帧中继网基础理论

　　帧中继(FrameRelay)是一种网络与数据终端设备(DTE)的接口标准，是一种在OSI参考模型的物理层和数据链路层工作的高性能WAN协议，是典型的包交换技术。帧中继源于X.25分组交换技术，它是对X.25进行简化和改进后形成的一种快速分组交换技术。帧中继在控制面上提供虚电路的管理，带宽管理和防止阻塞等功能。与传统的电路交换相比，可以对物理电路实行统计时分复用，即在一个物理连接上可以复用多个逻辑连接，实现了带宽的复用和动态分配，有利于多用户、多速率数据的传输，充分利用了网络资源。

　　帧中继网络的主要特点

　　帧中继提供的是一种面向连接的传输服务：

　　在两个用户传输数据之前，就通过网络建立逻辑上的通路，这个通路称为虚电路。用户传输的数据将按照顺序通过网络到达终点，在网络终点不需要对数据重新排序。

　　无连接的网络服务和面向连接的网络服务：

　　①无连接的网络服务在传输之前不建立固定的连接，用户发送的数据可能会通过不同的路径到达终点，所以终点

　　接收到的数据顺序与发送的顺序可能不一致，需要重新排序，路由器搭建的网络就属于无连接的网络服务。

　　②面向连接的网络服务在数据传输前已建立了固定的连接，用户始终用这一通道传输数据，信息按顺序传送。

　　虚电路分为永久虚电路(PVC)和交换虚电路(SVC)两种：

　　PVC是永久建立的，由ISP在帧中继交换机上用静态交换表定义，不论用户是否进行传输，这条通路都一直存在。

　　SVC是临时建立的，它在传输前动态建立，在传输完成后就会断开。

　　说明：目前国内多使用永久虚电路(PVC)。

　　帧中继可提供超过承诺带宽的传输能力：

　　用户在ISP那里办理帧中继业务时，可根据自己的需要选择一个带宽，如：512K、1M、2M等，这个带宽为承诺带宽，是ISP为用户保证的基础带宽。但虚电路的传输能力采用的是动态的按需分配原则，在传输数据期间，网络会提供承诺的带宽，并根据当前的网络情况，允许一定的扩展，在用户没有数据发送时，虚电路仍可保持连接关系，但网络可以把设备的传输能力用作其它服务，所以虚电路不会独占网络的资源。

　　帧中继具有拥塞控制能力：

　　当网络发生拥塞时，帧中继交换机会向发送端和接收端的设备发送拥塞通知，要求设备降低发送速率。必要时，还会丢弃一些已经收到的数据包。

　　常见的网络交换技术

　　电路方式

　　电路方式是基于电话网电路交换原理，当用户要求发送数据时，交换机就在主叫用户和被叫用户之间接通一条物理的数据传输通路。特点是时延小、透明传输、信息传输吞吐量大；缺点是所占带宽固定，网络资源利用率低。

　　分组方式

　　分组方式是一种存储转发的交换方式。他是将需要传输的信息划分为一定的长度的包(分组)，以分组为单位进行存储转发的。特点是传输质量高、可靠性高、分组多路通信；缺点是时延比较大。

　　信元方式

　　信元方式(CellModel)是以信元为单位进行传送的一种技术，将信息切割成固定长度的信元，信元由两部分构成，及信元头和信元净荷；采用信元方式，网络不对信元的用户数据进行检查。特点是综合了分组交换和电路交换的优点、采用异步时分复用的方法。

　　SMDS方式

　　SMDS(SwitchedMultimegabitDataService交换型多兆比特数据业务方式)是一种高速的、无连接信元交换业务，SMDS的主要原理是将信息切割成固定长度(53个字节)的信元在网上传输，采用帧方式的类似机理，由端系统完成差错检查和重传的功能。

　　帧中继方式

　　帧中继方式是在OSI参考模型第二层，即数据链路层使用简化的方法传送和交换数据单元的一种方式。帧中继仅完成OSI物理层和链路层核心层的功能，将流量控制、纠错等留给智能终端完成，大大简化的节点之间的协议。帧中继采用虚电路技术，能充分利用网络资源，因此帧中继具有吞吐量高、时延低、适合突发性业务等特点。

