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5第5章 分组交换技术newppt

发布时间:2019-06-19 20:39 来源:未知 编辑:admin

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  第5章 分组交换原理与技术 5.1 分组交换原理 5.1.1 分组交换的基本概念 5.1.2 统计时分复用 5.1.3 逻辑信道 5.1.4 虚电路与数据报 分组交换的产生 电路交换的特点: 带宽固定 同步和对称性 没有差错控制 5.1.1 分组交换基本概念 分组交换也叫包交换,它是以分组为信息单位,以存储/转发方式在网络中传递信息的交换方式。 基本思想: 将用户信息分割成小的数据块—分组(Packet) 分组具有统一格式,包含用于控制和选路信息 各分组以“存储转发”的方式在网络中传递。 分组的形成 来自终端的用户数据可能是很长的报文,需要将该报文拆分成若干段,并加上分组头,组成一个完整的分组(packet)。 5.1.1 分组交换基本概念 基本概念 统计时分复用(也称为异步时分复用) 异步的含义是指可变的,不固定的。 在给用户分配资源时,不像同步时分那样固定分配,而是按需动态分配。只有在用户有数据传送时才给它分配资源,因此线路的利用率更高。 工作原理 技术特征 动态地分配信道时隙和资源,线路利用率较高。 附加时延。多个用户同时传送数据时,需要竞争排队,引起排队时延。 数据丢失。若缓冲器溢出,则导致数据丢失。 在统计复用线上 如何区分各用户的数据信息呢? 基本概念 在统计时分复用中,对各用户的数据使用标记进行区分。这样,在一条共享的物理线路上,就形成了逻辑上分离的多个子信道。这种子信道称为逻辑信道,用逻辑信道号(LCN)标识。 逻辑信道号由逻辑信道群号及群内逻辑信道号组成,二者统称为逻辑信道号。 逻辑信道的形成过程 逻辑信道的特点 逻辑信道与呼叫一一对应。 逻辑信道只具有局部含义。 逻辑信道号是一种客观存在。 分组交换网的服务 虚电路服务:提供面向连接的信息传送。 数据报服务:提供无连接的信息传送。 虚电路服务 所谓虚电路服务,是指用户在数据传送之前通过网络建立一条端到端的逻辑上的虚连接。 虚电路工作示意图 虚电路与逻辑信道 虚电路服务 交换式虚电路(SVC 永久虚电路(PVC 数据报服务 虚电路和数据报的比较 第5章 分组交换原理与技术 为每个呼叫建立一个逻辑信道;并通过逻辑信道号(LCN)来区分与每个呼叫用户有关的分组; 提供SVC和PVC连接; 为每个呼叫连接提供有效的分组传输,包括顺序编号、分组的确认、流量控制; 监测并恢复分组层差错。 第5章 分组交换原理与技术 5.3路由选择Routing 5.3.1基本概念 5.3.2常见的路由选择算法 固定型算法 洪泛法 固定路由表算法 自适应路由选择 最短路径算法 在分组网中,路由选择就是在呼叫建立过程中,在多条路由中选择一条较好的路由。获得较好路由的方法称为路由算法。 所谓较好的路由,就是应该使报文通过网络的平均时延较短,并具有平衡网内业务量的作用。路由选择问题不只是考虑最短的路由,还要考虑通信资源的综合利用,以及网络结构变化的适应能力,从而使全网的业务通过量最大。 选择路由方法应考虑的问题: 路由选择准则 路由选择协议 路由选择算法 常见的路由选择算法 固定型算法 洪泛法 固定路由表算法 自适应路由选择 最短路径算法 由RAND公司提出,用于军用分组网。 基本思想:当节点交换机收到一个分组后,只要该分组的目的地址不是其本身,就将该分组转发到全部(或部分)邻接节点。 完全洪泛法:除了输入分组的那条链路之外,向所有输出链路同时转发分组。 选择洪泛法:仅在满足某些事先规定条件的链路上转发分组。 优点:简单,不需要路由表,可靠性很高。 缺点:会产生大量的无效负荷,导致网络拥塞。一般只用在可靠性要求特别高的军事通信网中。 静态路由算法中最常用的一种。每个节点的路由表在系统配置时生成,表中给出该节点到达其他各目的节点经由路径的下一节点。 算法简单,适用于网络拓扑结构和业务量相对稳定的情况。但难以适应网络拓扑和状态的变化,一旦被选路由故障,就会影响信息的正常传送。 自适应路由选择是指路由选择随网络状况的变化而改变。事实上在所有的分组网中,都使用了某种形式的自适应路由选择技术。 ① 从用户的角度来看,自适应路由选择策略能够提高网络的性能。 ② 自适应路由选择策略趋向于平衡负荷,有助于拥塞控制,能够延迟严重拥塞事件的发生。 第5章 分组交换原理与技术 一、流量控制 分组交换网中各节点交换机的处理能力和线路的传输容量有限,但用户终端发送分组的时间和数量是随机的。 如果不对数据流进行控制,可能造成网内数据流分布不均匀,部分节点和线路的流量超过其处理能力或传输容量,造成网络阻塞。严重时,分组在网络中无法传送,不断被丢弃,源节点无法发送新的数据,目的节点也收不到分组,造成死锁。因此需要进行流量控制。 防止由于网络和用户过载而导致吞吐量下降和传送时延增加 。 避免网络死锁 。 网络及用户之间的速率匹配。 