第 6章 广域网
6.1 广域网的基本概念
6.2 广域网中的分组转发机制
6.3 X.25分组交换网
6.4 帧中继 FR
6.5 综合业务数字网 ISDN
6.6 异步传递模式 ATM
§ 6.1.1 广域网的构成当主机 距离较远时,例如，几百公里，
甚至几千公里时，就需要广域网。
广域网的构成：由一些 结点交换机 以及相应的 链路 组成。
结点交换机执行将 分组存储转发 的功能。
结点之间都是点到点连接，但为了提高网络的可靠性，通常一个结点交换机与多个结点交换机相连。
A
B
C
D
E
广域网
LAN1
LAN2
由局域网和广域网组成互联网
LAN3
LAN4
广域网与局域网之间采用路由器连接区别
1.连接技术的区别局域网采用的多点接入技术广域网结点之间采用点到点连接
2.协议层次上 局域网主要在数据链路层广域网主要在网络层
§ 6.1.2 数据报和虚电路从层次上看,广域网中的最高层就是网络层 。网络层为连接在网络上的主机所提供的服务可以有两大类，即 无连接的网络服务 和 面向连接的网络服务 。这两种服务具体的实现就是通常所说的 数据报
（ Datagram）服务和 虚电路 （ Virtual
Circuit）服务。
1.无连接的网络服务
A
B
C
D
E P1
P2
P3
P4
P5
特征：
1）数据发送的随意性
2）每个分组独立选择路由
3）不可靠服务
H1 H5
数据报的传输方式,每个分组都带有目的站的地址，独立地选择路由，各分组可能走不同的路径，按不同的顺序到达目的站。到达目的站后，由主机将分组重新排序、组装成报文。另外,当网络发生拥塞时，网络中的某个结点可能将一些分组丢弃。
所以,数据报只是尽最大努力交付,提供的服务是 不可靠 的。如 IP
A
B
C
D
E
2.面向连接的网络服务
H1 H5
虚电路的数据传输方式,
探路,源主机先发送一个呼叫请求分组，带有目的站地址，进行路由选择后到达目的站，找到一条合适的路径。若目的主机同意，就发回响应，然后双方就建立了虚电路，并可以传送数据。
传数据,所有的数据分组都带上虚电路号沿着这条虚电路按序传送；
断开,传送完毕，释放。
所有数据分组沿同一路径按序到达,可靠性高 。
虚电路和电路交换的区别,
电路交换：二个用户通信时始终占用一条端到端的物理信道；整个物理信道是专用的。
虚电路：采用的是存储转发的分组交换方式，
只是断续地占用一条一条的链路。整个物理信道是共享使用的。
数据报和虚电路优缺点
1） 从速度上考虑,主机在网络上传送的报文长度，
在很多情况下都很短。若采用 128个字节为分组长度，
则往往一次传送一个分组就够了。这样，用数据报既迅速又经济。若用虚电路，为了传送一个分组需建立虚电路和释放虚电路就显得太浪费网络资源了。
长分组？
2） 从开销上考虑,为了在交换结点进行存储转发，
在使用数据报时，每个分组必须携带完整的地址信息。但在使用虚电路的情况下，每个分组不需要携带完整的目的地址信息，而仅需要有很简单的虚电路号码的标志，这就使分组的控制信息部分的比特数减少，因而减少了额外的开销。
3）对待 差错处理和流量控制,这两种服务也是有差别的。在使用数据报时，主机承担端到端的差错控制和流量控制。在使用虚电路时，
网络应保证分组按顺序交付，而且不能丢失、
不重复，并维护虚电路的流量控制。
4）对 故障的适应性考虑,数据报服务对军事通信有特殊的意义。这是因为每个分组可以独立地选择路由。当某个结点发生故障时，后续的分组很快另选路由。但在使用虚电路时，结点发生故障就必须重新建立另一条虚电路，需较长时间。数据报服务还很适合于将一个分组发送到多个地址（即广播或多播）。
对比的方面 虚电路服务 数据报服务
1.思路 可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由用户主机来保证
2.连接的建立 必须有 不要
3.目的站地址 仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号每个分组都有目的站的全地址
4.路由选择 在虚电路建立时进行，所有分组均按同一路由。
每个分组独立选择路由。
5.当节点出故障所有通过该节点的虚电路均不能工作。
能自动适应
6.分组的顺序 总是按发送顺序到达目的站 可能不按发送顺序
7.差错处理和流量控制由通信子网负责 由主机负责虚电路与数据报对比
6.2.1 在结点交换机中查找转发表局域网中由于不需要进行路由选择，其地址采用了平面地址，结构比较简单。但在广域网中，
分组往往要经过许多的结点交换机的存储转发才能到达目的地。在广域网中每一个结点交换机中都有一个 转发表,里面存放了到达每一个主机的路由。显然，广域网中的主机数越多，
查找转发表就越费时间。为了减少查找转发表所花费的时间，在广域网中一般都采用层次结构的地址。
6.2广域网中的分组转发机制最简单的层次结构地址就是将表示的主机地址划分为前后两部分。前一部分表示该主机所连接的 交换机的编号，是第一层地址 ；而后一部分表示所连接的 交换机的端口号，或主机编号，
是第二层地址 。
交换机的编号 交换机端口的编号第一层地址 第二层地址主机在广域网中的地址和交换机中的转发表
[2,1] [2,2]
[1,1] 1
2
3
4
1
2
3
4
交换机
1 交换机 3
