現(xiàn)代交換原理與技術(shù)課件：第5章 分組交換技術(shù)

1、第5章 分組交換原理與技術(shù)分組交換原理5.1X.25建議5.2路由選擇5.3流量控制與擁塞控制5.4幀中繼技術(shù)5.5ATM交換技術(shù)5.65.1 分組交換原理5.1.1 分組交換的基本概念5.1.2 統(tǒng)計時分復(fù)用5.1.3 邏輯信道5.1.4 虛電路與數(shù)據(jù)報電路交換的特點(diǎn)：帶寬固定同步和對稱性沒有差錯控制 分組交換的產(chǎn)生數(shù)據(jù)通信的業(yè)務(wù)特征：突發(fā)性（可變比特率）異步和非對稱性差錯敏感性報文交換的特點(diǎn)：存儲轉(zhuǎn)發(fā)異步和非對稱性時延大（可變比特率）分組交換也叫包交換，它是以分組為信息單位，以存儲/轉(zhuǎn)發(fā)方式在網(wǎng)絡(luò)中傳遞信息的交換方式?；舅枷耄簩⒂脩粜畔⒎指畛尚〉臄?shù)據(jù)塊分組（Packet）分組具有統(tǒng)一格式

2、，包含用于控制和選路信息各分組以“存儲轉(zhuǎn)發(fā)”的方式在網(wǎng)絡(luò)中傳遞。5.1.1 分組交換基本概念采用分組交換的通信網(wǎng)稱為分組交換網(wǎng)。分組的形成來自終端的用戶數(shù)據(jù)可能是很長的報文，需要將該報文拆分成若干段，并加上分組頭，組成一個完整的分組（packet）。用戶報文分組頭用戶數(shù)據(jù)5.1.1 分組交換基本概念交換節(jié)點(diǎn)A交換節(jié)點(diǎn)B交換節(jié)點(diǎn)C分組1分組交換過程分組2分組3分組4分組5分組1分組2分組3分組4分組5傳播時延發(fā)送時延處理與排隊時延5.1.1 分組交換基本概念基本概念統(tǒng)計時分復(fù)用（也稱為異步時分復(fù)用）異步的含義是指可變的，不固定的。在給用戶分配資源時，不像同步時分那樣固定分配，而是按需動態(tài)分配。只

3、有在用戶有數(shù)據(jù)傳送時才給它分配資源，因此線路的利用率更高。5.1.2 統(tǒng)計時分復(fù)用工作原理緩沖器 緩沖器 1b1c1b2b3c2c32c1b1b21b325.1.2 統(tǒng)計時分復(fù)用緩沖器c2c3技術(shù)特征動態(tài)地分配信道時隙和資源，線路利用率較高。附加時延。多個用戶同時傳送數(shù)據(jù)時，需要競爭排隊，引起排隊時延。數(shù)據(jù)丟失。若緩沖器溢出，則導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。5.1.2 統(tǒng)計時分復(fù)用5.1.2 統(tǒng)計時分復(fù)用 在統(tǒng)計復(fù)用線上 如何區(qū)分各用戶的數(shù)據(jù)信息呢？緩沖器 緩沖器 1b1c1b2b3c2c32c1b1b21b32緩沖器c2c3在統(tǒng)計時分復(fù)用中，對各用戶的數(shù)據(jù)使用標(biāo)記進(jìn)行區(qū)分。這樣，在一條共享的物理線路上，就形

4、成了邏輯上分離的多個子信道。這種子信道稱為邏輯信道，用邏輯信道號（LCN）標(biāo)識。邏輯信道號由邏輯信道群號及群內(nèi)邏輯信道號組成，二者統(tǒng)稱為邏輯信道號。 5.1.3 邏輯信道基本概念邏輯信道的形成過程終端255254201計算機(jī)進(jìn)程進(jìn)程進(jìn)程復(fù)用器邏輯信道2552542015.1.3 邏輯信道ABC邏輯信道的特點(diǎn)邏輯信道與呼叫一一對應(yīng)。邏輯信道只具有局部含義。邏輯信道號是一種客觀存在。5.1.3 邏輯信道分組交換網(wǎng)的服務(wù)虛電路服務(wù)：提供面向連接的信息傳送。數(shù)據(jù)報服務(wù)：提供無連接的信息傳送。 5.1.4 虛電路與數(shù)據(jù)報DTEDCEPSEPSEDCEDCEPSEDTE數(shù)據(jù)終端設(shè)備 DCE數(shù)據(jù)電路終結(jié)設(shè)備

5、 PSE分組交換設(shè)備虛電路服務(wù)所謂虛電路服務(wù)，是指用戶在數(shù)據(jù)傳送之前通過網(wǎng)絡(luò)建立一條端到端的邏輯上的虛連接。實(shí)電路？5.1.4 虛電路與數(shù)據(jù)報虛電路和實(shí)電路有何區(qū)別？虛電路工作示意圖節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)3節(jié)點(diǎn)5節(jié)點(diǎn)4終端A終端C終端D終端B5.1.4 虛電路與數(shù)據(jù)報虛電路與邏輯信道節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)3節(jié)點(diǎn)5節(jié)點(diǎn)4終端A終端C終端D終端BLCN=99LCN=10LCN=50LCN=30LCN=15LCN=60LCN=75LCN=1005.1.4 虛電路與數(shù)據(jù)報LCN=30虛電路服務(wù)交換式虛電路（SVC)永久虛電路（PVC)5.1.4 虛電路與數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)報服務(wù)節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)3節(jié)點(diǎn)4終端A終端B a b