流量控制的方法 滑动窗口 缓冲区预约法 许可证法 滑动窗口 缓冲区预约法 用于源节点到目的节点之间的流量控制。 源节点在发送数据之前,要为每个报文在目的节点预约缓冲区,只有目的节点有缓冲区时,源节点才可发送。在预约的缓冲区用完后,要等接收节点再次分配缓冲区后,才能继续发送数据。 许可证法 适用于DTE到网络源节点之间的流量控制。 设置一定数量的“许可证”在网中随机地巡回游动,终端向网络发送分组时,必须向源节点申请以获得许可证。得到许可证后,将许可证和数据分组一起传送,到达终点后,交出许可证,使它重新在网内游动,以便其他终端使用。 二、拥塞控制 拥塞控制是一个全局性的过程,涉及到所有的终端和节点,以及降低网络传输性能的所有因素。 拥塞控制方法: 从拥塞节点向源节点发送控制分组 根据路由选择信息调整新分组的产生速率 利用端到端的探测分组控制拥塞 节点在分组经过时添加拥塞指示信息 网络主要的性能指标 吞吐量(服务的数量) 好的流量控制可以使更多的通信量流入网络。 平均时延(服务的质量) 好的路由选择可以使网络的平均时延较低。 第5章 分组交换原理与技术 5.5 帧 中 继 5.5.1帧中继概述 5.5.2帧中继的交换操作 5.5.3带宽管理与拥塞控制 1、帧中继的产生 (1)X.25协议功能重复,效率不高 (2)数字通信和光纤通信技术的发展 (3)计算机技术的发展 简化协议→加快转发 →快速分组交换:帧中继 Frame Relay 与信元中继 Cell Relay 。 2、FR的协议结构 2、FR的协议结构 3、帧结构 4、技术特点 数据传送协议大大简化 只包含OSI模型的下二层,而且第二层只保留其核心功能 用户平面与控制平面分离 控制平面指的是信令信息的处理、传送和管理,信令用于逻辑连接的建立和拆除。 用户平面负责端到端的用户数据传送。 帧中继是面向连接的网络,提供虚电路服务。包括PVC和SVC。 虚电路用DLCI标识,DLCI号仅具有本地意义。 根据节点转发表进行交换。 为保证带宽资源在用户间的合理分配,网络必须对每个连接上传送的用户数据进行监控,即带宽管理。 帧中继网络中,为了简化协议,提高节点的处理和转发速度,将流量控制和差错控制交由终端的高层协议完成。但这样可能使网络出现拥塞,因此要采取措施尽量减少拥塞的出现。 带宽管理参数 承诺时间间隔Tc——对连接上的用户数据量进行监视的时间间隔。 承诺的信息速率CIR——正常情况下,网络向用户承诺的数据传送速率,它是Tc时间段内的平均值。 承诺的突发信息量Bc——正常情况下,在Tc时间段内允许用户传送的最大数据量。 超量突发信息量Be——正常情况下,在Tc时间段内网络能够给用户传送的超过Bc的最大数据量。 带宽管理策略 管控过程 如果在时间Tc内监测到连接上的信息量≤Bc,说明用户速率小于CIR,网络应继续转发这些帧。 如果Bc≤监测到连接上的信息量≤Bc+Be,则说明用户速率已超过CIR,但仍在约定的范围内,网络将Be部分的帧DE置为1后进行转发。 如果监测到连接上的信息量≥Bc+Be,说明用户已严重违约,则网络丢弃超过Bc+Be部分的所有帧。 第5章 分组交换原理与技术 5.6.1 N-ISDN与B-ISDN 问题: 什么是ATM? 5.6.1 N-ISDN与B-ISDN 5.6.1 N-ISDN与B-ISDN 5.6.1 N-ISDN与B-ISDN ATM技术特点: (1)ATM是统计时分复用技术 (2)ATM分组(信元)长度固定、短小 (3)ATM支持多业务传输 (4)ATM是面向连接的传输技术。 5.6.1 N-ISDN与B-ISDN 5.6.1 N-ISDN与B-ISDN 5.6.2 ATM技术基础 异步 分组交换(按需分配带宽) 信元就是分组 各信元不需要严格按照一定的规律出现 传递模式 传输 复用 交换 5.6.2 ATM技术基础 5.6.2 ATM技术基础 不同速度 可变速率 5.6.2 ATM技术基础 Why 53 Bytes? ITU-T Study Group XVIII in June 1989 一般流量控制(GFC:4) 虚通路标识符(VPI:8/12)和虚信道标识符(VCI:16) 净荷类型(PT:3) 信元丢失优先级(CLP:1) 头标差错控制(HEC:8) 5.6.2 ATM技术基础 虚通路连接 VP 虚信道连接 VC 5.6.2 ATM技术基础 VPI/VCI: 信元的逻辑路由地址 VPI:虚通路标志 VCI: 虚信道标志 存在两种类型的连接: VCC: VC Connection 虚信道连接 VPC: VP Connection 虚通路连接 5.6.2 ATM技术基础 在一个给定的接口,复用在一条链路上的许多不同的 VP,用它们的 VPI 来识别。 复用在一个 VP 中的不同的 VC,用它们的 VCI 来识别。 在一个给定的接口上,属于两个不同的VP的两个VC,可具有相同的VCI。 