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X.25分组交换

时间:2020-05-18 15:40 作者:admin 分享到:
        分组交换的第一个国际标准是ITU-T的X.25建议。它的产生源自于60年代分时共享式计算机系统的流行。就像分组网是为处理突发式应用程序而设计的一样,分时共享系统的设计也是出于同样的目的:应用程序可以偶尔地使用计算资源,但又不会长期占用计算资源。分时共享系统和其应用程序的正常运行不需要付出任何其他电路代价,只要把终端和主机(类同于客户端和服务器)之间来回传递的消息打包成分组,那么它们就可以共享网络。19世纪60年代Tymshare(后来祿为Tymnet)分时共享网络和“通用电子信息服务”(简称GEIS)出现了,直到1969年,Internet(Internet的雏形是ARPA计算机网)才产生。
       早期的所有分组网,包括美国GTE的Telnet,加拿大的Datapac,法国的Trancpac,都有自己的规则以及生成和发送分组的一套方法。它们之间有很多共同点,比如它们都采用了分层结构。但是它们也有许多不同之处。这些差别使得分组网的互联很困难,如果不彻底地进行改变,几乎是不可能互联成功的。
        因此,1972年ITU-T(那时的CCITT)成立了一个研究小组,专门研究为分组网建立一个国际标准的问题。他们经过四年的努力,终于在1976年产生了X.25协议。从当时的网络工作来讲,这样的工作速度是非常快的(甚至快得有点让人无法相信其可行性)。X.25建议的大标题是《在采用分组模式的公共数据网中的数据终端设备和数据电路端接设备的终端操作接口》。为了简便起见,大家一直称它为X.25。“数据终端设备”(简称DTE)主要是指终端本身,今天它可能是一台PC机。“数据电路端接设备”(简称DCE)主要指的是用于连接终端和分组网的外部调制解调器。当然,DTE必须在分组模式下工作,而不是电路模式下。这里所说的采用分组模式的公共数据网指的是公共分组网,但这并不是说不能有专用的分组网(实际上存在很多专用的分组网),而是因为X.25只应用于公共分组网1976年版本的X.25中存在着许多问题,于是很快就修改编制了1980年版本。在此基础上,1984年时又作了进一步的修改。尽管目前还有一些X.25网遵循的是1980年版本的,但大多数X.25网是严格按照1984年版本的X.25规格组网的。有一点需要多加注意:X.25对DTE和DCE本身没有进行任何说明,只是说明了它们之间的接口和以下事实——DCE连接在公共数据网(简称PDN)的一端,而DTE连于另一端。
        X.25是一个基于著名的“开放系统互联参考模型”(简称OSI参考模型)的分层协议,X.25建立的同时,OSI参考模型也由国际标准组织研究成型。国际标准化组织在使用该文件之后,就常常被称为iso(ISO是古希腊语“公平”的意思)了。OSI参考模型是一个七层的结构,而国际nternet配套协议(简称TCP/IP)是四层结构。它们完成的任务基本相同。
       X.25仅仅覆盖了OSI参考模型的底部三层:比特流层、帧结构层、分组层。X.25对分组内包含的消息不作任何处理。层与层之间的关系也不可能精确地说明,我们将其表示在下图中X.25的分组层协议
                                                                                                     图        OSI-RM分层模型                           TCP/IP分层模型                            X.25分层模型
        有关OSI参考模型各层功能的说明都是符合一定规程的,我们需要更多这样的说明,因为几年中,OSI参考模型各层的用途和功能已经有部分被混淆了,一些通用说法已经在一定程度上引起了错误的理解。
OSI参考模型的每一层都有名称和数字编号。除了第一层只具有比特流之外,其他各层都有协议数据单元(简称PDU)o一些PDU还有正式的名称。例如,分组不仅可以称为网络层的PDU,也可称为第三层的PDU(简称L3-PDU)0OSI参考模型的各层说明如下:
        物理层:定义了比特流在媒介上的发送方式。用户通常只使用一种类型的连接器(比如V.35),但是有关调制解调器的所有标准都在这一层进行了说明。在X.25中,接口类型应该是X.21,但是V.35的使用者更多一些,尤其是在美国。
