1、第6章数据交换技术数据交换技术在以上的章节中，我们先后学习了固定和移动电在以上的章节中，我们先后学习了固定和移动电话网络，这些电话网都是针对语音业务而建设话网络，这些电话网都是针对语音业务而建设的，并不适合数据业务。但是，随着数据业务的，并不适合数据业务。但是，随着数据业务的飞速增长，人们对数据网络的需求也日渐凸的飞速增长，人们对数据网络的需求也日渐凸显。本章介绍了几种数据网络的交换方式。虽显。本章介绍了几种数据网络的交换方式。虽然有的技术已经时过境迁，但这些技术对以后然有的技术已经时过境迁，但这些技术对以后出台的技术有着深远的影响。出台的技术有着深远的影响。2 数据通信：通信技术的未来之星数
2、据通信：通信技术的未来之星 数据通信是以数据通信是以“数据数据”为业务的通信系统，数据是预先约为业务的通信系统，数据是预先约定好的具有某种含义的数字、字母或符号以及它们的组合。定好的具有某种含义的数字、字母或符号以及它们的组合。数据通信是计算机和通信相结合的产物。随着计算机技术数据通信是计算机和通信相结合的产物。随着计算机技术的广泛普及与计算机远程信息处理应用的发展，数据通信的广泛普及与计算机远程信息处理应用的发展，数据通信应运而生，应运而生，以以TCP/IPTCP/IP为基础的数据网将成为未来电信网的基础承载网为基础的数据网将成为未来电信网的基础承载网络。那么数据网中常用的交换方式有哪些？它
3、们有什么不络。那么数据网中常用的交换方式有哪些？它们有什么不同？同？导入案例3 6.1.1 6.1.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念6.1 数据通信概述4(DCN(DCN：Data Communications Network)Data Communications Network)是用于在包括计算机、传真、电报等是用于在包括计算机、传真、电报等在内的各种数据终端之间进行通信的在内的各种数据终端之间进行通信的网络，按照一定的规约或协议传输数网络，按照一定的规约或协议传输数据信息。据信息。人们通常用速率、频带利用率和差错人们通常用速率、频带利用率和差错率几种指标了衡量数据通信的性能：率几
4、种指标了衡量数据通信的性能：数据通信网 56 频带利用率为所传输频带利用率为所传输的信息速率（或符号的信息速率（或符号速率）与系统带宽之速率）与系统带宽之比值，其单位为比值，其单位为bit/s/HZbit/s/HZ（或为（或为Baud/Hz)Baud/Hz)3频带利用率7 可靠性可用差错率来表示。常用的可靠性可用差错率来表示。常用的差错率指标有平均误码率、平均误差错率指标有平均误码率、平均误字率、平均误码组率等。字率、平均误码组率等。4可靠性/差错率8 与传统的电话业务比，数据业务有与传统的电话业务比，数据业务有以下以下4 4个基本特点：个基本特点：(1)(1)计算机直接参与计算机直接参与(2
5、)(2)准确可靠准确可靠(3)(3)速率高速率高(4)(4)时间差异大时间差异大6.1.2 数据通信的特点9 大数据的特征通可以用大数据的特征通可以用4 4个个“V V”来来概括，即：概括，即：4个“V”VolumeVarietyValueVelocity10(1)数据体量巨大(Volume)。以以“平安城市项目视频数据平安城市项目视频数据”为例，为例，一个分辨率为一个分辨率为19201920*10801080的的200200万像素万像素的高清摄像机，码流为的高清摄像机，码流为8Mbps8Mbps，每月产，每月产生的视频数据为生的视频数据为2.47TB2.47TB。对于一个拥。对于一个拥有有1
6、010万个摄像机的中等规模的城市而万个摄像机的中等规模的城市而言，每个月产生的数据在言，每个月产生的数据在250PB250PB左右。左右。海量的视频数据对数据传输、存储、海量的视频数据对数据传输、存储、并发处理的要求极高。并发处理的要求极高。11 数据类型大体可以分为结构化数据数据类型大体可以分为结构化数据和非结构化数据两种。其中，结构和非结构化数据两种。其中，结构化数据以文本为主，非结构化包括化数据以文本为主，非结构化包括网络日志、音频、视频、图片、地网络日志、音频、视频、图片、地理位置信息等。这些多类型的数据理位置信息等。这些多类型的数据对数据的处理能力提出了更高要求。对数据的处理能力提出
