6.1分組交換技術6.2幀中繼（FR）技術6.3通信協議第6章分組交換與幀中繼技術6.1分組交換技術6.1.1數據通信概述所謂數據，無論是文字、語聲、圖像，只要它們能用編碼的方法形成各種代碼的組合，并可用計算機進行處理、加工，都統稱為數據數據通信按照現代通信的概念，凡是在終端以編碼方式表示的信息、用脈沖形式在信道上傳送的通信都叫做數據通信。6.1.1數據通信概述第1章介紹了利用電話通信網傳輸數據的方法，數據通信和電話通信有很多不同的特點，利用電話通信網可以傳輸數據，但是畢竟有許多限制，并且我們不能根據數據通信的要求去改造現存的電話交換網。因此需要研究適合于數據通信的交換方式，分組交換技術正是在這種情況下產生的。分組交換與電路交換的對比可以歸納為表6.1所示。6.1.1數據通信概述電路交換分組交換傳輸的信息語音、數據數據信息的復用方式同步時分復用統計時分復用信息的傳輸時實傳輸存儲轉發信息的最小單元時隙分組或者包差錯控制無有延遲固定，小不固定，有時可能很大所需的處理簡單復雜交換機成本較低較高帶寬利用率低高表6.1分組交換與電路交換的對比6.1.2分組交換技術的產生

（1）把一個完整的信息段分成許多長度較短的數據塊，分別給每一個數據塊加上路由和控制信息，這樣完整的信息段就變成了一個個獨立的分組。（2）信息的交換是“存儲轉發”，以分組為單位進行傳輸。（3）動態復用－按照信源的發送速率分配線路帶寬1.分組基本思想由于分組較短，且統一格式，便于交換機存儲和處理，故分組在穿過交換機或網絡時，時延在ms級。（1）（所有報文劃分為分組）以分組為單位（2）分組具有標準格式，附加有地址、編號、校驗碼等控制信息（3）以存儲轉發方式傳輸分組，因分組短，實時性好（4）各分組可通過不同途徑、不同順序到達目的地2.基本特征：（CCITT規定）

分組交換的基本特征分組交換技術的優點信息傳輸質量高網絡可靠性高線路利用率高經濟性能和保密性好利于不同類型終端間的相互通信分組交換技術的缺點只能提供中低速的數據傳輸業務分組交換已經受到了寬帶網絡技術的巨大沖擊。分組交換的優缺點1.數據通信系統的構成數據電路+傳輸控制規程=數據鏈路

DTE是與分組交換網端口相連的設備，可以是同步或異步終端，也可以是通用終端或專用終端，還可以是智能終端。調制解調器調制解調器

DCE是傳輸線路的終接設備，主要完成信號變換、適配和編碼等功能，對于模擬傳輸線路，它一般為調制解調器（Modem），對于數字傳輸線路，則為多路復用器或數字信道接口設備。6.1.3分組交換的原理及應用數據通信系統的構成分組型終端(PT)非分組型終端(NPT)

分組型終端是能夠執行X.25通信協議的終端。

如計算機數字傳真機智能用戶電報終端可視圖文接入設備(VAP)局域網(LAN)各種專用終端等。

非分組終端是所有執行非X.25通信規程和無規程終端的統稱非分組型終端是不能直接進入分組交換網的，必須在非分組型終端和分組交換網之間加入分組裝拆設備(PAD)。

數據通信的過程中必需按一定的規程控制雙方可靠的工作,傳輸控制器和通信控制器執行控制規程.數據電路+傳輸控制規程=數據鏈路數據通信系統的構成DCE的作用:若信道是模擬信道

DCE的作用是D/ADCE的作用把信道送來的模擬信號成數據信號,再送到DTE。DCE的作用若信道是數字信道則DCE的作用是實現信號碼型與電平的變換、信道特性的均衡、定時供給等。數據通信系統的構成傳輸信道還有專用線路和交換網線路之分。交換網上通信時，每次通信首先要建立連接，通話，拆線如果是專線連接，則采用固定連接方法，無需上述的呼叫建立和拆線等過程。2.分組交換的工作原理分組交換技術假設：終端A和終端C通信終端B和終端D通信A

CBD非分組終端A發出帶有接收終端C地址標號的報文，交換機甲將此報文分成兩個分組，并進行路由選擇，將分組1直接傳送給交換機乙，將分組2通過交換機丙傳輸給分組交換機乙，分組經由不同的路徑,

其順序被打亂，接收終端重重新排序，然后遞交給相應的處理器。數據報方式，分組頭部裝載有關目的地址的完整信息.

不需要經歷呼叫建立和清除階段，傳輸效率比較高，類似數據的報文交換。只不過發送的是若干個數據報，而不只是一個報文。

E-mail、飛信、手機短信數據報方式分組交換技術分組傳輸經過相同的路由，在接收端局通過裝拆設備將分組組裝成報文傳輸給非分組終端

A

CBD兩個終端必須通過網絡建立邏輯上的連接，每個分組頭部指明的只為虛電路標識號，而不必直接是目的地址的信息；數據分組按已建立的路徑順序通過網絡，在網絡終點不需要對數據重新排序虛電路分組交換方式中電路的建立是邏輯上的，只是為收發終端之間建立邏輯通道虛電路方式數據分組中不需要包含終點的地址分組交換技術A

CBD具體地說，在分組交換機中設置相應的路由對照表，指明分組傳輸的路徑，并沒有像電路交換中確定具體電路或是PCM具體時隙，當發送端有數據發送，只要輸出線上有空閑，數據就沿該路徑傳輸給下一個交換節點，否則在交換機中等待。如果收發兩端在通信過程中一段時間內沒有數據發送，網絡仍舊保持這種連接，但并不占用網絡的傳輸資源虛電路方式數據分組中不需要包含終點的地址如：QQ聊天（語音、視頻）分組交換技術3.分組交換網的應用（1）組建專網。將各部門的計算機聯成網絡，做到資源共享。（2）實現數據業務的處理。如金融系統的通存通兌、電子匯兌、資金清算、自動取款機業務等。證券公司的行情發布、公安部門的戶籍、身份證管理等，都可以在分組交換網上開展。（3）通過分組網接入數據通信的增值業務網，如電子郵箱業務、國際計算機互聯網業務等。例如銀行系統在線式信用卡（POS機）的驗證:首先，各大商場或超市內部形成局域網，網上的服務器提供卡的管理作用，用戶刷卡后，通過服務器上的X.25分組端口或路由器設備連到商業增殖網，它與金卡網絡結算中心通過數字專線連接。商業增殖網主要完成來自各大商場或超市的數據線路匯接及對其銷售情況的統計等。結算中心又同各大銀行的主機系統連接，實現對信用卡的驗證和信用卡的消費。由于分組交換提供差錯控制的功能，保證了數據在網絡中傳輸的可靠性。6.1.4分組交換技術

