交換技術演進新說

2019-11-03 10:21:40

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

李偉章　中國普天東方通信股份有限公司

　　幀中繼（ＦＲ）交換技術是在Ｘ.２５分組交換技術基礎上發展起來的。在開發Ｘ.２５時因傳輸線路誤碼率高達１０－３，故在每個節點采用了存儲、轉發方式，確定了十分復雜的檢錯、糾錯、重發等機制。為保證傳輸質量，在每個節點上都需重復做這些工作，從而導致端到端傳輸延時大、傳輸速率低和傳輸效率低。因此Ｘ.２５已不適合目前數據通信對高吞吐量、低延時、高效率的要求。從目前光纖通信誤碼率可達１０－１１的情況出發，發展了簡化的Ｘ.２５———ＦＲ技術。

１幀中繼的特點

　　幀中繼是簡化了的Ｘ.２５，與Ｘ.２５相比，幀中繼具有以下特點：

（１）取消了流量與差錯控制

　　幀中繼對協議進行了簡化，取消了第２層的流量與差錯控制，僅有端到端的流量與差錯控制，且這部分功能由高層協議來完成。

（２）取消了第３層的協議處理

　　將第３層的復用與交換功能移到了第２層。需要指出的是，幀中繼在數據傳送階段的協議只有兩層。對交換虛電路（ＳＶＣ）方式而言，在呼叫建立與釋放階段的協議有３層，其第３層為呼叫信令控制協議。目前世界上所應用的幀中繼網均為固定虛電路（ＰＶＣ）方式，其采用固定路由表，并不存在呼叫的建立與釋放過程。

（３）采用“帶外信令”

　　Ｘ.２５在通信建立后，通信過程中所需的某些控制、管理功能由控制數據分組傳送。控制數據分組和信息數據分組具有相同的邏輯信道號（ＬＣＮ）故可稱為“帶內信令”。而幀中繼單獨指定一條數據鏈路（ＤＬＣＩ＝０），專門用于傳送信令，故可稱為“帶外信令”。

（４）利用鏈路幀的擁塞通知位進行擁塞管理

　　幀中繼沒有流量控制功能，對用戶發送的數據量不做強制，以滿足用戶傳送突發數據的要求，這樣有可能造成網絡的擁塞。幀中繼對擁塞的處理是通過鏈路幀的擁塞通知位，通知始發用戶降低數據發送速率或暫停發送。

（５）采用帶寬管理機制

　　由于幀中繼采用了非強制性的擁塞管理，為防止網絡過度擁塞以及防止某一用戶大量的發送數據而影響其他用戶的服務質量，幀中繼對用戶使用的帶寬進行了一定的控制。幀中繼的帶寬管理包含３個參數。

承諾信息速率（ＣＩＲ）

　　用戶入網時，在與網絡運營商所簽訂的合同中，運營商所保證提供的最低用戶數據傳送速率即為ＣＩＲ。網絡運營商根據合同中的ＣＩＲ向用戶收取費用。

承諾突發長度（Ｂｃ）

Ｂｃ是指在指定的時間間隔Ｔｃ內，網絡運營商所承諾的用戶最大發送數據比特數。

Ｂｃ＝Ｔｃ×ＣＩＲ

超突發長度（Ｂｅ）

　　Ｂｅ是指在規定的時間間隔Ｔｃ內，網絡運營商允許用戶超過Ｂｃ所發送的數據比特數。網絡對這部分超額發送的數據盡力傳送，但不做保證。

　　具體做法是：網絡根據上述參數在給定的時間間隔Ｔｃ中，對用戶所發送的數據進行計數。對承諾部分的數據給以放行；對超過承諾部分的數據也給予放行，但在幀頭中打上“丟棄指示”標志，當網絡發生擁塞時則丟棄該幀；對超過Ｂｃ＋Ｂｅ部分的數據，在用戶—網絡接口處即遭丟棄。

　　在網絡運行初期，為保證用戶ＣＩＲ內數據的傳送，可使中繼線容量等于經過該中繼線所有ＰＶＣ的ＣＩＲ之和。在運行過程中，隨著經驗的不斷積累，可逐步增加ＰＶＣ的容量，以保證帶寬資源充分被利用。

