第6章數據交換技術第6章數據交換技術在以上的章節中，我們先后學習了固定和移動電話網絡，這些電話網都是針對語音業務而建設的，并不適合數據業務。但是，隨著數據業務的飛速增長，人們對數據網絡的需求也日漸凸顯。本章介紹了幾種數據網絡的交換方式。雖然有的技術已經時過境遷，但這些技術對以后出臺的技術有著深遠的影響。2在以上的章節中，我們先后學習了固定和移動電話網絡，這些電話網數據通信：通信技術的未來之星數據通信是以“數據”為業務的通信系統，數據是預先約定好的具有某種含義的數字、字母或符號以及它們的組合。數據通信是計算機和通信相結合的產物。隨著計算機技術的廣泛普及與計算機遠程信息處理應用的發展，數據通信應運而生，以TCP/IP為基礎的數據網將成為未來電信網的基礎承載網絡。那么數據網中常用的交換方式有哪些？它們有什么不同？導入案例3數據通信：通信技術的未來之星導入案例36.1.1數據通信的基本概念6.1數據通信概述46.1.1數據通信的基本概念6.1數據通信概述4(DCN：DataCommunicationsNetwork)是用于在包括計算機、傳真、電報等在內的各種數據終端之間進行通信的網絡，按照一定的規約或協議傳輸數據信息。人們通常用速率、頻帶利用率和差錯率幾種指標了衡量數據通信的性能：數據通信網

5(DCN：DataCommunicationsNetwo66頻帶利用率為所傳輸的信息速率（或符號速率）與系統帶寬之比值，其單位為bit/s/HZ（或為Baud/Hz)3．頻帶利用率7頻帶利用率為所傳輸的信息速率（或符號速率）與系統帶寬之比值，可靠性可用差錯率來表示。常用的差錯率指標有平均誤碼率、平均誤字率、平均誤碼組率等。4．可靠性/差錯率8可靠性可用差錯率來表示。常用的差錯率指標有平均誤碼率、平均誤與傳統的電話業務比，數據業務有以下4個基本特點：(1)計算機直接參與(2)準確可靠(3)速率高(4)時間差異大6.1.2數據通信的特點9與傳統的電話業務比，數據業務有以下4個基本特點：6.1.2大數據的特征通可以用4個“V”來概括，即：

4個“V”VolumeVarietyValueVelocity10大數據的特征通可以用4個“V”來概括，即：4個“V”Vol(1)數據體量巨大(Volume)。以“平安城市項目視頻數據”為例，一個分辨率為1920*1080的200萬像素的高清攝像機，碼流為8Mbps，每月產生的視頻數據為2.47TB。對于一個擁有10萬個攝像機的中等規模的城市而言，每個月產生的數據在250PB左右。海量的視頻數據對數據傳輸、存儲、并發處理的要求極高。11(1)數據體量巨大(Volume)。以“平安城市項目視頻數數據類型大體可以分為結構化數據和非結構化數據兩種。其中，結構化數據以文本為主，非結構化包括網絡日志、音頻、視頻、圖片、地理位置信息等。這些多類型的數據對數據的處理能力提出了更高要求。(2)數據類型多(Variety)。12數據類型大體可以分為結構化數據和非結構化數據兩種。其中，結構價值密度是有價值的數據量與數據總量的比值。如何在海量的數據中提取出有價值的信息，這是對信息處理技術的一大挑戰。(3)價值密度低(Value)。13價值密度是有價值的數據量與數據總量的比值。如何在海量的數據中現在的數據流量從PB級至EB級不等，并呈快速增長趨勢。因此，不僅要求網絡能夠從這些海量的數據中提取數據，而且對提取速度的快慢也提出更苛刻的要求。(4)處理速度快(Velocity)。14現在的數據流量從PB級至EB級不等，并呈快速增長趨勢。因此，6.2.1分組交換的概念6.2分組交換技術156.2.1分組交換的概念6.2分組交換技術15也稱包交換，是以信息分發為目的，把從輸入端進來的數據按一定長度分割成若干個數據段，這些數據段叫做分組（或包），并且在每個信息分組中增加信息頭及信息尾，表示該段信息的開始及結束。分組交換16也稱包交換，是以信息分發為目的，把從輸入端進來的數據按一定長分組交換（PacketSwitching），也稱“信息包交換”。1980年出現了X.25建議，制定了分組交換的標準框架。6.2.2分組交換的基本原理17分組交換（PacketSwitching），也稱“信息包交在報文交換的基礎上，將用戶的一整份報文分，割成若干定長的數據塊，也就是我們常說的“分組”，以這些更短的、被規格化了的分組為單位，再進行存儲轉發。工作原理18在報文交換的基礎上，將用戶的一整份報文分，割成若干定長的數據(1)靈活性強，時延比報文交換小，能滿足實時性要求。優點：19(1)靈活性強，時延比報文交換小，能滿足實時性要求。優點：

以分組為單位，比報文效率更高，還更節省存儲空間，降低費用。(2)

可靠性在差錯控制協議的幫助下能將誤碼率降低到10-10以下。(3)20以分組為單位，比報文效率更高，還更節省存儲空間，降低費用。(1)技術復雜，設備要求較高。要求交換機具有大容量的存儲空間、高速的分析能力，且能處理各種類型的分組。但分組交換也存在一些缺點：21(1)但分組交換也存在一些缺點：21

分組越多，分組頭部的附加信息就越多，影響了效率。分組交換的應用比較廣泛：它是數據通信網，包括大名鼎鼎的互聯網，所選擇的基本交換方式，也是下一代網絡的主要形式。分組交換方式又可分為虛電路和數據報兩種交換方式，如圖6.1所示。(2)22分組越多，分組頭部的附加信息就越多，影響了效率。(2)222323(1)也有呼叫建立、數據傳輸和釋放清除三個階段。1．虛電路（VirtualCircuit）

由于路徑是預先建好的，因此傳輸過程中，不再進行路由選擇。(2)24(1)也有呼叫建立、數據傳輸和釋放清除三個階段。1．虛電路雖然該用戶的所有分組都只經同一條路徑傳輸，但該路徑上不止這一個用戶。因此傳輸的結果是“順序而不連續”的。(3)25雖然該用戶的所有分組都只經同一條路徑傳輸，但該路徑上不止這一時延比數據報小，且不易丟失。(4)26時延比數據報小，且不易丟失。(4)26交換虛電路(SVC：SwitchedVirtualCircuit)：如同電話電路一般，需要“呼叫建立、發送、拆線”三個階段。永久虛電路(PVC：PermanentVirtualCircuit)：如同專線，兩終端在申請合同期間，無須呼叫建立與拆線。虛電路又可分為：27交換虛電路(SVC：SwitchedVirtualCir(1)無須呼叫和釋放階段，只有傳輸數據階段，消除了除數據通信外的其他開銷。2．數據報（Datagram）

