第8章帧中继

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帧中继设计思想非常简单,将X.25协议规定的网 络节点之间、网络节点和用户设备之间每段链路上的 数据差错重传控制推到网络边缘的终端来执行,网络 只进行差错检查,从而简化了节点机之间的处理过程
第8章 帧中继与DDN
8.1.2 帧中继的参考模型 以X.25为代表的分组数据转发从源点到终点的每
一步都要进行大量的处理,在每一节点都要对数据信 息进行存储和处理,建立帧头、帧尾,并检查数据信 息是否有误码。与X.25相反,帧中继只使用物理层和 数据链路层的一部分执行它的交换功能。
标志 F
地址 A
信息帧 I
校验序列 FCS
标志 F
图8.4 帧中继的帧结构图
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帧中继的帧由4个字段组成:标志字段F、地址字段 A、信息字段I和帧校验序列字段FCS。各字段内容及作 用如下:
(1) 标志字段F是一个特殊的比特组01111110,它 的作用是标志一帧的开始和结束。
(2) 地址字段A的主要用途是标识同一通路上的不 同数据链路的连接。它的长度默认为2字节,可以扩展 到3或4字节。在地址字段里通常包含地址字段扩展比 特EA、命令/响应指示比特C/R、帧丢弃指示比特DE、 前向显式拥塞通知比特FECN、后向显式拥塞通知比特 BECN、数据链路连接标识符DLCI,以及DLCI扩展/控制 指示比特D/C。
C/R EA(0)
DLCI
FECN BECN DE EA(0)
DLCI
EA(0)
低 位 DLCI
D/C EA(1)
(c)
(c) 4
(b) 3
(a) 2
字 节 地 址 字 段图 ;
帧 字中 节继 地地 址址 字字 段段 ;格
式 字 节 地 址 字 段
8.5
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8.2.2 帧中继相关协议 1.DL-core协议功能 DL-core协议用以支持帧中继数据传送,其功能十分
从图8.1中可以看到,采用TDM技术的电路交换方 式仅完成物理层的功能,而X.25协议完成低三层的功 能。
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应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
OSI 参 考 模 型
物理层 TDM 模 型
网络层 数据链路层
物理层
数据链路层核心 物理层
X.25 模 型
帧中继模型
8.3 帧 中 继 网 络
8.3.1 网络组成
国家骨干网 省内网
骨干枢纽节点; 省内网节点; 骨干节点; 本地网节点; 按需设置的直达电
本地网
图8.7 帧中继网络组织
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1.国家骨干网 国家骨干网由各省省会城市、直辖市的节点组成, 覆盖全国共31个节点。目前采用不完全网状结构,随着 业务的不断发展及线路情况的改善,国家骨干网的结构 可逐渐过渡为完全网状结构。
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高层协议 (SVC 呼 叫 控 制 ) (LMI 管 理 协 议 )
高层协议 (SVC 呼 叫 控 制 ) (LMI 管 理 协 议 )
DL-control DL-core
DL-control DL-core
物理层
物理层 帧中继数据传送协议
图8.6 帧中继信令协议结构
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国家骨干网提供国内长途电路和国际电路,其节点 应具备以下主要功能:
(1) 汇接功能; (2) 帧中继PVC业务功能; (3) 网络间接口(NNI)功能; (4) 动态分配带宽功能; (5) 拥塞管理功能。
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2.省内网 省内网由设置在省内地市的节点组成,节点之间 采用不完全网状连接。
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8.2 帧 中 继 协 议
8.2.1 帧结构 帧中继承载业务使用数据链路核心协议(DL-core)
作 为 数 据 链 路 层 协 议 , 并 透 明 地 传 递 LAPF(Link Access Procedures to Frame Mode Bearer Services)中数据链路核心子层的用户数据。它在数据 链路层传输的帧结构如图8.4所示。
