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通信网络综述论文资料

HEFEIUNIVERSITY

帧中继网综述报告

题　　目帧中继网综述

系　　别电子信息与电气工程系

年级专业（班级）12级通信工程

（1）班

姓　　名华奇林

指导老师胡国华

完成时间2015年4月20日

摘要

帧中继（FrameRelay）是从综合业务数字网中发展起来的，并在1984年推荐为国际电话电报咨询委员会（CCITT）的一项标准，另外，由美国国家标准协会授权的美国TIS标准委员会也对帧中继做了一些初步工作。

由于光纤网的误码率（小于10^-9）比早期的电话网误码率（10^-4~10^-5）低得多，因此，可以减少X.25的某些过程，从而可以减少结点的处理时间，提高网络的吞吐量。

帧中继就是在这种环境下产生的。

帧中继提供的是数据链路层和物理层的协议规范，任何高层协议都独立于帧中继协议，因此，大大地简化了帧中继的实现。

帧中继的主要应用之一是局域网互联，特别是在局域网通过广域网进行互联时，使用帧中继更能体现它的低网络时延、低设备费用、高带宽利用率等优点。

帧中继是一种先进的广域网技术，实质上也是分组通信的一种形式，只不过它将X.25分组网中分组交换机之间的恢复差错、防止阻塞的处理过程进行了简化。

关键字：

帧中继吞吐量广域网技术分组通信

目录

1概述4

1.1帧中继实现的可能性4

1.2FR帧中继的协议结构5

1.3帧中继技术基本要求6

1.4帧中继的帧格式6

2帧中继网原理8

2.1帧中继网工作过程8

2.2帧中继网和X.25网的比较9

3帧中继的作用11

3.1局域网互连11

3.2图像传送12

3.3虚拟专用网12

3.4帧中继网络的用途12

4帧中继的发展应用13

4.1帧中继目前的应用方向13

4.2帧中继的前景14

5结语14

1概述

帧中继是一个提供连接并且能够支持多种协议、多种应用的多个地点之间进行通信的广域网技术，它定义了在公共数据网上发送数据的流程，属于高性能、高速率的数据连接技术。

帧中继使用高级数据连路控制协议（HDLC）在被连接的设备之间管理虚电路（PVC），并用虚电路为面向连接的服务建立连接。

在OSI参考模型中，它工作在物理层和数据链路层，依靠上层协议（如TCP）来提供纠错功能。

作为用户和网络设备之间的接口，帧中继提供了一种多路复用的手段。

可以为每对数据终端设备分配不同的DLCI（数据链路连接标识符）、共享物理介质从而建立许多逻辑数据会话过程（即虚电路）。

帧中继设计思想非常简单，将X.25协议规定的网络节点之间、网络节点和用户设备之间每段链路上的数据差错重传控制推到网络边缘的终端来执行，网络只进行差错检查，从而简化了节点机之间的处理过程。

1.1帧中继实现的可能性

20世纪80年代，很多用户在本地采用了局域网（LAN）技术。

一个公司、企业、机关以ＬＡＮ将本单位的多台个人计算机连接起来，共享本地网络资源，同时通过网桥或路由器接入公共电信网。

这类用户的数据特点是数据量大、突发性高。

除LAN外，计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）以及图像传送业务也具有突发性特点，这是因为他们的文件数据量往往很大，比如一张普通的Ｘ光片就会有８兆的数据量。

 用分组网为这些用户开放业务，由于用户要传送的数据量大，而分组网的接入速率低、传送时延长，用户收发信息要作长时间的等待，会令用户不满意。

如果用数字数据网（DDN）数字数据专线为这些用户开放业务，通信效率虽然提高了，但费用较贵。

来自用户的新的通信需求促使人们考虑采取新的通信技术。

与此同时，网络技术发生了很大变化。

用户设备的智能化程度普遍提高，中继传输线已经普遍采用了光纤，光纤传输性能高，误码率低。

在这种情况下，纠错和流量控制问题可以由用户设备上的高层协议解决，网络协议可以简化。

由此，人们对分组交换协议进行了简化，产生了帧中继（FR）技术。

1.2FR帧中继的协议结构

帧中继的协议结构如图所示。

智能终端把数据送到链路层，封装在帧结构中，实施以帧为单位的信息传送。

帧不需要第三层的处理，能在交换机中直接通过。

一些第三层的处理功能，如流量控制等留给智能终端去处理。

对第二层，帧中继只完成数据链路层的Q.922核心层功能:

