第五章 分组交换与帧中继技术
第五章 帧中继与ATM网络技术
第五章帧中继与ATM网络技术在第一部分“数据通信基础”一章及第二部分“数字数据网”一章我们都讨论过快速分组交换——帧中继，本章将更为详细地讲述帧中继的基本概念和技术。
在本章后面的章节还要讨论另外一种快速分组技术——ATM及其应用。
第一节帧中继基本概念1．什么是帧中继帧中继（Frame Relay,FR）技术是在分组交换技术充分发展，数字与光纤传输线路逐渐取代已有的模拟线路，用户终端日益智能化的条件下诞生并发展起来的。
它在OSI第二层上用简化的方法传送和交换数据单元。
由于链路层的数据单元一般称为帧，所以叫做帧中继。
帧中继技术主要用于传递数据业务，它使用一组规程将数据信息以帧的形式有效的进行传送。
2．帧中继的特点与X.25相比，帧中继具有如下技术特点：帧中继是简化的X.25分组技术。
它完成OSI物理层和链路层核心层的功能，删除分组层功能，将流量控制、纠错等留给智能终端去完成，大大简化了节点机之间的协议。
与X.25相类似，帧中继使用统计时分复用技术向终端用户提供共享的网络资源，通过永久虚电路实现线路资源的按需分配。
帧中继在链路层完成统计复用、帧透明传输和错误检测，但不提供发现错误后的重传操作。
省去了帧编号、流量控制、应答和监视等机制，把原X25分组在每个网络节点必须处理的27种控制信息减少到7种，从而大大节省了交换机的开销，提高了网络的吞吐能力，降低了通信时延，使节点机时延由20ms～30ms降到2～3ms。
一般帧中继的接入速率在64kbps～2Mbps之间，近期帧中继的速率已提高到8 Mbps～10Mbps，今后将达到45Mbps。
提供一套合理的带宽管理和防止阻塞的机制，允许用户有效地利用预先约定的带宽（CIR），还允许用户的突发数据占用未预定的带宽，以提高整个网络资源的利用率。
与分组交换网一样，帧中继采用面向连接的交换技术，可以提供SVC和PVC业务，但目前已应用的帧中继网络中，只采用PVC业务。
通信工程师专业实务(全部)
选择第1章电信网概述1、电信网是为公众提供信息服务，完成信息传递和交换的通信网络。
2、根据电信网的构成及功能，通常把电信网分为业务网、传输网和支撑网。
3、OSI七层模型从下到上的第四层为传输层。
4、业务网面向公众提供电信业务，其中包括公用电话交换网、IP 网、移动通信网等。
5、传输网通过光纤、微波、卫星等传输方式为不同服务范围的业务网之间传送信号。
6、OSI七层模型从下到上的下三层为物理层、数据链路层、网络层。
第2章固定电话网1、采用电路交换方式的交换网能为任意一个入网信息流提供一条临时的专用物理通路。
2、现阶段我国长途网的结构为二级结构。
3、现阶段我们本地网的结构为二级结构。
4、长途网中的DCI间构成网状网。
5、本地网中的端局DL与设在该本地网中的长途局DCX之间应配备呼损小于0.5％的低呼损基干电路群。
5、电路交换通信的过程包括电路建立、通信、电路拆除。
6、交换节点可控制的接续类型有本局接续、出局接续、入局接续、转接接续。
7、现有的电话网络主要基于电路交换的网络，包括接入网、核心网、用户终端设备。
8、根据组网需要，本地网中的DL以下可接PABX、接入网、远端用户模块等用户接入装置。
9、本地网是由若干个端局或者由若干个端局和汇接局及局间中继、长市中继、用户线、话机终端等所组成的电话网。
第3章分组交换网1、分组传输时延首先取决于节点交换机的处理能力，处理能力用每秒能处理的分组数来表示。
2、数据报方式是将由用户报文拆分的每一个数据分组独立处理。
3、X.25协议包括3个不同的、独立的层。
