【正文】 快速分組交換的概念、技術(shù)、標準和服務 快速分組交換幀中繼 信元中繼L A P D I .122 Q .931 A T M Q D B幀中繼 I S D N 幀中繼 S M D SB I S D N T I S I第 8章 計算機網(wǎng)絡與通信 2. 幀中繼網(wǎng)和 幀中繼是在 ， 簡化了差錯控制 (包括檢測 、重傳和確認 )、 流量控制和路由選擇功能 ， 而形成的一種快速分組交換技術(shù) 。 幀中繼網(wǎng)和 交換網(wǎng) ， 而且?guī)拈L度也都是可變的 。 但是 ， 兩者有以下主要區(qū)別： (1) 從層次上看， 不相同，如圖 810所示。 ，端到端確認由第四層 (運輸層 )進行，而幀中繼不僅各結(jié)點沒有網(wǎng)絡層，而且數(shù)據(jù)鏈路層也只有 ，端到端確認由第二層 (數(shù)據(jù)鏈路層 )進行。 第 8章 計算機網(wǎng)絡與通信 圖 810 從層次上比較 (a) ； (b) 幀中繼網(wǎng) 7654321765432176543217654321端到端的確認只有 X .2 5 網(wǎng)的鏈路層的部分功能端到端的確認( a ) ( b )第 8章 計算機網(wǎng)絡與通信 (2) 從源站到目的站傳送一幀信息時 ， 在 網(wǎng)的各鏈路上所要傳送的信息不一樣 。 對 ， 每個結(jié)點在收到一幀后都要發(fā)回確認幀 ， 而且目的站在收到一幀后發(fā)回端到端的確認時 ， 也要逐站進行確認 ， 如圖 811(a)所示 。而幀中繼由于它的中間結(jié)點只轉(zhuǎn)發(fā)幀 ， 不發(fā)確認幀 ， 即中間結(jié)點沒有逐段的鏈路控制能力 ， 所以 ， 只有在目的端收到一幀后 ， 才向源站發(fā)回端到端的確認 ， 如圖 811(b)所示 。 因此 ，在幀中繼方式下 ， 是不需要網(wǎng)絡層的 。 (3) ， 包括永久虛電路和交換 (或呼叫 )虛電路 ， 而幀中繼網(wǎng)由數(shù)據(jù)鏈路層提供面向連接的服務 ， 而且只支持永久虛電路 。 在數(shù)據(jù)鏈路層保持網(wǎng)絡入口處和出口處所傳輸?shù)膸捻樞?， 保證不交付重復幀 ， 且?guī)膩G失率很小 。 第 8章 計算機網(wǎng)絡與通信 圖 811 (a) ； (b) 幀中繼方式 ( a ) ( b )第 8章 計算機網(wǎng)絡與通信 (4) 在 ， 各結(jié)點都要對用戶數(shù)據(jù)進行檢錯和糾錯 (重傳 )， 在數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡層設置流量控制 ，而幀中繼網(wǎng)的差錯控制和流量控制主要由高層協(xié)議完成 。 ， 而幀中繼則是在數(shù)據(jù)鏈路層進行永久虛電路的映射 。 (5) 分組交換網(wǎng)是在網(wǎng)絡層中實現(xiàn)多路復用 ， 而幀中繼則是在數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)多路復用 。 (6) 分組交換的傳輸速率為 64 Kb/s， 而幀中繼的傳輸速率則可達 Mb/s， 且其最高速率沒有作理論上的限制 。 目前 ， 這種速率相對于局域網(wǎng)并不算高 ， 但在實際應用的廣域網(wǎng)上已經(jīng)很不容易 。 第 8章 計算機網(wǎng)絡與通信 綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng) ISDN和 ATM網(wǎng)絡簡介 1. 綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng) ISDN的基本概念 眾所周知 ， 通信網(wǎng)的兩個重要組成部分是傳輸系統(tǒng)和交換系統(tǒng) 。 