6、 c a b c a c b a b c5.1.4 虛電路與數(shù)據(jù)報虛電路和數(shù)據(jù)報的比較比較項(xiàng)目虛電路數(shù)據(jù)報建鏈過程必須有不需要目的地址僅在連接建立時使用，建鏈后，分組使用虛電路號每個分組都含有目的地址路由選擇在虛電路建立時進(jìn)行，所有分組均按同一路由傳送每個分組獨(dú)立選擇路由節(jié)點(diǎn)出故障經(jīng)由故障點(diǎn)的虛電路均中斷丟失分組，但可經(jīng)由其它路由分組順序總是按發(fā)送順序到達(dá)目的站到目的站時可能與發(fā)送順序不同差錯處理由通信子網(wǎng)負(fù)責(zé)由主機(jī)負(fù)責(zé)流量控制由通信子網(wǎng)負(fù)責(zé)由主機(jī)負(fù)責(zé)5.1.4 虛電路與數(shù)據(jù)報第5章 分組交換原理與技術(shù)分組交換原理5.1X.25建議5.2路由選擇5.3流量控制與擁塞控制5.4幀中繼技術(shù)5.5A

7、TM交換技術(shù)5.6 X.25是ITU-T制定的公用分組網(wǎng)接口規(guī)范。 X.25是在傳輸介質(zhì)質(zhì)量較差，對數(shù)據(jù)通信速率要求不高的歷史背景下產(chǎn)生的，因此含有復(fù)雜的差錯控制和流量控制措施，速率不高，適于廣域網(wǎng)。5.2 X.25建議 5.2.1 X.25的提出 5.2.2 X.25分層協(xié)議結(jié)構(gòu)物理層數(shù)據(jù)鏈路層分組層幀層協(xié)議物理層協(xié)議高層協(xié)議X.25分組層協(xié)議 物理接口DTEDCE與遠(yuǎn)程DTE之間的高層協(xié)議物理層數(shù)據(jù)鏈路層分組層（1）物理層 定義傳輸媒體的機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程特性。 典型協(xié)議： X.21建議和V系列建議。（2）數(shù)據(jù)鏈路層 同步、差錯控制、流量控制、鏈路狀態(tài)報告。 典型協(xié)議：LAPB，為HD

8、LC的子集。（3）分組層 相當(dāng)于OSI的網(wǎng)絡(luò)層，支持多個邏輯信道，實(shí)現(xiàn)通信能力和資源的按需分配。 5.2.2 X.25分層協(xié)議結(jié)構(gòu)HDLC是ISO定義的面向比特的數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議的總稱。HDLC定義了三種類型的站（Station）、兩種鏈路配置及三種數(shù)據(jù)傳送模式。 5.2.3 X.25的鏈路層HDLC支持兩種鏈路配置： 非平衡配置：點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn) 平衡配置：點(diǎn)到點(diǎn)主站次站命令響應(yīng)主站次站命令響應(yīng)次站復(fù)合站命令響應(yīng)復(fù)合站非平衡配置平衡配置 5.2.3 X.25的鏈路層三種傳送模式： 正常響應(yīng)方式（NRM）：適用于非平衡配置。 異步平衡方式（ABM）：適用于平衡配置。 異步響應(yīng)方式（ARM）：適

9、用于非平衡配置。 LAPB采用平衡配置方式，用于點(diǎn)到點(diǎn)鏈路，采用異步平衡方式來傳送數(shù)據(jù)。 5.2.3 X.25的鏈路層標(biāo)志字段（F）：幀開始和結(jié)束（01111110）。地址字段：X.25采用兩個鏈路層地址，標(biāo)識DTE（A：00000001）和DCE（B：00000011）。注意：DTE鏈路層地址與DTE網(wǎng)絡(luò)層地址的區(qū)別。 5.2.3 X.25的鏈路層幀格式標(biāo)志F地址字段A控制字段C信息字段I檢驗(yàn)序列FCS標(biāo)志F8bits8bits8 or 16 bits16 or 32 bits8bits長度可變幀頭幀尾控制字段：區(qū)分幀類型和流量控制，分為三種類型：信息幀（I幀）、監(jiān)控幀（S幀）和無編號幀（U

10、幀）。 I-幀：用戶數(shù)據(jù) S-幀：空 U-幀：控制數(shù)據(jù) 5.2.3 X.25的鏈路層幀格式標(biāo)志F地址字段A控制字段C信息字段I檢驗(yàn)序列FCS標(biāo)志F8bits8bits8 or 16 bits16 or 32 bits8bits長度可變信息（I）幀：傳送上層交付的分組； 監(jiān)控（S）幀：幀層的差錯控制和流量控制，保證信息幀的可靠傳送。 監(jiān)控幀的3種類型（由SS兩個比特區(qū)分）：接收就緒（RR）接收未就緒（RNR）拒絕幀（REJ）控制字段比特87654321信息（I）幀N（R）PN（S）0監(jiān)控（S）幀N（R）P/FSS0 1無編號（U）幀MMMP/FMM1 1 5.2.3 X.25的鏈路層無編號（U）

11、幀：用于控制鏈路的建立與斷開。幀拒絕、響應(yīng)幀F(xiàn)RMR5無編號確認(rèn)、響應(yīng)幀UA4已斷鏈狀態(tài) 、響應(yīng)幀DM3斷開（斷鏈）、命令幀DISC2置異步平衡模式（建鏈）、命令幀SABM1功能類型序號控制字段比特87654321信息（I）幀N（R）PN（S）0監(jiān)控（S）幀N（R）P/FSS0 1無編號（U）幀MMMP/FMM1 1 5.2.3 X.25的鏈路層P/F：探詢（poll）/最終（final）位，用于構(gòu)成兩個復(fù)合站之間的問答關(guān)系。 作用： （1）P=1，令對端立即響應(yīng)并告之狀態(tài)。 （2）F區(qū)分收到的響應(yīng)幀是主動報告還是對本端命令的響應(yīng)（F=0、1）。控制字段比特87654321信息（I）幀N（R）