　　术语

　　虚电路(VC):是两个DTE之间通过帧中继网络实现的连接，这种连接是逻辑连接。虚电路包括交换虚电路(SVC)和永久虚电路(PVC)两种。SVC是通过向网络发送信令消息动态建立的，而PVC是运营商预配置的电路。

　　数据链路连接标识符(DLCI):用于标识虚电路。DLCI不具有唯一性，仅具有本地意义，并且在虚电路的每一端可能不同。通常DLCI0-15和1008-1023留作特殊用途。因此，服务提供商分配的DLCI范围通常为16-1007。

　　说明：只有作为DCE一端的设备或者使用了子接口才能配置DLCI。在帧中继应用中，DCE端都被设置在ISP一侧，

　　用户的路由器属于DTE端，所以如果用户的路由器没有使用子接口，就不需要配置DLCI。

　　本地管理接口(LMI):是一种Keepalive(保持连接)的机制，提供了路由器(DTE)和帧中继交换机(DCE)之间的帧中继直接状态的检测服务。终端(DTE)设备每10s轮询一次网络，请求信道状态信息。

　　端口速率/接入速率：指线路的速度。

　　承诺信息速率(CIR)/保证速率：是服务提供商承诺将要提供的有保证的速率，一般为一段时间内(承诺速率测量间隔T)的平均值，其单位为bPS。

　　承诺突发信息速率(CBIR):协商的速率，高于CIR，用户可以利用它来实现短时间的突发传输。在可用网络带宽允许的情况下，CBIR允许流量突发到更高的速度，但不得超出链路的端口速率。

　　超额突发速率(EB):用于描述高于CBIR的可用带宽，最高为链路的端口速率。

　　前向显示拥塞通知(FECN)和后向显示拥塞通知(BECN)：分别由帧中继帧头中的一个比特控制。该比特让路由器知道网络出现拥塞，路由器应停止传输直至拥塞消除为止。BECN属于直接通知，FECN属于间接通知。

　　丢弃指示器(DE)：由帧中继帧头中的一个比特控制。当路由器检测到拥塞时，帧中继交换机将会首先丢弃那些DE位置设置为1的数据包。

　　帧中继帧格式

　　帧中继理论

　　说明：

　　①帧中继的封装有两种格式：Cisco和IETF，两种封装略有不同，不能兼容。

　　②Cisco设备默认的封装格式是Cisco，但也支持使用IETF，国内的帧中继线路多采用IETF。

　　标志(Flag)：标志一帧的开始和结束，值为01111110(0x7E)。

　　地址(Address)/帧中继头部：地址域，16位，用于帧的寻址。

　　数据链路连接标识(DLCI)：是一个由高、低两部分共10bit的数字，用于唯一标识一条虚电路。

　　命令/响应(C/R)：与高层应用有关，帧中继本身并未使用。

　　扩展地址(EA)：用于对地址字段进行扩展，值为0时表示下一字节，为1时表示地址结束。

　　前向显示拥塞通知(FECN)：FECN位置，值为1时用于通知接收方网络出现拥塞。

　　后向显示拥塞通知(BECN)：BECN位置，值为1时用于通知发送方网络出现拥塞。

　　丢弃指示器(DE)：DE位置，当值为1时表示当网络发生拥塞时该帧可被优先丢弃。

　　数据(DATA)：帧携带的数据，长度可变，一般不超过4096字节。

　　帧校验序列(FCS)：用于保存帧的CRC校验值。

　　帧中继映射

　　帧中继使用的地址是第2层地址，称为DLCI，当路由器通过帧中继网络要把IP数据包发到下一跳路由器时，它必须知道IP和DLCI的映射才能进行帧的封装。有两种方法可以获得该映射，一种是静态映射，由管理员手工配置；另一种是动态映射。默认时，路由器帧中继接口是开启动态映射的。