當一種網(wǎng)絡的傳輸系統(tǒng)和交換系統(tǒng)都采用數(shù)字系統(tǒng)時 ， 就稱為綜合數(shù)字網(wǎng) (Integrated Digital Network，IDN)。 這里的 “ 綜合 ” 是指將 “ 數(shù)字鏈路 ” 和 “ 數(shù)字結(jié)點 ”合在一個網(wǎng)絡中 。 如果將各種不同的業(yè)務信息經(jīng)數(shù)字化后都在同一個網(wǎng)絡中傳送 ， 這就是綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(Integrated Services Digital Network， ISDN)。 這里的 “ 綜合 ” 既指 “ 綜合業(yè)務 ” ， 也指 “ 綜合數(shù)字網(wǎng) ” 。 第 8章 計算機網(wǎng)絡與通信 由于綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng) ISDN是在電話綜合數(shù)字網(wǎng) IDN基礎上發(fā)展起來的 ， 因此 CCITT對綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng) ISDN的定義為“ ISDN是由電話 IDN發(fā)展起來的一個網(wǎng)絡 ， 它提供端到端的數(shù)字連接以支持廣泛的服務 ， 包括聲音和非聲音的 ， 用戶的接入是通過有限的多用途用戶網(wǎng)絡接口標準實現(xiàn)的 ” 。 ISDN定義強調(diào)的要點是： (1) ISDN是以電話 IDN為基礎發(fā)展起來的通信網(wǎng)； (2) ISDN支持各種電話和非電話業(yè)務 ， 包括話音業(yè)務 、數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務 、 可視圖文業(yè)務 、 智能用戶電報遙測業(yè)務和告警業(yè)務； (3) 提供開放的標準接口 。 (4) 用戶通過端到端的共路信令，實現(xiàn)靈活的智能控制 第 8章 計算機網(wǎng)絡與通信 ISDN可以分為兩代 。 第一代 ISDN有時也稱為窄帶ISDN， 即 NISDN， 它基于 64 Kb/s通道作為基本交換部件 ，采用電路交換方式 。 窄帶 ISDN的最大貢獻在于幀中繼 。 而第二代 ISDN則稱為寬帶 ISDN ， 即 BISDN， 它支持高速 (每秒幾百 Mb)的數(shù)據(jù)傳輸 ， 采用快速分組 (固定長 )交換 。 BISDN的最大貢獻在于異步傳輸模式 ATM， 也稱信元中繼 。 NISDN對用戶只能提供 2 Mb/s以下的業(yè)務 ， 其他性能也很難適應未來的要求 。 因此 ， 提出了 BISDN的概念 。 寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng) BISDN也是將各種業(yè)務 (如話音、數(shù)據(jù)、圖像、活動圖像等 )綜合在一個網(wǎng)絡中傳送的，它包括 NISDN的所有業(yè)務功能。 BISDN的業(yè)務可分成兩類。 第 8章 計算機網(wǎng)絡與通信 1) 交互業(yè)務 (Interactive Service) (1) 會話型業(yè)務 (Conversational Service)：包括寬帶可視電話 、 電視監(jiān)視 、 高速不受限數(shù)字信息 、 高速傳真 、 高分辨率圖像業(yè)務等 。 這類業(yè)務的主要特點是實時性 (無存儲轉(zhuǎn)發(fā) )。信息的流向既可以是雙向的 ， 也可以是單向的 。 利用 BISDN提供的會話型業(yè)務可以實現(xiàn)遠程教學 、 遠程醫(yī)療和遠程控制 。 (2) 消息型業(yè)務 (Messaging Services)：通過存儲單元在用戶間提供存儲轉(zhuǎn)發(fā) 、 電子信箱 、 報文處理的通信服務 。 