各分組可沿任意不同的路徑傳輸，每途徑一個節點都需要選擇下一跳路由。(2)28(1)無須呼叫和釋放階段，只有傳輸數據階段，消除了除數據通靈活方便，對網絡故障的適應能力較強，特別適合于傳送少量零星的信息。(3)數據分組傳輸時延離散度大，且不能防止分組的丟失、重復或失序問題。(4)29靈活方便，對網絡故障的適應能力較強，特別適合于傳送少量零星的分組交換網基本結構包括7大部分：節點交換機；數據終端；分組拆裝設備PAD；遠程集中器；網絡管理中心；傳輸線路；調制解調器。6.2.3分組交換網絡的結構30分組交換網基本結構包括7大部分：6.2.3分組交換網絡的其中，分組裝拆設備PAD是終端與網絡的接口，負責整合信息，使之滿足網絡傳輸。例如，非分組數據與分組數據之間的轉換，劃分分組，并在分組包上加上字頭、校驗碼。完成分組后，在PAD至交換機的中速線路上，PAD還需完成交織復用等功能。而遠程集中器PCV則可看成是PAD的擴充。PAD31其中，分組裝拆設備PAD是終端與網絡的接口，負責整合信息，使分組交換網絡的基本結構如圖6.2所示。32分組交換網絡的基本結構如圖6.2所示。321993年，我國建成投產了中國公用分組交換數據網ChinaPAC(ChinaPublicPacketSwitchedDataNetwork)，這是中國信息產業部經營管理的公用分組交換網，以X.25協議為基礎，可滿足不同速率、不同型號終端之間，終端與計算機之間，計算機之間以及局域網之間的通信。資費比DDN專線便宜，適用于速率低于64K的低速應用場合。例如，金卡工程中的POS機(用于商場刷卡消費)，由于其業務量小，但實時性要求高，就可采用X.25分組網方案。6.2.4分組交換的應用331993年，我國建成投產了中國公用分組交換數據網ChinaP幀中繼(FR：FrameRelay)又名第二代X.25，或快速X.25、X.25流水線方式。幀中繼是一種用于連接計算機系統的面向分組的通信方法。它主要用在公共或專用網上的局域網互聯以及廣域網連接。346.3幀中繼幀中繼(FR：FrameRelay)又名第二代X.25，或快幀中繼的誕生離不開兩大背景原因：一是依賴于光纖等能夠大大降低傳輸差錯的新型傳輸介質；二是得益于智能化終端等可以進行差錯檢驗節點。6.3.1概述35幀中繼的誕生離不開兩大背景原因：6.3.1概述35在這兩大因素下，幀中繼在第2層省略了差錯糾正功能、流量控制功能，因此減輕了網絡的負擔，進而把原本由第3層負責的路由功能，放到第2層，把原X.25的3層模型簡化為只有2層，減少了節點處理時間。圖6.3給出了傳統X.25網絡和幀中繼在層次結構是上的區別。

36在這兩大因素下，幀中繼在第2層省略了差錯糾正功能、流量控制功分組層數據鏈路層物理層傳統X.25數據鏈路層物理層幀中繼37分組層數據鏈路層物理層傳統X.25數據鏈路層物理層幀中繼37幀中繼的幀，是長度可變的，且最大長度超過X.25，最高可達大1600字節/幀。因此，幀中繼可以減少分段重組的次數，更加適合于封裝突發業務。例如局域網數據、壓縮視頻業務、WWW業務等，都是幀中繼很好的選擇。幀中繼的幀結構如圖6.4所示。6.3.2幀中繼的工作原理38幀中繼的幀，是長度可變的，且最大長度超過X.25，最高可達大3939幀中繼和X.25在幀的組建和傳輸過程中也有所不同：X.25在第2層中采用了平衡鏈路訪問規程(LAPB:LinkAccessProcedureBalanced)，而幀中繼的第2層采用：幀方式鏈路訪問規程（LAPF:LinkAccessProcedureonFrame）。它們都是HDLC的子集。40幀中繼和X.25在幀的組建和傳輸過程中也有所不同：X.25在而且，由于沒有第3層，幀中繼的幀直接通過交換機，也就是說，交換機在幀的尾部還未收到之前，就可以把幀的頭部發送給下一個交換機，因而被稱為流水線方式。一旦出錯，網絡不負責糾錯、立即丟棄，由高層協議發出重傳請求，然后由智能化用戶端(如計算機)負責重傳。這樣一來，花費的時間要比X.25多，因而幀中繼僅在誤碼率極低的網絡(如光纜)中才可行。圖6.5對比了分組交換網與幀中繼的確認方式，從中可以看到：分組交換網每傳輸一次數據均需反饋證實，而幀中繼這省略了這個步驟，從而加快了傳輸速度。41而且，由于沒有第3層，幀中繼的幀直接通過交換機，也就是說，交4242幀中繼具有以下五個優勢：6.3.3幀中繼的特點43幀中繼具有以下五個優勢：6.3.3幀中繼的特點43幀中繼采用了統計復用的方式，簡化了節點間的協議，能夠適用于突發性的大數量數據。(1)高效性：44幀中繼采用了統計復用的方式，簡化了節點間的協議，能夠適用于突在幀中繼有空余帶寬時，可“偷占”其他用戶空閑的多余帶寬，而只需要繳納預定帶寬的費用。(2)經濟性幀中繼的傳輸線路質量好，終端智能化程度高。(3)可靠性45在幀中繼有空余帶寬時，可“偷占”其他用戶空閑的多余帶寬，而只幀中繼的協議更加簡單，因此原有X.25接口只需軟件升級，不需改硬件。(4)靈活性：幀中繼的技術已經成熟，能夠很好的滿足64Kbit/s～2Mbit/s的速率范圍。(5)長遠性：46幀中繼的協議更加簡單，因此原有X.25接口只需軟件升級，不需幀中繼特點和優點之一是它的“約定信息速率(簡稱CIR)”機制。傳統數據通信(如DDN)，用戶預定64K的電路，就只能以64Kbit/s。而幀中繼，用戶預定的是CIR，實際可高于CIR，而收費依舊按CIR來定，并且其費用是相同DDN專線帶寬收費的40%。例如：某用戶預定了CIR、Bc(承諾突發量)和Be(超過的突發量)。網絡會監測用戶的入網業務流量：CIR47幀中繼特點和優點之一是它的“約定信息速率(簡稱CIR)”機在時間段T內，輸入的比特數之小于Bc，那么該幀就不用標記保證傳輸。(1)48在時間段T內，輸入的比特數之小于Bc，那么該幀就不用標記保證

在時間段T內，輸入的比特數之和大于Bc，但小于Bc+Be時，網絡就對幀中的DE(丟棄標志位)字段打上標記(DE置“l”)，被標記的幀再送給網絡，如果此幀得不到資源的話，就可能丟棄。(2)49在時間段T內，輸入的比特數之和大于Bc，但小于Bc+Be時在時間段T內，輸入的比特數之和大于Bc+Be時，網絡會限制發端用戶的速率，或丟棄數據。(3)50在時間段T內，輸入的比特數之和大于Bc+Be時，網絡會限制發1991年美國第一個幀中繼網——Wilpac網投入運行，覆蓋了全美91個城市。20世紀90年代初，芬蘭、丹麥、瑞典、挪威等國，聯合建立了北歐幀中繼網WordFRAME。1993年以后以平均每年300%的速度增長，北美、歐洲及亞太地區都各有十多個幀中繼運營網絡。6.3.4幀中繼的應用511991年美國第一個幀中繼網——Wilpac網投入運行，覆蓋在我國，杭州電信于1995年借助幀中繼技術，使浙江建設銀行首次實現了通存通兌。1997年CHINAFRN(中國國家幀中繼骨干網，又名中國公用幀中繼網)初步建成，覆蓋了大部分省會城市，由原郵電部頒布了試運行期間的指導性的收費標準。52在我國，杭州電信于1995年借助幀中繼技術，使浙江建設銀行首中國電信為了推廣幀中繼業務，在1997年12月，專門贊助主辦了北京、上海、東京、名古屋四城市間的網絡圍棋賽，以384Kbit/s的幀中繼，來傳送四地棋手的活動畫面。1998年，各省幀中繼網也相繼建成，許多銀行都采用了幀中繼方案。但隨著技術的高速發展，幀中繼不再是業界的寵兒，如杭州電信就在2003年用10兆的光纖網代替了幀中繼技術。53中國電信為了推廣幀中繼業務，在1997年12月，專門贊助主辦圖6.6給出了一個典型的手持式幀中繼測試儀。它可以讓使用者能夠按一個鍵就完成多項功能，包括：檢驗物理線路、建立到幀中繼網絡的連接、驗證提供的DLCI是否正確，以及提供到遠端設備的IP層的連接驗證。54圖6.6給出了一個典型的手持式幀中繼測試儀。它可以讓使用者能

