的状态信息，计算各节点的时延表和路由表。2022-7-26通信网基础57提纲n广域数据子网n数据子网的类型n数据链路控制机制n子网内路由选择n拥塞
25、控制n广域数据子网实例（FR/ATM）2022-7-26通信网基础58拥塞控制的意义 n在数据网络中的链路容量（即带宽）、交换节点中的缓存和处理机等，都是网络的资源。在某段时间，若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变坏，这种情况就叫做拥塞（拥塞（congestion）。）。n网络拥塞往往是由许多因素引起的，如当某个节点缓存的容量太小时，到达该节点的分组因无存储空间暂存而不得不被丢弃。又如，处理机处理的速率太慢可能引起网络的拥塞。2022-7-26通信网基础59拥塞和死锁n出现网络拥塞的条件：对资源需求的总和 可用资源n若网络中有许多资源同时产生拥塞，网络的性能
26、就要明显变坏，整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降。如果拥塞情况继续发展，网络吞吐量为0，则为死锁。2022-7-26通信网基础60直接死锁n直接死锁即由互相占用了对方需要的资源而造成的死锁。n例如两个结点都有大量的分组要发往对方，但两个结点中的缓存在发送之前就已经全部被待发分组占满了。n当每个分组到达对方时，由于没有地方存放，只好被丢弃。发送分组的一方因收不到对方发来的确认信息，只能将发送过的分组依然保存在自己结点的缓存中。这两个结点就这样一直互相僵持着，谁也无法成功地发送出一个分组。2022-7-26通信网基础61重装死锁(reassembly deadlock)A4A2A1B3C1B
27、1B2C3B4A3C2路由器 P路由器 Q路由器 R主机 H 报文A、B和C经过路由器P、Q和R发往主机H。每一报文由4个分组构成。每个路由器的缓存只能容纳4个分组。路由器R已为报文A预留了4个分组的缓存。由于分组A3还未到达，所以目前还不能交付给主机H。分组A3暂存于路由器P的缓存中，它无法转发到路由器Q，因为路由器Q的缓存已全占满了。2022-7-26通信网基础62拥塞控制与流量控制n拥塞控制所要做的一个前提，就是网络能够承受现有的网络负荷。n拥塞控制是一个全局性的过程，涉及到所有的主机、所有的路由器，以及与降低网络传输性能有关的所有因素。n流量控制往往指在给定的发送端和接收端之间的点对点
28、通信量的控制。n流量控制所要做的就是抑制发送端发送数据的速率，以便使接收端来得及接收。2022-7-26通信网基础63拥塞控制的作用n衡量数据网络性能的重要指标有两个，一是网络的吞吐量，另一个是分组的平均时延。网络吞吐量与网络输入负载之间的关系如图3.9所示，图中的横坐标是网络的负载，代表单位时间内输入给网络的分组数目；纵坐标是吞吐量，代表单位时间内从网络输出的分组数目。n具有理想拥塞控制的网络，在吞吐量饱和之前，网络吞吐量应等于提供的负载，故吞吐量曲线是45的斜线。但当提供的负载超过某一限度时，由于网络资源受限，吞吐量不再增长而保持为水平线，即吞吐量达到饱和。2022-7-26通信网基础64
29、拥塞控制的作用提供的负载吞吐量理想的数据传输拥塞死锁（吞吐量=0）无拥塞控制实际的拥塞控制轻度拥塞012022-7-26通信网基础65拥塞控制的一般方法 n从原理上讲，寻找拥塞控制的方案无非是增大网络的某些可用资源，或是减少一些用户对某些资源的需求。n从控制理论的角度，可以分为开环控制和闭环控制两种方法。开环控制方法就是在设计网络时事先将有关发生拥塞的因素考虑周到，力求网络在工作时不产生拥塞。但一旦整个系统运行起来，就不再中途进行改正了。2022-7-26通信网基础66n闭环控制是基于于反馈环路的概念。属于闭环控制的措施有以下几种。n监测网络系统以便检测到拥塞在何时、何处发生。n将拥塞发生的信
30、息传送到可采取行动的地方。n调整网络系统的运行以解决出现的问题。n有很多的方法可用来监测网络的拥塞。主要的一些指标是：由于缺少缓存空间而被丢弃的分组的百分数；平均队列长度；超时重传的分组数；平均分组时延；分组时延的标准差等。上述这些指标的上升都标志着拥塞的增长。2022-7-26通信网基础67具体拥塞控制方法n丢弃超量分组n从一个拥塞节点向信源节点发送控制分组，保持网内分组的总量；n依靠路由信息（ARPAnet）；n利用点到点的探测分组（时间戳测定两端点的延迟）；n在通过的分组上允许交换节点把拥塞信息标注（如FRN）。2022-7-26通信网基础68提纲n广域数据子网n数据子网的类型n数据链路
31、控制机制n子网内路由选择n拥塞控制n广域数据子网实例（FR）2022-7-26通信网基础69帧中继n背景n帧中继的网络n帧中继的协议层次（数据帧的格式）n拥塞控制2022-7-26通信网基础70背景n传统分组交换数据网ITU-T X.25建议定义了分组式终端以专线方式接入公用分组交换数据网的DTEDCE接口。nX.25 是以面向连接的虚电路服务为基础。n三个功能层次：n分组级（Packet Level）n帧级 （Frame Level）LAPBn物理级（Physical Level)X.212022-7-26通信网基础71X.25 规定了 DTE-DCE 的接口X.25 接口X.25 接口X.
