第六章數據通信與數據網6.1分組交換原理2/6/20231數據交換方式

數據網是由相互連接的節點和傳輸鏈路構成的。數據從始發節點經由網絡傳輸到目的節點。在從始發節點到目的節點的路由上，各節點需要對數據進行交換。數據交換的方式，可以分為電路交換、報文交換、分組交換。數據網結構如下圖所示：數據終端計算機節點2/6/20232數據交換方式1、電路交換 電路交換方式的通信是指發送方需經過呼叫后建立一條連接收發雙方的專用的物理鏈路，在物理鏈路建立之后再開始傳送數據。整個通信過程可以劃分成電路建立、數據傳送和電路拆線三個階段。 電路交換方式的通信在建立鏈路前的呼叫過程將產生一定的延遲，但在鏈路建立后，通信過程的時延除了數據傳播時延外幾乎都可忽略不計。 電路交換方式的通信過程中網絡對用戶是透明的，具體表現在：網絡提供一個固定的通信速率、通信過程無需額外開銷。但對于短電文、低密度的數據通信，采用電路交換時線路利用率較低。2/6/20233數據交換方式2、報文交換 在報文交換方式的數據交換中，交換數據的基本單位是報文。報文的例子有計算機文件、電報、電子郵件等。

報文交換的過程中不需要在數據源和目的地之間建立專用鏈路。報文交換是對報文進行存儲轉發的過程。在報文上附加目的地地址，交換過程中經過的每個節點都接收下整個報文，經短暫存儲，然后再傳送到下一個節點，直至到達目的地。 報文交換節點通常是一個專用計算機，帶有足夠的外存，從而能夠對到達的報文進行存儲。 報文從源傳送至目的地需要經歷比較長的時間延遲，這一時延主要包括每個交換節點接收報文的時間，以及報文在交換節點排隊等待并重新傳送至下一節點所花費的時間。2/6/20234數據交換方式報文交換方式的特點： 鏈路利用率較高，傳輸鏈路為許多報文所共享。 報文交換過程中不會出現呼叫阻塞的情況，當網絡負載增加時僅僅是傳送時間延遲的增加。 有利于不同速率的數據站之間進行通信。由于是存儲轉發過程，因此每個節點都可以對數據的傳輸速率和碼型進行變換。 可設置報文優先級，根據報文重要性決定轉發順序。 報文傳送時延大，速率有變化，適用于低速、實時性要求不高的通信場合。不適用于電話通信，也不適用于在公用數據網中的較高速率的數據通信。2/6/20235數據交換方式3、分組交換 把電路交換和報文交換的優點結合起來的一種交換方式。 用戶數據以分組的形式從源傳送至目的地。

分組：長度和格式固定的數據；

報文：任意長度。

分組交換：將報文劃分成為一個或多個附加有地址信息和差錯校驗信息、固定長度/格式的分組進行傳輸。中間節點對分組進行存儲并根據分組目的地址進行轉發。接收節點對分組進行處理和組合，恢復成原來的報文，再送到目的地。2/6/20236數據交換方式分組的一般格式：分組頭分組凈負荷 分組長度的選擇要綜合考慮傳輸效率和差錯控制。 分組長度過短：分組頭(附加的地址字段和控制字段)所占的比例過大，系統運行效率降低； 分組長度過長：一旦傳輸出錯，重發開銷較大，系統吞吐量降低。

分組長度應根據差錯控制的方法和所用的控制比特的數量合理選擇。2/6/20237數據報和虛電路 數據網處理分組流的兩種方法：數據報和虛電路

數據報：交換節點獨立地處理每個分組。節點根據與其相連的各鏈路的業務量狀況，選擇一條鏈路把分組發送出去。同一報文劃分成的分組雖有相同的目的地地址，但并不一定沿同一路由送達目的地。每個單獨處理的分組稱為一個數據報。2/6/20238數據報和虛電路

虛電路：數據通信過程同樣需要電路建立、數據傳送、電路拆除三個階段，但和電路交換不同之處在于呼叫后在兩個數據站之間建立起來的是一條虛擬電路。分組在虛電路上傳輸時，在每個節點上同樣要經歷存儲轉發的過程。2/6/20239數據報和虛電路

數據報和虛電路的比較2/6/202310數據報和虛電路 虛電路和數據報可以分別應用于通信子網的內部和外部。

內部：指網絡內部交換節點之間的連接；

外部：指用戶到網絡的接口。 可以有四種不同的組合方式：

外部虛電路，內部虛電路。 外部虛電路，內部數據報。 外部數據報，內部虛電路。 外部數據報，外部虛電路。2/6/202311數據報和虛電路 外部虛電路的網絡模型2/6/202312交換方式的比較

