帧中继协议

课程7 帧中继协议目录1 课程说明课程介绍 1 课程目标 1 相关资料 12 第一节帧中继协议介绍1.1帧中继概述 21.2 帧中继的历史 21.3 网络交换技术及其特点 21.4 帧中继的技术和市场起因 41.5 帧中继技术的特点 51.6 什么情况下适用帧中继 67 第二节帧中继协议介绍及应用2.1 帧中继协议的一些概念72.2 帧中继的应用82.3 帧中继PVC交换92.4 帧中继的带宽管理1012 第3课帧中继帧格式3.1 Q.922附录A介绍123.2 IETF封装123.3 CISCO封装1517 第四节帧中继LMI协议4.1 LMI协议简介174.2 Q.933附录A 1722 第五节InARP协议介绍24 缩略词表课程说明课程介绍本教材介绍了帧中继技术的起因、发展、特点及应用等，阐述了有关帧中继的一些基本概念，注重介绍了帧中继的封装协议、LMI协议和INARP协议。

课程目标完成本课程学习，学员能够掌握：✓了解帧中继的特点、技术条件、应用等✓理解帧中继的基本概念，了解帧中继的一些协议相关资料《帧中继技术及其应用》《QUIDWAY路由器用户手册》第一节帧中继协议介绍1.1帧中继概述概括的讲，帧中继技术是在数据链路层用简化的方法传送和交换数据单元的快速分组交换技术。

帧中继技术是在分组交换技术充分发展，数字与光纤传输线路逐渐代替已有的模拟线路，用户终端日益智能化的条件下诞生并发展起来的。

1.2 帧中继的历史1986年AT&T首先在其有关ISDN的技术规范中提出帧中继业务；1988年国际电信联盟ITU-T公布第一个有关帧中继业务框架的标准I.122；1989年美国国家标准委员会ANSI开始帧中继技术标准的研究工作；1990年CISCO、DEC、NT和STRATACOM联合创建帧中继委员会；1991年帧中继委员会改名为帧中继论坛，并开始标准的制定工作。

迄今ITU-T、ANSI和帧中继论坛制定了帧中继的一系列标准，帧中继技术日趋完善。

有关标准见附录。

1.3 网络交换技术及其特点为了对帧中继有一个概括的了解和认识，首先简要回顾一下网络交换技术的发展。

随着数据通讯技术的发展和演变，网络交换技术有电路方式、分组方式、帧方式、信元方式和交换型多兆比特数据业务（SMDS）。

电路方式是基于电话网电路交换的原理，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（即传输通路对用户数据不进行任何修正或解释）、信息传输的吞吐量大。

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。

每个分组信息都载有接收地址和发送地址的的标识，在传送分组之前必须首先建立虚电路，然后依序传送。

分组方式在线路上采用动态复用的技术来传送各个分组，带宽可以复用。

常用分组技术有以下几个特点：1 传输质量高分组交换方式具有差错控制功能，他不仅在节点交换机之间传输分组时采取差错校验与重发的措施，而且对于分组型终端，在用户部分也可以进行同样的差错控制，因而使分组在网内传输的出错率大大降低，一般传输线路的误码率在10E-5的情况下，网内全程的比特差错率在10E-10以下。

比公用电信网（PSTN）的传输质量大为提高。

2 可靠性高在电路交换方式中，一次呼叫的通信电路固定不变。

在分组交换中，报文中的每个分组可以自由选择传输途径。

当网内发生故障时，分组能自动选择另外的通路，不会造成通信中断。

3 分组多路通信由于每个分组都含有控制信息，所以，尽管，分组型终端和分组交换机之间只有一条用户线相连，但可以同时和多个用户终端进行通信。

这是公用电话网和电路交换的公用数据网所不能实现的。

缺点：由于采用存储转发方式工作，所以每个分组的传送延迟可达几百毫秒，时延比较大。

帧方式（帧中继）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。

由于在链路层的数据单元一般称做帧，故称为帧方式。

采用帧方式的重要特点之一是将x.25分组交换网中分组节点的差错控制、确认重传、流量控制，防止拥塞等处理过程进行简化，缩短了处理时间，这对有效利用高速数字传输信道十分关键。

x.25分组交换的时延在几十到几百毫秒，而帧中继交换可以减少一个数量级，达到几毫秒。

帧中继实现的条件和特点在后面详细介绍。

信元方式（Cell Model）是以信元为单位进行传送的一种技术。

信元长度是固定的。

信元方式也是一种快速分组技术，他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。

信元头包含地址和控制信息，信元净荷是用户数据。

采用信元方式，网络不对信元的用户数据进行检查。

但是信元头的CRC比特将指示信元地址信息的完整性。

信元方式仅是一个非常宏观的概念，在具体应用中，还需规范详尽的格式和协议，例如SMDS、ATM等。

ATM是一种全新的面向连接的快速分组技术，他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，将信息流分成固定长度的信元，进行高速交换。

交换型多兆比特数据业务（Switched Multimegabit Data Service, SMDS）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。