5.6.2 ATM技术基础 信道与通路 5.6.2 ATM技术基础 5.6.2 ATM技术基础 VPC VP虚连接 由一串VPL VP链路 连接而成 每一VPL由一个VPI表示 本地含义 VCC VC虚连接 由一串VCL VC链路 连接而成 每一个VCL由一个VCI表示 本地含义 5.6.2 ATM技术基础 5.6.2 ATM技术基础 5.6.2 ATM技术基础 5.6.3 ATM协议模型 物理层 媒体相关子层 比特 传输汇聚子层 传输帧 ATM层 信元 : ATM适配层 应用分组 SAR子层 分段和重装 汇聚子层 满足高层应用的其它需要 用户平面 用户数据交换 高层解析 控制平面 信令协议 高层解析 管理平面 层管理和面管理 逐层解析 5.6.3 ATM协议模型 功能:信元编码及透明传输 包括: -物理媒体相关子层 PMD 供电、操作 -传输会聚子层 TC 5.6.3 ATM协议模型 5.6.3 ATM协议模型 光纤 同轴电缆 双绞线Mb/s CMI编码的同轴电缆 100~200米 NRZ编码的单模光纤 800~2000米 全双工的622.08Mb/s NRZ编码的单模光纤 不平衡速率 上行:155.52Mb/s 下行:622.08Mb/s 传输帧的适配 信元装入帧 信元定界:状态机 扰码和HEC HEC的生成与检验 信元速率解耦 空信元的插入和提取,信头为0/0/0/1/52,内容为0xa6。 逐比特校验寻找信元头 ?次正确进入同步状态 ?次错误进入失步寻找状态 ? 和?是可选参数 接收/发送,信元的复用和分路 交换机内部路由 信元地址翻译 信元头的处理 流量的控制 GFC 通用流量控制 仅在UNI上使用 PTI:表示静荷信息类型,如用户数据是否经过拥 塞、OAM信元类型等。 CLP-0:网络发生拥塞时该信元不能丢弃; 1:网络发生拥塞时候丢弃该信元。 负载类型指示PTI AAL 信元丢失优先级CLP AAL 信头差错控制HEC 物理层 ATM层提供的只是一般意义的信元传送能力,为了使ATM能够承载不同业务,并具有端到端的差错控制能力,在ATM系统中增加了业务适配层(AAL层)。 AAL层实际上是增强ATM的数据传输能力,以适应各种通信业务的要求。 定时关系 时间透明性 比特率 固定的或可变的 连接模式 实时业务和数据量比较大的通信过程 短消息的传送 A类业务(AAL1): 源和目的之间需要定时; 比特率固定; 面向连接; B类业务 AAL2 : 源和目的之间需要定时; 比特率可变; 面向连接; D类业务 AAL5 : 源和目的之间不需要定时关系; 比特率可变; 无连接; C类业务 AAL3/4 : 源和目的之间不需要定时关系; 比特率可变; 面向连接; ATM交换: 从任意输入端口(入线)的任意一条ATM逻辑信道到任意输出端口(出线)的任意ATM逻辑信道的信息交换。 ATM逻辑信道: VPI VCI 入线信息交换到出线 —— 路由; 将输入VPI/VCI的值转换为输出VPI/VCI的值——信头转换; 缓冲(排队、调度) 基本功能:从串行比特流(帧结构)中恢复出信元。 输入侧:从串行比特流(帧结构)中恢复出信元 物理层功能: 光电转换; 数字比特流恢复; 信元定界; 速率解耦; 净荷解扰; ATM层功能: 信头有效性检查; 区分信令信元、用户信元还是OAM信元,并作相应处理; 输出侧: HEC的产生; 用户信元、OAM信元和信令信元的混合; 信元速率适配; 传输帧的生成; 电光信号转换 由处理机和多种控制软件构成,主要包含呼叫控制软件和操作管理维护(OAM)软件,负责信元交换控制、信令处理、呼叫管理、性能监测和数据统计等。 交换容量: 定义:所有输入端口信息速率的总和; 交换时延/时延抖动: 10-100us/几百us; 信元丢失率/信元误插率: 10e-8/10e-11; 阻塞: 连接阻塞 传输阻塞:内部阻塞和外部阻塞(输出阻塞) 时分交换结构:各接口以时分复用的方式共享一条 通信媒体。 根据媒体不同,可分为共享总线和共享存储器两种。 交换容量由共享媒体的访问速率决定; 时延和信元丢失率由缓冲队列长度决定; 容易实现广播和组播; 空分交换结构:输入和输出端口之间有一组通路,这些通路并行工作使不同输入端口的信元可以同时由交换单元传送 。 空分交换结构一般采用多级互联网络结构(MIN),其中最著名的就是Clos网络和Banyan网络。 构造规则:假设要构造一个三级N×N(N r*n 交换机, 第一级:r个n×k基本交换单元; 第二级:k个r×r基本交换单元; 第三级:r个k×n基本交换单元, 且第二级的每个交换单元的输入端口和输出端口分别与第一级交换单元的输出端口和第三级交换单元的输入端口均有且仅有一条连接; 无阻塞条件:如果满足k≥2n-1,则该Clos网络是无阻塞的。 输入排队 输出排队 中央排队 为了解决出线竞争,一个理想的采用输出缓冲的无阻塞交换结构最好使得每个出端能够同时接收所有入端发来的信元。这就是说,当入线数为N,考虑到最不利情况,每个出端在一个时隙中最多应可接收N个信元。要做到这一点,就要提高处理速度和存储器的访问速度。 优点:无排队阻塞 缺点:存贮器速度要求高,利用率低 存储器为所有输入端口和输出端口共用,从各个输入到达的信元通过复用器被复用成单一的输入信元流而写入共享存储器,在存储器内部划分为若干个队列,每个队列对应于一个输出端口,在写入时,应按照各个信元的目的端口写入相应的队列,在写入的同时,按顺序从各个输出队列读出队首的信元而形成输出的信元流,经分路后传送到各个输出端口。 