4、X.25协议是针对同步终端与交换网之间交换数据而制定的通信协议。
5、所谓虚电路是只有在有数据传送时才占有这条逻辑电路。
6、分组是将用户要发送的报文拆分为一定长度的数据段，且在每个数据段前加上目的地址、分组编码、控制比特。
7、X．25协议的层次结构包括物理层、数据链路层、分组层。
8、分组交换网主要的性能指标有分组传输时延、虚电路建立时间、传输差错率、网络利用率。
软考网络工程师笔记(中级1-3章)
2011软考网络工程师学习笔记―第一章第1章交换技术主要内容：1、线路交换2、分组交换3、帧中继交换4、信元交换一、线路交换1、线路交换进行通信：是指在两个站之间有一个实际的物理连接，这种连接是结点之间线路的连接序列。
2、线路通信三种状态：线路建立、数据传送、线路拆除3、线路交换缺点：典型的用户/主机数据连接状态，在大部分的时间内线路是空闲的，因而用线路交换方法实现数据连接效率低下；为连接提供的数据速率是固定的，因而连接起来的两个设备必须用相同的数据率发送和接收数据，这就限制了网络上各种主机以及终端的互连通信。
二、分组交换技术1、分组交换的优点：线路利用率提高；分组交换网可以进行数据率的转换；在线路交换网络中，若通信量较大可能造成呼叫堵塞的情况，即网络拒绝接收更多的连接要求直到网络负载减轻为止；优先权的使用。
2、分组交换和报文交换主要差别：在分组交换网络中，要限制所传输的数据单位的长度。
报文交换系统却适应于更大的报文。
3、虚电路的技术特点：在数据传送以前建立站与站之间的一条路径。
4、数据报的优点：避免了呼叫建立状态，如果发送少量的报文，数据报是较快的；由于其较原始，因而较灵活；数据报传递特别可靠。
5、几点说明：路线交换基本上是一种透明服务，一旦连接建立起来，提供给站点的是固定的数据率，无论是模拟或者是数字数据，都可以通过这个连接从源传输到目的。
而分组交换中，必须把模拟数据转换成数字数据才能传输。
6、外部和内部的操作外部虚电路，内部虚电路。
当用户请求虚电路时，通过网络建立一条专用的路由，所有的分组都用这个路由。
外部虚电路，内部数据报。
网络分别处理每个分组。
于是从同一外部虚电路送来的分组可以用不同的路由。
在目的结点，如有需要可以先缓冲分组，并把它们按顺序传送给目的站点。
外部数据报，内部数据报。
从用户和网络角度看，每个分组都是被单独处理的。
外部数据报，内部虚电路。
外部的用户没有用连接，它只是往网络发送分组。
帧中继原理
帧中继原理在计算机网络中，帧中继是一种数据链路层协议，用于在广域网中传输数据帧。
它的原理是将数据帧从一个网络节点传输到另一个网络节点，同时保持数据的完整性和顺序性。
帧中继技术可以提高网络的传输效率和可靠性，是现代网络通信中常用的一种技术。
帧中继原理的核心是将数据帧划分为固定长度的帧，然后通过网络传输。
在传输过程中，每个帧都会被分配一个唯一的标识符，以确保数据的顺序性和完整性。
当数据帧到达目的地时，接收端会根据标识符将数据帧重新组装成完整的数据包，然后交付给上层协议进行处理。
帧中继技术使用了虚拟电路的概念，通过在网络节点之间建立虚拟连接来传输数据。
这种虚拟连接可以在不同的物理链路上传输数据，从而实现数据的快速传输和路由选择。
帧中继还可以对数据进行压缩和封装，以提高网络的传输效率和带宽利用率。
帧中继技术还具有灵活性和可扩展性。
它可以根据网络的需求动态调整帧的长度和传输速率，以适应不同的网络环境和负载情况。
同时，帧中继还支持多种不同的数据链路协议，可以在不同的网络环境中进行部署和应用。
在实际应用中，帧中继技术通常用于连接不同的局域网和广域网，实现数据的快速传输和路由选择。
