(描述帧中继的历史

1、目标l描述帧中继的历史。l描述帧中继是如何工作的。l描述帧中继的主要功能特性。l描述帧中继网络的实现。l描述帧中继的帧格式。第10章帧 中 继10.1 简 介帧中继（Frame Relay）是一个高性能的WAN协议，它运行在OSI参考模型的物理层和数据链路层上。帧中继最初设计用于跨越综合业务数字网（ISDN）接口。而在当今，它也用于跨越其他各类网络接口。本章集中讨论帧中继的规范以及在WAN环境中的应用程序。帧中继是包交换技术的一个例子。包交换网络使得终端站可动态共享网络介质和可用的带宽。包交换技术使用了下列两种技术：l可变长数据包l静态多路复用可变长数据包用于更高效和灵活的数据传输。这些数据包

2、在网络中不同网段间交换，直至到达目的地。静态多路复用技术控制包交换网络中的网络访问。该技术的优点在于它适应更高效和更灵活地利用带宽。目前大多数流行的LAN都是包交换网络，例如以太网和令牌环。帧中继经常被描述为X.25的最新版本，它提供了一些加强的性能，例如在X.25中所提供的窗口操作和末尾数据的重传。这是因为帧中继通常在WAN设备之操作，这些设备提供了更可靠的连接服务，其可靠性比上个世纪70年代末、80年代初用于X.25广域网的公共平台的设备更高一些。如前所述，帧中继是一个严格的第2层协议组，而X.25在第3层（网络层）提供服务。这就使得帧中继可以提供比X.25更高的性能和传输效率，并使得它更

3、适合目前的WAN应用程序，例如LAN之间的互连。帧中继的标准化最初的帧中继标准化建议是由国际电报电话咨询委员会（CCITT）于1984年提出的。不过，由于缺乏互操作性和尚未完全标准化，帧中继并没有在上个世纪80年代末期得到广泛的部署。帧中继历史上的一个重大发展发生在1990年，这一年Cisco、数字设备公司（DEC）、北方电信和StrataCom形成了一个专注于帧中继技术发展的联盟。该联盟开发了一个符合基本帧中继协议（当时CCITT正在讨论它）的规范，但是它可以为复杂的网络互连环境提供附加的性能，从而扩展了该协议。这些帧中继扩展总体上被称为本地管理接口（LMI）。自从该联盟的规范被开发和公布之

4、后，很多厂商声明了他们对这个扩展的帧中继定义的支持。ANSI和CCITT也相继对他们自己的有关最初LMI规范的变体进行了标准化，并且目前这些经过标准化的规范比最初的版本要更加通用。在国际上，帧中继由国际电信联盟电信标准组进行了标准化。而在美国，帧中继是一个美国国家标准化组织（ANSI）标准。10.2 帧中继设备连接在帧中继广域网上的设备分为下列两种通用的类型：l数据终端设备（DTE）；l数据电路端接设备（DCE）。DTE通常被认为是一个特殊网络的端接设备，并且一般位于客户的面前。实际上，DTE可能为客户所拥有。DTE设备的例子包括终端、个人计算机、路由器和网桥。DCE是运营商所拥有的网络互连设

5、备。DCE设备的目的是在网络中提供计时和交换服务，它们实际上是通过WAN传输数据的设备。在大多数情况下，DCE设备为包交换机。图10-1显示了这两类设备之间的关系。图10-1 DCE通常位于运营商操作的WAN内DTE设备和DCE设备之间的连接包括物理层组件和链路层组件。物理层组件定义了设备之间连接的机械、电气、功能和规程上的规范。最常用的一个物理层接口规范是RS-232标准。链路层组件定义了在诸如路由器的DTE设备和诸如交换机的DCE设备之间建立连接的协议。本章讨论了用于WAN连网的一个常用协议规范：帧中继协议。10.3 帧中继虚拟电路帧中继提供了面向连接的数据链路层通信。这意味着在每一对设备

