第7章 分组交换网 7.1 分组交换基本概念和网络结构 7.2 X.25协议

7.1分组交换基本概念和网络结构 分组交换网是继电路交换网和报文交换网之后一种交换网络，主要用于数据通信. 分组交换网是数据通信的基础网，利用其网络平台可以开发各种增值业务，如：电子信箱、电子数据交换、可视图文、传真存储转发、数据库检索。 分组交换是形成因特网的基础，是统计时分多路复用的一种形式，允许多对多方式的通信。 分组交换是为适应计算机通信而发展起来的一种先进通信手段，以CCITTX.25建议为基础，可以满足不同速率、不同型号终端与终端、终端与计算机、计算机与计算机间以及局域网间的通信，实现数据库资源共享。

7.1.1分组交换技术的产生与发展 一、发展史 上世纪60年代（1964年）美国军界提出，将一个完整数据报文分成许多较短的数据块，并为每个数据块加上路由和控制信息，各分组可在不同的网络路径中传输，到达终点后再恢复成完整的数据报文，形成了分组交换的概念。 1967年将存储转发技术应用于分组交换技术，形成了较为完整的分组交换技术。 1969年美国国防部组建了世界上第一个分组交换网—ARPANET 1975年美国TELENET公司组建商用分组交换网 1989年我国组建了CHINAPAC分组交换网 二、应用 传输数据业务 计算机局域网 INTERNET网

7.1.2 分组交换的基本原理 分组交换的基本思想：把用户要传送的信息分成若干个小的数据块，即分组(packet)，分组长度较短，并具有统一的格式，每个分组有一个分组头，包含用于控制和选路的有关信息。分组以“存储-转发”的方式在网内传输。 分组头：逻辑信道号（LCN)、分组序号、控制/地址信息 分组有两大类： 数据分组：承载用户数据的分组 控制分组：保证和控制数据分组在网络中正确传输和交换的分组

7.1分组交换基本概念和网络结构 7.1.3 统计时分复用 时分复用分为同步时分复用和统计时分复用。 同步时分复用：将信道工作时间划分为固定时长的帧，每帧进一步分成若干个子单元，称为时隙，时隙按顺序编号，所有帧中编号相同的时隙构成一个子信道。 统计时分复用：需要传送的信息分成很多分组，分组由用户信息和标志码组成，来自同一用户的信息所划分成的分组的标志码相同。信道的工作时间也被划分为许多时隙，每个时隙传递一个分组。

7.1分组交换基本概念和网络结构 特点：分组交换技术采用的是统计时分复用（STDM）传送方式，动态分配带宽，支持突发性业务，线路利用率高。 缺点：会产生附加的随机时延并且有丢失数据的可能。

7.1分组交换基本概念和网络结构 7.1.4 逻辑信道 在统计时分复用中，通过用户数据信息所加的标记，可以把各个终端的数据在线路上严格地区分开，就好像把线路也分成了许多子信道一样，称为逻辑信道，用逻辑信道号LCN(Logical Channel Number)标识。 线路的逻辑信道号独立于终端编号，在终端要求通信时由统计复用器分配给它。对同一个终端，每次呼叫可以分配不同的逻辑信道号。 逻辑信道号由逻辑信道群号及群内逻辑信道号组成。每一条线路上，逻辑信道号的分配是独立进行的。因此，逻辑信道号并不在全网中有效，只具有局部意义。

7.1分组交换基本概念和网络结构 7.1.5 分组交换方式虚 分组通过网络的实现方法： 数据报（Datagram） 一个分组从发送端传送到接收端，沿逻辑信道经分组交换网络传输。 分组通过网络的实现方法： 数据报（Datagram） 虚电路（Virtual Circuit）。

7.1分组交换基本概念和网络结构 (1)虚电路方式 指通信终端在收发数据之前，先在网络中建立一条逻辑连接，在通信过程中，用户数据按照顺序沿着该逻辑连接到达终点。 注意虚电路指的是一条逻辑连接，而不是指一条专门的物理通路。同一条线路可能同时被多条虚电路使用。

