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交换第5章(分组交换)

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交换 分组
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1 第5章 分组交换 5.1 分组交换技术的产生 分组交换技术是为满足数据通信的需要而产生的。 数据通信—凡是在终端以编码方式表示的信息,用 脉冲形式在信道上传送的信息都叫数据通信。 数据通信系统的构成 用 户 协 议 接 口 协 议 X.25PAD 协 议 转 换 接 口 协 议 X.25 接 口 协 议 X.25 用 户 协 议 X.25 = 接口接口 网内协议 (NPT)(PT) DTEDTE DCEDCE 2 数据通信的特点电路交换的不适应性 高可靠性要求。一位编 码错了表达的意思完全 不同 电路交换是透明传输(没有 差错控制措施) 持续时间短,90%用户 数据通信持续时间< 50s, 突发性 电话通信的平均持续时间 为5分。电路交换的通路建 立时间长,平均15s,较短 的数据通信花去较长的通 路建立时间不划算。 数据通信的速率变化, 30bit/s(聊天)~ nMbit/s(传图象) 电路交换每话路传输速率 固定为64kbit/s,不能适应 业务速率的动态变化。 3 5.2 分组交换技术 5.2.1 资源分配 1、预分配资源技术 根据用户的要求预先分配给用户资源。如TDM、 FDM。 不足之处:独占资源,线路利用率低。 2、动态分配资源技术 当用户有数据传输时才给其分配资源。 不足之处:时延、数据丢失 4 5 5.2.2 X.25协议 X.25是 数据终端设备DTE 和数据电路终接设备 DCE 之间的接口协议。 X.25协议包含了三层:分组层、数据链路层、物 理层,是和OSI参考模型的下三层一一对应的,它 们的功能也是一致的。 Ø 物理层定义了DTE和DCE之间的电气接口和建立 物理的信息传输通路的过程。 可采用X.21建议、X.21bis建议、V建议等接口标准 ; 6 Ø 数据链路层采用平衡型链路访问规程LAPB, LAPB定义了DTE—DCE链路之间的帧交换的过 程及帧格式。 数据链路层的主要功能有: • 在DTE和DCE之间有效地传输数据 • 确保接受器和发送器之间的信息同步 • 检测和纠正传输中产生的差错 • 识别并向高层协议报告规程性错误 • 向分组层通知链路状态. 7 Ø 分组层则定义了分组的格式和在分组层实体 之间交换分组的过程,同时也定义了如何进行 流控,差错处理等规程。 X.25的分组层利用链路层提供的服务在 DTE和DCE之间传递分组。它将一条数据链路 按照动态时分复用的方法划分为多个子逻辑信 道。这样就可以允许多个用户同时使用数据通 道,大大地提高了资源的利用率和效率。 8 分组层的主要功能有: • 在X.25接口为每个用户呼叫(第一次通信过程) 提供一个逻辑信道 • 通过逻辑信道(LCN)来区分与每个用户呼叫的有 关的分组 • 为每个用户的呼叫连接提供有效的分组传输,包 括顺序号,分组的确认和流量控制过程。 • 提供交换虚电路(SVC)和永久虚电路(PVC)的连接 • 提供建立和清除交换虚电路连接的方法 • 检测和恢复分组的差错 9 X.25的分层结构如下图所示: 物理层 数据链路层 分组层 X.25 高层协议 物理层 数据链路层 分组层 DCE 物理连接接口DTE 与远程DTE之间的高层协议 分组层协议 链路层协议 物理层协议 10 分组层将一条数据链路按统计时分复用的方式 划分为4096个逻辑信道,在每个逻辑信道上都可 以建立一条虚电路。 端到端的通信就通过虚电路来完成。一条虚电 路可以经过若干物理线路和中间节点,由多条逻 辑信道连接而成。 PBX PBX PBX LC 3 LC 4 LC 243 LC 24 LC 3 PBX Router A Router B X.25网 11 5.2.3 分组的形成 所有的分组通过链路层在DTE和DCE之间传输 时都放在I 帧的信息字段(I)中,分组与I 帧的 关系如图所示: I帧 帧头F帧尾F 分组头 信息字段(I) 分组 标志 标志 12 1、分组头格式 分组头由通用格式识别符(GFI),逻辑信道识别 符(LCI)以及分组类型识别符组成,如图所示: Q D S S GFI: Q:区分传输的分组是用户数据还是控制信息 D:确认比特,表示本地确认(0)还是端到端确认(1) S:模式比特,表示分组按模8(01)还是按模128编号(10) 13 分组类型识别符用来识别17个不同的X.25分组类型。 