无原理不技术——浅谈帧中继原理

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帧中继技术，在有些时候似乎比较容易让人感到模糊，今天来谈一下它的几个基本概念，DLCI、二层映射以及三种接口类型。
一、DLCI在谈DLCI前，先稍微介绍一下帧中继，帧中继是一种使用了包交换方式的标准的广域网技术。简单来说，就是为用户建立了一条端到端之间的虚拟电路连接，中间经过的帧中继云网络对于用户来说是透明的，用户用起来就感觉跟租用物理专线差不多，但是租用帧中继服务就比租用物理专线便宜得多。帧中继常用于分公司与总公司之间的连接。
帧中继的链路分为两种。一种是临时的虚拟链路，叫做SVC（Switching Virtual Circuit）交换虚链路；另一种是永久的虚拟链路，叫做PVC（Permanent Virtual Circuit）。SVC跟PVC的主要区别在于，SVC是节点之间只在需要进行数据传送的时候才建立逻辑连接，而PVC则是一直保持着连接状态。目前基本上使用的都是PVC。
既然帧中继技术使用的是虚拟链路来实现节点之间的专线连接，帧中继交换云网络中有那么多的虚拟链路，显然需要给各个不同的虚链路做上标记以作区分，而DLCI号就是为了这个功能而产生的，它就是打在帧中继虚链路上的标记。下面是一个简单的帧中继图例：

上图的意思是，R2是帧中继交换机，R1和R3之间通过R2的帧中继链路来进行连接。图例中的两个数字103和301，就是用来标记该链路的DLCI号。这个图例说明了帧中继中的虚链路与DLCI号之间的对应关系，就是端到端的虚链路中，并不是只使用一个DLCI号来作为标记，而是每一段虚拟链路都对应着一个DLCI号。
要注意的一点是，DLCI号只在本段物理链接范围内具有唯一性。用上图来说明一下这句话的意思会比较好理解。那就是，在R1到R2这一段物理链接里，可能R1与R2之间存在多条虚链路，也就存在着多个DLCI号，但在这一段链接范围内，不同的虚链路的DLCI号是不同的。在这里，根据DLCI号就可以区分出对应的虚链路，这就是它的唯一性。而在端到端的虚链路中（比如说R1到R3的虚链路），不同段的虚链路是允许使用相同DLCI号。而且DLCI号的范围只能从16——1007中选择，数量有限。这里也许会容易引发疑问，如果使用了相同的DLCI号，那要怎么区分每一条虚链路呢？如果R1到R2，R3到R2都使用103这个DLCI号，那不是容易混淆么？如果单凭DLCI号的话，确实是无法区分。但不要忘了，帧中继交换机上还有“interface”这个基本概念。不同的接口加上DLCI号，这两个参数一起，就可以让它区分出不同的虚链路了。需要注意的是，DLCI号是运营商分配的，不是我们自己随便定义的，所以不能在自己的设备上随便配置一个。
帧中继网络的帧结构跟以太网帧结构不同的其中一处是：以太网使用MAC作为二层地址进行帧的封装，而帧中继网络则使用DLCI号来作为二层地址进行帧的封装。
下图是帧中继的帧结构：

如图可见，其中的Q.922 Adress里面包含的就是DLCI，跟以太网帧封装不同的是，不存在源地址和目的，这里就只有一个DLCI号。
结合帧中继的帧封装以及前面提及到的DLCI跟链路的关系，就可以知道，当用户的路由器进行帧中继封装时，封装对应的DLCI号就会发送至相应的虚链路中（路由器如何知道不同的DLCI号对应着谁呢？这就要靠反向ARP查询或者是配置静态映射了，下面会提到），当帧中继交换机接收到后，根据帧中继交换机里面设置的对应关系（该对应表需要运营商手动配置），发送到对应接口的虚链路。数据在帧中继网络中就是这样进行传递的。