它可以有效地解决网络拥塞和带宽不足的问题，提高网络的传输效率和可靠性。
同时，帧中继还可以支持多种不同的数据业务，包括语音、视频和数据传输等。
总的来说，帧中继技术是一种高效、灵活和可靠的数据传输技术，可以在不同的网络环境中发挥重要作用。
它的原理和特点使其成为现代网络通信中不可或缺的一部分，为网络的快速发展和应用提供了重要的技术支持。
帧中继技术的不断创新和发展将进一步推动网络通信技术的进步，为人们的生活和工作带来更多的便利和效益。
第五章分组交换和分组交换网要点
几种常见的路由选择策略：
1. 固定路由选择 2. 泛法路由选择 3. 随机路由选择 4. 自适应路由选择
固定路由选择举例
各节点的路由表
洪泛式路由选择示例
扩散式路由
虚电路路由表
虚电路重连接过程
5.2.5 流量控制
分组交换网中各个节点交换机的处理能力和各条线路 的传输容量是一定的，但是用户终端发送分组的时间和数 量具有随机性。如果不对数据流进行控制，有可能造成网 内数据流分布不均匀，部分节点和线路上的数据流超过其 处理能力或传输容量，造成网络的阻塞。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。
物理层完成的主要功能如下： 在DTE和DCE接口处提供数据传输； 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； 提供电气地； 提供机械的连接器（如针、插头和插座）。
5.3.3 X.25的数据链路层——LAPB
X.25数据链路层规程是要在物理层提供的双向的信 息输送管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）。
（3）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。
帧中继
3、帧中继业务的应用
帧中继
1、什么是帧中继？ 什么是帧中继？
帧中继是一种快速分组交换方式，它将 是一种快速分组交换方式， X.25分组网中分组交换机之间的流量控制， X.25分组网中 的流量控制， 纠错等的处理过程进行了简化，交由用户 纠错等的处理过程进行了简化， 终端设备来完成。 终端设备来完成。
2、帧中继的优点
1、局域网互联 适用于大企业、银行、 适用于大企业、银行、政府部门总部和各 地分支机构的局域网之间的互连。 地分支机构的局域网之间的互连。
2、图像传送 医疗、金融机构之间图像、图表的传送。 医疗、金融机构之间图像、图表的传送。
3、虚拟专用网
分组交换技术
分组交换技术分组交换技术是一种用于分组数据传输的技术，是一种分组交换网络通信技术。
它是基于以太网技术，实现分组数据通信的网络技术。
它结合了以太网络和分组交换网络，实现了有效的数据传输服务。
分组交换技术可以将数据流分组，在分组技术上，在给定的最大分组大小和最小发送防护时间的限制下，实现高效和可靠的数据传输。
它具有容错性，可以及时检测和纠正网络传输的数据错误。
分组交换技术的总体结构由三部分组成：物理信道层、数据链路层和网络层。
物理信道层的功能是提供物理连接，包括有线和无线连接，它使用信号传输介质传输数据；数据链路层的功能是通过地址编码来实现分组传输，它使用以太网等技术实现对数据分组的封装和解封装；网络层的功能由路由器实现，它使用路由算法来路由数据，根据网络状态实现最优路由。
分组交换技术有许多应用，是今天网络功能连接的重要基础。
在网络领域，它有广泛的应用，如网络的音频和视频传输、多终点多播通信、自动交换数据等。