２幀中繼協議

　　幀中繼協議與Ｘ?郾２５協議一樣，只是規定了用戶—網絡接口（ＵＮＩ）協議，而其網絡內部和網際（ＮＮＩ）協議未標準化，都是ＵＮＩ協議的某種變型。

２.１幀中繼的幀格式

　　幀中繼采用ＨＤＬＣ協議的ＬＡＰＦ子集———數據鏈路層核心協議，其將幀中的Ａ、Ｃ字段合并為Ａ字段，整個幀的格式如圖１９所示。

　　（１）標志字段（Ｆｌａｇ）：為“０１１１１１１０”，用于幀定界。在地址字段之前的標志為開始標志，在幀校驗序列字段之后的標志為結束標志。

　　（２）地址字段（Ａｄｄｒｅｓｓ）：用于區分不同的幀中繼連接，實現幀復用。地址字段的長度一般為兩個字節，也可由通信雙方協商，根據需要擴展為３個或４個字節。地址字段由ＤＬＣＩ（數據鏈路連接標識符）、Ｃ／Ｒ（命令／響應比特）、ＥＡ（地址字段擴展比特）、ＦＥＣＮ（前向顯式擁塞通知）、ＢＥＣＮ（后向顯式擁塞通知）和ＤＥ（可丟棄指示比特）等部分組成。

　　（３）信息字段（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）：為用戶數據，長度可為１～４０９６個字節。

　　（４）ＦＣＳ（幀校驗序列）：采用１６ｂｉｔ循環冗余碼（ＣＲＣ１６），用于校驗幀差錯。

２.２幀中繼協議結構

　　幀中繼協議結構如圖２０所示。智能化終端設備將需發送的報文分組封裝在ＬＡＰＦ幀結構中，并將ＬＡＰＦ幀發送到線路上，實施以幀為單位的數據傳送。

由于幀中繼節點不進行某些二層與三層的處理（如錯幀重發、流量控制和阻塞處理等移至網外設備或終端系統），因此具有高吞吐量、低延時等特點。同時，幀中繼采用統計復用技術，按需分配帶寬，因此適用于各種突發數據業務的用戶。其最具吸引力的地方在于允許用戶的突發數據占用超出預定的帶寬。

３幀中繼的交換與復用

　　幀中繼網由用戶終端、接入設備、ＦＲ節點交換機和數據鏈路組成。由于目前的幀中繼網一般均采用ＰＶＣ方式，因此本文僅介紹ＰＶＣ方式下的交換與復用。

　　幀中繼采用面向連接的交換方式，端到端的虛電路由若干段虛連接構成，每段虛連接有相應的ＤＬＣＩ，在ＦＲ交換機中有人工配置的ＰＶＣ路由表。幀中繼網中的節點交換機以入口幀的ＤＬＣＩ為索引查找路由表，從而獲得出口幀的ＤＬＩＣ。整個通信過程類似于已建立虛電路的Ｘ?郾２５分組通信。

　　ＦＲ交換機的核心部分為幀處理器。圖２１示出了ＦＲＳ１交換機中幀處理器根據ＰＶＣ路由表，完成該交換機與ＴＥＡ、ＴＥＢ、ＴＥＣ３個用戶終端以及與ＦＲＳ２、ＦＲＳ３交換機進行虛連接的情況。例如，ＦＲＳ１幀中繼處理器通過連接ＤＬＣＩ＝３１虛連接和ＤＬＣＩ＝３３４虛連接，從而完成ＴＥＡ與ＦＲＳ２的連接。同時，圖中也示出了多條虛連接在同一條物理信道中的統計復用情況，例如，在ＦＲＳ１到ＦＲＳ２的物理信道上就復用了ＤＬＣＩ＝０、３３４、３４２共３條虛連接。此外，我們還可以看到，所有ＴＥ和ＦＲＳ到ＦＲＳ１的幀中繼控制器均有ＤＬＣＩ＝０的虛連接，這些連接被保留，用于通道內的呼叫控制。

４幀中繼業務與應用

　　由于幀中繼業務不提供錯幀通知、錯幀恢復以及出錯幀重傳等服務，因此開展幀中繼業務必須具備兩個前提條件：

（１）必須采用智能化終端，在其上運行高層通信協議，以完成糾錯、流量控制等功能；

（２）中繼線必須有較低的誤碼率。

　　幀中繼廣泛應用于局域網互聯、局域網與廣域網互聯，以及為企事業單位提供虛擬專網（ＶＰＮ）。目前幀中繼主要用來為企事業單位的局域網提供Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入。與采用ＤＤＮ專線接入相比，采用幀中繼接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的最大優點為：ＤＤＮ專線帶寬固定；而幀中繼在正常情況下，網絡保證向用戶提供約定的數據速率，當用戶產生突發性的高速率數據時，可以占用其他用戶不占用的帶寬，而不用支付額外的費用。（待續）

----《電信技術》