32、25 公用分组交换网VC2VC1DTEDTEDCEDCEDCEDTEX.25 接口2022-7-26通信网基础72X.25 的层次关系LAPB 帧X.25 分组分组层（网络层）数据链路层IP包IP包X.25首部LAPB首部LAPB尾部高层2022-7-26通信网基础73X.25 的主要特征nX.25数据链路级采用了HDLC的帧结构，具有流量控制和差错控制机制（采用连续ARQ方法）。n在分组级也具有流量控制和差错控制机制。n在分组级利用呼叫控制分组建立和拆除虚电路n在分组级 DTE 与 DCE 之间可建立多条逻辑信道(04095 号)，使一个 DTE 同时和网上其他多个 DTE 建立虚电路并进行
33、通信。2022-7-26通信网基础74虚电路和逻辑信道nVC 分类：永久虚电路（PVC）或交换虚电路（SVC）F每条VC（虚电路）是由LCN（逻辑信道号）来加以识别；支持全双工通信。FX.25建议：一个DTE在DTE-DCE链路上可建立212=4096条VC多路复用。每个独立每个独立VC有限定的容量有限定的容量2022-7-26通信网基础75LCN号仅有本地意义Router分组交换网分组交换网LCN=64LCN=74RouterRouterACBLCN=91LCN=401LCN=96LCN=261LCN=400LCN=90LCN=95LCN=2602022-7-26通信网基础76X.25 网不
34、再是网络主流n到了20世纪90年代，情况发生了很大的变化。通信主干线路已大量使用光纤技术，数据传输质量大大提高使得误码率降低好几个数量级，而 X.25 十分复杂的数据链路层协议和分组层协议已成为多余的。nPC 机的价格急剧下降使得无硬盘的哑终端退出了通信市场。这正好符合因特网当初的设计思想：网络应尽量简单而智能应尽可能放在网络以外的用户端。2022-7-26通信网基础77帧中继的特点n设计帧中继（设计帧中继（FR）就是为了消除）就是为了消除X.25带给端带给端用户系统和分组网络的大部分开销，以减少节用户系统和分组网络的大部分开销，以减少节点处理时间，它是一种快速分组交换技术。点处理时间，它是一
35、种快速分组交换技术。n帧中继是在数据链路层上，采用简化协议，且帧中继是在数据链路层上，采用简化协议，且以帧为单元来传送数据的一种技术。以帧为单元来传送数据的一种技术。n帧中继与帧中继与X.25的区别主要有以下几方面：的区别主要有以下几方面：2022-7-26通信网基础78帧中继的特点n呼叫控制信令和用户数据在各自独立的逻辑连呼叫控制信令和用户数据在各自独立的逻辑连接上传输，因此，中间节点不需要维护状态表接上传输，因此，中间节点不需要维护状态表或者处理基于单连接的呼叫控制相关报文。或者处理基于单连接的呼叫控制相关报文。n逻辑连接的复用和交换发生在第二层而不是第逻辑连接的复用和交换发生在第二层而不
36、是第三层，减少了整整一层的处理。三层，减少了整整一层的处理。n从一跳到另一跳之间没有流量控制和差错控制，从一跳到另一跳之间没有流量控制和差错控制，端到端的流量控制和差错控制由高层负责。端到端的流量控制和差错控制由高层负责。2022-7-26通信网基础79一般分组交换网的存储转发方式与帧中继方式的对比 2022-7-26通信网基础80帧中继n背景n帧中继的网络n帧中继的协议层次（数据帧的格式）n拥塞控制2022-7-26通信网基础81帧中继网络2022-7-26通信网基础82帧中继网络n帧中继通常被用作一个WAN来连接LAN或主机（如前图示）。n帧中继网络是一个虚电路网络，它提供永久虚连接（PV
37、C）和交换式虚连接（SVC）。n它不使用物理地址来定义与网络连接的DTE，而是使用虚电路标示符。帧中继的虚连接用数据链路连接标识（DLCI）来定义。当网络建立一条虚电路时，就给DTE一个DLCI的编号。2022-7-26通信网基础83帧中继网帧中继交换机路由器局域网局域网虚电路路由器帧中继提供虚电路服务帧中继网路由器局域网局域网虚电路路由器虚电路像一条专用电路用户看不见帧中继网络内的帧中继交换机2022-7-26通信网基础84DLCI赋值n对于PVC而言,端端连接是由业务提供者所作的硬连接“hard wired”。DLCI是预先由网络管理员赋予的。n对于SVC而言，要临时建立虚电路，帧中继协议