這類業(yè)務是非實時性的 。 (Email)業(yè)務 。 但 BISDN中的 Email服務將是多媒體的 ， 不僅包括有數(shù)據(jù)信息 ， 還可提供話音 、 視頻信息的傳輸 。 第 8章 計算機網(wǎng)絡與通信 (3) 檢索型業(yè)務 (Retrieval Service)：用戶通過 BISDN向網(wǎng)上的其他結(jié)點或信息中心檢索信息，如產(chǎn)品目錄、廣告、技術(shù)資料，這類信息也可以是多媒體的，可以實現(xiàn)視頻點播 VOD(Videoon Demand)。檢索型業(yè)務有些是實時性的，有些是非實時性的。 2) 分配型業(yè)務 (Distribution Services) 實現(xiàn)點到多點的通信 ， 按用戶能否單獨控制信息分配可分為兩類： (1) 用戶可單獨演示控制：分配型業(yè)務的中心結(jié)點將信息周期性地廣播 ， 用戶利用瀏覽 、 選擇等功能 ， 并能控制信息的起始 。 如遠程教學 、 遠程廣告等 。 第 8章 計算機網(wǎng)絡與通信 (2) 用戶不能單獨演示控制：利用這類服務可以實現(xiàn)電子出版 、 廣播電視服務 。 上述眾多的業(yè)務 ， 在傳輸速率 、 突發(fā)性以及服務要求等方面差別很大 ， 要支持如此眾多且特性各異的業(yè)務 ， 無疑對 BISDN提出了非常高的要求 。 因此 ， BISDN除以光纜作為其傳輸干線外 ， 在交換方式上必須改革 。 目前的數(shù)字通信網(wǎng) ， 即便是 NISDN也多是針對不同的業(yè)務采用不同的交換方式 。 而 BISDN要做到用統(tǒng)一的交換方式支持不同的業(yè)務必須采用一種嶄新的技術(shù) ， 這便是異步轉(zhuǎn)移模式 ATM(Asynchronous Transfer Mode)。 第 8章 計算機網(wǎng)絡與通信 2. 異步傳輸模式 ATM的基本概念 現(xiàn)有的交換方式主要就是傳統(tǒng)的電路交換和分組交換 。電路交換采用時分復用方式 ， 周期性地占用重復出現(xiàn)的時隙 ， 信道以它在一幀中的時間位置 (時隙 )來區(qū)分 ， 如圖 812(a)所示 。 一個時隙對應一條信道 ， 不同信源的通路是通過周期性的幀內(nèi)時隙的位置來區(qū)分的 。 每條通路的各個時隙是定期出現(xiàn)的 ， 不需外加信息頭來標志信息屬于哪條通路 ， 當某個信源無信息傳送時 ， 分給它的時隙 (信道 )就空閑 ，別的信源無法使用 ， 造成寬帶浪費 。 這種在通信過程中不論是否發(fā)送信息 ， 其信道 (指分配的時隙 )都被相應兩端獨占的傳送模式稱為同步傳送模式 STM。 NISDN采用 STM交換技術(shù) 。 第 8章 計算機網(wǎng)絡與通信 圖 812 STM和 ATM傳送比特流的區(qū)別 (a) STM； (b) ATM 信道 1 信道 1 信道 7 信道 4 空閑 空閑 信道 1 信道 1 信道 1 信道 1…幀同步信道 1 信道 2 信道 3 … 信道 n幀同步信道 1 信道 2 信道 3 … 信道 n( a )首部 5 字節(jié)周期性幀 周期性幀信元空閑時隙( b )第 8章 計算機網(wǎng)絡與通信 分組交換是指不給發(fā)送端分配固定時隙 ， 而是采用存儲轉(zhuǎn)發(fā) ， 只要發(fā)送端有數(shù)據(jù)就可以發(fā)送分組 ， 屬于統(tǒng)計復用 ， 適用于任意傳輸速率 。 網(wǎng) 。 為了提高網(wǎng)絡的可靠性 ， 第 3層協(xié)議很復雜 ， 分組交換雖然適應突發(fā)性業(yè)務 ， 但實時性差 。 電路交換的實時性好，分組交換的靈活性好，而且信道利用率高。如果能將這兩種交換方式結(jié)合起來，就可以傳送綜合業(yè)務，這種建立在電路交換和分組交換基礎上的傳送模式 (或交換方式 )稱為異步轉(zhuǎn)移模式 ATM。