①帧定界、定位和透明传送；

②利用帧头的地址字段进行帧复用和分用；

③检验传输帧不超长、不过短；

④检验传输帧在“0”插入前/“0”删除后是否为8bit的整数倍；

⑤帧传输差错检测，但不纠错，若有错，则丢弃；

⑥对网络拥塞进行控制。

1.3帧中继技术基本要求

用户的业务要求，以业务的流量和流向为依据：

（1）易于网络的扩展和升级　　

（2）兼顾现有网络的资源和互通

（3）网络建设的经济性

（4）网络的可靠性和安全性

（5）保证网络的服务质量

1.4帧中继的帧格式

帧中继的帧结构是由ITU-TQ.922建议的，也称为Q.922HDLC帧。

它与高数据链路控制（HDLC）帧的格式类似，主要区别是没有控制字段，而且它使用扩充寻址字段，以实现链路层复用和“共路信令”，数据进入帧中继网络时，以帧中继的帧格式进行封装。

帧的转换由路由器完成。

这里，需要把路由器的S0口配置为帧中继封装。

（一般路由器的默认封装是HDLC或PPP）

1.帧中继的帧格式：

标志

帧中继头部

数据

FCS

标志

帧中继的帧由4个字段组成：

标志字段F、地址字段A、信息字段I和帧校验序列字段FCS。

各字段内容及作用如下：

标志：

表示帧的开始和结束，取值为7E。

帧中继头部：

16位，地址域，用于帧的寻址。

数据：

帧携带的数据，长度可变，一般不超过4096字节。

FCS：

帧校验序列。

2.帧中继的头部：

DLCI（6）

C/R

EA

DLCI（4）

FECN

BECN

DE

EA

一般为2个字节，也可扩展为3～4个字节，其内容包括：

①DLCI——数据链路连接标识符。

帧中继采用虚电路方式来传送数据帧，帧中继的每一个帧沿着各自的虚电路在网络中传送。

为此每个帧必须携带一个叫做数据链路标识符（DLCI）的“虚电路号”来标识每个帧的通信地址。

②C/R——命令/响应位，与高层应用有关，帧中继本身并不使用。

③EAB——地址扩展表示，可扩展到3或4个字节。

EAB＝0，表示下一字节仍然是地址字节；EAB＝1，表示地址字段到此为止。

④FECN——正向阻塞显式通知，FECN＝1，可能有正向阻塞而延迟。

⑤BECN——反向阻塞显式通知，BECN＝1，可能有反向阻塞而延迟。

⑥DE——帧丢弃许可指示，用户终端根据FECN和BECN的指示，使用DE来告诉网络，若网络发生阻塞，可优先传送（DE＝0）那些对时延敏感的帧，丢弃（DE＝1）那些次要的帧。

3.帧中继的帧结构和HDLC帧的不同

①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；

②是没有监视（S）帧，因为帧中继的控制信令使用专用通道（DLCI=0）传送。

帧中继的封装有两种格式：

cisco和ietf，两种封装略有不同，不能兼容。

Cisco设备默认的封装格式是cisco，但它也支持ietf，国内的帧中继线路多采用ietf。

2帧中继网原理

帧中继是一个简单的面向连接的虚拟电路分组业务,它既提供交换虚拟连接（ switched virtual connection,SVC） , 也提供永久虚拟电路（ permanent virtual circuit, PVC） , 作为ISDN 的支撑业务, 帧中继还遵循ISDN 的原则, 使用户数据与信令分离。

2.1帧中继网工作过程

用户在局域网上传送的MAC帧传到与帧中继网络相连接的路由器。

路由器就剥去MAC帧的首部，将IP数据报交给路由器的网络层。

网络层再将IP数据报传给帧中继接口卡。

帧中继接口卡把IP数据报封装到帧中继帧的信息字段。

加上帧中继帧的首部（包括帧中继的标志字段和地址字段，帧中继帧的标志字段和PPP帧的一样），进行CRC检验后，加上帧中继帧的尾部（包含帧检验序列字段和标志字段），就构成了帧中继帧。

