1、第8章 帧中继与DDN第8章 帧中继与DDN8.1 帧中继技术帧中继技术8.2 帧中继协议帧中继协议8.3 帧中继网络帧中继网络8.4 数字数据网数字数据网8.5 DDN网络及应用网络及应用思考题思考题第8章 帧中继与DDN8.1 帧帧 中中 继继 技技 术术8.1.1 帧中继技术的发展背景帧中继技术的发展背景 由于分组交换技术在降低通信成本、提高通信的可靠性和灵活性方面的巨大成功，促使20世纪70年代中期以后的数据通信网几乎全部采用这一技术。随着技术的进步，分组交换网的性能也在不断提高，数据分组通过交换机的传输时延从几百毫秒减少到几毫秒。但随着ISDN的提出，人们对数据通信的速率及实时性提出
2、了更高的要求，而原有的建立在模拟通信网上的分组交换网能力几乎已达到极限，因此，人们又研究新的分组交换技术以适应新的传输和交换的要求。第8章 帧中继与DDN 20世纪80年代以来，数字通信、光纤通信以及计算机技术取得了飞速的发展，计算机终端的智能化和处理能力不断提高，使得端系统完全有能力完成原来由分组网络所完成的功能。例如，端系统可以进行差错纠正等。此外，分布在不同地域的局域网(LAN)之间的互连成为实际的需要。针对这些问题以及高性能光纤传输媒体的大量使用的事实，提出了新的快速分组传输处理技术帧中继。帧中继设计思想非常简单，将X.25协议规定的网络节点之间、网络节点和用户设备之间每段链路上的数据
3、差错重传控制推到网络边缘的终端来执行，网络只进行差错检查，从而简化了节点机之间的处理过程。第8章 帧中继与DDN8.1.2 帧中继的参考模型帧中继的参考模型 以X.25为代表的分组数据转发从源点到终点的每一步都要进行大量的处理，在每一节点都要对数据信息进行存储和处理，建立帧头、帧尾，并检查数据信息是否有误码。与X.25相反，帧中继只使用物理层和数据链路层的一部分执行它的交换功能。图8.1为开放系统互连(OSI)、电路交换方式(TDM)、X.25和帧中继协议参考模型的示意图。从图8.1中可以看到，采用TDM技术的电路交换方式仅完成物理层的功能，而X.25协议完成低三层的功能。第8章 帧中继与DD
4、N图8.1 协议参考模型比较示意图TDM 模型应用层OSI 参考模型X.25 模型帧中继模型表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层物理层网络层数据链路层物理层数据链路层核心物理层第8章 帧中继与DDN8.1.3 帧中继技术的特点帧中继技术的特点 1)数据传送阶段协议大为简化 X.25协议包括OSI模型的低三层，其数据传送单元为分组，分组的寻址和选路由第三层通过逻辑信道号(LCN)完成。帧中继协议只包含OSI模型的最低二层，而且第二层只保留其核心功能，称为数据链路核心协议。其传送数据单元为帧，帧的寻址和选路由第二层通过数据链路连接标识(DLCI)完成。图8.2(a)、(b)分别示出X.25和帧
5、中继的分层协议功能。由图可见，X.25交换沿着分组传输路径，每段都有严格的差错控制机制，网络协议处理负担很重，而且为了重发差错，发送出去的分组在尚未证实之前必须在节点中暂存。帧中继则十分简单，各节点无须差错处理功能，数据帧发送后无须保存。第8章 帧中继与DDN图8.2 X.25和帧中继的分层协议功能(a)X.25的分层协议功能；(b)帧中继的分层协议功能差错控制第三层(网络层)源终端存储加分组封装选路加帧封装暂存去帧封装选路加帧封装差错控制暂存去帧封装选路去分组封装目的终端第二层(数链层)第一层(物理层)(a)源终端加帧封装选 路选 路选 路去帧封装目的终端第二层(数链层)第一层(物理层)(b
6、)第8章 帧中继与DDN2)用户平面和控制平面的分离图8.3 帧中继用户网络接口协议体系结构Q.931/Q.933LAPD用户可选择的功能LAPF 核心物理层用户侧用户平面控制平面Q.931/Q.933LAPD网络侧用户平面控制平面物理层LAPF 核心第8章 帧中继与DDN 控制平面：用于帧方式承载业务的控制平面类似于电路交换中的共路信令，其中控制信息使用的是独立的逻辑通道。在数据链路层，使用具有差错控制和流量控制的LAPD协议，通过D通道提供用户和网络之间的可靠数据链路控制服务。这种数据链路业务用于Q.933控制信令信息的交换。用户平面：用于端用户之间信息传输的用户平面协议是LAPF，其中帧
