计算机网络基础教程：帧中继网

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1、9.4帧中继网帧中继网络是目前局域网互联综合性能（可靠性、价格、传输速度、网络延时、响应 时间、吞吐量、覆盖面等）最好的公共网络，可提供高达45Mbps的高速数据传输。帧中继 网络正在逐渐替代DDN网络，成为局域网互联的主要公共服务网络。帧中继公共网络最早是在1992年在美国投入公共服务。我国从1996年底由中国电信（现在的电信和网通）开始建设ChinaFRN，其一期主干网络于1997年6月建设完成，覆 盖北京、上海、广州、沈阳、武汉、南京等21个省会城市，并在北京、上海和广州建立了 国际出口，与其它国家的帧中继网络相连。目前，经过8年的建设，我国的ChinaFRN已经 延伸到几乎所有地级市，

2、部分地区甚至延伸到县级市，覆盖面非常广泛。9.4.1帧中继网络的构造帧中继网络是由帧中继交换机组成的一个跨地域的大型网络。帧中继网络的核心是帧 中继交换机，是一个工作在链路层的网络设备。帧中继交换机之间使用光纤连接，采用时分 多路复用的方式提供多条虚电路。图9.14帧中继由帧中继交换机组成的一个大型网络帧中继网络是一个分组交换网，在帧中继交换机之间传输的数据报是与局域网一样带 有帧报头的数据帧。帧中继数据帧的报头格式如图9.15所示：I字节.2字节最大15叫字节 2字节起始DLCI地址DATAFCStt验图9.15帧中继的报头格式帧中继报头的头一个字节是01111110的二进制序列，标明一帧数

3、据的开始。第二个字 段是16位的地址字段，其中的DLCI地址占10位。另外还有3个标志位，分别是向前拥挤 标志位FECN、向后拥挤标志位BECN和丢弃标志位DE。DLCI地址是交换机识别虚电路使用的虚电路号（own Data Link Channel Identifir 帧中继交换机使用DLCI地址进行数据报转发的工作原理如图9.16所示：lN_PortIN_OLCIUTP&rtOUT_DLCt100PI200POwP2275P0 swatch7 ng labeDLCI=1DCDLCJ=100图9.16帧中继交换机的工作原理F raTie H 日y sivttchDLCI 100PoFrarr

4、e R屯My packgJFITDLCI 2U0DLCI275HeaderHeaderData.Dab帧中继交换机的与以太网交换机一样，拥有一个交换表。数据报进入端口后，交换机 从帧报头的地址字段取出DLCI地址，查交换表就可以得知应该向哪个端口转发。与以太网交换机不同的是，由于DLCI地址只在一对交换机之间的链路上有效，所以， 帧中继交换机在向另外一个端口转发数据报时，需要重新封装帧报头。图9.17帧中继网络中的一条虚电路从图9.17可以看出，帧中继网络中的一条虚电路需要有一系列DLCI地址标识。当用 户向电话公司租用了一条由局域网A至局域网B的虚电路时，电话局要为这条虚电路沿途 分配一系列

5、DLCI地址。例如我们这条局域网A至局域网B的虚电路，使用231、96、755、 284、87五个DLCI地址来标识。帧中继交换机完成数据包转发的关键是数据报报头中的DLCI地址和交换机内的交换 表。只是帧中继报头中只有一个DLCI地址，用来标识虚电路号。而以太网帧报头中有两个 MAC地址，用来表示通讯的两端。9.4.2帧中继网络的虚电路帧中继网络把它的每对交换机之间的连接线路采用时分多路复用方式划分为多条虚电 路，带宽低的虚电路（如64Kbps）分配的时隙少，带宽高的虚电路（如2Mbps）分配的时 隙则多。虚电路virtual circuit是一条客观存在的通讯线路，但是在物理上又无法独立存

6、在。一 条物理线路可以分解为多条虚电路。显然，一条物理线路承载的虚电路越多，每个虚电路的 传输速度带宽就越小。电话公司是通过出租虚电路的方式向用户提供远程连接服务的。当用户提出想电话公司租用一条128Kbps的虚电路时，电话局称这个带宽为承诺信息 速率（Committed Information Rate， CIR）。CIR是用户向电话公司租用的线路传输速度，电 话公司需要保证提供这样的传输速度。电话公司在保证用户的CIR带宽的前提下，如果用 户的数据发送速度超过CIR。这时，帧中继网络将占用其它用户的空闲时隙来为用户传送。 但超出CIR带宽的那部分数据，网络将只按尽力而为的转发策略提供转发。

7、用户局域网到电话局的本地线路上的数据传输速度称为链路速率。链路速率是用户和 帧中继网络之间线路的速率，进入帧中继网络的最大数据量受链路速率的限制。莓略速虞=25图9.18帧中继网络中的链路速率和承诺速率在图9.18的例子中，B网络租用两条虚电路（DLCI=44和DLCI=52）分别与A网络 和C网络远程连接。也就是说，在电话局至网络B的本地连接线路上承载着两条虚电路。 显然，本地连接线路上的链路速度需要等于或高于所租用的两条虚电路的CIR之和。一般 情况下，人们总是要求链路速度高于所租用的两条虚电路的CIR之和的2到3倍。9.4.3 DLCI 地址当用户向电话公司租用了一条由局域网A至局域网B

8、的虚电路时，电话局要为这条虚 电路沿途分配一系列DLCI地址。一条虚电路是由一系列DLCI地址来标识出来的。DLCI地址是一个10位的编码，由于它是一个“本地地址”只标识一段线路上的某 条虚电路，只在这段线路上唯一。所以，10位的DLCI地址能为1024条虚电路编码，在用 户至电话局和帧中继交换机之间的“本地线路”上是够用的（参见图9.17）。但是，根据国际电讯联盟电讯标准化机构ITU-T和美国国家标准协会ANSI的规定， 只有16到991的DLCI地址是分配给出租线路的，其它的DLCI地址保留给用户至电话局 和帧中继交换机之间传输控制信号的虚电路使用。9.4.4帧中继报头中的标志位从图9.1