網絡時延是交換技術性能的一個重要指標。

傳播時間：信號經過鏈路傳輸所用的時間，傳播時間反比于信號在媒質中的傳播速度。電信號在電纜中的傳播速度通常取2×105km/s；

發送時間：交換節點發送一組數據所需的時間，與數據分組的長度和傳輸速率有關。

處理時間：分組在節點中等待和處理所需的時間。2/6/202313交換方式的比較交換方式特點的比較：電路交換報文交換分組交換連續數據傳輸報文傳輸分組傳輸實時通信非實時通信接近實時通信不存儲信息存儲報文以備重發分組存儲到傳送完畢有呼叫建立延遲

可忽略傳輸延遲有報文傳輸延遲

傳輸延遲較大有分組傳輸延遲

傳輸延遲較小無碼速和碼型轉換可進行碼速和碼型轉換可進行碼速和碼型轉換過載時阻塞呼叫過載時增加報文延遲過載時增加分組延遲2/6/202314通信網基礎6.2統計時分復用技術2/6/202315統計時分復用復用的目的：提高信道的利用率常用復用方法：

頻分復用技術 時分復用技術

同步時分復用：每一幀中的時隙固定地分配給某一終端；

統計時分復用：把時隙動態地分配給各個終端，當終端有數據要送時，才分配時隙。 在統計時分復用中，雖然輸入總量的平均值要比復用鏈路的容量小，但是仍可能存在著輸入量超過復用鏈路容量的情況，因此必須設置數據緩沖器。2/6/202316統計時分復用至遠程計算機A1B1C1D1C2D2A2B2第一個周期第二個周期同步TDM浪費時隙A1B1C2B2第一個周期第二個周期可用時隙統計TDMABCD1234D2地址2/6/202317通信網基礎6.3物理層協議2/6/202318物理層協議數據通信系統的構成DTE(DataTerminalEquipment)

數據終端設備，通常是指數據終端或計算機；DCE(DataCircuit-terminatingEquipment)

數據電路終端設備，通常是指調制解調器等直接和通信媒介相連的通信控制設備。 兩個DCE之間通過通信子網互連。在DTE與DCE之間的接口中有關比特傳送的規定就是物理層協議。協議規定了四個方面的重要特性：機械、電氣、功能和過程。2/6/202319物理層協議

機械特性：規定了DTE/DCE之間的接插件的類型。DTE和DCE之間的連接是利用電纜和接插件來實現的，接插件的尺寸、引腳的分配等都屬于機械特性。

電氣特性：規定了DTE/DCE之間接口電路上信號收發器的電氣特性，包括信號的發送電平、傳輸碼型、傳輸速率等。

功能特性：規定了DTE/DCE接口間的電路功能，包括數據傳送、控制、定時和接地等功能。這些功能是通過在某一根連接線上傳送確定的信號來實現的。

過程特性：規定了DTE/DCE接口電路的通信過程，過程特性是指信號時間次序的應答關系和操作過程規則。 物理層協議的主要標準：RS-232-C、RS-449、V.24。RS232C、RS-449是由美國電子工業協會制定的，而V.24是由ITU-T制定的。2/6/202320通信網基礎6.4數據鏈路控制2/6/202321數據鏈路層協議的功能

數據鏈路是物理鏈路和實現數據鏈路層協議的硬件和軟件的集合體。它存在于相鄰的兩個節點之間，從一個DTE到另一個DTE之間的連接可以存在多段數據鏈路。 數據鏈路層協議是數據單元沿網絡中的一條數據鏈路按順序傳輸所必須遵循的規則。數據鏈路層協議的任務和目的如下：

鏈路管理。數據鏈路的建立、維持和終止，兩個站之間幀傳輸的協調等。

幀同步。數據鏈路上傳輸的基本數據單元是幀，在傳輸過程中必須保持收發雙方的幀同步，以確保幀中各個字段的正確識別。2/6/202322數據鏈路層協議的功能

信息流量控制。接收站需要對收到的幀加以緩存和處理，因此幀流的傳送速率必須控制在接收站允許的范圍內。

差錯控制。對收到的幀進行校驗，如果不符合要求，則要求發送站重發。

定址。在多點數據鏈絡中，幀必須能到達正確的接收站。

同一數據鏈路上控制信號和數據信號的區別。接收站應當能夠區別傳輸比特流中的控制信息和數據信息，盡管它們都是由數字脈沖信號所組成。2/6/202323滑動窗口協議

滑動窗口協議：經典的數據鏈路層流量控制協議。

W：窗口寬度，表示允許發送方一次發送的最大幀數；

N(S)：發送序號，表示幀發送的順序編號；

N(R)：接收序號，表示接收方期待接收的下一幀的編號以及對發送N(R)前接收到的幀的確認。 幀序號為n比特二進制數時，窗口寬度的最大值為2n-1。窗口寬度常取的值為1、7、127。 窗口寬度取1，則變為停等協議，不利于提高鏈路利用率；窗口寬度取為7，對于大多數應用已足夠。對于衛星鏈路，為了提高傳送效率，窗口寬度則需取127。具體過程如下圖所示：2/6/202324滑動窗口協議滑動窗口協議流程：2/6/202325差錯控制協議差錯控制的實現：

