Frame Relay-FR介绍

1 帧中继的基本概念

帧中继是近年来推出的快速分组交换技术，其特点是极大地简化协议，从而有效地提高数据传送速度。帧中继技术的前提条件是传输网光纤化和用户终端智能化，其典型应用是LAN互连和X.25网络互连。

帧中继(Frame Relay，FR)技术是在OSI第二层上用简化的方法传送和交换数据单元的一种技术。

帧中继技术是在分组技术充分发展，数字与光纤传输线路逐渐替代已有的模拟线路，用户终端日益智能化的条件下诞生并发展起来的。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去完成，大大简化了节点机之间协议； 同时，帧中继采用虚电路技术，能充分利用网络资源，因而帧中继具有吞吐量高、时延低、适合突发性业务等特点。帧中继对于基于信元的异步转移模式(ATM) 网络，是一个重要的接入可选项。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(WAN)中，支持多种数据型业务，如局域网(LAN)互连、计算机辅助设计(CAD)和计算机 辅助制造(CAM)、文件传送、图像查询业务、图像监视等。

2 帧中继的特点

帧中继技术具有以下技术特点：

(1) 帧中继技术主要用于传递数据业务。

 

(2) 可以实现带宽的复用和动态分配。帧中继传送数据信息所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，使用这种机理，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，提高了网络对信息处理的效率。采用物理层和链路层的两级结构，在链路层也仅保留了核心子集部分。

(4) 没有重传、流量控制等机制，节省了交换机的开销。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FR用户的接入速率在64kbit／s-2Mbit／s之间，近期FR的速率已提高到(8-10)Mbit／s，今后将达到45Mbit／s。

(5) 适合于封装局域网的数据单元。交换单元——帧的信息长度远比分组长度要长，预约的最大帧长度至少要达到1609字节／帧，适合于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阻塞的机制。用户有效地利用预先约定的带宽，即承诺的信息速率(CIR)，并且还允许用户的突发数据占用未预定的带宽，以提高整个网络资源的利用率。

(7) 采用面向连接的交换技术。与分组交换一样，FR采用面向连接的交换技术。可以提供SVC(交换虚电路)业务和PVC(永久虚电路)业务，但目前已应用的FR网络中，只采用PVC业务。

(8) 用户平面和控制平面分离。所谓控制平面指的就是信令的处理和传送。信令的主要功能就是呼叫建立和释放，也可能包括某些管理功能。X.25 的虚呼叫建立和释放由分组层完成，呼叫控制消息为特定的分组，它们和数据分组共享同一个LCN，因此称之为“带内信令”，相当于PSTN中的随路信令。帧 中继的信令和用户信息的传送通路逻辑上是分离的，其信令在单独指配的一条数据链路连接(DLCI＝0)上传送信令，称之为“带外信令”。

 

需要指出的是，帧中继数据传送阶段协议只有2层，但是呼叫建立和释放阶段的协议有3层，其第3层就是呼叫控制信令协议。当然这里指的是交换虚电路(SVC)方式。目前应用的帧中继网采用的都为PVC方式，它并无呼叫建立和释放过程，其信令主要为PVC管理功能。

 

由于协议简化，帧中继的功能也与X.25有所不同，帧中继技术具有以下功能特点：

 (1)拥塞管理

 

帧中继没有流量控制功能，其出发点是不对用户发送的数据量作任何限制，以满足用户突发数据传送的要求，它的副作用是有可能造成网络拥塞。帧中继对拥塞的处理只是简单地通知始发用户，期望用户暂停发送数据，拥塞通知信息置于帧的链路层封装中。但是协议并没有强制要求用户必须减少数据发送量，因此这只是一种“绅士协定”式的宽容的流量控制。

(2)带宽管理

 

 

由于用户可以不理会拥塞通知，因此为防止网络拥塞状况恶化，也为了防止某一用户过量发送数据而影响其他用户的服务质量，必须有一种公平的带宽管理措施。帧中继采用的是一种简单的“业务合约方法”，它包含3个参数：