7.1分组交换基本概念和网络结构 分组交换网提供的虚电路交换方式有两种 一种是交换虚电路（SVC：Switch Virtual Circuit），又称为虚呼叫（Virtual Call）。SVC指在每次呼叫时用户通过发送呼叫请求分组来临时建立虚电路的方式。 另一种是永久虚电路（PVC：Permanent Virtual Circuit）。PVC指应用户预约，由网络运营者为之建立固定的虚电路。它一般适用于业务量较大的集团用户。 一般使用SVC。

7.1分组交换基本概念和网络结构 (2)数据报方式 在数据报方式中，信息传输之前无需建立连接，分组头中包含终点地址信息，不同分组彼此之间相互独立的寻找路径，同一份报文的不同分组可能沿着不同的路径到达终点。在这种技术中，一个被独立处理的分组就称为一个数据报。 数据报方式不需要建立连接，是无连接的方式。

7.1分组交换基本概念和网络结构 （a）数据报省掉了呼叫的建立和清除过程，如果只传送少量的分组，那么采用数据报方式的传输效率会比较高。 (3)虚电路与数据报的比较 （a）数据报省掉了呼叫的建立和清除过程，如果只传送少量的分组，那么采用数据报方式的传输效率会比较高。 （b）对于数据报方式，由于每个分组是各自独立在网络中传输的，所以分组不一定按照发送时的顺序到达网络终点，因此在网络终点必须对分组重新排序。而对于虚电路的方式，分组按已建立的路径顺序通过网络，在网络终点不需要对分组重新排序。 （c）在数据报方式下，由于每个数据分组都要独立的寻找路径，所以单个数据分组传输的时延较大。而虚电路一旦建立，单个数据分组的传输时延则会小得多。 （d）数据报方式对网络的适应能力较强。

7.1分组交换基本概念和网络结构 虚电路 数据报 分组头 分组头中只含有虚电路的逻辑信道标识即可。 每个分组头都包含详细的目的地址信息 选路 有预先建立过程，存在一定的处理开销。但是虚电路一旦建立，分组不再需要进行复杂的选路； 不需要建立过程，对每个分组都要独立地进行选路。 分组顺序 不会产生失序现象； 会引起失序。 故障敏感性 对故障较敏感； 可靠性较高。 应用 适用于较连续的数据流传送； 适用于面向事务的询问/响应型数据业务。

7.1.6 路由选择 分组交换网的主要功能就是接收来自源站点的分组，并将它们传送到目的站点。因为通常在网络中存在多条从源站点到目的站点的路径，也就是路由，所以为了完成分组传送这个任务，必须选择其中的一条路径，这就是路由选择功能 。 路由选择的方法有四种：固定路由选择、洪泛式路由选择、随机路由选择、自适应路由选择。 (1)固定路由选择 由源站点到目的站点的路由选择是固定的（路由表）。当网络拓扑结构发生变化时，路由选择才变化。 3 优点是简单 缺点是缺乏灵活性 仅用于小规模网络的路由选择 目的地 下一节点 2 3 4 5 1 5 2 4

优点：可靠性高，在网络中有故障路由的情况下也能保证分组被送达目的站点。 （2）洪泛式路由选择 每个节点接收到一个分组后检查是否收到过该分组，如果收到过就丢弃；如果未收到过就把该分组发往除来的节点外的其它相邻节点。也是一种广播式路由选择。 优点：可靠性高，在网络中有故障路由的情况下也能保证分组被送达目的站点。 缺点：网络业务流量大时易造成网络拥塞，且由于分组交换是排队机制，传输时延较大。 2 1 3 4 5