12、PN（S）0監(jiān)控（S）幀N（R）P/FSS0 1無編號（U）幀MMMP/FMM1 1 5.2.3 X.25的鏈路層1.鏈路的建立與端開DTEADCEBB,SABM,PB,DISC,PB,UA,FB,UA,F發(fā)送和接收分組層數(shù)據(jù)（封裝在I幀中）并用S幀進(jìn)行流量控制和差錯控制U幀鏈路建立I幀數(shù)據(jù)傳輸與控制U幀鏈路斷開B,DM 5.2.3 X.25的鏈路層2. 差錯校正和流量控制（1）差錯校正：肯定/否定證實(shí)、重發(fā)糾錯。（2）流量控制：滑動窗口技術(shù)與監(jiān)控幀配合。3. 鏈路復(fù)位 任意一方收到協(xié)議出錯或幀拒絕（FRMR，將使鏈路恢復(fù)初始狀態(tài)，兩端發(fā)送的I幀和S幀N（S）和N（R）值恢復(fù)為0。 5.2.3

13、 X.25的鏈路層 由于X.25的數(shù)據(jù)鏈路層只支持點(diǎn)到點(diǎn)的接入配置，因此其網(wǎng)絡(luò)層的功能相當(dāng)簡單，其基本功能是利用數(shù)據(jù)鏈路層提供的可靠傳送服務(wù)，完成虛呼叫的分組數(shù)據(jù)通信。DCEDCEDTEDTE分組層范圍（端到端）鏈路層范圍鏈路層范圍X.25網(wǎng)絡(luò) 5.2.4 X.25的分組層為每個呼叫建立一個邏輯信道；并通過邏輯信道號（LCN）來區(qū)分與每個呼叫用戶有關(guān)的分組；提供SVC和PVC連接；為每個呼叫連接提供有效的分組傳輸，包括順序編號、分組的確認(rèn)、流量控制；監(jiān)測并恢復(fù)分組層差錯。 5.2.4 X.25的分組層（1）分組層的功能 邏輯信道和虛電路的區(qū)別：虛電路是DTE與DTE之間端到端的連接，邏輯信道只

14、是虛電路在用戶接入段上的一個子信道。 為避免DTE和DCE分配LCN發(fā)生沖突，DTE從大到小分配，DCE從小到大分配。（2）虛電路與邏輯信道 X.25分配的邏輯信道號：0 4096終端A到進(jìn)程1的虛電路：63、99、10終端B到進(jìn)程2的虛電路：62、98、11 7 53 1PADAB節(jié) 點(diǎn)3節(jié) 點(diǎn)1節(jié) 點(diǎn)2 DCEPADLCN=63 LCN=62 LCN=99 LCN=98 LCN=10 123進(jìn)程LCN=1129（2）虛電路與邏輯信道 分組層SVC與數(shù)據(jù)鏈路的建立和斷開不同。DTE初始啟動時，SVC建立步驟：（1）在DTE與DCE之間建立數(shù)據(jù)鏈路；（2）在本地與遠(yuǎn)端DTE之間建立虛電路；（3

15、）在兩個DTE之間傳輸數(shù)據(jù)；（4）釋放虛電路；（5）斷開數(shù)據(jù)鏈路。（3）分組層的操作（3）分組層的操作呼叫建立過程呼叫請求建立入呼叫呼叫連接接受呼叫連接DTE1主叫DCEDCEDTE2（被叫）X.25X.25LCN/253建立LCN/10接授LCN/253LCN/10（3）分組層的操作呼叫清除過程呼叫清楚清除清除清除指示清除證實(shí)證實(shí)證實(shí)清除證實(shí)DTE1(主叫)DCEDCEDTE2(被叫)X.25X.25流量控制和差錯控制：在分組層流量控制和差錯控制：在鏈路層DCEDCEDTEDTE分組層流控（端到端）鏈路層流控鏈路層流控X.25網(wǎng)絡(luò) 5.2.4 X.25的分組層 （1）流量控制 數(shù)據(jù)鏈路層流量

16、控制采用滑動窗口技術(shù)，控制窗口尺寸k（ 1k7 ），其值表示最多可以發(fā)送多少個未被證實(shí)的信息幀。 k值的選定取決于物理鏈路的傳播時延和傳送速率，應(yīng)保證在連續(xù)發(fā)送k個I幀之后能收到對第1個I幀的證實(shí)。 一種更為直接的控制方法是利用監(jiān)控幀RNR、RR或REJ幀實(shí)現(xiàn)流量控制。 5.2.4 X.25的分組層DTEDCEB,I（0,0）B,I（1,0）B,I（2,0）窗口滿停止發(fā)送窗口上沿36B,RR（1）B,RR（4）恢復(fù)發(fā)送窗口上沿67A,RNR（4）窗口上沿23B,I（3,0）B,I（4,0）對端忙停止發(fā)送A,RR（5）B,I（5,0）B,I（6,0）流量控制過程K=3 5.2.4 X.25的分組

17、層01234567 （2）差錯控制 數(shù)據(jù)鏈路層的控制采用肯定/否定證實(shí)、重發(fā)糾錯（ARQ）。 發(fā)現(xiàn)非法幀或出錯幀均予以丟棄；發(fā)現(xiàn)非期望接收序號的幀即幀號失序，則發(fā)送REJ幀通知對端重發(fā)。發(fā)送端在超時未收到肯定證實(shí)時，將自動重發(fā)。 5.2.4 X.25的分組層第5章 分組交換原理與技術(shù)分組交換原理5.1X.25建議5.2路由選擇5.3流量控制與擁塞控制5.4幀中繼技術(shù)5.5ATM交換技術(shù)5.65.3路由選擇Routing5.3.1基本概念5.3.2常見的路由選擇算法固定型算法洪泛法固定路由表算法自適應(yīng)路由選擇最短路徑算法4.1節(jié)路由器PORTAL網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)CSP網(wǎng)絡(luò)