38、本身不能完成该工作，需要另外的网络层呼叫控制协议来支持，例如（ISDN的D通道呼叫控制协议）。FRADFRADFRSFRSFRSDLCI=22DLCI=122022-7-26通信网基础85帧中继point to point配置实例 2022-7-26通信网基础86Router1:ninterface serial 0 nencapsulation frame-relay n ninterface serial 0.1 point-to-point nip address 172.16.1.1 255.255.255.0 nframe-relay interface-dlci 105 n nin
39、terface serial 0.2 point-to-point nip address 172.16.2.1 255.255.255.0 nframe-relay interface-dlci 102 ninterface serial 0.3 point-to-point nip address 172.16.4.1 255.255.255.0 nframe-relay interface-dlci 104 2022-7-26通信网基础87Router2:ninterface serial 0 nencapsulation frame-relay ninterface serial 0.
40、1 point-to-point nip address 172.16.2.2 255.255.255.0 nframe-relay interface-dlci 201 ninterface serial 0.2 point-to-point nip address 172.16.3.1 255.255.255.0 nframe-relay interface-dlci 203 2022-7-26通信网基础88帧交换2022-7-26通信网基础89帧中继n帧中继的特点n帧中继的网络n帧中继的协议层次（数据帧的格式）n拥塞控制2022-7-26通信网基础90帧中继的层次数据链路层Q.922核心
41、功能核心功能物理层ANSI标准标准帧中继中的物理层没有定义一个具体的协议，它允许实现者使用可用的任何协议。帧中继支持任何可以被ANSI所识别的协议。2022-7-26通信网基础91数据帧格式FFACIFCSDLCI(高阶比特高阶比特)DLCI(低低)C/R EADE EAFECNBECN8 7 6 5 4 3 2 1EA=0EA=1FFAIFCSQ.922核心核心HDLC2022-7-26通信网基础92帧的字段n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，用于标识永久虚电路，呼叫控制或管理信息。n命
42、令/响应（C/R）：与高层应用有关，帧中继本身并不使用。n扩展地址（EA）：当EA0时表示下一个字节仍为地址字段，当EA1时，表示下一个字节为信息字段的开始。2022-7-26通信网基础93帧的字段n前向显式拥塞通知（FECN Forward Explicit Congestion Notification）若某节点将FECN置为1，表明与该帧同方向传输的帧可能受到网络拥塞的影响而迟延。n反向显式拥塞通知（BECN）。若BECN1，表明与该帧反方向传输的帧可能受到网络拥塞的影响而迟延。n丢弃指示（DE：Discard Eligilility）由用户置为1时，表明有网络发生拥塞时，为了维持网络的
43、服务水平，该帧与DE0的帧相比应先丢弃。2022-7-26通信网基础94帧中继n帧中继的特点n帧中继的网络n帧中继的协议层次（数据帧的格式）n拥塞控制2022-7-26通信网基础95拥塞控制nX.25在数据链路层和网络层都有流量控制，防止了拥塞；而帧中继没有，另外它还允许用户传输突发性数据，因此拥塞控制是必须的。n方法：n利用帧中的FECN、BECN来显示的警告（拥塞避免）n丢弃（DE比特）2022-7-26通信网基础96显示警告2022-7-26通信网基础972022-7-26通信网基础98通信量控制n拥塞控制要求FR对通信量进行度量，以确定何时对BECN、FECN、DE比特置位nFR设计了
