计算机网络应用 帧中继交换网组成

1章计算机网络概述随着计算机应用的深入，特别是家用计算机越来越普及，用户一方面希望能共享信息资源，另一方面也希望各计算机之间能互相传递信息。

基于这些原因，计算机将向网络化发展，将分散的计算机连接成网，组成计算机网络。

所谓计算机网络，就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。

计算机网络是现代通信技术与计算机技术紧密相结合的产物。

它涉及通信技术与计算机技术两个领域。

计算机网络的诞生使计算机的应用发生了巨大变化，已经遍布经济、文化、科研、军事、政治、教育和社会生活等各个领域，进而引起世界范围内产业结构的变化和全球信息产业的发展。

1.1 计算机网络的定义与发展从20世纪80年代末开始，计算机网络技术进入新的发展阶段，它以光纤通信技术应用于计算机网络、多媒体技术、综合业务数据网络（ISDN）、人工智能网络的出现和发展为主要标志。

20世纪90年代至本世纪初是计算机网络高速发展的时期，尤其是Internet 的建立，推动了计算机网络向更高层次发展。

1.1.1 计算机网络的产生和发展计算机网络的发展过程大致可以分为面向终端的计算机通信网络、计算机互联网络、标准化网络和网络互联与高速网络4个阶段。

1．面向终端的计算机通信网络早期计算机技术与通信技术并没有直接的联系，但随着工业、商业与军事部门使用计算机的深化，人们迫切需要将分散在不同地方的数据进行集中处理。

为此，在1954年，人们制造了一种称为收发器的终端设备，这种终端能够将穿孔卡片上的数据利用电话线路发送到远地的计算机。

此后，电传打字机也作为远程终端与计算机相连。

这种“终端-通信线路-计算机”系统，就是计算机网络的雏形。

其特点是计算机为网络的中心和控制者，终端围绕中心计算机分布在各处，各终端通过通信线路共享主机的硬件和软件资源。

2 计算机网络基础这一阶段的计算机网络系统实质上就是以单机为中心的联机系统，是面向终端的计算机通信，如图1.1所示。

目录第 1 章绪论第 2 章基本概念第 3 章OSI 模型第 4 章信号第 5 章编码第 6 章数字数据传输：接口和调制解调器第7 章传输媒介第8 章复用第9 章错误检测与纠正第10 章数据链路控制第11 章数据链路协议第12 章局域网第13 章城域网第14 章交换：一个网络层功能第15 章综合业务数字网第16 章X.25第17 章帧中继第18 章ATM第19 章SONET/SDH第20 章网际互连和网络设备第21 章传输层第22 章OSI 高层第23 章TCP/IP第 1 章绪论1．3 习题一、填空题1．组建计算机网络的目的是实现信息传递和 ______________ 。

2．通常所说的“三网合一”的“三网”是指电信网、 _______________ 和计算机网二、选择题2．组建计算机网络的目的是为了能够资源共享，这里的计算机资源主要是指硬件、软件和（ ）A. 大型机 B •通信系统 C .服务器 D•数据3.计算机网络与分布式系统之间的主要区别是在（ ） A .系统物理结构 B .系统高层软件 C .传输介质D.服务器类型4.网络协议中规定通信双方要发出什么控制信息，执行的动作和返回的应答的部分称为（）A .语法部分B .语义部分C .定时关系 D.以上都不是5.网络协议的三个要素是：语法、语义与（ ）A . 工作原理B .时序C .进程D .传输服务三、简答题1. 计算机网络的功能有哪些？2. 计算机网络与分布式系统有什么异同点？3. 什么是网络协议？它由哪几个要素组成？1.4 习题答案一、 填空题1. 资源共享2. 有线电视网二、 选择题1. C2. D3. B4. B5. B三、简答题1. （1）数据通信（ 2）资源共享（ 3）提高系统处理能力（ 4）分担负荷，提高效率（ 5）提高可靠性 2. 共同点：一般的分布式系统是建立在计算机网络之上的， 所以分布式系统与计算机网络在物理结构上基本相同 不同点：1. 早期的计算机网络是由（ ）组成系统。

第1章计算机网络概论根据考试大纲，本章要求考生掌握以下知识点：（1）计算机网络的概念：计算机网络定义、计算机网络应用。

（2）计算机网络的组成：计算机网络物理组成、计算机网络功能组成、计算机网络要素组成。

（3）计算机网络的分类：按分布范围分类、按拓扑结构分类、按交换技术分类、按采用协议分类、按使用传输介质分类。

（4）网络体系结构模型：分层与协议、接口与服务、开放系统互联参考模型（Open System Interconnection Reference Model，OSI/RM）与传输控制协议/网际协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）体系结构模型。

