現(xiàn)代通信網(wǎng)概論幀中繼與DDN

1、第8章 幀中繼與DDN8.1 幀中繼技術(shù)8.2 幀中繼協(xié)議8.3 幀中繼網(wǎng)絡(luò)8.4 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)8.5 DDN網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用思考題8.1 幀 中 繼 技 術(shù)8.1.1 幀中繼技術(shù)的發(fā)展背景 由于分組交換技術(shù)在降低通信成本、提高通信的可靠性和靈活性方面的巨大成功，促使20世紀(jì)70年代中期以后的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)幾乎全部采用這一技術(shù)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，分組交換網(wǎng)的性能也在不斷提高，數(shù)據(jù)分組通過交換機(jī)的傳輸時延從幾百毫秒減少到幾毫秒。但隨著ISDN的提出，人們對數(shù)據(jù)通信的速率及實(shí)時性提出了更高的要求，而原有的建立在模擬通信網(wǎng)上的分組交換網(wǎng)能力幾乎已達(dá)到極限，因此，人們又研究新的分組交換技術(shù)以適應(yīng)新的傳輸和交換的要求

2、。 20世紀(jì)80年代以來，數(shù)字通信、光纖通信以及計算機(jī)技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，計算機(jī)終端的智能化和處理能力不斷提高，使得端系統(tǒng)完全有能力完成原來由分組網(wǎng)絡(luò)所完成的功能。例如，端系統(tǒng)可以進(jìn)行差錯糾正等。此外，分布在不同地域的局域網(wǎng)(LAN)之間的互連成為實(shí)際的需要。針對這些問題以及高性能光纖傳輸媒體的大量使用的事實(shí)，提出了新的快速分組傳輸處理技術(shù)幀中繼。 幀中繼設(shè)計思想非常簡單，將協(xié)議規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和用戶設(shè)備之間每段鏈路上的數(shù)據(jù)差錯重傳控制推到網(wǎng)絡(luò)邊緣的終端來執(zhí)行，網(wǎng)絡(luò)只進(jìn)行差錯檢查，從而簡化了節(jié)點(diǎn)機(jī)之間的處理過程。8.1.2 幀中繼的參考模型 以為代表的分組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)從源點(diǎn)到終點(diǎn)的每

3、一步都要進(jìn)行大量的處理，在每一節(jié)點(diǎn)都要對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲和處理，建立幀頭、幀尾，并檢查數(shù)據(jù)信息是否有誤碼。與相反，幀中繼只使用物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的一部分執(zhí)行它的交換功能。圖8.1為開放系統(tǒng)互連(OSI)、電路交換方式(和幀中繼協(xié)議參考模型的示意圖。從圖8.1中可以看到，采用TDM技術(shù)的電路交換方式僅完成物理層的功能，而協(xié)議完成低三層的功能。圖8.1 協(xié)議參考模型比較示意圖8.1.3 幀中繼技術(shù)的特點(diǎn) 1) 數(shù)據(jù)傳送階段協(xié)議大為簡化協(xié)議包括OSI模型的低三層，其數(shù)據(jù)傳送單元為分組，分組的尋址和選路由第三層通過邏輯信道號(LCN)完成。幀中繼協(xié)議只包含OSI模型的最低二層，而且第二層只保留其核心功

4、能，稱為數(shù)據(jù)鏈路核心協(xié)議。其傳送數(shù)據(jù)單元為幀，幀的尋址和選路由第二層通過數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識(DLCI)完成。 圖8.2(a)、(b)分別示出和幀中繼的分層協(xié)議功能。由圖可見，交換沿著分組傳輸路徑，每段都有嚴(yán)格的差錯控制機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理負(fù)擔(dān)很重，而且為了重發(fā)差錯，發(fā)送出去的分組在尚未證實(shí)之前必須在節(jié)點(diǎn)中暫存。幀中繼則十分簡單，各節(jié)點(diǎn)無須差錯處理功能，數(shù)據(jù)幀發(fā)送后無須保存。圖8.2 和幀中繼的分層協(xié)議功能(的分層協(xié)議功能；(b) 幀中繼的分層協(xié)議功能2) 用戶平面和控制平面的分離圖8.3 幀中繼用戶網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議體系結(jié)構(gòu) 控制平面：用于幀方式承載業(yè)務(wù)的控制平面類似于電路交換中的共路信令，其中控制信息

5、使用的是獨(dú)立的邏輯通道。在數(shù)據(jù)鏈路層，使用具有差錯控制和流量控制的LAPD協(xié)議，通過D通道提供用戶和網(wǎng)絡(luò)之間的可靠數(shù)據(jù)鏈路控制服務(wù)。這種數(shù)據(jù)鏈路業(yè)務(wù)用于控制信令信息的交換。 用戶平面：用于端用戶之間信息傳輸?shù)挠脩羝矫鎱f(xié)議是LAPF，其中幀中繼只使用了它的核心功能，在用戶之間提供了單純的數(shù)據(jù)鏈路層的幀傳輸服務(wù)(沒有差錯控制和流量控制)。8.2 幀 中 繼 協(xié) 議8.2.1 幀結(jié)構(gòu) 幀中繼承載業(yè)務(wù)使用數(shù)據(jù)鏈路核心協(xié)議(DL-core) 作為數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，并透明地傳遞LAPF(Link Access Procedures to Frame Mode Bearer Services)中數(shù)據(jù)鏈路核心子