18、AB5.3.1 基本概念在分組網(wǎng)中，路由選擇就是在呼叫建立過程中，在多條路由中選擇一條較好的路由。獲得較好路由的方法稱為路由算法。所謂較好的路由，就是應(yīng)該使報文通過網(wǎng)絡(luò)的平均時延較短，并具有平衡網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)量的作用。路由選擇問題不只是考慮最短的路由，還要考慮通信資源的綜合利用，以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化的適應(yīng)能力，從而使全網(wǎng)的業(yè)務(wù)通過量最大。 5.3.1 基本概念選擇路由方法應(yīng)考慮的問題：路由選擇準(zhǔn)則路由選擇協(xié)議路由選擇算法 即以什么參數(shù)作為路由選擇的基本依據(jù)，可以分為兩類：以路由所經(jīng)過的跳數(shù)為準(zhǔn)則或以鏈路的狀態(tài)為準(zhǔn)則。 依據(jù)路由選擇準(zhǔn)則，在相關(guān)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行路由信息的收集和發(fā)布的規(guī)程和方法稱為路由協(xié)議。 即

19、如何獲得一個準(zhǔn)則參數(shù)最小的路由?？捎删W(wǎng)絡(luò)中心統(tǒng)一計算，然后發(fā)送到各個節(jié)點(diǎn)（集中式），也可由各節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的路由信息進(jìn)行計算（分布式）。 5.3.1 基本概念常見的路由選擇算法固定型算法洪泛法固定路由表算法自適應(yīng)路由選擇最短路徑算法5.3.2路由選擇算法 由RAND公司提出，用于軍用分組網(wǎng)。 基本思想：當(dāng)節(jié)點(diǎn)交換機(jī)收到一個分組后，只要該分組的目的地址不是其本身，就將該分組轉(zhuǎn)發(fā)到全部（或部分）鄰接節(jié)點(diǎn)。完全洪泛法：除了輸入分組的那條鏈路之外，向所有輸出鏈路同時轉(zhuǎn)發(fā)分組。選擇洪泛法：僅在滿足某些事先規(guī)定條件的鏈路上轉(zhuǎn)發(fā)分組。固定型算法洪泛法（Flooding）優(yōu)點(diǎn)：簡單，不需要路由表，可靠性很高。缺

20、點(diǎn)：會產(chǎn)生大量的無效負(fù)荷，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。一般只用在可靠性要求特別高的軍事通信網(wǎng)中。固定型算法洪泛法（Flooding）靜態(tài)路由算法中最常用的一種。每個節(jié)點(diǎn)的路由表在系統(tǒng)配置時生成，表中給出該節(jié)點(diǎn)到達(dá)其他各目的節(jié)點(diǎn)經(jīng)由路徑的下一節(jié)點(diǎn)。算法簡單，適用于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)量相對穩(wěn)定的情況。但難以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蜖顟B(tài)的變化，一旦被選路由故障，就會影響信息的正常傳送。固定型算法固定路由表算法固定型算法固定路由表算法123654DTE ADTE B132465-32443132465112-65節(jié)點(diǎn)1路由表(c)節(jié)點(diǎn)4路由表(a)(b)自適應(yīng)路由選擇是指路由選擇隨網(wǎng)絡(luò)狀況的變化而改變。事實(shí)上在所有的分組網(wǎng)中

21、，都使用了某種形式的自適應(yīng)路由選擇技術(shù)。 從用戶的角度來看，自適應(yīng)路由選擇策略能夠提高網(wǎng)絡(luò)的性能。 自適應(yīng)路由選擇策略趨向于平衡負(fù)荷，有助于擁塞控制，能夠延遲嚴(yán)重?fù)砣录陌l(fā)生。 自適應(yīng)路由算法（Adaptive Routing）第5章 分組交換原理與技術(shù)分組交換原理5.1X.25建議5.2路由選擇5.3流量控制與擁塞控制5.4幀中繼技術(shù)5.5ATM交換技術(shù)5.6一、流量控制分組交換網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)交換機(jī)的處理能力和線路的傳輸容量有限，但用戶終端發(fā)送分組的時間和數(shù)量是隨機(jī)的。如果不對數(shù)據(jù)流進(jìn)行控制，可能造成網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)流分布不均勻，部分節(jié)點(diǎn)和線路的流量超過其處理能力或傳輸容量，造成網(wǎng)絡(luò)阻塞。嚴(yán)重時，分組

22、在網(wǎng)絡(luò)中無法傳送，不斷被丟棄，源節(jié)點(diǎn)無法發(fā)送新的數(shù)據(jù)，目的節(jié)點(diǎn)也收不到分組，造成死鎖。因此需要進(jìn)行流量控制。5.4流量控制與擁塞控制5.4 流量控制與擁塞控制問題：為什么要進(jìn)行流量控制?不加控制理想加控制理想不加控制加控制死鎖負(fù)荷分組時延吞吐量負(fù)荷吞吐量與輸入負(fù)載的關(guān)系分組時延與輸入負(fù)載的關(guān)系5.4 流量控制與擁塞控制防止由于網(wǎng)絡(luò)和用戶過載而導(dǎo)致吞吐量下降和傳送時延增加 。避免網(wǎng)絡(luò)死鎖 。網(wǎng)絡(luò)及用戶之間的速率匹配。 問題：為什么要進(jìn)行流量控制?分組時延理想加控制不加控制理想不加控制加控制死鎖負(fù)荷吞吐量負(fù)荷流量控制的層次接入級 段級沿到沿端到端流量控制的方法 滑動窗口緩沖區(qū)預(yù)約法許可證法5.4流

23、量控制與擁塞控制滑動窗口5.4流量控制與擁塞控制用于端到端的流量控制。緩沖區(qū)預(yù)約法用于源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)之間的流量控制。源節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，要為每個報文在目的節(jié)點(diǎn)預(yù)約緩沖區(qū)，只有目的節(jié)點(diǎn)有緩沖區(qū)時，源節(jié)點(diǎn)才可發(fā)送。在預(yù)約的緩沖區(qū)用完后，要等接收節(jié)點(diǎn)再次分配緩沖區(qū)后，才能繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。5.4流量控制與擁塞控制許可證法適用于DTE到網(wǎng)絡(luò)源節(jié)點(diǎn)之間的流量控制。設(shè)置一定數(shù)量的“許可證”在網(wǎng)中隨機(jī)地巡回游動，終端向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送分組時，必須向源節(jié)點(diǎn)申請以獲得許可證。得到許可證后，將許可證和數(shù)據(jù)分組一起傳送，到達(dá)終點(diǎn)后，交出許可證，使它重新在網(wǎng)內(nèi)游動，以便其他終端使用。5.4流量控制與擁塞控制擁塞控制是一個全局