6、之间存在着已定义好的通信，并且这些连接与一个连接标识符相关联。通过使用帧中继虚拟电路可实现这种服务，帧中继虚拟电路是在跨越帧中继包交换网络（PSN）的两台数据终端设备（DTE）之间创建的一个逻辑连接。虚拟电路提供了从一台DTE设备到另一台DTE设备的双向通信路径，并且被一个数据链路连接标识符（DLCI）惟一地标识。一定数量的虚拟电路可以被多路复用为跨越网络进行传输的单个物理电路。该性能通常可以减少连接多台DTE设备所需的设备和网络的复杂性。用虚拟电路可以穿越位于帧中继PSN内的任意数量的中间DCE设备（交换机）。帧中继虚拟电路分为两类：交换式虚拟电路（SVC）和永久虚拟电路（PVC）。交换式虚

7、拟电路交换式虚拟电路（SVC）是临时的连接，它用于只要求在DTE设备之间有少量数据传输穿越帧中继网络的情形。穿过SVC的通信会话包括下列4种运行状态：l呼叫建立建立两台帧中继DTE设备之间的虚拟电路。l数据传输通过虚拟电路在DTE设备之间传输数据。l空闲DTE设备之间的连接仍然活动，但是没有数据传输。如果一个SVC保持空闲状态达到了预定义时间期限，则呼叫可以被终止。l呼叫终止DTE设备之间的虚拟电路被终止。虚拟电路被终止之后，如果还有另外的数据需要交换，则必须建立一个新的SVC。将使用ISDN中所用的同样信令协议来建立、维护和终止SVC。只有很少的帧中继DCE设备厂商支持交换式虚拟电路连接。因

8、此，在目前的帧中继网络中，实际的SVC连接部署很少。SVC在以前没有得到帧中继设备的广泛支持，但现在它已经成为了标准。很多公司发现SVC最终还是非常省钱的，因为电路并不总是打开的。永久虚拟电路永久虚拟电路（PVC）是永久建立的连接，它用于在跨越帧中继网络的DTE设备之间进行频繁且稳定的数据传输。穿过PVC的通信不需要SVC使用的呼叫建立和终止状态。PVC始终在下列两种运行状态之一中操作：l数据传输通过虚拟电路在DTE设备之间传输数据。l空闲DTE设备之间的连接仍然活动，但是没有数据被传输。与SVC不同，当PVC处于空闲状态时，无论如何它都不会被终止。由于电路是永久建立的，因此不管何时DTE设备

9、就绪，它们都可以开始传输数据。数据链路连接标识符帧中继虚拟电路被数据链路连接标识符（DLCI）所标识。DLCI值一般由帧中继服务提供商（例如电话公司）进行分配。帧中继DLCI具有本地意义，这表明DLCI值在LAN中是惟一的，而在帧中继WAN却不一定如此。图10-2示例了在一个帧中继WAN内两台不同的DTE设备可以被分配给同样的DLCI值。图10-2 单个帧中继虚拟电路可以在虚拟电路（VC）的每一端被分配不同的DLCI10.4 拥塞控制机制帧中继通过实现简单的拥塞通知机制，而不是显式的、每条虚拟电路流控制来降低网络开销。帧中继通常在可靠的网络介质上实现，又因为流控制被留给较高层协议，因此它不会牺

10、牲数据完整性。帧中继实现了两类拥塞通知机制：l前向显式拥塞通知（FECN）l后向显式拥塞通知（BECN）FECN和BECN都被包含在帧中继帧头部中的单个比特所控制。帧中继的帧头部同时还包括一个丢弃合格（DE）比特，它用于识别在拥塞时可以被丢弃的不重要流量。FECN比特是帧中继帧头部地址字段的一部分。当一台DTE设备向网络发送帧中继的帧时，FECN机制就会被启动。如果网络发生拥塞，DCE设备（交换机）将帧的FECN比特的值设置为1。当帧到达目的DTE设备时，地址字段（利用FECN比特的设置）指出这些帧在从源到目的站的路径中经历了拥塞。DTE设备可以将该信息转发到较高层协议，以便进行处理。依据实现

