4.1-1分组交换原理解析

现代交换与网络第四章数据网络基础-1-现代交换与网络主要内容分组交换原理4.1数据链路层4.3因特网路由选择协议4.5MPLS技术4.7TCP/IP模型4.2网络层4.4ATM技术4.6PTN技术4.8现代交换与网络•资源分配原则•分组交换原理•逻辑信道•分组与分组格式•分组在网络中的传递方式•差错控制•流量控制4.1分组交换原理现代交换与网络-固定分配资源法-动态资源分配技术现代交换与网络•资源分配原则•分组交换原理•逻辑信道•分组与分组格式•分组在网络中的传递方式•差错控制•流量控制4.1分组交换原理现代交换与网络-把用户要传送的信息分成若干个小的数据块，即分组，这些分组具有统一标准的格式，每个分组均有分组头-分组头存放用于控制和选路的有关状态信息和控制信息。这些分组以“存储--转发”的分组交换方式在网内传输，即每个分组交换机首先对收到的分组进行缓存，分析该分组头中有关选路的信息并确定路由选择，然后在所选择的路由上再次进行排队等待。-显然，属于同一个报文的多个分组有可能并行传送；-不同用户发出的数据也可能共享同一物理信道。-因此，分组交换可以实现资源共享，成功克服了电路交换中独占链路以及链路利用率低的缺点。现代交换与网络现代交换与网络分组交换的优点-显著提高线路资源利用率---可同时有若干不同用户终端按需进行资源共享，大大降低了用户费用。-由于采用存储—转发方式，无须预先建立端到端的物理连接，也就不必如电路交换方式那样采用严格而耗费资源巨大的控制规程。-相对易于实现不同类型的数据终端设备(不同的传输速率、不同的代码、不同的通信控制规程等)之间的通信。-每个分组沿着分组交换网络内的通路传送时，有逐段、独立的差错控制和流量控制，故即使在传输媒介不太好的情况下，端到端误码率也可以被控制在10-11以下，保证了传送质量。-分组交换方式的路由选择和拥塞控制等功能，能保证在网内线路或某些分组交换设备出现故障后，可为所传送分组自动、智能地选择一条迂回路由，避开故障点。-由于分组交换在降低通信成本、提高通信可靠性等方面巨大的优势，因此，推动了数据通信网高速的发展和普及现代交换与网络。分组交换的缺点-信息传送时延大-协议和控制比较复杂•解决办法：–提高传输能力–改进分组交换技术分组交换涵盖范围分组交换是一种大类结合方式，后来发展起来的ATM、IP、MPLS等其他交换技术，从根本的交换思想和方式上来看都属于分组交换这个大类，只是具体的技术细节有所区别现代交换与网络•资源分配原则•分组交换原理•逻辑信道•分组与分组格式•分组在网络中的传递方式•差错控制•流量控制4.1分组交换原理现代交换与网络概念：–通过对数据分组的编号，可以把来自各个终端的数据分组在链路上完全区分开，如同把传送链路划分成若干子信道一样，这种子信道称为逻辑信道–逻辑信道为各个终端提供相互独立的数据传送虚拟通路。–逻辑信道号代表着传送链路的部分资源，当某个终端要求通信时，统计时分复用器就负责分配一个逻辑信道号给它。逻辑信道号与各个终端的代号无关–同一个终端，每次呼叫被分配的逻辑信道号都可能不同。–一个终端可以同时通过网络建立多个数据通路–统计时分复用器为每个通路分配一个逻辑信道号，并维护一个终端号与逻辑信道号的映射表：通过逻辑信道号，可以识别出哪个终端发来数据现代交换与网络逻辑信道号代表了信道的一种编号资源–每一条物理链路上，逻辑信道号的分配是相互独立的，也就是说，逻辑信道号并不在全网中有效，而是在每段物理链路上局部有效，即仅具有局部意义。–由分组交换网内的分组交换设备负责出/入线上逻辑信道号的转换工作。