7、了更高要求。(2)数据类型多(Variety)。12 价值密度是有价值的数据量与数据价值密度是有价值的数据量与数据总量的比值。如何在海量的数据中总量的比值。如何在海量的数据中提取出有价值的信息，这是对信息提取出有价值的信息，这是对信息处理技术的一大挑战。处理技术的一大挑战。(3)价值密度低(Value)。13 现在的数据流量从现在的数据流量从PBPB级至级至EBEB级不等，级不等，并呈快速增长趋势。因此，不仅要并呈快速增长趋势。因此，不仅要求网络能够从这些海量的数据中提求网络能够从这些海量的数据中提取数据，而且对提取速度的快慢也取数据，而且对提取速度的快慢也提出更苛刻的要求。提出更苛刻的要求。
8、(4)处理速度快(Velocity)。14 6.2.1 6.2.1 分组交换的概念分组交换的概念 6.2 分组交换技术15 也称包交换，是以信息分发为目的，也称包交换，是以信息分发为目的，把从输入端进来的数据按一定长度把从输入端进来的数据按一定长度分割成若干个数据段，这些数据段分割成若干个数据段，这些数据段叫做分组（或包），并且在每个信叫做分组（或包），并且在每个信息分组中增加信息头及信息尾，表息分组中增加信息头及信息尾，表示该段信息的开始及结束。示该段信息的开始及结束。分组交换16 分组交换（分组交换（Packet SwitchingPacket Switching），），也称也称“信息包交
9、换信息包交换”。19801980年出现年出现了了X.25X.25建议，制定了分组交换的标建议，制定了分组交换的标准框架。准框架。6.2.2 分组交换的基本原理17 在报文交换的基础上，将用户的一在报文交换的基础上，将用户的一整份报文分，割成若干定长的数据整份报文分，割成若干定长的数据块，也就是我们常说的块，也就是我们常说的“分组分组”，以这些更短的、被规格化了的分组以这些更短的、被规格化了的分组为单位，再进行存储转发。为单位，再进行存储转发。工作原理18(1)(1)灵活性强，灵活性强，时延时延比报文比报文交换小，能满足实时性要求。交换小，能满足实时性要求。优点：19 以分组为单位，比报文效率更
10、高，以分组为单位，比报文效率更高，还更节省存储空间，降低费用。还更节省存储空间，降低费用。(2)可靠性在差错控制协议的帮助下可靠性在差错控制协议的帮助下能将误码率降低到能将误码率降低到1010-10-10以下。以下。(3)20(1)(1)技术复杂，设备要求较高。要求交技术复杂，设备要求较高。要求交换机具有大容量的存储空间、高速换机具有大容量的存储空间、高速的分析能力，且能处理各种类型的的分析能力，且能处理各种类型的分组。分组。但分组交换也存在一些缺点：21 分组越多，分组头部的附加信息就越分组越多，分组头部的附加信息就越多，影响了效率。多，影响了效率。分组交换的应用比较广泛：它是数据分组交换的
11、应用比较广泛：它是数据通信网，包括大名鼎鼎的互联网，所通信网，包括大名鼎鼎的互联网，所选择的基本交换方式，也是下一代网选择的基本交换方式，也是下一代网络的主要形式。络的主要形式。分组交换方式又可分为虚电路和数据分组交换方式又可分为虚电路和数据报两种交换方式，如图报两种交换方式，如图6.16.1所示。所示。(2)2223(1)(1)也有呼叫建立、数据传输和释也有呼叫建立、数据传输和释放清除三个阶段。放清除三个阶段。1虚电路（Virtual Circuit）由于路径是预先建好的，因此传由于路径是预先建好的，因此传输过程中，不再进行路由选择。输过程中，不再进行路由选择。(2)24 虽然该用户的所有分
12、组都只经同一虽然该用户的所有分组都只经同一条路径传输，但该路径上不止这一条路径传输，但该路径上不止这一个用户。因此传输的结果是个用户。因此传输的结果是“顺序顺序而不连续而不连续”的。的。(3)25 时延比数据报小，且不易丢失。时延比数据报小，且不易丢失。(4)26 交换虚电路交换虚电路(SVC(SVC：Switched Virtual Switched Virtual Circuit)Circuit)：如同电话电路一般，需要如同电话电路一般，需要“呼叫建立、发送、呼叫建立、发送、拆线拆线”三个阶段。三个阶段。永久虚电路永久虚电路(PVC(PVC：Permanent Virtual Perman
