理解并取证帧中继的原理

第8章理解并实施远程接入技术任务8.4思科设备上帧中继（Frame-Relay）网络的配置

帧中继（Frame-Relay）是一种网络与数据终端设备（DTE）的接口标准，是计算机面向分组交换的广域网连接。由于具有较高的性价比与稳定性，大多数电信运营商都提供帧中继服务，把它作为建立高性能分组交换广域网连接的一种途径，也是一种基于OSI数据链路层技术。学习提示：对于帧中继的初识者而言，单纯地通过上述的文字定义很难真正理解帧中继的工作原理与特性，所以笔者建议如下学习思路。理解帧中继的分组交换特性。理解帧中继的DLCI号码。对比专线理解帧中继较高的性价比。理解帧中继的组件。理解帧中继的信令管理并分析LMI的数据帧。理解帧中继LMI信令的类型。理解并取证帧中继的数据帧。理解帧中继的网络形状。配置帧中继网络。任务8.4.1理解并取证：帧中继的工作原理

理解帧中继的分组交换特性多条逻辑链路（分组交换中的虚拟链路）被一条物理链路所承载，如图8.41所示，是一种典型的基于分组交换的线路复用技术。R1到R2、R1到R3的通信通道，被放入到同一条物理链路上。当R1到R2和R1到R3的通信通道都放入同一条物理链路上以后，R1怎样区分哪一条是到R2的逻辑通道，哪一条是到R3的逻辑通道？怎么确保R1不会把两条逻辑通道搞混？DLCI号码是区分逻辑链路的关键，一个DLCI号码标识一条逻辑通道，这样R1就可以利用DLCI号码为102的逻辑链路到达R2；利用DLCI号码为103的逻辑链路到达R3，这样R1就不会把两条逻辑通道搞混了。任务8.4.1图8.41关于虚拟电路的示意图注意：被物理链路承载的逻辑链路叫VC（VirtualCircuit，虚拟电路）。虚拟电路又分为永久虚电路（PVC）和交换虚电路（SVC）。永久虚电路（PVC）：不管用户什么时候使用，甚至不使用，该通信通道都将永久为用户保留，多为月租制收费。交换虚电路（SVC）：用户需要的时候，该通道为用户临时创建；当用户不需要时，可关闭该逻辑通道，多为计时制收费。任务8.4.1理解帧中继的DLCI号码DLCI（DataLinkConnectionIdentifier,数据链路连接标识）是对帧中继网络中虚拟电路（VirtualCircuit）的一种标识。帧中继交换机将根据这个DLCI号码来识别不同的虚拟电路，并确定虚拟电路的转发路径。通常DLCI号码只具有本地意义，具体如图8.42所示，电信运营商的帧中继交换机将维护一个转发接口与DLCI对应的关系表，比如说路由器R1将数据发送到帧中继交换机的接口1，而通常DLCI号码将与IP地址存在一个映射关系，如果IP地址是192.168.1.2，那么与其对应的DLCI号码就是201，而DLCI号码201所对应帧中继交换机的接口是接口2，所以数据帧将通过帧中继交换机的接口2输出到目标路由器R2。DLCI号码只具有本地意义，是指DLCI号码只在用户前端设备，比如图中的R1与它同侧的帧中继交换机接口（接口１）之间生效。通常在帧中继环境中，用户获得物理链路与完成到目标的通信是两件事，用户获得物理链路，只表示用户前端设备能与运营商的帧中继交换机相连接；而要完成与目标的通信，则必须获得电信运营商分配的DLCI号码，因为这表示将获得一条虚拟电路。图8.42帧中继DLCI示意图任务8.4.1对比专线理解帧中继较高的性价比如果企业有4个处于不同地理位置的办公点，由于业务平台需求，需要将4个办公场所通过WAN链路进行两两之间的通信。如果考虑使用点对点的专线连接，如图8.43所示，要完成4个不同地理位置办公点两两之间都能通信，所要付出的代价是：每台路由器必须要3个串行接口，分别用于连接其他3台路由器。