优点:存储器器利用率高,降低存贮器容量 缺点:中央队列管理复杂 保护网络 保护用户 优化网络资源和效率 连接接纳控制(CAC) 用户/网络参数控制(UPC/NPC) 业务流整形(Traffic Shaping:GCRA 选择性信元丢弃 :CLP 显示拥塞指示:OAM 本节小结 前半部分主要介绍了ATM网络的基本技术,对ATM网络各层及功能进行了比较深入的分析。然后介绍ATM交换的基本原理和ATM交换机基本组成、宽带业务对ATM交换机的要求、组成ATM交换结构的四种基本交换单元和ATM交换结构。ATM交换是ATM网络的核心技术。 习题与思考题 5.1统计时分复用和同步时分复用的区别是什么?哪个更适合于数据通信?为什么? 5.2什么是逻辑信道?什么是虚电路?二者有何区别和联系?试从多个方面比较虚电路和数据报这两种数据传送方式的优缺点。 5.3比较电路交换的电路和分组交换中的虚电路的不同点。如何理解“虚”的概念? 5.4假设有3个用户终端采用统计时分复用的方式共享一条线 kb/s,求每个用户可能的最大传送速率。 5.5X.25的链路层和分组层都设有流量控制,两者有何区别?仅在链路层设置流量控制行不行? 5.6试比较帧中继和X.25在技术特征、业务特征和网络性能方面的异同。 5.7帧中继是如何处理流量控制的? 习题与思考题 5.8 HDLC帧分为哪几种类型?各自的作用是什么? 5.1 帧中继在哪些方面对X.25协议进行了简化? 5.10什么是ATM?具有哪些技术特征?B-ISDN与ATM有何关系? 5.11ATM信元结构是怎样的?信元首部包含哪些字段?各有何作用? 5.12 简要说明VP交换和VC交换。 5.13 ATM的协议参考模型包含哪3个平面?它们的作用是什么? 5.14说明ATM的物理层、ATM层和AAL层的作用。ATM适配层是位于ATM交换机中还是位于ATM端系统中,支持哪些业务? 5.15 ATM网络信令有哪几种? 典型业务: 可变比特率图象及音频业务等 VTOA; 5.6.3 ATM协议模型 典型业务: 交换型多兆比特率的数据业务SMDS; IP业务; 5.6.3 ATM协议模型 典型业务: SNA; 帧中继等; 5.6.3 ATM协议模型 5.6.4 ATM交换机 ATM交换的本质 ATM交换的基本功能 5.6.4 ATM交换机 接口单元 处理机控制部分 接口单元 接口单元 接口单元 . 信元传送部分 控制部分 1 1 N N ATM 交 换 结 构 ATM交换机功能模型 5.6.4 ATM交换机 ATM交换机示意图 5.6.4 ATM交换机 Cell Cell Cell 交换结构 处理机控制部分 5.6.4 ATM交换机 交换机接口单元 接口功能 5.6.4 ATM交换机 接口功能 5.6.4 ATM交换机 控制部分 5.6.4 ATM交换机 交换机性能参数 5.6.4 ATM交换机 ATM交换结构 时分 空分 共享存储器 共享媒体 单通路 多通路 crossbar Banyan 扩展banyan Clos 交换结构 5.6.4 ATM交换机 时分交换结构 5.6.4 ATM交换机 共享存贮器 复用 分路 12 … N 12 … N 共享存储器控制 共享存贮器交换结构 5.6.4 ATM交换机 共享存贮器 复用 12 … N 分路 12 … N 地址链表 1 输 入 控 制 输 出 控 制 信元 信元 弹出 写地址 压入 读地址 输出队列 2 N 存贮器地址+信头 选路控制 一种共享存贮器交换结构 5.6.4 ATM交换机 共享存贮器 复用 12 … N 分路 12 … N 地址链表 1 输 入 控 制 输 出 控 制 信元 信元 弹出 写地址 压入 读地址 输出队列 2 N 选路控制 一种共享存贮器交换结构 5.6.4 ATM交换机 时分交换结构特点 5.6.4 ATM交换机 空分交换结构 5.6.4 ATM交换机 Clos网络 5.6.4 ATM交换机 r k r 这里N 4,r 2, n 2,k 3, 满足k 2n-1; 总的交叉节点数为:2×3×2 + 2×2×3 + 3×2×2 36 如果构造一个4×4的交叉矩阵,则节点数为4×4 16 36 1 2 3 4 1 2 3 4 k n r r k n Clos网络 5.6.4 ATM交换机 缓冲机制 5.6.4 ATM交换机 … … 1 2 N 1 2 N 输入缓冲是在交换结构的每条入线上设置缓冲器,通常遵循FIFO规则。 N 2 1 2 输入排队 IQ 5.6.4 ATM交换机 排头阻塞现象 HOL:head-of-Line Blocking 所谓排头阻塞现象,是指在发生出线竞争时,排列在竞争中失败的信元(处于排头位置)之后的去向空闲出线的信元也不能传送的现象。 优点:存贮器速度要求低; 缺点:利用率低 输入排队 IQ 5.6.4 ATM交换机 交换结构 … … 1 N 1 N 输出缓冲是在每条出线上设置缓冲器。 