55

55異步轉移模式(ATM：AsynchronousTransferMode)是實現B-ISDN的業務的核心技術之一。6.4ATM交換56異步轉移模式(ATM：AsynchronousTransf5757ATM的產生背景和幀中繼一樣：源自于光纖等誤碼率低，信道容量大的傳輸介質，和智能化終端的普及。在這樣的前提條件下ATM也把差錯控制、流量控制等功能放到高層處理，從而把第2層協議簡化得只需硬件就可實現，縮短了交換節點的時延。6.4.1ATM技術的產生及特點58ATM的產生背景和幀中繼一樣：源自于光纖等誤碼率低，信道容量ATM采用的是信元(cell))中繼方式。所謂信元，指的是一種特殊的傳輸單位，它的長度是固定的。根據I.361建議中的規定，ATM信元長度固定為53字節(5字節信頭+48字節凈負荷=53字節，即53×8bit=424bit)，其分層模型，也就是B-ISDN的層次結構如圖6.8所示。6.4.2ATM的信元結構59ATM采用的是信元(cell))中繼方式。所謂信元，指的是一6060在ATM的分層模型中，數據鏈路層被分為了ATM層和ATM適配層。其中，ATM層負責5字節的信頭。傳輸時，信頭先從第1字節開始順序向下發送，在同一字節中從第8bit開始發送，如圖6.9所示。每48字節的負載就需要5字節的信頭，其開銷高達10%，這同時也是ATM的一個缺陷。61在ATM的分層模型中，數據鏈路層被分為了ATM層和ATM適配6262根據所處位置的不同，ATM的信頭可分為UNI信頭和NNI信頭，如圖6.9所示；UNINNI63根據所處位置的不同，ATM的信頭可分為UNI信頭和NNI信頭(GFC：GenericFlowControl)：一般流量控制有4bit，它只用于UNI信頭，即只在本地有意義，當信元從用戶端進入網絡時，將被遇見的第一個交換機移除，不在網絡內傳輸。若GFC=0000則表示不接受控制的接入。ATM的信頭中各部分功能如下。

(1)一般流量控制64(GFC：GenericFlowControl)：ATM(VPI：VirtualPathidentifierIdentifier)：虛路徑標識在NNI中為12bit，UNI中為8bit。(2)虛路徑標識65(VPI：VirtualPathidentifierI(VCI：VirtualChannelIdentifie)：虛信道標識有16bit。VPI和VCI的工作方式如圖6.10所示。(3)虛信道標識66(VCI：VirtualChannelIdentifi(PTI：PayloadTypeIdentifier)：凈荷類型有3bit，它表示是用戶數據、還是操作管理數據(OAM:OperationAdministrationandMaintenance)，是端到端的、還是分段的等信息。(4)凈荷類型67(PTI：PayloadTypeIdentifier)CLP(celllosspriority)：信頭丟棄優先級有1bit。CLP=0時為安全傳輸，表示該信息是重要的，不會被丟棄；CLP=1時為最佳效果傳輸，表示此信息不太重要但仍被傳輸了。一旦出現擁塞，網絡將會釋放資源，到時候該信息就有可能被丟失。(5)信頭丟棄優先級68CLP(celllosspriority)：(5)信(HEC：headererrorcontrol)：信頭差錯控制有8bit，檢測有錯誤的信頭，可糾正信頭中1bit的信頭錯誤，但不檢測凈負荷數據段中的錯誤。同時，HEC還能起到信元定界的作用，利用HEC和它之前的4字節的相關性可識別信頭位置。(6)信頭差錯控制69(HEC：headererrorcontrol)：(6)ATM沒了第3層，其第2層需要做到原由第3層負責的路由選擇功能。ATM采取的方式是通過VPI和VCI中存儲的信道標志來描述了單向路由的尋址過程的，如圖6.10所示。6.4.3VP交換和VC交換70ATM沒了第3層，其第2層需要做到原由第3層負責的路由選擇功交換節點根據目的地，可先終止VC連接，再同時修改VCI的值。但VC交換需與VP交換同時進行，也就是說VCI的值發生改變時，VPI值也必然會隨之改變。VC連接終止時，相應的VP連接也就終止了。此VP上的各VC連接各奔東西，加入到各個新的VP中。(1)

VC交換71交換節點根據目的地，可先終止VC連接，再同時修改VCI的值。VP是由多條VC復用成的VC集束，1個VP可容納多達65356個VC。VP交換時，VCI的值可以不變，僅對VP進行單獨交換。(2)

VP交換72VP是由多條VC復用成的VC集束，1個VP可容納多達6535737374746.4.4ATM適配層(AAL)ATM適配層(AAL：ATMAdaptationLayer)可以使上層不必顧忌下層是否采用了ATM。AAL主要負責ATM層與高層之間的信元轉發過程，它把高層信元分割成ATM信元來傳輸，收到后再重組。756.4.4ATM適配層(AAL)75它可以再次細分為以下兩個子層。(2)分段/重組/拆裝子層(1)會聚子層子層76它可以再次細分為以下兩個子層。(2)分段/重組/拆裝子層(6.4.5ATM的優缺點ATM具有不少顯著突出的特點。(1)高效(2)利用率高(3)速率靈活(4)實時性(5)路由能力差(6)性能不突出(7)

QoS保證。776.4.5ATM的優缺點ATM具有不少顯著突出的特點。(6.4.6ATM與IP技術的融合近年來，隨著IP網的發展和成本的降低，IP技術成了的大勢所趨，為了適應IP帶來的挑戰，ATM也發展了一些過渡的模式：786.4.6ATM與IP技術的融合近年來，隨著IP網的發展在路由器之間引入ATM交換設備。把ATM層看成是第2層，AAL只是其上的附加。把ATM看成是和以太網、令牌環、X.25分組交換網等物理網絡一樣的一種異構網絡。交換在第3層以下，由硬件實現，這種可以縮短時間。把ATM適配器視為一般LAN網絡適配器，作為IP協議棧的一個網絡接口，而無須修改現有的高層。(1)重疊/覆蓋模式。79在路由器之間引入ATM交換設備。把ATM層看成是第2層，AA①局域網仿真(LANE②經典的傳統ATM上傳送③多協議MPOA(MultiProtocolOverATM)常見的以下幾種技術。80①局域網仿真(LANE②經典的傳統ATM上傳送③多協議這種模式把ATM層看作IP的對等層。將第3層的路由選擇與第2層的交換功能綜合起來。(2)集成/綜合模式。①IP交換②多協議標記交換MPLS81這種模式把ATM層看作IP的對等層。將第3層的路由選擇與第2ATM曾經盛極一時近年來，抵不過IP技術的大勢所趨，ATM也由盛轉衰，逐漸被IP替換了。

