通信概论之：分组交换、帧中继技术和ATM

• 2、进行数据库查询，开展信息服务
– 新华社、物价局、统计局信息中心；
• 3、进行本系统的实时业务处理
– 网上订票、异地储蓄
• 4、利用分组网接入CHINANET
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城 域 连 接
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CHINAPAC网络示意
建设银行证券组网示意图
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第二部分、帧中继主要内容
• 一、帧中继技术的产生 • 二、帧中继的技术特征 • 三、帧中继的主要特点
• 接口之间转换
– 由于分组网以Ｘ.25协议向用户提供标准接口， 因此凡是不符合此协议的设备进网，网络都提 供协议转换功能，使不同码型、不同协议的终 端能互相通信。
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4、信息传输时延小
• 与报文交换比较
– 由于以分组为单位在网络中进行存储转发，比 以报文为单位进行存储转发的报文交换时延要 小得多，因此能满足会话型通信对实时性的要 求。
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一、分组通信基本概念
• • • • • • 1、电路交换基本思想 2、电路交换主要特点 3、分组交换基本概念 4、虚电路的基本概念 5、分组交换标准 6、分组交换过程中错误控制
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1、电路交换
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2、电路交换的特点
• 主要优点：
– 信息传输时延小。 – 电路是“透明”的。 – 信息传送的吞吐量大。
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1、我国第一个分组交换网络
• 第一个分组网
– 1988年建立，1989年正式投入运行。
• 第二个分组网
– 1993年初建立了规模更大、性能更优的公用分 组交换数据网CHINAPAC， – 1993年9月正式向社会开放业务。
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CHINAPAC网络示意
汇接中心之间采用完全 网状结构，其它节点采 用不完全网状结构，
• 适用范围：
– 两个用户的通信比较频繁、通信量较大的场合。
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4、新业务功能
• FAX S&F
– 利用分组交换网的通信平台，为电话网上的传 真用户提供高速、优质、经济、安全的传真服 务。
• EDI：
– 电子数据互换；
• Videotex：
– 可视图文；
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三、分组通信终端设备
• 1、支持的用户入网协议 • 2、接入分组网的终端类型
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2、CHINAPAC为两级结构
• 骨干网覆盖面
– 30个省会级城市、直辖市，共33个节点；
• 出入口局
– 北京、上海－国际，广州－港澳；
• 汇接中心
– 北京、上海、沈阳、武汉、成都、西安、广州 及南京。
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CHINAPAC通信能力
• 中继电路：
– 64k～2M；
• 节点吞吐量：
– 可达3200～6400分组/秒，每秒可处理250次呼 叫。
是一种利用数字系统的低误码率和高传输 速率的特点，为用户提供质量更高的快速 分组交换服务，是一种用于连接计算机系 统的面向分组的通信方法。它主要用在公 共或专用网上的局域网互联以及广域网连 接。
第三讲：
分组交换、帧中继和ATM
业务网：为疏通各种不同类型电信业务所形成的网络
传输链路 （用户线） （传输网） 传输链路（中继线） 传输链路 （用户线） 用户A 交换机 用户B 交换机 用户C 传输链路 （用户线） 用户D
物理网
支 撑 管 理 网
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第一部分、分组交换
• • • • • • 一、分组通信概念 二、分组通信业务 三、分组通信终端设备 四、分组通信的特点 五、我国分组交换的历史 六、分组通信的应用
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分组交换数据帧格式
目标/ 同步 校验 同步 源地 类型 帧号 数据 头 序列 头 址 1字节 8字节 1字节 4字节 N字节 2字节 1字节
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帧 标志 地址 控制 信息 PCS 标志
（链路控制字段 顺序号，ACK， NAK，流量控制， 链路地址）
分组
分组头部 用户有效负载与上层来的头部 （网络接口控制字段 顺序号，ACK，NAK， 流量控制， 逻辑信道号）
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非分组终端（续）
• 执行其他协议的终端
– 如IBM的SDLC、BSC协议的主机和终端。
• 接入要求
– 如非分组终端进分组网必须经过分组装拆设备 (PAD) 进行协议转换，变成 X.25 的标准协议统 一进网。
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3、用户终端入网方式