分組交換是采用了“存儲轉發”及“動態復用”技術基本思想就是實現通信資源共享,因此，必需考慮資源分配問題

1.分組交換采用的統計時分復用技術多路復用將多個低速數據終端共同使用一條高速的線路

資源分配方法可分為兩類：預分配(或固定分配)－－根據用戶要求預先把線路傳輸容量

的一部分分配給用戶。動態分配（按需分配）－－用戶有數據傳輸時才分配資源，也稱為統計時分復用（STDM）1.預分配技術分組交換技術－－資源分配把線路的通頻帶分成多個子頻帶，分別分配給用戶，形成該用戶數據傳輸的子通路，當該用戶沒有數據傳輸時，別的用戶也不能用，此通路保持空閑狀態。(1)時分復用(TDM)把線路傳輸時間輪流分配給每個用戶，在分配的時間內用戶沒有信息傳輸，也不能由其他用戶使用，而保持空閑狀態。(2)頻分復用(FDM)時分和頻分復用方法都實現了多個用戶對一條傳輸線路的資源共享。但是，線路空閑，其他用戶也不能用，所以線路的利用率較低。

時分復用(TDM)頻分復用(FDM)分組交換技術－－資源分配2.動態(按需)分配資源動態(按需)分配資源----根據用戶實際需要分配線路資源這種方法稱為統計時分復用(STDM)。當用戶停發送數據時，其他用戶可以用，線路利用率較高。A1、A2、A3；B1、B2；C1、C2、C3為用戶“標記”(終端號，或子信道號

)分組傳送方式：統計時分復用“按需分配帶寬”動態分配帶寬。用標記區別數據用戶。實現了多用戶對線路的資源共享。統計時分復用的分組傳送方式的特點統計時分復用注：**同步時分復用、統計時分復用、異步時分復用同步時分復用利用不同的時隙使不同的信號同時傳送而互不干擾，每個終端都固定地分配一個公共信道的一個時隙，即終端和時隙是“對號入座”(同步)的統計時分復用在同一個物理信道上同時傳送屬于多個不同通信的分組把公共信道的時隙實行“按需分配”，使所有的時隙都得到使用異步時分復用把公共信道的時隙實行“按需分配”，與統計時分復用相似不相同，異步時分復用將時間劃分為等長的時間片，用于傳送固定長度的信元（分組）。在統計時分復用方式下，對各個用戶的數據信息分配一個時間片，每一個時間片，就是一個邏輯信道，使用標記進行區分。

在一條共享的高速復用物理線路上，就形成了邏輯上分離的多條信道(LCN，LogicalChannelNumber)或邏輯鏈路，如圖6.4所示。2.邏輯信道6.1.4分組交換技術6.4邏輯信道示意圖邏輯信道邏輯信道號由邏輯信道群號及群內邏輯信道號組成，二者統稱為邏輯信道號LCN。線路的邏輯信道號作為線路的一種資源可以在終端要求通信時由統計時分復用（STDM）分配給它。對同一個終端，每次呼叫可以分配不同的邏輯信道號。用線路的邏輯信道號給終端的數據作“標記”，比用終端號更加靈活方便，這樣一個終端可以同時通過網絡建立多個數據子通路，STDM可以為每個子通路分配一個邏輯信道號，同時STDM中建立終端號和邏輯信道號對照表，網絡通過邏輯信道號識別出是哪個終端發來的數據。

優點：信道利用率較高。

缺點：時延大、可能丟失數據。

面向連接的分組交換網：提供虛電路服務無連接的分組交換網：提供數據報服務分組交換有兩種方式:虛電路（VC）方式－－面向連接的工作方式數據報（DG）方式－－采用無連接的工作方式

3.虛電路與數據報方式(1)虛電路（VC）方式－－面向連接的工作方式分組（報文）不帶有接收終端地址標號只有中途各節點的路由方向

用戶預約，由網絡運營管理者事先建好一條永久虛連接，不用經歷虛電路的建立和拆除階段。交換虛電路方式：永久虛電路方式（專線）：如：QQ聊天（語音、視頻）連接的建立數據傳輸連接的拆除如：?√√虛電路與數據報方式圖6.5虛電路工作方式虛電路與數據報方式虛電路方式：在用戶數據傳送前，必須通過網絡先向交換節點發送呼叫請求分組，經過交換節點將物理鏈路連接起來，建立端到端的虛電路，然后才能進入信息傳輸階段，如圖6.5所示。一旦虛電路建立，屬于同一呼叫的數據分組均沿著這一虛電路傳送，數據分組傳送結束后，通過呼叫清除分組來拆除虛電路。分組交換網的主要形式圖6.5虛電路工作方式電路交換中建立實連接時，不但確定了信息所走的路徑，同時還為信息的傳送預留了帶寬資源；在建立虛電路時，僅僅是確定了信息的端到端路徑，并不預留帶寬資源，因此，在用戶發送數據時才排隊競爭帶寬資源，所以，稱為虛電路。虛電路工作方式如圖6.5所示。終端A和C通過網絡建立了兩條虛電路，VCl經過節點1、2、3到達終端B，即構成虛電路A→1→2→3→B，VC2經過節點1、2、4、5到達終端D，即構成虛電路C→1→2→4→5→D。所有A→B的分組均沿著VCl建立的虛電路從A到達B，所有C→D的分組均沿著VC2建立的虛電路從C到達D，在節點1—2之間的物理線路上，VCl、VC2共享傳輸資源。若VC1暫時無數據傳送時，所有的線路傳送能力和交換機的處理能力全部為VC2服務，此時VCl并不實際占用帶寬和處理機資源。

