第六章 分组交换技术(2015)

R
CPE A
DLCI 16
DLCI 30
注:FRS-帧中继交换机 CPE-中央处理机 R-路由器 从 CPE A 到 CPE B:DLCI 为 16,25,30,54 从 LAN A 到 LAN B:DLCI 为 32,26,45,31
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以太网技术
以太网技术••来自以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准以太网(10Mbit/s)、快速以太网(100Mbit/s) 和10G以太网，介质访问控制方式采用的是CSMA/CD技术。
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ATM交换原理
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ATM是面向连接的交换，其连接是逻辑连接，即虚连接。
ATM网络中，可以在物理链路上创建逻辑连接VP（Virtual Path，虚通路）和VC（Virtual Circuit ，虚信道）。
– – 一条物理链路上可以创建多条VP，每个VP可以采用复用方式容纳多个VC。 不同用户的信元通过不同的VP和VC传递。
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– – 低时延、较高吞吐量，灵活、动态的分配带宽，提供简单的标准化接口。 由用户设备与网络设备组成。
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帧中继工作原理
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以可变长帧为基础的数据传输网络。
网络核心功能：
– – – 在第二层上的虚电路多路复用； 链路层故障检测； 从一个节点将帧转发到另一个帧中继节点。 只具有有限的差错控制功能，在通信两端主机的数据链路层才具有完全的差错控制功能。
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ATM技术的特点
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ATM信元结构
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ATM信头格式
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GFC：一般流量控制 VPI/VCI：选路信息 PT：净荷类型 CLP：信元丢失优先级，CLP=1的信元在拥塞时首先丢弃 HEC：信头差错控制
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ATM协议参考模型
• ATM协议为4层结构
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ATM层次模型与OSI模型
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呼叫控制信令
–
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帧中继提供虚电路服务
帧中继交换机
路由器 路由器
帧中继网
局域网
局域网
虚电路
虚电路像一条专用电路 用户看不见帧中继网络内的帧中继交换机
虚电路
路由器
局域网
帧中继网
路由器
局域网
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帧中继的复用与寻址
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• •
帧中继采用统计复用技术，以“虚电路”(VC)机制为每一帧提供地址信息，每一条线路和每一个物 理端口可容纳许多虚电路，用户之间通过虚电路进行连接。
– –
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ATM技术
ATM传送模式
• ATM（异步转移/传递模式：Asynchronous Transmission Mode）
– – – – – 以分组传送模式为基础并融合了电路传送模式的优点发展而成的。 本质上是一种高速分组传送模式。 将话音、数据与图像等所有数字信息分解成长度固定信元。 “异步”指呼叫与时隙之间不对号入座，“见空就传”，统计时分复用。 能够最大限度地发挥电路交换与分组技术的特点，具有支持不同速率业务的灵活性。
第六章 分组交换技术
由NordriDesign提供

分组交换基本原理
概念
• 采用“存储-转发”的方式，把报文截成若干个比较短的、规格化了的“分组”进行传 输和交换。
– – 分组长度较短，具有统一的格式，便于在交换机中存储和处理。 分组由分组头和用户数据部分组成，分组头包含接收地址和控制信息。
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最短路径算法（Dijkstra）
表6.1是对图6.8进行求解的详细步骤：
最后就得出以节点1为最短通路树，如图6.9（a）所示，节点1内的路由表如图6.9 （b）所示。
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流量控制与拥塞控制
•
•
流量控制：限制进入分组网的分组数量。
– 在给定的发送端和接收端之间点对点通信量的控制。
拥塞控制：全局性过程，与流量控制关系密切。
• 检验分组报文头、提取分组标识、查路由选择表，确定出链路。
–
无表路由选择：随机路由选择、源站路由选择等。
• 适用于网络无法保持路由选择表的情况。
•
确定最佳路径
– 时间最短原则或费用最小原则。 能否根据网络状况的变化而动态调整：静态和动态。 工作的模式：集中与分布。
•
路由选择程序的分类
– –