6、層的用戶數(shù)據(jù)。它在數(shù)據(jù)鏈路層傳輸?shù)膸Y(jié)構(gòu)如圖8.4所示。圖8.4 幀中繼的幀結(jié)構(gòu)圖 從圖8.4可見，幀中繼的幀由4個字段組成：標(biāo)志字段F、地址字段A、信息字段I和幀校驗(yàn)序列字段FCS。各字段內(nèi)容及作用如下： (1) 標(biāo)志字段F是一個特殊的比特組01111110，它的作用是標(biāo)志一幀的開始和結(jié)束。 (2) 地址字段A的主要用途是標(biāo)識同一通路上的不同數(shù)據(jù)鏈路的連接。它的長度默認(rèn)為2字節(jié)，可以擴(kuò)展到3或4字節(jié)。其格式如圖8.5所示。在地址字段里通常包含地址字段擴(kuò)展比特EA、命令/響應(yīng)指示比特C/R、幀丟棄指示比特DE、前向顯式擁塞通知比特FECN、后向顯式擁塞通知比特BECN、數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識符DLC

7、I，以及DLCI擴(kuò)展/控制指示比特D/C。 (3) 信息字段I包含的是用戶數(shù)據(jù)，可以是任意的比特序列，其長度必須是整數(shù)個字節(jié)。 (4) 幀校驗(yàn)序列FCS字段是一個16 bit的序列，用以檢測數(shù)據(jù)傳輸過程中的差錯。 幀中繼的幀結(jié)構(gòu)和HDLC幀有兩點(diǎn)重要的不同：一是，幀不帶序號，其原因是幀中繼不要求接收證實(shí)，也就沒有鏈路層的糾錯和流量控制功能；二是，沒有監(jiān)視(S)幀，因?yàn)閹欣^的控制信令使用專用通道(DLCI=0)傳送。圖8.5 幀中繼地址字段格式(a) 2字節(jié)地址字段；(b) 3字節(jié)地址字段；(c) 4字節(jié)地址字段8.2.2 幀中繼相關(guān)協(xié)議 1DL-core協(xié)議功能 DL-core協(xié)議用以支持幀

8、中繼數(shù)據(jù)傳送，其功能十分簡單。主要包括： 幀定界、定位和透明傳送； 利用DLCI進(jìn)行幀復(fù)用和分路； 檢驗(yàn)幀不超長、不過短，且為8 bit的整數(shù)倍； 利用FCS檢錯，如發(fā)現(xiàn)有錯，則丟棄； 利用FECN和BECN通知被叫用戶和主叫用戶網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞； 利用DE位實(shí)現(xiàn)幀優(yōu)先級控制。 2LMI管理協(xié)議 幀中繼為計算機(jī)用戶提供高速數(shù)據(jù)通道，因此幀中繼網(wǎng)提供的多為PVC連接。任何一對用戶之間的虛電路連接都是由網(wǎng)絡(luò)管理功能預(yù)先定義的，如果數(shù)據(jù)鏈路出現(xiàn)故障，LMI管理協(xié)議負(fù)責(zé)將故障狀態(tài)的變化及PVC的調(diào)整通知用戶。 3呼叫控制協(xié)議 呼叫控制協(xié)議的功能是建立和釋放SVC。SVC呼叫控制協(xié)議和LMI管理協(xié)議均屬高層

9、信令協(xié)議。協(xié)議消息在DLCI=0的專用信令鏈路上傳送，協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖8.6所示。其中數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議為LAPF，即除了DL-core外還包括DL-control(數(shù)字鏈路控制協(xié)議)。在幀中繼網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)才會有DL-control實(shí)體，用來建立和釋放用戶平面上的數(shù)據(jù)鏈路層連接。圖8.6 幀中繼信令協(xié)議結(jié)構(gòu)8.3 幀 中 繼 網(wǎng) 絡(luò)8.3.1 網(wǎng)絡(luò)組成圖8.7 幀中繼網(wǎng)絡(luò)組織 1國家骨干網(wǎng) 國家骨干網(wǎng)由各省省會城市、直轄市的節(jié)點(diǎn)組成，覆蓋全國共31個節(jié)點(diǎn)。目前采用不完全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，隨著業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展及線路情況的改善，國家骨干網(wǎng)的結(jié)構(gòu)可逐漸過渡為完全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 國家骨干網(wǎng)提供國內(nèi)長途電路和國際電路，其

10、節(jié)點(diǎn)應(yīng)具備以下主要功能：(1) 匯接功能；(2) 幀中繼PVC業(yè)務(wù)功能；(3) 網(wǎng)絡(luò)間接口(NNI)功能；(4) 動態(tài)分配帶寬功能；(5) 擁塞管理功能。 2省內(nèi)網(wǎng) 省內(nèi)網(wǎng)由設(shè)置在省內(nèi)地市的節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)之間采用不完全網(wǎng)狀連接。 省內(nèi)網(wǎng)提供省內(nèi)長途電路和出入省的電路。省內(nèi)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)匯接從屬于它的本地網(wǎng)的業(yè)務(wù)，轉(zhuǎn)接省內(nèi)節(jié)點(diǎn)間的業(yè)務(wù)，同時可提供用戶接入業(yè)務(wù)，其主要功能如下：(1) 匯接功能；(2) 幀中繼PVC業(yè)務(wù)功能；(3) 用戶網(wǎng)絡(luò)接口功能；(4) 動態(tài)分配帶寬的功能；(5) 擁塞管理功能。 3本地網(wǎng) 在省內(nèi)城市、地區(qū)、縣等可根據(jù)需求組建本地網(wǎng)，由本地的節(jié)點(diǎn)采用不完全網(wǎng)狀連接。本地網(wǎng)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)接本