虛電路方式中數據分組交換過程舉例圖6.6虛電路方式中數據分組交換過程它包括入端口號、入端邏輯信道號（LCN）、出端口號、出端邏輯信道號LCN。數據分組在每一個節點都是按照此路由表進行信息交換、逐級轉發最終到達目的終端的.在虛電路的數據分組沿著已建立好的連接到達目的地時，中間要經過若干個交換節點，每個交換節點都有一張路由表，圖6.6所示。對于交換虛電路，該路由表是在連接建立階段生成的，對于永久虛電路,該路由表是在申請業務時，由網絡運營管理者設置生成的XZYVCLC兩個DTE之間端—端的連接DTE與DCE之間的局部實體。如DTE與DCE之間的接口或網內中繼線上可以分配的、代表子信道的一種編號資源。LC是由虛電路建立時途經的各個節點所分配的，因此LC只有局部意義。一條VC可以由多條LC組成，因為每個DTE可以使用不同邏輯信道，在DTE與DCE之間的鏈路最多有212=4096條邏輯信道(見分組頭的格式)一個邏輯信道只能分配給一個虛電路虛電路在建立后才存在邏輯信道是一種客觀存在，它有占用和空閑的區別，但不會消失。虛電路VC和邏輯信道LC的區別多條邏輯信道通過交換節點組成端一端的虛電路圖6.7多條邏輯信道通過交換節點組成端一端的虛電路（2）數據報(無連接)的方式

數據報（DG）方式－－采用無連接的工作方式不需建立邏輯連接，每個分組按目的地地址獨立選路—-無連接方式CL(ConnectionLess)虛電路與數據報方式圖1.18數據報方式內容虛電路方式數據報方式技術領域電信計算機分組頭的用戶標志信息邏輯子信道標號完整的源和目的地址連接建立和拆除需要不需要路由選擇僅在建立連接時進行對每個分組進行傳輸效率傳送大量的分組傳輸效率會比較高傳送少量的分組，傳輸效率比較高分組傳送順序分組均沿已建立的虛電路順序傳送分組可以不按順序在網絡中傳輸網絡終點分組不用重新排序對分組重新排序時延時延小時延較大對網絡適應能力差較強網絡發生故障中斷路由繞過擁塞路由繼續通信重新建立虛電路繞過故障節點，少數分組丟失，通信繼續應用較連續的數據流傳送(文件、傳真業務)詢問/響應型數據業務表6.3虛電路方式與數據報方式比較數據報方式與虛電路方式比較

在分組交換方式中，每個分組都帶有控制信息和地址信息，所以分組可以在網內獨立地傳輸。在網內可以以分組為單位進行流量控制、路由選擇和差錯控制等通信處理。

非分組終端不能直接接收分組，它可以通過分組網內配置的具有分組裝拆設備PAD與網絡連接。4.分組的形成及分組的格式分組裝拆設備的功能－－分組的組合與分解每個分組為128個8位組(字節)或根據通信線路的質量選用32、64、256或1024個8位組。

F:標致位A:地址字段C：控制字段FCS：幀校驗序列通用格式識別符邏輯信道組號邏輯信道組號分組類型識別符分組頭格式

QDSS87653個字節

D:為傳送確認比特，D=0表示數據組由本地確認(DTE—DCE之間確認)，D=1表示數據分組進行端到端(DTE與DTE)確認。SS：為模式比特，SS=01表示分組的順序編號按模8方式工作SS=10表示按模128方式工作。Q:限定符比特，用來區分是用戶數據還是控制信息，1.分組頭格式分組的形成8(bit)541凈荷(數據)分組頭分組類型識別符邏輯信道號邏輯信道組號通用格式識別符1B字2B節3B8765QDSS圖6.8分組及分組頭的格式通用格式識別符邏輯信道組號邏輯信道號分組類型識別符QDSS87653個字節

D:為傳送確認比特，D=0表示數據組由本地確認(DTE—DCE之間確認)，D=1表示數據分組進行端到端(DTE與DTE)確認。SS：為模式比特，SS=01表示分組的順序編號按模8方式工作SS=10表示按模128方式工作。Q:限定符比特，用來區分是用戶數據還是控制信息，用以表示在數據終端（DTE）與交換機之間的時分復用信道上以分組為單位時隙號，可以同時支持4096個呼叫區分各種不同的分組，共分4類：呼叫建立分組用于在兩個DTE之間建立交換虛電路。這類分組包括：呼叫請求分組、入呼叫分組、呼叫接受分組和呼叫連接分組。.數據傳輸分組用于兩個DTE之間實現數據傳輸。這類分組包括：數據分組、流量控制分組、中斷分組和在線登記分組。.恢復分組實現分組層的差錯恢復，包括復位分組、再啟動分組和診斷分組。

·呼叫釋放分組用在兩個DTE之間斷開虛電路，包括釋放請求分組、釋放指示分組和釋放證實分組。分組類型識別符的編碼格式如表5.2所示。

分組的形成分組類型及識別符的編碼格式用于在兩個DTE之間建立交換虛電路。①②③④交換虛電路包括：用于兩個DTE之間實現數據傳輸。

包括：數據分組流量控制分組中斷分組在線登記分組實現分組層的差錯恢復復位分組再啟動分組診斷分組兩個DTE之間斷開虛電路包括：釋放請求釋放指示釋放證實用于呼叫建立的分組呼叫請求分組入呼叫分組呼叫接受分組呼叫連接分組它們的格式相同，但它們的內容有些不同2.各類分組格式分組的形成(1)呼叫請求分組格式該分組的前三個字節為組頭，第一個字節01，表示分組的順序號按模8的工作方式，第二個字節為邏輯信道號；第三個字節（分組類型識別符）比特序列為00001011，表示該分組是呼叫請求／呼入分組。第四個字節的左邊4個比特----表示主叫DTE地址長度，右邊4個比特----表示被叫DTE地址長度。第五個字節是被叫DTE的地址，該地址容量占用幾個字節由被叫DTE地址長度來確定。第六、七、八-(2)呼叫接受分組格式分組的形成--各類分組格式由于發送呼叫接受分組時，發送端至接收端的路由已經確定，所以呼叫接受分組只有邏輯信道號，而無主叫和被叫DTE的地址。(3)數據分組格式分組的形成--各類分組格式數據分組只有邏輯信道號而無被叫與主叫終端地址號（被叫地址占32比特），大大減少數據分組的開銷，提高傳輸效率。兩種格式包含的內容基本相同，只有分組的編號P(S)的長度不同，模8情況下占用3比特，模128情況下占用7比特，P(R)用于對數據分組的證實，它的長度與P(S)相同。P(S)稱為分組發送順序號，只有數據分組才包含P(S)。P(R)為分組接收順序號，它表示期望接收的下一個分組編號，它表明對方發來的P(R)一1以前的數據分組已正確接收。數據分組和流量控制分組都有P(R)。