7、中继只使用了它的核心功能，在用户之间提供了单纯的数据链路层的帧传输服务(没有差错控制和流量控制)。第8章 帧中继与DDN8.2 帧帧 中中 继继 协协 议议8.2.1 帧结构帧结构 帧中继承载业务使用数据链路核心协议(DL-core)作为数据链路层协议，并透明地传递LAPF(Link Access Procedures to Frame Mode Bearer Services)中数据链路核心子层的用户数据。它在数据链路层传输的帧结构如图8.4所示。图8.4 帧中继的帧结构图标志地址信息帧校验序列标志FAIFCSF第8章 帧中继与DDN 从图8.4可见，帧中继的帧由4个字段组成：标志字段F、地
8、址字段A、信息字段I和帧校验序列字段FCS。各字段内容及作用如下：(1)标志字段F是一个特殊的比特组01111110，它的作用是标志一帧的开始和结束。(2)地址字段A的主要用途是标识同一通路上的不同数据链路的连接。它的长度默认为2字节，可以扩展到3或4字节。其格式如图8.5所示。在地址字段里通常包含地址字段扩展比特EA、命令/响应指示比特C/R、帧丢弃指示比特DE、前向显式拥塞通知比特FECN、后向显式拥塞通知比特BECN、数据链路连接标识符DLCI，以及DLCI扩展/控制指示比特D/C。第8章 帧中继与DDN (3)信息字段I包含的是用户数据，可以是任意的比特序列，其长度必须是整数个字节。(
9、4)帧校验序列FCS字段是一个16 bit的序列，用以检测数据传输过程中的差错。帧中继的帧结构和HDLC帧有两点重要的不同：一是，帧不带序号，其原因是帧中继不要求接收证实，也就没有链路层的纠错和流量控制功能；二是，没有监视(S)帧，因为帧中继的控制信令使用专用通道(DLCI=0)传送。第8章 帧中继与DDN高位 DLCI低位 DLCIFECNBECNC/RDEEA(0)EA(1)12345678(a)高位 DLCIDLCIFECNBECNC/RDEEA(0)EA(0)12345678低位 DLCID/CEA(1)(b)高位 DLCIDLCIFECNBECNC/RDEEA(0)EA(0)1234
10、5678DLCIEA(0)低位 DLCID/CEA(1)(c)图8.5 帧中继地址字段格式(a)2字节地址字段；(b)3字节地址字段；(c)4字节地址字段第8章 帧中继与DDN8.2.2 帧中继相关协议帧中继相关协议 1DL-core协议功能协议功能 DL-core协议用以支持帧中继数据传送，其功能十分简单。主要包括：帧定界、定位和透明传送；利用DLCI进行帧复用和分路；检验帧不超长、不过短，且为8 bit的整数倍；利用FCS检错，如发现有错，则丢弃；利用FECN和BECN通知被叫用户和主叫用户网络发生拥塞；利用DE位实现帧优先级控制。第8章 帧中继与DDN 2LMI管理协议管理协议 帧中继为
11、计算机用户提供高速数据通道，因此帧中继网提供的多为PVC连接。任何一对用户之间的虚电路连接都是由网络管理功能预先定义的，如果数据链路出现故障，LMI管理协议负责将故障状态的变化及PVC的调整通知用户。第8章 帧中继与DDN 3呼叫控制协议呼叫控制协议 呼叫控制协议的功能是建立和释放SVC。SVC呼叫控制协议和LMI管理协议均属高层信令协议。协议消息在DLCI=0的专用信令链路上传送，协议结构如图8.6所示。其中数据链路层协议为LAPF，即除了DL-core外还包括DL-control(数字链路控制协议)。在帧中继网络边缘的端系统才会有DL-control实体，用来建立和释放用户平面上的数据链路
12、层连接。第8章 帧中继与DDN图8.6 帧中继信令协议结构高层协议(SVC 呼叫控制)(LMI 管理协议)帧中继数据传送协议DL-controlDL-core物理层高层协议(SVC 呼叫控制)(LMI 管理协议)DL-controlDL-core物理层第8章 帧中继与DDN8.3 帧帧 中中 继继 网网 络络8.3.1 网络组成网络组成图8.7 帧中继网络组织国家骨干网省内网本地网本地网节点;骨干节点;省内网节点;骨干枢纽节点;按需设置的直达电路第8章 帧中继与DDN 1国家骨干网国家骨干网 国家骨干网由各省省会城市、直辖市的节点组成，覆盖全国共31个节点。目前采用不完全网状结构，随着业务的不