24、性的過程，涉及到所有的終端和節(jié)點(diǎn)，以及降低網(wǎng)絡(luò)傳輸性能的所有因素。流量控制是指發(fā)送端和接收端之間的點(diǎn)對點(diǎn)通信量控制，主要解決快速發(fā)送與慢速接收的問題，是局部的，一般基于反饋機(jī)制進(jìn)行控制。當(dāng)通信量超過一定限度時，網(wǎng)絡(luò)性能降低，這種現(xiàn)象就叫擁塞。擁塞的本質(zhì)是荷載超過了網(wǎng)絡(luò)的承受能力。 5.4流量控制與擁塞控制二、擁塞控制擁塞控制方法：從擁塞節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制分組 根據(jù)路由選擇信息調(diào)整新分組的產(chǎn)生速率 利用端到端的探測分組控制擁塞 節(jié)點(diǎn)在分組經(jīng)過時添加擁塞指示信息 5.4流量控制與擁塞控制網(wǎng)絡(luò)主要的性能指標(biāo)吞吐量（服務(wù)的數(shù)量）好的流量控制可以使更多的通信量流入網(wǎng)絡(luò)。平均時延（服務(wù)的質(zhì)量）好的路由選

25、擇可以使網(wǎng)絡(luò)的平均時延較低。5.4流量控制與擁塞控制第5章 分組交換原理與技術(shù)分組交換原理5.1X.25建議5.2路由選擇5.3流量控制與擁塞控制5.4幀中繼技術(shù)5.5ATM交換技術(shù)5.65.5 幀 中 繼5.5.1幀中繼概述5.5.2幀中繼的交換操作5.5.3帶寬管理與擁塞控制1、幀中繼的產(chǎn)生（1）X.25協(xié)議功能重復(fù)，效率不高（2）數(shù)字通信和光纖通信技術(shù)的發(fā)展 （3）計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 簡化協(xié)議加快轉(zhuǎn)發(fā) 快速分組交換：幀中繼(Frame Relay)與信元中繼(Cell Relay)。5.5.1 幀中繼概述2、FR的協(xié)議結(jié)構(gòu)5.5.1 幀中繼概述物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會話層表示層應(yīng)用層

26、OSI參考模型物理層TDM模型物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層X.25模型物理層鏈路層核心FR模型物理層：X.21、V、G、I系列接口。數(shù)據(jù)鏈路層：HDLC的簡化版本（DL-core），去掉了差錯控制和流量控制字段。2、FR的協(xié)議結(jié)構(gòu)核心鏈路層功能： 幀定界、定位和透明性； 使用幀頭地址字段完成鏈路的復(fù)用/解復(fù)用； 幀傳輸差錯檢測(但不糾錯)； 檢測幀在插“0”前和刪“0”后是否由整數(shù)個字節(jié)構(gòu)成； 檢測幀長是否正確； 擁塞控制。3、幀結(jié)構(gòu)標(biāo)志和FCS字段：同X.25。DLCI：數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識（10比特），對應(yīng)一個邏輯信道，具有局部意義。 DLCI=0用于信令和管理功能。C/R：命令/響應(yīng)指示位。EA：

27、擴(kuò)展地址指示位。EA=0表示還有下一個字節(jié)標(biāo)志 地址信息FCS標(biāo)志DLCI（6）C/R EA DLCI（4） FECN BECN DE EA第1字節(jié)第2字節(jié)4、技術(shù)特點(diǎn)數(shù)據(jù)傳送協(xié)議大大簡化只包含OSI模型的下二層，而且第二層只保留其核心功能 用戶平面與控制平面分離控制平面指的是信令信息的處理、傳送和管理，信令用于邏輯連接的建立和拆除。 用戶平面負(fù)責(zé)端到端的用戶數(shù)據(jù)傳送。 幀中繼是面向連接的網(wǎng)絡(luò)，提供虛電路服務(wù)。包括PVC和SVC。虛電路用DLCI標(biāo)識，DLCI號僅具有本地意義。5.5.2 幀中繼的交換操作根據(jù)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)表進(jìn)行交換。123DCLI:124DCLI:121DCLI:041DCLI:1

28、12輸入輸出接口DLCI接口DLCI112120411124311221673367216711925.5.2 幀中繼的交換操作為保證帶寬資源在用戶間的合理分配，網(wǎng)絡(luò)必須對每個連接上傳送的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，即帶寬管理。 幀中繼網(wǎng)絡(luò)中，為了簡化協(xié)議，提高節(jié)點(diǎn)的處理和轉(zhuǎn)發(fā)速度，將流量控制和差錯控制交由終端的高層協(xié)議完成。但這樣可能使網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞，因此要采取措施盡量減少擁塞的出現(xiàn)。5.5.3 帶寬管理與擁塞控制帶寬管理參數(shù)承諾時間間隔Tc對連接上的用戶數(shù)據(jù)量進(jìn)行監(jiān)視的時間間隔。承諾的信息速率CIR正常情況下，網(wǎng)絡(luò)向用戶承諾的數(shù)據(jù)傳送速率，它是Tc時間段內(nèi)的平均值。承諾的突發(fā)信息量Bc正常情況下，在T