13、ent Virtual Circuit)Circuit)：如同专线，两终端在申请合同期间，无须呼叫如同专线，两终端在申请合同期间，无须呼叫建立与拆线。建立与拆线。虚电路又可分为：27(1)(1)无须呼叫和释放阶段，只有传无须呼叫和释放阶段，只有传输数据阶段，消除了除数据通信外输数据阶段，消除了除数据通信外的其他开销。的其他开销。2数据报（Datagram）各分组可沿任意不同的路径传输，每各分组可沿任意不同的路径传输，每途径一个节点都需要选择下一跳路由。途径一个节点都需要选择下一跳路由。(2)28 灵活方便，对网络故障的适应能力灵活方便，对网络故障的适应能力较强，特别适合于传送少量零星的较强，特
14、别适合于传送少量零星的信息。信息。(3)数据分组传输时延离散度大，且不数据分组传输时延离散度大，且不能防止分组的丢失、重复或失序问能防止分组的丢失、重复或失序问题。题。(4)29 分组交换网基本结构包括分组交换网基本结构包括7 7大部分：大部分：节点交换机；节点交换机；数据终端；数据终端；分组拆装设备分组拆装设备PADPAD；远程集中器；远程集中器；网络管理中心；网络管理中心；传输线路；传输线路；调制解调器。调制解调器。6.2.3 分组交换网络的结构30 其中，分组装拆设备其中，分组装拆设备PADPAD是终端与网络是终端与网络的接口，负责整合信息，使之满足网的接口，负责整合信息，使之满足网络传
15、输。例如，非分组数据与分组数络传输。例如，非分组数据与分组数据之间的转换，划分分组，并在分组据之间的转换，划分分组，并在分组包上加上字头、校验码。完成分组后，包上加上字头、校验码。完成分组后，在在PADPAD至交换机的中速线路上，至交换机的中速线路上，PADPAD还还需完成交织复用等功能。而远程集中需完成交织复用等功能。而远程集中器器PCVPCV则可看成是则可看成是PADPAD的扩充。的扩充。PAD31分组交换网络的基本结构如图6.2所示。32 19931993年，我国建成投产了中国公用分组交换年，我国建成投产了中国公用分组交换数据网数据网ChinaPACChinaPAC(China Publ
16、ic Packet (China Public Packet Switched Data Network)Switched Data Network)，这是中国信息产，这是中国信息产业部经营管理的公用分组交换网，以业部经营管理的公用分组交换网，以X.25X.25协协议为基础，可满足不同速率、不同型号终端议为基础，可满足不同速率、不同型号终端之间，终端与计算机之间，计算机之间以及之间，终端与计算机之间，计算机之间以及局域网之间的通信。资费比局域网之间的通信。资费比DDNDDN专线便宜，专线便宜，适用于速率低于适用于速率低于64K64K的低速应用场合。例如，的低速应用场合。例如，金卡工程中的金卡工
17、程中的POSPOS机机(用于商场刷卡消费用于商场刷卡消费)，由于其业务量小，但实时性要求高，就可采由于其业务量小，但实时性要求高，就可采用用X.25X.25分组网方案。分组网方案。6.2.4 分组交换的应用33 帧中继帧中继(FR(FR：FrameRelayFrameRelay)又名第二又名第二代代X.25X.25，或快速，或快速X.25X.25、X.25X.25流水线流水线方式。帧中继是一种用于连接计算方式。帧中继是一种用于连接计算机系统的面向分组的通信方法。它机系统的面向分组的通信方法。它主要用在公共或专用网上的局域网主要用在公共或专用网上的局域网互联以及广域网连接。互联以及广域网连接。3
18、4 6.3 帧中继 帧中继的诞生离不开两大背景原因：帧中继的诞生离不开两大背景原因：一是依赖于光纤等能够大大降低传输一是依赖于光纤等能够大大降低传输差错的新型传输介质；差错的新型传输介质；二是得益于智能化终端等可以进行差二是得益于智能化终端等可以进行差错检验节点。错检验节点。6.3.1 概述35 在这两大因素下，帧中继在第在这两大因素下，帧中继在第2 2层省略层省略了差错纠正功能、流量控制功能，因了差错纠正功能、流量控制功能，因此减轻了网络的负担，进而把原本由此减轻了网络的负担，进而把原本由第第3 3层负责的路由功能，放到第层负责的路由功能，放到第2 2层，层，把原把原X.25X.25的的3
19、3层模型简化为只有层模型简化为只有2 2层，层，减少了节点处理时间。图减少了节点处理时间。图6.36.3给出了传给出了传统统X.25X.25网络和帧中继在层次结构是上网络和帧中继在层次结构是上的区别。的区别。36分组层数据链路层物理层传统X.25数据链路层物理层帧中继37 帧中继的帧，是长度可变的，且最大帧中继的帧，是长度可变的，且最大长度超过长度超过X.25X.25，最高可达大，最高可达大16001600字节字节/帧。因此，帧中继可以减少分段重组帧。因此，帧中继可以减少分段重组的次数，更加适合于封装突发业务。的次数，更加适合于封装突发业务。例如局域网数据、压缩视频业务、例如局域网数据、压缩视