數據分組分組發送順序號對數據分組的證實M:后續比特，M-0表示該數據分組是一份用戶報文的最后一個分組

(4)呼叫釋放分組格式分組的形成--各類分組格式釋放請求及釋放確認分組的格式相同。釋放請求分組釋放確認分組5.路由選擇在分組交換網中，網絡節點間一般都存在一條或多條路由。通信時交換節點的路由選擇原則，選擇最佳路徑－－代價最低的路徑。代價：如鏈路的帶寬，傳播延遲，租用成本，流量狀況等（1）路由選擇應考慮的問題①路由選擇準則路由選擇路由選擇準則就是以什么參數作為路由選擇的基本依據。路由選擇的基本依據可以分為兩類：方法：最小跳數法、最短距離法、最小費用法、最小時延法等。以路由所經過的跳數為準則以鏈路的狀態為準則考慮鏈路的距離、帶寬、費用、時延等。路由選擇②路由選擇協議

依據路由選擇的準則，在相關節點之間進行路由信息收集和發布的規程及方法稱為路由協議。包括路由參數：有靜態配置（固定不變）、周期性變化或動態變化路由信息的收集和發布:有集中和分散兩種方法。－對于大規模的公用分組交換網大多采用簡單的自適應路由算法，同時仍保留固定路由算法做備用。路由選擇實用化的路由算法一般分為:固定路由算法

—小規模專用分組交換網采用固定路由算法動態的自適應路由算法③路由選擇算法路由選擇固定路由算法根據網絡結構、傳輸線路的速率、途經交換機的個數等等，預先算出某一交換機至各交換機的路由表，然后將此表裝入該交換機的主存儲器內。分組到達某節點后，根據該節點產生的[0,1]均勻分布的隨機數和路由表選擇概率決定路由。固定路由算法特點：此表在系統配置時生成，固定不變，但不能適應網絡拓撲的變化（如由故障引起的）。例如：設有圖5.17所示，交換節點有：123456路由選擇根據要求算出交換機“1”

節點的路由表。圖6.9固定路由選擇示意節點1節點2節點3節點4節點5節點6目的地址下一節點目的地址下一節點目的地址下一節點目的地址下一節點目的地址下一節點目的地址下一節點221111111413333322222223444442323333545555554445636566656655表6.5圖6.8各個節點的路由表LCI表示邏輯子信道標號

例：面向連接的－－－虛電路工作方式路由選擇自適應路由算法自適應算法：路由的選擇所用路由表，要考慮網內當前業務量、線路暢通情況。若網路結構有變化時，交換機要及時計算出新的路由表，及時更新，以便在新情況下仍獲得較好路由。自適應路由算法有多種從工作方法來分：集中式分布式集中、分布混合式路由選擇由一個網路管理中心(NMC)定時收集全網情況，按一定的算法分別計算出當時各個交換機的路由表，并通過網路分別傳送通知各個交換機。集中式自適應路由算法各節點將變化信息集中傳送到NMC，由NMC統一調整路由表后下載到各節點。可靠性較差，功能過于集中。但開銷小，實現較易，各節點機無需進行路由選擇計算，大大簡化了節點交換機設計。路由選擇分布式自適應路由算法分布式：每個交換機定時把自己的處理能力和與其相連線路暢通情況向全國或相鄰交換機報告，各交換機據此算出路由表。各交換節點自行根據收到的網絡變化信息調整路由表。當分組網采用VC方式時，只在呼叫建立時進行路由選擇。在數據傳送階段，分組沿選定的路由傳送。在節點機存有LC對照表。上述兩種方法各有優缺點，集中式傳送路由信息的開銷少，實現也較簡單，但功能過于集中，所以可靠性較差；分布式正好相反。集中、分布混合式路由選擇為了綜合兩者的優點出現了混合式自適應路由算法。混合式自適應路由算法-------既有集中控制部分，又有分布控制部分。自適應路由算法的重要參數無論哪種方式，都要定時更新路由表，因此，每隔多長時間測量網內業務量、交換機處理能力和線路暢通情況，并更新路由表是自適應路由算法的重要參數。時間相隔太短：開銷太大而且較復雜。時間相隔太長：不能反映網路當前情況。一般幾分鐘至十幾分鐘更新一次路由表。路由選擇6.流量控制為什么需要流量控制流量控制的主要任務如何控制1.流量控制的必要性在分組交換網中，網絡節點采用存儲－轉發的機制，如果分組到達的速率大于節點處理分組的速率，造成網絡節點中存儲區被填滿，導致后來的分組無法被處理，造成擁塞。線路的傳輸容量也是有限的，如果網絡中數據流不均勻，導致線路上流量超過負載能力，分組無法及時傳送，造成網絡擁塞，分組數據被丟棄。流量控制（1）在高輸入負載時保證網絡的安全運行；（2）公平分配網絡資源；（3)避免網絡死鎖。2.流量控制的作用

死鎖：當輸入負載增大到一定程度時，吞吐量下降到零。擁塞對吞吐量和時延的影響流量控制圖5.7分級的流量控制機制(4)源用戶終端和終點終端之間的端到端的流量控制END(3)網絡的源節點和終點節點之間的端到端的流量控制（1）相鄰節點之間的點到點的流量控制流量控制可以分成幾個級別來進行（2）用戶終端和網絡節點之間的點到點的流量控制3.流量控制的具體實施方案這些規約明確規定了數據的格式、事件實現順序等有關問題。6.1.5