11、地網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間的業(yè)務(wù)，提供用戶接入業(yè)務(wù)，其節(jié)點(diǎn)功能與省內(nèi)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)功能一樣。8.3.2 幀中繼的網(wǎng)絡(luò)管理 幀中繼的網(wǎng)絡(luò)管理可分為帶寬管理、PVC管理和擁塞管理等。 1) 帶寬管理 因?yàn)閹欣^實(shí)現(xiàn)了帶寬資源的動態(tài)分配，在某些用戶不傳送數(shù)據(jù)時，允許其他用戶占用其帶寬，所以必須對全網(wǎng)的帶寬進(jìn)行控制和管理。幀中繼網(wǎng)絡(luò)通過為用戶分配帶寬控制參數(shù)(如網(wǎng)絡(luò)與用戶約定的用戶信息傳送速率CIR等)，對每條虛電路上傳送的用戶信息進(jìn)行監(jiān)視和控制，實(shí)施帶寬管理，合理地利用帶寬資源。 2) PVC管理 永久虛電路(PVC)管理指在接口間交換一些詢問和狀態(tài)信息幀，以使雙方了解對方的PVC狀態(tài)情況。PVC管理包括用于用戶網(wǎng)絡(luò)接口(

12、UNI)的PVC管理協(xié)議和用于網(wǎng)絡(luò)間接口(NNI)的PVC管理協(xié)議。其主要內(nèi)容有接口是否依然有效、各PVC當(dāng)前的狀態(tài)和PVC的增加或刪除等。 3) 擁塞管理 (1) 擁塞控制策略。在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生輕微擁塞的情況下，為防止網(wǎng)絡(luò)性能的進(jìn)一步惡化，使網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，而采取擁塞控制，包括終點(diǎn)控制和源點(diǎn)控制。 終點(diǎn)控制策略：網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)機(jī)將前向傳送幀的FECN比特置“1”，以傳送擁塞通知，虛電路終點(diǎn)的用戶終端應(yīng)采取相應(yīng)措施，以緩解擁塞狀態(tài)。 源點(diǎn)控制策略：網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)機(jī)將后向傳送的幀的BECN比特置“1”進(jìn)行傳送，以通知其他節(jié)點(diǎn)機(jī)直至虛電路源點(diǎn)用戶終端，使其降低信息傳送速率，以緩解擁塞狀態(tài)。 (2) 擁塞恢

13、復(fù)策略。擁塞恢復(fù)策略是指在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生嚴(yán)重?fù)砣那闆r下，為減少數(shù)據(jù)流量，以減輕擁塞，使網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)到正常狀態(tài)的策略。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)機(jī)除采用源點(diǎn)或終點(diǎn)控制策略發(fā)出擁塞通知外，還要將DE比特置“1”的幀丟棄。 (3) 終端擁塞管理。終端擁塞管理是指用戶終端在接收到擁塞通知后，降低其數(shù)據(jù)信息以提交速率的管理。這樣在減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的同時，也可以減少自己在傳送的信息中因擁塞而造成的幀丟失，從而提高了信息的傳輸效率。 1) 幀中繼擁塞控制的目標(biāo)與方法 ITU-T的建議書定義的幀中繼的擁塞控制的目標(biāo)如下： (1) 使幀的丟棄最少； (2) 以高的概率和小的方差維持一個商定的服務(wù)質(zhì)量； (3) 在各個用戶之間公平地分配網(wǎng)絡(luò)

14、資源； (4) 限制擁塞向其他網(wǎng)絡(luò)和這些網(wǎng)絡(luò)中的元素擴(kuò)散的速率； (5) 對幀中繼網(wǎng)絡(luò)中其他系統(tǒng)的交互和影響最??； (6) 在發(fā)生擁塞時，對每一條幀中繼連接來說，服務(wù)質(zhì)量的變化應(yīng)最小。例如，在發(fā)生擁塞時，個別的邏輯連接服務(wù)質(zhì)量不應(yīng)突然變壞。 擁塞控制對于幀中繼特別重要，因?yàn)閹幚砟K能使用的工具是非常有限的。由于幀中繼協(xié)議著眼于盡量提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和效率，因此，幀處理模塊就無法控制從用戶或從相鄰的幀處理模塊發(fā)來的幀，也不能使用典型的滑動窗口技術(shù)進(jìn)行流量控制。 擁塞控制實(shí)際上是通過網(wǎng)絡(luò)和用戶共同負(fù)責(zé)來實(shí)現(xiàn)的。網(wǎng)絡(luò)可以非常清楚地監(jiān)視全網(wǎng)的擁塞程度，而用戶則在限制通信方面是最有效的。 幀中繼使用的擁

15、塞控制方法有以下三種： (1) 丟棄策略：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)足夠擁塞時，網(wǎng)絡(luò)就要被迫將幀丟棄。這是網(wǎng)絡(luò)對擁塞的最基本的響應(yīng)。但在操作時應(yīng)當(dāng)對所有用戶都是公平的。 (2) 擁塞避免：在剛一出現(xiàn)輕微的擁塞跡象時可采取擁塞避免的方法。這時，幀中繼網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)有一些信令機(jī)制及時地使擁塞避免過程開始工作。 (3) 擁塞恢復(fù)：在已經(jīng)出現(xiàn)擁塞時，擁塞恢復(fù)過程可以阻止網(wǎng)絡(luò)的徹底崩潰。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)由于擁塞開始將幀丟棄時(這是高層軟件應(yīng)當(dāng)能夠發(fā)現(xiàn)的問題)，擁塞恢復(fù)過程就開始工作。 2) 擁塞控制參數(shù) 為了進(jìn)行擁塞控制，幀中繼采用了許諾的信息速率(CIR：Committed Information Rate)，其單位為b/s。CIR就是