根据不同的应用场景，它也可以用于实现网络虚拟化、负载均衡、安全策略等服务。
同时，由于网络发展越来越快，它也可以用来实现网络软件定义计算和网络机器学习等新技术的实现。
分组交换技术的应用非常广泛，它不仅可以实现网络的物理层和数据链路层服务，而且还可以应用于网络的高层服务。
由于它的低延时、高速度的特点，它可以实现高效的网络通信。
同时，它的容错性也可以保证网络中数据的安全传输，避免通信中出现数据错误。
分组交换技术是一种重要的通信技术，它是网络领域中用于实现分组数据传输的重要技术。
它不仅可以实现高效的网络通信，而且它的容错性也可以保证网络传输的安全性。
目前，分组交换技术已被广泛应用于许多不同的领域，成为今天网络技术发展中不可缺少的重要技术。
现代交换技术重点整理
第1章：绪论交换的基本概念，通信网的三要素：终端设备传输系统交换系统数据通信和话音通信的区别：1，通信对象不同，数据通信实现的是计算机和计算机之间，以及人与计算机之间的通信，而话音通信实现的是人与人之间的通信。
2，传输可靠性不同，数据通信要求更高，话音相对较小3，通信的平均持续时间和通信建立响应不同，数据通信持续时间要短，建立连接的时间也短。
话音通信过程相反。
4，通信过程中信息业务量特性不同电路交换和分组交换的优缺点电路交换的主要优点：1，信息传输时延小，对一次连续而言，传输时延固定不变。
2，信息的传输效率比较高3，信息的编码方法和信息格式有通信双方协调，不受网络的限制缺点：1，电路的连续时间较长，当传输较短信息时，通信通道建立的时间可能大于通信时间，网络利用率低2，电路利用低3，通信双方在信息传输，编码格式，同步方式，通信协议等方面要完全兼容，限制了各种不同速率，不同代码格式，不同通信协议的用户终端的互通4，有呼损，可能出现由于对方用户终端设备忙或交换网负载过重而呼叫不通第2章：交换单元与交换网络1）连接的三种表示形式（函数表示形式，排列表示形式，图像表示形式）及它们间的相互转换2）T、S接线器及TST网络的工作原理3）Clos无阻塞网络基本结构和条件Clos网络结构：两边各有r个对称的m*n矩形交换单元，中间是m个r*r的正方型交换单元。
每个交换单元都与下一级的各个交换单元有连接且仅有一条连接。
m,n,r是整数决定了交换单元的容量，称为网络参数记作C（m,n,r）三级clos网络无阻塞的条件：m>=2n-1.4）Banyan网的构成方法、自由选路的概念以及阻塞情况判断第3章：电路交换技术及接口电路电路交换呼叫接续过程：三个阶段：1，呼叫建立2，消息传输3，话终释放电路交换系统的基本功能：连接、信令、终端接口、控制功能。
模拟用户接口的七大功能：能对7个基本功能做简单解释。
1、馈电：所有连接在交换机上的电话分机用户，都由交换机向其馈电。
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分组交换技术
通信协议 帧中继
分组交换技术
资源分配技术
预分配资源技术——时分复用、频分复用 线路资源的利用率较低 动态分配资源技术——统计时分复用 线路资源按需求分配给各个用户。
为识别来自不同终端的用户数据，在发送到线路之前 打上与终端和子信道有关的“标记”。（课本图5.4）
线路资源的利用率较高。
分组交换技术的产生及原理
数据通信系统的构成
数据是具有某种含义的数字信号的组合。 数据通信可定义为“用通信线路（包括通信设备）将
远地的数据终端设备与主计算机连接起来进行信息处 理”。（课本P101 图5.1）
特点: 按协议进行数据终端之间的通信; 传输速率高; 可靠性要求高; 数据突发性强.