        数据链路层:定义了帧结构。帧的定义为“首次将比特流有序化的结构”。一帧的内容以比特的形式被发送出去。当这些比特通过一条链路到达某节点时,又被重新组合成一帧。大多数帧都有“定界符”,标志着帧的开始和结束位置。在相邻的系统之间(比如直接相连的节点)之间,还有为帧的传输而定义的“平衡链路访问规程”(简称LAPB)。
        网络层:定义了包含着帧的分组结构。分组中有网络地址(无连接分组具有的)或者连接标识符(面向连接的分组具有的),它们是用来指明网络节点中该分组的传输路线的。帧结构是逐条链路地形成和进行处理的,但是分组却能够非常完整地从一个站点传输到另一个站点。在X.25中,使用了“分组层协议”(PLP)。
        传输层:它包含了分组,称为“报文”,“报文”实际上就是第四层协议数据单元(L4-PDU)。TCP/IP称此为“段”,这是一个很恰当的术语。一个典型的段为某网页中的一段,或者是一个较大的文件,或者是其他不能在一个分组中完成的内容(分组的大小是有上限的)。
        会话层:一次会话指的是对客户机和服务器之间一次连接的历史记录。所以,如果一段链路在一个大文件的传输中途失败了,那么该链路两端重新建立连接后,文件可以从断开的地方继续传递。Internet模型中不具有OSI参考模型中的会话层,所以任何使用Internet的人都清楚,如果一个文件下载时间已经长达一个多小时,那么该文件是不可能被成功下载的。
        表示层:屏蔽了客户机和服务器的应用程序的内部表示方案之间的区别。所以在一台摩托罗拉的苹果机和英特尔的Windows计算机之间是可以进行文件传输的,这将归功于表示层。从"bit计算机到32bit计算机的传输也没问题。所有这些,只要有了表示层,应用程序都无须关心。
        应用层:从用户角度讲,这一层根本没有真正的应用程序。该层包括了一些用于公共网络任务的基本操作:比如检查E-mail,向远程登录询问口令等等。但是,在用户接口仍有许多代码要写,以使应用程序成为有用
的软件包。
        在实际应用中,应用层、表示层、会话层通常结合在一起,成为某种“应用程序服务”。举例来说,在TCP/IP中,应用程序服务中的报文被分成若干段,段又被分为若干分组,并以分组的形式发送出去,而分组又是由若干帧组成的。
        分组交换(包括X.25)的主要意图是想通过一条单一的不区分信道的链路传输信息流,来降低组网成本,这将代替在电路交换网中分时复用信道的传输方式。
正如预期的那样,为数据服务的分组网一经诞生,人们就开始努力实现在分组网中传输语音信息。为什么不可以在分组网中传输语音信息呢?这可是节省费用的好办法。20世纪70年代到80年代,这方面的尝试都没有成功。失败的主要原因可以概括为以下几点:
       语音不是突发性的:标准的PCM语音流需要持续的64kbit/s的传输速率。因为早期的数据网最大只能提供64kbit/s的传输速率,所以一个“分组语音”式的谈话将迫使其他数据传输因为带宽不够而中止。
语音不具有分组结构:分组网中当然少不了分组。但是数字化的语音的最简单形式是无结构的比特流,这不适合于分组传输。语音只能有两种选择:或者创建一种适合自身要求的新结构,或者使用已经存在的分组结构(如X.25或IP)。语音不能长时间缓存:语音对时延很敏感。网络时延必须很短,语音听起来才能正常。在早期的分组网中,按照语音标准来衡量的话,网络节点的处理速度实在太慢了。分组交换是以秒级单位进行分组处理的,  而电路语音交换则是毫秒级的。这样不仅存在着回波抵消的问题,还有双向会话的问题。数据传输对时延的要求不高,可以在任意时刻缓存起来,但是语音却不可以。
语音不能容忍较长的串行时延:语音不仅要求网络时延要小,而且还要求时延较稳定。时延的变化会影响到语音的正确性。
       语音是面向连接的:许多分组网络既能以无连接方式也能以面向连接方式进行工作。对数据而言,无连接的方式较快,但会引起时延的变化(因为没有稳定的传输路径)。面向连接方式降低了速度,所以除非连接建立
时间很短,否则面向连接的语音将是十分慢的。还要注意的是,并非在所有分组网上都可为语音建立连接,比如Internet中的网络节点(路由器)间根本没有连接。
       假设上述困难都被克服了,在无连接分组网中传输语音的方案就具有一定可行性。实际上,在20世纪90年代的今天我们已经做到了这一点。甚至,电话公司已经有现成的无连接分组网一一七号信令网。

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