数据网-基础数据网

数据网 —基础数据网

目录

第1章 ATM技术 ............................................................................. 4

1.1

ATM基础概念 ....................................................................................................... 4

1.1.1 电路交换和分组交换 ............................................................................................. 4 1.1.2 ATM基础概念 ......................................................................................................... 4

1.2 ATM关键技术 ..................................................................................................... 10

1.2.1 ATM拥塞管理 ....................................................................................................... 10 1.2.2 ATM流控原理 ....................................................................................................... 17 1.2.3 UNI信令 ................................................................................................................ 18 1.2.4 IMA协议 ................................................................................................................ 20

1.3 ATM网络的OAM ................................................................................................ 22

1.3.1 ATM网络OAM的功能范围 ................................................................................ 22 1.3.2 OAM等级 .............................................................................................................. 23 1.3.3 OAM信息流的传送 .............................................................................................. 23

第2章

2.1

帧中继技术 ..................................................................... 25

帧中继基础概念 ...................................................................................................... 25

2.1.1 帧中继概述 ........................................................................................................... 25 2.1.3 帧中继基本功能 ................................................................................................... 25 2.1.3 帧中继协议结构 ................................................................................................... 26

2.2 数据链路层协议 ...................................................................................................... 26

2.2.1 数据链路层帧方式接入协议 ............................................................................... 26 2.2.2 数据链路层核心协议 ........................................................................................... 29

2.3 帧中继关键技术 ...................................................................................................... 31

2.3.1 DLCI值的分配和帧中继的寻址机制 .................................................................. 31 2.3.2 虚电路带宽控制 ................................................................................................... 33 2.3.3 拥塞控制 ............................................................................................................... 34

第3章 DDN网络技术 ................................................................... 35

3.1

DDN基本原理 ....................................................................................................... 35

3.1.1 DDN网络的产生与发展 ................................................................................... 35 3.1.2 DDN网络的定义和组成 ................................................................................... 35 3.1.3 DDN网络的特性 ............................................................................................. 41

3.2 DDN提供业务及特点 ........................................................................................... 42

3.2.1 DDN网络可提供的业务 ................................................................................... 42 3.2.2 DDN网络业务服务质量标准 ........................................................................... 42

3.3 DDN 网络的结构及现状 ....................................................................................... 44

3.3.1 DDN网络的组织结构 ....................................................................................... 44 3.3.2 DDN网络的网络管理和控制 ........................................................................... 45 3.3.3 DDN用户接入 ................................................................................................... 46

第1章 ATM技术

1.1 ATM基础概念

1.1.1电路交换和分组交换

最基本的两类交换模式是面向连接的电路交换和面向无连接的分组包交换，他们的主要区别体现在以下几方面：

在交换形式上，电路交换采用固定时隙分配，也就是说，电路交换在根本上只能支持单一速率（如kbit/s）的交换，这显然不能适应多种业务的要求；无连接的分组交换则利用包交换的形式，将用户信息封装在分组中进行交换，每个分组有一个分组头，分组头用于路由选择、差错控制和流量控制等功能，各个分组的长度和间隔时间都可改变，因此分组交换可以支持多种速率的交换。

在路由选择上，电路交换中各连接的路由是在连接建立时由复杂的选路算法在整个网络中选择的，信令系统在路由经过的各个网络设备内填写路由表以标识交换信息，一个连接的所有信息都经过相同的路由；无连接的分组交换中，路由信息由各个分组头携带，交换设备查看到来的每个分组头中的地址信息，并根据当时的网络状态选择一条路由，将分组发到下一级网络设备中，因此同一业务的不同分组在网络中经过的路径不同。

在网络资源分配上，电路交换中网络资源可由信令系统在连接建立时分配，分配给一个连接的网络资源不能被别的连接占用，只在连接拆除时才释放网络资源；无连接的分组交换中，分组只在发送时才占用网络资源，网络资源可由各个业务共享。

1.1.2 ATM基础概念

（一）ATM异步交换模式

ATM 即异步转移模式，ATM 是一种基于信元的交换和复用技术，综合了电路交换和分组交换的特点：ATM 是面向连接的，即任何一个ATM 终端用户在与另一用户通信时都需要建立连接；另一方面ATM 传输采用了固定长的信元，因而其又具有分组交换的特点，ATM 又利用了统计复用的原理使各连接可以共享带宽资源。

（二）ATM信元结构

ATM传送信息的基本载体是ATM信元，信元长度为53字节，分为信头和净荷两部分，信头为5字节，净荷为48字节。

图：ATM 信元格式

信头内容在用户-网络接口（UNI）和网络节点接口（NNI）中略有差别（图2-1），主要由以下几部分构成。

 VPI：虚通路标识，NNI中为12比特，UNI中为8比特。

 VCI：虚通道标识，16比特，标识虚通路中的虚通道，VPI/VCI一起标识一个虚连

接。  HEC：信头差错控制，8比特，用于检测出有错误的信头。HEC的另一个作用是

进行信元定界，利用HEC字段和它之前的4字节的相关性可识别出信头位臵。由于在不同的链路中VPI/VCI的值不同，所以在每一段链路都要重新计算HEC。  PT：净荷类型，3比特。用于指示本信元为用户数据信元或OAM信元等。比特3为0

表示为数据信元、为1表示为OAM信元。对OAM信元，1，2比特位表明了OAM 信元的类型。对数据信元，比特2用于前向拥塞指示（EFCI/Explicit Forward Congestion Indication），当经过某一节点出现拥塞时，就将这一比特臵为1；比特1用于表示是否为AAL5封装的最后一个信元(AAL5的最后一个信元此比特位为一, 其他信元为零)。 （三） 虚连接

ATM是面向连接的交换，这个连接用VPI、VCI来标识。VPI、VCI的取值只有局部意义，即只在通过物理媒质直接相连的两个接口之间有效，相同的值在其它接口可以重复使用。 从路由的角度看，VPI和VCI是信元在ATM 网络中传输的路由地址，多个路由地址形成了一条并且标识一条连接。当交换网络接收到信元时，根据信元头中的VPI 和VCI查找映射表，确定输出的VPI和VCI。

如图所示，userA发出的VPI/VCI=0/40的信元，经switchB 后VPI/VCI 被交换成VPI/VCI=1/45；经switchC 后VPI/VCI=100/45；经switchD 后VPI/VCI=3/50；经switchE 后VPI/VCI=2/60，最后送到userF。这里（0,40)(1,45)(100,45) (3,50)(2,60)标识了A 与F 之间的一个连接。

图：ATM连接的示意图

ATM交换分为VP交换和VC交换两种。VP交换就是指在交换的过程中只改变VPI 的值，透传VCI的值，而VC交换过程中VPI、VCI都改变。因此在使用中，VP就相当于一个大的管道，而VC相当于一个小的管道。虚通路与虚通道的关系如图所示。

图：VC、VP和物理传输通道的关系

ATM 连接建立的方式有两种： 1、PVC（P）

PVC 即Permanent VC，是通过网管预先建立的，不论是否有业务通过或终端设备接入，PVC 一直保持，直到由网管释放。

2、SVC（P）

SVC 即Switched VC，是用户需要通信时，通过终端设备由信令建立的虚通道。SVC 类似于电话网的用户线路，用户每次在通信前必须发起呼叫请求，网络通过信令为通信双方建立起相应虚通道后，进行通信，通信完成后，由信令释放SVC。

（四） ATM交换过程

各类业务在经适配进入ATM 网后，便由ATM 交换机或交叉连接设备提供交换和中继功能，从而到达目的地。ATM 交换机或交叉连接设备的作用是：根据输入信元的VPI/VCI 标识以及它本身在建立连接时产生的路由表，将该信元转发到相应的输出端口，并对该信元的头部进行适当处理，如改变其VPI/VCI 值，在拥塞时有可能改变CLP 值，最后还要重新计算HEC 值，以保护新产生的信元头。

ATM 交换机实质上是一个能将输入端口中的信元，按照其路由标记送到它所要求的输出端口的功能块。因此，ATM 交换机最主要的功能是路由功能。

（五） ATM地址

在IP 网络中，如果两台主机要相互通信，必须知道对方的IP 地址；如果希望给朋友发邮件，必须知道对方的E-Mail 地址，因此地址是设备的重要标识。在ATM 网络中如果是SVC 方式的连接，必须知道双方的ATM 地址（PVC方式则没有必要）。

ATM 地址有两种，一种是E.1 地址，与电话号码类似；另外一种是NSAP 地址。NASP 方式的ATM 地址的长度为20 个字节，也由两部分组成：“网络前缀”（13 字节）+“用户部分”（7 个字节）[=“用户标识”（6 个字节）+选择符（1 个字节）]。“网络前缀”由交换机提供，“用户部分”由用户设备提供，一般情况，组成“用户部分”的“用户标识”（6 个字节）就是用户设备的MAC 地址（6 个字节），“选择符”（1 个字节）用来区分用户设备的子用户。哪些是用户侧设备呢？带ATM 接口（155M光口或电口）的ATM-LANSWITCH、插上ATM 网卡的计算机（ATM 网卡通过光纤与交换机互连），该计算机的ATM 地址就是计算机的“网络前缀”+该ATM 网卡的用户部分（网卡自带的）。NSAP 方式的地址，第一个字节必须是0x39、0x45、0x47 中的一个。

（六） ATM统计复用

图：ATM复用

ATM 的最大特点，就是对任何形式的业务分布都能达到最佳的网络资源利用率。要达到这一目标就要对网络资源进行统计复用。所谓统计复用就是根据各种业务的统计特性，在保证业务质量要求的前提下，在各业务间动态地分配网络资源，以达到最佳的资源利用率。如图2-4所示，用户D、C、A 的数据按到达的先后顺序排列到输出线路上，而用户B 因为此时没有数据，故不占用输出线路的带宽资源，从这个意义上说，ATM 连接是一个虚连接。

（七） ATM分层结构

ATM 协议参考模型分成三个平面：用户面、控制面和管理面，三个功能层：物理层、ATM 层和ATM 适配层（AAL）。

图：ATM-协议参考模型

协议参考模型中的三个面分别完成不同的功能：

 用户平面：采用分层结构，提供用户信息流的传送，同时也具有一定的控制功能，

如流量控制、差错控制等；  控制平面：采用分层结构，完成呼叫控制和连接控制功能，利用信令进行呼叫和连

接的建立、监视和释放；  管理平面：包括层管理和面管理。其中层管理采用分层结构，完成与各协议层实体

的资源和参数相关的管理功能。同时层管理还处理与各层相关的OAM信息流；面管理不分层，它完成与整个系统相关的管理功能，并对所有平面起协调作用。 各层还可细分为几个子层，各层和子层的功能如下表所示。

表：ATM 协议参考模型的分层及其功能

（八） ATM适配层功能

ATM 适配层（AAL）位于ATM 层之上，这一层是和业务相关的，即针对不同的业务，

采用不同的适配方法。但都要将上层传来的信息流（长度、速率各异）分割成48 字节长的ATM 业务数据单元，同时将ATM 层传来的ATM 业务数据单元组装、恢复再传给上层。由于上层信息种类繁多，AAL 层处理比较复杂，所以分了两个子层：汇聚子层（CS）和拆装子层（SAR）。

为了提高交换网络的速率，对ATM 层作了尽可能的简化，而ATM 层未提供处理的信元丢失、误传、时延、时延抖动等与业务服务质量密切相关的功能，由AAL 层完成。不同类型的业务需要不同的适配，ITU-T 研究各种业务的特点，根据源和目的的定时、比特率、连接方式将业务分为４类，并相应地定义了AAL1、AAL2、AAL3/4 及AAL5。