输出排队 OQ 5.6.4 ATM交换机 输出排队 OQ 5.6.4 ATM交换机 中央排队 CQ 中央队列 复用 分路 12 … N 12 … N 中央排队结构 5.6.4 ATM交换机 中央排队 CQ 5.6.4 ATM交换机 三种缓冲技术对比 5.6.4 ATM交换机 5.6.4 ATM流量与拥塞控制 ATM网络流量控制和拥塞控制目的 ATM网络流量控制和拥塞控制措施 预防拥塞 减少拥塞 实现技术 5.6.4 ATM流量与拥塞控制 信头 :在UNI上为GFC 在NNI上为VPI 1 2 3 4 5 6- 53 8 4 1* GFC/VPI* VPI VPI VCI VCI VCI PTI CLP HEC 净荷 ATM信元格式: 64 + 5 32 + 4 48 + 5 5.6.2 ATM技术基础 ATM信头的功能: 5.6.2 ATM技术基础 ATM连接类型 传输链路 虚通路 VPx VPz VPy VCx VCx VCy VCz VCz VCy VCy VCx 虚信道 连接与信道 连接与信道 VP/VC交换示意图 VP/VC交换 Connection Table Port VPI/VCI Port VPI/VCI 1 0/37 3 0/76 1 0/42 5 0/52 2 0/37 6 0/22 2 0/78 4 0/88 37 42 37 78 76 52 22 88 1 2 3 4 5 6 Video Data Voice Video Data Voice Video Data Voice Video Video Video ATM交换过程 VP VC应用举例 端点A通过ATM交换机 X, Y 和 Z 与端点B建立了一条逻辑连接 ATM 网络 A B 交 换 机 X 交 换 机 Y 交 换 机 Z 1 2 1 2 3 2 3 4 3 4 1 4 端口 VPI/VCI 端口 VPI/VCI 4 3/17 2 9/35 3/17 42/55 6/35 9/35 交换机 X 的 VPI/VCI 转换表 交换机 Y 的 VPI/VCI 转换表 交换机 Z 的 VPI/VCI 转换表 端口 VPI/VCI 端口 VPI/VCI 1 9/35 4 6/35 端口 VPI/VCI 端口 VPI/VCI 4 6/35 2 42/55 5.6.2 ATM技术基础 面管理 层管理 控制面 用户面 高层 高层 ATM适配层 ATM层 物理层 ATM协议参考模型 Data Cell Video Cell Voice Cell 5.6.3 ATM协议模型 ATM System Architecture ATM技术各层功能 5.6.3 ATM协议模型 5.6.3 ATM协议模型 不同平面的功能 信元流 PMD 物理电气/光规范编码 … … … 封装: 加传输开销 加控制信息 TC 物理层PHY功能示意图 物理媒体相关子层(比特流的收发 5.6.3 ATM协议模型 ITU I.432 物理层速率 5.6.3 ATM协议模型 传输会聚子层功能(传输帧??信元流) 0 0 0 0x52 1 0xA6 。。。。 0xA6 信元头 静荷 空闲信元结构 5.6.3 ATM协议模型 5.6.3 ATM协议模型 定界方式(Self-Supporting ) ATM层协议功能简述: 5.6.3 ATM协议模型 5.6.3 ATM协议模型 通用流量控制: PTI 和 CLP的作用: 5.6.3 ATM协议模型 5.6.3 ATM协议模型 越层处理 ATM适配层功能: 5.6.3 ATM协议模型 业务的分类标准 5.6.3 ATM协议模型 四种业务类型 5.6.3 ATM协议模型 典型业务: 电路仿真; 恒定比特率的图象业务; 5.6.3 ATM协议模型 5.4流量控制与拥塞控制 用于端到端的流量控制。 5.4流量控制与拥塞控制 5.4流量控制与拥塞控制 流量控制是指发送端和接收端之间的点对点通信量控制,主要解决快速发送与慢速接收的问题,是局部的,一般基于反馈机制进行控制。 当通信量超过一定限度时,网络性能降低,这种现象就叫拥塞。拥塞的本质是荷载超过了网络的承受能力。 5.4流量控制与拥塞控制 5.4流量控制与拥塞控制 5.4流量控制与拥塞控制 分组交换原理 5.1 X.25建议 5.2 路由选择 5.3 流量控制与拥塞控制 5.4 帧中继技术 5.5 ATM交换技术 5.6 5.5.1 帧中继概述 5.5.1 帧中继概述 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层 OSI参考模型 物理层 TDM模型 物理层 数据链路层 网络层 X.25模型 物理层 链路层核心 FR模型 物理层:X.21、V、G、I系列接口。 数据链路层:HDLC的简化版本(DL-core),去掉了差错控制和流量控制字段。 核心链路层功能: — 帧定界、定位和透明性; — 使用帧头地址字段完成链路的复用/解复用; — 帧传输差错检测 但不纠错 ; — 检测帧在插“0”前和删“0”后是否由整数个字节构成; — 检测帧长是否正确; — 拥塞控制。 标志和FCS字段:同X.25。 DLCI:数据链路连接标识(10比特),对应一个逻辑信道,具有局部意义。 DLCI 0用于信令和管理功能。 