路由选择根据网络状态的变化（故障、拥塞）而动态改变 的。是目前普遍使用的路由选择算法。 （3）随机路由选择 节点收到一个分组后，除来的节点外随机选择一个输出路由 。输出路由选择的概率可相等，也可不等，可根据费用也可根据 数据速率。 优点：路由选择简单，稳健性好。网络负荷低于洪泛式路由选 择。 缺点：未必是最短路径或最小费用路径，两者不能兼顾。 （4）自适应路由选择 路由选择根据网络状态的变化（故障、拥塞）而动态改变 的。是目前普遍使用的路由选择算法。 优点：路由选择灵活 缺点：需要传输和交换网络状态信息，增加一部分网络负荷。

7.1分组交换基本概念和网络结构 二、分组交换网 由分组交换机（PS）、网路管理中心（NMC）、远程集中器(PCE)、分组装拆设备(PAD)以及传输设备、协议等组成。 分组集中器

分组交换网 1、分组交换机（PS） 又称节点交换机。根据在网中所处地位不同分为转接 交换机、本地交换机、本地和转接合一交换机等。 类型： 汇接交换机：所有端口都是中继，主要完成路由 选择和流量控制功能。 本地交换机：有中继端口、大部分是用户端口， 主要完成本地交换及简单的路由选择。 分组交换机的性能指标 吞吐量：每秒能交换的分组数 平均分组处理时延：从输入端口到输出端口传送1 个分组所需的平均处理时间 呼叫处理能力：单位时间内能处理的呼叫次数

分组交换网 2.分组装拆设备(PAD）： 把普通字符终端的非分组格式转换成分组格式，并把各终端的数据流组成分组，在集合信道上以分组交织复用，对方再将收到的分组格式作相反方向的转换。 ３、网络管理中心（NMC） 与分组交换机共同协作保证网路正常运行负责全网运行的管理、维护和监测，主要包括技术管理、计费管理、维护管理和网络状态显示等。 ４、数据终端 即用户使用的通信终端。分组交换网的数据终端有两类： 分组终端（PT）和非分组终端（NPT）。 分组终端（PT）：具有X.25协议接口，具有分组处理能力

分组交换网 ５、分组集中器（PCE） ６、传输线路 ７、相关协议 又称用户集中器，大多是既有交换功能又有集中功能的设备。可将多个低速的用户终端进行集中，用1条或2条高速的中继线路与节点机相连。 ６、传输线路 包括从用户终端至分组交换机或PAD的用户线及分组交换机间的中继线，或网间中继线。 ７、相关协议 包括X.25、X.75等协议。其中X.25协议是数据终端设备DTE与数据电路终接设备DCE之间的接口协议。X.75是分组交换网之间互连时的网间接口协议。

7.2 X.25协议 网间互连 分组交换网间的互联是通过X.75协议实现的。 STE:信号端接设备

7.2 X.25协议 分组交换网与局域网的互连

7.2 X.25协议 X.25协议属于终端用户和网络之间的通信规程即协议。 分组交换协议是数据终端设备（DTE）与交换网及其各交换节点之间关于信息传输过程、信息格式等的规约。分为接口协议和网内协议。 接口协议是DTE与网络设备之间的通信协议，即UNI协议。 网内协议是网络内部各交换机之间的通信协议，即NNI协议。 X.25协议是DTE与DCE之间的接口协议，最初于1976年颁布，在1980年、1984年、1988年、1993年又进行了多次修改。它是目前使用最广泛的分组交换协议。

7.2 X.25协议 X.25协议定义了帧（Frame）和分组（Packet）的结构，以及数据传输通路的建立、释放、数据传输等过程，顺序控制、差错控制和流量控制等机制，以及分组交换提供的基本业务和可选业务等。 X.25协议分为三层：物理层，链路层和分组层。