11、的不同，可能会启动流控制，或者忽略该指示信息。BECN比特是帧中继帧头部地址字段的一部分。DCE设备将帧中的BECN比特的值设置为1，这些帧与设置了FECN比特的帧反向而行。这就会通知接收的DTE设备：穿过网络的一个特定路径发生了拥塞。接着，DTE设备可以将该信息转发到一个较高层协议，以便进行处理。依据实现的不同，可能会启动流控制，或者忽略该指示信息。帧中继的丢弃合格（DE）丢弃合格（Discard Eligibility，DE）比特用于指出一个帧比其他帧具有较低的重要性。DE比特是帧中继帧头部地址字段的一部分。DTE设备可以设置一个帧的DE比特的值为1，从而指出该帧比其他帧具有较低的重要性。

12、当网络变得拥塞时，DCE设备将会在丢弃未设置DE比特的帧之前，先行丢弃那些已设置了DE比特的帧。这会降低拥塞期间关键数据被帧中继DCE设备丢弃的可能性。帧中继的错误校验帧中继使用一个被称为循环冗余校验（CRC）的普通错误校验机制。在数据从源传输到目的站的期间，CRC比较两个已计算出的数值以确定是否有错误发生。帧中继实现了错误校验（error checking）而不是错误纠正（error correction），这样就降低了网络开销。帧中继通常实现在可靠的网络介质之上，又因为错误纠正可留给运行在帧中继之上的较高层协议实现，因此它不会牺牲数据完整性。10.5 帧中继的本地管理接口本地管理接口（LM

13、I）是对于基本的帧中继规范的一系列增强。LMI是由Cisco、StrataCom、Northern Telecom和数字设备公司于1990年开发出来的。它提供了管理复杂互连网络的很多特性（称为扩展）。关键的帧中继LMI扩展包括全局寻址、虚拟电路状态消息和多播（multicasting）。LMI的全局寻址扩展提供了全局而非本地意义的帧中继数据链路连接标识符（DLCI）值。DLCI值成为在帧中继WAN中惟一的DTE地址。全局寻址扩展为帧中继互连网络增加了功能特性和可管理性。例如，可以利用标准的地址解析和发现技术来标识单独的网络接口和连接在其上的终端节点。另外，整个帧中继网络似乎是一个路由器在其外围

14、的典型LAN。LMI的虚拟电路状态消息在帧中继DTE和DCE设备之间提供了通信和同步。这些消息用于定期报告PVC的状态，从而防止数据被发送入黑洞（也即PVC不再存在）。LMI的多播扩展允许分配多播组。多播通过只允许路由选择更新和地址解析消息被发送到一组特定的路由器而节省带宽。该扩展还可以在更新消息中传送多播组状态的报告。10.6 帧中继网络实现装备一个具有帧中继和非帧中继接口的T1多路复用器就实现了一个常见的专用帧中继网络。帧中继流量被转发出帧中继接口并到达数据网络。非帧中继流量被转发到适当的应用程序或服务中，例如用于电话服务的专用分局交换机，或者是视频电话会议应用。一个典型的帧中继网络包括很

15、多诸如路由器的DTE设备，它们通过传统的点到点服务，例如T1、分T1或56kb电路，连接到多路复用器设备上的远程端口。图10-3示例了一个简单的帧中继网络。图10-3 一个简单的帧中继网络将各种设备连接到WAN上的不同服务现在部署的大多数帧中继网络都被服务提供商用来向客户提供传输服务。这通常指的是公共帧中继服务。帧中继既可以在运营商提供的公共网络中实现，也可以在专用的企业网络中实现。下一部分讨论了部署帧中继的两种方法。运营商提供的公共网络在运营商提供的公共帧中继网络中，帧中继交换设备位于电信运营商的中心局。用户只需根据他们使用网络的情况进行付费，而不必管理和维护帧中继网络设备与服务。通常，DC

16、E设备也为电信提供商所拥有。DCE设备要么为客户所拥有，要么就像一项针对客户的服务那样为电信提供商所拥有。目前大多数的帧中继网络都是运营商提供的公共网络。专用的企业网络更常见的是，遍布世界的组织正在部署专用的帧中继网络。在专用的帧中继网络中，网络的管理和维护都是由企业（私人公司）负责。包括交换设备在内的所有设备都为客户拥有。10.7 帧中继的帧格式了解帧中继的帧结构对于理解帧中继的更多功能是很有帮助的。图10-4描述了帧中继帧的基本格式，图10-5示例说明了帧中继帧的LMI版本。标记（flag）指出了帧的开始和结束。帧中继的帧由3个主要部分组成：头部和地址区域、用户数据部分以及帧检验序列（FC