租用专线 电话拨号入网
至省分组网 X.25终端
DTU DDN 网 DDN DTU
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一、帧中继的产生
• • • • 1、帧中继产生的背景 2、帧中继的原理 3、帧中继协议 4、帧中继的节点
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1、用户需求的变化
• 业务数据
– 局域网、分布式数据库、实时文件存取的发展， 传输流量呈现突发性。传统的分组交换网，不 能满足大数据量、突发性低时延的要求。
• 传输费用
– 分组交换的费用比较贵。
• 其他建议的协议：
– POS 销售点业务和异步轮询接口协议。
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2、接入分组网的终端类型
• 分组型终端 • 非分组终端 • 其它非分组终端
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分组型终端
• 定义
– 支持X.25协议的终端设备
• 特点
– 可通过一条物理线路与网络连接，而在这条物 理线路上可建立多条虚电路，即分组终端可同 时与多个用户进行对话。
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5、线路利用率高
• 虚电路wenku.baidu.com术
– 在分组交换中，由于采用了“虚电路”技术， 使得在一条物理线路上可同时提供多条信息通 路,即实现了线路的统计时分复用。 – 类似于多个浏览器同时共享一条物理链路。
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6、经济性能好
• 与距离无关
– 分组交换的传输费用与距离无关，不论用户是 在同城使用，还是跨省使用，均按同一个单价 来计算。
• 原因2：多条出入链路
– 由于分组交换机至少与另外两个交换机相连接， 因此，当网内某一交换机或中继线发生故障时， 分组能自动避开故障地点，选择另一条迂回路 由传输，不会造成通信中断。
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3、不同类型终端间的通信
• 不同速率之间
– 分组交换网对传送的数据能够进行存储转发， 使不同速率的终端可以互相通信。
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1、基本业务—数据报方式
数据报（Datagram）：
面向无连接的数据传输，被传输的分组称 为数据报。在数据报传输方式中，把每个 报文分组都作为独立的信息单位传送，与 前后的分组无关，数据报每经过一个中继 节点时，都要进行路由选择。
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数据报方式
• 基本概念
– 每一帧都有完整的地址，独立地进行选路，不 同分组可以沿不同地路径。
• 主要缺点：
– 带宽固定，网络资源利用率较低。 – 数字专线，成本较高。
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3、分组交换定义
• 分组形成：
– 将用户数据按一定长度分割成若干个数据段， 加上控制信息和地址标识。
• 传输交换：
– 分组进入交换机后，只在存储器中短暂停留进 行排队和处理，一旦确定新路由就很快传输到 下一个交换机或用户终端。
• 系统扩容
– 1995年底，这8个汇接局都配置了性能更高的 交换机，从而使中继速率将达到34M，处理能 力更进一步提高。
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3、区域分组交换
• 区域网络
– 如辽宁、山东、广西、广东等省（区）的分组 网已覆盖到县。
• 1995年底：
– CHINAPAC已覆盖到全国所有县的90%。同时随 着骨干网二期扩容工作的完成，全网的端口容 量将达到9万个左右。CHINAPAC以其庞大的网 络规模，满足我国各界客户的需求。
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6、交换过程中错误控制
• 采用CRC校验
– 如果发现错误，则要求重新传输； – 超过规定次数，则终止本次通信；
• 中转处理
– 每次中转都要进行检测，然后重新组帧再传 输
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二、分组通信业务
• • • • 1、基本业务—数据报方式 2、基本业务—交换虚电路 3、基本业务—永久虚电路 4、新业务功能
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4、CHINAPAC扩充与完善
• 扩充与完善
– 在规模不断扩大、性能不断完善的同时，也与 现有的公用电话网、用户电报网及低速数据网、 VSAT等网络相连，以达到资源共享，性能互补， 使客户通过方便的接入手段享受高质量的网络 服务。
• 国际联网
– 与美国、日本、法国、加拿大、意大利、德国、 韩国、香港等23个国家和地区的44个公用分组 网相连。
– 分组型终端 – 非分组终端 – 其他非分组终端
• 3、用户终端入网方式
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1、支持的用户入网协议
• 对于同步方式：
– X.25和X.32，X.32协议用于拨号入分组网；
• 对于异步方式：
– X.28协议(专线及拨号两种方式入分组网)；
• 对于IBM环境：
– SNA/SDLC、令牌环及BSC 3270 DSP；
• 设备举例：
– 带有X.25软硬件的主机、专用X.25终端和分组/ 装拆设备(PAD)。
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非分组终端