16、對一個特定的幀中繼連接網(wǎng)絡(luò)同意支持的信息傳遞速率。只要數(shù)據(jù)傳輸速率超過了CIR，在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時就會遭受幀的丟棄。雖然使用了“許諾的”這一名詞，但當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率不超過CIR時，網(wǎng)絡(luò)并不保證一定不發(fā)生幀的丟棄；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞已經(jīng)非常嚴(yán)重時，網(wǎng)絡(luò)可以對某個連接只提供比CIR還差的服務(wù)；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)必須將一些幀丟棄時，網(wǎng)絡(luò)首先選擇超過CIR值的那些連接上的幀來丟棄。 每一個幀中繼的節(jié)點(diǎn)都應(yīng)當(dāng)使通過該節(jié)點(diǎn)的所有連接的CIR總和不超過該節(jié)點(diǎn)的容量，即不能超過該節(jié)點(diǎn)的接入速率(Access Rate)。接入速率是在用戶與網(wǎng)絡(luò)接口上實(shí)際的數(shù)據(jù)率。 對于幀中繼的PVC連接，每一個連接的CIR應(yīng)在連接建立時即確定下來。對

17、于SVC連接，CIR的參數(shù)應(yīng)在呼叫建立階段協(xié)商確定。 當(dāng)擁塞發(fā)生時，應(yīng)當(dāng)丟棄什么樣的幀呢？這就要檢查一個幀的丟棄指示DE字段。若數(shù)據(jù)的發(fā)送速率超過CIR，則節(jié)點(diǎn)的幀處理模塊就將收到的幀的DE字段置1，并轉(zhuǎn)發(fā)該幀。這樣的幀，可能會通過網(wǎng)絡(luò)，但也可能在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時被丟棄。數(shù)據(jù)是否要被丟棄，需看數(shù)據(jù)速率的大小，具體如下： (1) 若數(shù)據(jù)速率小于CIR，則在一般情況下傳輸是有保證的。 (2) 若數(shù)據(jù)速率大于CIR，但小于所設(shè)定的最高速率，則在可能的情況下進(jìn)行傳送。 (3) 若數(shù)據(jù)速率大于所設(shè)定的最高速率，則立即丟棄。 實(shí)際上，幀處理模塊是在一定時間間隔內(nèi)對連接上的通信量進(jìn)行測量的。因此還涉及另外兩個

18、參數(shù)，即許諾的突發(fā)量和附加突發(fā)量。 (1) 許諾的突發(fā)量(Bc：Committed Burst size)：在正常情況下，在測量時間間隔T內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)允許傳送數(shù)據(jù)的最大限量。數(shù)據(jù)可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的。 (2) 附加突發(fā)量(Be：Excess Burst Size)：在正常情況下，在測量時間間隔T內(nèi)，在許諾的突發(fā)量(Bc)的基礎(chǔ)上，網(wǎng)絡(luò)試圖再額外傳送數(shù)據(jù)的最大限量。顯然，這種數(shù)據(jù)交付的概率比在允許突發(fā)量以內(nèi)的數(shù)據(jù)交付的概率要小。 顯然，許諾的突發(fā)量(Bc)應(yīng)等于時間間隔T乘以許諾的信息速率CIR，即Bc =TCIR。 ITU-T的畫出的關(guān)于以上幾個參數(shù)的關(guān)系。粗的實(shí)線表示在t=0以后，在一

19、個給定的連接上累計的傳送比特數(shù)。標(biāo)有“接入速率”的虛線表示包含著一連接的信道上的數(shù)據(jù)率。標(biāo)有CIR的虛線表示在測量時間間隔內(nèi)的許諾的信息速率。我們可以注意到，當(dāng)一個幀正在發(fā)送時，由于整個信道都用來傳送這個幀，因此，實(shí)線與接入速率線平行。當(dāng)沒有幀發(fā)送時，實(shí)線是水平的。圖8.8 擁塞參數(shù)的關(guān)系(a) 所有幀的DE比特均為0；(b) 一個幀的DE比特均為1；(c) 一個幀的DE比特均為1，一個幀必須丟棄 圖8.8(a)的例子是發(fā)送的3個幀的總比特數(shù)在許諾的突發(fā)量Bc以下，因此3個幀的丟棄指示DE都是零。雖然在第一幀發(fā)送的過程中實(shí)際的發(fā)送速率暫時超過了CIR，但這并沒有什么影響，因?yàn)閹幚砟K是檢查在

20、整個時間間隔內(nèi)總的累計數(shù)據(jù)量是否超過了許諾的突發(fā)量Bc。對于圖8.8(b)的例子，第三幀在發(fā)送的過程中累計數(shù)據(jù)量超過了Bc。因此幀處理模塊就將次幀的DE比特置1。對于圖8.8(c)的例子，第三幀的DE比特應(yīng)置1，而第四幀應(yīng)丟棄。 上述概念實(shí)際上就是著名的漏桶算法的一個例子，其要點(diǎn)如圖8.9所示。數(shù)據(jù)到達(dá)一個節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于數(shù)據(jù)不斷地流入桶內(nèi)。數(shù)據(jù)從節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)出去相當(dāng)于數(shù)據(jù)不斷地從漏桶下面的漏孔流出。漏桶有以下三個重要參數(shù)： (1) 參數(shù)C表示桶內(nèi)不斷變化著的數(shù)據(jù)量。 (2) 參數(shù)Bc是許諾的突發(fā)量。當(dāng)桶內(nèi)的數(shù)據(jù)量C小于Bc時，幀處理模塊按正常方式轉(zhuǎn)發(fā)所收到的幀，并且?guī)腄E比特為零。 (3) 參數(shù)Be

21、是附加突發(fā)量。桶內(nèi)的數(shù)據(jù)量不允許超過極限值Bc + Be。若超過就要溢出(即將幀丟棄)。圖8.9 漏桶算法示例 當(dāng)數(shù)據(jù)量在Bc至Bc + Be之間時，就要將幀的DE比特位置1。若桶內(nèi)有足夠多的數(shù)據(jù)量，則每個時間T數(shù)據(jù)將不斷地被轉(zhuǎn)發(fā)，桶內(nèi)的數(shù)據(jù)量就減少Bc。但由于桶內(nèi)的數(shù)據(jù)量不能為負(fù)值，因此更準(zhǔn)確的說法是每個時間T，桶內(nèi)的數(shù)據(jù)量減少的值為C和Bc這兩個數(shù)之中的最小的一個，即數(shù)據(jù)量減少的值為minC，Bc。 3) 利用顯式信令避免擁塞 幀中繼格式中有兩個字段：前向顯示擁塞通知(FECN)和反向顯示擁塞通知(BECN)。為了說明這兩個字段的含義，我們設(shè)幀中繼網(wǎng)絡(luò)的兩個用戶A和B之間已經(jīng)建立了一條雙向