20、频业务、WWWWWW业务等，都是帧中继很好的选择。帧业务等，都是帧中继很好的选择。帧中继的帧结构如图中继的帧结构如图6.46.4所示。所示。6.3.2 帧中继的工作原理3839 帧中继和帧中继和X.25X.25在帧的组建和传输过程在帧的组建和传输过程中也有所不同：中也有所不同：X.25X.25在第在第2 2层中采用了层中采用了平衡链路访问规程平衡链路访问规程(LAPB:Link(LAPB:Link Access Procedure Balanced)Access Procedure Balanced)，而帧，而帧中继的第中继的第2 2层采用：帧方式链路访问规层采用：帧方式链路访问规程（程（LA
21、PF:LinkLAPF:Link Access Procedure Access Procedure on Frameon Frame）。它们都是）。它们都是HDLCHDLC的子集。的子集。40 而且，由于没有第而且，由于没有第3 3层，帧中继的帧直接通过交换层，帧中继的帧直接通过交换机，也就是说，交换机在帧的尾部还未收到之前，机，也就是说，交换机在帧的尾部还未收到之前，就可以把帧的头部发送给下一个交换机，因而被就可以把帧的头部发送给下一个交换机，因而被称为流水线方式。一旦出错，网络不负责纠错、称为流水线方式。一旦出错，网络不负责纠错、立即丢弃，由高层协议发出重传请求，然后由智立即丢弃，由高层
22、协议发出重传请求，然后由智能化用户端能化用户端(如计算机如计算机)负责重传。这样一来，花负责重传。这样一来，花费的时间要比费的时间要比X.25X.25多，因而帧中继仅在误码率极多，因而帧中继仅在误码率极低的网络低的网络(如光缆如光缆)中才可行。图中才可行。图6.56.5对比对比 了分组了分组交换网与帧中继的确认方式，从中可以看到：分交换网与帧中继的确认方式，从中可以看到：分组交换网每传输一次数据均需反馈证实，而帧中组交换网每传输一次数据均需反馈证实，而帧中继这省略了这个步骤，从而加快了传输速度。继这省略了这个步骤，从而加快了传输速度。4142 帧中继具有以下五个优势：帧中继具有以下五个优势：6
23、.3.3 帧中继的特点43 帧中继采用了统计复用的方式，简帧中继采用了统计复用的方式，简化了节点间的协议，能够适用于突化了节点间的协议，能够适用于突发性的大数量数据。发性的大数量数据。(1)高效性：44 在帧中继有空余带宽时，可在帧中继有空余带宽时，可“偷占偷占”其他用户空闲的多余带宽，而只需其他用户空闲的多余带宽，而只需要缴纳预定带宽的费用。要缴纳预定带宽的费用。(2)经济性 帧中继的传输线路质量好，终端智帧中继的传输线路质量好，终端智能化程度高。能化程度高。(3)可靠性45 帧中继的协议更加简单，因此原有帧中继的协议更加简单，因此原有X.25X.25接口只需软件升级，不需改硬接口只需软件升
24、级，不需改硬件。件。(4)灵活性：帧中继的技术已经成熟，能够很好帧中继的技术已经成熟，能够很好的满足的满足64Kbit/s64Kbit/s2Mbit/s2Mbit/s的速率的速率范围。范围。(5)长远性：46 帧中继特点和优点之一是它的帧中继特点和优点之一是它的“约定信约定信息速率息速率(简称简称CIR)CIR)”机制。传统数据通信机制。传统数据通信(如如DDN)DDN)，用户预定，用户预定64K64K的电路，就只能的电路，就只能以以64Kbit/s64Kbit/s。而帧中继，用户预定的是。而帧中继，用户预定的是CIRCIR，实际可高于，实际可高于CIRCIR，而收费依旧按，而收费依旧按CIR
25、CIR来定，并且其费用是相同来定，并且其费用是相同DDNDDN专线带宽收专线带宽收费的费的40%40%。例如：某用户预定了例如：某用户预定了CIRCIR、BcBc(承诺突发承诺突发量量)和和Be(Be(超过的突发量超过的突发量)。网络会监测用。网络会监测用户的入网业务流量：户的入网业务流量：CIR47 在时间段在时间段T T内，输入的比特数之小内，输入的比特数之小于于BcBc，那么该帧就不用标记保证传，那么该帧就不用标记保证传输。输。(1)48 在时间段在时间段T T内，输入的比特数之和内，输入的比特数之和大于大于BcBc，但小于，但小于Bc+BeBc+Be时，网络就时，网络就对帧中的对帧中的