差錯檢測：通過校驗和/CRC等手段檢查接收幀的正確性；

自動重發：接收方向發送方發出自動重發請求(ARQ)。自動重發分類；

停止-等待ARQ

返回N連續ARQ

選擇重發ARQ2/6/202326差錯控制協議 停止-等待ARQ

發送站每次只發送一幀，以后就處于等待對方應答狀態。 等待結果：

收到ACK信號：這表明對方已經收妥，該幀將從發送站的緩沖器中清除，繼續發送下一幀；

收到NAK信號：表明該幀已經在傳輸過程中出錯，發送站將重發該幀；

超時：在規定時間內未收到對方答復(ACK/NAK)信號時，則重發該幀，避免線路死鎖。 停-等方式適合于半雙工傳輸，但這種方式吞吐量較低，尤其是當鏈路傳播時延大于分組傳輸時間時。2/6/202327差錯控制協議 返回N連續ARQ

發送站在窗口控制的允許范圍內連續發出一系列幀，如果收到針對某一幀的一個NAK信號，錯誤幀及后續所有已發的幀均需重發。過程如下圖所示：2/6/202328差錯控制協議 選擇重發ARQ

發送站僅重發出現錯誤的幀，而不涉及后續的其它幀。具體過程如圖所示：2/6/202329高級數據鏈路控制協議 鏈路控制協議分為面向字符和面向比特兩種。面向字符的協議已較少使用，面向比特的鏈路控制協議較為常用，大致分為：

高級數據鏈路控制協議(HDLC)。由ISO制定；

高級數據通信控制協議(ADCCP)。由ANSI制定，為美國國家標準。

平衡數據鏈路存取協議(LAPB)。由CCITT制定，作為X.25建議中數據鏈路層的協議。

同步數據鏈路控制協議(SDLC)。由IBM公司制定的鏈路控制協議。

HDLC和ADCCP基本上是一致的，LAPB是HDLC的一個子集。SDLC也是HDLC的一個子集。2/6/202330高級數據鏈路控制協議

1、HDLC協議概況

HDLC協議的特點：

傳輸的透明性：對于任何比特組合的數據均能傳輸。

適應性：能適應各種不同類型的工作站和鏈路。

高效率：額外的開銷比特少，允許高效的差錯控制和信息流控制。

高可靠性：能對傳輸中產生的錯碼進行差錯檢測和校正。2/6/202331高級數據鏈路控制協議

HDLC協議中通信站的類型：

主站(Primarystation)。控制整個數據鏈路的工作，主站能發出命令來確定和改變鏈路的狀態。

次站(Secondarystation)。在主站的控制下工作，只能做出響應，主站與數據鏈路上每一次站保持一條獨立的邏輯鏈路。

復合站(CombinedStation)。兼有主站和次站的功能。2/6/202332高級數據鏈路控制協議

HDLC協議中鏈路的結構：

不平衡結構。適用于點到點或多點操作，這一結構由一個主站和一個或多個次站組成。

平衡結構。適用于點到點操作，這一結構由兩個復合站組成。2/6/202333高級數據鏈路控制協議

HDLC協議中三種數據傳送模式：

正常響應模式(NormalResponseMode)。主站可以發起對次站的數據傳送，而次站只有在主站詢問時才能傳送數據，它適用于不平衡鏈路結構。

異步響應模式(AsynchronousResponseMode)。同樣適用于不平衡結構，次站可以主動地傳送數據。主站還保留鏈路的初始化、差錯校正和邏輯拆線功能。

異步平衡模式(AsynchronousBalancedMode)。這是適用于平衡結構的模式，任一復合站均可以主動傳送數據。2/6/202334高級數據鏈路控制協議2、HDLC的幀結構 采用HDLC協議時，數據鏈路上傳送的基本單元是幀，HDLC的幀由標志字段、地址字段、控制字段、數據字段、幀校驗字段和標志字段所組成。2/6/202335高級數據鏈路控制協議

1)標志字段：位于幀的開始和結束，碼型為01111110。接收設備不斷地搜尋標志宇段，以實現幀同步，從而保證接收部分對后續字段的正確識別。 采用比特填充技術，把傳輸過程中連續的5個1后插入0；而在接收端，則去除5個1以后的0，恢復原來的數據序列。這樣可以排除在信息流中出現標志字段的可能性，保證了對數據信號的透明傳輸。例如： 原來的比特流：111110111111111100

比特填充以后：111110011111011111000

恢復的比特流：1111101111111111002/6/202336高級數據鏈路控制協議

2)地址字段：在不平衡模式中，地址字段表示次站的地址，在平衡模式中，地址字段表示應答站的地址。在一般情況下，地址字段為8bit長，但也可以對其擴展。在擴展時，8bit中的第一位如果是0，則表示后面的字節繼續為地址；如果是1，則表示這是地址的最后一個字節。

3)控制字段：HDLC規定了三種類型的幀，即信息(Information)幀、監控(Supervisory)和無編號(Unnumbered)幀，分別簡稱為I幀、S幀和U幀。它們的格式：2/6/202337高級數據鏈路控制協議