OSI及X.25協議通信協議：為進行數據的交換和傳輸而建立的規約。協議參考模型：體系結構及使用協議不同的系統之間通信的標準，即開放系統體系結構的參考模型。通信協議和協議參考模型是現代用于描述數據通信和通信網的基本手段1979年國際標準化組織(ISO)制定了一個為異機種系統間通信所必要的標準，即開放系統體系結構的參考模型（OSI）。計算機網七層協議的劃分、功能和X.25建議及一些有關的協議1.開放系統互連參考模型(OSI)任何通信過程都可以抽象成為兩個相同的通信實體。經過通信線路傳送信息的過程，涉及到三個基本概念：向兩端的實體提供某種通信能力。(1)連接兩個通信實體的通信線路(2)相應兩端的通信實體向用戶提供某種業務(如話音通信)或通信能力。(3)邏輯通信線路上述通信線路和通信實體對用戶而言，相當于一條邏輯通信線路例如，可以將傳真機作為通信實體，利用的是電話線路提供圖文傳真的能力。為了明確一個通信過程，必須定義相應的通信線路和通信實體的功能。對于通信線路，需要定義它提供的通信能力。通信協議--抽象通信過程如：傳真機電話線路圖文傳真①比特流傳送②比特同步流量控制③差錯控制④路由選擇⑤對話過程管理⑥信息加密等諸多方面的操作。實際的數據通信過程必須完成的任務開放系統互連參考模型(OSI)單一通信實體完成所有操作是不可能的，不同的通信過程可以選擇其中不同的組合，因此，可以將一個通信實體變成N個通信實體級聯的結構。N個通信實體級聯的結構通信系統分層的基本概念將N個級聯的通信實體，看作一個通信實體的N個部件，從而得到N層通信實體。

通信系統分層的基本概念N層的通信實體把一個通信實體分成N層分別描述。就可以得到N層的協議參考模型。

每層實體完成特定的功能，上層根據下層提供的功能，增加本層相應的功能，進一步提交給更上層，最后得到可靠的通信的過程。通信系統分層的基本概念N層的協議參考模型任何同等層協議完成不是直接交互，而是通過下層提供的邏輯傳輸功能實現的。同等層之間的協議各個層次都只需要知道自己提供的服務，不需要知道下一層如何實現。采用分層結構的好處通信系統分層的基本概念(1)各層之間是獨立的Router路由器(讀取每一個數據包中的地址然后決定如何傳送的專用,智能性的網絡設備)當任何一層發生變化時，只要接口關系保持不變，不影響其他層。某層提供的服務都可以修改，當提供的服務不再需要時，可短路即取消該層。采用分層結構的好處(2)靈活性好(3)結構上可分隔開各層都可以采用最合適的技術來實現。(4)網絡結構清晰整個系統分解為若干個獨立的部分，使得一個龐大而又復雜系統的實現變得很容易處理、實現和維護。國際標準化組織(ISO)根據網絡分層的原則，提出了計算機互連的七層OSI模型，將通信實體按其完成功能分為七層：開放系統互連參考模型示意圖⑦應用層⑥表示層⑤會話層④傳輸層③網絡層②數據鏈路層①物理層⑥信息加密等諸多方面的操作。⑤對話過程管理④路由選擇③差錯控制②比特同步流量控制①比特流傳送七層參考模型的內容描述(1)物理層為它的上一層(數據鏈路層)提供一個物理連接以便透明傳送比特流；確定代表“1”或“0”的電壓幅度及識別問題；確定連接電纜的插頭類型及連接問題.在兩個相鄰節點間的線路上，無差錯地傳送以幀為單位的數據。建立、維持和釋放數據鏈路的連接。差錯控制，出錯重發。(2)數據鏈路層七層參考模型的內容描述每一幀的控制信息包括：有同步信息、地址信息、差錯控制以及流量控制信息等。七層內容的概要描述(3)網絡層尋址，即選擇合適的路由和交換節點，將分組或包正確地找到目的站點，并交付給目的站的傳輸層。流量控制

將長報文分割成分組，然后交給下一層(網絡層)進行傳輸。彌補低三層功能的缺欠和各種通信網的差別，保證數據傳輸的質量滿足高三層的要求。透明地傳送報文（分組）。在通信子網中沒有傳輸層，傳輸層只能存在于主機之中。

(4)傳輸層（計算機網絡體系結構中最為關鍵的一層）七層內容的概要描述對數據傳輸進行管理在兩個相互通信的應用進程之間，建立、組織和協調其交互例如，確定是雙工工作還是半雙工工作，當發生意外時，要確定從何處重新恢復會話。

在會話層及以上的各層中，信息的傳送單位是報文(5)會話層（會晤層或對話層）七層內容的概要描述將某一用戶要交換的數據的抽象語法變換為適合于OSI系統內部使用的傳送語法（語言不限）。對傳送的信息加密(解密)。（七層中的其他一些層次也與信息加密(解密)有關）(6)表示層七層內容的概要描述確定進程之間通信的性質；負責用戶信息的語義表示，并在兩個通信者之間進行語義匹配。就是說，應用層不僅要提供應用進程所需要的信息交換和遠地操作，而且還要作為互相作用的應用進程的用戶代理，來完成一些為進行語義上有意義的信息交換所必須的功能。(7)應用層七層內容的概要描述計算機互連的七層OSI模型的平面圖開放系統互連參考模型上以應用進程為界下以物理媒體為界應用進程和通信媒體不屬于OSI參考模型。要傳遞信息就要利用一些物理媒體，如雙絞線，同軸纜線等。

低層功能(即通信傳送功能)

高層功能(即通信處理功能)，通常需由終端來提供第O層.廣域網一般劃分為通信子網和資源子網，一個通信子網只有物理層、數據鏈路層和網絡層3層兩臺計算機通信可能要經過許多個節點和鏈路及通信子網七層內容的概要描述應用進程APA先將其數據交給第7層；第7層加上若干比特的控制信息就變成了下一層的數據單元第6層收到這數據單元后，加上本層的控制信息，再交給第5層成為第5層的數據單元；依次類推。到了第2層后控制信息分成兩部分，分別加到本層數據單元的首部和尾部，而第1層由于是比特流的傳送，所以不再加上控制信息。當這一串的比特流經網絡的物理媒體傳送到目的站時，就從第1層依次上升到第7層。圖6.14開放系統互連七層參考模型示意圖應用進程的數據如何在開放系統互連環境中進行傳遞的第O層.七層內容的概要描述應用進程的數據如何在開放系統互連環境中進行傳遞的圖6.14開放系統互連環境中的數據流每一層根據控制信息進行必要的操作，然后將控制信息剝去，將剩下的數據單元交給更高的一層。最后，把應用進程A發送的數據交給目的站的應用進程。用一個簡單的例子來比喻上述過程，有一封信從最高層向下傳送，每經過一層就包上一個新的信封；包有多個信封的信傳送到目的站后，從第1層起，每層拆開一個信封后就交給它的上一層，傳到最高層后，取出發信人所發的信交給收信用戶。