6.4.7ATM的應用82ATM曾經盛極一時6.4.7ATM的應用82838321世紀是信息的時代，隨著計算機的發展和普及，計算機網絡技術作為一門重要的科技手段已經深入影響到人們和社會生活發展的眾多領域。計算機網絡能指將地理位置不同的、具有獨立功能的多臺計算機及其外部設備，通過通信線路連接起來。在網絡操作系統、網絡管理軟件、及網絡通信協議(Protocol)的管理和協調下，實現資源共享和信息傳遞。而計算機網絡采用的協議中，最基本的就是TCP/IP。6.5IP技術21世紀是信息的時代，隨著計算機的發展和普及，計算機網絡技術網絡協議是通信雙方的約定或對話規則，用來描述進程間信息交換過程的術語，是網絡和分布系統中互相通信的同等層實體間，交換信息時必須遵守的規則的集合。在通信網絡中，有為數眾多的協議，要讓這么多協議更好地協同起來工作，這就需要對協議分層。6.5.1分層協議網絡協議是通信雙方的約定或對話規則，用來描述進程間信息交換過(1)獨立。(2)靈活(3)等級分明(4)方便(5)開放分層有一系列的好處：(1)獨立。(2)靈活(3)等級分明(4)方便(5)如今，大多數計算機網絡都使用的是TCP/IP體系結構。它是一個協議族，TCP和IP是其中兩個最重要的且必不可少的協議，故用它們作為代表命名。TCP/IP結構被形容為是“兩頭大中間小的沙漏計時器”。因為其頂層和底層都要許多各式各樣的協議，IP位于所有通信的中心，是唯一被所有應用程序所共有的協議。

6.5.2TCP/IP協議如今，大多數計算機網絡都使用的是TCP/IP體系結構。它是一第一層：網絡接口層，定義了DTE和DCE間的線路功能，完成數據幀的封裝、差錯校驗，和物理地址的尋址。第二層：互連層，定義了基于網絡層地址(如IP地址)和網絡拓撲，并進行路徑選擇。IP協議就是屬于這一層。計算機網絡的網際互連設備中，路由器也是工作在這一層的。第三層：傳輸層，負責確保端到端的透明傳輸。其典型協議有TCP和UDP兩個。第四層：應用層，是網絡服務與使用者應用程序間的接口。應用層的協議為數眾多，HTTP、DNS、SMTP、WWW等為用戶熟知的計算機網絡協調都屬于這一層。TCP/IP的體系結構由四層組成。第一層：網絡接口層，定義了DTE和DCE間的線路功能，完成數上圖對比了OSI與TCP/IP體系結構的不同。可以看出來，TCP/IP體系結構比OSI模型更簡便、更流行，是一個被廣泛采用的互連協議標準，上圖對比了OSI與TCP/IP體系結構的不同。可以看出來，T(1)

OSI層次多，而TCP/IP體系結構更簡便。(2)

OSI把“服務”與“協議”的定義結合起來，格外復雜，軟件效率低。(3)

TCP/IP可以允許像物理網絡的最大幀長(MaximumTransmissionUnit，MTU)等信息向上層廣播。這樣做可以減少一些不必要的開銷，提高了數據傳輸的效率。(4)

OSI對服務、協議和接口的定義清晰的，而忽略了異種網的存在，缺少互連與互操作。(5)

OSI只有可靠服務。而TCP/IP還有不可靠服務，靈活性更大。(6)

OSI網絡管理功能弱。它與OSI的區別如下。(1)

OSI層次多，而TCP/IP體系結構更簡便。它與O提出MPLS的初始動機是實現更高速的路由轉發。因為傳統的路由器網絡存在著兩個致命的缺陷：一是業務的服務質量難以得到保證；二是網絡的擴展性差。IETF在綜合各廠家IP交換技術，尤其是Cisco的標記交換，在此基礎上提出了標準的IP交換技術——多協議標簽交換(MPLS：MultiProtocolLabelSwitching)，從而解決了IP交換技術的標準化和各廠家IP交換設備的互操作問題。

6.5.3多協議標記交換MPLS提出MPLS的初始動機是實現更高速的路由轉發。因為傳統的路由(1)改善選路的性能和成本。(2)提高傳統疊加模型選路的擴展性。(3)引進和實施新業務時更具靈活性。它有如下的優點：(1)改善選路的性能和成本。它有如下的優點：現代交換原理與技術第6章-數據交換技術課件（1）轉發等價類（FEC）（2）標簽（Label）（3）標簽棧（4）標簽交換路徑LSP（5）標簽分配協議LDP（6）標簽信息庫（LIB）（7）流束（Stream）1.MPLS中的常用的術語

（1）轉發等價類（FEC）（2）標簽（Label）（3）標簽圖6.13標簽封裝圖6.13標簽封裝現代交換原理與技術第6章-數據交換技術課件現代交換原理與技術第6章-數據交換技術課件現代交換原理與技術第6章-數據交換技術課件2.MPLS的網絡結構2.MPLS的網絡結構現代交換原理與技術第6章-數據交換技術課件MPLS的工作流程可以分為三個方面：網絡的邊緣行為、網絡的中心行為，和建立標記交換路徑。3.MPLS的工作過程（1）網絡的邊緣行為（2）網絡的中心行為（3）建立標記交換路徑MPLS的工作流程可以分為三個方面：網絡的邊緣行為、網絡的中MPLS技術可以從兩個方面改善和提高IP網絡的QoS。MPLS可以根據數據流不同的服務等級來分配不同的標簽，并根據標簽選擇使用不同的標簽交換通道，以達到數據流對傳輸質量的要求。4.MPLS的特點和應用MPLS技術可以從兩個方面改善和提高IP網絡的QoS。MPL由于這些突出的優勢，MPLS技術在NGN承載網的骨干層中的應用日趨突出。早在2010年，俄羅斯領先移動運營商MegaFon就組建了莫斯科、圣彼得堡等多個重點城市的IP/MPLS骨干網節點，并選用中國華為公司出品的核心路由器來承建。同年，華為公司還與葡萄牙電信運營商Sonaecom成功部署了固定移動融合(FMC)的IP/MPLS骨干網。

2011年10月華為在中國上海寬帶論壇期間發布并演示了業界首款標準化H-MPLS(Hybrid-MultiprotocolLabelSwitching)樣機。2012年，阿爾卡特朗訊也采用IP/MPLS技術為德國能源供應商ENSO的全資子公司desaNet，設計和部署全新通信網絡。由于這些突出的優勢，MPLS技術在NGN承載網的骨干層中的應2012年11月，新加坡電信宣布成為亞太區首個面向全球部署MPLS-TP技術的電信運營商，并選用思科公司的MPLS-TP設備。2014年初，我國河北省電力公司石家莊供電分公司井陘、藁城兩個縣農村電網（簡稱“農網”）在電力行業首次部署了MPLS-TP環網保護方案。該項目在保證TDM業務質量同時，采用MPLS-TP技術提高數據業務傳送效率，根據不同業務模型可綜合提高30%到50%。相當于用一張網絡實現了SDH和PTN兩張網絡的功能，節省投資和運維成本，非常符合電力農網的需要，突出顯示了MPLS的商業價值。2012年11月，新加坡電信宣布成為亞太區首個面向全球部署M近年來，隨著IP技術的飛速反正，IP協議也廣泛應用在傳統語音業務中，被統稱為VoIP。這同時也是everythingonIP的一種體現。6.6

IP電話近年來，隨著IP技術的飛速反正，IP協議也廣泛應用在傳統語音狹義的IP電話是指的“IP語音通話”被稱為VoIP(VoiceoverIP)，被服務供應商看成是在IP網絡上傳輸語音的廉價捷徑。傳統語音要64kbps，但IP電話通過壓縮編碼及統計復用等，只占8kbps的帶寬，然后用分組交換技術，進行傳輸。6.6.1