1、AAL1

AAL1协议针对的是固定速率的、面向连接的业务，在信源和信宿之间需要定时信息的传送。这类业务典型的例子是目前的电路交换业务，如话音业务、各类NISDN 业务。

AAL1的帧结构如下：

对于AAL 1 中CS 首标部分字段的解释

CSI：标识不同的应用，如时钟信号传递和结构化数据传递等； SC：放臵每个信元的序号，用于检测信元丢失及误插入； CRC-3 和奇偶校验位用来保证序号域中信元序号的正确传输； 2、AAL2

AAL2 是为端到端具有定时关系的可变比特率（VBR）业务提出的，如VBR音响和电视。

3、AAL3/4

现有局域网的远程互连一般采用X.25 或帧中继技术，存在着程度不等的瓶颈，因此，利用ATM 技术实现局域网的远程互连，是ATM 网初期的重要应用。在ATM 网中，数据业务有两类：远程计算机局域网互连对应于无连接的数据业务，另一类是面向连接的数据业务。AAL3/4 协议用于对这些业务的适配。

4、AAL5

AAL5支持收发端之间没有时间同步要求的可变比特率业务，它提供与AAL3/4类似的业务，主要用来传递计算机数据、UNI 信令信息和ATM 上的帧中继。定义AAL5 的主要原因是减少开销，使其成为简单而有效的AAL。

AAL5 的帧结构如下：

其中：

· PAD——填充字段，由硬件层自动完成，将PDU 负载的长度调整成适合ATM信

元传输的长度。 · CPCS-UU——未用。

· CPI——目前唯一的用处就是将CPCS-PDU 的尾部定位成 比特（8 字节）

（CPCS-UU+CPI+Length+CRC)，编码为“0x00”。 · Length——指示了负载字段的长度，单位是“八位位组”。编码“0x00”用于“中

断”功能。 · CRC——保护除了CRC 自身以外的所有CPCS-PDU 字节。

1.2 ATM关键技术

1.2.1ATM拥塞管理

（一）ATM 网络拥塞管理的重要性

根据ITU-T 的定义，ATM 网络的拥塞指的是网络元素（如交换机、复接器或传输设备等）的一种状态，在这种状态下网络不能保证已建立连接的服务质量或者不能接纳新的连接请求。

出现拥塞的原因有两方面：一是由于网络中流量强度不可预测地随机波动而造成网络负荷过重；二是由于网络本身出现故障。

任何一个实用的电信网都需要解决网络拥塞的管理问题，也就是解决有限的网络资源与用户需求间的矛盾----在满足用户对服务质量要求的前题下尽可能地充分利用网络资源。 ATM 网与以往的电路交换方式或分组交换方式的网络相比这一问题显得更加突出，这是因为ATM 网络的拥塞管理既重要又困难。说它重要是因为ATM是一种异步时分、统计型复用的信息传送方式，而统计复用在提高网络资源利用率、增强灵活性的同时不可避免地增加了引起网络拥塞的风险。

拥塞管理的困难又表现在两个方面：一方面，ATM 网中传送的是各种类型的业务信息综合而成的数据流，其流量特性十分复杂难于控制；另一方面，由于ATM 网络传输速率高，一旦某处发生拥塞而不能及时解决，拥塞范围将迅速扩大。

由此可见，ATM 网的拥塞管理是个很重要的问题。 （二）网络拥塞管理的基本思想

由于ATM 网络拥塞管理的复杂性，以往在电路交换网与分组交换中采用的拥塞管理方法不再适用。电路交换网中拥塞控制的基本思想是资源预分配与即时拒绝，在为呼叫请求建

立一条连接的同时分配一部分被这条连接所独占的资源，当网络资源不足时拒绝新的呼叫请求。这种方法的主要缺陷是缺乏灵活性，与ATM 动态分配资源的特性相矛盾。分组交换网中目前普遍使用X.25协议中的窗口流量控制技术来控制拥塞，其基本思想是通过反馈的方法来发送端发出过多的流量，这种方法控制的速度较慢，不适合用于高速的ATM网络。 为了满足ATM 网中拥塞管理的要求，ITU-T 提出了一套新的拥塞控制机制。其基本思想在于：引入预防性控制措施，不再是出现拥塞之后再采取措施来消除拥塞，而是通过精心管理网络资源而避免拥塞的出现。

拥塞管理的功能分成两个层次，第一层是预防性措施，称为流量控制（TrafficControl），是为防止网络出现拥塞而采取的一系列措施，包括网络资源管理（NRM）、连接允许控制（CAC）、使用参数控制（UPC）以及优先级控制等；第二层是反应性措施，称为拥塞控制（Congestion Control），是当网络出现拥塞后为将拥塞的强度、影响范围、持续时间减到最小而采取的一系列措施，包括信元选择性丢弃与拥塞指示等。

ATM 网中拥塞控制由流量控制与拥塞控制功能配合完成。用户向网络发出呼叫请求时需要向网络提交即将发送的流量特性，以及对服务质量的要求，网络此时执行连接允许控制CAC 功能，确定网络是否有足够的资源来支持这一新的呼叫请求。如果能支持就建立相应的虚电路连接，并同用户协商允许通过这条虚电路输入网络的流量的特性参数。只有用户实际输入网络的流量特性满足协定的特性参数时，网络才保证对它的服务质量。在通信过程中执行使用参数控制UPC 功能，监测每条虚电路中实际输入网络的流量，一旦发现超越了协定参数就采取措施加以。以上这些功能的目的都在于防止拥塞的出现，属于流量控制范围。

ATM 网一旦检测到出现拥塞状况，则启动拥塞控制功能，首先是有选择地丢弃掉重要程度相对低的信元以缓解拥塞，同时进行拥塞状态信息的前向、反向指示。当这些措施仍不能很好地控制住拥塞时网络将进行释放连接或重选路由。

由此可见，ATM 网的流量管理机制可分成如下几个阶段：

 呼叫请求建立连接阶段。其关键技术是连接允许控制。

 通信过程中对入网流量的监测与控制，关键技术是使用参数控制。  拥塞控制阶段，关键技术是选择信元丢弃与拥塞指示。 网络拥塞管理的主要功能：

 连接允许控制（CAC）

当网络收到呼叫请求后首先启动CAC 功能，检测当前网络资源的分配与占用情况，对照用户呼叫请求中提交的流量特性与服务质量要求，确定当前可供使用的网络资源能否满足用户要求。如果能够满足要求并在建立新连接的同时仍能保证已有连接的服务质量，则网络将接纳这一呼叫并建立相应的虚电路，否则拒绝用户的请求。CAC 功能在建立连接的同时还完成两方面的功能：其一是同用户协商相应虚电路中允许入网流量的特性参数供UPC 利用；其二是为相应的虚电路分配资源。

 入网流量的监控

入网流量监控功能根据所处的位臵分成使用参数控制（UPC）与网络参数控制（NPC）。前者位于用户/网络接口而后者用在网络接口上，两者的功能类似，下面主要介绍UPC 功

能。

在通信过程中用户实际输入网络的流量特性可能超越CAC功能执行过程中所确定的值，对这种情况需要加以否则将影响网络的服务质量。为此在用户／网络接口设立了监测与机制，以确保每条虚电路中实际入网的流量特性参数符合协商值，这一机制即是UPC 功能。目前UPC 中的措施主要是对属于超越协商值的那部分流量的信元打上标记，表示这部分信元的服务质量不能保证，一旦网络发生拥塞首先丢弃这类信元。

漏桶算法是目前研究最多的一种业务流监控方法，ITU-T 建议I.371 和ATM论坛UNI 采用了漏桶算法。其基本思想是：设一有限容量的漏桶（桶的深度对应某种流量参数或容差参数），到达的信元进入漏桶，经漏桶渗漏后输出到网络。该漏桶以每单位时间一个容量单位的连续速率向外渗漏（该速率对应于某种业务的信元速率参数），同时每当一个信元到达时，其容量加1。当信元到达速率超过漏桶渗漏速率时，连续累积的信元会使漏桶充满，这时如果还有信元到达该信元就会溢出漏桶（即被丢弃），该信元即是违约信元。

图：一种漏桶模型

下图所示为带有缓存器的漏桶系统，其漏桶操作描述如下：到达的信元首先进入排队缓存器，当缓存器占满时，新到达的信元即是违约信元而被丢弃。进入缓存器的信元，必须取得一个令牌后才能进入网络。令牌以固定速率R产生，并放在令牌池中（令牌池可放M 个令牌），当令牌池占满时，令牌生成就暂停直到令牌池再次出现空位时为止。漏桶操作确保了符合流量协商值的信元才能进入网络。对违约信元的处理有立即丢弃和打上标记并允许进入网络二种方法。

 选择性信元丢弃(EPD、PPD)

ATM 网中传送的信元有两种优先级别，通过信元头中的CLP 位来区分，CLP=0 表示优先级高，CLP=1 表示优先级低。当网络发生拥塞时首先选择CLP=1 的信元丢弃以缓解拥塞。CLP=1 的信元有两个来源，一是由用户产生，说明此信元所承载的信息属于低优先级，二是UPC 将某些CLP=0 的信元改成CLP=1，说明此信元属于超越协定值的流量部分。实际上ATM 网拥塞时就是牺牲掉这些信元来保证高优先级信元的传送质量。目前常用的两种信元丢弃策略：早期包丢弃（EPD）和部分包丢弃（PPD）。EPD 功能和PPD 功能是通过一个参数PD 来配臵的，当配臵了该参数使能，则EPD 和PPD 同时使能了（注意：必须是AAL5 的连接，才能使能该参数）。使能了该参数以后，会出现以下的结果： 1、当发送流量超过申请带宽的时候，UPC 开始丢弃信元，PPD 发挥作用，丢弃同一个AAL5 包中的除去包尾的其余信元。

2、PPD 功能并不能保证UPC 不丢弃AAL5 包的最后一个信元，因此会出现上一个包的最后一个信元被丢弃了，影响到下一个包，使两个包成为了一个坏包。

3、EPD 功能在交换机发生拥塞的时候起作用，当拥塞发生的时候，交换机将按照包而不是信元来丢弃，但是EPD 功能并不能区分哪些包是正常的包，哪些包是坏包，因此并不能选择性地丢弃坏包。

 拥塞信息指示

选择性信元丢弃是在网络发生拥塞的地点进行的，在有些情况下仅仅依靠这一处采取措施不足以控制拥塞，而要求整个网络协调行动，这就要求某处发生拥塞后能及时地将拥塞信息传递给网络的其它部分，以便采取措施协助对拥塞的控制。拥塞信息指示根据方向可分成前向拥塞指示与反馈拥塞指示。

（三）漏桶算法 1、信元的守约

漏桶算法的正式名称是一般信元速率算法GCRA Generic Cell RateAlgorithm 。它的基本思想其实也很简单，假设用户设备和ATM 交换机直接相连，很明显，用户端发送信元的速率越大，在相同的时间段之内ATM 交换机从该用户收到的信元就越多，如果用户发送的速率太大造成交换机那边在短时间之内收到的信元过多，超过了双方事先所达成的协议或者超过了交换机的承受能力并导致网络拥塞，这时候交换机肯定就要采取一些惩罚性的措施，要么将违约的信元直接丢弃，要么将违约的信元打标记将信元头的CLP位臵1，在网络发生拥塞时优先丢弃，这样漏桶算法用一句话概括就是：用户发送的信元到达ATM 交换机可以比这个信元预期到达的时间晚，也可以早一点，但是不能太早。

从这句话可以看出，漏桶算法的两个关键点，一个是信元预期到达的时间，什么叫预期？另外一个就是信元到达的时间不能太早，什么叫太早？如何定量？

我们假设一用户向网络申请一项业务所申请的最大网络带宽为PCR ，记T=1/PCR ，则T 意味着用户每隔不小于T 的时间向网络发送一个信元，看下面的图A，记初始时刻交换机在收到用户信元1 的时间点为t1。