7.2 X.25协议 注意的是： X.25属于接口规程，没有定义路由选择算法，这属于分组交换网络内部控制功能。 协议转换 接口协议 用户协议 网内协议 = PAD X.25 X.25 非分组型终端NPT 分组型终端PT

7.2 X.25协议 1、物理层 物理层协议规定了DTE与DCE之间接口的电气特性、功能特性、机械特性和协议的交互流程。 主要功能如下： 在设备之间提供控制信号； 提供时钟信号，用以同步数据流和规定比特速率； 提供机械的连接器（如针、插头和插座）。

7.2 X.25协议 2、数据链路层 X.25数据链路层完成的主要功能如下： X.25数据链路层规程是要在物理层提供双向的信息输送通道 上实施信息传输的控制。一般情况下，X.25的数据链路层采 用的是HDLC（高级数据链路控制规程）的一个子集LAPB（ 平衡型链路访问规程）。 X.25数据链路层完成的主要功能如下： DTE与DCE间的数据传输 发送端与接收端信息的同步 传输过程中的检错和纠错 有效的流量控制 协议错误的识别和告警 链路层状态的通知

7.2 X.25协议 (1)HDLC简介 HDLC(High-Level Data Link Control)是国际标准化组织开发的一种面向比特的同步通信规程。 HDLC定义了三种类型的链路层实体(即站)，分别称为主站(Primary Station)、从站(Secondary Station)和复合站(Combined Station)。

7.2 X.25协议 HDLC根据站点类型和线路连接方式的不同，定义了两种链路配置：平衡型和非平衡型。 HDLC定义了三种数据传送方式： 正常响应方式(Normal Response Mode，NRM) 异步响应方式(Asynchronous Response Mode，ARM) 异步平衡方式(Asynchronous Balanced Mode，ABM)。

7.2 X.25协议 HDLC具有几种主要的子集： X.25推荐使用LAPB作为链路层规程。 所以： ISDN的D信道链路访问规程LAPD等。 X.25推荐使用LAPB作为链路层规程。 所以： 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输数据。

7.2 X.25协议 (2)LAPB的帧结构 F：帧标志，占8比特，标志帧的开始和结束，一般为01111110。 I：信息字段，长度可变，用来装载分组层的数据分组。 FCS：帧校验序列，占16比特，检测帧在传送过程中是否有错。 C：控制字段，占8比特，指示帧的类型。

帧的类型 信息帧（I帧）：用于传输在分组层之间交换的分组，分组包含在I帧的信息字段中。I帧C字段的第1个比特为“0”，第2～8比特用于提供I帧的控制信息监控帧 （S帧）：S帧没有信息字段，用来保护I帧的正确传送。S帧C字段的第1位为“1”，第2位为“0”，第3、4位用来进一步区分监控帧的类型。 无编号帧(U帧)：用于实现链路建立和断开过程的控制。U帧C字段的第1位和第2位均为“1”。其余6位中，第5位为P/F位，第3、4、6、7、8位用于区分不同的无编号帧。 ，包括发送顺序号N(S)，接收顺序号N(R)，探询位P，这些字段用于链路层差错控制和流量控制。监控帧有3种：接收准备好(RR)，接收未准备好(RNR)和拒绝帧(REJ)。其余的4位中用3位表示接收顺序号N(R)，用1位表示P/F位（探询/最终位）。 包括：置异步平衡方式(SABM)，断链(DISC)，已断链方式(DM)，无编号确认(UA)，帧拒绝(FRMR)等。

7.2 X.25协议 帧在链路操作过程 数据链路层的操作分为三个阶段：链路建立，帧的传输和链路断开。 帧的传输：在DTE和DCE之间交换I帧和S帧。 链路断开：是一个双向对称过程，可由DTE或DCE发起。 链路建立：

7.2 X.25协议 3、分组层 X.25分组层是利用数据链路层提供的可靠传送服务， 在DTE与DCE接口之间控制虚呼叫分组的数据通信协议 ，它将一条逻辑链路按照动态时分复用的方法划分成多 个子逻辑信道，允许多个用户终端或进程同时使用一条 逻辑链路，以充分利用线路资源。 主要功能： 提供交换虚电路（SVC）和永久虚电路（PVC）的连接； 为SVC和PVC连接提供有效的分组传输； 提供建立和清除交换虚电路连接； 监测和恢复分组层的差错

