数据培训基础教程第2章X25分组交换网技术DOCWord格式文档下载.docx
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固定分配资源的方法存在着传输带宽资源不能充分利用的缺点，分给某个用户的带宽资源即使空闲也不能给其他用户使用。
⑵动态分配资源法：
为了克服固定分配资源方法存在的缺点，可以采用按需分配的方法，即当用户需要发送数据时才分配给它线路传输资源，不发送数据时不分配线路传输资源，线路的资源可以为其它用户所使用，这种方法叫做动态分配资源方法，也称作统计时分复用。
它的特点是可以充分利用线路传输资源，提高线路的利用率。
2.分组的形成
分组交换也称包交换，它是将用户传送的数据划分成一定的长度，每个部分叫做一个分组。
在每个分组的前面加上一个分组头，用以指明该分组发往何地址，然后由交换机根据每个分组的地址标志，将他们转发至目的地，这一过程称为分组交换。
进行分组交换的通信网称为分组交换网。
由此可见，分组交换的最小信息单元是分组，我们将要发送的信息，按照一定的长度分割成一个个分组（PACKET），每一个分组中包含了一个分组头，将分组传送的控制信息放在分组头中，这样就形成了分组。
分组头的长度为3个字节,用户数据的长度通常为128字节。
图2.1是分组的形成。
图2.1分组的形成
3.分组的传输和交换
分组交换就是在每个分组的前面加上一个分组头，用以指明该分组发往何地址，再将分组装配成帧的格式（加上帧头和帧尾），将分组在线路上传输，然后在网络中以“存储一转发”的方式进行传送。
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。
分组通过网络到达终点的实现方法有两种，它们是虚电路和数据报。
·
虚电路方式:
就是在用户数据传送前先要通过发送呼叫请求分组建立端到端之间的虚电路；
一旦虚电路建立后，属于同一呼叫的数据分组均沿着这一虚电路传送，最后通过呼叫清除分组来拆除虚电路。
虚电路不同于电路交换中的物理连接，而是逻辑连接。
虚电路并不独占线路，在一条物理线路上可以同时建立多个虚电路，也就是建立多个逻辑连接，以达到资源共享。
但是从另一方面看，虽然只是逻辑连接，毕竟也需要建立连接，因此不论是物理连接还是逻辑连接，都是面向连接（CO：
ConnectionOriented）的方式。
虚电路有两种：
交换虚电路（SVC：
SwitchedVirtualCircuit）和永久虚电路（PVC：
PermanentVirtualCircuit）。
前述通过用户发送呼叫请求分组来建立虚电路的方式称为SVC。
如果应用户预约，由网络运营者为之建立固定的虚电路，就不需要在呼叫时临时建立虚电路，而可直接进入数据传送阶段，称之为PVC。
数据报方式：
不需要预先建立逻辑连接，而是按照每个分组头中的目的地址对各个分组独立进行选路。
由于不需要建立连接，称为无连接（CL：
ConnectionLess）方式。
1984年以后的CCITTX.25建议已取消了数据报方式。
4.路由选择
由于数据业务具有高度突发性，且统计复用传输资源，因此在运行中，网络各部分的负荷分布会有很大的波动，合理选择分组路由，不但可以迅速而可靠地把分组传送到目的地，而且可以保证现有其他数据呼叫的性能不受影响。
分组能够通过多条路径从源点到达终点是分组交换网的最重要的特征，而对传输路径的选择过程即为路由选择，这主要由交换机完成的，分组交换网的路由选择的基本原则是：
应选择性能最佳的传送路径，通常最为重要的性能就是端到端传送时延；
应使网内业务量分布尽可能均衡，以充分提高网络资源的利用率；
应具有故障恢复能力，当网络出现故障时，可自动选择迂回路由。
路由选择的方法有很多，例如：
扩散式路由法、查表路由法等。
采用扩散式路由法，分组从原始节点发往它的每个相邻节点，接收该分组的节点检查它是否已经收到过该分组，如果收到过，则将它抛弃，如果未收到过，则该节点便把这个分组发往除了该分组来源的那个节点之外的所有相邻的节点。