[3,2]
[3,3]
1 2 3 4
交换机
2
交换机 2
的转发表
[1,3]
目的站为
[3,2]
交换机号交换机的端口号目的站 下一跳
[1,1] 交换机 1
[1,3] 交换机 1
[3,2] 交换机 3
[3,3] 交换机 3
[2,1] 直接
[2,2] 直接
2.按照目的站的交换机号确定下一跳
在确定下一跳时，可以不必根据目的站的完整地址，而是仅仅根据目的站地址中的交换机号。当分组到达目的交换机后才用到端口号。因此，对
P144，图 6－ 4中交换机 2的转发表 可进行简化。
目的站 下一跳
[1,1] 交换机 1
[1,3] 交换机 1
[3,2] 交换机 3
[3,3] 交换机 3
[2,1] 直接
[2,2] 直接目的站 下一跳
1 交换机 1
3 交换机 3
2 直接
6.2.2路由表的简化
1 2
3 4
1
3
2
4
图 B
在研究广域网的路由问题时，可用图论中的
,图,表示整个广域网：
结点 — 表示结点交换机边 — 表示广域网中的链路图 A
每个结点的转发表结点 1 结点 2
目的站下一站
1
2
3
4
－
3
3
3
目的站下一站
1
2
3
4
3
－
3
4
目的站下一站
1
2
3
4
1
2
－
4
结点 3
目的站下一站
1
2
3
4
3
2
3
－
结点 4
－表示本交换机
1
3
2
4
图 B
转发表进一步简化结点 1
目的站下一站
1
2
3
4
－
3
3
3
目的站下一站
1
＊
－
3
进一步化简
*表示其余的默认路由默认路由,
1）用一个默认路由代替所有的具有相同,下一站,的项目
2）默认路由比其他项目的优先级低
3）若转发分组时找不到明确的项目对应，就使用默认路由
§ 6.3 X.25分组交换网是 CCITT在 1976年根据 X.25建议书实现的计算机网络。 X.25广泛应用于,公用分组交换网,
适用于：低中速线路＜ 64Kbps。
现在已经有性能更好的网络逐渐取代它，如帧中继 FR。
X.25只是一个对公用分组交换网接口的规约。
X.25提供 面向连接的虚电路服务 。
DTE DCE
DCE
DCE
DTE
DTE
x.25接口
x.25接口
vc1
vc2
X.25公用分组交换网
x.25接口一个 DTE同时和另外两个 DTE进行通信。虚线代表两条虚电路。图中还有三个 DTE与 DCE的接口。
X.25层次关系高层分组层数据链路层物理层分组层数据链路层物理层X.21
LAPB
逻辑信道
LAPB即平衡型链路接入规程至远程用户进程
X.25虚电路图
DTC1
DCE
DCE
DCE
DTC2
DTC3
VC1
VC2
X.25采用虚电路方式的原因,在 20多年前，计算机的价格昂贵，许多用户只用得起廉价的哑终端。当时通信线路的传输质量一般都很差，
误码率较高。 X.25网的设计思路是将智能做在网络内。 X.25网在每两个结点之间的传输都使用带有编号和确认机制的 HDLC协议，而网络层使用具有流量控制的虚电路机制，可以向用户的哑终端提供可靠交付的服务。
但到了 20世纪 90年代，通信主干线已大量使用光纤技术，数据传输质量大大提高，使得误码率降低好几个数量级，而 X.25十分复杂的数据链路层协议和分组层协议已成为多余 。 PC机的价格急剧下降使得哑终端的使用量逐渐减少。
Internet的设计思想,网络应尽量简单而智能应尽可能放在网络以外的用户端。虽然
Internet只提供尽最大努力交付的服务，但具有足够智能的用户 PC机完全可以实现差错控制和流量控制，因而 Internet仍能用户提供端到端的可靠交付。
当利用 X.25网来支持因特网服务时,X.25
网就表现为数据链路层的链路。下图中
X.25虚电路就相当于 IP层下面的数据链路层。
X.25虚电路
§ 6.4 帧中继
6.4.1 帧中继概述帧中继工作原理：由于 大量使用光纤技术，数据传输质量大大提高，误码率降低。因此,帧中继采用 快速分组交换 技术。当帧中继交换机收到一个帧的首部时，只要一查出帧的目的地址就立即开始转发该帧，称为流水线方式。从而使帧的处理时间比 X.25网减少了一个数量级。
帧中继网络本身的误比特率非常低时，帧中继技术才是可行的 。
帧中继大大简化了 X.25的差错控制和流量控制功能，由高层来负责。帧中继网络只有最低二层，没有网络层。
一般分组交换网的存储转发和帧中继比较一般分组交换网，每一个结点在收到一个数据帧后都要发回确认帧，而目的站在向源站发回确认时，也要逐站进行确认。而对于帧中继，它的 中间站只转发数据帧而不发送确认帧 。只有目的站收到数据帧后才向源站发回端到端的确认。因此帧中继在数据传输的过程中省略了很多确认过程。
源站 源站中间结点中间结点 中间结点 中间结点 目的站目的站一般分组交换网存储转发 帧中继存储转发二、帧中继所提供的服务帧中继向上提供面向连接的虚电路服务，虚电路分：
永久虚电路 (PVC)：是指在帧中终端用户之间建立固定的虚电路连接，并在其上提供数据传输业务。
交换虚电路 (SVC)：是指在两个帧中继终端用户之间通过虚呼叫建立虚电路连接，通信完后终止虚电路。
局域网上的主机跨越帧中继通信的过程：
发送过程：用户局域网上传送的 MAC帧传到路由器时，路由器剥去 MAC帧的首部，将 IP数据报交给网络层。网络层再将 IP数据报交给帧中继网卡，将 IP数据报加以封装，加上虚电路号等，然后发给帧中继网络。