13、断发展及线路情况的改善，国家骨干网的结构可逐渐过渡为完全网状结构。国家骨干网提供国内长途电路和国际电路，其节点应具备以下主要功能：(1)汇接功能；(2)帧中继PVC业务功能；(3)网络间接口(NNI)功能；(4)动态分配带宽功能；(5)拥塞管理功能。第8章 帧中继与DDN 2省内网省内网 省内网由设置在省内地市的节点组成，节点之间采用不完全网状连接。省内网提供省内长途电路和出入省的电路。省内网节点负责汇接从属于它的本地网的业务，转接省内节点间的业务，同时可提供用户接入业务，其主要功能如下：(1)汇接功能；(2)帧中继PVC业务功能；(3)用户网络接口功能；(4)动态分配带宽的功能；(5)拥塞管
14、理功能。第8章 帧中继与DDN 3本地网本地网 在省内城市、地区、县等可根据需求组建本地网，由本地的节点采用不完全网状连接。本地网负责转接本地网节点间的业务，提供用户接入业务，其节点功能与省内网节点功能一样。第8章 帧中继与DDN8.3.2 帧中继的网络管理帧中继的网络管理 帧中继的网络管理可分为带宽管理、PVC管理和拥塞管理等。1)带宽管理 因为帧中继实现了带宽资源的动态分配，在某些用户不传送数据时，允许其他用户占用其带宽，所以必须对全网的带宽进行控制和管理。帧中继网络通过为用户分配带宽控制参数(如网络与用户约定的用户信息传送速率CIR等)，对每条虚电路上传送的用户信息进行监视和控制，实施带
15、宽管理，合理地利用带宽资源。第8章 帧中继与DDN 2)PVC管理 永久虚电路(PVC)管理指在接口间交换一些询问和状态信息帧，以使双方了解对方的PVC状态情况。PVC管理包括用于用户网络接口(UNI)的PVC管理协议和用于网络间接口(NNI)的PVC管理协议。其主要内容有接口是否依然有效、各PVC当前的状态和PVC的增加或删除等。第8章 帧中继与DDN 3)拥塞管理 (1)拥塞控制策略。在网络发生轻微拥塞的情况下，为防止网络性能的进一步恶化，使网络恢复正常运行状态，而采取拥塞控制，包括终点控制和源点控制。终点控制策略：网络中节点机将前向传送帧的FECN比特置“1”，以传送拥塞通知，虚电路终点
16、的用户终端应采取相应措施，以缓解拥塞状态。源点控制策略：网络中节点机将后向传送的帧的BECN比特置“1”进行传送，以通知其他节点机直至虚电路源点用户终端，使其降低信息传送速率，以缓解拥塞状态。第8章 帧中继与DDN (2)拥塞恢复策略。拥塞恢复策略是指在网络发生严重拥塞的情况下，为减少数据流量，以减轻拥塞，使网络恢复到正常状态的策略。网络内节点机除采用源点或终点控制策略发出拥塞通知外，还要将DE比特置“1”的帧丢弃。(3)终端拥塞管理。终端拥塞管理是指用户终端在接收到拥塞通知后，降低其数据信息以提交速率的管理。这样在减轻网络负荷的同时，也可以减少自己在传送的信息中因拥塞而造成的帧丢失，从而提高
17、了信息的传输效率。第8章 帧中继与DDN 1)帧中继拥塞控制的目标与方法 ITU-T的建议书I.370定义的帧中继的拥塞控制的目标如下：(1)使帧的丢弃最少；(2)以高的概率和小的方差维持一个商定的服务质量；(3)在各个用户之间公平地分配网络资源；(4)限制拥塞向其他网络和这些网络中的元素扩散的速率；(5)对帧中继网络中其他系统的交互和影响最小；(6)在发生拥塞时，对每一条帧中继连接来说，服务质量的变化应最小。例如，在发生拥塞时，个别的逻辑连接服务质量不应突然变坏。第8章 帧中继与DDN 拥塞控制对于帧中继特别重要，因为帧处理模块能使用的工具是非常有限的。由于帧中继协议着眼于尽量提高网络的吞吐
18、量和效率，因此，帧处理模块就无法控制从用户或从相邻的帧处理模块发来的帧，也不能使用典型的滑动窗口技术进行流量控制。拥塞控制实际上是通过网络和用户共同负责来实现的。网络可以非常清楚地监视全网的拥塞程度，而用户则在限制通信方面是最有效的。第8章 帧中继与DDN 帧中继使用的拥塞控制方法有以下三种：(1)丢弃策略：当网络足够拥塞时，网络就要被迫将帧丢弃。这是网络对拥塞的最基本的响应。但在操作时应当对所有用户都是公平的。(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。这时，帧中继网络应当有一些信令机制及时地使拥塞避免过程开始工作。(3)拥塞恢复：在已经出现拥塞时，拥塞恢复过程可以阻止网
19、络的彻底崩溃。当网络由于拥塞开始将帧丢弃时(这是高层软件应当能够发现的问题)，拥塞恢复过程就开始工作。第8章 帧中继与DDN 2)拥塞控制参数 为了进行拥塞控制，帧中继采用了许诺的信息速率(CIR：Committed Information Rate)，其单位为b/s。CIR就是对一个特定的帧中继连接网络同意支持的信息传递速率。只要数据传输速率超过了CIR，在网络出现拥塞时就会遭受帧的丢弃。虽然使用了“许诺的”这一名词，但当数据传输速率不超过CIR时，网络并不保证一定不发生帧的丢弃；当网络拥塞已经非常严重时，网络可以对某个连接只提供比CIR还差的服务；当网络必须将一些帧丢弃时，网络首先选择超过