　　静态映射

　　静态映射的建立应由管理员根据网络需求而定。

　　命令：R1(config-if)#frame-relaymapipaddressdlci[broadcast][ietf][cisco]

　　如：R1(config-if)#frame-relaymapip1.1.12.2102broadcast

　　address：远程节点接口的IP地址。

　　dlci：本地接口的DLCI号。

　　broadcast：允许在VC上广播或组播，此参数允许在VC上使用动态路由协议。

　　ietf：在连接到非Cisco路由器时要使用该参数。

　　动态映射

　　动态地址映射依靠逆向ARP(InverseARP)将下一跳的网络协议地址解析为本地DLCI值。逆向ARP功能是从第2层地址中获取其它站点的第3层地址，它允许路由器自动建立帧中继映射。默认是开启的。

　　帧中继理论

　　①路由器R1从DLCI=102的PVC上发送IARP包，IARP包中有R1的IP地址1.1.12.1；

　　②帧中继云对数据包进行交换，最终把IARP包通过DLCI=201的PVC发送给路由器R2；

　　③由于路由器R2是从201的PVC上收到该IARP包，路由器R2就自动建立一个映射：1.1.12.1—→201；

　　④同样，路由器R2也发送IARP数据包，路由器R1收到该IARP包，也会自动建立一个映射：1.1.12.2—→102。

　　帧中继子接口

　　帧中继可以将一个物理接口分割为多个被称为子接口的虚拟接口。子接口是与物理接口直接关联的逻辑接口。帧中继子接口有两种类型：点到点和多点。

　　点到点子接口

　　一个点到点子接口只和一个远程路由器的物理接口或子接口建立虚电路，子接口和对端接口组成一个物理网络。

　　在点到点类型中，每个子接口的工作与点到点接口类似，每条虚电路都相当于一个物理连接，路由更新流量不遵循水平分割规则，路由器可以通过广播来播发各种消息，也可以转发路由更新，所以在这种连接中可以使用各种路由协议来生成路由表。

　　多点子接口

　　一个多点子接口可以和多个远程路由器的物理接口或多个子接口建立虚电路，多点子接口和各个对端接口共同组成一个物理网络。在多点类型中，多点子接口的工作与NBMA帧中继接口类似，多条虚电路连接的是同一个子网，路由更新流量遵循水平分割规则，路由器不转发它接收的广播和路由更新消息，所以在这种环境中使用路由协议时，需要进行特殊的设置才能保证路由协议的正常运行。默认时多点子接口水平分割时开启的。

　　帧中继网具有以下特点：

　　(1)采用公共信道信令。承载呼叫控制信令的逻辑连接和用户数据是分开的。例如，AnsiT1．603和ITU—T附件A都以DLCI=0作为信令信道。逻辑连接的复用和交换发生在第二层，从而减少了处理的层次。

　　(2)简化机制。帧中继精简了x．25协议，取消第二层的流量控制和差错控制，仅由端到端的高层协议实现。对用户一网络接口以及网络内部处理的功能大大简化，从而得到了低延迟和高吞吐率的性能。帧中继对帧进行简单处理，然后转发，处理功能包括：检验帧头中DLCI是否有效，有效则传帧，无效则删除；检验帧是否正确，正确则传帧，错误则删除。因此它是一种检而不纠的传丢机制。

　　(3)采用高速虚电路。帧中继取消了第三层，将复用移交到第二层，在一条物理连接上建立多条二层逻辑信道，实现了带宽的统计复用和动态分配，从而提高了效率和吞吐量，降低了时延。

　　(4)大帧传送，适应突发。FR的帧长度远比x．25分组长度大，使用大帧传送、帧长可变，交换单元(帧)的信息长度比分组交换长，达1024～4096字节，预约帧长度至少达到1600字节，适合于封装局域网的数据单元，适合传送突发业务(如压缩视频业务、www业务等)。

　　(5)硬件转发，超速传送。DLCI是一种标签，短小定长，便于硬件高速转发。

　　更多详细内容，尽在编程学习网教育，我们期待您的咨询！