图A：GCRA基本思想

上图中：

 a所代表的是一种大多数的正常情况，后续的信元2在信元1到达T时间后准

时到达，而且信元3 预期在t2+T 也就是t1+2T 时刻到达。  b表示信元2 迟到了，信元2 本来预期在t1+T 时刻到达，但它实际到达交换

机的时刻t2>t1+T，需要注意的是虽然信元2 迟到了，但是信元3 预期到达交换机的时间为t2+T ，并不是t1+2T 。  c所显示的情况为用户端发送的速率大于所约定的PCR 值，导致信元2 到达

交换机的时间早于所预期的t1+T，虽然此时t2L，

交换机认为用户所发送过来的信元2 违约。 2、容忍度（缓冲深度）

在图A的c所显示的例子中，由于用户端发送信元的速率大于PCR，或者说产生信元突发现象，结果信元2 到达交换机的时间比预期的稍早，但由于t1+T-t2<=L，系统还是认为信元2 不违约。

图B：连续突发信元

在这幅图中，用户端连续以大于PCR 的速率突发了4个信元，第一个信元到达交换机的时间比预期的t0+T早了时间e ，其中e=L/3，由于信元1提前的时间e<=L ，没有违约；紧接着信元2、信元3分别比它们预期到达的时间提前了2e 和3e，都不算违约，但是由于累积效应信元4 到达的时间比所预期的早得太多，超过了L 的容限，被交换机认为违约。另外，在刚才的图A的c中信元3 预期到达的时间是t1+2T，不是t2+T，从图B我们也可以看出为什么这样做是对用户信元所发送信元流保持一种严格的监控策略。

图C：漏桶示意图

继续前面所讨论过的例子来介绍一下漏桶算法名称的来历。在正常情况下，每隔T 时间交换机收到一个信元，我们假设用户发送的信元不是送到ATM 交换机，而是送到一个有出口的漏桶如图C所示，每到达一个信元，该信元占据漏桶T 体积的空间，同时从漏桶的出口不停地匀速流出信元，每单位时间流出1 体积的信元，漏桶总的容量为T+L，在正常情况下，到达一个信元占据T 体积的漏桶空间，隔T 时间之后下一个信元到达，此时上一个信元刚好从漏桶中流尽，因此在这个时刻漏桶总共被占据的空间仍然是T。

现在我们回过头来再看一下图B中信元突发的例子，信元1比预期的提前e时间到达，显然此时上一个信元在漏桶中还没有流尽，剩下e 体积的信元，加上刚到达的信元1，所以此时漏桶总共被占据的空间为T+e，在信元1 到达T-e 时间之后，信元2 到达，此时漏桶中剩下的信元为T+e-(T-e)=2e，这样漏桶总共被占据的空间为T+2e，同理信元3 到达时漏桶被占据的空间为T+3e=T+L，漏桶刚好被占满，这样信元4 到达时，漏桶中剩下的信元数>L，结果造成信元4 在漏桶中溢出，信元违约。

从刚才的分析我们可以看出，为什么漏桶的容量定为T+L。前面说过漏桶算法的关键在于信元到达的时间不能太早，否则的话被认为违约，现在我们可以看得出来，这个太早主要是由一个时间容限L 来衡量的，从漏桶的观点来看信元到得太早，漏桶中还没有流尽的信元数>L ，导致该信元在漏桶中溢出被认为违约；另外在刚才的漏桶分析中我们说漏桶中装的是信元，漏桶中不停流出的也是信元，其实更准确地说漏桶中所装的是时间，这一点应该不难理解，而且在我们的讨论中漏桶的容量T 和L 都是一个时间概念。

漏桶算法分析完了，我们现在回到本文开头所讨论的ATM 业务。8750 中对于nrt-VBR 和rt-VBR 两种业务，采用两级漏桶的方式进行流控，每个信元依次到两个漏桶过一下，第一级漏桶控制PCR ，第二级漏桶控制SCR ，根据前面所讨论的结果，GCRA 算法的漏桶取决于两个参数T 和L，在8750 中第一级漏桶的T=1/PCR，L=CDVT，第二级漏桶的T=1/SCR，L= （MBS-1）（1/SCR+1/PCR）对于违约的信元，8750 可以选择丢弃或打标记，而且8750可以选择对CLP=0 或CLP=1 的信元进行漏桶判断。为了对漏桶算法有一个具体的感性认识，下面给出8750 产品中所实现的GCRA 算法流程图

图：GCRA算法图

上图中：Tconforming cell＝时间增量：两个信元理论到达时间的间隔（1/PCR 或1/SCR），就是漏桶中的T，TAT=下一个信元理论到达时间，t＝时间变化界限，就是漏桶中的L。

3、结论

通过前面的讨论中，从实施漏桶算法对到达的信元进行流量监控的交换机的角度来说，我们可以得出如下两个结论：

第一个结论：L 越大则漏桶的容量越大，信元越不容易违约，漏桶可以容纳更多的突发信元。这个结论比较容易理解，因为L 是一个时间容限值，越大意味着信元可以比预期时间提前更早到达，对信元的监控也更宽松，在实际中L 一般比T 大很多，例如在8750 中

所有控制PCR 的CDVT 默认值是1024 代表102.4 微妙，在以后的版本中，CDVT 的默认值将增大为10240，如果PCR 是155Mbps的话T 不到3 微妙，L 比T 大对一些刚接触GCRA 算法的人来说也许觉得不可理解，因为如果L 大于T 的话，那么在图5-2 中将意味着信元2比信元1提前到达，这显然是不合理也是不允许的，之所以会有这个疑问可以说是犯了一个从静止的角度看问题的错误，之所以把时间容限L 定得比较大是因为在实际中信元的突发一般都是连续多个的，不是单个的，这样连续多个的信元突发、连续多个的信元比预期时间提前到达，显然在图5-4中这将造成漏桶中剩下的信元数累积得越来越多，如果L 比较小的话，信元早就溢出了；另外一方面，由于ATM 是面向连接的技术，它不保证信元不被丢弃，但是它严格保证同一条VC 上的信元按序交付，因此只要系统各部分都运行正常，在实际中是不可能出现后发送的信元先到达的情况的，退一步说万一因某种原因造成信元顺序发生错误的情况，对GCRA 算法流程来说是将错就错，先到达的信元被认为是对方先发送的，不会影响算法的执行因此L 比T 大，不是说允许后发送的信元先到达，而是为了容纳更多的信元突发。

第二个结论：在实施漏桶算法的交换机中，PCR 或SCR 越大，即T 越小，则信元越不容易违约。这么说的话也许不好理解，因为在图5-3中T 是漏桶容量的一部分，T 越小能容纳的信元数越少，应该是信元越容易违约才对，乍一看还是那么回事。但是我们回过头去看，在刚开始介绍漏桶算法的时候，提到漏桶算法有两个关键点：一个是信元不能到得太早，这个太早已经分析过了，主要就是时间容限L，另外一个关键点就是信元的预期到达时间，显然信元的预期到达时间就是和T 有关信元不能到得太早，什么叫太早？怎么衡量，其实就是拿信元的实际到达时间和预期时间相比较，看有没有超过那个容限L，因此从这里可以看得出来，L 和T 实际上是密切相关的两者，虽然有不同的意义，而且在图5-4中看来好象两者是构成漏桶容量的两个部分。实际上我们前面所说的漏桶的容量等于T+L ，这只是一个形象的说法，严格说来漏桶的真正容量并不是两者简单的相加关系，而是一种更复杂的深层次的关系，模糊一点来看的话，T 越小则信元预期到达的时间越早，那么那个关键的太早就更不容易达到。

刚才所介绍的这两个重要结论对于我们的工程开局是很有指导意义的，在实际的网络流量中ATM 信元突发量有可能比较大，在ATM 交换机中大量信元违约造成不断丢包，这时可试着通过增大L 和减小T 的方法来放宽对信元的监管，在交换机那边要么提高PCR 的值，要么增大CDVT 或者增大SCR，增大MBS 的值，另外一个很重要的因素是需要了解ATM 交换机对于违约的信元所采取的策略是直接丢弃还是打标记，显然如果是打标记的话，即使信元突发度比较高也不会造成太大的影响。但是如果把打标记改为丢弃的话几乎一个违约包都PING 不通。

1.2.2 ATM流控原理

（一）IP 业务在ATM 中的表现形式

在一个没有流量整形的系统中，一个IP 包经过AAL5 SAR后，可以形成多个ATM 信元背靠背发送，进入ATM 交换设备的数据大多是一个突发、不平稳的动态的流量模型（On-Off 模型）。如果在以太网环境中，最多的情况是有32个信元以峰值信元速率突发，瞬时的PCR 可能等于线速（155Mbps或622Mbps）。在一个应用中会形成以下的流量：

（二）PING、FTP 业务的信元跟踪

在MA5100 不进行流控的情况下，在ATM 光口处观察从LAN 端口发出的IP数据流，和上面的模型一致。例如对PING 长包时有如下结果：

PING 10000 BYTE，被分解为7 个MAC 帧、217 个信元。下表记录了每个MAC 帧的第一个信元及最后一个信元的到达时间：

由上面的数据可以计算得到每个MAC 帧在ATM 上的速率接近ATM 线速，如果加入帧与帧之间的间隔，完整的一个PING 包的速率接近100M，即LAN端口的线速。通过其它业务（FTP、VOD、文件拷贝）的测试也体现了同样的效果。这表明实际业务流在ATM 中均是以突发形式存在的。

1.2.3 UNI信令 （一）UNI 3.1

UNI 3.1 信令协议主要支持以下信令能力：

 支持SVC，不支持SVP。

 支持双向点到点连接的建立、释放。

 支持单向点到多点连接的建立、释放，其中，单向是指用户数据只能由根节点向叶

节点单方向传送。呼叫只能是由根节点发起，不能由叶节点发起。  不支持多点到多点连接。

 对于点到点连接，两个方向的上的带宽可以相同或不同。  每个呼叫有且仅有一条连接。

 支持业务类别A（CBR 业务）、C（面向连接的VBR 业务）、X（用户自定义业

务），不能直接支持D 类业务（无连接的VBR 业务），不支持B 类业务（有定时要求的VBR 业务）。  不支持连接参数的协商，只能是发送者给出连接参数，接收者选择接受或拒绝。  不支持VP 相关信令，必须通过其他机制如VP Tunneling 才能支持虚拟端口（多

用户复用一个端口）。  信令固定使用（VPI=0，VCI=5）的VC（Virtual Channel），该VC 为PVC（Permanent

Virtual Channel）。  支持错误恢复。

 支持端到端的兼容性参数，包括连接的AAL 类别、数据封装方式等等。 （二）Q.2931/2971

Q.2931/2971 是ITU 制定的UNI 协议。其中，Q.2931 用于点到点呼叫，Q.2971用于点到多点呼叫。

Q.2931/Q.2971 与UNI 3.1 的区别基本上是细节上的，包括： Q.2931/2971 支持ALERTING、PARTY ALERTING 消息；

Q.2931/2971 支持NOTIFY 消息，支持Notification identifier IE，支持End-to-end transit delay IE、OAM Traffic Descriptor IE；

Q.2931/2971 支持VP 相关信令；

Q.2931/2971 对连接VPI/VCI 的选择是用户、网络共同参与的；

Q.2931/2971 对重启SVC 的支持增加了一项“重启动制定VPC 内所有SVC”功能； （三）IISP

IISP 是ATM Forum 制定的NNI 协议。它从UNI 3.1 而来，它的信令部分与UNI 3.1 信令基本相同，差别主要在于IISP 增加了一个简单的路由功能。