七層內容的概要描述雖然應用進程數據要經過如圖6.14所示的復雜過程才能送到對方的應用進程，但這些復雜過程對用戶來說，卻都被屏蔽掉了，如前面介紹的抽象通信過程，以致應用進程APA覺得好像是直接把數據交給了應用進程APB。任何兩個同樣的層次之間，也好像如同圖中水平虛線所示的那樣，可將數據(即數據單元加上控制信息)直接傳遞給對方。這就是所謂的“對等層”之間的通信。我們以前經常提到的各層協議，實際上就是在各個對等層之間傳遞數據時的各項規定。

682.國際性的通信協議--X.25建議

為了實現各種終端用戶和不同的分組交換網之間的自由連接，接口規程必須在全世界范圍內實現統一，為此，國際標準化組織(ISO)和國際電報電話咨詢委員會（CCITT）制定了一系列標準X.25協議屬于接口協議。七層OSI模型（開放系統互連(OSI)”參考模型）

屬于網內協議。

涉及分組交換的協議有許多，可分為接口規程和網內規程兩種。

接口規程-----是指終端用戶和網絡之間的通信規程（X.25）網內規程-----是指網絡內部(各通信處理機之間)的通信規程（OSI七層參考模型）。

本節主要介紹著名的X.25建議。√X.25建議的概述（1）X.25建議

X.25建議是分組數據網中最重要的協議之一，有人把分組數據網簡稱為X.25網。X.25是CCITT在1976年l0月通過的標準.當時很多國家都在建設公用分組交換數據網，為了便于國際及國內分組網的互通，CCITT制定了X.25建議。X.25建議規定了連接公用數據網上的分組數據終端設備(DTE)與數據電路終接設備(DCE)之間接口及應遵循的協議（規程）。調制解調器調制解調器模擬信號電話線例如：電話線上網（ADSL）X.25建議規定DTE與DCE之間接口及應遵循的協議DTE是CCITT對主機、前端處理器、智能終端等用戶設備的統稱。DCE在電話網的數據通信系統中是一個信號變換設備，可以是調制解調器、線路耦合器以及其他沒備。DCEDTE國際性的通信協議--X.25接口建議

交換節點X.25（2）X.25環境下的DTE與DCEDCE-----是指DTE所連接的入口或交換節點如果DTE與交換節點之間的傳輸線路，采用模擬線路，那么DCE也把用戶連接到遠端交換節點的調制解凋器包括在內，國際性的通信協議--X.25接口建議

（3）X.25建議獨立的層的概念

X.25包含的三個不同的、獨立的層，相應于開放系統互連七層模式中下三層所規定的具體內容----即規定了DTE與DCE同層之間交換信息的協議。國際性的通信協議--X.25接口建議

網絡層國際性的通信協議--X.25接口建議

圖6.15X.25協議的分層結構（4）DTE與DCE之間接口的協議層次關系物理層物理層數據鏈路層數據鏈路層網絡層網絡層高級數據鏈路控制HDLC國際性的通信協議--X.25接口建議

國際性的通信協議--X.25接口建議

DTE與DCE之間接口的協議層次關系DTEL3L2L1L3L2L1X.25分組層HDLC鏈路層物理層圖6.16X.25分層結構連接及各層之間的信息關系示意圖系統或用戶端到端協議(高層協議)系統或用戶調制解調器

調制解調器

X.21X.21DCE消息分組頭數據HDLC頭消息FCS標題數據比特流標志X.21比特流DCE各層之間的信息關系國際性的通信協議--X.25接口建議

從高層來的消息在X.25的第三層一般分為128個八位組長度的數據塊，并在其前面加上分組標題成為一個分組，在該層作適當處理后送往X.25的第二層分組在第二層加上高級數據鏈路控制HDLC標題、FCS以及F標志,由011111110組合而成，成為一個幀，送往X.25的第一層最后送往線路進行傳輸FCS幀檢查序列HDLC高級數據鏈路控制**必須注意，實際信息是從同一系統的高層低層以及低層高層傳送的，但在邏輯上按開放系統互連層次模式的概念，信息是在兩個系統的同等層之間傳送的，所以圖中的邏輯信道、邏輯鏈路等就是這種概念的體現。國際性的通信協議--X.25接口建議

國際性的通信協議--X.25接口建議

5.X.25各層的功能（1）物理層的X.21、X.21bis建議物理層定義了DTE和DCE之間建立、維持、釋放物理鏈路的過程，包括機械、電氣、功能和過程特性，相當于OSI的物理層可以采用的接口標準有X.21建議和V系列建議。但考慮到目前世界各國仍在大量使用模擬信道傳輸數據的實際情況，CCITT又制定了X.21bis接口標準，它與V.24或RS-232接口兼容。由于X.21bis和V系列建議是兼容的，因此可以認為是一種接口標準。其中X.21bis接口所用接口線少，可定義的接口功能多且靈活，是較理想的接口標準。X.21bis／RS-232-C接口如圖6.17所示。用于DCE提供DTE的碼元定時以便使DTE與DCE的碼元同步

DTE—DCE之間的主要接口線有6條用于發送數據用于接收數據顯示傳統的摘機掛機狀態控制顯示數據傳送階段開始與結束PC機調制解調器國際性的通信協議--X.25接口建議

圖6.17X.21bis/RS-232-C接口示意圖①空閑階段----相當于電話網中的“掛機”狀態。②控制階段----為呼叫建立和呼叫拆除的時間段。③數據傳送階段----數據傳輸的時間段。以上三個階段由C線及I線加以指示。DTE與DCE之間有三個時間階段：圖6.17X.21bis/RS-232-C接口示意圖要在物理層提供的雙向信息輸送管道上實施信息傳輸的控制，它所面對的是二進制串行比特流，處理對象為幀。數據鏈路層規定了在DTE和DCE之間的線路上交換X.25幀的過程，在DTE的分組層接口和DCE的分組層接口之間架起了一道橋梁,主要功能有：(2)X.25的第二層(數據鏈路層)國際性的通信協議--X.25接口建議

·在DTE和DCE之間有效地傳輸數據；·保證收發同步；·糾錯；·并向高層協議報告規程性錯誤；·向分組層通知數據鏈路層的狀態。

X.25建議中采用了ISO制定的高級數據鏈路控制(HDLC)規程。國際性的通信協議--X.25接口建議

HDLC有幾個子集鏈路配置：平衡（LAPB)非平衡兩種一端配置為主站，由它控制整個鏈路的工作；主站向次站發送命令幀，次站向主站回送響應幀。兩端均為復合站(兼有主、次站功能)，可互相發送命令幀與響應幀。如LAP(鏈路訪問規程)LAPB(平衡型鏈路訪問規程)LAPD(ISDN的D信道鏈路訪問規程)