二、二层映射
从上面我们知道了DLCI是什么，以及它的作用，现在我们就来了解怎样用DLCI。要让帧中继能够正常使用DLCI，就意味着末端节点必须要知道它自己在什么时候用哪个DLCI号来封装，以及帧中继交换机必须知道它自己对于哪个接口的DLCI应该发往对应的哪一个接口的DLCI上。只有这样，才算是构成了一个完整的帧中继网络。
对于用户路由器（末端节点），它要知道自己在何时使用哪个DLCI号的话，有两种方法，一种是动态的，即反向ARP，（inverse-arp）；另一种是DLCI静态配置。
1.反向ARP。这个概念其实在以太网环境下也很常见，本意就是通过二层地址查找三层IP地址。在帧中继环境下，就是指通过DLCI号来查找与之对应的IP地址。在帧中继环境中，帧中继交换机会向用户路由器发送数据包，里面含有跟用户路由器关联的DLCI号信息，这时路由器就知道了它自己有哪些DLCI号，但是还不知道DLCI号对应哪些IP地址，于是反向ARP查询就派上用场了。我们来看看反向ARP查询是如何工作的：当配置好接口的IP地址和帧中继封装后，接口默认开启了反向ARP查询的功能。路由器A会自动发出arp inverse-request来进行查询，大意是“谁在××这个DLCI号上面啊？”，然后该查询经过帧中继交换机的传递，到达另一端用户路由器B上，路由器B对该查询做出响应，返回一个arp inverse-reply进行回应，大意是“我的IP是×××，我在这个DLCI号上面！”，然后路由器A就知道了这个DLCI号对应的IP地址了，这就算是得到了一条DLCI与IP之间的映射。
下面两个图分别是ARP的反向查询和回应。

反向ARP查询



对反向ARP查询的回应
2.DLCI静态配置。其实就是在接口上手动配置DLCI和IP的映射关系，跟我们平时手动添加的静态ARP映射差不多。命令比较简单，就是“frame-relay map ip ×.×.×.× DLCI号 broadcast”。该命令中，IP地址是远端IP，DLCI号则是本地的DLCI号，加上这个broadcast参数的意思是允许发送广播和组播。这样就创建了一条能够让DLCI号跟对应的IP地址关联起来的静态映射。

三、帧中继的接口类型
帧中继有三种接口类型，分别是物理接口（physical）、多点子接口（multipoint）、点对点子接口（point-to-point）。
物理接口，其实就是不配置任何子接口下的默认接口模式。当路由器收到了来自帧中继交换机的DLCI信息，它就会对所有与之关联的虚拟链路进行反向ARP查询，从而建立起DLCI与IP之间的映射表。这种情况下，物理接口不需要做任何配置，即可与对端连通。


多点子接口，可以认为是一个具有跟物理接口同样作用的子接口。这意味着，当启用多点子接口的时候，他也是默认启用反向ARP功能，并且可以连接多条虚拟链路。但是，由于他是子接口，它无法像物理接口一样自动对DLCI号进行反向ARP查询。这是因为子接口根本不知道自己可以拥有哪些虚拟链路，他不知道自己有哪些DLCI号！所以就要对该子接口配置DLCI号，在子接口下面输入“frame-relay interface-dlci ××”，配置了DLCI号之后，反向ARP才知道对哪些DLCI号发送查询请求，然后查询过程就跟物理接口一样。
点对点子接口，顾名思义，就是说该子接口只有一条虚拟链路与之连接。由于是子接口，所以它也需要配置DLCI号才能正常工作。点对点子接口默认是不启用反向ARP功能的，这是因为他知道与之连接的只有一条链路，它形成的不是DLCI与IP的映射条目，而是点对点接口跟DLCI的映射。
值得注意的是，上面提到的点对点跟多点子接口的区别，在ping对端IP地址的时候，抓包就会体现出来：点对点子接口对于任意的IP地址都会发出ping包，而多点子接口只会对ARP映射表上有的IP地址发出ping包，当它ping其他IP的时候，是没有ping包发出来的。