20、CIR值的那些连接上的帧来丢弃。第8章 帧中继与DDN 每一个帧中继的节点都应当使通过该节点的所有连接的CIR总和不超过该节点的容量，即不能超过该节点的接入速率(Access Rate)。接入速率是在用户与网络接口上实际的数据率。对于帧中继的PVC连接，每一个连接的CIR应在连接建立时即确定下来。对于SVC连接，CIR的参数应在呼叫建立阶段协商确定。当拥塞发生时，应当丢弃什么样的帧呢？这就要检查一个帧的丢弃指示DE字段。若数据的发送速率超过CIR，则节点的帧处理模块就将收到的帧的DE字段置1，并转发该帧。这样的帧，可能会通过网络，但也可能在网络发生拥塞时被丢弃。数据是否要被丢弃，需看数据速率的
21、大小，具体如下：第8章 帧中继与DDN (1)若数据速率小于CIR，则在一般情况下传输是有保证的。(2)若数据速率大于CIR，但小于所设定的最高速率，则在可能的情况下进行传送。(3)若数据速率大于所设定的最高速率，则立即丢弃。第8章 帧中继与DDN 实际上，帧处理模块是在一定时间间隔内对连接上的通信量进行测量的。因此还涉及另外两个参数，即许诺的突发量和附加突发量。(1)许诺的突发量(Bc：Committed Burst size)：在正常情况下，在测量时间间隔T内，网络允许传送数据的最大限量。数据可以是连续的，也可以是不连续的。(2)附加突发量(Be：Excess Burst Size)：在正
22、常情况下，在测量时间间隔T内，在许诺的突发量(Bc)的基础上，网络试图再额外传送数据的最大限量。显然，这种数据交付的概率比在允许突发量以内的数据交付的概率要小。显然，许诺的突发量(Bc)应等于时间间隔T乘以许诺的信息速率CIR，即Bc=TCIR。第8章 帧中继与DDN 图8.8是根据ITU-T的I.370画出的关于以上几个参数的关系。粗的实线表示在t=0以后，在一个给定的连接上累计的传送比特数。标有“接入速率”的虚线表示包含着一连接的信道上的数据率。标有CIR的虚线表示在测量时间间隔内的许诺的信息速率。我们可以注意到，当一个帧正在发送时，由于整个信道都用来传送这个帧，因此，实线与接入速率线平行
23、。当没有帧发送时，实线是水平的。第8章 帧中继与DDN图8.8 拥塞参数的关系(a)所有帧的DE比特均为0；(b)一个帧的DE比特均为1；(c)一个帧的DE比特均为1，一个帧必须丢弃接入速率丢弃区CIR传输的比特数0Bc丢弃区DE1 区接入速率传输的比特数时间 T第 1 帧CIR0接入速率CIR传输的比特数0DE0区DE0第 2 帧第 3 帧DE0 DE0Bc BeBcBc BeDE1 区DE0区时间 T第 1 帧DE0第 2 帧第 3 帧DE0 DE1丢弃区DE1 区DE0区BcBc Be第4帧丢 弃时间 T第 1 帧DE0第 2 帧第 3 帧DE0 DE1(a)(b)(c)第8章 帧中继与
24、DDN 图8.8(a)的例子是发送的3个帧的总比特数在许诺的突发量Bc以下，因此3个帧的丢弃指示DE都是零。虽然在第一帧发送的过程中实际的发送速率暂时超过了CIR，但这并没有什么影响，因为帧处理模块是检查在整个时间间隔内总的累计数据量是否超过了许诺的突发量Bc。对于图8.8(b)的例子，第三帧在发送的过程中累计数据量超过了Bc。因此帧处理模块就将次帧的DE比特置1。对于图8.8(c)的例子，第三帧的DE比特应置1，而第四帧应丢弃。第8章 帧中继与DDN 上述概念实际上就是著名的漏桶算法的一个例子，其要点如图8.9所示。数据到达一个节点相当于数据不断地流入桶内。数据从节点转发出去相当于数据不断地
25、从漏桶下面的漏孔流出。漏桶有以下三个重要参数：(1)参数C表示桶内不断变化着的数据量。(2)参数Bc是许诺的突发量。当桶内的数据量C小于Bc时，帧处理模块按正常方式转发所收到的帧，并且帧的DE比特为零。(3)参数Be是附加突发量。桶内的数据量不允许超过极限值Bc+Be。若超过就要溢出(即将帧丢弃)。第8章 帧中继与DDN图8.9 漏桶算法示例Be每个时间 T，桶内数据量 C的减少值是 minC，BcC桶内数据量 C，随数据流入而增大当 C 超过 Bc Be 时就要丢弃流入的数据 CBc第8章 帧中继与DDN 当数据量在Bc至Bc+Be之间时，就要将帧的DE比特位置1。若桶内有足够多的数据量，则