29、c時間段內(nèi)允許用戶傳送的最大數(shù)據(jù)量。超量突發(fā)信息量Be正常情況下，在Tc時間段內(nèi)網(wǎng)絡(luò)能夠給用戶傳送的超過Bc的最大數(shù)據(jù)量。5.5.3 帶寬管理與擁塞控制帶寬管理策略5.5.3 帶寬管理與擁塞控制管控過程如果在時間Tc內(nèi)監(jiān)測到連接上的信息量Bc，說明用戶速率小于CIR，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)這些幀。如果Bc監(jiān)測到連接上的信息量Bc+Be，則說明用戶速率已超過CIR，但仍在約定的范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)將Be部分的幀DE置為1后進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。如果監(jiān)測到連接上的信息量Bc+Be，說明用戶已嚴(yán)重違約，則網(wǎng)絡(luò)丟棄超過Bc+Be部分的所有幀。5.5.3 帶寬管理與擁塞控制 幀中繼擁塞控制采用擁塞回避和丟棄兩種辦法： 擁塞回避 網(wǎng)

30、絡(luò)顯式地告知發(fā)送方和接收方擁塞出現(xiàn)的情況，發(fā)送者據(jù)此調(diào)整發(fā)送的速率，避免擁塞。 后向顯式擁塞通知（BECN）：提示發(fā)送方網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞。前向顯式擁塞通知（FECN）：提示接收方網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞。 丟棄 如用戶不響應(yīng)擁塞提示，網(wǎng)絡(luò)就丟棄幀。 5.5.3 擁塞控制作 業(yè)4X.25數(shù)據(jù)鏈路啟用時通過發(fā)送置異步平衡模式（SABM）建立，試說明“異步”和“平衡”的含義。X.25鏈路層和分組層都具有流量控制功能，二者有何區(qū)別？僅在鏈路層設(shè)置流量控制行不行？ 幀中繼與X.25的主要區(qū)別是什么？FR虛電路是如何建立的？FR如何實(shí)現(xiàn)流量控制？ 第5章 分組交換原理與技術(shù)分組交換原理5.1X.25建議5.2路由選擇5.

31、3流量控制與擁塞控制5.4幀中繼技術(shù)5.5ATM交換技術(shù)5.65.6.1 N-ISDN與B-ISDN問題： 什么是ATM?設(shè)想70年代銅線電路交換分組交換ISDN不成功諸網(wǎng)并存單一網(wǎng)絡(luò)ISDN(N-ISDN)帶寬受限技術(shù)適應(yīng)性差不完全綜合5.6.1 N-ISDN與B-ISDN80年代適合不同業(yè)務(wù)的信息傳遞技術(shù)90年代后期單一網(wǎng)絡(luò)B-ISDN線路帶寬和質(zhì)量大大提高解決了傳輸媒體問題ATM寬帶IP網(wǎng)光纖普及快速分組交換5.6.1 N-ISDN與B-ISDNATM技術(shù)特點(diǎn)：（1）ATM是統(tǒng)計時分復(fù)用技術(shù)（2）ATM分組（信元）長度固定、短?。?）ATM支持多業(yè)務(wù)傳輸（4）ATM是面向連接的傳輸技術(shù)。

32、5.6.1 N-ISDN與B-ISDN5.6.1 N-ISDN與B-ISDNATM與IP的競爭：ServicesTechnologyMarketing服務(wù)商客戶IP設(shè)備商IP on EverythingEverything Over IPATM5.6.1 N-ISDN與B-ISDNATMAnother Technical Mistake?5.6.2 ATM技術(shù)基礎(chǔ)異步分組交換（按需分配帶寬）信元就是分組各信元不需要嚴(yán)格按照一定的規(guī)律出現(xiàn)傳遞模式傳輸復(fù)用交換 ATM的定義：5.6.2 ATM技術(shù)基礎(chǔ)分組交換的信息格式短小、定長的53字節(jié)傳統(tǒng)分組交換ATMATM的分組信元虛連接信頭標(biāo)簽的方式與地址

33、的不同面向連接的通信方式5.6.2 ATM技術(shù)基礎(chǔ)不同速度可變速率統(tǒng)計時分復(fù)用5.6.2 ATM技術(shù)基礎(chǔ)定義不同的適配層ATM通過定義不同的適配層來滿足不同業(yè)務(wù)對傳輸性能的要求。 ATM層提供的只是一般意義的定長數(shù)據(jù)傳送能力。5.6.2 ATM技術(shù)基礎(chǔ)信頭：在UNI上為GFC 在NNI上為VPI123456-53 8 4 1GFC/VPIVPIVPIVCIVCIVCIPTICLPHEC凈荷ATM信元格式：Why 53 Bytes?64 + 532 + 448 + 5ITU-T Study Group XVIII in June 19895.6.2 ATM技術(shù)基礎(chǔ)一般流量控制（GFC:4） 虛通

34、路標(biāo)識符（VPI:8/12）和虛信道標(biāo)識符（VCI:16）凈荷類型（PT:3） 信元丟失優(yōu)先級（CLP:1） 頭標(biāo)差錯控制（HEC:8） ATM信頭的功能：5.6.2 ATM技術(shù)基礎(chǔ)5.6.2 ATM技術(shù)基礎(chǔ)虛通路連接VP虛信道連接VCATM連接類型5.6.2 ATM技術(shù)基礎(chǔ)VPI/VCI: 信元的邏輯路由地址 VPI:虛通路標(biāo)志 VCI: 虛信道標(biāo)志存在兩種類型的連接：VCC: VC Connection 虛信道連接VPC: VP Connection 虛通路連接傳輸鏈路虛通路 VPxVPzVPyVCxVCxVCyVCzVCzVCyVCyVCx虛信道在一個給定的接口，復(fù)用在一條鏈路上的許多不

35、同的 VP，用它們的 VPI 來識別。復(fù)用在一個 VP 中的不同的 VC，用它們的 VCI 來識別。在一個給定的接口上，屬于兩個不同的VP的兩個VC，可具有相同的VCI。5.6.2 ATM技術(shù)基礎(chǔ)信道與通路5.6.2 ATM技術(shù)基礎(chǔ)5.6.2 ATM技術(shù)基礎(chǔ)連接與信道VPC(VP虛連接)由一串VPL(VP鏈路)連接而成每一VPL由一個VPI表示(本地含義)VCC(VC虛連接)由一串VCL(VC鏈路)連接而成每一個VCL由一個VCI表示(本地含義)連接與信道5.6.2 ATM技術(shù)基礎(chǔ)VP/VC交換示意圖5.6.2 ATM技術(shù)基礎(chǔ)5.6.2 ATM技術(shù)基礎(chǔ)VP/VC交換Connection Tab