释放确认
分组交换技术的产生及原理
交换虚电路的特点：
一次通信具有呼叫建立、数据传输和呼叫释放三个阶
段（面向连接工作方式）。数据分组中不需要包含终 点地址，对于数据量较大的通信传输效率高。
数据分组按建立的路径顺序通过网路，在网路终点不
需要对数据重新排序，分组传输时延小，而且不容易 产生数据兮组的丢失。
网路阻塞控制原则：限制节点中的分组队列的长度，维持
网中或网中的一个区域里的分组数目低于某一水平，使分
组的到达率低于分组的传输率。
通信协议
分组交换技术的产生及原理
5.1.1 5.1.2 5.2.3 5.2.4
5.2.1 5.2.2 5.2.5 5.2.6
数据通信系统的构成 分组交换技术的产生 交换虚电路的建立和释放 虚电路和逻辑信道的区别
通信协议
通信系统分层的基本概念
把一个通信实体分成N层分别描述，就可以得到 N层的协议参考模型。
每层实体完成特定的功能，上层根据下层提供的功
能，增加本层相应的功能，进一步提交给更上层。
两个进行通信的通信实体的相同层必须对该层完成
的功能有统一的认识，这就是同等层之间的协议。
任何同等层协议完成都是通过下层提供的逻辑传输
分组交换技术的产生及原理
数据通信系统的构成
数据终端设备 DCE
数据 输入 输出 设备 传输 控制 器 数据 电路 终接 设备 传输 信道
计算机系统 DCE
数据 电路 终接 设备 通信 控制 器 中央 处理 机
DTE
数据电路 数据链路
DTE
数据电路：指的是在线路或信道上加信号变换设备之后形成的二 进制比特流通路。
交换虚电路工作原理
入端 出端
入端 出端
逻 辑 信 道 对 应 表
DA 10 SB 50
SA 50 DB 6
入 端 设 备 号 LCN10
逻 辑 信 道 号
出 端 设 备 号
逻 辑 信 道 号 LCN50
交换机B的逻辑信道 对应表
DTEA
LCN6 SB
DTEB
SA
分组交换技术的产生及原理
交换虚电路工作原理 2.数据传输
第五章 分组交换与帧中继技术
第五章 分组交换与帧中继技术
分组交换技术的应用背景
早期的计算机通信网采用的就是分组交换，之后 发展出来的快速分组交换、帧中继、ATM技术等都是在 分组交换技术的基础上产生的。 分组交换的应用：
1、利用分组交换网实现数据业务的处理，如金融系统的通存通 兑、电子汇兑、资金清算、自动取款业务等。证券公司的行 情发布、公安部门的户籍、身份证管理等。 2、利用分组交换网组建系统内部专网。将各部门的计算机联成 网络，使数据能准确、高速、可靠地在网内传输，并达到资 源共享。 3、通过分组网接入数据通信的增值业务网，如电子信箱业务、 国际计算机互联网业务等。
数据链路：是在数据电路已建立的基础上，传输收发双方的交换“握 手”信号。
分组交换技术的产生及原理
分组交换技术的产生及原理
分组交换——数据报方式
终端A终端C：采用数据 报方式 （1）数据分组传输时延大 （2）分组时延差别大 （3）对网络故障适应性强
分组交换技术的产生及原理
分组交换——虚电路方式
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通用格式识别符
逻辑信道组号
逻辑信道号
分组类型识别符 第7比特称为传送确认比特D D=0：分组的确认是由本地完成（DTE与DCE之间）； D=1：端到端的确认（DTE与DTE之间）。
分组交换技术
分组头格式
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通用格式识别符
逻辑信道组号
逻辑信道号
虚电路建立后，数据分组按已建立的路径顺序通过网络，
在终点不需要对数据重新排列。
信息。
每个分组头部只需指明逻辑信道号，而不需要目的地址的
如果收发两端在通信过程中一段时间内没有数据发送，网
络仍旧保存着逻辑信道号，但并不占用网络的传输资源。
传送过程中，普遍采用逐段转发、出错重发的方式，每个
分组交换技术
路由选择
路由选择原则: ①使消息通过网络的平均延迟时间较短。 ②平衡网内业务量，使全网的通过量最大。 实现路由选择的路由算法: 固定路由算法 用于小规模的专用分组网
自适应路由算法
用于大规模的公用分组网
分组交换技术
路由选择
