帧中继技术的概述

1、帧中继技术帧中继标准、技术和网络 第一部分： 帧中继标准综述帧中继技术的概述 帧中继本质上是一种分组交换技术。 采用帧的形式来封装用户的数据以进行跨网的传输。 帧中继网中所包含的基本成分有： PVC、Trunk、UNI、NNI、LMI协议虚电路业务 PVC方式和SVC方式 各PVC利用所设的DLCI值进行寻址 DLCI代表了PVC的终止点 DLCI能够具有本地及全网的含义 链路管理(Link Management) LMI版本1 ANSI标准Annex A和D LMI存在于一条UNI或NNI上 LMI可以提供相关PVC的状态和配置信息帧中继的主要组成部分 UNI是至一网络设备的连接，包括UNI

2、-DCE和UNI-DTE。 NNI则用来连接两个不同的网络。 Trunk是一帧中继网内交换机之间的连接。 PVC能够在Trunk上构成。 基于HDLC/SDLC的协议可以被封装起来，并以帧中继分组的形式 穿过帧中继网络。 RFC 1294 描述了IP数据的封装 RFC 1490 描述了其它路由器及桥接协议的封装 帧中继头包含了携带用户数据穿过网络所需的必要信息。 DLCI、C/R比特、EA比特、DE比特、FECN、BECN FECN和BECN被用于防止拥塞。帧中继技术的起源RouterRouterFrame Relay or ATM BackboneIP数据IP数据FRFRIP数据FRFRIP

3、数据 用于数字数据传输的分组交换业务。 帧中继是被设计用来简化现有的分组交换网络。 帧中继是被设计用来提供一高通过量、低延时的网络接口。 帧中继技术只提供有限的错误恢复能力。 帧中继技术要依赖于终端用户系统来从故障中恢复。 帧中继技术是被发展出用来替代那些现有的基于帧 (frame-based)的网络 X.25和点到点HDLC封装。 帧中继技术的优点是：简单、快速和有效。帧中继技术的评论 当前的主要传输介质已由电缆逐步向光缆过渡，这导致了 传输质量和传输速度的提高。 用户设备的处理速度不断提高，高速局域网需要通过广域 网进行互连。 用户设备的智能化程度日益提高。 多媒体终端的不断涌现，可同时进

4、行语音、数据及图象等 多种业务的处理。 分组交换技术中的协议太复杂，传输效率低。 统计复用，动态按需分配带宽；具有检错、纠错和流控机制。 位于OSI七层协议模型的下三层；适合于中、小业务量可靠性要求 高的数据；速率低、时延可变、帧长可变。帧中继技术的评论 在帧中继网络中，所有的分组寻址、路由、端到端连通性功能及服务 质量(QOS)特性均是在接入设备或端系统中实现的。帧中继仅仅是将 数据封装在统一格式的帧中并将此数据穿过网络进行传输。 帧中继网络并不检查帧的信息域。它只是简单地将数据从一端系统中 取出后再将其封装到一帧中，接着附上帧中继的头和尾。帧中继的头 和尾中包含了将此分组穿过网络所必须的信

5、息。当从帧中继云中退出 时实施解封装过程，以恢复原有的数据格式。 帧中继交换机所具有的三项主要功能包括： 检查分组中的帧校验序列。出错的帧将被丢弃。(错误纠正功能交给端系统 的高层协议来完成。 检查帧地址域中的地址信息。帧随后送至适当的输出。 检测拥塞状态。当检测到有拥塞发生后，交换机负责告知网络已出现拥塞， 并采用丢帧方式来消除拥塞。帧中继的概念和技术特点 帧中继业务是在UNI之间提供用户信息流的双向传送，且保持 原顺序不变的一种承载业务。 用户信息流以帧为单位在网络内传送，且UNI之间以虚电路 进行连接，对信息流进行统计复用。 帧中继的特点包括： 统计复用、动态按需分配带宽；保留检错机制，

6、不提供纠 错、流控机制。 位于OSI七层协议模型的下两层；帧长可变。 适合于：高速率、信道质量高；突发性和大业务量； 终端设备智能化程度高。速率在64K34Mbps。 是向ATM技术发展的过渡技术，今后可做为ATM网络中 的一项业务来存在。四种交换方式的比较 帧中继适合的应用领域有：LAN互连、主机互连、金融网和internet等。 电路交换适合的应用领域有：语音通信和点对点的主机间高信息量传输。 分组交换适合的应用领域有：小业务量但可靠性要求高的数据，如终端 联网、电子信箱、EDI、政府内部信息等。 ATM适合的应用领域有：多媒体通信网、远程教学、远程医疗。帧中继和OSI模型 帧中继协议工作

