帧中继基本知识

 第八章 帧中继

帧中继线路是中小企业常用的广域网线路，其通信费用较低。由于帧中继技术的一些特殊性使得帧中继的配置较为复杂，特别是在帧中继上运行路由协议时更是如此。作为入门，帧中继的理解重点放在DLCI、PVC、帧中继映射和子接口等概念上。本章通过几个实验详细介绍帧中继的关键概念。

8.1帧中继简介

8.1.1 什么是帧中继

帧中继（Frame relay ，FR）是面向连接的第二层传输协议，帧中继是典型的包交换技术。相比而言，同样带宽的帧中继通信费用比DDN专线要低，而且允许用户在帧中继交换网络比较空闲的时候以高于ISP所承诺的速率进行传输。

8.1.2 帧中继的合理性

用户经常需要租用线路把分散在各地的网络连接起来，如图 8-1 （a）所示，如果采用点到点的专用线路（如DDN），ISP需要给每个地方的路由器拉4对物理线路，同时每个路由器需要有4个串口。帧中继网络拓扑如图 8-1 （b）所示，每个路由器只通过一条线路连接到帧中继云上，线路的代价大大降低，每个路由器也只需要一个串行接口。

8.1.3 DLCI

DLCI （Data Link Circiut Identification ,数据链路连接标示符）实际上就是帧中继网络中的第2层地址。如图 8-2 所示，当路由器R1 要把数据发向路由器R2 （IP地址为123.123.123.2）时，路由器R1可以利用DLCI = 102 来对IP数据包进行第2层的封装。数据帧到达帧中继交换机后，帧中继交换机根据帧中继交换表进行交换：从S1 接口收到一个DLCI 为 102 的帧时交换机将把帧从S2 接口发送出去，并且发送出去的帧的DLCI改为 201 。这样路由器R2就会接收到R1发来的数据包。而当路由器R2要发送数据给R1（IP地址123.123.123.1）时，路由器R2可以用DLCI=201来对IP数据包进行第2层的封装，数据帧到达帧中继交换机后，帧中继交换机同样根据中继交换表进行交换：当从S2接口收到一个DLCI为201的帧时，交换机将把帧从S1接口发送出去，并且并且发送出去的帧的DLCI改为102，这样路由器R1就会接收到R2发来的数据包。

图 8-2 帧中继网络

通过以上分析可以知道，DLCI实际上就是IP数据包在帧中继链路上进行封装时所需的第2层地址。图 8-2 各路由器的第3层地址和第2层地址映射如下：

R1  123.123.123.2 " 102  123.123.123.3 " 103

R2  123.123.123.1 " 201  123.123.123.3 " 203

R3  123.123.123.1 " 301  123.123.123.2 " 302

帧中继的一个非常重要的特性是 NBMA （非广播多路访问）。在图 8-2 中，如果路由器在DLCI为102的PVC上发送一个广播，路由器R2可以收到，然而R3是无法收到的，如果R1发送的广播想让R2和R3都收到，必须分别在DLCI为102和103的PVC上各发送一次，这就是非广播的含义。多路访问的意思是帧中继网络是多个设备在同一网络介质上，以太网也是多路访问网络。

8.1.4 帧中继术语   

1、永久虚电路 （PVC）：虚电路是永久建立的链路，由ISP在器帧中继交换机静态配置交换表实现。不管电路两端的设备是否连接上，ISP总是为它保留相应的带宽。

2、数据链路访问标示符（DLCI）：一个在路由器和帧中继交换机之间标识PVC或者SVC的数值。

3、本地管理接口（LMI）：是路由器和帧中继交换机之间的一种信令标准，负责设备之间的连接及维护其连接的状态。

4、承诺信息速率（Committed Information Rate ,CIR）：也叫保证速率，是ISP承诺将要提供的有保证的速率，一般为一段时间内（承诺速率测量间隔T）的平均值，其单位为bps。

5、超量突发（Excess Brust ,EB）:在承诺信息速率之外，帧中继交换机试图发送而未被准许的最大额外数据量，单位为bit。超量突发依赖于服务提供商提供的服务状态，但它通常受到本地环路端口速率的限制。

8.1.5 LMI

LMI （Local Management Interface ）提供了一个帧中继交换机和路由器之间的简单信令。在帧中继交换机和路由器之间必须采用相同的LMI类型。Cisco 路由器在较高版本（11.2以后）的IOS中具有自动检测LMI类型的功能。配置接口LMI类型的命令为“encapsulation frame-relay [ cisco | ietf ]”。路由器从帧中继交换机收到LMI信息后，可以得知PVC状态。这3中PVC是：

l  激活状态（Active）：本地路由器与帧中继交换机的连接是启动的且激活的，可以与帧中继交换机交换数据；

l  非激活状态（Inactive）：本地路由器与帧中继交换机的连接是启动且激活的，但PVC另一端的路由器未能与它的帧中继换机通信；

l  删除状态（Deleted）：本地路由器没有从帧中继交换机上收到任何LMI，可能线路或网络有问题，或者配置了不存在的PVC。

8.1.6 帧中继映射

DLCI 是帧中继网路中的第2层地址。路由器要通过帧中继网络把IP数据包发到下一跳路由器时，它必须知道IP和DLCI的映射才能够进行帧的封装。有两种方法可以获得该映射：一种是静态映射，有管理员收到输入；另一种是动态映射。默认情况下，路由器帧中继接口是开启动态映射的。

1、静态映射

管理员手工输入的映射就为静态映射，其命令为：

Frame-relay map ip protocol address  dlci [ broadcast ]

其中，

protocol：协议类型

address：网络地址

dlci ：为所需要交换逆向ARP信息的本地接口的DLCI 号

broadcast ：参数表示允许在帧中继线路上传送路由广播或组播信息

例子：R1（config-if）#frame map ip 123.123.123.2  102 broadcast

2、动态映射

 IARP（Inverse ARP，逆向ARP）允许路由器自动建立帧中继映射，集中原理如图 8-3 所示：

1、                路由器R1从DLCI=102 的PVC上发送IARP包，IARP包中有R1的IP地址12.12.12.1；

2、                帧中继云对数据包进行交换，最终把IARP包通过DLCI=201的PVC发给R2；

3、                由于R2是从201的PVC上发送IARP包的，因此R2会自动建立一个映射：12.12.12.2 " 102；

4、                同样，R2也发送IARP数据包，R1收到该IARP包，也会自动建立一个映射：12.12.12.2 "102；

图 8-3 动态映射（IARP）工作示意图

8.1.7 子接口

子接口实际上是一个逻辑接口， 并不存在真正物理上的子接口。子接口有两种类型：点到点和点到多点。当采用点到点子接口时，每一个子接口用来连接一条PVC，每条PVC的另一端连接到另一个路由器的一个子接口或物理接口。这种接口的连接与通过物理接口连接的点对点连接效果是一样的。每一对点对点的链接都是在不同的子网上。

一个点对多点子接口被用来建立多条PVC，这些PVC连接到远端路由器的多点子接口或物理接口。这时，所有加入链接的接口（不管是物理接口还是子接口）搜应该在同一个子网上。点到多点子接口和一个没有没有配置子接口的物理主接口相同，路由器更新要受到水平分割的限制。默认情况下，多点子接口水平分割是开启的。