为了区分开不同的永久虚电路PVC，每一条PVC的两个端点都各有一个数据链路连接标识符DLCI（DataLinkConnectionIdentifier）。

帧中继接口卡将封装好的帧通过向电信公司租来的专线发送给帧中继网络中的帧中继交换机。

帧中继交换机收到帧中继帧就按地址字段中的虚电路号转发帧（若检查出有差错则丢弃）。

当帧中继帧被转发到虚电路的终点路由器时，终点路由器就剥去帧中继帧的首部和尾部，加上局域网的首部和尾部，交付给连接在此局域网上的目的主机。

目的主机若发现有差错，则报告上层的TCP协议处理。

即使TCP协议对有错误的数据进行了重传，帧中继网也仍然当作是新的帧中继帧来传送，而并不知道这是重传的数据。

2.2帧中继网和X.25网的比较

X.25网络是一个面向连接的三层结构网络，终端发送数据前要先建立虚电路，通信完毕要释放虚电路。

网络各层协议，物理层X.21协议，数据链路层LAPB协议，分组层X.25协议。

网络中分组传送采用统计复用、存储转发模式，链路层有严格的差错控制功能，可确保数据通信对误码率的要求。

两者有以下主要区别：

帧中继是在X.25基础上，简化了差错控制（包括检测、重传和确认）、流量控制和路由选择功能，而形成的一种快速分组交换技术。

帧中继网和X.25网都是面向连接的分组交换网，而且帧的长度也都是可变的。

但是，两者有以下主要区别：

（1）X.25网的各结点有网络层，端到端确认由第四层（运输层）进行，而帧中继不仅各结点没有网络层，而且数据链路层也只有X.25网的一部分功能，端到端确认由第二层（数据链路层）进行。

（2）从源站到目的站传送一帧信息时，在X.25网和帧中继网的各链路上所要传送的信息不一样。

对X.25网，每个结点在收到一帧后都要发回确认帧，而且目的站在收到一帧后发回端到端的确认时，也要逐站进行确认。

而帧中继由于它的中间结点只转发帧，不发确认帧，即中间结点没有逐段的链路控制能力，所以，只有在目的端收到一帧后，才向源站发回端到端的确认。

因此，在帧中继方式下，是不需要网络层的.

（3）X.25网由网络层提供面向连接的服务，包括永久虚电路和交换虚电路，而帧中继网由数据链路层提供面向连接的服务，且只支持永久虚电路。

在数据链路层保持网络入口处和出口处所传输的帧的顺序，保证不交付重复帧，且帧的丢失率很小。

（4）在X.25网中，各结点都要对用户数据进行检错和纠错，在数据链路层和网络层设置流量控制，而帧中继网的差错控制和流量控制主要由高层协议完成。

X.25网在网络层设置路由选择功能，而帧中继则是在数据链路层进行永久虚电路的映射。

（5）分组交换网是在网络层中实现多路复用，而帧中继则是在数据链路层实现多路复用。

（6）分组交换的传输速率为64kb/s，而帧中继的传输速率则可达2.048Mb/s，

且其最高速率没有作理论上的限制。

目前，这种速率相对于局域网并不算高，但在实际应用的广域网上已经很不容易。

因此，帧中继网相对于X.25网有以下优点：

（1）帧中继继承了X.25分组交换统计复用的特点，通过在一条物理电路上复用多条虚电路，在用户间动态地分配数据带宽资源，提高了线路利用率。

（2）帧中继大大简化了X.25通信协议，网络在信息处理上只检错、不纠错，发现出错帧就予以丢弃，将端到端的流量控制交给用户终端来完成，减轻了网络交换机的处理负担，降低了用户信息的端到端传送时延。

（3）帧中继为用户提供了一种优惠的计费政策，即按照承诺的信息速率（CIR）来收费，并保证低于CIR的信息的传送；同时，允许用户传送高于CIR的数据信息，这部分信息传送不收费，网络空闲时予以传送，拥塞时予以丢弃。