7.2 X.25协议 (1)分组格式 分组包含在LAPB帧的I字段，由分组头和分组数据两部分组成。

分组格式 GFI：通用格式识别符，为分组定义了一些通用的功能。 Q：区分分组包含的是用户数据还是控制信息，0为用户数据，1为控制信息。 D：区分数据分组的确认方式，0表示本地确认(在DTE-DCE接口上确认)，1表示端到端(DTE-DTE)确认。 SS：模式比特，指示分组的顺序号是模8还是模128，01表示按模8方式工作，10表示按模128方式工作。

分组格式 LCGN和LCN：LCGN是逻辑信道群号，LCN是逻辑信道号，合起来共12比特，用以区分DTE-DCE接口中不同的逻辑子信道。 分组类型识别符：8比特，用来区分各种不同的分组。 X.25的分组层共定义了4大类30个分组。

分组类型

7.2 X.25协议 (2)分组层处理过程 分组层定义了DTE和DCE之间传输分组的过程。 即处理了虚电路和逻辑信道之间联系和区别 （a）虚电路是在DTE-DTE之间建立的虚连接，存在于端到端之间；逻辑信道是DTE-DCE接口或中继线上可分配的资源，存在于点到点之间，一条线路上可以存在多个逻辑信道。一条虚电路是由多个逻辑信道连接而成。每条线路的逻辑信道号是独立分配的，同一条虚电路在不通线路上的逻辑信道号可能是不相同的。 （b）逻辑信道是一直存在的，它分为占用和空闲两种状态；虚电路（不包括永久虚电路）随着通信的开始而建立，通信结束后就被清除。

7.2 X.25协议 数据传输阶段 在两个DTE之间交换的分组包括数据分组、 流量控制分组和中断分组。数据分组格式有两种， 分别对应模8和模128两种编号方式。

7.2 X.25协议 呼叫清除过程 虚电路任何一端的DTE都能够清除呼叫。呼叫清除过程将导致与该呼叫有关的所有网络信息被清除，所有网络资源被释放。

呼 叫 建 立 过 程 =

呼叫清除过程

复位过程

重启（Restart）过程

我国的分组交换网 我国组建的第一个公用分组交换网简称CNPAC，是1988年从法国SESA公司引进的实验网，该实验网于1989年11月正式投入使用。由于该网络的覆盖面不大，端口数较少，无法满足信息量较大、分布较广的企业和部门的需求，原邮电部决定扩建我国的公用分组交换网，扩建的公用分组数据交换网简称CHINAPAC，于1993年建成投入使用，由骨干网和地区网两级构成。 我国公用分组交换数据网是中国电信经营的全国性分组交换数据网，网络已直接覆盖到全部地市和绝大部分县城，通过电话网可以覆盖到电话网通达的所有城市，用户可就近以专线或电话拨号方式入网，使用分组交换业务。

习题集 1、统计时分复用和同步时分复用的区别是什么？哪个 更适合于进行数据通信？为什么？ 2、试从优点、缺点、适用场合等方面比较虚电路和数 据报方式。 3、什么是逻辑信道？什么是虚电路？二者有何区别与 联系？ 4、Modem是DTE还是DCE？ 5、LAPB帧分为哪几种类型？各自的作用是什么？ 6、虚电路方式下数据分组中是否含有目的地址？这样 有什么优点？

数据分组确认方式

7.2 X.25协议 呼叫请求分组和入呼叫分组的格式 呼叫接受和呼叫连接分组使用与呼叫请求分组相同的格式，但是内容有些不同。 分组类型识别符

7.2 X.25协议 呼叫清除分组和清除指示分组的格式