36、le PortVPI/VCIPortVPI/VCI 10/3730/76 10/4250/52 20/3760/22 20/7840/883742377876522288123456VideoDataVoiceVideoDataVoiceVideoDataVoiceVideoVideoVideo5.6.2 ATM技術(shù)基礎(chǔ)ATM交換過程 VP VC應(yīng)用舉例端點(diǎn)A通過ATM交換機(jī) X, Y 和 Z 與端點(diǎn)B建立了一條邏輯連接 ATM 網(wǎng)絡(luò)AB交換機(jī) X交換機(jī) Y交換機(jī) Z121232343414端口 VPI/VCI 端口 VPI/VCI 4 3/17 2 9/353/1742/556/359/35

37、 交換機(jī) X 的 VPI/VCI 轉(zhuǎn)換表 交換機(jī) Y 的 VPI/VCI 轉(zhuǎn)換表 交換機(jī) Z 的 VPI/VCI 轉(zhuǎn)換表端口 VPI/VCI 端口 VPI/VCI 1 9/35 4 6/35端口 VPI/VCI 端口 VPI/VCI 4 6/35 2 42/555.6.2 ATM技術(shù)基礎(chǔ)5.6.3 ATM協(xié)議模型面管理層管理控制面用戶面高層高層ATM適配層ATM層物理層ATM協(xié)議參考模型DataCellVideoCellVoiceCell5.6.3 ATM協(xié)議模型ATM System Architecture物理層媒體相關(guān)子層(比特)傳輸匯聚子層(傳輸幀) ATM層(信元)：ATM適配層(應(yīng)用

38、分組)SAR子層(分段和重裝 )匯聚子層(滿足高層應(yīng)用的其它需要)ATM技術(shù)各層功能5.6.3 ATM協(xié)議模型用戶平面用戶數(shù)據(jù)交換高層解析控制平面信令協(xié)議高層解析管理平面層管理和面管理逐層解析5.6.3 ATM協(xié)議模型不同平面的功能功能：信元編碼及透明傳輸包括：物理媒體相關(guān)子層(PMD)供電、操作傳輸會聚子層(TC)5.6.3 ATM協(xié)議模型信元流PMD物理電氣/光規(guī)范編碼封裝：加傳輸開銷加控制信息TC5.6.3 ATM協(xié)議模型物理層PHY功能示意圖光纖同軸電纜雙絞線物理媒體相關(guān)子層（比特流的收發(fā))5.6.3 ATM協(xié)議模型全雙工的155.52Mb/sCMI編碼的同軸電纜(100200米)NR

39、Z編碼的單模光纖(8002000米)全雙工的622.08Mb/sNRZ編碼的單模光纖不平衡速率上行:155.52Mb/s下行:622.08Mb/s5.6.3 ATM協(xié)議模型ITU(I.432)物理層速率傳輸幀的適配信元裝入幀信元定界：狀態(tài)機(jī)擾碼和HECHEC的生成與檢驗(yàn)信元速率解耦空信元的插入和提取,信頭為0/0/0/1/52,內(nèi)容為0 xa6。5.6.3 ATM協(xié)議模型傳輸會聚子層功能（傳輸幀信元流）0 0 0 0 x52 1 0 xA6 。 0 xA6 信元頭靜荷空閑信元結(jié)構(gòu)5.6.3 ATM協(xié)議模型逐比特校驗(yàn)尋找信元頭次正確進(jìn)入同步狀態(tài)次錯誤進(jìn)入失步尋找狀態(tài) 和是可選參數(shù)5.6.3 AT

40、M協(xié)議模型定界方式（Self-Supporting ）接收/發(fā)送，信元的復(fù)用和分路交換機(jī)內(nèi)部路由信元地址翻譯信元頭的處理流量的控制ATM層協(xié)議功能簡述:5.6.3 ATM協(xié)議模型GFC(通用流量控制)僅在UNI上使用5.6.3 ATM協(xié)議模型通用流量控制:PTI 和 CLP的作用：5.6.3 ATM協(xié)議模型PTI：表示靜荷信息類型，如用戶數(shù)據(jù)是否經(jīng)過擁 塞、OAM信元類型等。CLP0：網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時該信元不能丟棄； 1：網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時候丟棄該信元。負(fù)載類型指示PTI AAL信元丟失優(yōu)先級CLPAAL信頭差錯控制HEC 物理層5.6.3 ATM協(xié)議模型越層處理ATM層提供的只是一般意義的信元傳送

41、能力，為了使ATM能夠承載不同業(yè)務(wù)，并具有端到端的差錯控制能力，在ATM系統(tǒng)中增加了業(yè)務(wù)適配層（AAL層）。AAL層實(shí)際上是增強(qiáng)ATM的數(shù)據(jù)傳輸能力，以適應(yīng)各種通信業(yè)務(wù)的要求。ATM適配層功能：5.6.3 ATM協(xié)議模型定時關(guān)系時間透明性 比特率固定的或可變的 連接模式 實(shí)時業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)量比較大的通信過程 短消息的傳送 業(yè)務(wù)的分類標(biāo)準(zhǔn)5.6.3 ATM協(xié)議模型四種業(yè)務(wù)類型5.6.3 ATM協(xié)議模型A類業(yè)務(wù)（AAL1）：源和目的之間需要定時；比特率固定；面向連接； 典型業(yè)務(wù)： 電路仿真； 恒定比特率的圖象業(yè)務(wù)；5.6.3 ATM協(xié)議模型B類業(yè)務(wù)(AAL2)： 源和目的之間需要定時； 比特率可變；

