数据交换技术

1第4章2通信子网网络拓扑结构交换节点转接中心用户线中继线全连通电信交换节点的基本组成交换网络用户接口中继接口控制单元信号单元中继线用户线（1）建立连接（2）维持连接（3）拆除连接线路交换报文交换分组交换交换快速分组交换多速率线路交换快速线路交换存储-转发ATM交换电信网交换方式分类X.25分组网帧中继、SMDS信元交换正向证实信号正向拆线信号挂机主叫挂机反向拆线信号被叫挂机被叫用户主叫用户回铃音取机拨号拨号音占用信号占用信号振铃通话(信息传送)连接释放呼叫建立A局B局C局电路交换4.1线路交换6C1C4C3C2C3本地网省中心省间中心地市中心县中心长途网AB7线路交换的主要特点归纳如下：(1)线路交换是一种实时交换，适用于实时要求高的话音通信(全程200ms)。(2)在通信前要通过呼叫为主、被叫用户建立一条物理连接。如果呼叫请求数超过交换网的连接能力(过负荷)，用户会听到忙音。衡量电话交换服务质量指标之一：呼叫损失率。(3)线路交换是预分配带宽，话路接通后，即使无信息传送也虚占电路，据统计，传送话音时电路利用率仅为36%。(4)在传送信息时，没有任何差错控制措施，不利于传输要求可靠性高的突发性数据业务。8线路交换网的交换设备可选用程控电话交换机（数字化）。电话网的设计对象是话音通信，在电话网的数据传输，是电话网的增值业务。计算机在线路交换网上通信：点到点，遵循ITU-T的V系列建议。要求通信双方主机的设置一致，如异步串行通信：•数据速率•数据位•停止位•校验方式（E、O、N）9（1）空分交换技术1234ABCD1B2A3D4CSpaceDivisionSwitching10（2）时分交换技术TimeDivisionSwitching控制单元123n交换网络时段（时隙，TimeSlot)交换时段时间的定义：数据传输时间+总线上从头至尾的传播时间。总线速率（背板）要求高。例：19.2kbps的100条全双工线路，总线速率1.92Mbps。TDM总线交换机制：总线上速率决定了同时可通信数。t用户电报机B用户电报机AA局B局C局M1M1M1M1传播时延传输时延存储/处理时延报文交换存储-转发12报文从用户电报终端到交换节点，或交换节点间的存储转发过程包括四方面的时延：(1)传播时延(PropagationDelay)tprop=L/v式中，tprop为传播时延，L为传输距离，v为电波速度(3x105公里/秒)(2)传输时延(TransmissionDelay)tT=D/C式中，tT为传输时延，D为报文长度，C为传输速率。13(3)处理时延(ProcessingDelay)处理时延是指交换节点内部执行程序所开销的时间。tproc与报文长度、处理机处理能力有关。(4)存储时延(QueueingDelay)交换节点将收到的报文先在缓存单元存储，等待转发处理。存储时延也就是在缓存单元的排队时间tq。tq是随机的，与交换节点的交换能力、网络负荷有关。14(1)交换节点采用存储/转发方式对每份报文完整地加以处理；(2)每份报文中含有报头，必须包含收、发双方的地址，以便交换节点进行路由选择；(3)报文交换可进行速率、码型的变换，具有差错控制措施，便于一对多地址传送报文，过负荷时将会导致报文延迟。报文交换特点：4.2报文分组交换（PacketSwitching）主机A主机B主机C链路P5P6P4P3P2P1PSEaPSEbPSEcP2P1报文16（1）分组多路通信功能。（2）采用统计时分多路复用，提高了线路利用率高。（3）能够实现不同类型的数据终端设备（含有不同的传输速率、不同的代码、不同的通信控制规程等）之间的通信。（4）数据传输质量高、可靠性高，可使用优先级别。（5）经济性好。分组交换特点：17•由于采用存储—转发方式处理分组，所以分组在网内的平均时延可达几百毫秒。•每个分组附加的分组标题，都会需要交换机分析处理，而增加开销，因此分组交换适宜于计算机通信的突发性或断续性业务的需求，而不适合于在实时性要求高、信息量大的环境中应用。•分组交换技术比较复杂，涉及到网络的流量控制、差错控制、代码、速率的变换方法和接口；网络的管理和控制的智能化等。分组交换机缺点：计算机DTEB释放指示分组呼叫请求分组呼叫连通分组呼叫接受分组入呼叫分组P3P1传播时延传输时延存储/处理时延计算机DTEAA局DCEB局DCEC局DCEP2呼叫建立释放请求分组DCE释放证实分组DTE释放证实分组连接释放数据传输t1.虚电路方式分组交换P3P1计算机B计算机AA局B局C局传播时延传输时延存储/处理时延P2t2.数据报方式分组交换20什么是虚电路？•虚电路是分组交换网向用户提供的一种面向连接(ConnectionOriented：CO)的网络服务方式，分组交换在网中是采用逐段链路进行存储—转发处理，因此每段的处理由分组型终端或分组交换机基于线路传输能力的按需动态分配原则来确定一逻辑信道，因此一条虚电路实际上是由多段分配的逻辑信道链接而成的。214.2.4分组交换网的阻塞控制交换节点ABC队列网络80%22阻塞控制方法•从一个阻塞节点向信源节点发送控制分组，保持网内分组的总量；•依靠路由信息（ARPAnet）；•利用点到点的探针分组（时间戳测定两端点的延迟）；•在通过的分组上允许交换节点把阻塞信息标注（如FRN）。234.2.5X.25协议•1976年，ITU-T（原CCITT）X.25建议•三个功能层次：•分组级（PacketLevel）•帧级（FrameLevel）LAPB•物理级（PhysicalLevel)X.21DCEX.25X.25P_DTEP_DTEVCVCP_DTEDCEDCEPSPDN12分组级帧级物理级分组级帧级物理级LAPB接口逻辑信道高层DTEDCETPDUHFACIFCSFD比特流32125VC分类：永久虚电路（PVC）或交换虚电路（SVC）。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。X.25建议：一个DTE在DTE-DCE链路上可建立212=4096条VC（LCGN+LCN）多路复用。