編制幀序號：在基本操作中允許最多在信道上有七幀未被處理。

檢錯：用類似于CRC一16（循環冗余校驗）的16位幀檢查序列(FCS)進行檢錯。

如收到的是正確數據，則回送一正確的認可(ACK)信號；如收到時發現錯誤，則請求對方重發，接收方將丟棄該幀，而發送端在經過一段規定的超時后，進行重發。

平衡型鏈路接入規程LAPB的主要功能國際性的通信協議--X.25接口建議-X.25的第二層(數據鏈路層)

幀檢查序列F:標志位上一幀結束的幀標志同時是下一幀的開始標志字段。A：幀地址字段。在HDLC規程中用來區別次站地址，在X.25規程的鏈路層中用于區別命令幀和響應幀.FCS：幀校驗序列國際性的通信協議--X.25接口建議-X.25的第二層(數據鏈路層)

圖6.18HDLC幀結構國際性的通信協議--X.25接口建議-X.25的第二層(數據鏈路層)

圖6.18HDLC幀結構國際性的通信協議--X.25接口建議-X.25的第二層(數據鏈路層)

圖6.18HDLC幀結構

當在發送端用命令探詢對方的響應時，輪詢位P置“1”，當用于信息幀內則是請求一監示幀，它的響應可能表示接收方可以接受或認可，結束位F在監示響應幀內置“1”表示該幀是輪詢的結果。國際性的通信協議--X.25接口建議-X.25的第二層(數據鏈路層)

圖6.18HDLC幀結構X.25建議監示幀的控制字段除N(R)與上述相同外，第3、4位(SS)為監示功能字段，可以有三種組合，“00”表示接收準備就緒(RR)，即是已作好準備接收序號為N(R)的信息幀；“10”表示接收未準備就緒(NR)，表示正處于占用狀態；“01”表示拒絕(REJ)命令，則是由DCE或DTE用來申請對方重發以N(R)開始的信息幀。圖6.18HDLC幀結構X.25建議圖6.18HDLC幀結構（3）X.25第三層(分組層)國際性的通信協議--X.25接口建議-X.25第三層(分組層)分組F幀頭凈荷(數據)幀尾F分組頭I字段信息幀圖6.19X.25的分組與信息幀的關系對來自高層的消息進行分組，并在每組數據中增加標題后交給數據鏈路層。具體功能：·為每個呼叫用戶提供一個邏輯信道。·提供有效的分組傳輸、分組的確認和流量的控制。·提供永久電路(PVC)的連接和交換虛電路(SVC)的建立及拆除方法。·差錯控制。X.25的每個分組都通過鏈路層存放在信息幀的I字段中，如圖。6.2幀中繼(FR)技術

分組交換采用ITU-TX.25協議，其協議控制復雜，因為X.25網絡發展初期，網絡傳輸設施基本是借用了模擬電話線路，線路帶寬窄，且非常容易受噪聲的干擾，誤碼率很高。為了確保傳輸無差錯，X.25在每個節點都需要作大量的處理，逐段進行差錯控制、流量控制等，因此分組交換機的處理速度慢，在一個典型的X.25網絡中，分組在每個節點大約有30次左右的差錯檢查或其他處理步驟。幀中繼方式實質上也是分組通信的一種形式，只不過它將X.25分組網中分組交換機之間的恢復差錯，防止擁塞的處理過程進行了簡化，把差錯控制推到了網絡的邊緣。由于傳輸技術的發展，數據傳輸誤碼率大大降低，幀中繼將分組通信的三層協議簡化為兩層，大大縮短了處理時間，提高了效率。幀中繼是在OSI參考模型第二層的基礎上采用簡化協議傳送和交換數據的一種技術，由于第二層的數據單元為幀，故稱之為幀中繼。幀中繼一般只是應用于LAN之間的互連6.2.1幀中繼的技術特點與其他協議的比較（1）幀中繼技術主要用于傳送數據業務。最適于要求傳輸速率高，信息傳輸突發性大的各類LAN的通信。（2）幀中繼所使用的是邏輯連接，而不是物理連接，可實現帶寬的復用和動態分配。（3）幀中繼簡化了X.25的第三層協議，只剩了物理層和數據鏈路層。協議在幀中繼網中，一個節點收到一個幀時，大約只需執行6個檢測步驟，而X.25中約需執行22個步驟，提高了幀中繼網的處理效率。（4）在鏈路層完成統計時分復用、幀透明傳輸和差錯檢測；（5）幀中繼的用戶接入速率在64kb/s～2.048Mb/s之間，可提高到8～10Mbit／s，最高達到45Mbit/s。1．幀中繼的特點6.2.1幀中繼的技術特點與其他協議的比較（6）傳送的基本單元為幀，幀的長度是可變的，允許的最大長度為1609字節／幀，適合于封裝LAN的數據單元，適合傳送突發業務(如壓縮視頻業務等)。（7）幀中繼的網內節點檢錯不糾錯。網內節點檢測到差錯，就將出錯的幀丟棄，不采用重傳機制，減少了幀序號、流量控制、應答等開銷等，降低了網絡時延。（8）幀中繼采用了面向連接的工作方式，可提供PVC業務和SVC業務。目前主要采用PVC方式實現局域網的互連，如圖6.22所示。LAN：局域網PVC：永久虛電路FRA：幀組裝和拆分圖6.22PVC方式實現局域網的互連幀中繼(FR)概述OSI/分組交換、幀交換、幀中繼協議處理的示意圖(a)OSI協議層(b)X.25協議層(c)幀中繼協議層(d)TDM協議層圖6.23幀中繼協議模型與其他協議模型對照示意圖GSM是網絡制式,就是中國移動和中國聯通的2G網絡.中國移動的3G網絡制式是TD-SCDMA,聯通的3G網絡制式是WCDMA.中國電信的2G網絡是CDMA1X,3G網絡是CDMA2000TDM時分復用模式分組交換網、幀中繼網協議比較幀中繼一般只是應用于LAN之間的互連分組交換方式和幀中繼交換方式從源站到目的站傳送一幀信息,網絡各鏈路上的情況比較幀中繼的中間站只轉發幀而不發送確認幀，即中間站沒有逐段的鏈路控制，只有在目的站收到一幀后才向源站發回端到端的確認（不需要第3層）。

