交换和路由第13章建立帧中继网络

1、第十三章 建立帧中继网络本章主要内容ø帧中继组件和术语ø帧中继的地址映射ø帧中继的信号ø帧中继的子接口ø如何配置帧中继怎样学习本章：帧中继网络是一个比较“古老”的广域网技术，脱胎于“X.25”网络，现在还在很多网络中得到应用。虽然技术有些“古老”，而且我们学习它未必一定会在实际工作中配置管理它，但它的设计思想和通信方式仍是需要我们掌握的。因此对帧中继网络的了解也是每个网络工程师技能树上必须的一环。这章涉及的新概念较多，理解也有点难度，所以更要注意课前预习。在课程设计上我们努力遵循由浅入深的原则，以期望让读者更好地理解。13.1、帧中继概述帧中继

2、是ITU-T和美国国家标准委员会的标准，它定义了通过公用数据网络（PDN）发送数据的过程。帧中继是一种面向连接的数据链路技术，这项技术经过改进可以提供更好的性能和更高的效率。帧中继随纠错的高层协议、更加可靠的光纤技术和数字网络技术而发展。帧中继定义了用户路由器与服务提供商的本地访问交换设备间的互相连接过程。它并不定义数据在服务提供商的帧中继云团内部如何传送，如图13.1.1所示。图13.1.1帧中继为每一对数据终端设备（DTE）分配连接标识符，从而提供了一种使多个逻辑数据会话（称为虚电路）多路复用一条物理传输链路的方法。服务提供商的交换设备构造了一个表，把连接标识映射到它的出站端口上。当接收到

3、一个帧时，交换设备分析连接标识符并把该帧发送到相关的出站端口上。到目的地的完整路径在第一帧发送前建立。帧中继的核心工作在OSI参考模型的第二层，如图13.1.2所示。图13.1.2支持点对点环境的相同物理串行连接也支持到服务提供商的帧中继连接。CISCO路由器支持下面的串行连接： EIA/TIA-232 EIA/TIA-449 V.35 X.21 EIA/TIA-530因为工作在数据链路层，所以帧中继封装来自OSI协议体系上层的信息。例如，IP数据流将被封装成能在一个帧中继链路上传递的适当格式的帧。13.11、帧中继组建和术语帧中继和其他大多数WAN服务一样，有和它相关的专用术语。为了理解帧中

4、继的运作和配置，需要熟悉这些术语。图13.1.3显示了一些帧中继组件和术语，其后将详细介绍这些内容。图13.1.3下面定义了一些讨论帧中继时常用的术语： 本地访问速度：到帧中继云团的连接（本地回路）的时钟速度（端口速度）。这是数据传输在不考虑设置其他因素影响时进出网络的速度。 虚电路（VC）：为保证两个网络设备间通信而创立的逻辑电路。虚电路可以是一个永久虚电路（PVC）也可以是交换式虚电路（SVC）。 PVC：建立的永久性虚电路。在特定电路存在的情况下，PVC一直保持电路建立和电路拆除相关的带宽。 SVC：动态地按需建立、并在传送结束后拆除的虚电路。SVC常用于零星传递数据的业务中。 数据链路

5、连接标识符（DLCI）：标识路由器和帧中继交换设备之间逻辑电路的数字。帧中继交换设备在创建PVC的每一对路由器之间映射DLCI。在标识符引用本地路由器与连接它的帧中继交换设备之间的这个点时，DLCI具有本地意义。 被提交信息速率（CIR）：服务提供商担保可用该速度传递数据，它以每秒的比特数衡量。 反向地址解析协议（RARP）：包网络层地址和DLCI动态对应的方法，它允许路由器发现与VC相关联的设备的网络地址。 本地管理接口（LMI）：路由器和帧中继交换设备间的信号标准，它可以用来管理设备间的连接和维护设备间的状态。 前向显式阻塞通告（FECN）：当一个帧中继交换设备意识到网络发生拥挤时，它就设