分组类型识别符的编码格式如表所示。 1 1 1 1 0 1 1 1 登记证实 1 1 1 1 0 0 1 1 登记请求 0 0 1 0 0 1 1 1DTE 中断证实DCE 中断证实 0 0 1 0 0 0 1 1 DTE 中断DCE 中断 x x x 0 1 0 0 1DTE REJ x x x 0 0 1 0 1DTE RNRDCE RNR x x x 0 0 0 0 1DTE RRDCE RR x x xxxxx 0DTE 数据DCE数据 数据传输分组 0 0 0 0 1 1 1 1 呼叫接受呼叫连接 0 0 0 0 1 0 1 1 呼叫请求入呼叫 呼叫建立分组 8 7 6 5 4 3 2 1 从 DCE 到 DTE 从DTE 到DCE 分组类型识别 符编码分组类型 14 1 1 1 1 0 0 0 1诊断 1 1 1 1 1 1 1 1DTE 再启动证实DCE 再启动证实 1 1 1 1 1 0 1 1 再启动请求再启动指示 0 0 0 1 1 1 1 1 DTE复位证实 DCE 复位证实 0 0 0 1 1 0 1 1 复位请求复位指示 恢复分组 0 0 0 1 0 1 1 1 DTE清除证实 DCE 清楚证实 0 0 0 1 0 0 1 1 清除请求清除指示 呼叫清除分组 15 呼叫请求分组格式: 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 0 1 0 1 1 逻 辑 信 道 号 业务字段(若干字节) 用户数据(若干字节) 业 务 字 段 长 度 DTE地址(若干字节) 被叫DTE地址长度主叫DTE地址长度 逻辑信道群号0 0 0 1 DTE地址只出现在呼叫请求分组中, 用于建立端到端的虚电路 数据分组格式: 8 7 6 5 4 3 2 1 P(R) M P(S) 0 逻 辑 信 道 号 用户数据(若干字节) 逻辑信道群号Q D 0 1 2、各类分组格式: 16 DTE地址由ITU-T的X.121建议规定。X.121地址( 又称国际数据号码IDN)是可变长的,最大可以 为14个十进制数字。 其格式如下 : 国家代码(460) 网号 X X X X X X X X X X X X XX 终端号码 因为PVC没有呼叫建立阶段,所以X.121地址 只在SVC中使用 17 5.2.4 交换虚电路的建立和释放 • 主叫DTE想要建立虚电路时,它就发送“呼叫请 求”分组,该“呼叫请求”分组包含可供分配的高 端的LCN和被叫DTE地址。该分组发送到本地 DCE,由DCE将该分组转换成网络规程格式,而 且通过网络路由(交换)到远端DCE。 • 远端DCE将网络规程格式的“呼叫请求”分组转 换为“入呼叫”分组,并发送给被叫DTE,该分组 中包含了可供分配的低端的LCN。 “呼叫请求”分组和“入呼叫”分组分别从高端和 低端选择LCN是为了防止呼叫冲突。 18 • 被叫DTE通过发送“呼叫接受”分组表示同意建立虚电 路,该分组中的LCN必须与“入呼叫”分组中的LCN相同 。被叫端DCE接收到“呼叫接受”分组之后,通过网络规 程传送到主叫端DCE。 • 主叫端DCE发送“呼叫连接”分组到主叫DTE,表示网络 已完成虚电路的建立过程,“呼叫连接”分组中的LCN与“ 呼叫请求”分组的LCN相同。 • 主叫DTE接收到“呼叫连接”分组之后,表示主叫DTE和 被叫DTE之间的虚呼叫已建立,可以进入数据传输阶段 DTEA DTEB交换机 呼叫请求 入呼叫 呼叫接受 呼叫连接 19 • 主叫(或被叫)DTE发出释放请求分组,然后 就收到本地DCE发回的释放证实分组 • 被叫(或主叫)DTE收到释放指示分组后,就 发给本地DCE一个释放证实分组 这样,已用过的逻辑信道号在本次虚电路释放 后可供以后再建立的虚电路使用。 DTEA DTEB交换机 释放请求 释放指示 释放确认 释放确认 20 5.2.5 虚电路和逻辑信道的区别 虚电路逻辑信道 • 两个DTE之间端到端的连接 ; • 两个DTE之间可以使用不同 的逻辑信道; • 虚电路只是在建立后才存在 ,而永久虚电路固定存在 • DTE与DCE之间的局部实体 ; • 一个逻辑信道只能分配给一 个虚电路; • 逻辑信道总是存在的,分配 或 “准备好”状态(空闲) 21 5.3 DPN-100 分组交换机 5.3.1 DPN-100 分组网络的应用 DPN-100是加拿大北方电讯公司的数据通信设备 。 DPN-100数据通信网在世界范围得到应用: 银行:信用卡认证、金融交易; 航空运输:预定机票、航班管理、行李托运等; 邮政和电信公司:邮件跟踪和投递情况、电子邮 件、可视图文、数据库访问等。 