图2.2是采用扩散式路由的分组交换网的路由选择过程。
图2.2扩散式路由
图2.3虚电路路由表
采用查表路由法，是在每个节点中使用路由表，它指明从该节点到网络中的任何终点应当选择的路径。
分组到达节点后，按照路由表规定的路径前进。
路由表是根据网络的拓扑结构、链路容量、业务量等因素和某些准则计算建立的。
图2.3是采用路由表的虚电路呼叫的路由选择过程．
一般说来，采用虚电路方式工作的分组网只在呼叫建立时进行路由选择，在数据传送阶段只是将分组沿选定的路由传送，在分组交换节点机内部存有出入链路对照表。
如果在虚呼叫进行过程中，由于网络故障造成虚电路的某段链路中断，这时该虚呼叫通信就将中断。
为此，网络必须有虚电路重连接（reconnect）功能。
其过程是：
网络故障点的邻接点检测到问题后，分别向源节点和终节点发送清除指示分组，源节点收到清除分组后，根据其携带的清除原因和诊断码知道是重连接，就自动发起新的呼叫请求，建立一个新的替换虚电路，所有未被证实的分组将沿新的虚电路发往终节点；
对于用户来说并无感觉，数据亦不会丢失，只是暂时出现数据分组传输时延增大。
图2.4是虚电路重连接的过程。
图2.4虚电路重连接过程
5.流量控制
分组交换和电路交换的一个重要不同之点在于电路交换是立即损失制，即如果路由选择时没有空闲的中继电路可供选择，该呼叫建立就告失败。
因此，只要根据预测话务量配备足够多的中继电路，就能保证呼叫不阻塞。
其流量控制只是在交换机处理机过负荷时才起作用，控制功能也较简单，主要是限制用户的发话话务量。
分组交换则不同，它是时延损失制，只要传输链路不全部阻断，路由选择总能选到一条链路，由于用户终端发送数据的时间和数量具有随机性，网络中各节点交换机的存储容量和各条线路的传输容量（速率）总是有限的，如果链路上待传送的分组过多，就会造成传送时延的增加，引起网络性能的下降，严重时甚至会使网络崩溃。
这就需要采取流量控制来实现数据流量的平滑均匀，提高网络的吞吐能力和可靠性。
因此，流量控制是分组交换网的一项必不可少的重要功能，其控制机理也相当复杂。
具体说来，分组交换中的流量控制有以下3方面的作用：
防止因过载导致网络吞吐量下降和传送时延的增加
避免死锁
公平分配网络资源
X.25协议的第三层着重于传输过程中的流量控制，流控通过滑动窗口算法来实现，对通过接口的每一个逻辑信道使用独立的“窗口”流量控制机构，X.25协议的第二层，也具有流量控制功能，也是通过滑动窗口来实现的，但它是对整个接口进行流量控制的。
2.2X.25协议
2.2.1概述
1.分组交换网协议：
在分组交换网中，一个分组从发送站传送到接收站的整个传输控制，不仅涉及到该分组在网络内所经过的每个节点交换机之间的通信协议，还涉及到发送站、接收站与所连接的节点交换机之间的通信协议。
CCITT为分组交换网制定了一系列通信协议，世界上绝大多数分组交换网都用这些标准。
图2.6给出了一个分组交换网的结构示意图。
图中列出了一部分通信协议和它们的使用对象。
其中最重要的是X.25协议，它是分组型数据终端（PT）与网络节点之间的接口（即在公用分组交换网络和它们的客户之间提供接口）。
分组交换网也允许非分组型数据终端（NPT）即字符型数据终端接入网络（这是由于有大量终端不使用X.25协议），为此分组交换网为其提供了分组装拆设备（PAD），PAD一般属于节点交换机的一部分，是节点交换机的一种功能部件。
NPT与PAD之间的协议接口为X.28协议，而PAD内部功能按X.3操作，这样一来NPT就可以通过PAD像PT一样接入分组网。
为了使分组网的各种终端之间能够正常通信，ITU-T还提出了PAD之间、PT与PAD之间的通信协议即X.29协议。
合起来，这3个协议通常被称作3X。
此外，为了能使不同的分组网之间互连，ITU-T制定了X.75协议。