VoIP概念和發展狹義的IP電話是指的“IP語音通話”6.6.1VoIP概念是在IP網絡上使用VoIP技術，不僅實現語音通話，還保證可靠性，以及增加數據功能和多種新應用。IP電話在連接方式上有：電腦對電腦、電腦對電話、和電話對電話三種形式。廣義的IP電話是指的“IP語音通信”是在IP網絡上使用VoIP技術，不僅實現語音通話，還保證可靠(1)技術突破期(1995-1996)：(2)發展期(1996-1999)：①1995年是業余家之年；②1996年是IP電話客戶端軟件年；③1997年是IP電話網關(Gateway)年；④1998年是IP電話網守(Gatekeeper)年；⑤1999年是IP電話應用年。(3)成熟期(2001～至今)：IP電話的發展，可分為三個階段：(1)技術突破期(1995-1996)：(2)發展期(1IP電話的業務范圍包括以下幾個方面。6.6.2

IP電話的特點(1)賦予普通電話IP功能(2)賦予呼叫中心網絡能力(3)一體化的消息傳遞(4)

IP電視電話的帶寬，所有適合與IP相結合。IP電話的業務范圍包括以下幾個方面。6.6.2IP電話的特(1)延遲400毫秒的基本原則。(2)

99.9999%可靠電信原則。(3)

多媒體應用發展原則。(4)

網絡的開放原則(5)后臺管理的保存障原則同時，IP電話具有5項基本的原則：(1)延遲400毫秒的基本原則。同時，IP電話具有5項基本IP網絡在傳輸語音時，有以下兩個完全平行的協議。6.6.3

IP電話的標準IP網絡在傳輸語音時，有以下兩個完全平行的協議。6.6.3（SIP：SessionInitiationProtocol）SIP協議源自一些Internet愛好者提出的，出發點是以現有的Internet為基礎來構架IP電話業務網。它將IP電話作為Intrnet上的一個應用，只是比其他應用(FTP、Email等)多了信令和QoS。因此SIP與Internet緊密結合，適于開發新的、與互聯網結合的語音應用。并且，SIP協議簡單靈活，采用分布式的呼叫模型和基于文本的協議，利用動態數據庫的方式來尋址，沒有長途和短途之分。1．會話初始協議（SIP：SessionInitiationProtocH.323協議源自國際電聯(ITU)，成立之初并不是專為IP電話提出的，而是為多媒體會議系統而提出標準。它把IP電話當作傳統電話，只是電路交換變成了分組交換。因此，易與PSTN兼容，更適合電信級大網的過渡方案。采用基于ASN.1和壓縮編碼規則的二進制方法表示其消息。它需要特殊的代碼生成器，可以集中執行會議控制功能，并且便于計費，對寬帶的管理也比較簡單、有效。2．H.323協議H.323協議源自國際電聯(ITU)，成立之初并不是專為IP傳統的PBX，是利用電路交換的原理來實現集團電話的功能。隨著Internet的流行和IP的成功，在以太網上實現相同功能的IPPBX也應運而生。圖6.19列舉了兩個傳統的PBX與新型混合式IPPBX的產品。

6.6.4

IPPBX傳統的PBX，是利用電路交換的原理來實現集團電話的功能。隨著現代交換原理與技術第6章-數據交換技術課件(1)

IPPBX實現了計算機電話集成(ComputerTelephonyIntegration，CTI)。(2)

IPPBX能直接使用便宜的普通模擬電話。(3)通用性和實用性更強。(4)傳統PBX專屬于各個廠家。(5)擴展和升級簡單。(6)實現增值服務更加方便和容易。(7)功能更加強大。(8)應用開發方便簡單。IPPBX與傳統PBX的比較有不少的優勢：(1)

IPPBX實現了計算機電話集成(Computer在我國，信息產業部于1999年4月27日，正式批準中國電信、中國聯通、吉通公司三家公司進行IP電話業務運營試驗。此次IP電話業務接入號碼為：中國電信17900，中國聯通17910，吉通公司17920。后來，中國移動也推出17951、12593等IP資費優惠。還有許多IP電話卡、IP電話吧，都如雨后春筍般流行起來。利用VoIP技術，在非常短的時間里6.6.5

IP電話的應用在我國，信息產業部于1999年4月27日，正式批準中國電信、現代交換原理與技術第6章-數據交換技術課件同時，IP電話的接通率、通話質量及接入碼使用不便等問題也凸顯出來：為享受IP長途優惠，每次打長途前，都需重新輸入IP接入號，再撥打被叫號碼；或從號碼本中調出已存好的“IP接入號+被叫號碼”。而若從已撥號中直接選擇“重撥”功能，則由于屬于二次撥號，系統往往不能識別，無法享受到優惠。另外，一些手機，為省去反復撥號和號碼過長的麻煩，設置了IP撥號功能鍵：只要事先把某個IP接入碼設為該手機的IP撥號功能鍵，則由手機自動加載在所撥的被叫號碼前面。但可惜的是，手機終端的這種便民功能卻形同虛設，因為運營商的計費平臺識別不了，依舊按照直接撥打長途的方式扣費。同時，IP電話的接通率、通話質量及接入碼使用不便等問題也凸顯相比之下，利用手機上網功能撥打IP電話的業務，卻在我國發展緩慢。因為工信部電管局(中國工業和信息化部電信管理局)在早期的很長一段時間內，僅允許三家運營商經營Phone-Phone形式的VoIP電話業務，而嚴禁手機WiFi功能。這樣一來，導致在手機上網后才能運行的免費IP電話軟件，也就無法使用了。一方面，禁止這些免費IP電話業務，暫時避免了對運營商現有收費平臺和監管效力的沖擊；另一方面，我國擁有自主知識產權的WAPI技術，在與WiFi的激烈競爭中，長期受到國際廠商的反對。相比之下，利用手機上網功能撥打IP電話的業務，卻在我國發展緩直到2009年6月，在ISO/IECJTC1/SC6(國際標準化組織和國際電工委員會第一聯合技術委員會第六分委員會第一工作組)會議上，WAPI首次獲準以獨立標準形式推進為國際標準。與此同時，負責受理電信設備入網檢測的泰爾實驗室對WiFi手機的態度，也從“不檢測、不認證、不許可”，改為“只要手機內置了WAPI模塊，不管是否內置WiFi，都可以接受入網檢測”。同月，國內首款內置了WiFi的手機方才正式銷售。從此，各種即時通信軟件(IM：InstantMessenger)大行其道。2013年，有關微信收費的討論剛剛偃旗息鼓，2014年，騰訊微信又推出了能撥打免費網絡電話的微信電話本。隨著4G網絡的鋪設和成熟，網絡電話后成為了即時通訊工具中的領頭羊已經是大勢所趨。直到2009年6月，在ISO/IECJTC1/SC6(國際標本章介紹了數據網絡的幾種形式。首先介紹了早期的分組網絡、幀中繼和ATM，然后介紹了新興的IP交換和多協議標記交換。最后對當下流行的IP電話也進行了介紹。同學們在學習的過程中，也應關注技術的更新交替，保持一定的前瞻性。