接收过程：略
X.25虚电路
LAN2 LAN1
帧中继服务的几个主要组成部分
1）用户要通过帧中继用户接入电路才能连接到帧中继网络。常用的用户接入电路的速率是
64kb/s和 2.048Mb/s(或 Tl速率 1.544Mb/s)
2)帧中继用户接入电路又称为用户网络接口 UNI。
3）一个 UNI中可以有一条或多条虚电路。
4）每一条虚电路都是双向的，并且每一个方向都有一个指派的许诺的信息速率 CIR。
5）为了区分开不同的永久虚电路 PVC，每一条
PVC的两个端点都各有一个数据链路连接标识符
DLCI。
帧中继的主要优点
减少网络互连的代价。多条逻辑连接可复用到一条物理连接上。
网络的复杂性减少但性能却提高了。
从 X.25升级到帧中继较方便。
独立于上层协议，上层可采用多种协议（如 IP、
IPX等）。可用作主干网。
帧中继与分组交换的比较分组交换 帧中继
1.差错控制 完全的 简单的
2.分组的重发处理 有 无
3.中间结点的 需要 不需要（最后由每帧确认 目的站一次确认）
4.流量控制 有 无
§ 6.4.2 帧中继的帧格式
1 12~4 2可变长（ 1024~4096）字节地址：为 2 - 4个字节。其中的几个重要部分是：
1,数据链路连接标识符 DLCI：主要用于标识虚电路 (PVC)
2,前向显式拥塞通知 FECN：置为 1表明与该帧在同方向传输的帧可能受网络拥塞的影响而产生时延。
3,反向显式拥塞通知 BECN：置为 1即指示表示与该帧反方向传输的帧可能受网络拥塞的影响而产生时延。
4,丢弃指示 DE：表示帧的优先级,0表示高,1表示低。在网络发生拥塞时首先丢弃 D为 1的帧。
标志 地址 信息 FCS 标志
§ 6.4.3 帧中继的拥塞控制
1.帧中继使用的拥塞控制方法有以下三种：
（ 1） 丢弃策略 。当拥塞足够严重时，网络就要被迫将帧丢弃。
（ 2） 拥塞避免 。在刚一出现轻微的拥塞迹象时可采取拥塞避免的方法,通过 FECN和 BECN。
（ 3） 拥塞恢复 。在已经出现拥塞时，拥塞恢复过程可以阻止网络的彻底崩溃，通过高层软件来实现。
2.承诺的信息速率承诺的信息速率 CIR就是对一个特定的帧中继连接网络同意支持的信息传送速率。只要数据传输速率超过 CIR，在网络出现拥塞时就会遭受到帧的丢弃。
3.利用显式信令避免拥塞在帧中继的地址字段中有两个指示拥塞的比特，
即前向显式拥塞通知 FECN和反向显式拥塞通知 BECN。当两个方向都没有拥塞时，则
FECN和 BECN都应为 0。反之，若这两个方向都发生了拥塞,FECN和 BECN都应置为 1。
4.利用隐式信令进行拥塞恢复当网络丢弃帧时就产生了隐式信令。这种情况由端用户用更高层的端到端协议进行检测。
当检测到网络发生拥塞时，用户可以用改变流量控制窗口大小的机制来响应这种隐式信令。当拥塞发生时就逐步减小窗口，这样就可以逐渐减少网络中所传送的帧。
§ 6.5 综合业务数字网 ISDN
6.5.1窄带综合业务数字网 N－ ISDN
一,ISDN的产生
ISDN的概念产生于 20世纪 70年代。当时除了电话网、电报网、传真网等电路交换网络外，
已经还有分组网、局域网等。人们开始感到对每一种新出现的服务都有单独建立网络不是一种好的做法。将各种网络信息数字化后，采用一个网络来传输，这就是 综合业务数字网 ISDN。
N－ ISDN是一种数字化的电路交换网络。
ISDN的特点是,用户经一个标准的用户网络接口接入网络后便可以享用各种类型的网络服务。
信令系统是电信网的神经中枢，它使交换机之间传递和交换必要的信息。 传统的电话网采用 随路信令,即信令和话音在一条话路中传递，易受干扰。 N－ ISDN采用 共路信令,
即通过一条专门的通道来传送信令，可靠性更高。
家庭用的 ISDN
广域网
ISDN交换机ISDN终端ISDN数字电话本地回路电信公司的设备
NT
1
用户的设备用户家庭 电信公司
TE
1
TE
1
TE
1 U
大型商用的 ISDN
广域网
ISDN交换机TE1
本地回路电信公司的设备
NT1
用户的设备用户办公室 电信公司
TE1
TE1
TE2
TA
NT2
UT
S
S
S
R
PBX
TE2为非数字终端设备,TA为终端适配器
N－ ISDN的速率标准有两种：
1） 基本速率接口 。 2B+D（
2× 64kbps+16kbps=144kbps）
D信道 — 16kbit/s数字信道，用于带外信令。
B信道 — 64kbit/s数字 PCM信道，用于语音或数字。
两个 B信道，一个可用于讲话，另一个可用于传输数据
。或两个同时用于传输数据。俗称,一线通,。家庭
ISDN拨号上网时采用。
2） 一次群速率接口 （主速率接口）。欧洲和我国采用
E1标准，即 30B+D＝ 2.048Mbps，美国和日本采用 T1标准，即 23B＋ D＝ 1.544M，其中 D为 64K。
6.5.2宽带综合业务数字网 B－ ISDN
B－ ISDN可在广域网上高达几十 G的传输速率。
与 N－ ISDN的区别如下：
N-ISDN是（数字）电路交换，即 STM。而 B -
ISDN则使用一种快速分组交换，称为异步传递模式 ATM。