除了图2.6标出的这些建议外，ITU-T还提出了许多与之相关的标准，如有关部门PT通过电话网接入分组网的X.32协议等。
在这些通信协议中，其中最著名的标准是X.25协议，它在推动分组交换网的发展中做出了很大的贡献。
有人把分组交换网简称X.25网。
X.25协议最初于1976年颁布，在1980年、1984年、1988年、1993年又进行了多次修改，是目前使用最广泛的分组交换协议。
图2.6分组交换网的结构和通信协议
2.X.25协议介绍
X.25协议是数据终端设备（DTE）和数据终接设备（DCE）之间的接口规程。
这里的DTE是用户设备，即分组型数据终端设备（执行X.25通信规程的终端），DCE实际是指DTE所连接的网络分组交换机（PS），如果DTE与交换机之间的传输线路是模拟线路，那么DCE也包括用户连接到交换机的调制解调器。
图2.7X.25协议的系统结构和信息流关系
X.25协议由三层组成，即物理层、数据链路层和分组层。
其中每一层的通信实体只利用下一层所提供的服务，而不管下一层如何实现。
每一层接收到上一层的信息后，加上控制信息（如分组头、帧头），最后形成在物理媒体上传送的比特流，如图2.7所示。
2.2.2X.25的物理层
这一层定义了DTE和DCE之间的电气接口和建立物理的信息传输通路的过程。
X.25物理层采用下列接口标准：
X.21建议、X.21bis建议、V系列建议。
实际上X.21bis和V系列建议是兼容的，因此可以认为是两种接口标准。
由于X.21是为数字电路上使用而设计的，考虑到目前世界各国仍在大量使用模拟信道传输数据的实际情况，X.25建议还提供了另一种物理接口标准X.21bis，它与V.24或RS-232接口兼容。
X.25的物理层就像是一条输送信息的管道，它不执行重要的控制功能。
控制功能主要由链路层和分组层来完成。
它负责执行的功能如下：
在DTE和DCE接口处提供传输；
在设备之间提供控制信号；
提供时钟信号，用于同步数据流和规定比特速率；
提供电气地；
提供机械的连接器。
2.2.3X.25的数据链路层
1.X.25数据链路层功能如下：
差错控制，采用CRC循环校验，发现出错时自动请求重发；
帧的装配和拆卸及帧同步；
帧的排序和对正确接收的帧的确认；
数据链路的建立、拆除和复位控制；
流量控制。
2.数据链路层帧结构
X.25的链路层采用了高级数据链路控制规程（HDLC）的帧（Frame）结构,并且是它的一个子集。
HDLC是国际标准化组织（ISO）开发的一种面向比特的同步通信规程（面向比特的含义是指它可以传输任意比特组合的信息）。
从链路访问规程来看，HDLC具有几种主要的子集，如LAP（链路访问规程）、LAPB（平衡型链路访问规程）、LAPD（ISDN的D信道链路访问规程）等。
LAPB是目前广泛应用的一个子集。
X.25推荐使用它作为链路层规程。
LAPB的帧结构如图2.8所示。
图2.8LAPB的帧结构
3.LAPB建链全过程
X.25链路层主要完成二层链路的建链，其建链过程可分为三个阶段：
链路建立、数据传送和链路释放。
帧的使用和阶段有关，通常U帧用于链路的建立和断开阶段，而I帧和S帧用于信息传输阶段。
在LAPB协议下，DTE和DCE都可启动链路建立过程，但是实际上常有用户侧的DTE在接入时启动建立，网络侧的DCE处于守候状态，通过发送连续的F标识表示信道已激活。
链路建立时，只要任何一方发送一个SABM/SABME命令帧，对方如认为可以进入信息传送阶段，就会送UA（未编号应答）响应帧，链路建立成功；
如果对方认为尚不能开始信息传送，就会送DM响应帧，表示链路未能建立起来。
链路建立好后，就进入正式的数据传送阶段了，在此阶段，双方可以进行相互数据传输。
链路释放过程是一个双向对称过程，可由DTE或DCE发起。
任何一方发出DISC（断开连接）命令帧，如果对方此时尚处于信息传送阶段，则回送UA响应帧，然后进入链路释放阶段；
