理解并取：frame-relay的工作原理

理解并取：frame-relay的工作原理

对应的教学录像在：http://edu.51cto.com/lecturer/user_id-7648423.html

9.9发布，待管理员24小时审核后，便可观看，课程名称为《思科CCNA认证的帧中继专题分析（200-120) （9课时）》

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，单纯通过上述的文字定义很难真正的理解帧中继的工作原理与持性。所以笔者建议如下学习思路：

n理解帧中继的分组交换特性

n理解帧中继的DLCI号码

n对比专线理解帧中继较高的性价比

n理解帧中继的组件

n理解帧中继的信令管理并分析LMI的数据帧

n理解帧中继LMI的类型

n理解并取证帧中继的数据帧

n理解帧中继的网络形状

n配置帧中继网络

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，如下图8.41所示，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的通信信道都放入同一条物理链路以后，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就不会把两条逻辑搞混了。

注意：被物理链路承载的逻辑链路叫VC(virtual circuit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所留，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。

理解帧中继的DLCI号码：

数据链路连接标识（Data Link Connection Identifier），是对帧中继网络中虚拟电路（virtual circuit）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号码只具备本地意义，具体如下图 8.42所示，电信运营商的帧中继交换机将维护一张转发接口与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号码只具备本地意义是指示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，要完成与目标的通信必须要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。

　

对比专线理解帧中继较高的性价比：

如果企业有四个处于不同地理位置的办公点，由于业务平台需求，需要将四个办公场所通过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下图8.43所示，要完成四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：每个路由器必须要3个串行接口，分别用于连接其它的三个路由器。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。

如果使用帧中继设计这个环境，仍然是不同地理位置的四个办公点，两两互联使用帧中继设计如下图 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号标识所选择逻辑链路，这样就不会发错。R2、R3、R4也是同理，因为Ｒ１到这几个路由器的通信链路为分组交换机的虚拟链路，它被一台物理链路所承载。使用帧中继连接所付出的代价：每台路由器只需要一个物理串口，该物理串口承载三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。成本便宜，性价比高。

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（DataCircuit-Terminal Equipment）数据电路终止设备，该设备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（DataTermainal Equipment）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。具体如下图8.45所示。

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keep live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），以每10秒为一个间隔周期完成，周期性的查询数据帧如下图8.46所示。关于LMI 报文的结构如下图8.47所示。

n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。

nLMI DLCI：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的信令型类采用cisco的LMI类型，那么DLCI号就是1023；如果采用ANSI或ITU（q33a）类型的LMI，那么DLCI号就是0。关于LMI的类型在后面有详细说明。

n未编号信息标志（UII）：未编号信息标志用于将轮询最后位设置为0。

n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。

n呼叫参考（call Ref）:呼叫参考暂时不使用，其值一般为0。

n消息类型（messagetype）:该字段有两种可能，一个是指示状态查询（enquiry），另一个是状态响应（Stauts）。

n消息元素（informationElement）:包括数量指定的独立信息元素，如IE标识符和IE长度。

nFCS :数据帧校验序列，用于数据的验证，保证数据传输的完整性。

下图8.48所示为实时通信的过程中使用协议分析器取证的帧中继的LMI信令数据帧。通过分析该数据帧，可看出为帧中继的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，当LMI为Cisco时使用的是1023，当为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；然后在该帧中可以看出未编号信息指示器字段是“0x00”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的状态询问消息；在消息元素中指示DTE与DCE之间使用keep Alive的形式来完成LMI的状态监控。

理解帧中继LMI信令的类型：

帧中继交换机（DCE）端与面向企业前端设备（DTE）端的LMI信令协议必须一致。以确保帧中继链路的正常，换而言之，帧中继交换机使用的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为以下三种标准。可以通过在路由器的接口模式下执行frame-relaylmi-type指令，以人工的方式来指定LMI的类型。

nAnsi:由美国国家标准委员会（ANSI）定义。

nQ.933:ITU-TQ.933 AnnexA标准。

nCisco:由cisco公司、数字设备公司、北电、StrataCom联合定义的LMI。

理解并取证帧中继的数据帧：

帧中继报文的结构如下图8.49所示，取证的数据帧如下图8.50所示。请将报文结构对照取证的数据帧接合下面对各字段的定义做理解：

n开始Flag：指示帧的开始,也叫做帧中继的第一地址，使用一个八位组表示。

nDLCI：标识帧中继网络到达目标使用的DLCI号码。

nC/R:(Command/Response)命令响应，该字段通常不用。

nEA:扩展地址用来指示包含EA字段的是否是最后一个帧标记，如果该字段的值为１则表示这是最后一个结束帧标记，因为帧中继有两个帧标记，一个开始Flag，一个结束Flag。它会出现在两个地方，开始Flag和结束Flag中，所以当EA标记出现在图9中的开始标记部分其值为０；而在结束标记部分其值为1。

nFECN: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设备）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。

nBECN: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设备）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。

nDE:可丢弃标记，如果该字段被设置为１的帧中继数据报文在遇到网络拥塞时会被丢弃。需要注意的是该标记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，只会在网络拥塞时会被优先丢弃。

nData:指示在帧中继中被封装的上层数据。

n结束Flag:指示帧的结束,也叫做帧中继的第二地址，使用一个八位组表示。

nFCS:用于检测传输错误。

理解帧中继的网络形状：

理解帧中继的网络形状是清晰的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是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由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，那么这此偶尔的通信流量将通过总部（中心点）进行转发。具体如下图8.51所示。

特点：总部与分支之间存在VC，分支之间没有VC。R2与R3之间默认不能通讯，如果有偶尔的通信就由总部（中心点）进行流量转发，成本低，中心点承载流量压力较大。

全网状：全网状的帧中继指示所示帧中继的接入点，两两之间都有一条独立的VC。通常全网状的帧中继，被应用于企业总部与分支机构以及分支机构与分支机构之间都有频繁的通信流量的环境，如下图8.51所示。

特点：通信点之间都有一条独立的VC；其成本较半网状要高，流量压力没有半网状大。

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