（四）UNI 4.0

UNI 4.0 是ATM Forum 制定的UNI 协议。相对于Q.2931/2971，它增加了几项重要的功能：

LIJ（Leaf Initiated Join）：叶节点启动加入功能。这样的，对于一个点到多点呼叫，叶节点可以主动向根节点或者网络请求加入该呼叫。

支持ABR 功能。 支持Anycast 功能。 支持流量参数协商。 其他一些差别。 （五）PNNI 1.0

PNNI 1.0 是ATM Forum 制定的NNI 协议。它是建立在UNI 4.0 之上的，它最大的改变就是增加一个功能非常强大的路由功能。它的信令部分与UNI 4.0相似，它不支持LIJ，在其他方面也有一些小差别。

PNNI 1.0 提供对UNI3.0/3.1 的完全支持和对UNI4.0 的部分支持，可实现点到点和点到多点连接。

 采用分层结构，具有伸缩性，可提供对更大规模网络的支持。  支持分级路由结构。  支持QOS。

 支持PVPC/PVCC（Soft PVPC/PVCC）。

 提供源路由选择，即由发出请求的交换系统寻找到达目的地的端到端通路。  自动更新网络拓扑信息，提供动态路由功能。

 连接失败时可重新计算路由，提供回溯功能和备用路由功能。  可与外部路由域（external routing domains）进行互操作。 1.2.4 IMA协议 （一）IMA概述

MA 的目的是把一个ATM 信元流以信元为基础，反向复用到多个物理连接上来传输，并在远端把这些在不同物理连接上传输的信元流复用成单一的信元流。

为了实现IMA 技术，《ATM 反向复用技术规范》在原有B-ISDN 协议参考模型的基础上定义了一个新的子层，即IMA 子层，该子层位于物理层的传输会聚（TC）子层与ATM 层之间。《ATM 反向复用技术规范》还定义了对TC子层的修改（IMA 在该层实现）、IMA 管理信息数据库（MIB）目标。

当用户接入ATM 网络的速率或两个ATM 网元之间的速率介于两个传统的复用级之间（例如E1 和E3 之间）时，反向复用技术把多个较低速率的连接复用成一个逻辑的较高速率连接，这个较高的速率值近似等于组成反向复用的几个低速率值之和。

ATM 反向复用技术包括复用和解复用ATM 信元。完成反向复用和解复用的功能组称为IMA 组。

图：IMA组对ATM信元的反向复用和解复用

IMA 组在每一个IMA 虚连接的端点处终止。在发送方向上，从ATM 层接收到的信元流以信元为基础，被分配到IMA 组中的多个物理链路上。而在接收端，从不同物理链路上接收到的信元，以信元为基础，被重新组合成与初始信元流一样的信元流。

IMA 应达到以下目标：

 可用于公用/专用的UNI's、NNI's 和BICI's。

 传送一个单一ATM 信元流，该信元流速率介于现有链路速率之间。  适用于在E1 或其他速率接口上传送ATM 信元。  作用在相同的标称链路信元速率的接口上。  在物理链路速率需要增加时提供临时带宽。

 对ATM 层和高层信号提供透明传送（包括信元顺序不变、信元格式不变和控制信

元时延变化等）。  利用基于信元的复用技术，将单个ATM 信元流变换成多个低速的ATM 信元流，

分别在的链路上传送，并在远端将这些ATM 信元流恢复成起始的单个ATM 信元。  与我国ATM 物理层规范相兼容（即包括相关的传输MIB 在内的相同的传输会聚

子层）。  检测并拒绝时延超过约定的最大时延容限的线路。  在IMA 功能组运行时增加或删除链路。  处理链路故障并自动恢复链路。

 支持提供相同链路信元速率的租用线和拨号线路的应用（如ISDN），包括时钟来

源不同的链路组。  支持对称和不对称IMA 配臵，以及对称和不对称IMA 实际运行。  支持包括CBR 在内的所有ATM 流量/QoS 级别。

 当IMA 作用在E1 链路上时，不同的链路产生的传输时延可能不一样，IMA接口

应能补偿这种时延差异至少25ms。

 当IMA 作用在E1 链路上时，IMA 接口产生的CDV 应最小，以确保整个连接端

到端的CDV 小于1ms。  当IMA 作用在E1 链路上时，在考虑随机误码和突发误码的情况下，IMA接口处

的信元错误性能应该与单个的E1 链路有可比性。  支持系统与当前网管系统相连。  提供有关IMA 状态的MIB。 允许对E1 物理层设备的再利用。 （二）IMA实现方法

IMA 板是ATM 多业务接入器的一个功能模块，给业务接入器提供N*E1 ATM接口。IMA 方案的总体功能框图如图所示：

图：IMA 功能框图

1.3 ATM网络的OAM

1.3.1 ATM网络OAM的功能范围

ATM 网络的运行、管理和维护（OAM）可分为五个方面： （1）性能监视

网络维护管理功能实体连续地或周期地监视网络运行的各种性能指标，以便及时地了解当前网络的运行情况。

（2）劣化和故障检测

通过连续的或周期性的检查，以检测故障或预计的故障，并产生维护事件信息的报告以及各种警告。

（3）系统保护

一旦网络中某一设备出现故障，网络维护管理功能将采取措施将其与整个网络隔离，以免影响整个网络的正常运行。

（4）管理信息的传送

网络维护管理过程中所获得的各处状态信息需要及时地通知网络中各处的维护管理实体，而维护管理实体所发出的控制信号也要及时地传送给受控设备。

（5）故障定位

为了能及时准确地处理故障，要求网络维护管理功能测试出故障设备的位臵，甚至定出故障在设备中的哪个分系统中。

在BISDN 的协议参考模型中，管理面提供了两种类型的功能：面管理和层管理。面管理实施与整体系统有关的管理功能以及各个面之间的协调，其基本功能有：故障管理、性能管理、配臵管理、计费管理和安全管理；层管理处理与层相关的OAM 信息流，因此层管理也是分层的。

1.3.2 OAM等级

ATM 网的OAM 功能分成五个等级，每一级都有相关的OAM 信息流（定义为F1~ F5），如图所示。其中两级定义在ATM 层上，三级定义在物理层上。

这五个等级分别是：

1) 虚通路级：在虚通路连接（VCC）上执行的OAM 功能。对应的OAM 信息流称为

F5 信息流，在VCC 的连接端点或连接点间传送。 2) 虚通道级：在虚通道连接（VPC）上执行的OAM 功能。对应的OAM 信息流称为

F4 信息流，在VPC 的连接端点或连接点间传送。 3) 传输通道级：这一级OAM 功能在完成传输系统净荷组装/拆卸的网络设备上执行，

所对应的OAM 信息流称为F3 信息流。一条传输通道由几个数字段组成。 4) 数字段级：在传输网的数字段端点间执行的OAM 功能，对应的OAM 信息流称

F2 信息流。 5) 再生段级：在传输网的再生段端点间执行的OAM 功能，对应的OAM 信息流称

F1 信息流。

图：OAM等级

1.3.3 OAM信息流的传送

在物理层，OAM 信息流（F1、F2、F3）和传输系统的类型，以及NT1 和NT2中包含的对TB 参考点的监视功能有关。

在SDH 中，由SOH（段开销）中的特殊字节传送F1 和F2 流，F3 由传输帧中的POH（通道开销）来传送。

在基于信元的传输系统中，F1 和F3 由特殊的OAM 信元来传送，这些信元叫做物理层OAM（PL-OAM）信元。PL-OAM 信元由信头中特殊的编码组合来区分。这种系统不提供F2 流，但相关的功能由F3 支持。这些信元仅仅在物理层有效，它们不送到ATM 层去。 在ATM 层（F4、F5），专门的信元用来实现VC 和VP 维护，这些信元在管理平面的同层内传输OAM 信息。

F4 和F5 流均分为两类：

1) 端到端流，用于端到端VPC 或VCC 工作通信。

2) 段流，用于一段链路范围内的VPC 或VCC 工作通信，也可用于多段互连的链路，

但它们必须同在一个管理或组织的控制之下，F4 和F5 流只能在VPC/VCC 的终点或结束一段VPC/VCC 的连接点处终止。

第2章 帧中继技术

2.1 帧中继基础概念

2.1.1帧中继概述

帧中继业务是在用户--网络接口(UNI)之间提供用户信息流的双向传送，并保持原顺序不变的一种承载业务。用户信息流以帧为单位在网络内传送，用户--网络接口之间以虚电路进行连接，对用户信息流进行统计复用。

帧中继网络提供的业务有两种：永久虚电路和交换虚电路。永久虚电路是指在帧中继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送业务。交换虚电路是指在数据传送前，两个帧中继终端用户之间通过呼叫建立虚电路连接，网络在建好的虚电路上提供数据信息的传送服务，终端用户通过呼叫清除操作终止虚电路。目前已建成的帧中继网络大多只提供永久虚电路业务。

帧中继永久虚电路业务模型如下图所示。

图：永久虚电路业务模型

2.1.3 帧中继基本功能

帧中继在OSI第二层以简化的方式传送数据，仅完成物理层和链路层核心层的功能，智能化的终端设备把数据发送到链路层，并封装在LAPD帧结构中，实施以帧为单位的信息传送。网络不进行纠错、重发、流量控制等。

帧不需要确认，就能够在每个交换机中直接通过，若网络检查出错误帧，直接将其丢弃；一些第二、三层的处理，如纠错、流量控制等，留给智能终端去处理，从而简化了节点机之间的处理过程。

帧中继承载业务有下列特点：

· 全部控制平面的程序在逻辑上是分离的；

· 物理层的用户平面程序使用I.430/I.431建议，链路层的用户平面程序使用Q.922建议

的核心功能，能够对用户信息流量进行统计复用，并且可以保证在两个S或T参考点之间双向传送的业务数据单元的顺序。

图：帧中继协议模型

2.1.3 帧中继协议结构

用户侧 OSI层 3 2 1

C平面 Q.933 Q.921 I.430 I.431 图：用户-网络接口

帧中继的设计对OSI七层模型的二、三层实行了结合和简化。帧中继协议的参考模型在用户终端侧除了完成物理层和链路层的功能之外，仍需要实现数据通信高层协议的功能，但在网络侧仅需实现低层功能。

帧中继业务和控制平面（C平面）及用户平面（U平面）有关，他们都是ISDN协议参考模型的一部分。控制平面用于交换控制信息，用户平面用于交换和控制用户信息。C平面和U平面的接口有两种类型：用户—网络接口（UNI）、网络—网络接口（NNI）。图1-3是用户—网络接口。。

U平面 Q.922 网络侧 U平面 Q.922 C平面 Q.933 I.430 I.431 OSI层 3 2 1

核心功能 核心功能 Q.921 2.2 数据链路层协议

2.2.1数据链路层帧方式接入协议

（一）LAPF基本特性

LAPF(Link Access Procedures to Frame Mode Bearer Services)是帧方式承载业务的数据链路层协议和规程，包含在ITU-T建议Q.922中。LAPF的作用是在ISDN用户-网络接口的B、D或H通路上为帧方式承载业务，在用户平面上的数据链路(DL)业务用户之间传递数据链路层业务数据单元(SDU)。

LAPF使用I.430和I.431支持的物理层服务，并允许在ISDN B/D/H通路上统计复用多个帧方式承载连接。LAPF也可以使用其它类型接口支持的物理层服务。

LAPF的一个子集，对应于数据链路层核心子层，用来支持帧中继承载业务。这个子集称为数据链路核心协议(DL-CORE)。LAPF的其余部分称为数据链路控制协议(DL-CONTROL)。

LAPF提供两种信息传送方式：非确认信息传送方式和确认信息传送方式。 （二）LAPF帧结构

LAPF的帧由5种字段组成：标志字段F、地址字段A、控制字段C、信息字段I和帧检验序列字段FCS。

图：LAPF帧结构

标志字段(Flag)是一个特殊的八比特组01111110(7E)，它的作用是标志一帧的开始和结束。在地址标志之前的标志为开始标志，在帧校验序列(FCS)字段之后的标志为结束标志。 地址字段A的主要用途是区分同一通路上多个数据链路连接，以便实现帧的复用/分路。地址字段的长度一般为2个字节，必要时最多可扩展到4个字节。地址字段通常包括地址字段扩展比特EA，命令/响应指示C/R，帧可丢失指示比特DE，前向显式拥塞比特FECN，后向显示拥塞比特BECN，数据链路连接标识符DLCI和DLCI扩展/控制知识比特D/C等7个组成部分。