6、置帧中继包的FECN位并向前传给目的设备，指出阻塞已经发生了。 后向显式阻塞通告（BECN）：当一个帧中继交换设备意识到网络发生了拥挤，它就设置帧中继包的BECN位并反向传回源路由器，以指示路由器减慢它发送数据包的速率。13.1.2、帧中继连接的地址映射和LMI信号帧中继虚电路允许一个位置被连接到多个远程位置上。为了让一个路由器能达到远程位置，它必须知道连接到每一个VC上的IP地址。DLCI标识了每一个VC，为了知道连接到每一个VC上的IP地址，在这些组件之间必须有映射，就像图13.1.4一样。图13.1.4在CISCO路由器中，地址可以用反向ARP动态地映射，反向ARP为特定连接把一个给定D

7、LCI和下一跳协议地址连接起来。这样路由器可以更新映射表，并把表中的信息用于路由数据包。如果不用反向地址ARP来把DLCI映射到网络层地址，也可以手工地在映射表中配置静态帧中继映射。本地管理接口（LMI）包括几种路由器和帧中继交换设备间的信号标准，它可用来管理连接和维护设备间的状况。LMI包括支持保留（keeplive）机制、多点传送机制和状态机制。LMI通过预定义的DLCI编号，依据正在使用的LMI类型进行交换。图13.1.5显示了LMI怎样被用来维护路由间的PVC状况。保留状态在交换设备和路由间变换，并给出PVC的状态。注意，DLCI500的PVC是活动的，而DLCI400的PVC是不活动

8、的。图13.1.5虽然LMI类型是可配置的，但从发行版11.2开始，CISCO路由器试图自动感知帧中继交换设备正在使用的LMI类型，方法是发送一个或多个全状态请求到帧中继交换设备。帧中继设备将回应一个或多个LMI类型，路由器使用接收到的最新LMI类型配置自己。路由器将感知到三种LMI类型： CISCO：由CISCO、stratacom、northern telecom和digital equipment corporation联合定义的LMI类型。 ANSI：由ANSI标准T1.617数D定义。 Q933a：ITU=T Q-933附件A管理员可以利用三种支持类型建立到帧中继网络的连接，并且手工

9、配置合适的LMI类型以保证帧中继正常地运作。当路由器接收到LMI信息时，将更新它的VC状态，使之成为下面三种状态之一： 活动状态：指出连接是活动的，路由器可以交换数据。 非活动状态：指出到帧中继交换设备的本地连接正在工作，但到帧中继交换设备的远程路由器的连接不在工作。 删除状态：指出没有从帧中继交换设备上接收到LMI，或者路由器和帧中继交换设备间没有服务。当路由器接口初始化时，启动一个交换设备通信的进程，该进程初始化通信链路，通过反向ARP映射远程IP地址。下面将显示接口如何初始化。图13.1.6显示该进程的开始，其后的内容描绘了图中编号的步骤。图13.1.6第一步：每个路由器通过一个信道服务

10、单元/数据服务单元（CSU/DSU）连接到帧中继交换设备。第二步：当一个路由器接口上配置好帧中继后，路由器向帧中继交换设备发送一条状态询问消息。该消息向交换设备表明路由器状态并询问路由器VC的连接状态。第三步：当帧中继交换设备收到查询后，它回应一条状态信息，该信息包括能发送数据的本地路由器到远程路由器PVC的本地DLCI。第四步：每个路由器向每个活动的DLCI发送一个反向的ARP数据包介绍自己。图13.1.7继续该进程，它显示了一个地址如何通过反向ARP映射到DLCI上。接下来描述了图中编号的步骤。图13.1.7第五步：当路由器接收到一条反向ARP消息时，就在它的帧中继映射表中建立一条映射条目