44、四个不同的指标：访问速率、提交突发业务量Bc、承诺的信息速率CIR和超额突发业务量Be。在用户和网络进行协商期间，这些参数都要设置。2022-7-26通信网基础99通信量控制n访问速率n取决于用户连接到网络的通道的带宽，用户永远不可超过这个速率n提交突发业务量Bcn对每个连接，定义一个Bc。它是网络在预定时间（T）内确保数据无丢弃传输，所能接收的最大数据量。n承诺的信息速率CIR：对一个特定的帧中继连接，用户和网络共同协商确定的关于用户信息传送速率的门限数值。nCIR=Bc/T（平均速率）n超额突发业务量Ben对每个连接，定义一个Be。它是网络在预定时间（T）内，用户可以发送超过Bc的最大数据
45、量。2022-7-26通信网基础100参数之间的关系2022-7-26通信网基础101n帧中继网络的拥塞控制的原则如下：n若数据率小于CIR，则在该连接上传送的所有帧均被置为DE=0（这表明在网络发生拥塞时尽量不要丢弃DE=0的帧），这在一般情况下传输是有保证的。n若数据率仅在不太长的时间间隔大于CIR，则网络可以将这样的帧置为DE=1，并在可能的情况下进行传送。n若数据率超过CIR的时间较长，以至注入到网络的数据量超过了网络所设定的最高门限值，则应立即丢弃该连接上传送的帧。2022-7-26通信网基础102用户速率与参数之间的关系n在时间间隔 T内,当用户数据传送量 Bc，但 Bc+Be 时
46、，将超过范围的帧丢弃。2022-7-26通信网基础103用户速率与参数之间的关系如果面积小于Bc，则没有丢失（DE=0）如果面积在BcBc+Be之间，且有拥塞，则可能丢失（DE=1）如果面积大于Bc+Be，则丢失2022-7-26通信网基础104帧中继技术总结n帧中继只在物理层和数据链路层操作。在数据链路层完成动态(统计)复用、帧透明传输和差错检测，没有流量或差错重传控制，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。n传送的基本单元为帧，帧的长度可变，最大长度允许1600字节，比X.25网的缺省分组长度128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2
47、022-7-26通信网基础105帧中继总结n以较低的成本拥有较高的速率，可提供用户的接入速率在 64Kbit/s 2.048 Mbit/s,最高可达到 45Mbit/s，可以代替网状的DDN线路n允许突发性大的数据。（见图示）2022-7-26通信网基础106习题三n说明现有数据链路的类型，它们各自的特点以及向网络层提供什么样的服务？n数据链路上点到点的流量控制通常采用什么方法，差错控制通常采用什么方法？在HDLC协议中，它们是如何实现的？n数据子网提供的服务有哪两种？比较两种服务的优缺点？2022-7-26通信网基础107n以虚电路子网为例，说明子网内节点的路由表和转发表是如何创建的？n拥塞
48、的定义？有人说“只要增加一些资源，例如增加节点的缓冲空间、提高链路的带宽，就可以解决网络拥塞问题”，你怎么看待这个问题？举例说明。n说明流量控制和拥塞控制的相似和不同之处？2022-7-26通信网基础108n比较HDLC协议和帧中继协议的帧格式，说明在帧中继的帧中去掉了哪些字段？又增加了哪些字段？这样做的目的是什么？n用户通过T-1线路连接到FR网络。允许的CIR是1Mbps，Bc是每5秒5Mb，Be是每5秒1Mb。回答：n访问速率？用户能以1.6Mbps发送数据吗？n用户能始终以1Mbps发送数据吗？能保证从不丢弃帧吗？n用户能始终以1.2Mbps发送数据吗？能保证从不丢弃帧吗？n用户以1.4Mbps发送了2秒的数据，接下来的3秒内没有发送任何数据，如果网络中没有拥塞，存在丢弃帧的危险吗？如果网络中有拥塞，存在丢弃帧的危险吗？