C/R:命令/响应指示位。 EA:扩展地址指示位。EA 0表示还有下一个字节 标志 地址 信息 FCS 标志 DLCI(6) C/R EA DLCI(4) FECN BECN DE EA 第1字节 第2字节 5.5.2 帧中继的交换操作 1 2 3 DCLI:124 DCLI:121 DCLI:041 DCLI:112 192 1 167 2 367 3 167 2 112 3 124 1 041 2 121 1 DLCI 接口 DLCI 接口 输出 输入 5.5.2 帧中继的交换操作 5.5.3 带宽管理与拥塞控制 5.5.3 带宽管理与拥塞控制 5.5.3 带宽管理与拥塞控制 5.5.3 带宽管理与拥塞控制 帧中继拥塞控制采用拥塞回避和丢弃两种办法: 拥塞回避 网络显式地告知发送方和接收方拥塞出现的情况,发送者据此调整发送的速率,避免拥塞。 后向显式拥塞通知(BECN):提示发送方网络出现拥塞。 前向显式拥塞通知(FECN):提示接收方网络出现拥塞。 丢弃 如用户不响应拥塞提示,网络就丢弃帧。 5.5.3 拥塞控制 作 业 4.X.25数据链路启用时通过发送置异步平衡模式(SABM)建立,试说明“异步”和“平衡”的含义。 X.25链路层和分组层都具有流量控制功能,二者有何区别?仅在链路层设置流量控制行不行? 帧中继与X.25的主要区别是什么?FR虚电路是如何建立的?FR如何实现流量控制? 分组交换原理 5.1 X.25建议 5.2 路由选择 5.3 流量控制与拥塞控制 5.4 帧中继技术 5.5 ATM交换技术 5.6 设想 70年代 铜线 电路交换 分组交换 ISDN不成功 诸网并存 单一网络 ISDN N-ISDN 带宽受限 技术适应性差 不完全综合 80年代 适合不同业务的信息传递技术 90年代后期 单一网络 B-ISDN 线路带宽 和质量大 大提高 解决了传输媒体问题 ATM 宽带IP网 光纤 普及 快速分组交换 ATM与IP的竞争: Services Technology Marketing 服务商 客户 IP 设备商 IP on Everything Everything Over IP ATM ATM=Another Technical Mistake? ATM的定义: 分组交换的信息格式 短小、定长的53字节 传统分组交换 ATM ATM的分组——信元 虚连接 信头标签的方式 与地址的不同 面向连接的通信方式 5.6.2 ATM技术基础 统计时分复用 定义不同的适配层 ATM通过定义不同的适配层来满足不同业务对传输性能的要求。 ATM层提供的只是一般意义的定长数据传送能力。 无编号(U)帧:用于控制链路的建立与断开。 帧拒绝、响应帧 FRMR 5 无编号确认、响应帧 UA 4 已断链状态 、响应帧 DM 3 断开(断链)、命令帧 DISC 2 置异步平衡模式(建链)、命令帧 SABM 1 功能 类型 序号 控制字段比特 8 7 6 5 4 3 2 1 信息(I)帧 N(R) P N(S) 0 监控(S)帧 N(R) P/F SS 0 1 无编号(U)帧 MMM P/F MM 1 1 5.2.3 X.25的链路层 P/F:探询(poll)/最终(final)位,用于构成两个复合站之间的问答关系。 作用: (1)P 1,令对端立即响应并告之状态。 (2)F区分收到的响应帧是主动报告还是对本端命令的响应(F 0、1)。 控制字段比特 8 7 6 5 4 3 2 1 信息(I)帧 N(R) P N(S) 0 监控(S)帧 N(R) P/F SS 0 1 无编号(U)帧 MMM P/F MM 1 1 5.2.3 X.25的链路层 1.链路的建立与端开 DTE A DCE B B,SABM,P B,DISC,P B,UA,F B,UA,F 发送和接收分组层数据(封装在I帧中)并用S帧进行流量控制和差错控制 U帧 链路建立 I 帧 数据传输与控制 U 帧 链路断开 B,DM 5.2.3 X.25的链路层 2. 差错校正和流量控制 (1)差错校正:肯定/否定证实、重发纠错。 (2)流量控制:滑动窗口技术与监控帧配合。 3. 链路复位 任意一方收到协议出错或帧拒绝(FRMR,将使链路恢复初始状态,两端发送的I帧和S帧N(S)和N(R)值恢复为0。 5.2.3 X.25的链路层 由于X.25的数据链路层只支持点到点的接入配置,因此其网络层的功能相当简单,其基本功能是利用数据链路层提供的可靠传送服务,完成虚呼叫的分组数据通信。 DCE DCE DTE DTE 分组层范围(端到端) 链路层范围 链路层范围 X.25网络 5.2.4 X.25的分组层 5.2.4 X.25的分组层 (1)分组层的功能 逻辑信道和虚电路的区别:虚电路是DTE与DTE之间端到端的连接,逻辑信道只是虚电路在用户接入段上的一个子信道。 为避免DTE和DCE分配LCN发生冲突,DTE从大到小分配,DCE从小到大分配。 (2)虚电路与逻辑信道 X.25分配的逻辑信道号:0 ~ 4096 终端A到进程1的虚电路:63、99、10? 