本章小結本章介紹了數據網絡的幾種形式。首先介紹了早期的分組網絡、幀中

1．在分組交換網中提供虛電路功能的是X.25的（

）功能。A．物理級 B．幀級（鏈路級）C．幀級（鏈路級）和分組級 D．分組級2．下面關于ATM技術說法正確的是()。A.ATM的中文名稱是同步數字體系

B.ATM技術適合低帶寬和高時延的應用

C.ATM信元中，前兩個字節是信頭

D.ATM協議本身不提供差錯恢復一、單項選擇題

1．在分組交換網中提供虛電路功能的是X.25的（

1.ATM網絡不參與任何數據鏈路層功能，將

與

工作都交給終端去做。

2.ATM的信元具有固定的長度，即總是

個字節。其中

個字節是信頭，

字節是信息段。3．MPLSVPN業務數據采用兩層標簽棧的封裝結構，其中

標簽代表了從PE到對端PE的一條LSP，

標簽指示了PE所連接的站點或者CE。二、填空題

1.ATM網絡不參與任何數據鏈路層功能，將4．

是使用先進的路由選擇算法將業務流量合理地映射到物理網絡拓撲中，從而充分利用網絡資源，提高網絡的整體效率，滿足不同業務對網絡服務質量的要求。5．MPLS網絡中，

是一個具有本地意義的固定長度的標識，用于標識一個轉發等價類。6．MPLS把整個網絡的節點設備分為兩類，其中

構成MPLS網的接入部分；

構成MPLS網的核心部分。4．是使用先進的路由選擇算法將業務流

1．為什么說ATM技術是融合了電路交換和分組交換的特點？請簡要說明原因。2.什么是MPLS?它有哪些應用？三、簡答題

1．為什么說ATM技術是融合了電路交換和分組交換的特點？請現代交換原理與技術第6章-數據交換技術課件第6章數據交換技術第6章數據交換技術在以上的章節中，我們先后學習了固定和移動電話網絡，這些電話網都是針對語音業務而建設的，并不適合數據業務。但是，隨著數據業務的飛速增長，人們對數據網絡的需求也日漸凸顯。本章介紹了幾種數據網絡的交換方式。雖然有的技術已經時過境遷，但這些技術對以后出臺的技術有著深遠的影響。129在以上的章節中，我們先后學習了固定和移動電話網絡，這些電話網數據通信：通信技術的未來之星數據通信是以“數據”為業務的通信系統，數據是預先約定好的具有某種含義的數字、字母或符號以及它們的組合。數據通信是計算機和通信相結合的產物。隨著計算機技術的廣泛普及與計算機遠程信息處理應用的發展，數據通信應運而生，以TCP/IP為基礎的數據網將成為未來電信網的基礎承載網絡。那么數據網中常用的交換方式有哪些？它們有什么不同？導入案例130數據通信：通信技術的未來之星導入案例36.1.1數據通信的基本概念6.1數據通信概述1316.1.1數據通信的基本概念6.1數據通信概述4(DCN：DataCommunicationsNetwork)是用于在包括計算機、傳真、電報等在內的各種數據終端之間進行通信的網絡，按照一定的規約或協議傳輸數據信息。人們通常用速率、頻帶利用率和差錯率幾種指標了衡量數據通信的性能：數據通信網

132(DCN：DataCommunicationsNetwo1336頻帶利用率為所傳輸的信息速率（或符號速率）與系統帶寬之比值，其單位為bit/s/HZ（或為Baud/Hz)3．頻帶利用率134頻帶利用率為所傳輸的信息速率（或符號速率）與系統帶寬之比值，可靠性可用差錯率來表示。常用的差錯率指標有平均誤碼率、平均誤字率、平均誤碼組率等。4．可靠性/差錯率135可靠性可用差錯率來表示。常用的差錯率指標有平均誤碼率、平均誤與傳統的電話業務比，數據業務有以下4個基本特點：(1)計算機直接參與(2)準確可靠(3)速率高(4)時間差異大6.1.2數據通信的特點136與傳統的電話業務比，數據業務有以下4個基本特點：6.1.2大數據的特征通可以用4個“V”來概括，即：

4個“V”VolumeVarietyValueVelocity137大數據的特征通可以用4個“V”來概括，即：4個“V”Vol(1)數據體量巨大(Volume)。以“平安城市項目視頻數據”為例，一個分辨率為1920*1080的200萬像素的高清攝像機，碼流為8Mbps，每月產生的視頻數據為2.47TB。對于一個擁有10萬個攝像機的中等規模的城市而言，每個月產生的數據在250PB左右。海量的視頻數據對數據傳輸、存儲、并發處理的要求極高。138(1)數據體量巨大(Volume)。以“平安城市項目視頻數數據類型大體可以分為結構化數據和非結構化數據兩種。其中，結構化數據以文本為主，非結構化包括網絡日志、音頻、視頻、圖片、地理位置信息等。這些多類型的數據對數據的處理能力提出了更高要求。(2)數據類型多(Variety)。139數據類型大體可以分為結構化數據和非結構化數據兩種。其中，結構價值密度是有價值的數據量與數據總量的比值。如何在海量的數據中提取出有價值的信息，這是對信息處理技術的一大挑戰。(3)價值密度低(Value)。140價值密度是有價值的數據量與數據總量的比值。如何在海量的數據中現在的數據流量從PB級至EB級不等，并呈快速增長趨勢。因此，不僅要求網絡能夠從這些海量的數據中提取數據，而且對提取速度的快慢也提出更苛刻的要求。(4)處理速度快(Velocity)。141現在的數據流量從PB級至EB級不等，并呈快速增長趨勢。因此，6.2.1分組交換的概念6.2分組交換技術1426.2.1分組交換的概念6.2分組交換技術15也稱包交換，是以信息分發為目的，把從輸入端進來的數據按一定長度分割成若干個數據段，這些數據段叫做分組（或包），并且在每個信息分組中增加信息頭及信息尾，表示該段信息的開始及結束。分組交換143也稱包交換，是以信息分發為目的，把從輸入端進來的數據按一定長分組交換（PacketSwitching），也稱“信息包交換”。1980年出現了X.25建議，制定了分組交換的標準框架。6.2.2分組交換的基本原理144分組交換（PacketSwitching），也稱“信息包交在報文交換的基礎上，將用戶的一整份報文分，割成若干定長的數據塊，也就是我們常說的“分組”，以這些更短的、被規格化了的分組為單位，再進行存儲轉發。工作原理145在報文交換的基礎上，將用戶的一整份報文分，割成若干定長的數據(1)靈活性強，時延比報文交換小，能滿足實時性要求。優點：146(1)靈活性強，時延比報文交換小，能滿足實時性要求。優點：

以分組為單位，比報文效率更高，還更節省存儲空間，降低費用。(2)

可靠性在差錯控制協議的幫助下能將誤碼率降低到10-10以下。(3)147以分組為單位，比報文效率更高，還更節省存儲空間，降低費用。(1)技術復雜，設備要求較高。要求交換機具有大容量的存儲空間、高速的分析能力，且能處理各種類型的分組。但分組交換也存在一些缺點：148(1)但分組交換也存在一些缺點：21

分組越多，分組頭部的附加信息就越多，影響了效率。分組交換的應用比較廣泛：它是數據通信網，包括大名鼎鼎的互聯網，所選擇的基本交換方式，也是下一代網絡的主要形式。分組交換方式又可分為虛電路和數據報兩種交換方式，如圖6.1所示。(2)149分組越多，分組頭部的附加信息就越多，影響了效率。(2)2215023(1)也有呼叫建立、數據傳輸和釋放清除三個階段。1．虛電路（VirtualCircuit）