–每个逻辑信道可被定义为总是处于几种工作状态中的转移过程中，例如“准备好”状态、“呼叫建立”状态、“数据传输”状态、“呼叫清除”状态等等。终端终端1终端2终端n…255254201255254201进程进程进程逻辑信道线路计算机……现代交换与网络•资源分配原则•分组交换原理•逻辑信道•分组与分组格式•分组在网络中的传递方式•差错控制•流量控制4.1分组交换原理现代交换与网络分组是交换和传送处理的对象–分组是由终端将欲发送的用户信息块（报文或数据报）分成若干符合标准格式的块，然后给每个块“戴”上一顶“帽子”，被称为分组头，分组头用于存储具有标准的格式的控制信息、地址信息和状态信息。–由于每个分组都带有含控制信息和地址信息的分组头，所以每个分组就可以在分组交换网内独立地传送，–可以以分组为单位进行流量控制、路由选择和差错控制等相关处理。通信信息信息分组块1信息分组块2分组头分组头分组头信息分组块2图7-5分组的形成分组1分组2分组3现代交换与网络经典的X.25协议分组头的格式–分组头由3个字节构成，包含通用格式识别符GFI、逻辑信道组号LCGN和逻辑信道号LCN、分组类型识别符等3个部分。87654321GFILCGNLCN分组类型识别符分组数据分组头现代交换与网络X.25协议的网络层分组类型–呼叫建立分组用于在两个DTE之间建立交换虚电路。–数据传输分组用于两个DTE之间实现数据传输。–恢复分组实现分组层的差错恢复。–呼叫清除分组用在两个DTE之间断开虚电路。类型DTE?DCEDCE?DTE功能呼叫建立分组呼叫请求呼叫接受入呼叫呼叫连接在两个DTE之间建立SVC数据分组DTE数据DCE数据两个DTE之间传送用户数据流量控制分组DTERRDTERNRDTEREJDCERRDCERNR流量控制中断分组DTE中断DTE中断证实DCE中断DCE中断证实加速传送重要数据数据传送分组登记分组登记请求登记证实申请或停止可选业务复位分组复位请求DTE复位证实复位指示DCE复位证实复位一个SVC重启动分组重启动请求DTE重启动证实重启动指示DCE重启动证实重启动所有SVC恢复分组诊断分组—诊断诊断呼叫清除分组清除请求DTE清除证实清除指示DCE清除证实释放SVC现代交换与网络数据链路层的帧。为了实现可靠性，由网络层之下的数据链路层将每个分组封装成数据链路层的格式，即帧。–在帧的首尾通过设置控制字段来配合分组交换机实现可靠性要求。–X.25协议采用高级数据链路控制(HDLC)规程来进行数据链路层的封装，让HDLC帧在链路上传送。FACIFCSF帧头信息字段帧尾现代交换与网络•资源分配原则•分组交换原理•逻辑信道•分组与分组格式•分组在网络中的传递方式•差错控制•流量控制4.1分组交换原理现代交换与网络数据报–整个通信是直接、独立传送每个分组，无须事先建立连接，对于短小的报文通信效率很高，尤其当有些数据本身就只有一个分组时。–每个结点是自由选路，易于避开网络中拥塞路径或故障结点，因此健壮性较好。–每个分组头要包含目的地址，独立选路，开销较大。–不能保证按原来的顺序到达，在终点必须重新排序。–端到端的差错控制和流量控制由用户终端自己负责。典型应用：计算机网中IP包的转发现代交换与网络虚电路•特点–两个用户终端设备在开始传输数据之前必须通过网络建立逻辑上的连接，用户发送的数据(以分组为单位)将通过该路径顺序地经网络传送到达终点。–当通信完成之后用户发出释放链路的请求，网络拆除该连接。–这种方式非常类似电路交换中的通信过程。