26、DE(DE(丢弃标志位丢弃标志位)字段打上字段打上标记标记(DE(DE置置“l l”)，被标记的帧再，被标记的帧再送给网络，如果此帧得不到资源的送给网络，如果此帧得不到资源的话，就可能丢弃。话，就可能丢弃。(2)49 在时间段在时间段T T内，输入的比特内，输入的比特数之和大于数之和大于Bc+BeBc+Be时，网络时，网络会限制发端用户的速率，或会限制发端用户的速率，或丢弃数据。丢弃数据。(3)50 19911991年美国第一个帧中继网年美国第一个帧中继网WilpacWilpac网投入运行，覆盖了全美网投入运行，覆盖了全美9191个个城市。城市。2020世纪世纪9090年代初，芬兰、丹麦、年代
27、初，芬兰、丹麦、瑞典、挪威等国，联合建立了北欧帧瑞典、挪威等国，联合建立了北欧帧中继网中继网WordFRAMEWordFRAME。19931993年以后以平均年以后以平均每年每年300%300%的速度增长，北美、欧洲及的速度增长，北美、欧洲及亚太地区都各有十多个帧中继运营网亚太地区都各有十多个帧中继运营网络。络。6.3.4 帧中继的应用51 在我国，杭州电信于在我国，杭州电信于19951995年借助帧中年借助帧中继技术，使浙江建设银行首次实现了继技术，使浙江建设银行首次实现了通存通兑。通存通兑。19971997年年CHINAFRN(CHINAFRN(中国国家中国国家帧中继骨干网，又名中国公用帧
28、中继帧中继骨干网，又名中国公用帧中继网网)初步建成，覆盖了大部分省会城市，初步建成，覆盖了大部分省会城市，由原邮电部颁布了试运行期间的指导由原邮电部颁布了试运行期间的指导性的收费标准。性的收费标准。52 中国电信为了推广帧中继业务，在中国电信为了推广帧中继业务，在19971997年年1212月，专门赞助主办了北京、上海、月，专门赞助主办了北京、上海、东京、名古屋四城市间的网络围棋赛，东京、名古屋四城市间的网络围棋赛，以以384Kbit/s384Kbit/s的帧中继，来传送四地棋手的帧中继，来传送四地棋手的活动画面。的活动画面。19981998年，各省帧中继网也年，各省帧中继网也相继建成，许多银
29、行都采用了帧中继方相继建成，许多银行都采用了帧中继方案。但随着技术的高速发展，帧中继不案。但随着技术的高速发展，帧中继不再是业界的宠儿，如杭州电信就在再是业界的宠儿，如杭州电信就在20032003年用年用1010兆的光纤网代替了帧中继技术。兆的光纤网代替了帧中继技术。53 图图6.66.6给出了一个典型的手持式帧给出了一个典型的手持式帧中继测试仪。它可以让使用者能够中继测试仪。它可以让使用者能够按一个键就完成多项功能，包括：按一个键就完成多项功能，包括：检验物理线路、建立到帧中继网络检验物理线路、建立到帧中继网络的连接、验证提供的的连接、验证提供的DLCIDLCI是否正确，是否正确，以及提供到
30、远端设备的以及提供到远端设备的IPIP层的连接层的连接验证。验证。5455 异步转移模式异步转移模式(ATM(ATM：Asynchronous Asynchronous Transfer Mode)Transfer Mode)是实现是实现B-ISDNB-ISDN的业的业务的核心技术之一。务的核心技术之一。6.4 ATM交换5657 ATMATM的产生背景和帧中继一样：源自于的产生背景和帧中继一样：源自于光纤等误码率低，信道容量大的传输光纤等误码率低，信道容量大的传输介质，和智能化终端的普及。在这样介质，和智能化终端的普及。在这样的前提条件下的前提条件下ATMATM也把差错控制、流量也把差错控制
31、、流量控制等功能放到高层处理，从而把第控制等功能放到高层处理，从而把第2 2层协议简化得只需硬件就可实现，缩层协议简化得只需硬件就可实现，缩短了交换节点的时延。短了交换节点的时延。6.4.1 ATM技术的产生及特点58 ATMATM采用的是信元采用的是信元(cell)(cell)中继方式。中继方式。所谓信元，指的是一种特殊的传输单所谓信元，指的是一种特殊的传输单位，它的长度是固定的。根据位，它的长度是固定的。根据I.361I.361建建议中的规定，议中的规定，ATMATM信元长度固定为信元长度固定为5353字字节节(5(5字节信头字节信头+48+48字节净负荷字节净负荷=53=53字节，字节，