26、每个时间T数据将不断地被转发，桶内的数据量就减少Bc。但由于桶内的数据量不能为负值，因此更准确的说法是每个时间T，桶内的数据量减少的值为C和Bc这两个数之中的最小的一个，即数据量减少的值为minC，Bc。第8章 帧中继与DDN 3)利用显式信令避免拥塞 帧中继格式中有两个字段：前向显示拥塞通知(FECN)和反向显示拥塞通知(BECN)。为了说明这两个字段的含义，我们设帧中继网络的两个用户A和B之间已经建立了一条双向通信连接。当两个方向都没有拥塞时，则在两个方向传送的帧中，FECN和BECN都应为0。反之，若这两个方向都发生了拥塞，则不管是哪一个方向，FECN和BECN都应置为1。当只有一个方向
27、发生拥塞而另外一个方向无拥塞时，FECN和BECN中哪一个应置为1，则取决于帧的传送方向，即帧是从A传送到B的还是从B传送到A的。第8章 帧中继与DDN 网络可以根据节点中待转发的帧队列的平均长度是否超过门限值来确定拥塞。美国国家标准协会(ANSI)指定的标准T1.618建议按以下方法计算帧队列的平均长度。此建议提出当队列从空变为非空的时刻即为一个周期的开始。从一个周期的开始到队列再次从空变为非空时就是本周期的结束和下一个周期的开始。一连计算两个周期的帧队列长度平均值才能判断网络是否出现了拥塞。需要连续计算两个周期是因为偶然出现的队列过长不一定会导致网络拥塞的发生。第8章 帧中继与DDN 用户
28、也可以根据收到的显示拥塞通知采取相应的措施。当收到BECN时，处理方法比较简单。用户只要降低数据发送的速率即可。但当用户收到一个FECN时，情况就较复杂，因为这需要用户通知这个连续的对等用户来减少帧的流量。帧中继协议所使用的核心功能并不支持这样的通知，因此需要在高层来进行相应的处理。第8章 帧中继与DDN 4)利用隐式信令避免拥塞 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。一旦检测出帧丢失，端用户的软件就可以判断出在网络中的拥塞发生了。当检测到网络发生拥塞时，就用流量控制使网络从拥塞中恢复过来。LAPF建议用户使用改变流量控制窗口大小的机制来响应这种隐式信令
29、。我们设窗口可以在Wmin和Wmax之间改变，并且初始值设置为Wmax。我们希望当拥塞发生时就逐步减少窗口，这样就可以逐渐减少网络中所传送的帧。第8章 帧中继与DDN LAPF推荐使用下面的自适应策略：当出现拥塞时，就将流量控制窗口W减半。当然窗口值必须不小于Wmin。因此应将窗口值设置为max0.5W，Wmax。当一连有W个帧都成功地通过网络传输时，就要逐渐将窗口增大，即将窗口值设置为minW+1，Wmax。实践证明，上述方法在很多情况下是很有效的。第8章 帧中继与DDN8.4 数数 字字 数数 据据 网网 以X.25建议为核心的分组交换数据网，为数据用户提供交换虚电路和永久虚电路数据业务。
30、但是分组交换方式也受到自身技术特点的制约，节点机对所传送信息的存储转发和通信协议的处理，使得分组交换网处理速度慢，网络时延大，许多需要高速、实时数据通信业务的用户无法得到满意的服务。第8章 帧中继与DDN 在市场需求的推动下，介于永久性连接和交换式连接之间的半永久性连接方式的数字数据网(DDN：Digital Data Network)作为一种数据通信应用技术的分支逐渐发展起来。DDN技术把数据通信技术、数字通信技术、计算机技术、光纤通信技术、数字交叉连接技术等有机地结合在一起，形成了一个新的技术整体，应用范围从最初的单纯提供数据通信服务，逐渐拓宽到支持多种业务网和增值网。DDN是利用数字信道
31、来传输数据信号的数据传输网，因此，DDN的实现前提是通信网的数字化，其数字传输技术的范围不仅在局间中继或长途干线上，而且还包括数据终端与数据终端之间。第8章 帧中继与DDN DDN具有以下特点：(1)DDN是同步数据传输网，传输质量高，传输误码率可达10-11。(2)传输速率高，网络时延小。由于DDN采用了同步传送模式的数字时分复用技术，用户数据信息根据事先约定的协议，在固定的时隙以预先设定的通道带宽和速率顺序地传输。这样只需按时隙识别通道就可以准确地将数据信息送到目的终端。由于信息是顺序到达目的终端的，因而免去了目的终端对信息的重组，减少了时延。(3)DDN为全透明网。DDN是任何规程都可以