N-ISDN是以目前正在使用的电话网为基础，其用户环路采用双绞线。但在 B -ISDN中，其用户环路和干线都采用光纤。
N-ISDN各通路的比特率是预先设置的。但 B-
ISDN的比特率只受用户到网络接口的物理比特率的限制。
N-ISDN无法传送高速图像，但 B -ISDN可以传送。
§ 6.6 异步传递方式 ATM
6.6.1 ATM基本概念
异步传递方式 ATM（ Asynchronous Transfer
Mode） 是建立在电路交换和分组交换的基础上的一种面向连接的快速分组交换技术。
异步即时隙不固定，根据信源的速率动态分配。
数字电路交换是按时间片轮流发送,适时性强 ；
分组交换是先到先服务,信道利用率高 。 ATM
具有两者的优点。
ATM的主要优点：
1）选择固定长度的 短信元 作为信息传输的单位，有利于宽带高速交换。信元长 53个字节，首部长 5字节。信元短且长度固定，数据的封装和转发可采用硬件实现处理，减少了时延。
2） 能支持不同速率 的各种业务。线路带宽按统计时分复用方式动态分配，高速率信源占用较多的时隙。
3）所有信息在最低层是以面向连接的方式传送，以保持电路交换适合于传送 实时性很强 的优点。
4） ATM使用光纤信道传输。 不必 在数据链路层进行 差错控制和流量控制 。
ATM的缺点：就是信元首部的 开销太大,即 5字节的信元首部在整个 53字节的信元中所占比例太大。
6.6.2 ATM的协议参考模型
ATM适配层（ AAL层）
SAR子层
CS子层
ATM层物理层
PMD子层
TC子层
ATM协议参考模型与 OSI的七层协议模型没有严格的对应关系，大体上相当于 OSI的最低两层
ATM各层功能
1.物理层物理层又分为两个子层。靠下面的是 物理媒体相关子层,即 PDM子层 。 PDM子层的上面是 传输汇聚子层,即 TC子层 。
（ 1） PMD子层,它负责在物理媒体上正确 传输和接收比特流 。如编码、解码、光电转换等。
（ 2） TC子层,它实现 信元流和比特流的转换 。如将信元流封装到 STM-1帧中，见书 P159图 6-17。
2.ATM层主要完成 交换和复用 功能。
每一个 ATM连接都用信元首部中的标号来识别。
标号包括 虚通路标识符 VCI和 虚通道标识符
VPI。
一个虚通路 VC是两个端点之间运送 ATM信元的一个通信通路。
一个虚通道 VP包含有许多相同端点的虚通路，
它们共用同一个虚通道标识符 VPI。见书
P160，图 6－ 18
3.ATM适配层
ATM适配层记为 AAL（ ATM Adaptation
Layer）,根据应用的不同，向上面高层提供各种不同的服务。
AAL层又划分为两个子层,CS子层和 SAR子层。
汇聚子层 CS：对不同的应用（如文件传送、视频点播等）提供不同的服务。
拆装子层 SAR：将数据拆分或组装成信元。
见书 P161图 6-19
6.6.3 ATM信元结构,有两种不同的首部，分别对应于用户到网络接口 UNI和 网络到网络接口 NNI。在这两种接口上的 ATM信元首部仅仅是前两个字段不同。
类属流量控制有效载荷类型信元丢失优先级首部差错控制
ATM信元首部各字段作用
（ 1） 类属流量控制 GFC,4bit字段，通常置为 0。 GFC
用来在共享媒体上进行接入流量控制。
（ 2） VPI/VCI：即路由字段 。虚通路标识符 VCI占
16bit，而虚通道标识符 VPI则有两种长度：在 UNI使用的 VPI为 8bit，在 NNI使用的 VPI为 12bit。
（ 3） 有效载荷类型 PT,3bit字段，用来区分该信元是用户信息或非用户信息。第一个比特为 0表示是用户数据信元，第二个比特表示有无遭受拥塞，第三个比特用来区分服务数据单元 SDU的类型。
（ 4） 信元丢失优先级 CLP,1bit字段，指示信元的丢失优先级。若 CLP=0就表示该信元是一个高优先级信元，而 CLP=1则表示该信元是一个低优先级信元。
（ 5） 首部差错控制 HEC,8bit字段，提供覆盖信元首部所有字段的差错控制。
6.6.4 ATM的逻辑连接机制在 ATM中使用的虚通路是一种逻辑连接。
当传送 ATM信元时，其首部一定要有一个虚通路标识符 VCI，以便唯一地标识该信元属于哪一个虚通路。
因为每个通信的计算机都独立地选择虚通路，
这样，网络中虚通路可能会发生重复。
为了解决上述问题，最简单的方法就是使所有的 VCI只在每一段物理链路上具有唯一的值。当信元在一条虚通路上传送时,每经过一个链路，
VCI值都可能改变 。见书 P163图 6－ 21
为了提高交换的效率，一条虚通道包含许多条虚通路，每一个虚通道具有唯一的虚通道标识符 VPI。
本章小结
1.虚电路和数据报
2.广域网中的分组转发机制
3.X.25和帧中继异同作业,
P164 1,10
作业
P164 习题 1
6.2广域网中的分组转发机制分组交换网的分组转发是基于查表的。
转发 就是在交换结点收到分组时，检查其目的地址，然后查找 转发表,找出应从结点的哪一个接口将分组发送出去。
路由选择 则是构造 路由表 的过程。路由表是利用路由选择算法得到的，而转发表则是根据路由表得出来的。
路由选择协议负责搜索分组从某个结点到目的结点的最佳传输路由，以便构造路由表。从路由表再构造出转发分组的转发表。分组是通过转发表进行转发的。