1.1计算机网络的概念对于计算机网络，从不同的角度看，有着不同的定义。

从物理结构看，计算机网络可被定义为“在网络协议控制下，由多台计算机、终端、数据传输设备及计算机与计算机间、终端与计算机间进行通信的设备所组成的计算机复合系统”。

从应用目的看，计算机网络可被定义为“以相互共享（硬件、软件和数据）资源方式而连接起来，且各自具有独立功能的计算机系统之集合”。

为了更好地理解计算机网络的定义，需要弄清计算机网络与多终端系统、分布式系统的区别。

1．计算机网络与多终端系统的区别传统的多终端系统是由一台中央处理机、多个连机终端及一个多用户操作系统（如多道批处理操作系统、分时操作系统或实时操作系统）组成。

在多终端系统中，无论主机上连接多少个终端或计算机，主机与其连接的终端或计算机之间都是支配与被支配的关系。

终端只是主机和用户之间的接口，它本身并不拥有系统资源，不具备独立的数据处理能力。

系统资源全部集中在主机上，数据处理也在主机上进行。

而计算机网络系统并不是以一台大型的主计算机为基础，而是以许多独立的计算机为基础。

每台计算机可以拥有自己的资源，具有独立的数据处理能力。

网络中的计算机可以共享网络中的全部资源。

9.4 帧中继网帧中继网络是目前局域网互联综合性能（可靠性、价格、传输速度、网络延时、响应时间、吞吐量、覆盖面等）最好的公共网络，可提供高达45Mbps的高速数据传输。

帧中继网络正在逐渐替代DDN网络，成为局域网互联的主要公共服务网络。

帧中继公共网络最早是在1992年在美国投入公共服务。

我国从1996年底由中国电信（现在的电信和网通）开始建设ChinaFRN，其一期主干网络于1997年6月建设完成，覆盖北京、上海、广州、沈阳、武汉、南京等21个省会城市，并在北京、上海和广州建立了国际出口，与其它国家的帧中继网络相连。

目前，经过8年的建设，我国的ChinaFRN已经延伸到几乎所有地级市，部分地区甚至延伸到县级市，覆盖面非常广泛。

9.4.1 帧中继网络的构造帧中继网络是由帧中继交换机组成的一个跨地域的大型网络。

帧中继网络的核心是帧中继交换机，是一个工作在链路层的网络设备。

帧中继交换机之间使用光纤连接，采用时分多路复用的方式提供多条虚电路。

图9.14帧中继由帧中继交换机组成的一个大型网络帧中继网络是一个分组交换网，在帧中继交换机之间传输的数据报是与局域网一样带有帧报头的数据帧。

帧中继数据帧的报头格式如图9.15所示：图9.15帧中继的报头格式帧中继报头的头一个字节是01111110的二进制序列，标明一帧数据的开始。

第二个字段是16位的地址字段，其中的DLCI地址占10位。

另外还有3个标志位，分别是向前拥挤标志位FECN、向后拥挤标志位BECN 和丢弃标志位DE。

DLCI地址是交换机识别虚电路使用的虚电路号（own Data Link Channel Identifier）。

帧中继交换机使用DLCI地址进行数据报转发的工作原理如图9.16所示：图9.16 帧中继交换机的工作原理帧中继交换机的与以太网交换机一样，拥有一个交换表。

数据报进入端口后，交换机从帧报头的地址字段取出DLCI地址，查交换表就可以得知应该向哪个端口转发。

计算机网络应用 帧中继简介随着专用通信网的传输速率明显提高，人们对通过局域网（LAN ）与局域网的互联接入广域网（WAN ）的要求也在迅速增长，因此对具有高速率、高可靠、适应性强及低成本的传输方式的需求很大。

当时X.25分组交换网虽然成本较低，但它的业务速率、网络时延、响应时间和吞吐量等方面均不能满足局域网（LAN ）远程互连的需求，因此出现了新的网络帧中继。

帧中继用于局域网的互联，是一种广域网技术。

它是在原有的模拟线路逐渐被数字光纤传输线路所代替，且用户终端智能化的情况下，在X.25分组交换技术的基础上发展而来的一种传输技术，它是一种先进的包交换技术和快速的分组通信方式。

其中，包交换技术 包括可变长数据包和统计多元技术两种。

帧中继的包交换技术可以使网络节点工作站动态共享网络介质和可用带宽，为跨越多个交换机和路由器的用户设备间的信息传输提供了快速和有效的方法。

帧中继技术以简化的方式传送数据，它将流量控制、纠错、重发等第三层（网络层）及更高层的功能转移到智能终端中，从而大大简化了节点机之间的网络资源。

因此，帧中继也被看作是简化的快速分组交换技术。

在其体系模型中舍去了X.25协议中定义的分组层，只采用物理层和数据链路层这样的二级简单结构，其结构模型如图6-14所示。

数据链路层（核心层）物理层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层帧中继OSI 参考模型图6-14 帧中继体系结构帧中继网络可以将分散在不同地理位置的网络连接起来，其网络结构可能是星型结构和网状结构两种。