N(S)： 發送序號

N(R)： 接收序號

S： 監控功能比特

M： 無編號功能比特

P/F： 查詢/結束比特。I:信息0N(S)P/FN(R)S:監控10SP/FN(R)U:無編號11MP/FM123456782/6/202338高級數據鏈路控制協議

4)數據字段：在I幀和某些U幀中具有數據字段，該字段長度不限，但必須為整數字節。

5)幀校驗序列字段：字段長度為16bit，對從地址字段的第一比特到數據字段的最后一比特的序列進行循環冗余校驗。2/6/202339高級數據鏈路控制協議3、HDLC幀的類型

HDLC的幀可以分為信息幀(I)、監控幀(S)和無編號幀(U)

信息幀：主要用來傳送數據，采用滑動窗口法對通信流量進行控制，每幀包含發送序號N(S)和接收序號N(R)，N(R)表示期待的下一幀的序號，也表示對N(R)以前的幀的確認。窗口寬度一般取7，對延遲較大的衛星鏈路等，窗口寬度可擴展為127。2/6/202340高級數據鏈路控制協議

監控幀：用于信息流控制和差錯控制。監控幀有四種類型，由監控幀中的第3、4比特來區分，如下表所示：幀的類型S字段幀的功能及N(R)的意義RR(ReceiveReady)：

接收準備就緒00準備接收，N(R)表示期待的下一幀的序號，并表示對N(R)前的幀的確認RNR(ReceiveNotReady)：接收未準備就緒10停止接收，N(R)表示對N(R)前的幀的確認REJ(Reject)：拒絕接收01N(R)表示對N(R)前的幀的確認，但序號為N(R)的幀出錯，N(R)及其后的幀均需重發SREJ(SelectiveReject)：選擇拒絕11需重發序號為N(R)的幀2/6/202341高級數據鏈路控制協議

無編號幀：不帶序號，不會改變有序號幀的交互次序。無編號幀在HDLC中主要起控制作用，可以分為命令幀和響應幀。模式設置命令及響應名稱類型說明設置正常響應模式(SNRM)命令設置模式設置異步響應模式(SARM)命令設置模式設置異步平衡模式(SABM)命令設置模式設置初始化模式(SIM)命令初始化鏈路控制功能拆除鏈接(DISC)命令中止邏輯鏈路連接無編號肯定答復(UA)響應確認接受上述的某個模式設置拆鏈模式(DM)響應次站邏輯拆鏈請求拆鏈(RD)響應請求Disconnect請求初始化模式(RIM)響應請求初始化2/6/202342高級數據鏈路控制協議 在HDLC的各類幀中，均帶有查詢/結束(P/F)比特。在NRM(正常響應模式)中，主站發出的幀中P位置1表示對次站的查詢，次站如果有數據需要傳送，則響應以I幀，若是最后的I幀，則將該幀P位置1，表示數據傳送已結束。次站如果沒有數據需要傳送，則響應以S幀，并把F位置1，表示無數據送出。 在ARM(異步響應模式)和ABM(異步平衡模式)中，詢問是不必要的，P位置1是迫使對方做出響應。對方需立即做出應答，并置F位為1，表示該幀是對剛才的P位置1的命令幀的響應。P位和F位的置1總是一一對應的，不應出現P位或F位連續置1的情況。2/6/202343高級數據鏈路控制協議4、HDLC的運行

HDLC的運行包括I/S/U幀的交換，整個運行過程可以分為鏈路建立、數據傳送和鏈路拆除三個階段。

(1)鏈路建立階段 鏈路建立可以從任何一側發起，通過發送模式設置命令來進行初始化，模式設置命令以有以下三個含義：

1)表示某方請求建立連接。

2)設定模式NRM，ABM，ARM中的一種。

3)規定發送序號和接收序號是采用3bit還是7bit。 若另一側接受請求，則送出無編號確認(UA)；若拒絕，則返回包含DM響應的無編號幀。2/6/202344高級數據鏈路控制協議

(2)數據傳送階段 初始化完成后，兩站間已建立了邏輯連接，即可以開始發送包含用戶數據的I幀，發送序號從0開始，HDLC按照次序發送I幀，當序列號取3bit，采用模8方式，序列號取7bit，采用模128方式。

S幀用來進行流量控制和差錯控制，當沒有反向數據傳送時，可以利用RR幀來攜帶確認信號，也可以利用RNR來攜帶確認信號此時要求對方暫停I幀的傳送，REJ幀用于返回NARQ方式，它指出編號為N(R)幀已經被拒絕，重新發送N(R)以后所有的幀。2/6/202345高級數據鏈路控制協議

(3)鏈路拆除階段 通信雙方都可以提出拆除鏈路要求，原因可以是高層用戶的要求或鏈路本身有故障，HDLC的實體發出一個DISC幀，另一側則以UA為響應，于是數據鏈路終止。2/6/202346高級數據鏈路控制協議