32、支持、不受约束的全透明传输网，可支持数据、图像、话音等多种业务。第8章 帧中继与DDN (4)网络运行管理简便。DDN将检错、纠错等功能放到智能化程度较高的终端来完成，因而简化了网络运行管理和监控的内容，这样也为用户参与网络管理创造了条件。(5)DDN对数据终端设备的数据传输速率没有特殊的要求，而且可以根据用户的需要对数据速率和信道带宽进行灵活设置。第8章 帧中继与DDN8.4.1 DDN网络组成结构网络组成结构图8.10 DDN网络组成结构示意图 网络管理控制中心NNNNNUAUUAU用户环路本地传输系统局间中继数字信道第8章 帧中继与DDN 1)本地接入系统 本地接入系统由用户设备、用户线
33、和用户接入单元UAU组成，其中把用户线和用户接入单元称为用户环路。(1)用户设备：用户设备发出的信号是用户的原始信号，可以是脉冲形式的数据信号、音频形式的话音和传真信号、数字形式的数据信号等。它们共同特点是适合于在用户设备中处理，而不适合在用户线上传输。常用的用户设备有数据终端设备(DTE：Data Terminal Equipment)、个人计算机、工作站、窄带话音和数据多路复用器、可视电话机等。第8章 帧中继与DDN (2)用户线：一般的市话用户使用的电缆或光缆。(3)用户接入单元：用于把用户端送入的原始信号转换成适合在用户线上传输的信号形式(如频带信号或基带信号等)，并在可能的情况下，将
34、几个用户设备的信号放在一对用户线上传输，以实现多路复用。然后由局端的相应设备或接口电路把它们还原成几个用户设备的信号或系统所要求的信号方式，再输入到节点进行下一步传输。网络接入单元可以是数据服务单元、信道服务单元和数据电路终端设备(DCE：Data circuit Equipment，如频带或基带调制解调器)。第8章 帧中继与DDN 2)复用及交叉连接系统 复用就是把多路信号集合在一起，共同占用一个物理传输介质，典型的复用方式有频分复用(FDM)和时分复用(TDM)。数字交叉连接系统(DCS：Digitak Cross-Connect System)用于通信线路的交叉、调度及管理。它由同步电路
35、、交叉连接、微机处理三个单元组成。(1)同步电路：为网络提供精确的定时信号，用于进行时隙校准。第8章 帧中继与DDN (2)交叉连接：负责完成时隙的交叉连接，如在DDN节点中的2.048 Mb/s PCM信号复用帧，各路来去的数字流以64 kb/s为单元进行交叉连接，如图8.11所示。(3)微机处理：用于管理内部和外部操作。主要功能是维持操作系统，处理输入的命令和内部中断，监测内部出错及告警信号并做出反应，以及执行时隙交叉并监视系统是否正常工作。DCS采用单级时隙交换结构，由于没有中间交换环节，因而就不存在中间阻塞路径，使得它对任何数量的64 kb/s线路的交叉不会阻塞。DCS可在极短的时间内
36、对N64 kb/s和2.048 Mb/s线路进行交换，并可对任意通道进行测试。DCS可提供端到端的最优连接，使通信网的规划及传输线路的使用效率更高。第8章 帧中继与DDN图8.11 数字交叉连接12m12n64 kb/s2048 kb/s用户端(m32)中继端64 kb/s2 Mb/s中继带宽第8章 帧中继与DDN 3)局间传输系统 局间传输是指节点间的数字信道以及由各节点通过与数字信道的各种连接方式组成的网络拓扑。局间传输的数字信道通常是指数字传输系统中的基群(2.048 Mb/s)信道。网络拓扑结构是根据网络中各节点的信息流量流向，并考虑了网络的安全而组建的。网络安全是指对网络中的任意节点
37、来说，一旦与它相邻的节点相连接的一条数字信道发生故障或该相邻节点发生故障时，该节点会自动启用与另一节点相连的数字信道并进行迂回，以保证原通信的正常进行。第8章 帧中继与DDN 4)网同步系统 网同步系统的任务是提供全网络设备工作的同步时钟，确保DDN全网设备的同步工作。网同步分为准同步、主从同步和互同步三种方式。DDN通常采用主从同步方式。第8章 帧中继与DDN 5)网络管理系统 DDN的网络管理包括用户接入管理、网络资源的调度、路由选择、网络状态的监控、网络故障的诊断、告警与处理、网络运行数据的收集与统计，以及计费信息的收集与报告等。当网络规模很大时，如建立全国范围的公用DDN，网络管理都采