控制平面:用于帧方式承载业务的控制平面类似 于电路交换中的共路信令,其中控制信息使用的是独 立的逻辑通道。在数据链路层,使用具有差错控制和 流量控制的LAPD协议,通过D通道提供用户和网络之间 的可靠数据链路控制服务。这种数据链路业务用于 Q.933控制信令信息的交换。
用户平面:用于端用户之间信息传输的用户平面 协议是LAPF,其中帧中继只使用了它的核心功能,在 用户之间提供了单纯的数据链路层的帧传输服务(没有 差错控制和流量控制)。
X.25交换沿着分组传输路径,每段都有严格的差错 控制机制,网络协议处理负担很重,而且为了重发差错, 发送出去的分组在尚未证实之前必须在节点中暂存。帧 中继则十分简单,各节点无须差错处理功能,数据帧发 送后无须保存。
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源终端
存储
第三层 (网 络 层 )
加分组封装
选路
选路
第二层 (数 链 层 )
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8.1 帧中继技术 8.2 帧中继协议 8.3 帧中继网络 8.4 数字数据网 8.5 DDN网络及应用 思考题
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8.1 帧 中 继 技 术
8.1.1 帧中继技术的发展背景 和电路交换相比分组交换技术在降低通信成本、提
高通信的可靠性和灵活性方面的巨大成功,随着技术的 进步,分组交换网的性能也在不断提高,数据分组通过 交换机的传输时延从几百毫秒减少到几毫秒。
② 源点控制策略:网络中节点机将后向传送的帧 的BECN比特置“1”进行传送,以通知其他节点机直至 虚电路源点用户终端,使其降低信息传送速率,以缓 解拥塞状态。
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(2) 拥塞恢复策略。拥塞恢复策略是指在网络发生 严重拥塞的情况下,为减少数据流量,以减轻拥塞, 使网络恢复到正常状态的策略。网络内节点机除采用 源点或终点控制策略发出拥塞通知外,还要将DE比特 置“1”的帧丢弃。
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(3) 信息字段I包含的是用户数据,可以是任意的 比特序列,其长度必须是整数个字节。
(4) 帧校验序列FCS字段是一个16 bit的序列,用 以检测数据传输过程中的差错。
帧中继的帧结构和HDLC帧有两点重要的不同: 一、帧不带序号,其原因是帧中继不要求接收证实, 也就没有纠错和流量控制功能; 二、没有监视(S)帧,因为帧中继的控制信令使用专 用通道(DLCI=0)传送。
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2) 用户平面和控制平面的分离
控制平面 用户平面
Q.931/Q.933用 户 可 选 择 的功能
LAPD LAPF 核 心
物理层
用户侧
用户平面 控制平面 Q.931/Q.933
LAPD LAPF 核 心
物理层 网络侧
图8.3 帧中继用户网络接口协议体系结构
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2.LMI管理协议 帧中继为计算机用户提供高速数据通道,因此帧 中继网提供的多为PVC连接。任何一对用户之间的虚 电路连接都是由网络管理功能预先定义的,如果数据 链路出现故障,LMI管理协议负责将故障状态的变化 及PVC的调整通知用户。
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3.呼叫控制协议 呼叫控制协议的功能是建立和释放SVC。SVC呼 叫控制协议和LMI管理协议均属高层信令协议。协议 消息在DLCI=0的专用信令链路上传送,协议结构如图 8.6所示。其中数据链路层协议为LAPF,即除了DLcore外还包括DL-control(数字链路控制协议)。在帧中 继网络边缘的端系统才会有DL-control实体,用来建 立和释放用户平面上的数据链路层连接。
简单。主要包括: ① 帧定界、定位和透明传送; ② 利用DLCI进行帧复用和分路; ③ 检验帧不超长、不过短,且为8 bit的整数倍; ④ 利用FCS检错,如发现有错,则丢弃; ⑤ 利用FECN和BECN通知被叫用户和主叫用户网络 发生拥塞; ⑥ 利用DE位实现帧优先级控制。
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(3) 终端拥塞管理。终端拥塞管理是指用户终端在 接收到拥塞通知后,降低其数据信息以提交速率的管 理。这样在减轻网络负荷的同时,也可以减少自己传 送信息帧的丢失,从而提高了信息的传输效率。
下面讨论拥塞策略