HDLC運行過程舉例2/6/202347高級數據鏈路控制協議

HDLC運行過程舉例2/6/202348高級數據鏈路控制協議

5、HDLC在電信間網中的應用

HDLC協議廣泛應用于各種通信網中，有如下子集：

LAPB：平衡鏈路接入程序，是X.25網絡數據鏈路層協議。

LAPD：D通道鏈路接入程序，是ISDN用戶-網絡接口第二層協議。

LAPF：幀中繼數據鏈路層接入協議。

LAPV5：接入網V5接口數據鏈路層協議。

PPP：點到點協議，應用于IPOverSDH系統中，對IP分組進行幀級處理，以后再放人SDH幀的信息凈荷部分。

LLC/MAC：局域網的邏輯鏈路控制/媒體訪問控制協議，是局域網中的數據鏈路層協議。2/6/202349通信網基礎6.5路由選擇、流量控制和擁塞控制2/6/202350路由選擇功能 路由選擇是依據某種算法，選擇合適的通路將傳輸的信息送達目的地的過程。

分組網中的路由選擇是網絡層協議的主要功能之一，它是由網絡層的軟件來完成的。分組網可以采用兩種工作方法：數據報和虛擬電路。當使用數據報方法時，對每一個發送的數據分組都要作一次路由選擇；當使用虛電路方法時，只有當虛電路建立時才進行一次路由選擇，屬于該虛電路的分組將沿著已確定的路由傳送，直至該虛擬電路被拆除。2/6/202351路由選擇方法 路由選擇通常是根據所選路由是否具有最小權值來進行判斷的。最小權值一般可以理解為完成通信過程的最小開銷，例如最短的長度、最小的時延、最少的轉接次數或路由所連接的緩沖器具有最短的隊列。 路由選擇又可以分為靜態和動態兩種。靜態選擇采用固定策略，動態選擇采用自適應策略，即節點的路由表根據網絡的負載和鏈路的狀態的變化而變化。動態策略比靜態策略有更好的性能，但增加了網絡軟件的復雜度。路由選擇方法的種類大致為：

無路由表：泛射式、隨機式

有路由表：固定路由法、自適應路由法(又可分為：孤立式、集中式、分布式)2/6/202352路由選擇方法

(1)泛射式路由選擇 分組從源點沿所有輸出鏈路發送，在中間節點再沿除到達鏈路外的所有輸出鏈路發送。每個分組的頭部都具有源和目的地的地址、虛電路號和序號。在到達目的地節點之后，所有重復的分組副本都將被丟棄。為防止網內分組越發越多，在每一個分組的頭部增加一個標識字段－中繼段數，開始時把此字段置為一個固定值，分組每經過一個中繼段，該值減1，直至為0時該分組將不再重新發送。 具體過程如下：2/6/202353路由選擇方法

泛射式路由選擇2/6/202354路由選擇方法 泛射方式通信的優點是它的高可靠性，使得這種方式在軍用網內得到了應用。此外，在分組網中虛電路建立時也可采用這種方式。它的缺點是網絡的通信負荷與網的連通性成正比，使得在采用這種方式時，網絡的通信負荷有較大的增加。2/6/202355路由選擇方法

(2)隨機式路由選擇 在這種方式中，分組從源節點和中間節點發送時以一定的概率選擇某一鏈路。選擇第i條鏈路的概率Pi

可以表示為： 式中，Ci是第i條鏈路的容量；∑Cj是所有候選鏈路容量的總和。 隨機式路由選擇是根據鏈路的容量進行的，這有利于通信量的平衡，但所選的路由一般并不具有最小權值，因此應用不廣。2/6/202356路由選擇方法

(3)固定路由選擇 每個節點都存儲一個固定的路由表，分組的流向通過查詢路由表來決定。路由表中的路由是使發送方到接收方具有最小權值的路徑，例如最短距離、最小延遲等。路由表項標明了到某一目的地節點應當去的下一節點。 在網控中心有一中央路由表，表中列出了從某一源節點到某一目的地節點應當去的下一個節點。固定路由選擇與網絡負荷的變化無關，它在網絡負荷比較穩定、網絡內的連接比較可靠的情況下可以工作得很好。2/6/202357路由選擇方法固定路由選擇：2/6/202358路由選擇方法

(4)獨立自適應路由選擇 根據本節點各路由的信息來控制路由選擇。 一種方法是根據本節點中的隊列長度來選擇路由，當一個分組進入該節點以后，該分組將被送至有最短隊列長度的輸出鏈路。但是隊列長度最短的路由在其他方面不一定是最佳的。 改進的方法是除了考慮隊列長度以外再綜合其他因素，如對于從該節點經某一節點到達終節點的鏈路均設置一個偏向值，對每個路由計算“路由隊列長度+偏向值”，取最小值的路由做為最終路由。2/6/202359路由選擇方法