X.25接入“管道(pipe)”含有限的总容量每个独立VC有限定的容量26Router分组交换网LCN=64LCN=74RouterRouterACBLCN=91LCN=401LCN=96LCN=261LCN=400LCN=90LCN=95LCN=260LCN号仅有本地意义27•流量控制•P（S）发送的分组顺序号•P（R）期望接收的分组顺序号•顺序号比特数为3，（0~7）mod8•扩展顺序号比特数为7，（0~127）mod128•缺省窗口尺寸w=2•差错控制：Go-back-NARQ•报文分组序列：A报文分组；B报文分组。284.3帧中继（快速分组交换之一）•什么是帧中继？帧中继是在OSI参考模型第二层(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。帧中继起初由AT&T作为N_ISDN的帧方式的承载业务提出来。其产生的技术背景是：•传输网络的数字化和传输介质光纤化，传输误码率比以往模拟网的要小很多；•用户终端设备的处理能力大为提高。29（1）帧中继协议简化了X.25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6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X.25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。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，最大长度允许1600字节，要比X.25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，减少了分段与重组的处理开销。30（3）在数据链路层完成动态(统计)复用、帧透明传输和差错检测，但与X..25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5～10ms，而帧中继节点的处理时延小于2ms。（4）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的突发性数据，充分利用网络资源。31（5）帧中继现可提供用户的接入速率在64Kbit/s～2.048Mbit/s,也可达45Mbit/s。（6）与X.25分组交换一样，帧中继采用了面向连接的工作模式，可提供PVC业务、SVC业务。由于帧中继SVC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，仅采用PVC业务。324.3.3帧中继体系结构和帧格式Q.931或I.451Q.922或I.441I.430或I.431Q.922的核心功能用户可选的终端功能Q.931或I.451Q.922或I.441I.430或I.431Q.922的核心功能C平面C平面U平面U平面1.帧中继体系结构33两个操作平面:•控制平面（C－plane）：用于建立和释放逻辑连接，传送与处理呼叫控制消息；•用户平面（U－plane）：用于传送用户数据和管理信息。342.帧中继的帧格式FFACIFCSDLCI(高阶比特)DLCI(低)C/READEEAFECNBECN87654321EA=0EA=1FFAIFCSQ.922核心LAPF35X.25源点终点12345786FR源点终点12345786X.25与帧中继的操作方式：36•数据链路连接标识符（DLCI：DataLinkConnectionIdentifier）。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。•命令/响应（C/R）与高层应用有关，帧中继本身并不使用。•扩展地址（EA）当EA为0时表示下一个字节仍为地址字段，当EA为1时，表示下一个字节为信息字段的开始。•正向显式拥塞通知（FECN：ForwardExplicitCongestionNotification）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。•反向显式拥塞通知（BECN）。•丢弃指示（DE：DiscardEligilility）由用户置为1时，表明有网络发生拥塞时，为了维持网络的服务水平，该帧与DE为0的帧相比应先丢弃。37•专用网接口：所有的数据设备安装带有FRN接口的E1（或T1）多路选择器；其它应用（语音传输、电话会议等）仅安装非帧中继接口；•公用网接口•应用：块数据交换、文件传送、字符交互、互联LAN、支持多个低速复用。3.帧中继的应用38•ISDN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。•N_ISDN是以数字式电话网为基础，采用电路交换方式，基于64Kbit/s的ISDN,数据速率限为2Mbit/s；•B_ISDN则是真正意义上的综合，采用快速分组交换方式，即ATM技术。数据速率为155.520Mbit/s，622.080Mbit/s。4.4异步传输模式（ATM）4.4.1ATM技术背景39B-ISDN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动要小，信息丢失和差错率要小）；•能灵活支持各种业务；•具有高速传送信息的能力；•简单易行（简化信息处理过程，简化对网络设备、网络结构、网络管理的要求）。401.ATM网络结构•ATM技术是B-ISDN的核心技术；•ATM网采用多级的交换网络结构；•ATM网络是由ATM终端和ATM交换机构成；•接口：•用户-网络接口（UNI）•网络-网络接口（NNI）•ATM网：•专用ATM网•公用ATM网•接入ATM网4.4.2ATM的基本概念41HighlevelHighlevelATMAALI.362/363ATMLayerI.361PhysicalLayerU_PlaneC_PlaneManagementPlanePlaneManag