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1) 帧中继拥塞控制的目标与方法 ITU-T的建议书I.370定义的帧中继的拥塞控制的目 标如下: (1) 使帧的丢弃最少; (2) 以高的概率和小的方差维持一个商定的服务质量 (3) 在各个用户之间公平地分配网络资源; (4) 限制拥塞向其他网络和这些网络中的元素扩散的 速率; (5) 对帧中继网络中其他系统的交互和影响最小; (6) 在发生拥塞时,对每一条帧中继连接来说,服务 质量的变化最小。例如,在发生拥塞时,个别的逻辑连 接服务质量不应突然变坏。
省内网提供省内长途电路和出入省的电路。省内 网节点负责汇接从属于它的本地网的业务,转接省内 节点间的业务,同时可提供用户接入业务,其主要功 能如下:
(1) 汇接功能; (2) 帧中继PVC业务功能; (3) 用户网络接口功能; (4) 动态分配带宽的功能; (5) 拥塞管理功能。
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图8.1 协议参考模型比较示意图
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8.1.3 帧中继技术的特点
1) 数据传送阶段协议大为简化
X.25协议包括OSI模型的低三层,其数据传送单元 为分组,分组的寻址和选路由第三层通过逻辑信道号 (LCN)完成。帧中继协议只包含OSI模型的最低二层,而 且第二层只保留其核心功能,称为数据链路核心协议。 其传送数据单元为帧,帧的寻址和选路由第二层通过数 据链路连接标识(DLCI)完成。
3.本地网 在省内城市、地区、县等可根据需求组建本地网, 由本地的节点采用不完全网状连接。本地网负责转接 本地网节点间的业务,提供用户接入业务,其节点功 能与省内网节点功能一样。
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8.3.2 帧中继的网络管理 帧中继的网络管理可分为带宽管理、PVC管理和
拥塞管理等。 1) 带宽管理 因为帧中继实现了带宽资源的动态分配,在某些
用户不传送数据时,允许其他用户占用其带宽,所以 必须对全网的带宽进行控制和管理。通过为用户分配 带宽控制参数来进行管理。
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2) PVC管理 永久虚电路(PVC)管理指在接口间交换一些询问 和状态信息帧,以使双方了解对方的PVC状态情况。 PVC管理包括用于用户网络接口(UNI)的PVC管理 协议和用于网络间接口(NNI)的PVC管理协议。 其主要内容有接口是否依然有效、各PVC当前的 状态和PVC的增加或删除等。
但随着ISDN的提出,人们对数据通信的速率及实时 性提出了更高的要求,而原有的建立在模拟通信网上的 分组交换网能力几乎已达到极限,因此,人们又研究新 的分组交换技术以适应新的传输和交换的要求。
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20世纪80年代以来,计算机终端的智能化和处理 能力不断提高,使得端系统完全有能力完成原来由分 组网络所完成的功能。例如,端系统可以进行差错纠 正等。此外,分布在不同地域的局域网(LAN)之间的互 连成为实际的需要。针对这些问题以及高性能光纤传 输媒体的大量使用的事实,提出了新的快速分组传输 处理技术——帧中继。
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3) 拥塞管理 (1) 拥塞控制策略。在网络发生轻微拥塞的情况下, 为防止网络性能的进一步恶化,使网络恢复正常运行 状态,而采取拥塞控制,包括终点控制和源点控制。
① 终点控制策略:网络中节点机将前向传送帧的 FECN比特置“1”,以传送拥塞通知,虚电路终点的用 户终端应采取相应措施,以缓解拥塞状态。
加帧封装
去帧封装 加帧封装
差错控制
去帧封装 差错控制
暂存
暂存
选路
第一层 (物 理 层 )
源终端
(a) 目的终端
目的终端 去分组封装
第二层 (数 链 层 )
加帧封装 选 路
选路
选 路 去帧封装
第一层 (物 理 层 )
图8.2 X.25和帧中(继b) 的分层协议功能
(a) X.25的分层协议功能;(b) 帧中继的分层协议功能
第8 8章 帧7 中继与6DDN 5
高 位 DLCI 低 位 DLCI
4 FECN
3 BECN
2 C/R DE
1 EA(0) EA(1)
(a)
8
7
6
5
4
3
2
1
高 位 DLCI
C/R EA(0)
DLCI 低 位 DLCI
FECN BECN DE EA(0) D/C EA(1)
(b)
ห้องสมุดไป่ตู้
8
7
6
5
4
3
2
1
高 位 DLCI
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