22、通信連接。當(dāng)兩個方向都沒有擁塞時，則在兩個方向傳送的幀中，F(xiàn)ECN和BECN都應(yīng)為0。反之，若這兩個方向都發(fā)生了擁塞，則不管是哪一個方向，F(xiàn)ECN和BECN都應(yīng)置為1。當(dāng)只有一個方向發(fā)生擁塞而另外一個方向無擁塞時，F(xiàn)ECN和BECN中哪一個應(yīng)置為1，則取決于幀的傳送方向，即幀是從A傳送到B的還是從B傳送到A的。 網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)中待轉(zhuǎn)發(fā)的幀隊(duì)列的平均長度是否超過門限值來確定擁塞。美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ANSI)指定的標(biāo)準(zhǔn)建議按以下方法計算幀隊(duì)列的平均長度。此建議提出當(dāng)隊(duì)列從空變?yōu)榉强盏臅r刻即為一個周期的開始。從一個周期的開始到隊(duì)列再次從空變?yōu)榉强諘r就是本周期的結(jié)束和下一個周期的開始。一連計算兩個周

23、期的幀隊(duì)列長度平均值才能判斷網(wǎng)絡(luò)是否出現(xiàn)了擁塞。需要連續(xù)計算兩個周期是因?yàn)榕既怀霈F(xiàn)的隊(duì)列過長不一定會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生。 用戶也可以根據(jù)收到的顯示擁塞通知采取相應(yīng)的措施。當(dāng)收到BECN時，處理方法比較簡單。用戶只要降低數(shù)據(jù)發(fā)送的速率即可。但當(dāng)用戶收到一個FECN時，情況就較復(fù)雜，因?yàn)檫@需要用戶通知這個連續(xù)的對等用戶來減少幀的流量。幀中繼協(xié)議所使用的核心功能并不支持這樣的通知，因此需要在高層來進(jìn)行相應(yīng)的處理。 4) 利用隱式信令避免擁塞 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)丟棄幀時就產(chǎn)生了隱式信令。這種情況由端用戶用更高層的端到端協(xié)議進(jìn)行檢測。一旦檢測出幀丟失，端用戶的軟件就可以判斷出在網(wǎng)絡(luò)中的擁塞發(fā)生了。 當(dāng)檢測到網(wǎng)絡(luò)發(fā)生

24、擁塞時，就用流量控制使網(wǎng)絡(luò)從擁塞中恢復(fù)過來。LAPF建議用戶使用改變流量控制窗口大小的機(jī)制來響應(yīng)這種隱式信令。我們設(shè)窗口可以在Wmin和Wmax之間改變，并且初始值設(shè)置為Wmax。我們希望當(dāng)擁塞發(fā)生時就逐步減少窗口，這樣就可以逐漸減少網(wǎng)絡(luò)中所傳送的幀。 LAPF推薦使用下面的自適應(yīng)策略： 當(dāng)出現(xiàn)擁塞時，就將流量控制窗口W減半。當(dāng)然窗口值必須不小于Wmin。因此應(yīng)將窗口值設(shè)置為max0.5W，Wmax。 當(dāng)一連有W個幀都成功地通過網(wǎng)絡(luò)傳輸時，就要逐漸將窗口增大，即將窗口值設(shè)置為minW+1，Wmax。 實(shí)踐證明，上述方法在很多情況下是很有效的。8.4 數(shù) 字 數(shù) 據(jù) 網(wǎng) 以建議為核心的分組交換數(shù)

25、據(jù)網(wǎng)，為數(shù)據(jù)用戶提供交換虛電路和永久虛電路數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。但是分組交換方式也受到自身技術(shù)特點(diǎn)的制約，節(jié)點(diǎn)機(jī)對所傳送信息的存儲轉(zhuǎn)發(fā)和通信協(xié)議的處理，使得分組交換網(wǎng)處理速度慢，網(wǎng)絡(luò)時延大，許多需要高速、實(shí)時數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的用戶無法得到滿意的服務(wù)。 在市場需求的推動下，介于永久性連接和交換式連接之間的半永久性連接方式的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(DDN：Digital Data Network)作為一種數(shù)據(jù)通信應(yīng)用技術(shù)的分支逐漸發(fā)展起來。DDN技術(shù)把數(shù)據(jù)通信技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、光纖通信技術(shù)、數(shù)字交叉連接技術(shù)等有機(jī)地結(jié)合在一起，形成了一個新的技術(shù)整體，應(yīng)用范圍從最初的單純提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)，逐漸拓寬到支持多種業(yè)務(wù)網(wǎng)

26、和增值網(wǎng)。 DDN是利用數(shù)字信道來傳輸數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)，因此，DDN的實(shí)現(xiàn)前提是通信網(wǎng)的數(shù)字化，其數(shù)字傳輸技術(shù)的范圍不僅在局間中繼或長途干線上，而且還包括數(shù)據(jù)終端與數(shù)據(jù)終端之間。 DDN具有以下特點(diǎn)： (1) DDN是同步數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)，傳輸質(zhì)量高，傳輸誤碼率可達(dá)10-11 。 (2) 傳輸速率高，網(wǎng)絡(luò)時延小。由于DDN采用了同步傳送模式的數(shù)字時分復(fù)用技術(shù)，用戶數(shù)據(jù)信息根據(jù)事先約定的協(xié)議，在固定的時隙以預(yù)先設(shè)定的通道帶寬和速率順序地傳輸。這樣只需按時隙識別通道就可以準(zhǔn)確地將數(shù)據(jù)信息送到目的終端。由于信息是順序到達(dá)目的終端的，因而免去了目的終端對信息的重組，減少了時延。 (3) DDN為全透明網(wǎng)