如果对方已进入链路释放阶段，则回送DM响应帧。
链路释放后，就完成了一次分组交换网中数据传输的全过程。
图2.9为LAPB链路建立全过程，假设由DTE先启动建链的，连接断开是由DCE先发起的。
图2.9LAPB链路建立全过程
4.差错校正和流量控制
这是信息传送阶段的重要功能，它们都是利用I帧和S帧提供的N（S）和N（R）字段实现的。
差错校正：
采用肯定／否定证实、重发纠错的方法。
发现非法帧或出错帧予以丢弃；
发现帧号跳号，则发送REJ帧通知对端重发。
为了提高可靠性，协议还规定了定时重发功能，即在超时未收到肯定证实时，发端将自动重发。
流量控制：
采用滑动窗口控制技术，控制参数是窗口尺寸k，其值表示最多可以发送多少个未被证实的I帧。
设最近收到的I帧或监控帧的证实帧号为N（R），则本端可以发送的I帧的最大序号为N（R）十k—1（mod8），称为窗口上沿。
其中，1≤k≤7。
k值的选定取决于物理链路的传播时延和数据的传送速率，应保证在连续发送k个I帧之后能收到时第1个I帧的证实。
对于卫星电路等长时延链路，k值将大于7，此时应采用扩充的模128帧结构。
窗口机制为DCE和DTE提供了十分有效的流量控制手段，任一方可以通过延缓发送证实帧的方法，强制对方延缓发送I帧，从而达到控制信息流量的目的。
还有一种更为直接的拥塞控制方法是，当任一方出现接收拥塞（忙）状态时，可向对方发送监控帧RNR。
对方收到此帧后，将停止发送I帧。
“忙”状态消除后，可通过发送RR或REJ帧通知对方。
5.链路复位
链路复位指的是在信息传送阶段收到协议出错帧或者FRMR帧，即遇到无法通过重发予以校正的错帧时，自动启动链路建立过程，使链路恢复初始状态。
此时，两端发送的I帧和S帧的N（S）和N（R）值恢复为零。
2.2.4X.25的分组层
分组层的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，提供处理寻址、流量控制及传输确认等相关工作。
它支持两类虚电路连接：
交换虚电路（SVC）和永久虚电路（PVC）。
SVC呼叫过程包括3个阶段：
呼叫建立、数据传输和呼叫清除。
PVC分组通信只包含数据传输阶段。
分组层就是DTE和DCE之间关于这3个阶段的协议过程，它和网络协议配合，完成分组数据在主、被叫DTE之间的传送。
1.分组头的格式
分组放在数据链路层帧中的信息（I）字段上。
它由分组头和分组数据两部分组成。
分组头由3个字节构成，即一般格式标识符、逻辑信道标识符、分组类型标识符，如图2.10所示。
图2.10分组头格式及分组与I帧的关系
一般格式标识符（GFI）
它占用第一个字节的第5～8比特，其含义对于不同类型的分组来说是不同的。
GFI的格式如图2.11所示。
其中Q比特是限定符比特，只在数据分组中使用，用来区分传输的分组包含的是用户数据还是控制信息，前者是Q=0，后者Q=1；
D=0表示数据分组由本地确认（DTE-DCE接口之间确认），D=1表示数据分组进行端到端确认（DTE和DTE之间确认）；
SS=01表示分组的顺序编号按模8方式工作，SS=10表示按模128方式工作。
图2.11GFI格式
逻辑信道标识符（LCGN+LCN）
它由两部分组成，第一个字节的第1～4比特组成逻辑信道群号（LCGN），第二个字节组成逻辑信道号（LCN），这样一来可以组成16组（每组256条逻辑信道），共4096条逻辑信道，其中0号LCN被保留，只开放4095条LCN。
X.25没有限制LCN的编号方法，它可以用12bit直接构成4095条LCN。
分组类型标识符号
表2.2给出了X.25分组类型和对应第3字节的编码。
它可以分4种类型,有呼叫建立分组、数据传输分组、恢复分组和呼叫清除分组。
第3字节的第1比特为“0”时，为数据分组，用于传送用户信息；
该比特为“1”时，为控制分组。
表2.2分组类型
分组类型
第3字节编码
类型
从DTE到DCE
从DCE到DTE
87654321