BISDN采用了 ATM交換技術(shù)。 第 8章 計算機網(wǎng)絡與通信 ATM采用的是異步時分復用方式 ， 信道不是通過時隙在幀中的位置來確定 ， 而是通過信息的首部或標頭來區(qū)分不同的信道 ， 如圖 814(b)所示 。 在 ATM中傳送信息的基本單元稱為 “ 信元 ” (Cell)， 信元相當于一個分組 ， 但信元的長度是固定的 53個字節(jié) ， 其中 5個字節(jié)為標頭 (Cell Header)， 可標志不同的信道和優(yōu)先級等控制信息 。 因此 ，一個信元對應一個時隙 ， 每個時隙的長度是固定的 ， 但各個時隙并不一定緊緊相隨 ， 它取決于數(shù)據(jù)是否準備好 ， 只要數(shù)據(jù)準備好了 ， 不必等待空閑時隙的開始就可以從空閑時隙的中間插入 ， 但仍占用一個時隙的長度 。 第 8章 計算機網(wǎng)絡與通信 ATM不同于同步傳送模式 STM， 時隙不再固定地分配給某一信源 ， 而是按需分配 ， 只要時隙空閑 ， 任何允許傳送的信元都能占用 。 為此 ， 在交換設備的輸入端需要配置緩沖器 ，將來自各端的數(shù)據(jù)流形成完整的信元后 ， 按先到先服務的原則存入緩沖器中 ， 以統(tǒng)一的傳輸速率將信元插入空閑時隙內(nèi) ，這就是統(tǒng)計復用 。 在這種情況下 ， 信息進網(wǎng)速率不同也沒有關(guān)系 ， 可以由鏈路控制器的緩沖區(qū)調(diào)節(jié) ， 不同類型的數(shù)據(jù)都可以復用在一起 ， 速率高的信息源占用較多的時隙 。 因此 ，當系統(tǒng)的帶寬一定時 ， ATM交換設備允許接入的用戶數(shù)多于按最大速率分配的用戶數(shù) ， 但在建立連接分配帶寬時 ， 可達按平均速率分配的用戶數(shù) 。 在交換設備的輸出端 ， 不是靠時隙同步而是靠信頭標志來識別信元的 。 第 8章 計算機網(wǎng)絡與通信 ATM的主要特點如下： (1) 采用固定長度的短信元作為信息傳送的單位 ， 使信元像 STM的時隙一樣定時出現(xiàn) ， 但時隙又不被發(fā)送端信源獨占 ， 這又與 STM不同 。 長度固定的信元首部 ， 可以只用硬件電路對信元進行處理 ， 減少了結(jié)點對信元的處理時間 。 (2) ATM不采用固定時隙 ， 而是按需分配 ， 因而從本質(zhì)上講屬于分組交換 ， 這一點與 ， 但與 之處是 ， 它傳送的是固定長度的短分組 (信元 )， 而 分組長度可變 ， 因而信息插入信道的位置是任意的 ， 而ATM由于采用長度固定的信元 ， 使信元能像 STM的時隙一樣定時出現(xiàn) 。 第 8章 計算機網(wǎng)絡與通信 因此 ， 所有信息在最低層是按面向連接的方式傳送的 ， 具有電路交換實時性強的優(yōu)點 。 但對用戶來講 ，ATM既可工作于確定方式 (即承載某種業(yè)務的信元基本上周期性地出現(xiàn) )， 以支持實時性業(yè)務 ， 也可以工作于統(tǒng)計方式 (信元不規(guī)則地出現(xiàn) )， 以支持突發(fā)性業(yè)務 ， 從而能支持不同速率的各種業(yè)務 。 (3) 由于光纖信道的誤碼率非常低 ， 容量很大 ， 因而在 ATM網(wǎng)內(nèi)不在數(shù)據(jù)鏈路層進行差錯控制和流量控制 ，而是放到高層處理 ， 從而簡化了數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 ， 并可用硬件實現(xiàn) ， 大大縮短了交換結(jié)點的時延 ， 極大地提高了交換結(jié)點的通信處理能力 ， 實現(xiàn)了由鏈路接鏈路的傳輸方式向端到端傳輸方式的轉(zhuǎn)變 。 第 8章 計算機網(wǎng)絡與通信 ATM技術(shù)融合了電路交換和分組交換的優(yōu)點 ， 是一種高速分組交換技術(shù) ， 它在復用方式中處于位置復