9、5帧中继的报头格式我们知道，帧中继技术需要使用3个标志位：向前拥挤标 志位FECN、向后拥挤标志位BECN和丢弃标志位DE。在数据刚被发送的时候，FECN和BECN都被设置为“0”，表示没有拥挤。当一个数据 帧在帧中继网络中的某个交换机上遇到了阻塞，该交换机就会把FECN置为“1”，用来告诉 目标主机本帧数据经历了拥塞。同时，交换机会把相反方向的数据帧的BECN也置为“1”， 用来告诉源主机，在本帧传送的相反方向上出现了数据阻塞。FECN和BECN是由发现拥堵的帧中继交换机置位的。帧中继技术的前身X.25网络是需要在链路层也进行流量控制的。帧中继技术实施的一 个重要改进就是放弃在链路层进行流量

10、控制和出错重发，以去掉复杂机制换取更高的吞吐 量。因此，帧中继技术对于流量拥挤只是简单地标识出拥挤事件，而不做任何处理。图9.19帧中继报头中的FECN和BECN丢弃标志位DE是这样使用的：数据被发送的时候，那些超过承诺信息速率CIR的数 据帧，其丢弃标志位DE被置为“1”。当交换机无法挪用足够的其它用户的空闲带宽传输这 些数据时，丢弃标志位DE置为“1”的数据将被丢弃。9.4.5 本地管理接口 Local Management Interface （LMI）帧中继提供了一个在帧中继交换机和帧中继数据终端设备（路由器）之间的简单的信令 协议LMI。帧中继交换机和路由器之间交换信息依靠LMI报文

11、包传送。DLCI地址为16-991的包，则是正常的数据包。如果帧中继交换机收到路由器，或路 由器收到帧中继交换机一个DLCI地址为这个DLCI地址范围外（如：1023）的包时，便可 辨别出这是一个LMI包，它不是待传输的数据，而是通讯控制信息，只需要帧中继交换机 或用户路由器来解读的。目前有三个并存的LMI协议：Cisco:这是由 Cisco 公司、StrataCom 公司、Northern Telecom 公司和 DEC 公司联合制订的协议。使用DLCI地址1023作为控制信息传输的专用虚 电路。Ansi：美国国家标准协会ANSI制订的协议。使用DLCI地址0作为控制信息 传输的专用虚电路。

12、Q933a：国际电讯联盟电讯标准化机构ITU-T。使用DLCI地址0作为控制信息 传输的专用虚电路。DLCI地址为1008至1022被ITU-T和ANSI保留，用于将来的LMI通讯使用。Cisco公司则已经使用1019至1022这些虚电路作为其帧中继续组播。9.4.6连接局域网到帧中继网络图9.20与帧中继网络的连接当用户与电话公司签订完线路租用协议后，电话局将负责在帧中继线路两端，把本地连 接电缆从电话局铺设到用户的指定位置，并发放一个CSU/DSU设备给用户。CSU/DSU设 备是帧中继网络的最外端设备DCE，由电话局负责调试通帧中继线路两端的CSU/DSU设 备。用户需要做的工作是把自己

13、的路由器（DTE）使用串口（通常是V.35）连接CSU/DSU 设备上，然后配置好自己的路由器，便完成了连接工作，并可以使用租用的线路了。图9.21路由器的V.35串口路由器在以太网和帧中继网络之间转发数据的原理如图9.22所示:Amving packet172 1K1 510,0 0 0NetworkAddress of nexl routerrlorfaee100.D.D17-161.2SORtiUting tabidMain memoryAddress of next routerLCf172 10.12100Frpim*1 Rlay marPhysiGFil Htcrfsce图9.22

14、路由器在帧中继转发过程中的工作原理在图9.22的例子中，左侧的局域网通过租用帧中继线路与10.0.0.0网络连接。左侧路由 器需要建立一个帧中继地址映射表，记录前往10.0.0.0网络的下一条路由器端口 172.16.1.2 需要通过DLCI地址为100的虚电路传输。当路由器收到一个需要前往10.0.0.0网络的数据报时，通过查询路由表，得知这个数据 报需要通过自己的S0端口转发。当它查询自己的配置文件得知这个S0端口封装的是帧中 继协议时，便查询帧中继地址映射表，取出 DLCI地址（100），封装上帧报头，发送给 CSU/DSU。CSU/DSU设备会将这个数据报发送到帧中继网络的第100号虚

15、电路中。路由器在这里查询帧中继地址映射表与在以太网时查询ARP表的性质完全相同，都是 为了获得封装报头所需要的链路层地址。图9.23是一个完整的连接帧中继网络的路由器的配置例子。例子中使用了 6条路由器 配置命令：第一条命令声明后续5条是针对串口 S1的配置命令第二条命令为S1端口配置IP地址第三条命令声明这个串口封装帧中继协议第四条命令确定S1端口的链路速率第五条命令通知路由器选择ANSI标准的LMI协议第六条命令填写帧中继地址映射表，把下一跳路由器的IP地址10.16.0.2与所 租用的虚电路号110关联起来。.1 nrerTnrA i al 1ip addreaa 1DM6,0-1 255,255. Z55 a D Pfin/ip-ijliif idfi fton-dwidthf .l ame-i elj.y liui-Ljjpe l xBirrrB-Lla?/ 皿ip Ip 10.1 c . 0.2 110图9.23配置路由器