固定路由算法：在网络拓扑结构不变的情况下，根 据网络结构、传输线路的速率、途径交换机的个数 等，预先算出某一个交换机至各目的交换机的路由 表，然后将此表装入交换机的主存储器内。 例 自适应路由算法：路由选择过程中所用的路由表要 考虑网内当前业务量情况，线路畅通情况，并对网 络结构发生变化时及时更新，以便在新情况下获得 较好路由，每隔一段时间要重新算一次。 方法：集中式、分布式、混合式
通信协议
抽象通信过程
为了明确一个通信过程，必须定义相应的通信线路和 通信实体的功能。
对于通信线路要定义它提供的通信能力。 对于通信实体则必须明确它利用何种通信能力、向
它的用户提供何种通信能力以及接收外部管理的能 力和机制。 上述的定义内容称为通信协议，它规定了通信实体间 和用户间通信所必须遵守的约定 。
逻辑信道号与逻辑信道组号就是为了在同一物理信道上 区分若干逻辑信道而设置的。
分组交换技术
分组头格式
8 7 6 5 4 3 2 1 通用格式识别符 逻辑信道组号
逻辑信道号 分组类型识别符
分组类型识别符是用来区分不同类型的分组： •呼叫建立分组用于在两个DTE之间建立交换虚电路； •数据传输分组用于两个DTE之间实现数据传输； •恢复分组实现分组层的差错恢复； •呼叫释放分组用在两个DTE之间断开虚电路。 （参见课本P107 表5.2）
分组类型识别符 第6、5比特称为模式比特SS，表示分组的顺序编号 SS=01：分组顺序号按模8方式工作； SS=10：分组顺序号按模128方式工作。
分组交换技术
分组头格式
8 7 6 5 4 3 2 1
通用格式识别符
逻辑信道组号
逻辑信道号
分组类型识别符
分组交换是以存储转发的方式进行工作，在某一时间段内同 一物理信道上可以传送属于多个不同通信终端的分组，即可 以承载多条逻辑信道。
分组交换技术的产生及原理
数据通信系统的构成
数据终端设备 DCE
数据 输入 输出 设备 传输 控制 器 数据 电路 终接 设备 传输 信道
计算机系统 DCE
数据 电路 终接 设备 通信 控制 器 中央 处理 机
DTE
DTE：有分组型和非分组型终端两类。
DTE
DCE：当传输信道是模拟时， DCE的作用是 modem；当传输信道 是数字信道时，DCE的作用是实现信号码型与电平的变换、信道 特性的均衡、定时供给等。
分组交换技术
分组头格式
8 7 6 5 4 3 2 1
通用格式识别符
逻辑信道组号
逻辑信道号
分组类型识别符 分组有两大类，由分组头第一个字节的第8比特（限定 比特Q）区分： Q=0：数据分组,用来承载用户数据的分组； Q=1：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。
分组交换技术
分组头格式
功能实现的，而不是直接交互（任何层交互范围限 于其相邻层）。
通信协议
通信系统分层的基本概念
采用分层结构的优点：
各层之间是独立的
灵活性好 结构上可分隔开 网络结构清晰 能促进标准化工作
通信协议
开放系统互连参考模型（OSI-RM）
通信处理
通信传送
第五章 分组交换与帧中继技术
分组交换技术的产生及原理
5.1.1 5.1.2 5.2.3 5.2.4
5.2.1 5.2.2 5.2.5 5.2.6
数据通信系统的构成 分组交换技术的产生 交换虚电路的建立和释放 虚电路和逻辑信道的区别
资源分配 分组的形成 路由选择 流量控制
分组交换技术
通信协议 帧中继
当网路中由于线路或设备故障时，可能导致虚电路的
中断，需要重新呼叫，建立新的连接。
分组交换技术的产生及原理
虚电路和逻辑信道的区别：
虚电路是主叫DTE到被叫DTE之间建立的虚连接； 而逻辑信道是在网络上可以分配的一种信道编号资 源。 一条虚电路是由每个逻辑信道号连接而成。
一条虚电路具有呼叫建立、数据传输和呼叫释放 的过程；而逻辑信道是一种客观存在，只有“占用” 和“空闲”的两种状态，不会消失。
分组交换技术
分组的形成
通信电文
F A C 分组头 信息字段 FCS F 高级数据链路 F A C 分组头 控制规程标记
FCS F
F A C 分组头
FCS F
F：帧定界标志，标识分组的边界 A：地址字段，用来区分DCE和DTE之间传送的命令帧和响应帧。 C：控制字段，指示帧的类型（信息帧，监控帧，无编号帧） FCS：帧校验序列，为CRC校验码