(5)分布式自適應路由選擇 網絡中節點的路由表根據相鄰節點的信息每隔一定的時間更新一次，更新的數據為相鄰節點送來的該節點到網中所有其他節點的時延值，該值是通過測量得到的。 節點在選擇路由時，要列出從該節點的每個相鄰節點到數據包終節點的所有路徑，并根據每段路由的時延量，分別計算每條路徑的時延，最終選擇時延最小的下一節點。2/6/202360路由選擇方法考察一個6節點的網絡及其路由表更新過程：假設要選擇從節點1到5的路由：和節點1相鄰的節點為2，3，4D12+D25=2+3=5msD13+D35=3+1=4msD14+D45=1+1=2ms所以節點1選擇的下一節點為42/6/202361流量控制和擁塞控制1、流量控制和擁塞控制的作用 衡量分組交換網性能的重要指標有兩個，一個是網絡的吞吐量(在時間t內傳送到目的地的分組數)，另一個是分布的平均時延。它們同網絡負荷之間的關系如下圖所示：2/6/202362流量控制和擁塞控制2、流量控制的方法 流量的控制可以發生在網絡的不同層次上，例如在采用OSI模型的電信網中，在數據鏈路層、網絡層和傳輸層上都需要對流量進行控制。 不同層次上的流量控制可以分為四類，即相鄰節點間的控制、源節點與目的地節點之間的控制、DTE與源節點之間的控制、DTE與DTE之間的控制。2/6/202363流量控制和擁塞控制常用的流量控制方法：

緩沖器預約：這是在源到目的地節點之間控制方法。每個源節點發送一個“請求緩沖存儲”分組來為每個報文預定空間。當目的地節點收到這一請求分組之后，如果節點內存有足夠的存儲器，就返回一個“分配”分組。在目的地節點收到所有的分組并裝配以后，則返回一個“接收下一報文就緒”(RFNM)的確認信號。如果節點除此之外仍有給其他報文的緩沖存儲空間的話，可以用RFW捎帶一個分組，如果源點無分組可送，則發出一個歸還分組，以釋放存儲空間。2/6/202364流量控制和擁塞控制

許可證法：網絡內的各個節點持有一定數量的許可證，分組必須占有許可證，才能從主機進入網中。一旦占有許可證的一個分組進入網內，則同中的許可證數目減少1，當一個分組離開網絡送交主機后，許可證的數目增加1。這樣，就對進入網絡的分組的數量予以控制，從而避免了全網范圍內的擁塞。

窗口控制：此方法既可應用于相鄰節點之間又可應用于兩DTE之間。在控制過程中，設定一個發送的上限，隨著數據單元的發送，窗口逐漸縮小，在收到對端的接收確認信號以后，窗口又逐漸擴大，數據單元發送的數量受到控制，從而有效地控制了發送分組的數量，避免了局部擁塞。2/6/202365流量控制和擁塞控制3、擁塞控制的方法

1)從擁塞節點向所有的源節點發送控制分組，要求停止或者減慢從源節點的傳輸分組的速率，從而限制了分組在網絡中的總數，這個方法在網絡的擁塞期間仍需要增加額外的流量。

2)利用路由選擇信息向其他節點提供鏈路延遲信息，據此來進行路由的選擇。這一信息可以用來調整新的分組產生的速率，從而達到對擁塞控制的目的。2/6/202366流量控制和擁塞控制

3)利用端－端的探索分組，這些分組被貼上時間標簽，用來測量兩個特定節點之間的延遲，并利用此信息來控制擁塞。這種方法的缺點是增加網絡的額外開銷。

4)分組交換節點在分組中附加擁塞信息來調整輸入分組的數量。有兩種情況： 節點把擁塞信息加于和擁塞相反的方向上，這一信息迅速地到達源節點，從而減少進入網絡的分組流； 是節點把擁塞信息加于和擁塞相同的方向上，信息到達目的地節點，再由目的地節點向信息要求源節點調整負載。2/6/202367通信網基礎6.6X.25分組交換網2/6/202368X.25建議1、X.25建議概況

X.25是數據終端設備(DTE)和數據電路終端設備(DCE)之間建立通信聯系的接口。要求通過數據網進行通信的DTE與網絡接入設備DCE之間建立X.25接口，網絡則處理兩個DCE之間的數據傳送。

X.25建議為利用分組交換的數據傳輸系統在DTE和DCE之間交換數據信息和控制信息規定了一個技術標準。2/6/202369X.25建議

X.25建議分為三級：物理級、鏈路級和分組級，它們相當于OSI模型的低三層。

X.25的物理級選擇ITU-T的X.21或X21Bis中的物理級，來保證在DTE和DCE之間建立有效的物理連接。

X.25的鏈路級協議是HDLC的一個子集，稱為LAPB(平衡式鏈路接入程序)。從DTE到DCE或從DCE到DTE的數據鏈路層的幀和HDLC幀中的幀具有完全相同的格式。 分組級是X.25第三級，它相當于OSI中的網絡層，這一級規定分組的類型和格式，規定了虛電路(VC)的建立、維持和拆除的程序，X.25分級概況如下圖所示:2/6/202370X.25建議X.25協議的分層結構2/6/202371X.25建議2、X.25分組的類型和格式