11、，它包括了本地DLCI和远程路由器的网络层地址。请注意该DLCI是路由器的本地DLCI，而不是远程路由器正在使用的DLCI。三种可能的连接状态出现在帧中继映射表中：活动的，非活动的和删除的。如果反向ARP不工作或者远程路由器并不支持反向ARP，则必须配置静态映射（DLCI和IP地址）。第六步：每60秒路由器在所有的活动DLCI上发送反向ARP消息。第七步：每10秒路由器和交换设备交换LMI信息。路由器基于从帧中继交换设备传回来的响应改变每一个DLCI的状态。13.2、配置帧中继连接为了将路由器配置成能在帧中继环境中工作，必须首先使路由器的串行接口启动帧中继封装。为此，可能有几项需要配置。最简单

12、的方式下，帧中继仅仅是说明封装的过程，但它可能需要配置许多选项。下面详细介绍如何配置一个CISCO接口，使之在帧中继环境中运行。13.2.1、基本配置命令例13.2.1和例13.2.2是图13.2.1显示的路由器的基本帧中继配置。图13.2.1例13.2.1 基本帧中继配置Router(config)#interface Serial1Router(config-if)#ip address 10.16.0.1 255.255.255.0Router(config-if)#encapsulation frame-relayRouter(config-if)#bandwidth 64例13.2.

13、2 设置LMI类型Router(config)#interface Serial1Router(config-if)#ip address 10.16.0.2 255.255.255.0Router(config-if)#encapsulation frame-relayRouter(config-if)#bandwidth 64Router(config-if)#frame-relay lmi-type ansi假设在一个或多个物理接口上配置帧中继，并且假设远程路由器支持LMI和反向ARP。在这种环境中，LMI通知有效DLCI的路由器。使用下面的步骤配置基本的帧中继：第一步：选择接口并进入接

14、口配置模式。第二步：配置一个网络层地址，如一个IP地址。第三步：选择用于封装端到端数据通信的帧中继封装类型，命令格式如下所示：Router(config-if)#encapsulation frame-relay cisco|ietf默认封装类型是CISCO，如果要连接到另一个CISCO路由器，使用CISCO选项。如果连接到一个非CISCO路由器，使用IETF选项。第四步：如果正在使用CISCO IOS发行版11.1或更早的版本，使用下面的命令指定帧中继交换设备使用的LMI类型：Router(config-if)#frame-relay lmi-typeansi|cisco|q933a默认的L

15、MI类型是CISCO。如果IOS发行版本11.2或者更新的版本，默认情况下LMI类型是自动感知的，所以不需要配置。第五步：使用下面的命令为链路配置带宽：Router(config-if)#bandwidth kilobitsBandwidth命令通过某些协议，如IGRP协议影响路由选择的运作。E1/T1串行线路和更低速度线路的默认值是56。第六步：如果反向ARP被禁止了，需重新启动。反向ARP默认情况下是可用的。要重新启用反向ARP，使用下面的命令：Router(config-if)#frame-relay inverse-arp protocoldlci选项protocol是指可支持的协议，

16、包括IP、IPX、APPLETALK、DECNET、VINES和XNS。DLCI选项指出本地接口上的DLCI编号，该接口用来交换反向ARP消息。可接受的编号是16-1007之间的整数。13.2.2、为路由器配置静态映射如果远程路由器不支持反向ARP，或使用路由选择时想要控制广播流量，就必须静态地定义地址到DLCI表的映射，这些静态表项称为静态映射。图13.2.2显示了静态帧中继映射的一个可能的帧中继网络。图13.2.2要为图13.2.2中的HQ路由器配置静态映射，应该键入如例13.2.3所示的配置命令。例13.2.3 把HQ路由器配置成静态映射Router(config)#interface

17、Serial1Router(config-if)#ip address 10.16.0.1 255.255.255.0Router(config-if)#encapsulation frame-relayRouter(config-if)#bandwidth 64Router(config-if)#frame-relay map ip 10.16.0.2 110 broadcast当需要静态将网络层地址映射到DLCI时，可以使用frame-relay map命令。语法如下：Router(config-if)#frame-relay map protocol protocol-address d