其中，网状结构可以分为部分网状和全网状两种，如图6-15所示为其星型网络结构。

ATM 路由器ATM 路由器图6-15 帧中继网络星型结构连接在帧中继网络中，星型结构为最优选择，因为采用这种结构所使用的永久虚拟回路（PVC ）的数量最少，中心节点通过在一个接口上使用多个PVC 将多个分散的分支节点连接起来。

但该结构也存在各个分支节点之间通信需要经过中心节点进行中转的缺点。

计算机网络原理帧中继交换
帧中继（Frame Relay）是以分组交换技术为基础的高速分组交换技术。

它利用数字系统的低误码率和高传输速率的特点，为用户提供质量更高的快速分组交换服务，是一种用于连接计算机系统的面向分组的通信方法。

1．帧中继的基本原理
帧中继是X.25在新的传输条件下的发展，它对X.25协议进行了简化和改进。

帧中继省略了X.25中的分组层，即网络层，以链路层帧为基础，实现多条逻辑链路的统计复用和转换。

由于帧中继省略了网络层，避免了网络层的报文分组和重装的消耗，而且帧中继允许最大帧长在1K字节以上，取消了网络层分组长度的限制，这种灵活性也保证了网络的高吞吐量。

帧中继保留了X.25链路层的HDLC帧格式，但不采用HDLC的平衡链路接入规程LAPB（Link Access Procedure - Balanced），而是按照ISDN标准使用独立于用户数据信道的呼叫控制信令，即LAPD规程。

它能够在链路层实现链路的复用和转接，所以帧中继的层次结构中只有物理层和链路层。

与X.25相比，帧中继在操作处理上做了大量的简化。

帧中继不考虑传输差错问题，其中节点只做帧的转发操作，不需要执行接收确认和请求重发等操作，差错控制和流量控制均交由高层端系统完成，所以大大缩短了节点的时延，提高了网内数据的传输速率。

2．帧中继的应用
帧中继主要用在公共或专用网上的局域网互联以及广域网连接。

大多数公共电信局都提供帧中继服务，把它作为建立高性能的虚拟广域连接的一种途径。

帧中继是进入带宽范围从56Kbps到1.544Mbps的广域分组交换网的用户接口。

3、网络组成计算机网络从其构成的软硬件可以分为传输/交换设备、用户设备和网络软件。

传输/交换设备：线路设备、互连设备。

传输设备一般包括双绞线、同轴电缆和光纤等。

交换设备一般包括网桥、中继器、网关、交换机和路由器等。

·用户设备：主机、终端、服务器。

·网络软件：网络操作系统、网络协议软件、用户程序。

一个计算机网络可以从地域范围、拓扑结构、信息传输交换方式或协议、网络组建属性或用途等不同角度加以分类。

1、按地域范围分类从计算机系统之间互连距离和网络分布地域范围角度来看，分为三类。

•局域网LAN，约1千米；•城域网MAN，约10千米；•广域网W AN，约100千米以上。

2.按拓扑结构分类网络拓扑结构是从网络拓扑的观点来讨论和设计网络的特性。

也就是讨论网络中的通信节点和通信线路或信道的连接所构成的各种网络几何构形，用以反映出网络各组成成分之间的结构关系，从而反映了整个网络的整体结构外貌。

实际上，这儿考虑的得更多的是通信子网的拓扑结构问题。

一般地讲，通信子网可以设计成两种通信（信道）类型：点对点通信（Point-to-Point）广播通信（Broadcast）。

点对点信道：其特点是一条线路连接一对节点。

两台主机常常经过几个节点相连接。

信息的传输采用存贮转发方式。

这种信道成的通信子网常见的拓扑结构有：①星形，②树形，③回路形，④相交回路形，⑤全连接形，⑥不规则形式分布式。

如下图所示，图中圆点表示主机或交换设备。

广播信道：其特点是只有一条供诸结点共享的通信信道。

由这种信道构成的通信子网的拓扑结构可有三种形式：①总线性，②环形，③卫星或无线广播通信方式。

如下图所示。

3、按信息传输交换方式分类根据信息在网内传输交换方式，可分为：电路交换和存储转发交换。

而存储转发又可以分为报文交换和分组交换。

分组交换包括数据报交换和虚电路交换。

电路交换是通信双方建立一条物理连接后，数据沿着该连接到达目的地，数据传送时独享该连接；存储转发指数据被分成若干段，每段按照交换设备选定的路由独立地从源到目的地。