22 5.3.2 DPN-100系统结构 DPN-100网络由许多交换机组成,每个交换机又 分别由两种标准模块—接入模块(AM)和资源模 块(RM)组成。可根据每个交换机容量来确定该 点所需的模块数量。 AM模块:提供用户接入线到DPN-100网络的接口 。完成接入规程的支持、数据汇集、本地交换、 虚电路控制等功能。 用户设备包括:主机、个人计算机、局域网、路 由器、网桥等。 23 PI Office PE 线 路 PE 8 端口 PI 管 理 PE 链 路 PE 2 端口 PI 磁 盘 PI … 公共存储器公共存储器 用户AM 和 RM AM内部结构 24 RM模块:构成了网络的骨架,RM通过网络链路与AM连接, 通过中继线与网络中的其它RM连接。 RM执行以下功能:分组路由选择、呼叫路由选择、中继线业 务流量的动态路由迂回等。 Office PE 中继线 PE 基群速率 PI 服务器 PE 链 路 PE 8 端口 PI … 公共存储器公共存储器 至RM至AM PI Office PE 管 理 PE 磁 盘 PI RM内部结构 25 AM、RM模块主要由两块电路板构成:处理器 单元(PE)和外部接口板(PI)。 处理器单元(PE):是模块内驱动处理过程的“ 发动机”,处理过程由装入PE的软件来控制。一 个PE是一个单板微处理机,包括80286或 80386处理器、EPROM、存储器、通用总线接 口、外围总线接口。 外部接口板(PI):为线路、网络链路、中继 线、磁盘提供物理接口,如V.24、V.35、SCSI 、E1、X.21等。 26 RM RMRM RM AMAM AM AM AM AM 5.3.3 DPN-100网络组成: 27 5.3.4 中国公用分组交换网(CHINAPAC): CHINAPAC由邮电部统一组建,引进加拿大北 方电信公司的DPN—100分组交换系统。 全网由31个省市中心城市的32个交换机组成(其 中北京2个)。北京、上海、南京、武汉、西安 、成都、广州、沈阳等8座城市为汇接中心,各 汇接中心采用网状结构,其他中心之间采用网 格型结构,但每个交换机至少有两条以上中继 路由,并逐步向网状网过渡。北京为国际出人 口局,上海也按国际出入口局配置,广州为港 、澳区出人口局。 28 CHINAPAC与公用电话网、用户电报网、DDN 、CHINANET以及各省市的地区网、各大企事 业单位的局域网均可实现互连,并与世界上几十 个国家和地区的公用分组交换网互连,使得国内 任何一终端都可通过CHINAPAC与国际间进行数 据传输。 CHINAPAC的优点是规模大、覆盖面广、端口 容量大、通信速率高、支持通信规程多、处理能 力强、网络时延低等特点。 29 用户类别和入网方式: 用户接人CHINAPAC的示意图如下图所示。用户终端 有PT、NPT和SNA/SDLC三类,可根据不同的用户终端 来划分用户业务类别,提供不同速率的数据通信业务。 用户接人CHINAPAC的示意图 30 分组型终端(PT)采用同步工作方式。当PT通过专线 电路接入网络时,可使用X.25接口规程,可提供 2400 bit/s、4800bit/s、9600bit/s、19.2kbit/ s、48kbit/s、和64kbit/s等速率的数据通信业务。 当PT通过公用电话交换网接入分组网时,使用X.32 规程,可提供2400bit/s、4800 bit/s、9600bit/s等 速率的数据通信业务。 非分组型终端(NPT)采用起止式异步工作方式。当 NPT通过用户电报网接入分组网时,使用TELX .28接 口规程,可提供50bit/s 速率的数据通信业务。当通 过公用电话网接入分组网时,使用X.28规程,可提 供300bit/s、l 200bit/s、2400bit/s、4800 bit/s 、9600bit/s、19.2kbit/s、等速率的数据通信业 务。 31 SNA/SDLC终端是遵循IBM公司SNA/SDLC规 程的同步终端,它在DTE和DCE之间使用SNA/ SDLC规程。SNA/SDLC上同步终端经专线电路接 入分组网的用户,可以提供2400bit /s、4800bit /s、9600bit/s、19.2kbit/s、64kbit/s等速率 的数据通信业务。 32 第5章要求 1、数据通信系统的组成 2、X.25协议层次结构 3、分组层功能 4、虚电路的建立过程 5、虚电路和逻辑信道的区别 作业:P149 3、4、7、10、12
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