18、lcibroadcastietf|ciscopress packet-by-packet其中： protocol定义了支持的协议、网桥或逻辑链路控制。 protocol-address定义了目的路由器接口的网络层地址。 DLCI定义了用于连接到远程协议地址的本地DLCI。 Broadcast是一个可选参数，它指出通过VC传送广播和组播。它允许在VC上使用动态路由选择协议。 IETF|CISCO启用IETF或CISCO封装。 Ppress packet-by-packet是一个可选的参数，启用STAC方法进行逐包地有效负载压缩，这是CISCO专有的压缩方法。在配置好帧中继后，利用show命令可以

19、验证连接是活动的。Show interface命令显示有关封装和第一层及第二层的状态信息。它也显示配置了串行接口的帧中继上使用的DLCI信息和本地管理接口上使用的LMI DLCI信息。例13.2.4显示了show interface命令的一些示例输出。例13.2.4 show interface显示帧中继连接状态和信息Router#show interface s0Serial0 is up, line protocol is upHardware is HD64570Internet address is 10.140.1.2/24MTU 1500 bytes, BW 1544 Kbit,

20、DLY 20000 usec, rely 255/255, load 1/255Encapsulation FRAME-RELAY, loopback not set, keepalive set (10 sec)LMI enq sent 19, LMI stat recvd 20, LMI upd recvd 0, DTE LMI upLMI enq recvd 0, LMI stat sent 0, LMI upd sent 0LMI DLCI 1023 LMI type is CISCO frame relay DTEFR SVC disabled, LAPF state downBro

21、adcast queue 0/64, broadcasts sent/dropped 8/0, interface broadcasts 5Last input 00:00:02, output 00:00:02, output hang neverLast clearing of "show interface" counters neverQueueing strategy: fifoOutput queue 0/40, 0 drops; input queue 0/75, 0 drops<Output omitted>带有底纹的行显示接口Serial1的L

22、MI类型。Show frame-relay lmi命令显示LMI通信量统计数据。例如，例13.2.5中带底纹的部分，show frame-relay lmi显示了本地路由器和帧中继交换设备间的状态消息数。例13.2.5 show frame-relay lmi显示LMI通信量统计数据Router#show frame-relay lmiLMI Statistics for interface Serial0 (Frame Relay DTE) LMI TYPE = CISCO Invalid Unnumbered info 0 Invalid Prot Disc 0 Invalid dummy

23、 Call Ref 0 Invalid Msg Type 0 Invalid Status Message 0 Invalid Lock Shift 0 Invalid Information ID 0 Invalid Report IE Len 0 Invalid Report Request 0 Invalid Keep IE Len 0 Num Status Enq. Sent 113100 Num Status msgs Rcvd 113100 Num Update Status Rcvd 0 Num Status Timeouts 0Show frame-relay pvc命令显示每

24、一个配置好的连接状态和通信量统计数据。这个命令也可用于查看路由器接收到的前向显示阻塞通告（FECN）和后向显示阻塞通告（BECN）数据包数目。PVC STATUS可能是活动的、非活动的或是已删除的。例13.2.6显示了Show frame-relay pvc命令的典型输出。例13.2.6 Show frame-relay pvc显示帧中继连接和通信量统计数据Router#show frame-relay pvc 100PVC Statistics for interface Serial0 (Frame Relay DTE)DLCI = 100, DLCI USAGE = LOCAL, PVC

25、 STATUS = ACTIVE, INTERFACE = Serial0input pkts 28 output pkts 10 in bytes 8398out bytes 1198 dropped pkts 0 in FECN pkts 0in BECN pkts 0 out FECN pkts 0 out BECN pkts 0in DE pkts 0 out DE pkts 0out bcast pkts 10 out bcast bytes 1198pvc create time 00:03:46, last time pvc status changed 00:03:47如果键入