27、。DDN是任何規(guī)程都可以支持、不受約束的全透明傳輸網(wǎng)，可支持?jǐn)?shù)據(jù)、圖像、話音等多種業(yè)務(wù)。 (4) 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理簡便。DDN將檢錯、糾錯等功能放到智能化程度較高的終端來完成，因而簡化了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理和監(jiān)控的內(nèi)容，這樣也為用戶參與網(wǎng)絡(luò)管理創(chuàng)造了條件。 (5) DDN對數(shù)據(jù)終端設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸速率沒有特殊的要求，而且可以根據(jù)用戶的需要對數(shù)據(jù)速率和信道帶寬進(jìn)行靈活設(shè)置。8.4.1 DDN網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)圖8.10 DDN網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)示意圖 1) 本地接入系統(tǒng) 本地接入系統(tǒng)由用戶設(shè)備、用戶線和用戶接入單元UAU組成，其中把用戶線和用戶接入單元稱為用戶環(huán)路。 (1) 用戶設(shè)備：用戶設(shè)備發(fā)出的信號是用戶的原始信號，

28、可以是脈沖形式的數(shù)據(jù)信號、音頻形式的話音和 信號、數(shù)字形式的數(shù)據(jù)信號等。它們共同特點(diǎn)是適合于在用戶設(shè)備中處理，而不適合在用戶線上傳輸。常用的用戶設(shè)備有數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE：Data Terminal Equipment)、個人計算機(jī)、工作站、窄帶話音和數(shù)據(jù)多路復(fù)用器、可視 機(jī)等。 (2) 用戶線：一般的市話用戶使用的電纜或光纜。 (3) 用戶接入單元：用于把用戶端送入的原始信號轉(zhuǎn)換成適合在用戶線上傳輸?shù)男盘栃问?如頻帶信號或基帶信號等)，并在可能的情況下，將幾個用戶設(shè)備的信號放在一對用戶線上傳輸，以實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。然后由局端的相應(yīng)設(shè)備或接口電路把它們還原成幾個用戶設(shè)備的信號或系統(tǒng)所要求的信號方式

29、，再輸入到節(jié)點(diǎn)進(jìn)行下一步傳輸。網(wǎng)絡(luò)接入單元可以是數(shù)據(jù)服務(wù)單元、信道服務(wù)單元和數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備(DCE：Data circuit Equipment，如頻帶或基帶調(diào)制解調(diào)器)。 2) 復(fù)用及交叉連接系統(tǒng) 復(fù)用就是把多路信號集合在一起，共同占用一個物理傳輸介質(zhì)，典型的復(fù)用方式有頻分復(fù)用(FDM)和時分復(fù)用(TDM)。 數(shù)字交叉連接系統(tǒng)(DCS：Digitak Cross-Connect System)用于通信線路的交叉、調(diào)度及管理。它由同步電路、交叉連接、微機(jī)處理三個單元組成。 (1) 同步電路：為網(wǎng)絡(luò)提供精確的定時信號，用于進(jìn)行時隙校準(zhǔn)。 (2) 交叉連接：負(fù)責(zé)完成時隙的交叉連接，如在DDN節(jié)點(diǎn)

30、中的2.048 Mb/s PCM信號復(fù)用幀，各路來去的數(shù)字流以64 kb/s為單元進(jìn)行交叉連接，如圖8.11所示。 (3) 微機(jī)處理：用于管理內(nèi)部和外部操作。主要功能是維持操作系統(tǒng)，處理輸入的命令和內(nèi)部中斷，監(jiān)測內(nèi)部出錯及告警信號并做出反應(yīng)，以及執(zhí)行時隙交叉并監(jiān)視系統(tǒng)是否正常工作。 DCS采用單級時隙交換結(jié)構(gòu)，由于沒有中間交換環(huán)節(jié)，因而就不存在中間阻塞路徑，使得它對任何數(shù)量的64 kb/s線路的交叉不會阻塞。DCS可在極短的時間內(nèi)對N64 kb/s和2.048 Mb/s線路進(jìn)行交換，并可對任意通道進(jìn)行測試。DCS可提供端到端的最優(yōu)連接，使通信網(wǎng)的規(guī)劃及傳輸線路的使用效率更高。圖8.11 數(shù)字交

31、叉連接 3) 局間傳輸系統(tǒng) 局間傳輸是指節(jié)點(diǎn)間的數(shù)字信道以及由各節(jié)點(diǎn)通過與數(shù)字信道的各種連接方式組成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹＞珠g傳輸?shù)臄?shù)字信道通常是指數(shù)字傳輸系統(tǒng)中的基群(2.048 Mb/s)信道。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的信息流量流向，并考慮了網(wǎng)絡(luò)的安全而組建的。網(wǎng)絡(luò)安全是指對網(wǎng)絡(luò)中的任意節(jié)點(diǎn)來說，一旦與它相鄰的節(jié)點(diǎn)相連接的一條數(shù)字信道發(fā)生故障或該相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時，該節(jié)點(diǎn)會自動啟用與另一節(jié)點(diǎn)相連的數(shù)字信道并進(jìn)行迂回，以保證原通信的正常進(jìn)行。 4) 網(wǎng)同步系統(tǒng) 網(wǎng)同步系統(tǒng)的任務(wù)是提供全網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工作的同步時鐘，確保DDN全網(wǎng)設(shè)備的同步工作。 網(wǎng)同步分為準(zhǔn)同步、主從同步和互同步三種方式。DDN通常采