38、用分级管理方式，在主干网上设立集中的网管控制中心(NMC：Network Management Center)，负责主干网上的电路组织和调度。主干网上还可设若干网管控制终端(NMT：Network Management Terminal)。NMT能与NMC交换网管控制信息，在授权范围内执行网管控制功能。各省内网可设有各自集中的NMC，负责本省内网上的电路组织和调度，各省内网也可设立若干个NMT，这些NMT也应能与省内NMC交换网管控制信息，在授权范围内执行网管控制功能。第8章 帧中继与DDN8.4.2 DDN的复用技术的复用技术 DDN中的复用包括子速率复用和PCM帧复用等，下面分别介绍这两种
39、复用技术。1子速率复用子速率复用 在DDN中，速率小于64 kb/s时，称为子速率，如DTE输出的速率为0.6 kb/s、2.4 kb/s、4.8 kb/s、9.6 kb/s等低速率数据信号。将各子速率复用到64 kb/s数字信道上，称为子速率复用，也就是将低速数据流合并成高速数据流，称为DDN的时分复用。时分复用的方法有比特交织和字符交织。第8章 帧中继与DDN 子速率复用有多种标准，如ITU-T X.50、X.51、X.58、R.111以及V.110等，其中以X.50最为常用，X.58为推荐使用。下面主要介绍X.50建议。X.50建议是同步数据网间国际接口64 kb/s的复用方案，它的特点
40、采用以8 bit数据分组为单位的交织复用方法(即字符交织)。8 bit分组的结构如图8.12所示。每一个分组中，第一位F用于帧同步，第27位为用户数据信息，第8位S为传输联络信号的状态位。由此可见，X.50集合速率是64 kb/s，其中16 kb/s(64 K(2/8)用于帧同步和业务信息，余下48 kb/s用于传输用户数据信息。X.50建议有两种帧结构：20个分组(字节)为一帧和80个分组为一帧。20或80个分组相互交织在64 kb/s的数字信道上传输。第8章 帧中继与DDN图8.12 X.50的8 bit分组结构一帧 80 个时隙F信 息 比 特S180812 3 4 5 6 7第8章 帧
41、中继与DDN表表8.1 X.50复用速率和路数复用速率和路数用户数据速率/(kb/s)分组封装后的速率(kb/s)相同速率复用数 9.6 12.8 5 4.8 6.4 10 2.4 3.2 20 0.6 0.8 80 第8章 帧中继与DDN 2PCM帧复用帧复用 PCM帧复用就是将64 kb/s的零次群复用成一次群2.048 Mb/s。按ITU-T建议，一个E1帧有32个信道，其中第0信道为同步信道，第16信道为信令信道，其余30个信道均可为数字数据信道、数字话音信道及任何比例组合的数字数据和话音信道。第8章 帧中继与DDN8.4.3 DDN的业务功能的业务功能 1专用电路业务专用电路业务 D
42、DN为公用电信网内部提供中高速率、高质量点到点和点到多点的数字专用电路和租用电路业务。它应用于信令网和分组网上的数字通道，提供中高速数据业务、会议电视业务、高速Videotext业务等。DDN提供的专用电路可以是永久性的，也可以是定时开放的。对要求高可靠性的用户，网上具有一定的备用电路，在网络故障时将优先自动切换到备用电路。第8章 帧中继与DDN 2虚拟专用网虚拟专用网(VPN：Virtual Private Network)业务业务 数据用户可以租用公用DDN网的部分网络资源构成自己的专用网，即虚拟专用网。用户能够使用自己的网管设备对租用的网络资源进行调度和管理。3帧中继业务帧中继业务 帧中
43、继业务将不同长度的用户数据封装在一个较大的帧内，加上寻址和校验信息，其传输速率可达2.048 Mb/s。第8章 帧中继与DDN 4话音话音/G3传真业务传真业务 话音/G3传真业务是通过在用户入网处设置话音服务模块(VSM：Voice Service Module)来提供话音/G3传真业务，如图8.13所示。图8.13 DDN上的话音/G3传真业务G3PBXVSMDTEG3PBXVSMDTE64 kb/sDDN第8章 帧中继与DDN VSM的主要功能如下：(1)提供电话机和PBX小交换机连接的2/4线模拟接口；(2)话音压缩编码(如采用ADPCM或其他编码方式)，将每路话音信号复用在一条信道上
44、。每路话音占用速率为8 kb/s、16 kb/s、32 kb/s等；(3)模拟接口的信令和复用信道上的信令间转换；(4)对每条话音压缩电路可能要附加传递信令信息的通路；(5)G3传真信号的识别和话音/G3传真业务的倒换控制等。第8章 帧中继与DDN4用户入网速率用户入网速率表表8.2 用户入网速率及连接用户入网速率及连接用户类别 用户入网速率(kb/s)用户间连接 专线电路 2048 kb/s 子速率 2.4 kb/s、4.8 kb/s、9.6 kb/s、19.2 kb/s N64 kb/s(N 从 1 到 31)TDM 连接 帧中继 9.6 kb/s、14.4 kb/s、16 kb/s、19