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最短路由选择算法（Dijkstra）
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以太网的协议结构
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以太网系统组成
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以太网的一般特征
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共享型以太网与交换型以太网
• 共享型以太网：
– – 同一时刻只有一个站点与服务器通信。 覆盖范围和规模受限。 采用以太网交换机，独占端口，形成多个数据通道，没有数据冲突。 只要交换机端口空闲，就可以同时实现多对终端的通信。
•
交换型以太网：
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路由选择
• 工作原理
– 节点CPU对分组进行测试，识别目的地址，安排在正确的出线上，并进入相应的队列等待发送。
–
–
由节点选择正确的出线的过程被称作路由选择功能。
分组的延迟：排队时间、CPU处理时间和分组传输时间。
•
完成路由选择功能通常采用下面两种途径：
– 表控路由选择：每个节点存储并保持一张路由选择表，包括分组标识与出链路间的对应关系。
• • • 当检测到有误码时，节点要立即中止这次传输。 如果需要重传出错的帧，则由源站使用高层协议（而不是帧中继协议）请求重传该帧。 因此，仅当帧中继网络本身的误码率非常低时，帧中继技术才是可行的。
•
帧中继的差错控制功能：
–
•
拥塞控制
– – – 丢弃策略：当拥塞足够严重时，网络就要被迫将帧丢弃。 拥塞避免：在刚一出现轻微的拥塞迹象时用一些信令机制及时使拥塞避免过程开始工作。 拥塞恢复：在已出现拥塞时，拥塞恢复过程可阻止网络彻底崩溃。 与用户数据分开的另一个逻辑连接上传送的（即共路信令或带外信令）。
在每一帧的帧头中都包含虚电路号 (DLCI)，这是每一帧的地址信息。 DLCI只具有本地意义，它并非指终点的地址，而只是识别用户与网络间以及网络与网络间的逻辑连 接(虚电路段)。
FRS DLCI 45 31 FRS 26 DLCI 25 FRS LAN A R DLCI 32 FRS DLCI 54 CPE B FRS LAN B
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帧中继技术
帧中继的基本概念
•
•
在20世纪80年代后期，许多应用都迫切要求增加分组交换服务的速率，帧中继（FR ：Frame Relay) 就是一种支持高速交换的网络体系结构。
帧中继在X.25网基础上简化了网络层次结构，去掉了X.25网的第三层，在第二层上用虚电路技术传 送和交换数据，并把差错控制移到智能化的终端来处理，使网络节点的处理大大简化，提高了网络 对信息处理的效率，可提供64kbit/s~2Mbit/s的速率。
–
VP和VC通过虚路径标识符（Virtual Path Identifier，VPI）和虚通道标识符（Virtual Channel Identifier， VCI）来标识。
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VP、VC、VPI、VCI的理解
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VP交换
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VC交换
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ATM交换示意图
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ATM信元交换过程
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ATM技术小结
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分组的复用和传输方式
• 分组的复用
– – – – 使用统计时分复用信号。 子信道称为逻辑信道，逻辑信道号为传输线路的一种资源。 同一个用户，每次通信可分配不同的逻辑信道号。 可以提高线路传输的利用率，适合于突发或断续性的数据传输。 数据报方式
• • 属无连接方式。每一个分组都带有完整的目的站地址，独立地进行路由选择。 协议简单，不需要建立连接，分组到达终点后可能需重新排序，各分组的传输时延差别可能较大。
核心思想
– 利用共享的公共传输媒体。
–
从共享型以太网发展到交换型以太网，并出现了全双工以太网。
•
CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect）即带碰撞检测的载波监听 多路访问技术。
– – – – 监听媒体，如果空闲，则传输； 如果媒体忙，一直监听直到信道空闲，马上传输； 如果在传输过程中检测到冲突，则立即取消传输； 发生冲突以后，等待一段随机时间，然后再试图传输（重复第一步）。
•
分组的传输方式
–
–
虚电路方式
• • 传输数据前必须通过网络建立一条逻辑上的连接（称为虚电路），分组数据将通过该路径顺序到达终点 。 适用于数据量较大的通信，传输过程无需为每个分组选择路由，分组按顺序传送，在终点不需要重新排 序。
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数据通信系统构成
分组交换技术最适合传输数据。
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分组交换网
分组交换网是一个由分布在各地的数据终端设备、数据交换设备和数据传输链路所构 成的网络，在网络协议的支持下，实现数据终端间的数据传输和交换。