终端B到进程2的虚电路:62、98、11 7 5 3 1 P A D A B 节 点3 节 点1 节 点2 D C E P A D LCN 63 LCN 62 LCN 99 LCN 98 LCN 10 1 2 3 进程 LCN 11 2 9 (2)虚电路与逻辑信道 分组层SVC与数据链路的建立和断开不同。DTE初始启动时,SVC建立步骤: (1)在DTE与DCE之间建立数据链路; (2)在本地与远端DTE之间建立虚电路; (3)在两个DTE之间传输数据; (4)释放虚电路; (5)断开数据链路。 (3)分组层的操作 (3)分组层的操作 呼叫建立过程 呼叫请求 建立 入呼叫 呼叫连接 接受 呼叫连接 DTE1 主叫 DCE DCE DTE2 (被叫) X.25 X.25 LCN/253 建立 LCN/10 接授 LCN/253 LCN/10 (3)分组层的操作 呼叫清除过程 呼叫清楚 清除 清除 清除指示 清除证实 证实 证实 清除证实 DTE1 主叫 DCE DCE DTE2 被叫 X.25 X.25 流量控制和差错控制:在分组层 流量控制和差错控制:在链路层 DCE DCE DTE DTE 分组层流控(端到端) 链路层流控 链路层流控 X.25网络 5.2.4 X.25的分组层 (1)流量控制 数据链路层流量控制采用滑动窗口技术,控制窗口尺寸k( 1≤k≤7 ),其值表示最多可以发送多少个未被证实的信息帧。 k值的选定取决于物理链路的传播时延和传送速率,应保证在连续发送k个I帧之后能收到对第1个I帧的证实。 一种更为直接的控制方法是利用监控帧RNR、RR或REJ帧实现流量控制。 5.2.4 X.25的分组层 DTE DCE B,I(0,0) B,I(1,0) B,I(2,0) 窗口满停止发送 窗口上沿3→6 B,RR(1) B,RR(4) 恢复发送 窗口上沿6→7 A,RNR(4) 窗口上沿2→3 B,I(3,0) B,I(4,0) 对端忙停止发送 A,RR(5) B,I(5,0) B,I(6,0) 流量控制过程 K 3 5.2.4 X.25的分组层 0 1 2 3 4 5 6 7 (2)差错控制 数据链路层的控制采用肯定/否定证实、重发纠错(ARQ)。 发现非法帧或出错帧均予以丢弃;发现非期望接收序号的帧即帧号失序,则发送REJ帧通知对端重发。发送端在超时未收到肯定证实时,将自动重发。 5.2.4 X.25的分组层 分组交换原理 5.1 X.25建议 5.2 路由选择 5.3 流量控制与拥塞控制 5.4 帧中继技术 5.5 ATM交换技术 5.6 4.1节 路由器 PORTAL 网络 网络 网络 网络 网络 网络 网络 网络 网络 网络 CSP 网络 A B 5.3.1 基本概念 5.3.1 基本概念 即以什么参数作为路由选择的基本依据,可以分为两类:以路由所经过的跳数为准则或以链路的状态为准则。 依据路由选择准则,在相关节点之间进行路由信息的收集和发布的规程和方法称为路由协议。 即如何获得一个准则参数最小的路由。可由网络中心统一计算,然后发送到各个节点(集中式),也可由各节点根据自己的路由信息进行计算(分布式)。 5.3.1 基本概念 5.3.2路由选择算法 固定型算法——洪泛法(Flooding) 固定型算法——洪泛法(Flooding) 固定型算法——固定路由表算法 固定型算法——固定路由表算法 1 2 3 6 5 4 DTE A DTE B 1 3 2 4 6 5 -- 3 2 4 4 3 1 3 2 4 6 5 1 1 2 -- 6 5 节点1路由表 c 节点4路由表 a b 自适应路由算法(Adaptive Routing) 分组交换原理 5.1 X.25建议 5.2 路由选择 5.3 流量控制与拥塞控制 5.4 帧中继技术 5.5 ATM交换技术 5.6 5.4流量控制与拥塞控制 5.4 流量控制与拥塞控制 问题: 为什么要进行流量控制? 不加控制 理想 加控制 理想 不加控制 加控制 死锁 负荷 分组时延 吞吐量 负荷 吞吐量与输入负载的关系 分组时延与输入负载的关系 5.4 流量控制与拥塞控制 问题: 为什么要进行流量控制? ·分组时延 理想 加控制 不加控制 理想 不加控制 加控制 死锁 负荷 吞吐量 负荷 流量控制的层次 接入级 段级 沿到沿 端到端 5.4流量控制与拥塞控制 * 《现代交换原理与技术 》 理工大学通信工程学院 * 分组交换原理 5.1 X.25建议 5.2 路由选择 5.3 流量控制与拥塞控制 5.4 帧中继技术 5.5 ATM交换技术 5.6 数据通信的业务特征: 突发性(可变比特率) 异步和非对称性 差错敏感性 报文交换的特点: 存储转发 异步和非对称性 时延大(可变比特率) 采用分组交换的通信网称为分组交换网。 