承诺信息速率(CIR)：指的是网络保证予以传送的用户最大发送信息速率。该参数值在用户预订业务时确定，可随业务提供者的不同而不同。

承诺突发长度(Bc)：指的是在时间间隔Tc内网络保证予以传送的用户最大发送数据量(比特数)。Bc＝Tc·CIR。

超额突发长度(Be)：指的是在时间间隔Tc。内，允许用户超过Bc发送的数据比特数。网络对这部分超额发送数据予以接受，尽力传送但不予保证。

（3）连接管理

 

 

帧中继初始应用目标就是为计算机用户提供高速数据通道，因此帧中继网提供的多为PVC连接。任何一对用户之间的虚电路连接都是由网络管理功能预先指定的，协议只需考虑数据传送，因而特别简单。然而也带来一个安全性问题：如果数据链路出现故障，如何将此状态的变化及PVC的调整告诉用户，这就是连接管理的任务，它属本地管理接口(LMI)功能。在帧中继信令中专门定义了PVC管理消息和信令过程，其基本功能就是通知虚电路的可用性状态和PVC的增加或删除。信息传递采用周期性轮询(polling)的方法实现。

目前帧中继已制定了关于SVC的呼叫控制信令协议，因此原则上和X.25一样，帧中继连接既可以是PVC，也可以是SVC，或者是两者的组合，然而实际帧中继网支持的仍然是PVC连接方式

 

3 帧中继协议

 

和X．25协议一样，标准化的帧中继协议只是UNI协议，规定了帧中继终端接入网络的规程。NNI协议均为各个网络的内部协议，并未标准化，都是UNI协议的某种变型。帧中继协议的主体为链路层协议，它是LAPF的子集，称为数据链路核心协议(DL_core)，用于支持帧中继数据传送，功能十分简单。另一必备部分是LMI管理协议。增强部分则是呼叫控制协议，其功能是建立和释放SVC。

帧中继的帧结构和HDLC帧有两点重要的不同。

一是帧不带序号，其原因是帧中继不要求接收证实，也就没有链路层的纠错和流量控制功能。

二是没有监视(S)帧，帧中继将信令置于另外的管理信道传送，即“带外信令”。

4 帧中继交换机

 

1 功能和结构设计

 

帧中继交换机应具有的主要功能包括：

用户接入：支持帧中继UNI接口。作为任选功能，可以内建FR装拆单元接入非帧中继终端；

中继连接：支持和其他交换机及和其他帧中继网的NNI接口，前者为内部协议，后者为国际标准；

寻址和选路：支持PVC和SVC连接；

管理功能：包括带宽管理、拥塞管理、PVC状态管理和系统配置管理；

提供网管接口；

与其他网络的互通与互连能力。

从原理上说，帧中继也是一种分组交换，基本结构仍是多处理机、多总线结构。具体有如下3种设计方案：

基于X．25分组交换机：硬件不变，增强软件；

按帧中继要求重新设计的新型交换机；

具有帧中继接口的ATM接入交换机。

2、寻址功能

 

目前网络多采用PVC传送方式，交换机根据DLCI进行寻址选路，在其内部保存由管理功能预先指配的输入DLCI和输出DLCI的映射表，据此确定交换后的输出链路。需要注意的是，DLCI仅具局部意义。

 

3、非FR终端接入

 

类同X.25，非FR终端通过FR装拆设备(FRAD)接入帧中继交换机，有些交换机本身内含FRAD。FRAD由3部分组成：

多协议处理部分：由多个模块组成，每个模块负责处理一种非FR接入协议，提取出该协议数据单元(PDU)；

服务协议部分：负责将多协议处理部分输出的PDU统一封装为某一选定的服务协议的用户数据，该服务协议还提供差错恢复和数据恢复功能；

帧中继部分：负责将封装后的服务协议PDU装入帧中继的帧结构中，然后映射至某一DLCI送入帧中继网。

 

常用的服务协议就是X.25。其优点是将现存的X.25 PAD设备加上帧中继部分即构成FRAD。和PAD不同的是，FRAD并无标准协议，各厂商生产的FRAD不一定能互通，但是上述封装转换是一种普遍采用的方法