(1)X.25的分組級規定了分組的類型和格式

分組類型表：類型分組類型適用服務DTEDCEDCEDTEVCPVC

呼叫建立

和清除呼叫請求入呼叫√呼叫接受呼叫接通√釋放請求釋放指示√DTE釋放確認DCE釋放確認√數據和中斷DTE數據DCE數據√√DTE中斷請求DCE中斷指示√√DTE中斷確認DCE中斷確認√√2/6/202372X.25建議分組類型表(續)：類型分組類型適用服務DTEDCEDCEDTEVCPVC

信息流控制

和重置DTERRDCERR√√DTERNRDCERNR√√DTEREJ√√DTE重置請求DCE重置指示√√DTE重置確認DCE重置確認√√重新啟動DTE重啟請求DCE數據√√DTE重啟確認DCE中斷請求√√診斷診斷√√2/6/202373X.25建議呼叫請求分組格式：組號4bit+信道號8bit共12bit

共可識別4096條邏輯信道呼叫請求分組識別編碼:0x0B主被叫DTE地址長度指示都為4bit主被叫DTE實際的地址2/6/202374X.25建議控制分組格式：組號4bit+信道號8bit共12bit

共可識別4096條邏輯信道控制/數據指示位，1=控制分組，0=數據分組指示控制分組類型：RR/RNR/REJ3bit分組接收序號2/6/202375X.25建議數據分組格式：組號4bit+信道號8bit共可識別4096條邏輯信道01=分組序號模8

10=分組序號模128D=0:數據分組本地DCE確認

D=1:數據分組遠端DTE確認Q=0:分組凈荷為數據信息

Q=1:分組凈荷為控制信息M=0:無后續分組到達

M=1:有后續分組到達2/6/202376X.25建議3、X.25的虛電路服務

X.25的虛電路有兩種類型：交換虛電路和永久虛電路。

交換虛電路(SVC)：利用呼叫建立和呼叫清除程序建立的虛電路；

永久虛電路(PVC)：固定的由網絡分配的虛電路，不需要呼叫建立和呼叫清除程序。 虛電路服務的過程可以分為虛電路建立、數據傳送、虛電路拆除三個步驟，如圖所示：2/6/202377X.25建議虛電路建立過程：2/6/202378X.25建議數據傳輸過程：2/6/202379X.25建議虛電路拆除過程：2/6/202380X.25建議4、X.25的信息流量控制 采用滑動窗口控制法，窗口寬度在邏輯通道建立時商定，可以為7(一般模式)或127(擴展模式)。 每個數據分組都有一個發送序號P(S)和一個接收序號P(R)。P(S)隨著邏輯信道上分組的發送而不斷增加(模8)。P(R)是接收端期待的下一分組的序號和對大到P(R)-1的所有已收分組的確認。 當無數據分組捎帶序號時，序號可附于接收就緒(RR)分組和接收未就緒(RNR)分組。此外還有一個只能從DTE發向DCE的拒絕接收(REJ)分組，這三個分組有著如問HDLC中相應的幀相同的作用。 在所有虛電路上，都是由接收方進行流量控制。2/6/202381X.25分組交換網的結構 我國分組交換數據網采用二級結構，由一級和二極交換中心組成。 一級交換中心之間采用全連通網狀結構，一級交換中心到二級交換中心之間采用星狀結構。 隸屬于同一個一級交換中心的二級交換中心之間應根據當地業務量的發展、網絡可靠性的要求和傳輸電路的現狀采用不完全網狀結構。任何兩個交換中心之間根據業務需要可以設置直達高效電路。 我國已建設了稱為CHINAPAC的X.25公用數據網。該網由全國31個省、市、自治區的32個交換中心和1個網管中心組成。2/6/202382通信網基礎6.7幀中繼網2/6/202383幀中繼的特點

幀中繼(FrameRelay)由X.25分組交換技術演變而來。隨著技術的發展，傳輸速率及可靠性都大大提高，目前光纖通信的誤碼率非常低，為了提高網絡傳輸效率，幀中繼協議省去了很多在X.25分組交換中的糾錯功能，減少了通信節點的處理時間。 只有當幀中繼網絡本身的誤碼率非常低時，幀中繼技術才是可行的，目前的光纖網絡正好具有這樣的特點。 當幀中繼交換機收到一個幀的首部時，只要一查出幀的目的地址就立即開始轉發該幀。傳輸過程中，當檢測到有誤碼時，結點要立即中止這次傳輸，當中止傳輸的指令到達下個結點后，下個結點也立即中止該幀的傳輸，并丟棄該幀。源站將用高層協議請求重傳該幀。2/6/202384幀中繼的特點 幀中繼具有以下特點：

1)幀中繼對協議進行了簡化，取消了第二層的流量控制和差錯控制，僅有端－端的流量控制和差錯控制，這部分功能由高層協議實現，把以前在每個節點間都要進行的任務從網內轉移到網外設備或端設備上，極大簡化了數據傳過程，從而達到了縮短網絡傳輸時延，提高了網絡吞吐量的目的。