32、即即53538bit=424bit)8bit=424bit)，其分层模型，其分层模型，也就是也就是B-ISDNB-ISDN的层次结构如图的层次结构如图6.86.8所示。所示。6.4.2 ATM的信元结构5960 在在ATMATM的分层模型中，数据链路层的分层模型中，数据链路层被分为了被分为了ATMATM层和层和ATMATM适配层。其中，适配层。其中，ATMATM层负责层负责5 5字节的信头。传输时，字节的信头。传输时，信头先从第信头先从第1 1字节开始顺序向下发字节开始顺序向下发送，在同一字节中从第送，在同一字节中从第8bit8bit开始发开始发送，如图送，如图6.96.9所示。每所示。每48
33、48字节的负字节的负载就需要载就需要5 5字节的信头，其开销高字节的信头，其开销高达达10%10%，这同时也是，这同时也是ATMATM的一个缺陷。的一个缺陷。6162 根据所处位置的不同，根据所处位置的不同，ATMATM的信头的信头可分为可分为UNIUNI信头和信头和NNINNI信头，如图信头，如图6.96.9所示；所示；UNINNI63(GFC(GFC：Generic Flow Control)Generic Flow Control)：一般流量控制有一般流量控制有4bit4bit，它只用于，它只用于UNIUNI信头，即只在本地有意义，当信头，即只在本地有意义，当信元从用户端进入网络时，将被
34、遇信元从用户端进入网络时，将被遇见的第一个交换机移除，不在网络见的第一个交换机移除，不在网络内传输。若内传输。若GFC=0000GFC=0000则表示不接受则表示不接受控制的接入。控制的接入。ATM的信头中各部分功能如下。(1)一般流量控制64(VPI(VPI：Virtual Path identifier Identifier)Virtual Path identifier Identifier)：虚路径标识在虚路径标识在NNINNI中为中为12bit12bit，UNIUNI中为中为8bit8bit。(2)虚路径标识65(VCI(VCI：Virtual Channel Identifie)V
35、irtual Channel Identifie)：虚信道标识有虚信道标识有16bit16bit。VPIVPI和和VCIVCI的的工作方式如图工作方式如图6.106.10所示。所示。(3)虚信道标识66(PTI(PTI：Payload Type Identifier)Payload Type Identifier)：净荷类型有净荷类型有3bit3bit，它表示是用户数，它表示是用户数据、还是操作管理数据据、还是操作管理数据(OAM:OperationOAM:Operation Administration Administration and Maintenance)and Maintenan
36、ce)，是端到端的、，是端到端的、还是分段的等信息。还是分段的等信息。(4)净荷类型67 CLP(cell loss priority)CLP(cell loss priority)：信头丢弃优先级有信头丢弃优先级有1bit1bit。CLP=0CLP=0时为时为安全传输，表示该信息是重要的，不安全传输，表示该信息是重要的，不会被丢弃；会被丢弃；CLP=1CLP=1时为最佳效果传输，时为最佳效果传输，表示此信息不太重要但仍被传输了。表示此信息不太重要但仍被传输了。一旦出现拥塞，网络将会释放资源，一旦出现拥塞，网络将会释放资源，到时候该信息就有可能被丢失。到时候该信息就有可能被丢失。(5)信头丢弃
37、优先级68(HEC(HEC：header error control)header error control)：信头差错控制有信头差错控制有8bit8bit，检测有错误，检测有错误的信头，可纠正信头中的信头，可纠正信头中1bit1bit的信头的信头错误，但不检测净负荷数据段中的错误，但不检测净负荷数据段中的错误。同时，错误。同时，HECHEC还能起到信元定还能起到信元定界的作用，利用界的作用，利用HECHEC和它之前的和它之前的4 4字字节的相关性可识别信头位置。节的相关性可识别信头位置。(6)信头差错控制69 ATMATM没了第没了第3 3层，其第层，其第2 2层需要做到层需要做到原由第原
38、由第3 3层负责的路由选择功能。层负责的路由选择功能。ATMATM采取的方式是通过采取的方式是通过VPI VPI 和和VCIVCI中中存储的信道标志来描述了单向路由存储的信道标志来描述了单向路由的寻址过程的，如图的寻址过程的，如图6.106.10所示。所示。6.4.3 VP交换和VC交换70 交换节点根据目的地，可先终止交换节点根据目的地，可先终止VCVC连连接，再同时修改接，再同时修改VCIVCI的值。但的值。但VCVC交换需交换需与与VPVP交换同时进行，也就是说交换同时进行，也就是说VCIVCI的值的值发生改变时，发生改变时，VPIVPI值也必然会随之改变。值也必然会随之改变。VCVC连