7、在OSI模型的第1层和第2层。应用层表达层对话层传输层网络层 LLC数据链路层 MAC物理层层 7 6 5 4 3 2 1注： OSI第3层的工作由广域接入设备 或终端系统来实现OSI模型的解释：应用层：在该层，用户完成与Mail、Telnet、 ftp及其它应用程序的接口。表达层：处理格式上及编码上的转换。对话层：建立、同步和管理端点处应用程序 间的对话。本层完成管理和其它类似 功能的处理工作。传输层：提供错误恢复、数据流规则及针对 网络层数据的分段。网络层：处理网络层寻址及跨网的多数据段 的寻路。数据链路层： 控制对物理层的接入及与其上层协议 的通信。物理层：对所用的介质提供机械和电气方面

8、的 规范。帧中继广域网连接的选择一个或多个交换式网络专用线点到点或X.25点到点电路早期的网络采用这种连接方式。一般由多条专用线组成，速率为56k/64kbits/s。X.25交换网络X.25交换机中设有大量的纠错和流控机制。这种解决方案主要针对不可靠的 模拟线路。帧中继/ATM交换网络随着光纤的引入及采用了复杂的数字传输技术，使得不再需要很大的 开销用于纠错和流控。帧中继和ATM是当今最流行的广域网技术。IP点到点网络互连(Internetwork)(专用线点到点)ApplicationPresenationSessionTransportNetworkData LinkPhysicalNe

9、tworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalApplicationPresenationSessionTransportNetworkData LinkPhysical IP点到点跨过广域网的方式： 每个路由器上的第3层操作都要大量消耗CPU的资源，从而使得端到端的延时增大。 此为当前Internet/Intranet网中传统路由器的方式。因此尽量减少第3层的开销(路由器 的跳数)将会大大简化网络并降低端

10、到端的延时。采用X.25的IP网络互连(Internetwork)(X.25交换机)ApplicationPresenationSessionTransportNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalApplicationPresenationSessionTransportNetworkData LinkPhysicalIP跨过一X.25交换式网络

11、 。 每个X.25交换机和路由器上的第3层功能增加了用于每个分组的处理时间。 而分组交换技术中在第1、2和3层中采用的繁杂的检错和纠错机制增大了端到端 延时。Data LinkPhysicalData LinkPhysicalData LinkPhysical采用帧中继的IP网络互连(Internetwork)(帧中继交换机)ApplicationPresenationSessionTransportNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalApplicationPresenationSess

12、ionTransportNetworkData LinkPhysical 帧中继交换机不检查分组中的IP部分，这样可以降低处理时间，减小延时。 帧中继交换机只进行检错而不进行纠错。 上述构成只需较少的路由器用来与LAN相连。因而路由表中含有较少的网络项 （network entry)。当今的IP网络互连是由基于路由器的网络与基于交换机的网络所组成的混合体。发展趋势是将尽可能多的WAN业务通过交换式网络(帧中继或ATM)来传送。路由器仍然是不可缺少的，但这些路由器中的路由表项目数应保持在最小的程度。帧中继分组的格式Flag Addr Cntrl 信息域 FCS Flag(7E) (03) (7E

13、)HDLC分组格式Flag Addr Cntrl 信息域 FCS Flag(7E) (2字节) (03) (7E)帧中继分组格式 帧中继分组是标准HDLC分组的一种变形。 Q.922的头使地址域变得更长。 ITU-T建议Q.922中定义了帧中继头的2字节、3字节和4字节地址结构。但今天最常用 的实现只采用2字节的格式。 两个Flag用来识别帧中继分组的开始和结束。 帧中继传输中可能的错误状态包括： 1、Flag丢失或不正确的定界；2、小于帧中继所定义的最小分组长度；3、缺少必要字节； 4、FCS错的分组；5、具有不正确帧中继寻址信息的分组；6、使用了保留地址和非用户 可用地址的分组；7、超过网

14、络同意的最大长度的分组。帧中继头结构的细节FLAGDLCIC/READLCIFECNBECNDEEA多字节信息域FCSFCSFLAGC/R代表命令/响应(目前不用)FECN代表前向拥塞通知BECN代表后向阻塞通知DE1表示此帧可优先舍弃DLCI数据链路识别符。其中，DLCI0用于信令；1至15保留；16至991用于VC识别；992至1007用于与网络相关的第2层管理，如综合链路管理消息(CLLM)。在X.36中，CLLM DLCI1007。1008至1022保留；1023做为信道内的第二层管理。EA0表示地址域的结束；EA1表示地址域未结束。应当说明的是：基本格式地址域的长度位2；扩展格式地址