共6条专线，6条物理链路，所引出的结论是专线连接的成本太高。图8.43使用专线连接4个办公场所任务8.4.1如果使用帧中继设计这个环境，仍然是不同地理位置的4个办公点，两两互联使用帧中继设计如图8.44所示，R1只有一条到电信运营商帧中继交换机的链路，而到R2、R3、R4的通信通道被R1的物理链路所承载，并通过DLCI号码标识所选择的逻辑链路，这样就不会发错了。R2、R3、R4也是同理，因为R1到这几台路由器的通信链路为分组交换机的虚拟链路，它被一条物理链路所承载。使用帧中继连接所付出的代价是：每台路由器只需要一个物理串口，该物理串口承载3条逻辑链路分别是到R2、R3、R4。共6条PVC，4条物理链路，所引出的结论是帧中继使用分组交换机的线路复用技术完成，成本低，性价比高。图8.44使用帧中继连接4个办公场所任务8.4.1理解帧中继的组件帧中继设备的组件：帧中继交换机（DCE设备）与用户数据终端设备（DTE设备）。DCE（DataCommunicationsEquipment），是电信运营商为用户数据终端设备（用户端负责帧中继WAN接入的路由器）提供的时钟与电路交换服务，实际上就是WAN链路上的分组交换机，该设备通常被电信运营商所控制。DTE（DataTerminalEquipment，数据终端设备）通常是企业内部设备，比如路由器，它用于完成到帧中继交换机的接入。简而言之，DTE设备是位于用户前端的设备，该设备被企业使用与操作，并且企业拥有对该设备的完全可控权。具体如图8.45所示。图8.45帧中继的DTE与DEC任务8.4.1理解帧中继的信令管理并分析LMI的数据帧帧中继的DTE端与帧中继交换机（DCE）之间必须使用某种信令协议来交换重要的管理信息，比如交换KeepAlive和传递监管信息，增加/删除PVC信息，这些信息只在用户端与帧中继交换机之间传递，不会被承载到虚拟电路中，而传递这些信令消息的正是帧中继的本地管理接口（LMI）。使用LMI维护帧中继的信令分为状态查询（Enquiry）和状态响应（Stauts），以10秒为一个间隔周期完成，周期性的查询数据帧如图8.46所示。关于LMI报文的结构如图8.47所示。图8.46帧中继周期性的查询数据帧任务8.4.1图8.47帧中继LMI报文的结构标志：包括帧中继的起始标志与结束标志，用于标记数据帧的开始与结束。LMIDLCI：指示帧中继的LMI信令所使用的DLCI号码。需要注意的是，LMI的DLCI号码并非虚拟电路（VC）所使用的DLCI号码，它与LMI信令的类型有关，如果LMI信令的类型采用Cisco的LMI类型，那么DLCI号码就是1023；如果采用ANSI或ITU（q33a）类型的LMI，那么DLCI号码就是0。关于LMI信令的类型在后面有详细说明。未编号信息标志（UII）：用于将轮询最后位设置为0。协议标识符（NLPID）：协议标识符字段说明该数据帧是一个帧中继LMI的数据帧。呼叫引用（CallRef）：呼叫引用暂时不使用，其值一般为0。消息类型（MessageType）：该字段有两种可能，一是状态查询（Enquiry）；二是状态响应（Stauts）。消息元素（InformationElement）：包括指定数量的独立信息元素，如IE标识符和IE长度。FCS：数据帧校验序列，用于数据的验证，保证数据传输的完整性。任务8.4.1如图8.48所示为在实时通信过程中使用协议分析器取证的帧中继LMI信令的数据帧。通过分析该数据帧，可以看出为帧中继的LMI数据帧，标明了各自8个字节的数据帧的起始与结束标记，LMI的DLCI号码为1023。