42、面向連接； 典型業(yè)務(wù)： 可變比特率圖象及音頻業(yè)務(wù)等 VTOA；5.6.3 ATM協(xié)議模型D類業(yè)務(wù)(AAL5)： 源和目的之間不需要定時關(guān)系； 比特率可變； 無連接； 典型業(yè)務(wù)： 交換型多兆比特率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)SMDS； IP業(yè)務(wù)；5.6.3 ATM協(xié)議模型C類業(yè)務(wù)(AAL3/4)：源和目的之間不需要定時關(guān)系；比特率可變；面向連接； 典型業(yè)務(wù)： SNA； 幀中繼等；5.6.3 ATM協(xié)議模型ATM交換：從任意輸入端口（入線）的任意一條ATM邏輯信道到任意輸出端口（出線）的任意ATM邏輯信道的信息交換。ATM邏輯信道：VPIVCI5.6.4 ATM交換機(jī)ATM交換的本質(zhì)入線信息交換到出線 路由；將輸入

43、VPI/VCI的值轉(zhuǎn)換為輸出VPI/VCI的值信頭轉(zhuǎn)換；緩沖（排隊、調(diào)度）ATM交換的基本功能5.6.4 ATM交換機(jī)接口單元處理機(jī)控制部分接口單元接口單元接口單元.信元傳送部分控制部分11NNATM交換結(jié)構(gòu)ATM交換機(jī)功能模型5.6.4 ATM交換機(jī)ATM交換機(jī)示意圖5.6.4 ATM交換機(jī)基本功能：從串行比特流（幀結(jié)構(gòu)）中恢復(fù)出信元。01001011101CellCellCell交換結(jié)構(gòu)處理機(jī)控制部分5.6.4 ATM交換機(jī)交換機(jī)接口單元輸入側(cè)：從串行比特流（幀結(jié)構(gòu)）中恢復(fù)出信元物理層功能:光電轉(zhuǎn)換；數(shù)字比特流恢復(fù)；信元定界；速率解耦；凈荷解擾；ATM層功能：信頭有效性檢查；區(qū)分信令信元、

44、用戶信元還是OAM信元，并作相應(yīng)處理；接口功能 5.6.4 ATM交換機(jī)輸出側(cè)：HEC的產(chǎn)生；用戶信元、OAM信元和信令信元的混合；信元速率適配；傳輸幀的生成；電光信號轉(zhuǎn)換接口功能5.6.4 ATM交換機(jī)由處理機(jī)和多種控制軟件構(gòu)成，主要包含呼叫控制軟件和操作管理維護(hù)（OAM）軟件，負(fù)責(zé)信元交換控制、信令處理、呼叫管理、性能監(jiān)測和數(shù)據(jù)統(tǒng)計等?？刂撇糠?.6.4 ATM交換機(jī)交換容量：定義：所有輸入端口信息速率的總和；交換時延/時延抖動：10-100us/幾百us；信元丟失率/信元誤插率：10e-8/10e-11；阻塞：連接阻塞傳輸阻塞：內(nèi)部阻塞和外部阻塞（輸出阻塞）交換機(jī)性能參數(shù)5.6.4 AT

45、M交換機(jī)ATM交換結(jié)構(gòu)時分空分共享存儲器共享媒體單通路多通路crossbarBanyan擴(kuò)展banyanClos交換結(jié)構(gòu)5.6.4 ATM交換機(jī)時分交換結(jié)構(gòu)：各接口以時分復(fù)用的方式共享一條 通信媒體。根據(jù)媒體不同，可分為共享總線和共享存儲器兩種。時分交換結(jié)構(gòu)5.6.4 ATM交換機(jī)共享存貯器復(fù)用分路12N12N共享存儲器控制共享存貯器交換結(jié)構(gòu)5.6.4 ATM交換機(jī)共享存貯器復(fù)用12N分路12N地址鏈表1輸入控制輸出控制信元信元彈出寫地址壓入讀地址輸出隊列2N存貯器地址+信頭選路控制一種共享存貯器交換結(jié)構(gòu)5.6.4 ATM交換機(jī)共享存貯器復(fù)用12N分路12N地址鏈表1輸入控制輸出控制信元信元彈

46、出寫地址壓入讀地址輸出隊列2N選路控制一種共享存貯器交換結(jié)構(gòu)5.6.4 ATM交換機(jī)交換容量由共享媒體的訪問速率決定；時延和信元丟失率由緩沖隊列長度決定；容易實(shí)現(xiàn)廣播和組播；時分交換結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5.6.4 ATM交換機(jī)空分交換結(jié)構(gòu)：輸入和輸出端口之間有一組通路，這些通路并行工作使不同輸入端口的信元可以同時由交換單元傳送 ?？辗纸粨Q結(jié)構(gòu)一般采用多級互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（MIN），其中最著名的就是Clos網(wǎng)絡(luò)和Banyan網(wǎng)絡(luò)?？辗纸粨Q結(jié)構(gòu)5.6.4 ATM交換機(jī)構(gòu)造規(guī)則：假設(shè)要構(gòu)造一個三級NN（N=r*n)交換機(jī)，第一級：r個nk基本交換單元；第二級：k個rr基本交換單元；第三級：r個kn基本交換單元，且第二級的每個交換單元的輸入端口和輸出端口分別與第一級交換單元的輸出端口和第三級交換單元的輸入端口均有且僅有一條連接；無阻塞條件：如果滿足k2n-1,則該Clos網(wǎng)絡(luò)是無阻塞的。Clos網(wǎng)絡(luò)5.6.4 ATM交換機(jī)rkr這里N=4，r=2, n=2，k =3, 滿足k=2n-1；總的交叉節(jié)點(diǎn)數(shù)為：232 + 223 + 322=36如果構(gòu)造一個44的交叉矩陣，則節(jié)點(diǎn)數(shù)為44=163612341234knrrknClos網(wǎng)絡(luò)5.6.4 ATM交換機(jī)輸入排