17、S）。地址区域的长度为2个字节，其中10bit代表实际的电路标识符，6bit的字段与拥塞管理有关。这个标识符通常指的就是数据链路连接标识符（DLCI）。下面我们将详细讨论它们。标准的帧中继帧图10-4示例说明了标准的帧中继帧所包含的字段。图10-4 由5个字段组成的帧中继帧下列描述概述了图10-4中的基本的帧中继帧的字段。l标记（flag）界定了帧的开始和结束。该字段的值总是相同的，要么表示为十六进制数7E，要么表示为二进制数01111110。l地址包含下列信息：DLCI10bit长的DLCI是帧中继头部的重要部分。它的值代表了DTE设备和交换机之间的虚拟连接。被复用在物理信道上的每一个虚拟连

18、接都将用一个惟一的DLCI来表示。DLCI值只具有本地意义，这意味着它们只在它们所存在的物理信道上是惟一的。因此，位于连接另一端的设备可以使用不同的DLCI值来表示同一个虚拟连接。扩展地址（EA）EA用于指出EA值为1的字节是否为最后的寻址字段。如果值为1，那么当前字节就可以被确定为最后的DLCI八位字节。虽然目前帧中继的实现都使用了两个八位字节的DLCI，但该性能允许在将来使用更长的DLCI。地址字段每一个字节的第8 bit用于指明EA。C/RC/R是跟随在地址字段中最高DLCI字节之后的比特。目前它还没有被定义。拥塞控制它包括了控制帧中继拥塞通知机制的3bit。这3bit分别是FECN、B

19、ECN和DE比特，它们是地址字段的最后3bit。前向显式拥塞通知（FECN）是一个单bit的字段，其值可以被一个交换机设置为1，用来表示一个诸如路由器的终端DTE设备在从源到目的站的帧传输方向上经历了拥塞。使用FECN和BECN字段的好处主要在于较高层协议能够智能地对这些拥塞指示符作出反应。目前，DECnet和OSI是惟一实现这些功能的较高层协议。后向显式拥塞通知（BECN）是一个单bit的字段，当其值被一个交换机设置为1时，表示网络在从源到目的站的帧传输相反方向上发生了拥塞。丢弃合格（DE）被诸如路由器的DTE设备所设置，用于指出加上该标记的帧相对于其他被传输的帧，其重要性要低一些。被标记为

20、“丢弃合格”的帧在一个拥塞网络中应该先于其他帧而被丢弃。这就允许在帧中继网络中存在一个基本的优先机制。l数据包含已封装的上层数据。这个变长字段中的每一帧都包括一个用户数据或有效载荷字段，其长度变化不等，最大可为16000个八位字节。该字段用于通过帧中继网络传输较高层的协议数据单元（PDU）。l帧校验序列确保所传输数据的完整性。源设备计算它的值，接收设备验证该值，以确保传输的完整性。LMI帧格式符合LMI规范的帧中继帧由图10-5中所说明的字段组成。图10-5 9个字段组成的符合LMI格式的帧中继帧下列描述概述了图10-5中示例说明的字段。l标记（flag）界定了帧的开始和结束。lLMI DLCI将帧识别为LMI帧而不是基本的帧中继帧。LMI联盟规范中定义的LMI指定的DLCI值为1023。l无编号的信息指示符设置轮询/最后的比特为0。l协议辨识符始终包含一个值，用来指出帧为一个LMI帧。l呼叫参考始终包含着0。该字段目前没有用于任何目的。l消息类型标记帧为下列一种消息类型：状态查询消息允许一个用户设备查询网络状态。状态消息响应状态查询的消息。状态消息包含了保持存活（keepalive）和PVC状态消息。l信息元素包含了可变数量的单个信息元素（IE）。IE由下列字段组成：IE标识符惟一地标识