8 7 6 5 4 3 2 1 DLCI（高阶比特） DLCI(低阶比特） 字节

C/R EA0 1 FECN BECN DE EA1 2 图：两个字节的地址字段

控制字段C分3种类型的帧：信息帧(I帧)用来传送用户数据，但在传用户数据的同时，I帧还捎带传送流量控制和差错控制信息，以保证用户数据的正确传送；监视帧(S帧)专门用来传送控制信息，当流量和差错控制信息没有I帧可以“搭乘”时，需要用S帧来传送；无编号帧(U帧)，有两个用途：传送链路控制信息以及按非确认方式传送用户数据。

信息字段I包含的是用户数据，可以是任意的比特序列，它的长度必须是整数个字节，LAPF信息字节的最大默契长度为260个字节，网络应能支持协商的信息字段的最大字节数至少为1598，用来支持例如LAN互联之类的应用，以尽量减少用户设备分段和重装用户数据的需要。

帧校验序列字段FCS是一个16比特的序列。它具有很强的检错能力，它能检测出在任何位臵上的3个以内的错误、所有的奇数个错误、16个比特之内的连续错误以及大部分的大量突发错误。

（三）LAPF帧交换过程

LAPF的帧交换过程是对等实体之间在D/B/H通路或其它类型物理通路上传送和交换信息的过程，进行交换的帧有I帧、S帧和U帧。

采用非确认信息传送方式时，LAPF的工作方程十分简单，用到的帧只有一种，即无编号信号帧UI。UI帧的I段包含了用户发送的数据，UI帧到达接收端后，LAPF实体按FCS字段的内容检查传输错误，如没有错误，则将I字段的内容送到第3层实体，如有错误，则将该帧丢弃，但不论接收是否正确，接收端都不给发送端任何回答。

采用确认信息传送方式时，LAPF的帧交换分为3个阶段：连接建立、数据传送和连接释放。

1、连接建立

任何一端都可以通过发送一个SABME帧来申请一条逻辑连接，这通常是对来自一个第3层实体的申请的响应。SABME帧含有数据链路连接标识符(DLCI)。LAPF实体接收该SABME帧，并发送一个连接申请指示给合适的第3层实体；如果该第3层实体以接受连接来响应，则该LAPF实体发送一个UA帧返回给对方。当对方的LAPF实体收到表示接受的UA帧时，就向上送一个证实信息给提出申请的用户。如果终点用户拒绝该连接申请，其LAPF实体就回送一个DM帧，接收DM的LAPF实体则通知其用户对方拒绝建立连接。

2、数据传递

当连接请求已被接受和证实，就建立起该连接，双方就可以在I帧中发送用户数据，并以序号0开始，I帧中的N(S)及N(R)两个字段用于流量控制和差错控制，一个发送I帧序列的LAPF将对这些帧编制序号(模128)，并将顺序号放进N(S)中，N(R)是已接收的I帧的捎带确认，它使LAPF实体能够指示它期望接收的下一个I帧的序号。

3、连接释放

任何一方LAPF实体均可启动一次切断(操作)，可以是出于它本身的原(例如出了某种故障)，或者根据它的第3层用户的请求。LAPF实体通过发送一个DISC帧给对等的实体来切断连接。对方的LAPF实体必须通过回答一个UA而接受该切断，并通知第3层用户连接已经终止。在途中的任何还未被确认的I帧均会被丢失，由较高层负责恢复。

（四）LAPF管理功能

LAPF的管理功能体现在对DLCI管理和参数管理两个方面。 1、DLCI管理

当使用帧方式承载业务时，DLCI值或者通过应用Q.933呼叫建立规程在控制平面协商，

或者通过应用永久虚电路，在预订时，由管理部分来分配。一旦有DLCI值可用于分配，层管理实体向用户平面数据链路层实体发送一个MDL-ASSIGN请求原语，这个原语包含将要分配的DLCI值和相关联的DL-CEI。

2、管理参数

下表列出了LAPF的全部系统参数及其默契值，除参数N200之外，其它参数都可以由LAPF通过交换XID帧来协商和修改。

表：默契值LAPF的系统参数

参数 T200 N203 N200 N201 K 默契值 1.5s 30s 3 260八比特组 定义 对I帧或P=1的帧等待响应的时间 没有帧交换的最大允许时间 一个帧重发的最多次数 信息字段的最大长度 对于16kbit/s链路，k为3，对于kbit/s链路，k为7，对于384kbit/s，k为32，未得到确认的最大I帧数目 对于1920kbit/s链路，k为40。 2.2.2 数据链路层核心协议

帧中继承载业务使用Q.922协议的“核心”协议作为数据链路层协议，并透明地传递DL-CORE服务用户数据。

（一）帧中继的帧结构

帧中继的帧结构由4种字段组成，如图：

1byte 2-4byte 1-4096byte F A(地址字段) I(用户数据) 2byte FCS 1byte F 图：帧中继的帧结构

F----标志字段，由一个字节构成01111110。它的作用是标志一个帧的开始和结束。为了防止在其他数据信息中随机出现的01111110序列影响同步，一般采用逢5 插1的技术对数据进行处理，即对连续5个1位之后插入一个0位。在接收端再予以去除。

A(地址字段)----在帧中继中地址字段主要作用是寻址，同时还兼有拥塞管理功能。一般地址字段由2字节组成。如图1－7。如果2字节的地址字段不够用，因为10位的DLCI最多可支持1023个PVC，如所需PVC数超过此限，则可扩展到3字节或4字节。目前我国未用。

Byte1 Byte2

8 7 6 5 DLCI（高阶） DLCI（低阶） 4 FECN 3 BECN 2 C/R DE 1 EA0 EA1 图：字节A地址字段

DLCI： 数据链路连接标识符，由10位构成，可提供1023个PVC。

EA： 扩充地址位，可将地址字段扩充到3或4字节，目前未用。最后一个字节的EA臵1，前面字节的EA臵0。

C/R： 命令响应指示位，被透明的从一个终端传到另一个终端。它的用途是标识该帧是命令帧还是响应帧。命令帧的C/R位臵0，响应帧的C/R位臵1，目前未用。

FECN： 前向显示拥塞通知，臵1表示前向有可能发生拥塞。 BECN： 后向显示拥塞通知，臵1表示后向有可能发生拥塞。 DE：

可丢弃位。DE臵1，说明该帧在网络拥塞时可考虑丢弃。

I(用户数据)----信息字段。应由整数个字节组成。

FCS----帧校验序列。一个二字节的序列，用于检验帧是否有差错。在帧中继网中，如传输产生差错，则该帧丢弃，由终端用户通知发端，重发此帧。

（二）数据链路层核心协议在ISDN协议结构中的位臵

在ISDN环境中，数据链路层核心协议(DL-CORE)的位臵如图2-8。帧中继协议分为用户(U)平面和控制(C)平面两部分，其中U平面第二层又可分为下列两个子层：DL控制子层(DL-CONTROL)和DL核心子层(DL-CORE)。

图：帧中继协议关系图

（三）数据链路层核心业务的数据传送功能

数据链路层核心业务的数据传送功能是通过原语的形式来描述的。只使用一种原语类型DL-CORE-DATA，用来允许核心业务用户之间传送核心用户数据。数据传送业务不证实服务，因此只有两种原语可供使用：DL-CORE-DATA请求和DL-CORE-DATA指示。

（四）帧中继层管理功能

DL-CORE子层实体与其它实体之间的通信是通过原语来实现的。

在永久帧中继承载连接的情况下，与DL-CORE协议操作有关的信息均由DL-CORE层管理实体负责维护。对于即时的(on-demand)帧中继承载连接，建立和释放DL-CORE连接均由第三层来实现。与DL-CORE协议操作有关的信息均通过第三层管理和DL-CORE子层管理之间进行协调来管理的。

2.3 帧中继关键技术

2.3.1 DLCI值的分配和帧中继的寻址机制

对于二字节的DLCI可以有1024个取值，而对于三字节和四字节的DLCI则分别有65536和8388607个取值。下表列出二、三和四字节的DLCI值的分配。

表：二、三和四字节的DLCI值的分配

功能 通路内信令 保留 用帧中继连接程序指定 帧中继承载业务第二层管理 保留 通路内层的管理 二字节DLCI值 0 1～15 16～991 992～1007 10081022 1023 ～三字DLCI值 0 1～1023 102463487 63488511 51265534 65535 ～～～节值 0 1～1310711 13107281263 8128257535 82575368388606 8388607 ～～～四字节DLCI帧中继网中利用DLCI值完成寻址。而在帧中继的标准中有两种DLCI的定义方式。第一种方式DLCI值只有本地意义，即一个DLCI值只识别用户和接入交换节点以及交换节点之间的逻辑连接。这样做的最大好处是由于相同DLCI值在整个帧中继网中可以重复使用。因此在确定的DLCI取值范围内能给出最大数目的虚电路连接。应注意的是由于每段定义了不同的DLCI值，它只有本地的路由意义。第二种DLCI值的定义方式称为全网地址方式，此时DLCI值具有全网意义。它的优点是地址管理简单，为了增加可用的DLCI值可将地址字段扩到3至4字节。

在帧中继网中，每一个交换节点内都有路由表存在。当用户需要建立端到端的永久虚电路连接（PVC）时，实际上是建立一条由多段DLCI的连接而成的端到端的逻辑连接。当携带着用户数据信息的帧进入节点机后，根据该帧地址字段中的DLCI值查找路由表以确定下一段逻辑连接的DLCI值，这样一站一站下去，直至目的地节点。

由于DLCI值是预先映射到目的节点上去的，这就简化了路由处理过程。节点机只需要关心路由表，在表中察看DLCI值，然后将业务内容路由到按照这个地址确定的输出端口上。在帧中继网中，一般不要求保持严格的PVC路由，可以是无连接的工作方式，允许在节点机

间执行动态的路由，唯一的要求是确保帧到达由DLCI指定的目的端口。

图1－9是一个寻址的实例，阐明了在帧中继网中地址变换的过程。在这个例子中，终端用户在一个局域网上，路由器的IP地址为128.1。终端用户设备发出的业务信息内容包含着目的地址128.2和目的主机地址3.4。路由器1执行查表并决定将地址128.2.3.4映射到DLCI 43。然后将用户业务内容放到帧中继的帧中并将地址字段的DLCI值定为43。交换节点A收到此帧，在路由表上将DLCI 43交换为DLCI 76，并决定下一个接收此帧的节点为B。节点B收到此帧后，将DLCI 76变换为DLCI 84，并将此帧传递给路由器2。路由器查看到目的地址128.2.3.4后将业务信息内容传递给终端用户3.4。

图：利用DLCI寻址实例

上面叙述的是建立PVC的过程。帧中继也可提供SVC业务。有关SVC的标准可见之于ANSI的T1.617和ITU-T的Q.933。帧中继论坛也有相应的SVC标准，但它和Q.933及T1.617的规定有些不同。

帧中继论坛规定的建立呼叫的过程是这样的：

主叫用户发出一个Q.933 SETUP消息到帧中继网，这个消息包含与此呼叫相关的DLCI值和明确的被叫地址，例如E.1地址，而对于专用网可用其他的编号方案，如X.121或IP地址。