6.1 广域网的基本概念
6.2 广域网中的分组转发机制
6.3 X.25分组交换网
6.4 帧中继 FR
6.5 综合业务数字网 ISDN
6.6 异步传递模式 ATM
§ 6.1.1 广域网的构成当主机 距离较远时,例如，几百公里，
甚至几千公里时，就需要广域网。
广域网的构成：由一些 结点交换机 以及相应的 链路 组成。
结点交换机执行将 分组存储转发 的功能。
结点之间都是点到点连接，但为了提高网络的可靠性，通常一个结点交换机与多个结点交换机相连。
A
B
C
D
E
广域网
LAN1
LAN2
由局域网和广域网组成互联网
LAN3
LAN4
广域网与局域网之间采用路由器连接区别
1.连接技术的区别局域网采用的多点接入技术广域网结点之间采用点到点连接
2.协议层次上 局域网主要在数据链路层广域网主要在网络层
§ 6.1.2 数据报和虚电路从层次上看,广域网中的最高层就是网络层 。网络层为连接在网络上的主机所提供的服务可以有两大类，即 无连接的网络服务 和 面向连接的网络服务 。这两种服务具体的实现就是通常所说的 数据报
（ Datagram）服务和 虚电路 （ Virtual
Circuit）服务。
1.无连接的网络服务
A
B
C
D
E P1
P2
P3
P4
P5
特征：
1）数据发送的随意性
2）每个分组独立选择路由
3）不可靠服务
H1 H5
数据报的传输方式,每个分组都带有目的站的地址，独立地选择路由，各分组可能走不同的路径，按不同的顺序到达目的站。到达目的站后，由主机将分组重新排序、组装成报文。另外,当网络发生拥塞时，网络中的某个结点可能将一些分组丢弃。
所以,数据报只是尽最大努力交付,提供的服务是 不可靠 的。如 IP
A
B
C
D
E
2.面向连接的网络服务
H1 H5
虚电路的数据传输方式,
探路,源主机先发送一个呼叫请求分组，带有目的站地址，进行路由选择后到达目的站，找到一条合适的路径。若目的主机同意，就发回响应，然后双方就建立了虚电路，并可以传送数据。
传数据,所有的数据分组都带上虚电路号沿着这条虚电路按序传送；
断开,传送完毕，释放。
所有数据分组沿同一路径按序到达,可靠性高 。
虚电路和电路交换的区别,
电路交换：二个用户通信时始终占用一条端到端的物理信道；整个物理信道是专用的。
虚电路：采用的是存储转发的分组交换方式，
只是断续地占用一条一条的链路。整个物理信道是共享使用的。
数据报和虚电路优缺点
1） 从速度上考虑,主机在网络上传送的报文长度，
在很多情况下都很短。若采用 128个字节为分组长度，
则往往一次传送一个分组就够了。这样，用数据报既迅速又经济。若用虚电路，为了传送一个分组需建立虚电路和释放虚电路就显得太浪费网络资源了。
长分组？
2） 从开销上考虑,为了在交换结点进行存储转发，
在使用数据报时，每个分组必须携带完整的地址信息。但在使用虚电路的情况下，每个分组不需要携带完整的目的地址信息，而仅需要有很简单的虚电路号码的标志，这就使分组的控制信息部分的比特数减少，因而减少了额外的开销。
3）对待 差错处理和流量控制,这两种服务也是有差别的。在使用数据报时，主机承担端到端的差错控制和流量控制。在使用虚电路时，
网络应保证分组按顺序交付，而且不能丢失、
不重复，并维护虚电路的流量控制。
4）对 故障的适应性考虑,数据报服务对军事通信有特殊的意义。这是因为每个分组可以独立地选择路由。当某个结点发生故障时，后续的分组很快另选路由。但在使用虚电路时，结点发生故障就必须重新建立另一条虚电路，需较长时间。数据报服务还很适合于将一个分组发送到多个地址（即广播或多播）。
对比的方面 虚电路服务 数据报服务
1.思路 可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由用户主机来保证
2.连接的建立 必须有 不要
3.目的站地址 仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号每个分组都有目的站的全地址
4.路由选择 在虚电路建立时进行，所有分组均按同一路由。
每个分组独立选择路由。
5.当节点出故障所有通过该节点的虚电路均不能工作。
能自动适应
6.分组的顺序 总是按发送顺序到达目的站 可能不按发送顺序
7.差错处理和流量控制由通信子网负责 由主机负责虚电路与数据报对比
6.2.1 在结点交换机中查找转发表局域网中由于不需要进行路由选择，其地址采用了平面地址，结构比较简单。但在广域网中，
分组往往要经过许多的结点交换机的存储转发才能到达目的地。在广域网中每一个结点交换机中都有一个 转发表,里面存放了到达每一个主机的路由。显然，广域网中的主机数越多，
查找转发表就越费时间。为了减少查找转发表所花费的时间，在广域网中一般都采用层次结构的地址。
6.2广域网中的分组转发机制最简单的层次结构地址就是将表示的主机地址划分为前后两部分。前一部分表示该主机所连接的 交换机的编号，是第一层地址 ；而后一部分表示所连接的 交换机的端口号，或主机编号，
是第二层地址 。
交换机的编号 交换机端口的编号第一层地址 第二层地址主机在广域网中的地址和交换机中的转发表
[2,1] [2,2]
[1,1] 1
2
3
4
1
2
3
4
交换机
1 交换机 3