39、接终止时，相应的连接终止时，相应的VPVP连接也就终连接也就终止了。此止了。此VPVP上的各上的各VCVC连接各奔东西，连接各奔东西，加入到各个新的加入到各个新的VPVP中。中。(1)VC交换71 VPVP是由多条是由多条VCVC复用成的复用成的VCVC集束，集束，1 1个个VPVP可容纳多达可容纳多达6535665356个个VCVC。VPVP交交换时，换时，VCIVCI的值可以不变，仅对的值可以不变，仅对VPVP进行单独交换。进行单独交换。(2)VP交换727374 6.4.4 ATM6.4.4 ATM适配层适配层(AAL)(AAL)ATMATM适配层适配层(AAL(AAL：ATM Adap
40、tation ATM Adaptation Layer)Layer)可以使上层不必顾忌下层是否可以使上层不必顾忌下层是否采用了采用了ATMATM。AALAAL主要负责主要负责ATMATM层与高层层与高层之间的信元转发过程，它把高层信元之间的信元转发过程，它把高层信元分割成分割成ATMATM信元来传输，收到后再重组。信元来传输，收到后再重组。75它可以再次细分为以下两个子层。(2)分段分段/重重组组/拆装子层拆装子层(1)会聚子层会聚子层子层子层766.4.5 ATM的优缺点 ATMATM具有不少显著突出的特点。具有不少显著突出的特点。(1)高高效效(2)利利用率用率高高(3)速速率灵率灵活活(
41、4)实实时性时性(5)路路由能由能力差力差(6)性性能不能不突出突出(7)QoS保证。保证。776.4.6 ATM与IP技术的融合 近年来，随着近年来，随着IPIP网的发展和成本的网的发展和成本的降低，降低，IPIP技术成了的大势所趋，为技术成了的大势所趋，为了适应了适应IPIP带来的挑战，带来的挑战，ATMATM也发展也发展了一些过渡的模式：了一些过渡的模式：78 在路由器之间引入在路由器之间引入ATMATM交换设备。把交换设备。把ATMATM层看成是第层看成是第2 2层，层，AALAAL只是其上的附只是其上的附加。把加。把ATMATM看成是和以太网、令牌环、看成是和以太网、令牌环、X.25
42、X.25分组交换网等物理网络一样的一分组交换网等物理网络一样的一种异构网络。交换在第种异构网络。交换在第3 3层以下，由硬层以下，由硬件实现，这种可以缩短时间。把件实现，这种可以缩短时间。把ATMATM适适配器视为一般配器视为一般LANLAN网络适配器，作为网络适配器，作为IPIP协议栈的一个网络接口，而无须修改协议栈的一个网络接口，而无须修改现有的高层。现有的高层。(1)重叠/覆盖模式。79 局域网仿真局域网仿真(LANE 经典的经典的传统传统ATM上上传送传送 多协议多协议MPOA(MultiProtocol Over ATM)常见的以下几种技术。80 这种模式把这种模式把ATMATM层看
43、作层看作IPIP的对等层。的对等层。将第将第3 3层的路由选择与第层的路由选择与第2 2层的交换层的交换功能综合起来。功能综合起来。(2)集成/综合模式。IP交交换换 多协多协议标记议标记交换交换 MPLS81 ATMATM曾经盛极一时曾经盛极一时 近年来，抵不过近年来，抵不过IPIP技术的大势所趋，技术的大势所趋，ATMATM也由盛转衰，逐渐被也由盛转衰，逐渐被IPIP替换了。替换了。6.4.7 ATM的应用82832121世纪是信息的时代，随着计算机的发展和普及，计算机网络世纪是信息的时代，随着计算机的发展和普及，计算机网络技术作为一门重要的科技手段已经深入影响到人们和社会生活技术作为一门
44、重要的科技手段已经深入影响到人们和社会生活发展的众多领域。计算机网络能指将地理位置不同的、具有独发展的众多领域。计算机网络能指将地理位置不同的、具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来。立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来。在网络操作系统、网络管理软件、及网络通信协议在网络操作系统、网络管理软件、及网络通信协议(Protocol)(Protocol)的管理和协调下，实现资源共享和信息传递。而计算机网络采的管理和协调下，实现资源共享和信息传递。而计算机网络采用的协议中，最基本的就是用的协议中，最基本的就是TCP/IPTCP/IP。6.5 IP技术 网络协议是通信