用户报文 分组头 用户数据 5.1.1 分组交换基本概念 交换节点A 交换节点B 交换节点C 分组1 分组交换过程 分组2 分组3 分组4 分组5 分组1 分组2 分组3 分组4 分组5 传播时延 发送时延 处理与排队时延 5.1.2 统计时分复用 缓冲器 缓冲器 1 b1 c1 b2 b3 c2 c3 2 c1 b1 b2 1 b3 2 5.1.2 统计时分复用 缓冲器 c2 c3 5.1.2 统计时分复用 5.1.2 统计时分复用 缓冲器 缓冲器 1 b1 c1 b2 b3 c2 c3 2 c1 b1 b2 1 b3 2 缓冲器 c2 c3 5.1.3 逻辑信道 终端 255 254 201 计算机 进程 进程 进程 … … 复用器 逻辑信道 255 254 201 5.1.3 逻辑信道 A B C 5.1.3 逻辑信道 5.1.4 虚电路与数据报 DTE DCE PSE PSE DCE DCE PSE DTE-数据终端设备 DCE-数据电路终结设备 PSE-分组交换设备 实电路? 5.1.4 虚电路与数据报 虚电路和实电路有何区别? 节点1 节点2 节点3 节点5 节点4 终端A 终端C 终端D 终端B 5.1.4 虚电路与数据报 节点1 节点2 节点3 节点5 节点4 终端A 终端C 终端D 终端B LCN 99 LCN 10 LCN 50 LCN 30 LCN 15 LCN 60 LCN 75 LCN 100 5.1.4 虚电路与数据报 LCN 30 5.1.4 虚电路与数据报 节点1 节点2 节点3 节点4 终端A 终端B a b c a b c a c b a b c 5.1.4 虚电路与数据报 由主机负责 由通信子网负责 流量控制 由主机负责 由通信子网负责 差错处理 到目的站时可能与发送顺序不同 总是按发送顺序到达目的站 分组顺序 丢失分组,但可经由其它路由 经由故障点的虚电路均中断 节点出故障 每个分组独立选择路由 在虚电路建立时进行,所有分组均按同一路由传送 路由选择 每个分组都含有目的地址 仅在连接建立时使用,建链后,分组使用虚电路号 目的地址 不需要 必须有 建链过程 数据报 虚电路 比较项目 5.1.4 虚电路与数据报 分组交换原理 5.1 X.25建议 5.2 路由选择 5.3 流量控制与拥塞控制 5.4 帧中继技术 5.5 ATM交换技术 5.6 X.25是ITU-T制定的公用分组网接口规范。 X.25是在传输介质质量较差,对数据通信速率要求不高的历史背景下产生的,因此含有复杂的差错控制和流量控制措施,速率不高,适于广域网。 5.2 X.25建议 5.2.1 X.25的提出 5.2.2 X.25分层协议结构 物理层 数据 链路层 分组层 帧层协议 物理层协议 高层协议 X.25 分组层协议 物理接口 DTE DCE 与远程DTE之间的高层协议 物理层 数据 链路层 分组层 (1)物理层 定义传输媒体的机械、电气、功能和规程特性。 典型协议: X.21建议和V系列建议。 (2)数据链路层 同步、差错控制、流量控制、链路状态报告。 典型协议:LAPB,为HDLC的子集。 (3)分组层 相当于OSI的网络层,支持多个逻辑信道,实现通信能力和资源的按需分配。 5.2.2 X.25分层协议结构 HDLC是ISO定义的面向比特的数据链路控制协议的总称。 HDLC定义了三种类型的站(Station)、两种链路配置及三种数据传送模式。 5.2.3 X.25的链路层 HDLC支持两种链路配置: 非平衡配置:点到点或点到多点 平衡配置:点到点 主站 次站 命令 响应 主站 次站 命令 响应 次站 复合站 命令 响应 复合站 非平衡配置 平衡配置 5.2.3 X.25的链路层 三种传送模式: ① 正常响应方式(NRM):适用于非平衡配置。 ② 异步平衡方式(ABM):适用于平衡配置。 ③ 异步响应方式(ARM):适用于非平衡配置。 LAPB采用平衡配置方式,用于点到点链路,采用异步平衡方式来传送数据。 5.2.3 X.25的链路层 标志字段(F):帧开始和结束(01111110)。 地址字段:X.25采用两个链路层地址,标识DTE(A:00000001)和DCE(B:00000011)。 注意:DTE链路层地址与DTE网络层地址的区别。 5.2.3 X.25的链路层 帧格式 标志F 地址 字段A 控制字段C 信息字段I 检验序列FCS 标志F 8bits 8bits 8 or 16 bits 16 or 32 bits 8bits 长度可变 帧头 帧尾 控制字段:区分帧类型和流量控制,分为三种类型:信息帧(I帧)、监控帧(S帧)和无编号帧(U帧)。 I-帧:用户数据 S-帧:空 U-帧:控制数据 5.2.3 X.25的链路层 帧格式 标志F 地址 字段A 控制字段C 信息字段I 检验序列FCS 标志F 8bits 8bits 8 or 16 bits 16 or 32 bits 8bits 长度可变 信息(I)帧:传送上层交付的分组; 监控(S)帧:帧层的差错控制和流量控制,保证信息帧的可靠传送。 监控帧的3种类型(由SS两个比特区分): 接收就绪(RR) 接收未就绪(RNR) 拒绝帧(REJ) 控制字段比特 8 7 6 5 4 3 2 1 信息(I)帧 N(R) P N(S) 0 监控(S)帧 N(R) P/F SS 0 1 无编号(U)帧 MMM P/F MM 1 1 5.2.3 X.25的链路层 * 《现代交换原理与技术 》 理工大学通信工程学院

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