32、用主從同步方式。 5) 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng) DDN的網(wǎng)絡(luò)管理包括用戶接入管理、網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)度、路由選擇、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)故障的診斷、告警與處理、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集與統(tǒng)計，以及計費(fèi)信息的收集與報告等。 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大時，如建立全國范圍的公用DDN，網(wǎng)絡(luò)管理都采用分級管理方式，在主干網(wǎng)上設(shè)立集中的網(wǎng)管控制中心(NMC：Network Management Center)，負(fù)責(zé)主干網(wǎng)上的電路組織和調(diào)度。主干網(wǎng)上還可設(shè)若干網(wǎng)管控制終端(NMT：Network Management Terminal)。NMT能與NMC交換網(wǎng)管控制信息，在授權(quán)范圍內(nèi)執(zhí)行網(wǎng)管控制功能。各省內(nèi)網(wǎng)可設(shè)有各自集中的NMC，負(fù)責(zé)本省

33、內(nèi)網(wǎng)上的電路組織和調(diào)度，各省內(nèi)網(wǎng)也可設(shè)立若干個NMT，這些NMT也應(yīng)能與省內(nèi)NMC交換網(wǎng)管控制信息，在授權(quán)范圍內(nèi)執(zhí)行網(wǎng)管控制功能。8.4.2 DDN的復(fù)用技術(shù) DDN中的復(fù)用包括子速率復(fù)用和PCM幀復(fù)用等，下面分別介紹這兩種復(fù)用技術(shù)。 1子速率復(fù)用 在DDN中，速率小于64 kb/s時，稱為子速率，如DTE輸出的速率為0.6 kb/s、2.4 kb/s、4.8 kb/s、9.6 kb/s等低速率數(shù)據(jù)信號。將各子速率復(fù)用到64 kb/s數(shù)字信道上，稱為子速率復(fù)用，也就是將低速數(shù)據(jù)流合并成高速數(shù)據(jù)流，稱為DDN的時分復(fù)用。時分復(fù)用的方法有比特交織和字符交織。 子速率復(fù)用有多種標(biāo)準(zhǔn)，如以及等，其中以

34、最為常用，為推薦使用。下面主要介紹建議。建議是同步數(shù)據(jù)網(wǎng)間國際接口64 kb/s的復(fù)用方案，它的特點(diǎn)采用以8 bit數(shù)據(jù)分組為單位的交織復(fù)用方法(即字符交織)。8 bit分組的結(jié)構(gòu)如圖8.12所示。 每一個分組中，第一位F用于幀同步，第27位為用戶數(shù)據(jù)信息，第8位S為傳輸聯(lián)絡(luò)信號的狀態(tài)位。由此可見，集合速率是64 kb/s，其中16 kb/s(64 K(2/8)用于幀同步和業(yè)務(wù)信息，余下48 kb/s用于傳輸用戶數(shù)據(jù)信息。建議有兩種幀結(jié)構(gòu)：20個分組(字節(jié))為一幀和80個分組為一幀。20或80個分組相互交織在64 kb/s的數(shù)字信道上傳輸。圖8.12 的8 bit分組結(jié)構(gòu)表8.1 復(fù)用速率和路

35、數(shù) 2PCM幀復(fù)用 PCM幀復(fù)用就是將64 kb/s的零次群復(fù)用成一次群2.048 Mb/s。按ITU-T建議，一個E1幀有32個信道，其中第0信道為同步信道，第16信道為信令信道，其余30個信道均可為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信道、數(shù)字話音信道及任何比例組合的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和話音信道。8.4.3 DDN的業(yè)務(wù)功能 1專用電路業(yè)務(wù) DDN為公用電信網(wǎng)內(nèi)部提供中高速率、高質(zhì)量點(diǎn)到點(diǎn)和點(diǎn)到多點(diǎn)的數(shù)字專用電路和租用電路業(yè)務(wù)。它應(yīng)用于信令網(wǎng)和分組網(wǎng)上的數(shù)字通道，提供中高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、會議電視業(yè)務(wù)、高速Videotext業(yè)務(wù)等。 DDN提供的專用電路可以是永久性的，也可以是定時開放的。對要求高可靠性的用戶，網(wǎng)上具有一定的備用電路

36、，在網(wǎng)絡(luò)故障時將優(yōu)先自動切換到備用電路。 2虛擬專用網(wǎng)(VPN：Virtual Private Network)業(yè)務(wù) 數(shù)據(jù)用戶可以租用公用DDN網(wǎng)的部分網(wǎng)絡(luò)資源構(gòu)成自己的專用網(wǎng)，即虛擬專用網(wǎng)。用戶能夠使用自己的網(wǎng)管設(shè)備對租用的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行調(diào)度和管理。 3幀中繼業(yè)務(wù) 幀中繼業(yè)務(wù)將不同長度的用戶數(shù)據(jù)封裝在一個較大的幀內(nèi)，加上尋址和校驗(yàn)信息，其傳輸速率可達(dá)2.048 Mb/s。 4話音/G3 業(yè)務(wù) 話音/G3 業(yè)務(wù)是通過在用戶入網(wǎng)處設(shè)置話音服務(wù)模塊(VSM：Voice Service Module)來提供話音/G3 業(yè)務(wù)，如圖8.13所示。圖8.13 DDN上的話音/G3 業(yè)務(wù) VSM的主要功能如下