15、域长度可为3或4。用户数据的封装RouterRouterIP数据IP数据FRFRIP数据FRFRIP数据 IP数据报在帧中继云的接入点进行封装。 在云中：帧中继交换机不检查分组中的IP内容，从而减少了处理时间。 纠错但不纠错。 在离开云时去除帧中继的头和尾。帧中继云封装用户(第3层)的数据Flag Addr Cntrl 信息域 FCS Flag(7E) (2字节) (03) (7E) 帧中继头 帧中继尾NLPID OUI PID 数据(0 x80) 第3层协议通过NLPID、OUI和PID字段来识别。 帧中继交换机并不去读这些字段。而路由器则需要打开分组的这一部分。 RFC 1294规定了适用

16、于IP数据多协议封装的机制；RFC 1490则扩展了包括 其它路由或桥接协议的机制。NLPIDNetwork Layer Protocol IdentificationOUIOrganizationally Unique IdentifierPIDProtocol IdentifierSNAPSub-Network Access ProtocolSNAP头NLPID= SNAP OUI= SNAP PID= 0 xCC-IP 0 x00-00-00 |Novel IPX 0 x81-37|Novel IPX 0 x88-SNAP 0 x00-80-C2|Bridging 0 x00-07-80

17、2.3|Bridging 0 x81-OSI 0 x00-80-9B|Appletalk 0 x80-9B|Appletalk帧中继网的组成部分(Components)RouterRouterUNITrunkNNIUNIPVCs(LMI)(LMI)DLCIDLCIDLCIDLCIDLCIDLCI帧中继网组成部分的说明PVC(Permanent Virtual Circuit)两端点间一逻辑的、端到端双向连接。DLCI(Data Link Connection Identifiers)在一PVC的端点，用来标识此PVC。UNI(User-to-Network Interface)用于帧中继接入设

18、备(如路由器)至帧中继网的接口。其作用是将各种类型的 数据统计复用到一条物理接口上。NNI(Network-to-Network Interface)帧中继业务可以跨过多个帧中继网络。我们把相邻但并不相同的帧中继网络 间的接口称为“网络至网络接口”，即NNI。NNI也用于连接不同厂家的 交换机(如Ascend和Cisco之间)。LMI(Link Management Interface)定义了PVC状态如何传递到接入设备(在一UNI连接的情况下)或传递到另一 交换机(在一NNI连接的情况下)。它也被用于测试UNI/NNI链路的完整性。Trunks在一单个帧中继网中交换机之间的连接。多条PVC可

19、以通过一条Trunk来 映射。虚电路业务(Virtual Circuit Service) 有两种类型的虚电路：永久式虚电路(最常用)PVC方式和交换式虚电路SVC方式。 一条PVC是是两个端点间固定的逻辑连接。而这些端点一般是多协议路由器。 PVC存在于帧中继交换机上，而不在最终的网络端点(路由器)上。 路由器需要一条接入线来接入帧中继网以便应用已存在的PVC。 SVC则允许帧中继网中可以开展拨号(dial on demand)业务。但是，目前SVC 并未得到支持，因为许多网络厂商在其设备中还未提供软件支持。 跨过多个帧中继网络的PVC被称为多网PVC(Multi-Network PVCs)

20、。这些PVC 是通过NNI跨网互连起来。 一PVC可以仅存在于一台交换机上。在这种情况下，PVC不使用物理链路。 多条PVC可以被复用到一条物理链路上。 客户可以用较低的造价拥有更多的带宽。 业务提供者也可以更有效地利用干线(Trunk)带宽。 如果每一个用户在同一时间都使用满带宽，则会发生拥塞。数据链路连接识别符(DLCI)DLCIDLCIDLCIDLCIDLCIDLCI接入线PVCDLCI一条PVC是由其端点定义的。 PVC的端点被称为数据链路识别符(DLCI)。共有10比特地址用来标识PVC的端点。 范围为01023。 0：ANSI和ITU-T的链路管理(Annex A和D) 115：保

21、留给将来使用。 16991：虚电路的可用范围。每个端口共有976的可用的DLCI。 9921007：网络的第2层管理。 10081022：保留给将来使用。 1023：LMI。上海北京广州20255050DLCI具有本地意义(Local Significance) 地址仅对本地链路有意义。 在非重复(non-overlapping)端点可再使用。 全局有效(Globally Significant)DLCI 在非重复点也不能使用。在这种情况下，一个DLCI总是与一个特定 的地理位置相联系，便于DLCI的管理。但是，当网络规模扩大到 多于976个位置时，就没有了可用的DLCI。帧中继的业务参数和服