这里不详细介绍了。

1.4 帧中继的技术和市场起因从技术上分析帧中继业务的飞速发展有以下几个原因：1 计算机的普及和局域网的使用促进了用户的数据通信的要求，特别是局域网互连的要求。

2 服务器和端系统之间以及局域网之间的数据业务量特性经常是突发性的。

原有的数据通信手段，例如x.25技术难以满足处理突发性信息传输的要求。

3 数字传输系统的广泛使用，例如光纤或数字微波等先进传输手段，使得比特差错率大大降低，为帧中继技术的使用创造了条件。

4 用户终端的智能化功能易于实现，可以完成帧的检错、重传和必要的控制功能，而使网络的第三层处理变的毫无意义。

综上所述，随着计算机技术和通信技术的不断发展和相互结合，数据通信需求的增长和网络传输性能的提高给帧中继技术带来了机会，使帧中继技术的优势得以发挥。

帧中继技术自八十年代初诞生以来，发展非常迅速，从市场方面分析有以下几个原因：1 数据通信设备（如路由器）以专线方式连接，带来了许多弊病。

首先专线方式在带宽和接口的使用上是固定的，当用户需要改变带宽需求或需扩容时，都不是很方便。

其次是专线连接网络的造价昂贵，用户的租用费也很高。

另外专线方式若将用户两两连接，用户数量为n，则需要n(n-1)/2条电路，在网络资源的管理和运用方面都不是有效的。

2 帧中继在初期运用时非常容易在原有的x.25的接口上进行软件升级来实现。

由于帧中继是基于x.25进行简化的快速分组交换技术，所以在许多使用帧中继的终端应用中，不需要对原有的x.25设备进行硬件上的改造，只需要对其软件进行升级就可以提供帧中继业务。

3 帧中继的灵活计费方式非常适用于突发性的数据通信。

目前国际上许多运营公司采用承诺信息速率（CIR）计费，CIR用户的通信费用大大降低。

4 帧中继技术可以动态分配网络资源，对于电信运营者来说，可以让用户使用过剩的带宽，而且用户可以共享网络资源，而不需要重新投资。

1.5 帧中继技术的特点帧中继仅完成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，大大简化的节点机之间的协议；同时，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。

帧中继对于ATM网络，是一个重要的可选项。

帧中继作为一种附加于分组方式的承载业务引入ISDN，其帧结构与ISDN的LAPD结构一致，可以进行逻辑复用。

作为一种新的承载业务，帧中继具有很大的潜力，主要应用在广域网中，支持多种数据型业务。

帧中继技术可归纳为以下几点：1 帧中继技术主要用于传递数据业务，将数据信息以帧的形式进行传送。

2 帧中继传送数据使用的传输链路是逻辑连接，而不是物理连接，在一个物理连接上可以复用多个逻辑连接，可以实现带宽的复用和动态分配。

3 帧中继协议简化了X.25的第三层功能，使网络节点的处理大大简化，提高了网络的对信息的处理效率。

采用物理层和链路层的两级结构，在链路层也只保留了核心子集部分。

4 在链路层完成统计复用、帧透明传输和错误检测，但不提供发现错误后的重传操作。

省去了帧编号、流量控制、应答和监视等机制，大大节省了交换机的开销，提高了网络吞吐量、降低了通信时延。

一般帧中继用户的接入速率在64kbps-2Mbps。

5 交换单元——帧的信息长度比分组长度要长，预约的最大帧长度至少要达到1600字节/帧，适合封装局域网的数据单元。

6 提供一套合理的带宽管理和防止拥塞的机制，用户有效的利用预约的带宽，即承诺的信息速率（CIR），还允许用户的突发数据占用未预定的带宽，以提高网络资源的利用率。

7 与分组交换一样，帧中继采用面向连接的交换技术。

可以提供SVC和PVC业务，但目前已应用的帧中继网络中，只采用PVC业务。

1.6 什么情况下适用帧中继帧中继技术适用于以下2种情况：1 当用户需要数据通信，其带宽要求为64kbit/s - 2Mbit/s，而参与通信的各方多于两个的时候使用帧中继是一种较好的解决方案。

2 当数据业务量为突发性时，由于帧中继具有动态分配带宽的功能，选用帧中继可以有效的处理突发性数据。

第二节帧中继协议介绍及应用2.1 帧中继协议的一些概念帧中继协议是一种简化X.25的广域网协议，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。

在用户面上它仅完成物理层和链路层的功能，在链路层完成统计复用、帧透明传输和错误检测，但是不提供错误后重传操作。

帧中继协议是一种统计复用的协议，它在单一物理传输线路上能够提供多条虚电路。

每条虚电路是用DLCI来标识的。

虚电路是面向连接的，它提供了用户帧按顺序传送至目的。

从建立虚电路方式的不同，将帧中继虚电路分为两种类型：永久虚电路（PVC）和交换虚电路（SVC）。

永久虚电路是指给用户提供固定的虚电路。

这种虚电路是通过人工设定产生的，如果没有人取消它，它一直是存在的。

交换虚电路是指通过协议自动分配的虚电路，当本地设备需要与远端设备建立连接时，它首先向帧中继交换机发出“建立虚电路请求”报文，帧中继交换机如果接受该请求，就为它分配一虚电路。

在通信结束后，该虚电路可以被本地设备或交换机取消。

也就是说这种虚电路的创建/删除不需要人工操作。

虚电路的DLCI只在本地接口和与之直接相连的对端接口有效，只具有本地意义，不具有全局有效性，即在帧中继网络中，不同的物理接口上相同的DLCI并不表示是同一个虚连接。