37、： (1) 提供 機(jī)和PBX小交換機(jī)連接的2/4線模擬接口； (2) 話音壓縮編碼(如采用ADPCM或其他編碼方式)，將每路話音信號復(fù)用在一條信道上。每路話音占用速率為8 kb/s、16 kb/s、32 kb/s等； (3) 模擬接口的信令和復(fù)用信道上的信令間轉(zhuǎn)換； (4) 對每條話音壓縮電路可能要附加傳遞信令信息的通路； (5) G3 信號的識別和話音/G3 業(yè)務(wù)的倒換控制等。4用戶入網(wǎng)速率表8.2 用戶入網(wǎng)速率及連接8.5 DDN網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用 從各國發(fā)展DDN的情況來看，DDN網(wǎng)絡(luò)采用級數(shù)較少的分級結(jié)構(gòu)較為合理。我國的DDN網(wǎng)絡(luò)采用分級結(jié)構(gòu)，按網(wǎng)絡(luò)的組建、運(yùn)營、管理和維護(hù)的責(zé)任地理區(qū)域，可分

38、為國家骨干網(wǎng)(一級干線網(wǎng))、省內(nèi)干線網(wǎng)(二級干線網(wǎng))和本地網(wǎng)(用戶網(wǎng))三級，如圖8.14所示。各級網(wǎng)絡(luò)應(yīng)根據(jù)其網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和業(yè)務(wù)組織的需要，選用適當(dāng)?shù)墓?jié)點(diǎn)類型，組建多功能層次的網(wǎng)絡(luò)：由2M節(jié)點(diǎn)組成核心層，主要完成轉(zhuǎn)接功能；由接入節(jié)點(diǎn)組成接入層，主要完成各類業(yè)務(wù)的接入；由用戶節(jié)點(diǎn)組成用戶層，完成用戶入網(wǎng)接口。 不同等級的網(wǎng)絡(luò)主要用2.048 Mb/s數(shù)字電路互連，也可以用N64 kb/s數(shù)字電路互連。圖8.14 DDN的網(wǎng)絡(luò)分級結(jié)構(gòu)8.5.1 DDN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 1國家骨干網(wǎng)(一級干線網(wǎng)) 國家骨干網(wǎng)是省間網(wǎng)，由大中容量的節(jié)點(diǎn)和連接它們的數(shù)字電路組成。節(jié)點(diǎn)設(shè)置在各省，每個省可設(shè)置多個骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。數(shù)字電

39、路主要為2.048 Mb/s的一次群電路，根據(jù)業(yè)務(wù)需要和電路情況，也可以用8.448 Mb/s的二次群電路，以及34.368 Mb/s的三次群電路。 國家骨干網(wǎng)上設(shè)有與其他數(shù)字網(wǎng)、其他國家或地區(qū)網(wǎng)絡(luò)互連的節(jié)點(diǎn)。 國家骨干網(wǎng)上還設(shè)有一個或多個網(wǎng)管控制中心(NMC)，負(fù)責(zé)國家骨干網(wǎng)范圍(包括國家骨干網(wǎng)和各省內(nèi)網(wǎng)之間的數(shù)字電路)的電路組織調(diào)度。在其他骨干節(jié)點(diǎn)上，可酌情設(shè)置網(wǎng)管控制終端(NMT)，負(fù)責(zé)NMC授權(quán)范圍內(nèi)的網(wǎng)管控制功能。NMT和NMC之間相互交換網(wǎng)管控制信息。 用戶數(shù)據(jù)傳輸速率為N64 kb/s(N從1到31)的TDM電路連接的用戶，以及幀中繼PVC連接的用戶，可以直接從骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)上接入D

40、DN。骨干網(wǎng)的核心層節(jié)點(diǎn)互聯(lián)應(yīng)遵照下列要求：(1) 樞紐(大區(qū)中心)節(jié)點(diǎn)之間采用全網(wǎng)狀連接；(2) 非樞紐節(jié)點(diǎn)應(yīng)至少與兩個樞紐節(jié)點(diǎn)連接；(3) 出入口節(jié)點(diǎn)之間、出入口節(jié)點(diǎn)與所有樞紐節(jié)點(diǎn)連接；(4) 根據(jù)業(yè)務(wù)需要和電路情況，可在任意兩個節(jié)點(diǎn)之間連接。 2省內(nèi)干線網(wǎng)(二級干線網(wǎng)) 省內(nèi)干線網(wǎng)由設(shè)置在省內(nèi)的節(jié)點(diǎn)組成，它提供本省內(nèi)長途和出入省的DDN業(yè)務(wù)。二級干線網(wǎng)要設(shè)置核心層網(wǎng)絡(luò)時，應(yīng)設(shè)置樞紐節(jié)點(diǎn)，省內(nèi)發(fā)達(dá)地區(qū)、縣級城市可組建本地網(wǎng)。設(shè)有組建本地網(wǎng)的地、縣級城市所設(shè)置的中小容量接入層節(jié)點(diǎn)或用戶接入層節(jié)點(diǎn)可直接連接到一級干線網(wǎng)節(jié)點(diǎn)上或經(jīng)二級干線網(wǎng)其他節(jié)點(diǎn)連接到一級干線網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。 各省內(nèi)網(wǎng)上設(shè)有一個各自的省內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理控制中心(NMC)，負(fù)責(zé)本省網(wǎng)范圍內(nèi)的電路組織調(diào)度。在其他的省內(nèi)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)上，可酌情設(shè)置網(wǎng)管控制終端(NMT)，負(fù)責(zé)本省內(nèi)NMC授權(quán)范圍的網(wǎng)管控制功能。省內(nèi)網(wǎng)上的電路組織調(diào)度，應(yīng)滿足不同類型和速率用戶的要求。一個省內(nèi)網(wǎng)上，其NMT和NMC之間能夠交換網(wǎng)管控制信息。 DDN上各類網(wǎng)管控制信息可利用DDN專線、分組交換網(wǎng)或 網(wǎng)傳輸。 3本地網(wǎng)(用戶網(wǎng)) 本地網(wǎng)是指城市范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)，在省會和地區(qū)級城市可組建本地網(wǎng)，為