22、务质量AR：接入速率CIR：承诺信息速率Bc：承诺突发量大小Be：超过突发量大小Tc：承诺速率测量间隔N：信息域最大长度 若CIR0，则TcBc/CIRQoS包括：CIR、Bc、TC、Be以及 FTD(帧传送时延)；FLR(帧丢失率)；FLRc(约定 的帧丢失率)；FLRe(超过的帧丢失率)；RFER( 残余错帧率)。帧中继业务参数的解释 CIR约定信息速率，是指正常情况下网络与用户约定的用户数据传送 速率。 Tc约定时间间隔，是指网络监视一条虚电路上传送的用户数据量所 采用的时间间隔。Tc=Bc/CIR Bc约定突发尺寸，是指在Tc时间间隔内，网络与用户约定的可靠传送 数据量。 Be超过突发

23、尺寸，是指在Tc时间间隔内，网络与用户约定的可传送 的超过Bc的数据量。 每个帧中继用户在使用服务之前，应与网管部门约定一条虚电路上的 (Bc, Be, CIR)值。这一值称为带宽控制参数。 网络在运行过程中，则根据每个帧中继用户终端与网络约定的带宽控 制参数，按Tc时间间隔对每条虚电路上传送的数据量进行监控，并 进行相应的处理。这一过程称为虚电路上的带宽控制。后面有述。帧中继服务质量(QoS)参数的解释(I) FTD(Frame Transfer Delay)用户信息帧传送时延 指用户终端之间通过帧中继网传送信息所需的时间。其计算公式为： FTDt2 - t1 t1:为帧的地址字段的第一个比

24、特由用户终端进入网络的时刻； t2:为帧的尾标的最后一个比特由网络进入用户终端的时刻。 FTD包括了节点机的处理时延和线路传送时延。举例：在网络处于正常运行状态，端到端最多经过10个节点的极长连接 设备利用率为80%，节点间中继速率为2048kbit/s，中继利用率为 40%的情况下，对于帧长为512字节，接入速率(AR)为64kbit/s的 帧中继用户，端到端的数据传送时延FTD WAN bandwidthBandwidth OversubscribedPotential economic benefitPacket64 Kbps64 Kbps64 Kbps64 Kbps128 KbpsAB

25、CABAApplications use Bandwidthas requiredPacket Technology - Variable Bandwidth AllocationFrame Relay Bandwidth AllocationFrame Relay Service OptionsBcBc+Be64 KbpsCIR96 Kbps128 KbpsAccess rate1 SecondGuaranteed PerformanceData BurstDiscardFramesCarrier Benefits of Frame RelayCOREBACKBONEACCESSCUSTOM

26、ERPREMISESMaximum opportunity forBandwidth oversubscriptionImplementation Of Frame ServicesBACKBONEACCESSCUSTOMERPREMISESCOREMaximum opportunity forBandwidth oversubscriptionB-STDX 9000B-STDX 9000B-STDX 9000B-STDXChannelised E1PVC APVC APVC BPVC BWhat is Frame Relay?First packet mode interface to IS

27、DN networksMultiplexed data networking technologySupports data transmission over a connection-oriented pathBased on Virtual Circuits (VC)Two types Permanent and SwitchedData is transmitted in variable-length framesThe Basic Building Blocks1. The Access:User to Network Interface (UNI)3. The Trunk2. T

28、he SwitchThe B-STDX 8000/90004. The InterconnectNetwork to Network Interface (NNI)Frame Relay NetworkCost SavingsBefore Frame RelayAfter Frame RelayFrameRelay56KRouterRouter56K56K56K56KRouterRouterRouterRouterRouterRouterRouterRouterCost Savings Through Port OversubscriptionCommitted Information Rat

29、eSubscription Level = 100%Subscription Level = 200%Architect Network for Average Traffic Needs64K64K64K64K256K PortConnectionCommitted Information Rate64K64K64K64K64K64K64K64K256K PortConnectionRouterSimplified Network ArchitectureSNA TrafficFrame Relay NetworkLAN Traffic56KConsolidate Multiple Appl

30、icationson a Single Access LineAdvanced Data Service ProvisioningFrame RelayISDNDial AccessFRADFRADLANSNALANSNARouterLANRouterNetwork to Network Interface FRF 2.1Branch OfficesPVC 1 Local Exchange CarrierPVC n Inter-Exchange CarrierLocal Exchange Carrier Inter-Carrier Mapping of PVCs LMI Status Yields Lowest Cost Frame Relay ServicesFR NNIFR NNICorp. HQData CenterFR UNI DTE FR UNI DCERouterRouterRouterFR/A