[3,2]
[3,3]
1 2 3 4
交换机
2
交换机 2
的转发表
[1,3]
目的站为
[3,2]
交换机号交换机的端口号目的站 下一跳
[1,1] 交换机 1
[1,3] 交换机 1
[3,2] 交换机 3
[3,3] 交换机 3
[2,1] 直接
[2,2] 直接
2.按照目的站的交换机号确定下一跳
在确定下一跳时，可以不必根据目的站的完整地址，而是仅仅根据目的站地址中的交换机号。当分组到达目的交换机后才用到端口号。因此，对
P144，图 6－ 4中交换机 2的转发表 可进行简化。
目的站 下一跳
[1,1] 交换机 1
[1,3] 交换机 1
[3,2] 交换机 3
[3,3] 交换机 3
[2,1] 直接
[2,2] 直接目的站 下一跳
1 交换机 1
3 交换机 3
2 直接
6.2.2路由表的简化
1 2
3 4
1
3
2
4
图 B
在研究广域网的路由问题时，可用图论中的
,图,表示整个广域网：
结点 — 表示结点交换机边 — 表示广域网中的链路图 A
每个结点的转发表结点 1 结点 2
目的站下一站
1
2
3
4
－
3
3
3
目的站下一站
1
2
3
4
3
－
3
4
目的站下一站
1
2
3
4
1
2
－
4
结点 3
目的站下一站
1
2
3
4
3
2
3
－
结点 4
－表示本交换机
1
3
2
4
图 B
转发表进一步简化结点 1
目的站下一站
1
2
3
4
－
3
3
3
目的站下一站
1
＊
－
3
进一步化简
*表示其余的默认路由默认路由,
1）用一个默认路由代替所有的具有相同,下一站,的项目
2）默认路由比其他项目的优先级低
3）若转发分组时找不到明确的项目对应，就使用默认路由
§ 6.3 X.25分组交换网是 CCITT在 1976年根据 X.25建议书实现的计算机网络。 X.25广泛应用于,公用分组交换网,
适用于：低中速线路＜ 64Kbps。
现在已经有性能更好的网络逐渐取代它，如帧中继 FR。
X.25只是一个对公用分组交换网接口的规约。
X.25提供 面向连接的虚电路服务 。
DTE DCE
DCE
DCE
DTE
DTE
x.25接口
x.25接口
vc1
vc2
X.25公用分组交换网
x.25接口一个 DTE同时和另外两个 DTE进行通信。虚线代表两条虚电路。图中还有三个 DTE与 DCE的接口。
X.25层次关系高层分组层数据链路层物理层分组层数据链路层物理层X.21
LAPB
逻辑信道
LAPB即平衡型链路接入规程至远程用户进程
X.25虚电路图
DTC1
DCE
DCE
DCE
DTC2
DTC3
VC1
VC2
X.25采用虚电路方式的原因,在 20多年前，计算机的价格昂贵，许多用户只用得起廉价的哑终端。当时通信线路的传输质量一般都很差，
误码率较高。 X.25网的设计思路是将智能做在网络内。 X.25网在每两个结点之间的传输都使用带有编号和确认机制的 HDLC协议，而网络层使用具有流量控制的虚电路机制，可以向用户的哑终端提供可靠交付的服务。
但到了 20世纪 90年代，通信主干线已大量使用光纤技术，数据传输质量大大提高，使得误码率降低好几个数量级，而 X.25十分复杂的数据链路层协议和分组层协议已成为多余 。 PC机的价格急剧下降使得哑终端的使用量逐渐减少。
Internet的设计思想,网络应尽量简单而智能应尽可能放在网络以外的用户端。虽然
Internet只提供尽最大努力交付的服务，但具有足够智能的用户 PC机完全可以实现差错控制和流量控制，因而 Internet仍能用户提供端到端的可靠交付。
当利用 X.25网来支持因特网服务时,X.25
网就表现为数据链路层的链路。下图中
X.25虚电路就相当于 IP层下面的数据链路层。
X.25虚电路
§ 6.4 帧中继
6.4.1 帧中继概述帧中继工作原理：由于 大量使用光纤技术，数据传输质量大大提高，误码率降低。因此,帧中继采用 快速分组交换 技术。当帧中继交换机收到一个帧的首部时，只要一查出帧的目的地址就立即开始转发该帧，称为流水线方式。从而使帧的处理时间比 X.25网减少了一个数量级。
帧中继网络本身的误比特率非常低时，帧中继技术才是可行的 。
帧中继大大简化了 X.25的差错控制和流量控制功能，由高层来负责。帧中继网络只有最低二层，没有网络层。
一般分组交换网的存储转发和帧中继比较一般分组交换网，每一个结点在收到一个数据帧后都要发回确认帧，而目的站在向源站发回确认时，也要逐站进行确认。而对于帧中继，它的 中间站只转发数据帧而不发送确认帧 。只有目的站收到数据帧后才向源站发回端到端的确认。因此帧中继在数据传输的过程中省略了很多确认过程。
源站 源站中间结点中间结点 中间结点 中间结点 目的站目的站一般分组交换网存储转发 帧中继存储转发二、帧中继所提供的服务帧中继向上提供面向连接的虚电路服务，虚电路分：
永久虚电路 (PVC)：是指在帧中终端用户之间建立固定的虚电路连接，并在其上提供数据传输业务。
交换虚电路 (SVC)：是指在两个帧中继终端用户之间通过虚呼叫建立虚电路连接，通信完后终止虚电路。
局域网上的主机跨越帧中继通信的过程：
发送过程：用户局域网上传送的 MAC帧传到路由器时，路由器剥去 MAC帧的首部，将 IP数据报交给网络层。网络层再将 IP数据报交给帧中继网卡，将 IP数据报加以封装，加上虚电路号等，然后发给帧中继网络。