呼叫建立分组
呼叫请求
呼叫接受
呼叫指示
呼叫接通
00001011
00001111
数据传输分组
DTE数据
DTE中断请求
DTE中断证实
DTERR
DTERNR
DTEREJ
登记请求
DCE数据
DCE中断请求
DCE中断证实
DCERR
DCERNR
登记证实
×
×
0
00100011
00100111
00001
00101
01001
11110011
11110111
恢复分组
DTE复位请求
DTE复位证实
DTE重新启动请求
DTE重新启动证实
DCE复位指示
DCE复位证实
DCE重新启动指示
DCE重新启动证实
诊断
00011011
00011111
11111011
11111111
11110001
呼叫清除分组
释放请求
DTE清除证实
释放指示
DCE清除证实
00010011
00010111
2.虚电路和逻辑信道
虚电路在分组层中对应为逻辑信道（LC）。
X.25分组层规定一条数据链路上最多可分配16个逻辑信道群，各群用群号（LCGN）区分；
每群内最多可有256条逻辑信道，用信道号LCN区分。
除了第0号逻辑信道有专门的用途外，其余4095条逻辑信道都可分配给虚电路使用。
分组层规定，在DTE-DCE接口同一虚电路双向使用相同的LCN。
为了避免DTE和DCE分配发生冲突，X.25规定LCN的最低段分配给PVC，其余供SVC使用。
其中，DTE从大到小分配，DCE从小到大分配。
如果发生冲突，规定DTE分配优先。
虚电路和逻辑信道的主要区别在于：
虚电路是主叫DTE到被叫DTE之间建立的虚连接，而逻辑信道是在DTE--DCE接口或网内中继线上可以分配的，代表子信道的一种编号资源，一条虚电路是由多个逻辑信道链接而成的。
每一条线路的逻辑信道号的分配是独立进行的。
一条虚电路具有呼叫建立、数据传输和呼叫清除过程。
永久虚电路可以在预约时由网络建立，也可以通过预约予以清除。
而逻辑信道号是一种客观的存在，它有占用和空闲的区别，但是不会消失。
逻辑信道具有四个状态：
就绪、呼叫建立、数据传送和呼叫清除。
3.虚电路的建立和清除过程
正常的呼叫建立过程如图2.12所示。
图中左边部分显示了DTEA之间DCEA分组的交换，右边部分显示了DTEB和DCEB之间分组的交换。
DCE之间分组的路由选择是网络内部功能。
图2.12虚电路呼叫建立和清除
虚电路的建立和清除过程叙述如下：
（1）DTEA对DCEA发出一个呼叫请求分组，表示希望建立一条到DTEB的虚电路。
该分组中含有虚电路号，在此虚电路被清除以前，后续的分组都将采用此虚电路号。
（2）网络将此呼叫请求分组传送到DCEB。
（3）DCEB接收呼叫请求分组，然后给DTEB送出一个呼叫指示分组，这一分组具有与呼叫请求分组相同的格式，但其中的虚电路号不同，虚电路号由DCEB在未使用的号码中选择。
（4）DTEB发出一个呼叫接收分组，表示呼叫已经接受。
（5）DTEA收到呼叫接通分组（该分组和呼叫请求分组具有相同的虚电路号），此时虚电路已经建立。
（6）DTEA和DTEB采用各自的虚电路号发送数据和控制分组。
（7）在需要断开连接时，DTEA（或DTEB）发送一个释放请求分组，紧接着会收到本地DCE的释放确认分组。
（8）DTEA（或DTEB）收到释放指示分组，并传送一个释放确认分组。
此时DTEA和DTEB之间的虚电路就清除了。
上述讨论的是交换虚电路（SVC），此外X.25还提供永久虚电路（PVC），永久虚电路是由网络指定的，不需要呼叫建立和清除。
4.数据传送和流量控制
数据分组有3个重要参数：
P（S）、P（R）和M,置于分组头的分组类型标识符中。
其中，第1bit恒为0，表示这是一个数据分组。
P（S）和P（R）分别为数据分组序号和期望接收序号，其作用同链路层中的R（S）和R
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