• 定义
– 对于那些执行非X.25协议的终端统称为非分组 式终端。
• 异步字符式终端
– 它们需要在每个字符的首尾加“起”比特和 “止”比特，用以实现接收和发送之间的同步， 而字符与字符间的间隙可以任意长，因此称为 异步。
• 分组还原：
– 到了目的地，交换机将分组头去掉，将分割的 数据段按顺序装好，还原成发端的文件交给收 端用户。
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分组通信示意图
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分组交换示意图
DTE：数据终端设备 DCE：数据连接设备
PSE：分组交换 PAD: 分组/拆解
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4、虚电路的基本概念 虚电路（Virtual Circuit）：
分组发送前，在源主机与目标主机之间各 个中继节点建立发送路由，再进行分组的 传输，所有分组都是按发送顺序到达目标 主机，路由在逻辑连接期间都是固定的。
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DTE A 呼叫请求
DCE A 网 络
DCE B
DTE B
入呼叫 呼叫接收
呼叫接通 数据 数据 数据 数据
呼叫请求 释放指示 释放确认 释放确认
图 3-6 虚电路的建立和清除
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3、基本业务—永久虚电路
• 永久虚电路：
– 在两个客户之间建立固定的通路。
• 建立方式
– 由网络管理中心预先根据客户需求而设定，因 此在客户使用中，只有数据传送阶段，而无呼 叫建立和拆线阶段。
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虚电路的基本概念
虚电路： 逻辑连接通道
虚电路是面向连接的数据传输，工作过程类似于电 路交换，不同之处在于此时的电路是虚拟的。
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5、分组交换标准
• 1974年
– ITU－T发布了X.25标准
• 1976、78、80、84年做了修改； • 1988年做了一次大改。 • 采用STDM，
– 专门为数据通信设计的接口规范
分组 交换机 远程集中器
Modem 分组拆装设备
主机
网
异步终端 异步终端
Modem
Modem
X.25终端
PSTN
异步终端
Modem
分组拆装设备PAD
网络管理 中心
X.25终端
分组交换网示意图
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四、分组交换的特点
• • • • • • 1、信息传输质量高 2、网络可靠性高 3、不同类型终端间的互通 4、信息传输时延小 5、线路利用率高 6、经济性能好
• 与时间无关
– 所需费用仅与使用的时间及传输的信息量有关。 因此，分组网为用户提供了经济实惠的信息传 输手段。
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五、我国分组交换的历史
• • • • • 1、我国第一个分组交换网络 2、CHINAPAC为两级结构 3、区域分组交换 4、CHINAPAC的扩充与完善 5、CHINAPAC推动数据通信发展
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1、信息传输质量高
• 差错控制措施：
– 在节点交换机之间，在用户线上都采用了差错 控制措施。
• 差错控制效果：
– 误码率降低10-4以上。在传输电路的误码率为 10-5的情况下，分组网内全程的误码率为10-10以 下。
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2、网络可靠性高
• 原因1：动态路由
– 在分组交换网中，“分组”在网络中传送时的 路由选择是采取动态路由算法，即每个分组可 以自由选择传送途径，由交换机计算出一个最 佳路径。
• 不符合ISDN
– ISDN保持用户信息和信令分离的模型。
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传输线路和智能终端
• 传输质量提高
– 随着数字和光纤通信的迅速普及，信道的误码 率已经大大降低，通信协议没有必要复杂的差 错控制协议。
• 终端智能化
– 使得终端用户设备完全有能力管理通信的可靠 性。
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• 帧中继（Frame Relay）
• 主要特点
– 传输协议简单 – 不需要建立连接 – 顺序可能与发送端不一致 – 各分组的时延差别较大
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2、基本业务—交换虚电路
• 交换虚电路：
– 建立像打电话一样，按主叫用户的要求临时在 两个客户之间建立虚电路。
• 建立过程（三个阶段）：
– 呼叫建立、数据传送和拆线阶段。
• 适用范围：
– 数据传送量小、随机性强的场合。
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5、推动数据通信发展
• 1993年底
– 1704户
• 1995年7月底
– 17913户，1年半增长10倍。
• 2008年七月
– 人口的17 % ，约2.4亿。 – 由此不难看出，它正以其不可抗拒的魅力吸引 着国内外各界客户。
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六、分组交换的应用
• 1、组建本系统的管理信息网
– 大公司内部管理系统