SETUP包含着以下有关帧中继的信息： · DLCI值 · 明确的地址

· 要求的端到端传送时延 · 要求的吞吐量（进和出） · 要求的Bc（进和出） · 要求的BE（进和出）

SETUP消息送到网络，同时网络发送一个CALL PROCEEDING给主叫用户，在此期间网络考察SETUP消息所要求的服务是否能被支持。如果行，这个SETUP消息就传送给远端用户，远端用户响应了一个CALL PROCEEDING；如果这次呼叫被认可，被叫用户发一个CONNECT信息给网络，这个信息通过网络送到主叫方，然后主叫用户送一个CONNECT ACKNOWLEDGE给网络，同时被叫方在UNI上发了CONNECT后，要求网络发一个CONNECT ACK给主、被叫双方。当这个过程成功完成以后，就可以在UNI上发送业务信息。

2.3.2 虚电路带宽控制

帧中继网对网内带宽资源是实行动态分配的,其带宽控制通过三个控制参数（Bc、Be、CIR）实现。同时，每隔Tc时间间隔对虚电路上的数据流量进行监视和控制。 Tc值是通过计算得到的，Tc=Bc/CIR。

CIR（承诺的信息速率）：是帧中继网的运营部门与用户约定的信息传送速率。当用户以等于或小于CIR速率传送信息时，在正常情况下应能传送通过。

Bc（承诺的突发量）：是指在Tc时间间隔内，网路允许用户传送的突发数据量。 Be（超过的突发量）：是指在Tc时间间隔内，网路允许用户传送的超过Bc的数据量。 Tc的值可在10s内选取。Tc取值越小，越适应突发性低的应用业务，Tc取值越大，越适应突发性高的应用业务。

从上图中可以看出，在Tc时间间隔内：

· 当传送数据量小于等于Bc时，继续传送收到的帧。

· 当传送数据量大于等于Bc，但小于等于Bc+Be时，若网络未发现严重拥塞，则将Be

范围内传送帧的DE位臵1后继续传递；若有严重阻塞，则将这些帧丢弃。 · 当传送数据量大于等于Bc+Be时，将超过范围的帧丢弃。

每个帧中继用户在使用业务以前，应与运营部门约定一条虚电路上的Bc、Be和CIR值。

2.3.3拥塞控制

帧中继技术的重要特点之一是网内带宽动态复用，这样虽然大大提高了带宽的利用率，但当用户同时发送数据，或多个用户超过CIR发送，或中继带宽不够大的情况下往往会发生拥塞现象。如果对网内发生的轻微拥塞不予以有效的处理，则可能致使拥塞现象渐趋严重甚至造成局部或全网受阻，后果严重。网络产生拥塞后对用户产生的影响也是逐渐加重的。主要是吞吐能力降低、时延增大、服务质量下降，甚至不能通信。因此有必要采取一些有效的技术手段对可能发生的拥塞进行控制。

前面在叙述帧中继帧头的地址字段时提到有三个参数是用于拥塞控制的，它们是FECN、BECN和DE。具体的拥塞控制措施是：

1．在发生轻微拥塞的情况下，采取如下措施防止进一步恶化； （1）终点控制策略：将前向传递的帧的FECN比特臵1。 （2）源点控制策略：将后向传递的帧的BECN比特臵1。 2．控制恢复策略

在发生严重拥塞的情况下，将DE=1的帧丢弃。 3．终端的拥塞控制

用户终端在接收到拥塞通知后，应降低收信或发信的信息量，以减少因拥塞而造成的帧的丢失。

使用FECN、BECN参数处理拥塞的设想虽然很好，但并不能达到预期的效果。这是因为用户设备往往不理会或不能理会网络发给它的拥塞通知，所以不采取必要的降低或暂停发送数据的措施，这样依然会引发网络的拥塞和数据的丢失。

网络在发生拥塞情况下丢弃数据应遵守公平原则。首先要尽量保证用户的CIR得以通过，对于不同优先级的用户信息，应先丢弃优先级低的，后丢弃优先级高的用户信息。同时对各用户同等优先级别的数据应是基本均等的丢弃。

ANSI的CLLM（综合链路层管理）也支持拥塞管理。CLLM在DLCI 1023上传递控制信息，在发生拥塞时通知用户。

第3章DDN网络技术

3.1 DDN基本原理

3.1.1 DDN网络的产生与发展

自从计算机广泛使用以来后,随着计算机技术和信息处理技术的发展,人们需要使用分布在不同地点的计算机共同完成一些任务。这就产生了计算机之间和人与计算机之间远程通信的需求，也就产生了数据通信的需求。

早期的计算机通信主要是主机/终端的模式，许多用户终端经过通信线路或通信网络与一台或若干台主机连通。用户可共享主机资源，用户之间也互相通信。以后，这种模式被大量分散但又互连的计算机共同完成某些任务的模式所代替。这就是客户机/服务器模式。 60年代是数据通信发展的初期，当时的终端没有智能，数据通信是在模拟线路上实现的，传输质量差，噪声干扰大。70年代出现了低速多分路复用设备和调制解调器。复用设备提高了线路利用率，调制解调器提高了传输速度。并实现了用公用电话网实现数据通信。70年代末期出现了分组交换技术。分组采用统计复用技术。大大提高了通信线路的利用率。在一段时间内，分组交换成了数据通信的主流技术。但是分组交换有其固有的缺点：技术复杂，处理量大，使得用户传输速率难以进一步提高；存储转发使得网络时延较大，难以开展实时性高的业务。

70年代中期，针对美国已经出现的用户对高速优质专线业务的需要。AT&T公司采用时分多路复用技术为用户提供点到点的永久性连接的数据电话数字业务电路（Dataphone Digital Service）。，它是一种为需要传输数据的企业用户而提供的原始数字租用线路业务，它可支持56Kb/s专线业务。支持该业务的网络被称为数字数据系统（Digital Data System，简称为DDS）。它就是现在所说的数字数据网（DDN, digital data network）的前身。

3.1.2 DDN网络的定义和组成

（一）DDN网络的定义

数字数据网（以下称DDN）是利用数字信道传输数据信号的数据传输网，它的传输媒介除传输设备之外，有光缆、数字微波、卫星信道以及用户端可用的普通电缆和双绞线。利用数字信道传输数据信号与传统的模拟信道相比，具有传输质量高、速度快、带宽利用率高等一系列优点。DDN向用户提供高质量的端到端的数字型信道传输业务，产生了很高的社会效益和经济效益。

DDN可以为用户提供永久性和半永久性连接的数据传输信道。所谓永久性连接的数字数据传输信道是指用户间建立固定连接，传输速率不变的独占带宽电路。所谓的半永久性连接是指DDN所提供的信道是非交换型的，用户之间的通信通常是固定的，一旦用户提出申请，由网络管理人员，甚至在网络允许的情况下，由用户自己对传输速率、传输目的地与传输路由进行修改，但这种修改并非是经常性的，所以称半永久性交叉连接或半固定交叉连接。DDN一般不包含交换功能，故信道的转接通过数字交叉连接来实现。

（二）DDN网络的组成

一个数字数据网主要由四部分组成：（1）本地传输系统，指从终端用户至数字数据网的本地局之间的传输系统，即用户线路，一般采用普通的市话用户线，也可使用电话线上复用的数据设备（DOV）。（2）交叉连接和复用系统，复用是将低于 kb/s的多个用户的数据流按时分复用的原理复合成 kb/s的集合数据信号，通常称之为零次群信号（DS0），然后再将多个DS0信号按数字通信系统的体系结构进一步复用成一次群即2.048 Mb/s或更高次信号。交叉连接是将符合一定格式的用户数据信号与零次群复用器的输入或者将一个复用器的输出与另一复用器的输入交叉连接起来，实现半永久性的固定连接，如何交叉由网管中心的操作人员实施；（3）局间传输及同步时钟系统，局间传输多数采用已有的数字信道来实现。在一个DDN网内各节点必须保持时钟同步极为重要。通常采用数字通信网的全网同步时钟系统，例如采用铯原子钟，其精度可达n×10-12，下接若干个铷钟，其精度应与母钟一致。也可采用多用多卫星覆盖的全球定位系统（GPS）来实施；（4）网络管理系统，无论是全国骨干网，还是一个地区网应设网络管理中心，对网上的传输通道，用户参数的增删改、监测、维护与调度实行集中管理。DDN从地域上可以分为一级干线网（又称省间干线网或国家骨干网）、二级干线网（又称为省内干线网）和本地网。

图3.1是一个数字数据传输系统的主要组成框图，它主要包含下列几个部分： (1)本地传输系统

这是指从用户端至本地局之间的数据传输子系统，即通常所称的用户环路传输系统。由用户端设备、用户环路（包括用户线和用户接入单元）组成。

用户设备通常是数据终端设备（DTE）、计算机以及用户自选的其他用户终端设备。用户线，以前大都采用双绞电缆线对来提供双工传输，目前随着用户对线路的稳定性及带宽的要求，光纤到户也日渐普遍。由图看出，在用户环路的一端是位于用户终

图：数字数据传输系统

端处的数据电路终结设备，图中记作DSU（数据业务单元）。它是用户终端与用户线路

之间的接口设备，完成数据信息的格式化，线路信号的形成、发送和接收，定时信号的提取与形成，以及各项接口控制功能等；在用户端把原始信号转换成能在一定距离的用户线上传输的信号方式，并且可多路复用。若是模拟用户线，DSU通常是调制解调器，若是数字用户线（光纤），DSU通常是数字集中器。在用户环路的另一端是位于本地接入局局内用户线路终接设备，由图3.1中记作OCU（局内信道单元），以及它的公共控制部分（OCU COM）。OCU完成与用户电路的接口，发送与接收线路信号，OCU COM完成用户线路信号与局内信号的相互转换。为了便于转换，不论用户线路的数据传输率为2400bit/s、4800bit/s、9600bit/s、48Kbit/s还是56Kbit/s，在局内通过OCU COM后统计转换成为 Kbit/S的通用信号，一般我们称这样形成的Kbit/s 信号为通用DSO信号，然后经过交叉连接设备单元X-CONN连接到复用器DS0-MUX的入口，或者相互间进行交叉连接，或者通过多点连接单元MJU进行一点对多点的分支连接。

(2)时分复用及交叉连接系统

复用技术及复用技术分类。不同介质的传输能力是不同的。在数据通信中，经常出现下列情况：传输介质的传输能力超过了使用这个介质进行通信的计算机的需要，如计算机要求10Mbps的数据传送速率，但传输介质提供了100Mbps的传输能力。另一方面，传输介质的价格和安装费用是比较昂贵和复杂的，特别是在长途传输时。因此我们要采取某种方式使多个通信设备共享一个通信介质。

多路复用技术就是一种允许多个设备共享一条传输介质的技术。它通过一条传输介质同时传输多路信号，从而提高传输介质的使用效率。多路复用技术通常分为两类：频分多路复用FDM（frequency division multiplexing）、时分多路复用TDM（Time division multiplexing）。其中TDM又分为两种：STM和ATM。随着光纤通信技术的发展，目前又出现了主要应用于光纤的多路复用技术：WDM和DWDM。实现多路复用的设备称为多路复用器（MUX），在发送端称为MUX，在接收端称为DEMUX，如图所示

n个输入MUX1条链路，n个信道DEMUXn个输出

图：多路复用器（MUX）

频分多路复用FDM

频分复用使用不同的频率实现在1条介质上同时传输多路信号。如我们的CATV系统，在一根同轴电缆上，可同时传播多路电视信号。只要通信的设备使用不同的频率，而且这些频率不重叠，每个频率都可以被看作是一个的通信信道。如图3.3所示

n个输入频分多路复用器MUXf1,频率上限；fn，频率下限通道1，f1通道2，f2频分多路复用器MUXn个输出通道n，fn图：频分多路复用

时分多路复用TDM

时分多路复用是将传输介质的传输能力或传输速率按时间划分成时间片（简称时隙），把每个时间片固定地分给需要通信的设备，这样利用时间上的交叉，就可以在一条传输介质上传输多路信号了。图3.4表示了它的工作原理。