只不过此时网络中建立的是虚电路而非物理电路，也不像电路交换方式那样是透明传输的，而会受到网络负载的影响，分组可能在分组交换机中等待输出链路空闲后才进行信息传输。–适用于一次建立后长时间传送数据的场合，其持续时间应显著大于呼叫建立时间，如文件传送、传真业务等。•典型应用：ATM、MPLS•分类：–虚电路分为两种：交换虚电路SVC和永久虚电路PVC。–交换虚电路是指在每次呼叫时用户通过发送呼叫请求分组来临时建立虚电路的方式。–如果由用户事先已经要求网络运营商专门建立了固定的虚电路，就不需要在呼叫时再临时建立虚电路，而可以直接进入数据传送阶段，这种方式是永久虚电路，适用于业务量较大的集团用户现代交换与网络cba321321321cba节点机3节点机4终端A终端C节点机1节点机2节点机5终端B终端DVC1VC2321cba321cba现代交换与网络交换虚电路的建立与释放DTE-A至其他DTE至其他交换机交换机A交换机B至其他DTEDTE-B入呼叫分组呼叫连接分组呼叫接受分组图7-11虚电路的建立入端交换机或DTE逻辑信道号逻辑信道号出端交换机或DTE入端出端入端出端(b)(c)DA10SB50SA50DB6(a)呼叫请求分组呼叫接受分组呼叫请求分组释放请求分组释放指示分组释放确认分组DTE-A交换机A交换机BDTE-B图7-12虚电路释放过程释放请求分组释放确认分组释放确认分组现代交换与网络•资源分配原则•分组交换原理•逻辑信道•分组与分组格式•分组在网络中的传递方式•差错控制•流量控制4.1分组交换原理现代交换与网络分组交换网的差错控制：–CRC差错检测技术:利用HDLC帧格式中FCS字段，存放对所承载的分组生成CRC校验码。当对端分组交换机接收后，利用CRC校验运算，判断是否存在差错。–CRC差错检测技术仅能做到无差错接受，即接收端丢弃了错误的帧，凡是接受了的帧均认为无传输差错。–另一方面，要做到“可靠传输”，涉及传输到接收端的帧无差错、无丢失、无重复、无乱序，就必须还有增加确认和重传机制。即包括差错检测和差错纠正两方面。现代交换与网络差错纠正（重发控制）–最基本的停止等待协议–预防性重发•接收端只对接收的正确数据分组向发送端发出确认应答，如果发送端在一定时间内收不到确认应答，或发现确认和数据分组序号不连续，就重发没有确认的数据分组。–自动请求重发ARQ•如果接收端检验出接收到的数据分组有差错，就向发送端发出重发请求，发送端收到重发请求后，重发数据分组，如此循环交替，直到收到正确的数据分组为止。–选择重传ARQ–…重发形式–“端对端”反馈重发•反馈重发只在两个终端之间进行。–“逐段”反馈重发•每一段链路上进行差错检验和反馈重发。–一般而言，逐段反馈重发的办法效率较高。（理由？现代交换与网络•资源分配原则•分组交换原理•逻辑信道•分组与分组格式•分组在网络中的传递方式•差错控制•流量控制4.1分组交换原理现代交换与网络流量控制的必要性–为了让网络各链路上的流量维持在一个合理、均匀、平滑的水平，以提高网络的吞吐能力和可靠性，防止阻塞的发生。–在分组交换网中的流量控制特别重要，因为：•分组交换网中的链路是统计复用的，必须用流量控制的方法来防止链路过分拥挤及分组排队等待时间过长。•接入分组交换网的终端速率可能存在差异，用流量控制的方法可以限制某快速终端发出数据的速率，或者限制向慢速终端发送过多分组。–流量控制可让分组交换机在其不能处理更多数据时抑制源端数据的发送。–避免因链路上待传送的分组过多而造成传送时延的急剧增加，从而引起网络性能的下降甚至崩溃。现代交换与网络网络负载与吞吐量和拥塞流量控制对吞吐量和延迟的影响现代交换与网络谢谢！-29-2013-8-1