接收过程：略
X.25虚电路
LAN2 LAN1
帧中继服务的几个主要组成部分
1）用户要通过帧中继用户接入电路才能连接到帧中继网络。常用的用户接入电路的速率是
64kb/s和 2.048Mb/s(或 Tl速率 1.544Mb/s)
2)帧中继用户接入电路又称为用户网络接口 UNI。
3）一个 UNI中可以有一条或多条虚电路。
4）每一条虚电路都是双向的，并且每一个方向都有一个指派的许诺的信息速率 CIR。
5）为了区分开不同的永久虚电路 PVC，每一条
PVC的两个端点都各有一个数据链路连接标识符
DLCI。
帧中继的主要优点
减少网络互连的代价。多条逻辑连接可复用到一条物理连接上。
网络的复杂性减少但性能却提高了。
从 X.25升级到帧中继较方便。
独立于上层协议，上层可采用多种协议（如 IP、
IPX等）。可用作主干网。
帧中继与分组交换的比较分组交换 帧中继
1.差错控制 完全的 简单的
2.分组的重发处理 有 无
3.中间结点的 需要 不需要（最后由每帧确认 目的站一次确认）
4.流量控制 有 无
§ 6.4.2 帧中继的帧格式
1 12~4 2可变长（ 1024~4096）字节地址：为 2 - 4个字节。其中的几个重要部分是：
1,数据链路连接标识符 DLCI：主要用于标识虚电路 (PVC)
2,前向显式拥塞通知 FECN：置为 1表明与该帧在同方向传输的帧可能受网络拥塞的影响而产生时延。
3,反向显式拥塞通知 BECN：置为 1即指示表示与该帧反方向传输的帧可能受网络拥塞的影响而产生时延。
4,丢弃指示 DE：表示帧的优先级,0表示高,1表示低。在网络发生拥塞时首先丢弃 D为 1的帧。
标志 地址 信息 FCS 标志
§ 6.4.3 帧中继的拥塞控制
1.帧中继使用的拥塞控制方法有以下三种：
（ 1） 丢弃策略 。当拥塞足够严重时，网络就要被迫将帧丢弃。
（ 2） 拥塞避免 。在刚一出现轻微的拥塞迹象时可采取拥塞避免的方法,通过 FECN和 BECN。
（ 3） 拥塞恢复 。在已经出现拥塞时，拥塞恢复过程可以阻止网络的彻底崩溃，通过高层软件来实现。
2.承诺的信息速率承诺的信息速率 CIR就是对一个特定的帧中继连接网络同意支持的信息传送速率。只要数据传输速率超过 CIR，在网络出现拥塞时就会遭受到帧的丢弃。
3.利用显式信令避免拥塞在帧中继的地址字段中有两个指示拥塞的比特，
即前向显式拥塞通知 FECN和反向显式拥塞通知 BECN。当两个方向都没有拥塞时，则
FECN和 BECN都应为 0。反之，若这两个方向都发生了拥塞,FECN和 BECN都应置为 1。
4.利用隐式信令进行拥塞恢复当网络丢弃帧时就产生了隐式信令。这种情况由端用户用更高层的端到端协议进行检测。
当检测到网络发生拥塞时，用户可以用改变流量控制窗口大小的机制来响应这种隐式信令。当拥塞发生时就逐步减小窗口，这样就可以逐渐减少网络中所传送的帧。
§ 6.5 综合业务数字网 ISDN
6.5.1窄带综合业务数字网 N－ ISDN
一,ISDN的产生
ISDN的概念产生于 20世纪 70年代。当时除了电话网、电报网、传真网等电路交换网络外，
已经还有分组网、局域网等。人们开始感到对每一种新出现的服务都有单独建立网络不是一种好的做法。将各种网络信息数字化后，采用一个网络来传输，这就是 综合业务数字网 ISDN。
N－ ISDN是一种数字化的电路交换网络。
ISDN的特点是,用户经一个标准的用户网络接口接入网络后便可以享用各种类型的网络服务。
信令系统是电信网的神经中枢，它使交换机之间传递和交换必要的信息。 传统的电话网采用 随路信令,即信令和话音在一条话路中传递，易受干扰。 N－ ISDN采用 共路信令,
即通过一条专门的通道来传送信令，可靠性更高。
家庭用的 ISDN
广域网
ISDN交换机ISDN终端ISDN数字电话本地回路电信公司的设备
NT
1
用户的设备用户家庭 电信公司
TE
1
TE
1
TE
1 U
大型商用的 ISDN
广域网
ISDN交换机TE1
本地回路电信公司的设备
NT1
用户的设备用户办公室 电信公司
TE1
TE1
TE2
TA
NT2
UT
S
S
S
R
PBX
TE2为非数字终端设备,TA为终端适配器
N－ ISDN的速率标准有两种：
1） 基本速率接口 。 2B+D（
2× 64kbps+16kbps=144kbps）
D信道 — 16kbit/s数字信道，用于带外信令。
B信道 — 64kbit/s数字 PCM信道，用于语音或数字。
两个 B信道，一个可用于讲话，另一个可用于传输数据
。或两个同时用于传输数据。俗称,一线通,。家庭
ISDN拨号上网时采用。
2） 一次群速率接口 （主速率接口）。欧洲和我国采用
E1标准，即 30B+D＝ 2.048Mbps，美国和日本采用 T1标准，即 23B＋ D＝ 1.544M，其中 D为 64K。
6.5.2宽带综合业务数字网 B－ ISDN
B－ ISDN可在广域网上高达几十 G的传输速率。
与 N－ ISDN的区别如下：
N-ISDN是（数字）电路交换，即 STM。而 B -
ISDN则使用一种快速分组交换，称为异步传递模式 ATM。