111222333时分多路复用器MUX时分多路复用器MUXn个输出111222333123123123图：时分多路复用

TDM又可以分为同步时分复用（STM，Synchronous Time Division multiplexing）和异步时分复用ATM（Asynchronous Time Division multiplexing）。STM中采用固定时隙分配模式，即每个信道占用固定位址的时隙。ATM中采用动态分配时隙的模式，每个信道需要使用通信介质通信时，竞争使用线路上的时隙。因为用户通信时，通常不是连续进行信息交换（如打电话，从计算机通信角度看，话音通信时有50％以上的时间是空闲的），固定分配时隙将出现资源浪费，ATM动态分配时隙（实际上就是网络的资源），可以有效利用线路的资源。异步时分复用又称为统计时分多路复用，图3.5是统计时分复用的原理示意图。

图3.5 统计时分多路复用（异步时分复用ATM）

111222333统计时分多路复用器MUX统计时分多路复用器MUXn个输出11122233333313222131

在数字数据传输系统中，采用的时分复用技术。数据信道的时分复用器是分级实现的。第1级为了便于转换将来自多条用户不同速率的用户信号，经OCU及OCU COM统一转换形成Kbit/s的通用DS0信号，复合成Kbit/s的0次群集合数据流DS0，称为子速率复用。第2级是将D0-MUX输出的Kbit/s的集合数据流DS0信号进一步按24路或32路PCM系统的格式进行时分复用。图3.1由D1-MUX复用器实现。D1-MUX指从0次群至1次群的多路时分复用。1次群TDM信号DS1的速率为1.544Mbit/s或者2.045Mbit/s；在第2级复用中可以全部为Kbit/s的DS0数据信号的复用，也可以是部分数据与部分PCM语音信号的复用。局间传输可以再往高次群复用。

在第一级复用后的DS0信号经交叉连接单元X-CONN连接到第二级复用器入口，或通过多点连接单元MJU进行一点对多点的分支连接。数字交叉连接系统（DCS）（Digital Cross Connect System）有0次群，1次群和高次群的数字交叉连接设备。所谓交叉连接设备对0次群来讲指对任一端口的子速率信号与其他端口子速率信号进行可控的连接与再连接的设备，也就是对相同速率的支路经交叉连接矩阵接通的功能。对1次群来讲是指在2048Kbit/s数字信号复用帧中，以Kbit/s为单元进行交叉连接。这种连接是半永久性。这种数字交叉连接系统使传输系统具有一定的交换功能，可对各个子信道进行全面调度管理。图3.6表

示DDN节点的复用和交叉连接功能。

图：DDN节点的复用和交叉连接功能示意图

(3)局间传输系统

局间传输包括从本地局至市中心局之间的市内传输，以及不同城市的中心局与中心局之间的长途传输。无论是市内传输或者长途传输均可利用已有电话网的数字传输系统，包含一次群PCM系统和高次群PCM传输系统，也可以在模拟微波或者电缆传输系统的话上或者话下频带开辟专供数据传输用的数字传输系统，通常称为话上数据或者话下数据。

(4)同步定时系统

在同一局内，所有的复用设备、信道单元、测试装臵以及其他需要时钟信号的装臵均由一个统一的同步时钟供给系统来提供。

下面介绍一下DDN网络的同步 为了实现各种数字传输，数字交叉和数字交换设备的连接，最主要的是使传输和交换设备的工作协调。当把许多设备相互连接起来构成一个网络时，就必须制定某种规程或采取某种措施使分系统能协调工作。因为系统传输和处理的都是数字信号，协调工作的第一步就是时钟同步。 在网中每个交换系统的时钟起两个作用：一个是向交换系统输入口的帧调整器提供读出时钟；另一个是为控制交换系统的接续，网络提供基准时钟。如果在数字交换系统之间的时钟频率不一致．或者由于数字化比特流在传输中经受的相位漂移和抖动的影响，就会在数字交换系统的缓冲存储器中产生溢出或取空，这样将导致在传输的比特流中出现滑动损伤(帧错位)。因此，网同步是实现数字网的一项重要技术问题。网同步的主要任务是：使来自其它节点的群数字流的帧与本局的帧建立并保持帧同步；将各局的时钟频率进行同步以减少各节点因频差引起的滑动。在数字网中产生滑动的原因可以概括为两个方面：网络节点时钟之间频差引起的滑动以及传输系统受工作环境影响引起的滑动。

(1)传输系统工作环境影响引起的滑动。在网络运行的情况下。系统传输特性的变化，如网络传输路由的变更、节点时钟的切换等因素也会使定时信号在传递过程中，定时信号的相位不稳定或相位不连续性，表现为定时信号的抖动和漂动。随着定时信号的传递，漂动会累积，从而导至累积频率的偏移，造成数字网内的滑动。

(2)失去时钟控制时产生滑动。在一个同步网里，定时控制暂时消失，由被控节点本身时钟保持工作，因节点时钟频率的不同可能会引起滑动。

(3)网络节点时钟频差引起的滑动。在准同步网中，节点时钟频率差引起滑动是准同步网中特有的情况。

在数字网中，一定的滑动对不同的电信业务，如语声、数据、图象等影响是不同的．编码的冗余度愈大．滑动影响越小；速率愈高．影响愈大。

(1)对PcM编码的电话信息冗余度较大，对滑动影响不灵敏．如有滑动会导致在解码后的模拟信号中产生噪声脉冲，形成喀呖声，容许的滑动率可高达300次／小时；

(2)对随路信令，滑动将导致5ms的短时中断，在重新实现复帧定位之后，才能沟通正确的随路信令通路。对于公共信道信令，5ms的通路中断时间不会使信令传输中断，因为检错重发、滑动的发生只能使电信信号产生微小的时延。

(3)对于数据通信，滑动的结果会造成帧定位信号丢失，致使数据通路内的信息被错误地传送，最后要反馈重发，造成时延增加，所以数据通信对滑动指标的要求较高。

(4)滑动对传真的影响取决于编码技术。一次滑动就能破坏整条扫描线，甚至于整个画面，从而必须重传。滑动是影响对用户服务质量的最主要的因素，因此，滑动损伤是数字网最重要的损伤之一，对数字网进行同步规划的目的就是有效地控制滑动，以满足滑动率指标。

前ccITT规定了国际连接中各类交换局的滑动指标，具体指标为： (1)国际交换局：1次／70天 (2)国内长途局：1次／7天 (3)市内交换局：1次／1 2小时 我国关于滑动率指标规定为： (1)全程系统：1次／5小时 (2)传输系统：1次／lO小时 综上所述，实现网同步的目标是使网中所有交换节点的时钟频率和相位都控制在预先确定的容差范围内。

DDN网同步有三种方式，准同步、主从同步和相互同步。准同步按ITU-T G.811建议，常推荐为国际间使用。主从同步是通过把从时钟相位锁定在主时钟的参考定时上达到同步，这种同步又分为数状结构主从式同步和外接参考方式主从式同步，前者以PCM高次群作为主，低次群为从；后者有一个主时钟负责所有交换机的频率分配，此时，时钟脉冲及信息比特流以不同通路进行传输。相互同步是一种没有唯一参考时钟的同步方式，此时，每个交换机时钟都是锁定在所有来信时钟的平均值上。

DDN是同步网络，即必须保证全网各节点的定时信号一致性，才能提供高质量的专用电路。DDN网同步方式是：国际间采用准同步方式，在DDN国际间互联的数字电路上，其定时要求应符合ITU-T G.811规定的适用于国际数字链路准同步操作基准时钟输出的定时要求；国内DDN节点之间采用符合我国对数字网的等级主从同步方式的规定，DDN节点的等级应与所放臵的长途局或市话局的等级一致。DDN用户入网时，应首选网络提供的定时，与网络保持一致的速率。 DDN节点时钟和定时

DDN节点一般采用晶体振荡器作为时钟源，对于中、大型节点应按三级时钟源的要求，其长期频率容差为+4.6×10-6；对于小型节点可参照四级时钟源的要求，其长期频率容差为+25~50×10-6。

DDN节点应能选择主、从两种定时方式。主定时工作方式是以本节点时钟源作为定时的工作方式。从定时工作方式是以某一参考基准频率为标准，对本节点时钟源进行锁定后为定时的工作方式。

DDN节点应允许有下列参考基准频率的来源：

①局统一供给的标准频率信号，DDN节点应优先使用统一的局时钟，以保持与数字传输网的同步；

②从集合信道接口上提取的定时信号；

③直接使用数据接口上的定时信号，DDN节点应能选择在V.24、V.35和X.21数据接口上的定时信号，以满足特殊连接情况下的需要。

DDN节点应能按优先顺序设臵多个获取参考基准信号的端口，并能自动检测端口故障，按优先顺序自动切换获取参考基准信号端口。 DDN网络节点间同步

(1)DDN网络节点间的同步应同我国数字网网同步方式一致

根据我国数字同步网的同步等级，我国的DDN同步网分为四级，如下表3.1所示。随着全国数字同步网的实现，DDN节点应采用与所在局统一的时钟作为参考基准信号。

表：DDN网络时钟分类

第一级 长途网 第二级 B类 第三级 本地网 第四级 远端模块、数字PBX、数字终端设备时钟 注1）： A类时钟：通过同步链路直接与基准时钟同步；B类时钟：通过同步链路受A类时钟控制，间接地与基准时钟同步。

(2)主从等级同步方式

在不能采用与数字同步网所在局统一时钟的情况下，DDN网上各节点采用主从等级同步方式。各DDN节点应根据它所在的位臵，优先安排从连到高等级的数字通道上提取参考基准信号。

为了保证DDN网同步的可靠性，DDN一级干线网和二级干线网上的每个节点都应按优先级的设臵，从多条数字电路上获取参考基准信号。

用户入网同步。尽量安排用户使用网络提供的定时，当用户不能使用网络定时时，DDN节点应在用户接口处插入缓冲存储器，用于减少由于双方定时偏差而引起的滑动。数据电路转接处，插入缓冲存储器后，滑动时间间隔与缓冲存储器长度、接口速率、双方定时偏差等因素有关。

三和四级长途中心时钟 基准时钟 A类 一和二级长途中心、国际局时钟 汇接局、端局时钟 3.1.3 DDN网络的特性

DDN具有以下优点： 1、传输质量高，距离远

和老式的模拟传输相比，DDN具有传输质量高、传输距离远等数字传输的优点。 2、传输速率高、网络时延小、无阻塞

DDN利用电信数字网的数字传输通道传输，采用时三级分复用技术，传输中没有中间

处理过程（只有复用和解复用的处理过程），网络时延小（在10个节点转接条件下最大不超过40ms），传输速率只受PCM设备，由于时分复用所以网络不会堵塞。 3、协议简单： 采用交叉连接技术和时分复用技术，由智能化程度较高的用户端设备来完成协议的转换，本身不受任何规程的约束，是全透明网，面向各类数据用户。

4、灵活的连接方式： 可以支持数据、语音、图像传输等多种业务，它不仅可以和用户终端设备进行连接，也可以和用户网络连接，为用户提供灵活的组网环境。

5、电路可靠性高： 采用路由迂回和备用方式，使电路安全可靠。

6、网络运行管理简便： 采用网管对网络业务进行调度监控，业务的迅速生成。

3.2 DDN提供业务及特点

3.2.1 DDN网络可提供的业务

由于DDN网是一个全透明网络，能提供多种业务来满足各类用户的需求。

提供速率可在一定范围内（200bit/s ～ 2Mbit/s）任选的信息量大实时性强的中高速数据通信业务。如局域网互连、大中型主机互连、计算机互联网业务提供者（ISP）等。