26、show frame-relay pvc命令，将可以看见路由器上配置的所有PVC的状态。如果键入特定的PVC，将只能看见该PVC的状态。在例13.2.6中，show frame-relay pvc 100只显示PVC100的状态。要显示关于连接的当前映射条目和信息，使用show frame-relay map命令。这个命令可以查看配置的静态映射条目，也可以用于查看路由器获知的那些反向ARP条目。例13.2.7显示了show frame-relay map命令的典型输出。例13.2.7 show frame-relay map显示帧中继连接映射条目信息Router#show frame-rela

27、y mapSerial0 (up): ip 10.140.1.1 dlci 100(0x64,0x1840), dynamic, broadcast, status defined, active下面解释出现在例13.2.7中的帧中继DLCI编号： 100是十进制的DLCI编号 0x64是这个编号的十六进制值。要清除动态创建的帧中继映射，需要使用clear frame-relay-inarp特权EXEC命令。例13.2.8显示了clear frame-relay-inarp特权EXEC命令的典型输出。Show frame-relay map命令验证该映射已经被清除了。例13.2.8 clear

28、 frame-relay-inarp清除动态创建的帧中继映射Router#clear frame-relay-inarpRouter#sh frame mapRouter#Debug frame-relay lim命令可以检验并排除帧中继连接故障。使用这个命令可以确定路由器和帧中继交换设备是否在正确地发送和接收LMI数据包。例13.2.9显示了debug frame-relay lmi命令的典型输出。例13.2.9 debug frame-relay lmi检验并排除帧中继连接故障Router#debug Frame lmiFrame Relay LMI debugging is onDisp

29、laying all Frame Relay LMI dataRouter#1w2d: Serial0(out): StEnq, myseq 140, yourseen 139, DTE up1w2d: datagramstart = 0xE008EC, datagramsize = 131w2d: FR encap = 0xFCF103091w2d: 00 75 01 01 01 03 02 8C 8B1w2d:1w2d: Serial0(in): Status, myseq 1401w2d: RT IE 1, length 1, type 11w2d: KA IE 3, length 2,

30、 yourseq 140, myseq 1401w2d: Serial0(out): StEnq, myseq 141, yourseen 140, DTE up1w2d: datagramstart = 0xE008EC, datagramsize = 131w2d: FR encap = 0xFCF103091w2d: 00 75 01 01 01 03 02 8D 8C1w2d:1w2d: Serial0(in): Status, myseq 1421w2d: RT IE 1, length 1, type 01w2d: KA IE 3, length 2, yourseq 142, m

31、yseq 1421w2d: PVC IE 0x7 , length 0x6 , dlci 100, status 0x2 , bw 0（out）是路由器发送的一个LMI状态消息。（in）是从帧中继交换设备接收的一个消息。Type 0是一个全LMI状态消息。TYPE 1是一个LMI交换。DLCI100、STATUS 0x2说明DLCI100的状态是活动的。下面列举的是这个状态域可能的值： 0x0：增加的/非活动的。意味着交换设备有这个被编程的DLCI，但因为某种原因它不可以用。 0x2：增加的/活动的。意味着帧中继交换设备有这个DLCI并且一切都可操作。可以发送报头中带有DLCI的数据帧业务。

32、0x4：已删除的。意味着帧中继交换设备没有这个面向路由器的被编程DLCI，但该DLCI过去曾被编程。这可能是因为该DLCI在路由器上被保留了，或者对应的PVC正好被服务提供商从帧中继云团中删除了。13.3、配置帧中继子接口图13.3.1显示了帧中继拓扑图的种类：图13.3.1 星型拓扑：也被称作中枢-辐射线（huband-spoke）配置，星型拓扑是最流行的帧中继网络拓扑。在这种拓扑中，远程站点连接到一个中心站点，该中心站点通常提供服务或应用。这是花费最少的拓扑，因为需要最少的PVC。在这种情况下，中心路由器提供多点连接功能，因为它一般使用单个接口互联多个PVC。 全网状拓扑（FULL-MES