每一個節點在收到一幀后都要發回確認幀，而目的站在收到一幀后發回端到端的確認時，也要逐站進行確認。幀中繼在OSI第二層以簡化的方式傳送數據，僅完成物理層、鏈路層和核心層的功能，協議結構：6.2.2幀中繼的協議結構與幀格式1.協議結構智能化的終端設備把數據發送到鏈路層，并封裝在Q.922核心層的幀結構中，實施以幀為單位的信息傳送。幀不需要確認就能夠在每個交換機中直接通過，若網路檢查出錯誤幀，直接丟棄；第二、第三層的一些處理，如糾錯、重發、流量控制等留給智能終端去完成，簡化了節點機之間的處理過程。Q.922核心層的功能幀中繼的協議結構(1)幀定界、定位和透明性。(2)使用幀頭中地址字段進行幀復用／分用。(3)幀傳輸差錯檢測(但不糾錯)。（4）檢測傳輸幀在插0和去0后，是否整數個字節(5)檢測幀長，不能太長或太短。(6)擁塞控制功能。一個幀中繼幀也叫做Q.922HDLC（高級數據鏈路控制）幀，但現在一般都叫做LAPE（平衡型鏈路接入）幀，幀中繼幀的格式和HDLC幀的格式類似，其最主要的區別是沒有控制字段。2.幀格式幀中繼的幀格式各字段的作用:是一個獨特的01111110的比特序列，用于指示一個幀的起始和結束。數據鏈路連接標識符，用于標識永久虛電路(PVC)呼叫控制或管理信息。

反向顯式擁塞通知“l”指示接受者與該幀在相反方向傳輸的幀可能受網絡擁塞的影響而時延。正向顯式擁塞通知“1”表明與該幀在同方向傳輸的幀可能受網絡擁塞的影響而延時。丟棄指示

擴展地址命令/響應擴展地址6.2.3幀中繼業務的永久虛電路(PVC)

幀中繼的標準Q.922定義了幀中繼業務的永久虛電路(PVC).-----PVC是指在幀中繼用戶終端之間建立固定的虛電路連接，并在其中提供數據傳送服務。另一個標準Q.931定義了幀中繼業務的交換虛電路(SVC).SVC是指在兩個幀中繼用戶終端之間通過呼叫建立或清除交換虛電路。目前在網中只提供永久虛電路業務。用戶之間通過虛電路進行連接。在每一幀的幀頭中都包含虛電路——數據鏈路連接標識符(DLCI)，這是每一幀的地址信息。每一個幀中繼有PVC路由表，當幀進入網路時，幀中繼通過DLCI的地址信息識別幀的去向。DLCI不是指終點的地址，而是邏輯連接路段。DLCI數據鏈路連接標識符幀中繼采用統計復用技術，幀中繼業務的永久虛電路(PVC)舉例地址信息用戶A的信息被封裝在幀中進入節點機后，交換機首先識別到幀頭中的DLCI=a，然后在相應的路由表中找出a對應的下一段地址，將幀送往下一個節點機，如此循環往復。直至送到與用戶B相連的最后一個交換機，將地址映射為DLCI=b，從而把用戶A的信息送到用戶B。DLCI數據鏈路連接標識符幀中繼業務的永久虛電路(PVC)舉例幀中繼交換方式有兩種：DLCI數據鏈路連接標識符6.2.3幀中繼的交換原理√永久虛電路(PVC)方式交換虛電路(SVC)方式DLCI數據鏈路連接標識符6.2.3幀中繼的交換原理幀中繼方式取消了分組交換技術中的數據報方式，而僅采用虛電路方式，向用戶提供面向連接的數據鏈路層服務。幀中繼也采用統計復用技術，并用DLCI來標識來區別邏輯鏈路，即DLCI來標識符是每一幀的地址信息。當幀進入網路時，幀中繼通過DLCI值識別幀的去向。DLCI不標識目的地址，而是標識用戶和網絡節點以及節點與節點之間的邏輯虛連接(虛電路段)，由多段DLCI的級連構成端到端的虛連接(X.25中稱為虛電路)。1.幀的轉發過程DLCI數據鏈路連接標識符6.2.3幀中繼的交換原理每一個幀中繼交換機中都存在PVC轉發表，當幀進入網絡時，幀中繼通過DLCI值識別幀的去向。其基本原理與分組交換過程類似；所不同的是：幀中繼在鏈路層實現了網絡(線路和交換機)資源的統計復用，而分組交換(X.25)是在分組層實現統計時分復用的。

幀中繼中的虛連接是由各段的DLCI級連構成的，而X.25的虛電路是由多段LCN級連構成的。幀中繼網中幀的轉發過程舉例圖6.27幀中繼網中幀的轉發過程數據鏈路連接標識符(DLCI)6.2.4幀中繼用戶接入（1）幀中繼用戶接入設備幀中繼用戶接入設備是用戶家用設備，其種類繁多，可以是標準的幀中繼終端、幀中繼拆／裝設備、網橋或路由器等。（2）幀中繼網絡接口設備幀中繼業務是通過用戶設備和網絡接口設備之間的標準接口提供用戶信息的雙向透明傳送。網絡接口設備包括：MODEM、TDM、LT、PCM、數字設備等。1.幀中繼接入設備TDM時分復用模式6.2.4幀中繼用戶接入①X系列接口：如X.21接口、X.21bis接口等。②V系列接口：如V.35、V.36、V10、V.11、V24等。③G系列接口：如G.703，速率可為2Mbit／s、8Mbit／s、34Mbit／s或155Mbit／s等。④I系列接口：如支持ISDN基本速率接入的I.430接口和支持ISDN一次群速率接入的I.430接口等。幀中繼網用戶接入示意圖如圖6.28所示。2.用戶設備和網絡接口設備之間的物理接口規程TDM時分復用模式6.2.4幀中繼用戶接入圖2.28幀中繼網用戶接入示意圖時分復用器時分復用器NTI:用戶設備和ISDN交換系統接口LT:（2B+D）速率線路終接(LT)單元6.2.4幀中繼用戶接入圖2.28幀中繼網用戶接入示意圖

①二線／四線話帶調制解調傳輸方式：目前最高