45、双方的约定或对话规网络协议是通信双方的约定或对话规则，用来描述进程间信息交换过程的则，用来描述进程间信息交换过程的术语，是网络和分布系统中互相通信术语，是网络和分布系统中互相通信的同等层实体间，交换信息时必须遵的同等层实体间，交换信息时必须遵守的规则的集合。在通信网络中，有守的规则的集合。在通信网络中，有为数众多的协议，要让这么多协议更为数众多的协议，要让这么多协议更好地协同起来工作，这就需要对协议好地协同起来工作，这就需要对协议分层。分层。6.5.1 分层协议(1)独独立。立。(2)灵灵活活(3)等等级分明级分明(4)方方便便(5)开开放放分层有一系列的好处：如今，大多数计算机网络都使用的是
46、如今，大多数计算机网络都使用的是TCP/IPTCP/IP体系结构。它是一个协议族，体系结构。它是一个协议族，TCPTCP和和IPIP是其中两个最重要的且必不可是其中两个最重要的且必不可少的协议，故用它们作为代表命名。少的协议，故用它们作为代表命名。TCP/IPTCP/IP结构被形容为是结构被形容为是“两头大中间两头大中间小的沙漏计时器小的沙漏计时器”。因为其顶层和底。因为其顶层和底层都要许多各式各样的协议，层都要许多各式各样的协议，IPIP位于位于所有通信的中心，是唯一被所有应用所有通信的中心，是唯一被所有应用程序所共有的协议。程序所共有的协议。6.5.2 TCP/IP协议第一层：网络接口层，
47、定义了第一层：网络接口层，定义了DTEDTE和和DCEDCE间的线路功能，完成数据帧的间的线路功能，完成数据帧的封装、差错校验，和物理地址的寻址。封装、差错校验，和物理地址的寻址。第二层：互连层，定义了基于网络层地址第二层：互连层，定义了基于网络层地址(如如IPIP地址地址)和网络拓扑，并和网络拓扑，并进行路径选择。进行路径选择。IPIP协议就是属于这一层。计算机网络的网际互连设备协议就是属于这一层。计算机网络的网际互连设备中，路由器也是工作在这一层的。中，路由器也是工作在这一层的。第三层：传输层，负责确保端到端的透明传输。其典型协议有第三层：传输层，负责确保端到端的透明传输。其典型协议有TC
48、PTCP和和UDPUDP两个。两个。第四层：应用层，是网络服务与使用者应用程序间的接口。应用层的第四层：应用层，是网络服务与使用者应用程序间的接口。应用层的协议为数众多，协议为数众多，HTTPHTTP、DNSDNS、SMTPSMTP、WWWWWW等为用户熟知的计算机网络协等为用户熟知的计算机网络协调都属于这一层。调都属于这一层。TCP/IP的体系结构由四层组成。上图对比了上图对比了OSIOSI与与TCP/IPTCP/IP体系结构的不同。体系结构的不同。可以看出来，可以看出来，TCP/IPTCP/IP体系结构比体系结构比OSIOSI模型更模型更简便、更流行，是一个被广泛采用的互连协简便、更流行，
49、是一个被广泛采用的互连协议标准，议标准，(1)(1)OSIOSI层次多，而层次多，而TCP/IPTCP/IP体系结构更简便。体系结构更简便。(2)(2)OSIOSI把把“服务服务”与与“协议协议”的定义结合起来，格外的定义结合起来，格外复杂，软件效率低。复杂，软件效率低。(3)(3)TCP/IPTCP/IP可以允许像物理网络的最大帧长可以允许像物理网络的最大帧长(Maximum(Maximum Transmission UnitTransmission Unit，MTU)MTU)等信息向上层广播。这样做等信息向上层广播。这样做可以减少一些不必要的开销，提高了数据传输的效率。可以减少一些不必要的
50、开销，提高了数据传输的效率。(4)(4)OSIOSI对服务、协议和接口的定义清晰的，而忽略了对服务、协议和接口的定义清晰的，而忽略了异种网的存在，缺少互连与互操作。异种网的存在，缺少互连与互操作。(5)(5)OSIOSI只有可靠服务。而只有可靠服务。而TCP/IPTCP/IP还有不可靠服务，灵还有不可靠服务，灵活性更大。活性更大。(6)(6)OSIOSI网络管理功能弱。网络管理功能弱。它与它与OSIOSI的区别如下。的区别如下。提出提出MPLSMPLS的初始动机是实现更高速的路由转发。因为传统的路的初始动机是实现更高速的路由转发。因为传统的路由器网络存在着两个致命的缺陷：一是业务的服务质量难以