DLCI号码0和DLCI号码1023都是被预留给LMI信令的，当LMI为Cisco时使用的是DLCI号码1023，为ANSI时使用的DLCI号码是0，在该帧中指示使用Cisco公司的LMI类型；如图8.48取证LMI的数据帧，然后在该帧中可以看出未编号信息指示器字段是“0x00”,在通常情况下为该字段的默认值；协议辨别器字段指示该帧为LMI协议；呼叫引用字段通常是“0x00”；消息类型字段指示为LMI的状态查询消息；在消息元素中指示DTE与DCE之间使用KeepAlive的形式来完成LMI的状态监控。图8.48取证LMI的数据帧任务8.4.1理解帧中继LMI信令的类型帧中继交换机（DCE）与面向企业前端设备（DTE）的LMI信令协议必须一致，以确保帧中继链路正常，换而言之，帧中继交换机使用什么LMI类型，企业前端设备也必须使用相同的LMI类型。一般情况下LMI分为以下3种类型，可以通过在路由器接口模式下执行frame-relaylmi-type指令，以人工的方式来指定LMI类型。ANSI：由美国国家标准委员会（ANSI）定义。Q.933：ITU-TQ.933AnnexA标准。Cisco：由Cisco公司、数字设备公司、北电、StrataCom联合定义的LMI。任务8.4.1理解并取证帧中继的数据帧帧中继报文的结构如图8.49所示，取证的数据帧如图8.50所示。请将报文结构对照取证的数据帧结合下面对各字段的定义进行理解。图8.49帧中继报文的结构任务8.4.1图8.50取证的帧中继数据帧开始Flag：指示帧的开始，也叫作帧中继的第一地址，使用一个8位组表示。DLCI：标识帧中继网络到达目标使用的DLCI号码。C/R(Command/Response)：命令响应，该字段通常不用。EA：扩展地址，用来指示包含EA字段的是否是最后一个帧标志，如果该字段的值为１，则表示这是最后一个结束帧标志，因为帧中继有两个帧标志，一个开始Flag，一个结束Flag。它会出现在两个地方，即开始Flag和结束Flag中，所以当EA标志出现在开始Flag部分的其值为０；而出现在结束Flag部分时其值为1。任务8.4.1FECN：前向显式拥塞通知，该字段使用在帧中继网络发生拥塞的时候，帧中继交换机（DCE）会将该字段设置为１并发送给帧中继的目标接入设备（DTE），指示网络拥塞，收到FECN的设备会实施适当的流量控制措施。BECN：后向显式拥塞通知，该字段使用在帧中继网络发生拥塞的时候，帧中继交换机（DCE）会将该字段设置为１并发送给帧中继的源接入设备（DTE），指示网络拥塞，收到BECN的设备会降低25%左右的发送速率。DE：可丢弃标志，该字段被设置为１的帧中继数据报文在遇到网络拥塞时会被丢弃。需要注意的是，该标志一般由帧中继的接入设备（DTE）设置，并且被设置了DE标志的数据不是立即被丢弃，而是在网络拥塞时会被优先丢弃。Data：指示在帧中继中被封装的上层数据。结束Flag：指示帧的结束，也叫作帧中继的第二地址，使用一个8位组表示。FCS：用于检测传输错误。任务8.4.1理解帧中继的网络形状理解帧中继的网络形状是清晰地明白帧中继架构的必要任务，帧中继的网络形状关系到路由协议在不同网络形状下的设计与实现，如果不能清晰地理解帧中继不同网络形状的特点，那么会直接影响路由协议在帧中继网络中的正常运行。半网状：半网状的帧中继一般应用于多个远程分支机构接入总部的环境。半网状的帧中继分支机构之间不需要通信，几乎所有的通信流量都在各分支机构与总部之间产生。如果分支机构之间有偶尔的通信流量，那么这些偶尔的通信流量将通过总部（中心点）进行转发。具体如图8.51所示。