45、.2 kb/s、32 kb/s、48 kb/s N64 kb/s(N 从 1 到 31)，2048 kb/s PVC 连接 话音/G3 传真 附加信令信息的传输 8 kb/s、16 kb/s、32 kb/s 带信令传输能力的 TDM 连接 第8章 帧中继与DDN8.5 DDN网络及应用网络及应用 从各国发展DDN的情况来看，DDN网络采用级数较少的分级结构较为合理。我国的DDN网络采用分级结构，按网络的组建、运营、管理和维护的责任地理区域，可分为国家骨干网(一级干线网)、省内干线网(二级干线网)和本地网(用户网)三级，如图8.14所示。各级网络应根据其网络规模和业务组织的需要，选用适当的节点类
46、型，组建多功能层次的网络：由2M节点组成核心层，主要完成转接功能；由接入节点组成接入层，主要完成各类业务的接入；由用户节点组成用户层，完成用户入网接口。不同等级的网络主要用2.048 Mb/s数字电路互连，也可以用N64 kb/s数字电路互连。第8章 帧中继与DDN图8.14 DDN的网络分级结构至其他国家或地区一级干线网二级干线网本地网省市或自治区 1省市或自治区 2省市或自治区 N一级干线网节点；NMC 网管控制中心；NMT 网管控制终端；NMCNMTNMCNMC 本地网节点；二级干线网节点第8章 帧中继与DDN8.5.1 DDN的网络结构的网络结构 1国家骨干网国家骨干网(一级干线网一级
47、干线网)国家骨干网是省间网，由大中容量的节点和连接它们的数字电路组成。节点设置在各省，每个省可设置多个骨干网节点。数字电路主要为2.048 Mb/s的一次群电路，根据业务需要和电路情况，也可以用8.448 Mb/s的二次群电路，以及34.368 Mb/s的三次群电路。国家骨干网上设有与其他数字网、其他国家或地区网络互连的节点。第8章 帧中继与DDN 国家骨干网上还设有一个或多个网管控制中心(NMC)，负责国家骨干网范围(包括国家骨干网和各省内网之间的数字电路)的电路组织调度。在其他骨干节点上，可酌情设置网管控制终端(NMT)，负责NMC授权范围内的网管控制功能。NMT和NMC之间相互交换网管控
48、制信息。用户数据传输速率为N64 kb/s(N从1到31)的TDM电路连接的用户，以及帧中继PVC连接的用户，可以直接从骨干网节点上接入DDN。第8章 帧中继与DDN骨干网的核心层节点互联应遵照下列要求：(1)枢纽(大区中心)节点之间采用全网状连接；(2)非枢纽节点应至少与两个枢纽节点连接；(3)出入口节点之间、出入口节点与所有枢纽节点连接；(4)根据业务需要和电路情况，可在任意两个节点之间连接。第8章 帧中继与DDN 2省内干线网省内干线网(二级干线网二级干线网)省内干线网由设置在省内的节点组成，它提供本省内长途和出入省的DDN业务。二级干线网要设置核心层网络时，应设置枢纽节点，省内发达地区
49、、县级城市可组建本地网。设有组建本地网的地、县级城市所设置的中小容量接入层节点或用户接入层节点可直接连接到一级干线网节点上或经二级干线网其他节点连接到一级干线网节点。第8章 帧中继与DDN 各省内网上设有一个各自的省内网网络管理控制中心(NMC)，负责本省网范围内的电路组织调度。在其他的省内网节点上，可酌情设置网管控制终端(NMT)，负责本省内NMC授权范围的网管控制功能。省内网上的电路组织调度，应满足不同类型和速率用户的要求。一个省内网上，其NMT和NMC之间能够交换网管控制信息。DDN上各类网管控制信息可利用DDN专线、分组交换网或电话网传输。第8章 帧中继与DDN 3本地网本地网(用户网
50、用户网)本地网是指城市范围内的网络，在省会和地区级城市可组建本地网，为用户提供本地和长途DDN网络业务。本地网可由多层次的网络组成，其小容量节点可直接设置在用户室内。第8章 帧中继与DDN8.5.2 DDN的应用实例的应用实例 DDN可为用户提供高速、优质的数据传输通道，它的应用范围如下：(1)公用DDN电路；(2)为公用数据交换网、各种专用网、无线寻呼系统、可视图文系统、高速数据传真、会议电视、ISDN(2B+D信道或30B+D信道)、邮政储汇计算机网络等提供中继或数据信道；第8章 帧中继与DDN (3)为帧中继、虚拟专用网、LAN，以及不同类型的网络互连提供网间连接；(4)利用DDN实现大