由于路徑是預先建好的，因此傳輸過程中，不再進行路由選擇。(2)151(1)也有呼叫建立、數據傳輸和釋放清除三個階段。1．虛電路雖然該用戶的所有分組都只經同一條路徑傳輸，但該路徑上不止這一個用戶。因此傳輸的結果是“順序而不連續”的。(3)152雖然該用戶的所有分組都只經同一條路徑傳輸，但該路徑上不止這一時延比數據報小，且不易丟失。(4)153時延比數據報小，且不易丟失。(4)26交換虛電路(SVC：SwitchedVirtualCircuit)：如同電話電路一般，需要“呼叫建立、發送、拆線”三個階段。永久虛電路(PVC：PermanentVirtualCircuit)：如同專線，兩終端在申請合同期間，無須呼叫建立與拆線。虛電路又可分為：154交換虛電路(SVC：SwitchedVirtualCir(1)無須呼叫和釋放階段，只有傳輸數據階段，消除了除數據通信外的其他開銷。2．數據報（Datagram）

各分組可沿任意不同的路徑傳輸，每途徑一個節點都需要選擇下一跳路由。(2)155(1)無須呼叫和釋放階段，只有傳輸數據階段，消除了除數據通靈活方便，對網絡故障的適應能力較強，特別適合于傳送少量零星的信息。(3)數據分組傳輸時延離散度大，且不能防止分組的丟失、重復或失序問題。(4)156靈活方便，對網絡故障的適應能力較強，特別適合于傳送少量零星的分組交換網基本結構包括7大部分：節點交換機；數據終端；分組拆裝設備PAD；遠程集中器；網絡管理中心；傳輸線路；調制解調器。6.2.3分組交換網絡的結構157分組交換網基本結構包括7大部分：6.2.3分組交換網絡的其中，分組裝拆設備PAD是終端與網絡的接口，負責整合信息，使之滿足網絡傳輸。例如，非分組數據與分組數據之間的轉換，劃分分組，并在分組包上加上字頭、校驗碼。完成分組后，在PAD至交換機的中速線路上，PAD還需完成交織復用等功能。而遠程集中器PCV則可看成是PAD的擴充。PAD158其中，分組裝拆設備PAD是終端與網絡的接口，負責整合信息，使分組交換網絡的基本結構如圖6.2所示。159分組交換網絡的基本結構如圖6.2所示。321993年，我國建成投產了中國公用分組交換數據網ChinaPAC(ChinaPublicPacketSwitchedDataNetwork)，這是中國信息產業部經營管理的公用分組交換網，以X.25協議為基礎，可滿足不同速率、不同型號終端之間，終端與計算機之間，計算機之間以及局域網之間的通信。資費比DDN專線便宜，適用于速率低于64K的低速應用場合。例如，金卡工程中的POS機(用于商場刷卡消費)，由于其業務量小，但實時性要求高，就可采用X.25分組網方案。6.2.4分組交換的應用1601993年，我國建成投產了中國公用分組交換數據網ChinaP幀中繼(FR：FrameRelay)又名第二代X.25，或快速X.25、X.25流水線方式。幀中繼是一種用于連接計算機系統的面向分組的通信方法。它主要用在公共或專用網上的局域網互聯以及廣域網連接。1616.3幀中繼幀中繼(FR：FrameRelay)又名第二代X.25，或快幀中繼的誕生離不開兩大背景原因：一是依賴于光纖等能夠大大降低傳輸差錯的新型傳輸介質；二是得益于智能化終端等可以進行差錯檢驗節點。6.3.1概述162幀中繼的誕生離不開兩大背景原因：6.3.1概述35在這兩大因素下，幀中繼在第2層省略了差錯糾正功能、流量控制功能，因此減輕了網絡的負擔，進而把原本由第3層負責的路由功能，放到第2層，把原X.25的3層模型簡化為只有2層，減少了節點處理時間。圖6.3給出了傳統X.25網絡和幀中繼在層次結構是上的區別。

163在這兩大因素下，幀中繼在第2層省略了差錯糾正功能、流量控制功分組層數據鏈路層物理層傳統X.25數據鏈路層物理層幀中繼164分組層數據鏈路層物理層傳統X.25數據鏈路層物理層幀中繼37幀中繼的幀，是長度可變的，且最大長度超過X.25，最高可達大1600字節/幀。因此，幀中繼可以減少分段重組的次數，更加適合于封裝突發業務。例如局域網數據、壓縮視頻業務、WWW業務等，都是幀中繼很好的選擇。幀中繼的幀結構如圖6.4所示。6.3.2幀中繼的工作原理165幀中繼的幀，是長度可變的，且最大長度超過X.25，最高可達大16639幀中繼和X.25在幀的組建和傳輸過程中也有所不同：X.25在第2層中采用了平衡鏈路訪問規程(LAPB:LinkAccessProcedureBalanced)，而幀中繼的第2層采用：幀方式鏈路訪問規程（LAPF:LinkAccessProcedureonFrame）。它們都是HDLC的子集。167幀中繼和X.25在幀的組建和傳輸過程中也有所不同：X.25在而且，由于沒有第3層，幀中繼的幀直接通過交換機，也就是說，交換機在幀的尾部還未收到之前，就可以把幀的頭部發送給下一個交換機，因而被稱為流水線方式。一旦出錯，網絡不負責糾錯、立即丟棄，由高層協議發出重傳請求，然后由智能化用戶端(如計算機)負責重傳。這樣一來，花費的時間要比X.25多，因而幀中繼僅在誤碼率極低的網絡(如光纜)中才可行。圖6.5對比了分組交換網與幀中繼的確認方式，從中可以看到：分組交換網每傳輸一次數據均需反饋證實，而幀中繼這省略了這個步驟，從而加快了傳輸速度。168而且，由于沒有第3層，幀中繼的幀直接通過交換機，也就是說，交16942幀中繼具有以下五個優勢：6.3.3幀中繼的特點170幀中繼具有以下五個優勢：6.3.3幀中繼的特點43幀中繼采用了統計復用的方式，簡化了節點間的協議，能夠適用于突發性的大數量數據。(1)高效性：171幀中繼采用了統計復用的方式，簡化了節點間的協議，能夠適用于突在幀中繼有空余帶寬時，可“偷占”其他用戶空閑的多余帶寬，而只需要繳納預定帶寬的費用。(2)經濟性幀中繼的傳輸線路質量好，終端智能化程度高。(3)可靠性172在幀中繼有空余帶寬時，可“偷占”其他用戶空閑的多余帶寬，而只幀中繼的協議更加簡單，因此原有X.25接口只需軟件升級，不需改硬件。(4)靈活性：幀中繼的技術已經成熟，能夠很好的滿足64Kbit/s～2Mbit/s的速率范圍。(5)長遠性：173幀中繼的協議更加簡單，因此原有X.25接口只需軟件升級，不需幀中繼特點和優點之一是它的“約定信息速率(簡稱CIR)”機制。傳統數據通信(如DDN)，用戶預定64K的電路，就只能以64Kbit/s。而幀中繼，用戶預定的是CIR，實際可高于CIR，而收費依舊按CIR來定，并且其費用是相同DDN專線帶寬收費的40%。例如：某用戶預定了CIR、Bc(承諾突發量)和Be(超過的突發量)。網絡會監測用戶的入網業務流量：CIR174幀中繼特點和優點之一是它的“約定信息速率(簡稱CIR)”機在時間段T內，輸入的比特數之小于Bc，那么該幀就不用標記保證傳輸。(1)175在時間段T內，輸入的比特數之小于Bc，那么該幀就不用標記保證