为分组交换网、公用计算机互联网等提供中继电路。

可提供点对点、一点对多点的业务适用于金融证券公司、科研教育系统、部门租用DDN专线组建自己的专用网。

提供帧中继业务，扩大了DDN的业务范围。用户通过一条物理电路可同时配臵多条虚连接。

提供语音、G3传真、图像、智能用户电报等通信。

提供虚拟专用网业务。大的集团用户可以租用多个方向、较多数量的电路，通过自己的网络管理工作站，进行自己管理，自己分配电路带宽资源，组成虚拟专用网。

3.2.2 DDN网络业务服务质量标准

传输介质对传输信号的损伤主要是衰减（attenuation）、时延（delay）、噪声（noise）。尽管一个数据传输系统有许多标准，但从业务角度看来，实质性的服务标准只需两个，DDN传输的业务全部是数字信号，所以传输质量只需用差错率来衡量；话音、图像业务对时延有一定的要求，所以网络传输时延是第二个服务质量指标。DDN网络提供的传输速率是固定的（帧中继是在DDN上开放的一种业务），所以从DDN网络服务质量来看，数据传输时延和数据传输差错率是两个主要指标。

1、数据传输时延

DDN上的数据传输时延是指单方向的数据传输时延，在对应的两个接口之间进行测量。在DDN中，两个方向上的数据传输时延值要求是一样的，所以实际测量时，可以在一个接口处，通过测量环路时延再除以2，得到数据传输时延。

（1）端到端的网络传输时延 专用电路传输时延：

对kbit/s的专用电路: ≤40ms。每加入一跳卫星电路，需在上列值中另加传输时间300ms。

帧中继PVC电路的时延

在DDN传输时延（最大不超过40ms）基础上，再加上两个平均帧长度的发送时间。 （2）网络传输时延的分段要求 DDN节电内部传输时延

在节点的两个端口测量值要求不大于0.5ms。次时延包括在数据接口电路处的数据缓存、串并转换、复用、解复用、交叉连接等处理时间。

帧中继PVC电路的节点内时延

PVC电路在上述时延基础上再加上两平均帧长的排队发送时间。如平均帧4kbit,对kbit/s帧中继接口，两个帧的发送时间为125ms。

传输通路时延

传输通路是指DDN节点之间的数字中继线时延或本地传输系统的时延（用户环路）。DDN传输通路时延要求不大于3ms。

2、数据传输比特差错率 （1）端到端比特差错率

国际电路连接: 在用户/网络接口和国际DDN节点/国际电路接口之间的用户电路传输比特差错率≤1*10-7。

国内电路连接: 在用户/网络接口之间的用户数据传输通路。传输比特差错率≤1*10-6。 （2）比特差错率的分段要求

用户线： 用户线是指用户/网络接口该用户接入的复用设备或复用/交叉连接设备之间的数据传输通路，其传输比特差错率要求≤1*10-7。

复用或复用/交换连接节点设备： 网络节点提供的用户数据传输通路，其传输比特差错率要求≤1*10-10。

节点设备之间的数字通路： 其传输比特差错率要求≤5*10-8。 （3）比特差错率测量

传输比特差错率的测量，对于不同的速率应分别符合前CCITT建议O.151、O.152和O.153相应规定

对2048Kbit/s速率

使用测试码长度为215-1=32767bit的随机序列

对N*Kbit/s（N=1～31）速率

使用测试码长度为211-1=2047bit的随机序列 对≤20kbit/s速率

使用测试码长度为27-1=511bit的随机序列。

3.3 DDN 网络的结构及现状

3.3.1 DDN网络的组织结构

（一）DDN节点类型

在“中国DDN技术”中将DDN节点分成2兆节点、接入节点和用户节点三种类型。

（1）2兆节点

2兆节点是DDN网络的骨干节点，执行网络业务的转换功能。主要提供2048kbit/s(E1)数字通道的接口和交叉连接、对N*kbit/s电路进行复用和交叉连接以及帧中继业务的转接功能。

（2）接入节点接入节点

主要为DDN各类业务提供接入功能，主要有： kbit/s、2048kbit/s数字通道的接口； N*kbit/s(N=1～31)的复用；

小于kbit/s子速率复用和交叉连接； 帧中继业务用户接入和本地帧中继功能； 压缩话音/G3传真用户入网。 （3）用户节点

用户节点主要为DDN用户入网提供接口并进行必要的协议转换。它包括小容量时分复用设备；LAN通过帧中继互联的网桥/路由器等。

在实际组建各级网络时，可以根据网络规模、业务量等具体情况，酌情变动上述节点类型的划分。例如：把2兆节点和接入节点归并为一类节点，或者把接入节点和用户节点归并为一类节点，以满足具体情况下的需要。

（二）DDN的三级网络结构

DDN的网络结构按网络的组建、运营、管理和维护的责任地理区域，可分为一级干线网、二级干线网和本地网三级。各级网络应根据其网络规模、网络和业务组织的需要，参照前面介绍的DDN节点类型，选用适当类型的节点，组建多功能层次的网络。一般可由2兆节点组成核心层，主要完成转接功能；由接入节点组成接入层，主要完成各类业务接入；由用户节点组成用户层，完成用户入网接口。

1、一级干线网

一级干线网由设臵在各省、自治区和直辖市的节点组成，它提供省间的长途DDN业务。一级干线节点设臵在省会城市，根据网络组织和业务量的要求，一级干线网节点可与省内多个城市或地区的节点互联。

在一级干线网上，选择有适当位臵的节点作为枢纽节点，枢纽节点具有E1数字通道的汇接功能和E1公共备用数字通道功能。枢纽节点的数量和设臵地点由主管部门根据电路组

织、网络规模、安全和业务等因素确定。网络各节点互联时，应遵照下列要求：

(1)枢纽节点之间采用全网状连接；

(2)非枢纽节点应至少保证两个方向与其它节点相连接，并至少与一个枢纽节点连接； (3)出入口节点之间、出入口节点到所有枢纽节点之间互联； (4)根据业务需要和电路情况，可在任意两个节点之间连接。 2、二级干线网

二级干线网由设臵在省内的节点组成，它提供本省内长途和出入省的DDN业务。根据数字通路、DDN网络规模和业务需要，二级干线网上也可设臵枢纽节点。当二级干线网在设臵核心层网络时，应设臵枢纽节点。

3、本地网

本地网是指城市范围内的网络，在省内发达城市可以组建本地网。本地网为其用户提供本地和长途DDN业务。根据网络规模、业务量要求，本地网可以由多层次的网络组成。本地网中的小容量节点可以直接设臵在用户的室内。

二级骨干网实例

图：某省DDN骨干网拓扑

某省DDN骨干网以A、B、C、D四个市核心节点构成全网状结构，分别以多个2M中继互连。A、B之间另有2条155M中继电路。其余13个市分别与两个核心节点以多个2M中继相连，形成有备份的网状结构。

3.3.2 DDN网络的网络管理和控制

（一）网管控制中心的设臵 (1)全国和各省网管控制中心

DDN网络上设臵全国和各省两级网管控制中心(NMC)，全国NMC负责一级干线网的管理和控制，省NMC负责本省、直辖市或自治区网络的管理和控制。

在节点数量多、网络结构复杂的本地网上，也可以设臵本地网管控制中心，负责本地网的管理和控制。

(2)网管控制终端(NMT)

根据网络管理和控制的需要，以及业务组织和管理的需要，可以分别在一级干线网上和二级干线网上设臵若干网管控制终端(NMT)。NMT应能与所属的NMC交换网络信息和业务信息，并在NMC的允许范围内进行管理和控制。NMT可分配给虚拟专用网(VPN)的责任用户使用。

(3)节点管理维护终端

DDN各节点应能配臵本节点的管理维护终端，负责本节点的配臵、运行状态的控制、业务情况的监视指示，并应能对本节点的用户线进行维护测量。

(4)上级网管能逐级观察下级网络的运行状态，告警、故障信息应能及时反映到上级网管中心，以便实现统一网管。

（二）网管控制信息通信通路 (1)节点和网管控制中心之间的通信

网管控制中心和所辖节点之间交换网管控制信息时，使用DDN本身网络中专门划出的适当容量的通路，也可以采用经其他例如公用分组网或电话网提供的通路。

(2)网管控制中心之间的通信

全国NMC和各省NMC之间，以及NMC和所辖NMT之间要求能相互通信，交换网管控制信息。

实现这种通信的通路应可以采用DDN网上配臵的专用电路，也可以采用经公用分组网或电话网的连接电路。

3.3.3 DDN用户接入

（一）网络业务类别

DDN网络业务分为专用电路、帧中继和压缩话音/G3传真三类业务。DDN的主要业务是向用户提供中、高速率，高质量的点到点和点到多点数字专用电路(简称专用电路)；在专用电路的基础上，通过引入帧中继服务模块(FRM)，提供永久性虚电路(PVC)连接方式的帧中继业务；通过在用户入网处引入话音服务模块(VSM)提供压缩话音/G3传真业务。在DDN上，帧中继业务和压缩话音/G3传真业务均可看作在专用电路业务基础上的增值业务。对压缩话音、G3传真业务可由网络增值，也可由用户增值。

（二）用户入网速率

对上述各类业务，DDN提供的用户入网速率及用户之间的连接如表所示。对于专用电路和开放话音/G3传真业务的电路，互通用户入网速率必须是相同的；而对于帧中继用户，由于DDN内FRM具有存储/转发帧的功能，允许不同入网速率的用户互通。

表：DDN用户入网速率

业务类型 用户入网速率(kbit/s) 2048 N×(N=1~31) 子速率：2.4、4.8、9.6、19.2 9.6、14.4、19.2、32、48 N×(N=1~31)、2048 用户之间连接 专用电路 TDM连接 帧中继 PVC连接 带信话音/G3传用户2/4线模拟入网(DDN提供附加信令信令传输能真 息传输容量)的8、16、32kbit/s通路 力的TDM连接 注1）：对话音/G3传真业务，表中所列8、16、32kbit/s是指话音压缩编码后的速率，在附加传输信令和控制信息后，每条话音编码通路实际需用速率要略高。例如要增加0.8kbit/s，这样，在DDN上带信令传输能力的TDM连接速率为8.8kbit/s、16.8kbit/s和32.8kbit/s。 根据我国DDN技术的要求，用户入网的基本方式如下图所示，在这些基本方式上还可以采用不同的组合方式。

图：DDN用户入网的基本方式

1．二线模拟传输方式：支持模拟用户入网连接，在交换方式下，同时需要直流环路、PBX中继线E&M信令传输。

2．二线（或四线）话带MODEM传输方式：支持的用户速率由线路长度、调制解调器(MODEM)的型号而定。

3．二线(或四线)基带传输方式：这种传输方式采用回波抵消技术和差分二相编码技术。其二线基带设备可进行19.2kbit/s全双工传输。该基带传输设备还可具有TDM复用功能，为多个用户入网提供连接。复用时需留出部分容量为网络管理用。另外还可用二线或四线，速率达到16、32或kbit/s的基带传输设备。

4．基带传输加TDM复用传输方式：这路传输方式实际上是在二线（或四线）基带传输的基础上，再加上TDM复用设备，为多个用户入网提供连接。

5．话音/数据复用传输方式：在现有的市话用户线上，采用频分或时分的方法实现电话/数据的数据复用传输。在DOV设备中，还可加上TDM复用，为多个用户提供入网连接。 6．2B+D速率的DTU传输方式：DTU(数据终端单元)，采用2B+D速率，二线全双工传输方式，为多个用户提供入网。

7．PCM数字线路传输方式：这种方式是当用户直接用光缆或数字微波高次群设备时，可与其它业务合用一套PCM设备，其中一路2048kbit/s进入DDN。

8．DDN节点通过PCM设备的传输方式：在用户业务量大的情况下，DDN节点机可放在用户室内，将所传的数据信号复用到一条2048kbit/s的数字线路上，通过PCM的一路一次群信道进入DDN骨干节点机。