33、H）：所有的路由器到所有其他的目的路由器有虚电路。这种拓扑提供一站点到所有其他站点的直接连接并允许冗余，当然花费会很大。当一条链路停掉后，路由器可以通过另一个站点找到新的路由路径。随着这种拓扑中的节点数的增多，全网状拓扑可能变得非常昂贵。 部分网状拓扑：并非所有的站点到其他所有站点有直接访问路径。依据网络上的实际数据流情况，对于有大量数据流要求的远程站点，可能需要有附加的PVC连接。13.3.1、帧中继非广播多点访问可到达性问题不管在哪种拓扑结构中，当一个接口不必须被互联到多个站点时，可能因为帧中继的非广播多点访问（NBMA）特性而遇到可到达性问题。因为一个接口连接到云团上并映射到许多其他的站

34、点，所以把该云团称为多点访问。因为帧中继交换设备并不把来自一个DLCI的广播包复制到所有的DLCI上，所以它被称为非广播的。在一个接口上运行多PVC的帧中继，首要的问题是带分支的水平连接。图13.3.2显示为什么帧中继默认的NBMA可能带来的问题。图13.3.2默认情况下，帧中继网络在远程站点之间提供NBMA连接性能。在可路由网络中，这种NBMA性能意味着虽然所有位置可以被配置成可通过云团到达每一个其他的位置，但一个位置接收到的路由更新广播也许不能传给所有的位置，这是因为帧中继接口采用带分支的水平连接来减少路由选择回路的数目。带分支的水平连接减少路由选择回路的方法是不允许一个接口上接收到的路由

35、更新信息在同一个接口转发。结果是，如果一个远程路由器发送一条更新信息到总部路由器，这个总部路由器只用一单个物理接口连接多个PVC，因而它将不能把这个广播通过同样一个接口发给其他的远程路由器，即使他们使用不同PVC也是如此。如果一个物理接口上只有一个PVC，广播是不会有问题的，因为这是另一种点对点连接类型。一个接口支持多点连接这类路由器的另一个问题是：当多个DLCI终端接在一个路由器上时，路由器必须为每个接到远程路由器的DLCI复制路由选择更新和服务通告更新信息。这种更新可能消耗访问链路带宽并引起很大的用户数据流延时，这种更新还可能消耗接口缓冲区，并导致用户数据和路由选择更新信息更高的丢包率。广

36、播包的数据量和端接于每个路由器的VC数目，应该在设计帧中继网络阶段进行评估。内部操作的数据流，例如路由器选择更新信息可以影响关键用户数据表的传送。当传送的路径是低带宽（56kbps）的链路时，这种情况更加明显。13.3.2、用子接口配置解决帧中继NBMA可到达性问题解决由带分支的水平连接带来的可到达性问题的最简单方法，可能就是关闭带分支的水平连接。然后这种解决方法存在两个问题： 并非所有的网络层协议允许关闭带分支的水平连接。 关闭带分支的水平连接增加了在网络中发生路由选择回路的可能性。对于每一种协议，关闭带分支的水平连接的方法是不同的。为了关闭带分支的水平连接，可查找正在使用的路由器选择协议的命令。在帧中继网络中要启用广播路由选择更新信息的传递，可以使用称为子接口的逻辑分配接口配置路由器。子接口是一个物理接口的逻辑部分。在带分支的水平连接路由选择环境中，一个接口收到的路由选择更新信息可以发给另一个子接口。在子接口配置中，每一个VC可以被配置成点对点连接，这可使子接口相当于一条租用线路的功能。图13.3.3显示子接口如何逻辑地映射到每一个虚电路。可配置子接口以支持下面的连接类型：点对点连接：单一子网用来建立一个至另一个远程路由器的物理接口或子接口的PVC连接。在这种情况下，接口是在一个相同的子网内，并且每一个接口具