在時間段T內，輸入的比特數之和大于Bc，但小于Bc+Be時，網絡就對幀中的DE(丟棄標志位)字段打上標記(DE置“l”)，被標記的幀再送給網絡，如果此幀得不到資源的話，就可能丟棄。(2)176在時間段T內，輸入的比特數之和大于Bc，但小于Bc+Be時在時間段T內，輸入的比特數之和大于Bc+Be時，網絡會限制發端用戶的速率，或丟棄數據。(3)177在時間段T內，輸入的比特數之和大于Bc+Be時，網絡會限制發1991年美國第一個幀中繼網——Wilpac網投入運行，覆蓋了全美91個城市。20世紀90年代初，芬蘭、丹麥、瑞典、挪威等國，聯合建立了北歐幀中繼網WordFRAME。1993年以后以平均每年300%的速度增長，北美、歐洲及亞太地區都各有十多個幀中繼運營網絡。6.3.4幀中繼的應用1781991年美國第一個幀中繼網——Wilpac網投入運行，覆蓋在我國，杭州電信于1995年借助幀中繼技術，使浙江建設銀行首次實現了通存通兌。1997年CHINAFRN(中國國家幀中繼骨干網，又名中國公用幀中繼網)初步建成，覆蓋了大部分省會城市，由原郵電部頒布了試運行期間的指導性的收費標準。179在我國，杭州電信于1995年借助幀中繼技術，使浙江建設銀行首中國電信為了推廣幀中繼業務，在1997年12月，專門贊助主辦了北京、上海、東京、名古屋四城市間的網絡圍棋賽，以384Kbit/s的幀中繼，來傳送四地棋手的活動畫面。1998年，各省幀中繼網也相繼建成，許多銀行都采用了幀中繼方案。但隨著技術的高速發展，幀中繼不再是業界的寵兒，如杭州電信就在2003年用10兆的光纖網代替了幀中繼技術。180中國電信為了推廣幀中繼業務，在1997年12月，專門贊助主辦圖6.6給出了一個典型的手持式幀中繼測試儀。它可以讓使用者能夠按一個鍵就完成多項功能，包括：檢驗物理線路、建立到幀中繼網絡的連接、驗證提供的DLCI是否正確，以及提供到遠端設備的IP層的連接驗證。181圖6.6給出了一個典型的手持式幀中繼測試儀。它可以讓使用者能

182

55異步轉移模式(ATM：AsynchronousTransferMode)是實現B-ISDN的業務的核心技術之一。6.4ATM交換183異步轉移模式(ATM：AsynchronousTransf18457ATM的產生背景和幀中繼一樣：源自于光纖等誤碼率低，信道容量大的傳輸介質，和智能化終端的普及。在這樣的前提條件下ATM也把差錯控制、流量控制等功能放到高層處理，從而把第2層協議簡化得只需硬件就可實現，縮短了交換節點的時延。6.4.1ATM技術的產生及特點185ATM的產生背景和幀中繼一樣：源自于光纖等誤碼率低，信道容量ATM采用的是信元(cell))中繼方式。所謂信元，指的是一種特殊的傳輸單位，它的長度是固定的。根據I.361建議中的規定，ATM信元長度固定為53字節(5字節信頭+48字節凈負荷=53字節，即53×8bit=424bit)，其分層模型，也就是B-ISDN的層次結構如圖6.8所示。6.4.2ATM的信元結構186ATM采用的是信元(cell))中繼方式。所謂信元，指的是一18760在ATM的分層模型中，數據鏈路層被分為了ATM層和ATM適配層。其中，ATM層負責5字節的信頭。傳輸時，信頭先從第1字節開始順序向下發送，在同一字節中從第8bit開始發送，如圖6.9所示。每48字節的負載就需要5字節的信頭，其開銷高達10%，這同時也是ATM的一個缺陷。188在ATM的分層模型中，數據鏈路層被分為了ATM層和ATM適配18962根據所處位置的不同，ATM的信頭可分為UNI信頭和NNI信頭，如圖6.9所示；UNINNI190根據所處位置的不同，ATM的信頭可分為UNI信頭和NNI信頭(GFC：GenericFlowControl)：一般流量控制有4bit，它只用于UNI信頭，即只在本地有意義，當信元從用戶端進入網絡時，將被遇見的第一個交換機移除，不在網絡內傳輸。若GFC=0000則表示不接受控制的接入。ATM的信頭中各部分功能如下。

(1)一般流量控制191(GFC：GenericFlowControl)：ATM(VPI：VirtualPathidentifierIdentifier)：虛路徑標識在NNI中為12bit，UNI中為8bit。(2)虛路徑標識192(VPI：VirtualPathidentifierI(VCI：VirtualChannelIdentifie)：虛信道標識有16bit。VPI和VCI的工作方式如圖6.10所示。(3)虛信道標識193(VCI：VirtualChannelIdentifi(PTI：PayloadTypeIdentifier)：凈荷類型有3bit，它表示是用戶數據、還是操作管理數據(OAM:OperationAdministrationandMaintenance)，是端到端的、還是分段的等信息。(4)凈荷類型194(PTI：PayloadTypeIdentifier)CLP(celllosspriority)：信頭丟棄優先級有1bit。CLP=0時為安全傳輸，表示該信息是重要的，不會被丟棄；CLP=1時為最佳效果傳輸，表示此信息不太重要但仍被傳輸了。一旦出現擁塞，網絡將會釋放資源，到時候該信息就有可能被丟失。(5)信頭丟棄優先級195CLP(celllosspriority)：(5)信(HEC：headererrorcontrol)：信頭差錯控制有8bit，檢測有錯誤的信頭，可糾正信頭中1bit的信頭錯誤，但不檢測凈負荷數據段中的錯誤。同時，HEC還能起到信元定界的作用，利用HEC和它之前的4字節的相關性可識別信頭位置。(6)信頭差錯控制196(HEC：headererrorcontrol)：(6)ATM沒了第3層，其第2層需要做到原由第3層負責的路由選擇功能。ATM采取的方式是通過VPI和VCI中存儲的信道標志來描述了單向路由的尋址過程的，如圖6.10所示。6.4.3VP交換和VC交換197ATM沒了第3層，其第2層需要做到原由第3層負責的路由選擇功交換節點根據目的地，可先終止VC連接，再同時修改VCI的值。但VC交換需與VP交換同時進行，也就是說VCI的值發生改變時，VPI值也必然會隨之改變。VC連接終止時，相應的VP連接也就終止了。此VP上的各VC連接各奔東西，加入到各個新的VP中。(1)

VC交換198交換節點根據目的地，可先終止VC連接，再同時修改VCI的值。VP是由多條VC復用成的VC集束，1個VP可容納多達65356個VC。VP交換時，VCI的值可以不變，僅對VP進行單獨交換。(2)

VP交換199VP是由多條VC復用成的VC集束，1個VP可容納多達653520073201746.4.4ATM適配層(AAL)ATM適配層(AAL：ATMAdaptationLayer)可以使上層不必顧忌下層是否采用了ATM。AAL主要負責ATM層與高層之間的信元轉發過程，它把高層信元分割成ATM信元來傳輸，收到后再重組。2026.4.4ATM適配層(AAL)75它可以再次細分為以下兩個子層。(2)分段/重組/拆裝子層(1)會聚子層子層203它可以再次細分為以下兩個子層。(2)分段/重組/拆裝子層(6.4.5ATM的優缺點ATM具有不少顯著突出的特點。(1)高效(2)利用率高(3)速率靈活(4)實時性(5)路由能力差(6)性能不突出(7)

QoS保證。2046.4.5ATM的優缺點ATM具有不少顯著突出的特點。(6.4.6ATM與IP技術的融合近年來，隨著IP網的發展和成本的降低，IP技術成了的大勢所趨，為了適應IP帶來的挑戰，ATM也發展了一些過渡的模式：2056.4.6ATM與IP技術