2)由于取消了原來的第二層處理，原來第三層的對于邏輯連接的復用和交換移到了第二層。

3)通過獨立于用戶數據的邏輯通道傳送呼叫控制信令，因此在中間節點不需要與呼叫控制相關的狀態和處理信息。幀出錯或發生阻塞時，僅僅簡單地丟棄；重傳、糾錯和流控在端設備中由上層協議(如TCP)完成2/6/202385幀中繼的特點 幀中繼提供的邏輯連接可分為永久虛電路和交換虛電路。

永久虛電路：在幀中繼終端之間建立永久的虛電路連接并在此連接上傳輸數據；

交換虛電路：在兩個幀中繼終端之間通過呼叫建立虛電路連接并在此連接上傳輸數據，當傳送完畢以后，終端通過呼叫清除操作來拆除該虛電路。2/6/202386幀中繼提供的業務幀中繼的應用可以分為:

(1)局域網的互聯 通過幀中繼網絡可以傳送各種通信協議信息，幀中繼對這些網絡業務進行透明傳輸。具體幀結構：2/6/202387幀中繼提供的業務幀中繼網的透明傳輸2/6/202388幀中繼提供的業務通過幀中繼實現LAN的互聯是幀中繼的一種主要的應用。2/6/202389幀中繼提供的業務

(2)數據塊交互型通信 幀中繼可為高分辨率可視圖文、CAD/CAM等需要傳送高分辨率圖形數據的用戶提供高吞吐量、低時延的數據傳送業務。

(3)文件傳輸 幀中繼可為數據量大的大型文件提供高通過量的數據傳送業務，例如視頻及類似媒體文件。2/6/202390幀中繼提供的業務

(4)虛擬專用網 幀中繼可為大用戶提供虛擬專用網業務，即利用幀中繼網的部分網絡資源(如節點、用戶端口等)構成一個相對獨立的邏輯分區，接入這個分區的用戶共享分區內的網路資源，他們之間的交互作用(如數據傳送、信令傳送等)相對獨立于整個幀中繼網之外，分區內設置相對獨立的網管機構。形成一個虛擬專用網。如下圖所示：2/6/202391幀中繼提供的業務虛擬專用網的形成2/6/202392幀中繼協議1、幀中繼的協議模型 幀中繼的協議是以OSI參考模型為基礎的，協議模型僅包含二層，即物理層和數據鏈路層核心功能，協議模型如圖所示：2/6/202393幀中繼協議

2、數據鏈路層核心功能 幀中繼數據鏈路層核心功能用來支持幀中繼承載業務，其主要功能包括：

1)幀定界，實現幀同步和傳輸的透明性；

2)使用幀頭地址段中的數據鏈路識別符(DLCI)來實現邏輯連接的復用和分路；

3)幀傳輸差錯檢測(但不糾錯)；

4)幀中繼采用比特數填充技術，避免幀定界符沖突；

5)檢測幀長是否正確；

6)擁塞控制功能。2/6/202394幀中繼協議3、幀中繼幀結構 在幀中繼接口(用戶線接口和中繼線接口)中，數據鏈路層傳輸的幀結構如圖所示：2/6/202395幀中繼協議各字段含義：

(1)標志字段(F)

標志字段為“01111110”。在地址字段之前的標志為開始標志，在幀校驗序列(FCS)字段之后的標志為結束標志，標志字段用于幀定界。 幀內的數據通過0比特插入方式避免和標志字段的重復。2/6/202396幀中繼協議

(2)地址字段(AA)

用于區分不同的幀中繼連接，實現幀復用，長度通常為2字節，也可由傳輸雙方協商決定。具體結構如圖所示：2/6/202397幀中繼協議地址字段的各構成部分包括：

C/R：命令/響應比特，該比特通過FR網絡被透明傳遞；

地址字段擴展比特(EA)：地址字段按字節擴展，最后一個字節的EA置‘1’。前面字節的EA均置‘0’；

前向顯式擁塞通知(FECN)：用于通知用戶啟動擁塞控制程序，它說明與載有FECN指示的幀同方向的信息量情況；

后向顯式擁塞通知(BECN)：用于擁塞控制，它說明與BECN載有指示的幀反方向的信息量情況；

可丟棄指示比特(DE)：DE置‘1’，說明該幀在網絡發生擁塞時，可考慮丟棄，便于網路執行帶寬管理；

數據鏈路連接標識符(DLCl)：用于識別用戶－網絡接口或網絡間接口上的虛電路(PVC)連接，暫定采用10bit。2/6/202398幀中繼協議

(3)信息字段 用戶數據，應由整數個字節組成，默認的幀信息字段最大字節數為262，最小字節數為1；網路應能支持協商的幀信息字段最大的字節數至少為1600。

(4)幀校驗序列(FCS) FCS字段為一個16比特的序列，用于校驗幀是否有差錯。2/6