N-ISDN是以目前正在使用的电话网为基础，其用户环路采用双绞线。但在 B -ISDN中，其用户环路和干线都采用光纤。
N-ISDN各通路的比特率是预先设置的。但 B-
ISDN的比特率只受用户到网络接口的物理比特率的限制。
N-ISDN无法传送高速图像，但 B -ISDN可以传送。
§ 6.6 异步传递方式 ATM
6.6.1 ATM基本概念
异步传递方式 ATM（ Asynchronous Transfer
Mode） 是建立在电路交换和分组交换的基础上的一种面向连接的快速分组交换技术。
异步即时隙不固定，根据信源的速率动态分配。
数字电路交换是按时间片轮流发送,适时性强 ；
分组交换是先到先服务,信道利用率高 。 ATM
具有两者的优点。
ATM的主要优点：
1）选择固定长度的 短信元 作为信息传输的单位，有利于宽带高速交换。信元长 53个字节，首部长 5字节。信元短且长度固定，数据的封装和转发可采用硬件实现处理，减少了时延。
2） 能支持不同速率 的各种业务。线路带宽按统计时分复用方式动态分配，高速率信源占用较多的时隙。
3）所有信息在最低层是以面向连接的方式传送，以保持电路交换适合于传送 实时性很强 的优点。
4） ATM使用光纤信道传输。 不必 在数据链路层进行 差错控制和流量控制 。
ATM的缺点：就是信元首部的 开销太大,即 5字节的信元首部在整个 53字节的信元中所占比例太大。
6.6.2 ATM的协议参考模型
ATM适配层（ AAL层）
SAR子层
CS子层
ATM层物理层
PMD子层
TC子层
ATM协议参考模型与 OSI的七层协议模型没有严格的对应关系，大体上相当于 OSI的最低两层
ATM各层功能
1.物理层物理层又分为两个子层。靠下面的是 物理媒体相关子层,即 PDM子层 。 PDM子层的上面是 传输汇聚子层,即 TC子层 。
（ 1） PMD子层,它负责在物理媒体上正确 传输和接收比特流 。如编码、解码、光电转换等。
（ 2） TC子层,它实现 信元流和比特流的转换 。如将信元流封装到 STM-1帧中，见书 P159图 6-17。
2.ATM层主要完成 交换和复用 功能。
每一个 ATM连接都用信元首部中的标号来识别。
标号包括 虚通路标识符 VCI和 虚通道标识符
VPI。
一个虚通路 VC是两个端点之间运送 ATM信元的一个通信通路。
一个虚通道 VP包含有许多相同端点的虚通路，
它们共用同一个虚通道标识符 VPI。见书
P160，图 6－ 18
3.ATM适配层
ATM适配层记为 AAL（ ATM Adaptation
Layer）,根据应用的不同，向上面高层提供各种不同的服务。
AAL层又划分为两个子层,CS子层和 SAR子层。
汇聚子层 CS：对不同的应用（如文件传送、视频点播等）提供不同的服务。
拆装子层 SAR：将数据拆分或组装成信元。
见书 P161图 6-19
6.6.3 ATM信元结构,有两种不同的首部，分别对应于用户到网络接口 UNI和 网络到网络接口 NNI。在这两种接口上的 ATM信元首部仅仅是前两个字段不同。
类属流量控制有效载荷类型信元丢失优先级首部差错控制
ATM信元首部各字段作用
（ 1） 类属流量控制 GFC,4bit字段，通常置为 0。 GFC
用来在共享媒体上进行接入流量控制。
（ 2） VPI/VCI：即路由字段 。虚通路标识符 VCI占
16bit，而虚通道标识符 VPI则有两种长度：在 UNI使用的 VPI为 8bit，在 NNI使用的 VPI为 12bit。
（ 3） 有效载荷类型 PT,3bit字段，用来区分该信元是用户信息或非用户信息。第一个比特为 0表示是用户数据信元，第二个比特表示有无遭受拥塞，第三个比特用来区分服务数据单元 SDU的类型。
（ 4） 信元丢失优先级 CLP,1bit字段，指示信元的丢失优先级。若 CLP=0就表示该信元是一个高优先级信元，而 CLP=1则表示该信元是一个低优先级信元。
（ 5） 首部差错控制 HEC,8bit字段，提供覆盖信元首部所有字段的差错控制。
6.6.4 ATM的逻辑连接机制在 ATM中使用的虚通路是一种逻辑连接。
当传送 ATM信元时，其首部一定要有一个虚通路标识符 VCI，以便唯一地标识该信元属于哪一个虚通路。
因为每个通信的计算机都独立地选择虚通路，
这样，网络中虚通路可能会发生重复。
为了解决上述问题，最简单的方法就是使所有的 VCI只在每一段物理链路上具有唯一的值。当信元在一条虚通路上传送时,每经过一个链路，
VCI值都可能改变 。见书 P163图 6－ 21
为了提高交换的效率，一条虚通道包含许多条虚通路，每一个虚通道具有唯一的虚通道标识符 VPI。
本章小结
1.虚电路和数据报
2.广域网中的分组转发机制
3.X.25和帧中继异同作业,
P164 1,10
作业
P164 习题 1
6.2广域网中的分组转发机制分组交换网的分组转发是基于查表的。
转发 就是在交换结点收到分组时，检查其目的地址，然后查找 转发表,找出应从结点的哪一个接口将分组发送出去。
路由选择 则是构造 路由表 的过程。路由表是利用路由选择算法得到的，而转发表则是根据路由表得出来的。
路由选择协议负责搜索分组从某个结点到目的结点的最佳传输路由，以便构造路由表。从路由表再构造出转发分组的转发表。分组是通过转发表进行转发的。