（4）帧中继的帧长较长（可达4096字节），在传送帧长较长（1500字节左右）的局域网数据信息帧时效率较高，适合于实现局域网互联。

3帧中继的作用

3.1局域网互连

通过网桥和路由器互连局域网时采用帧中继是比较有效的。

帧中继协议的“流水线”特性特别适用于局域网产生的突发性、高速率和大流量的数据。

对局域网的数据帧进行中继转发时，需要采用可变长度的帧格式，并尽可能减少转换处理软件，这正是帧中继的特点。

在已建成的帧中继网络中，进行局域网互连的用户数量占90％以上，因为帧中继很适合为局域网用户传送大量的突发性数据。

3.2图像传送

帧中继网络可提供图像、图表的传送业务，这些信息的传送往往要占用很大的带宽。

而帧中继网具有高速率、低时延、动态分配带宽、成本低的特点，很适合传输这类图像信息，因而，诸如远程医疗诊断等方面的应用也就可以采用帧中继网络来实现。

3.3虚拟专用网

帧中继网可以将网络中的若干个节点划分为一个分区，并设置相对独立的管理机构，对分区内的数据流量及各种资源进行管理。

分区内各个节点共享分区内的网络资源，分区间相对独立，这种分区结构就是虚拟专用网。

采用虚拟专用网比建立实际的专用网要经济合算，尤其适合于大企业用户。

3.4帧中继网络的用途

帧中继网络的用途是为最终用户提供能够支持具有高比特率传输要求的应用的高速虚拟专用网（VPN）。

帧中继网络通过尽量减少或取消大多数数据网络执行的各种功能来为用户提供快速服务.由于光纤的大量应用,帧中继可以取消许多耗时且昂贵的检错、编辑和重发功能。

帧中继的一个重要特征是可以按需提供带宽.帧中继应用增长的另一个因素是对更高容量网络接口的需要。

4帧中继的发展应用

4.1帧中继目前的应用方向

（1）帧中继技术主要用于传递数据业务，它使用一组规程将数据信息以帧的形式（简称帧中继协议）有效地进行传送。

它是广域网通信的一种方式。

（2）帧中继所使用的是逻辑连接，而不是物理连接，在一个物理连接上可复用多个逻辑连接（即可建立多条逻辑信道），可实现带宽的复用和动态分配。

（3）帧中继协议是对X.25协议的简化，因此处理效率很高，网络吞吐量高，通信时延低，帧中继用户的接入速率在64kbit/s至2Mbit/s，甚至可达到34Mbit/s。

（4）帧中继的帧信息长度远比X.25分组长度要长，最大帧长度可达1600字节/帧，适合于封装局域网的数据单元，适合传送突发业务（如压缩视频业务、WWW业务等）。

帧中继测试技术：

当前主要的数据通信技术都基于分组交换技术，如分组交换、帧中继（FR）、交换型多兆比特数据业务（SMDS）、异步转移模式（ATM）。

起先中国不愿意发展“已落后”的帧中继技术，而是大力发展ATM技术，但随着时间的推移，帧中继技术才显示出它强大的生命力。

因为，首先帧中继技术的接入技术比较成熟，实现较为简单，适于满足64kbit/s～2Mbit/s速率范围内的数据业务。

而ATM的接入技术较为复杂，实现起来比较困难。

其次，ATM设备与帧中继设备相比，价格昂贵，普通用户难以接受。

所以，帧中继与ATM相辅相成，成为用户接入ATM的最佳机制。

帧中继网络是由许多帧中继交换机通过中继电路连接组成。

加拿大北电、新桥，美国朗讯、FORE等公司都能提供各种容量的帧中继交换机。

一般来说，FR路由器（或FRAD）是放在离局域网相近的地方，路由器可以通过专线电路接到电信局的交换机。

用户只要购买一个带帧中继封装功能的路由器（一般的路由器都支持），再申请一条接到电信局帧中继交换机的DDN专线电路或HDSL专线电路，就具备开通长途帧中继电路的条件。

4.2帧中继的前景

（1）局域网间互连。

帧中继可应用于银行、证券等金融及大型企业、政府部门的总部与各地分支机构的局域网之间的互连。

（2）局域网与广域网的连接。

帧中继构成的高速局域网与广域网的连接, 可以提高租用线路的带宽利用率。

（3）组建虚拟专用网。

帧中继只使用了通信网络的物理层和链路层的一部分来执行其交换功能, 有着很高的网络利用率, 利用它构成的虚拟专用网, 不但具有高速率和高吞吐量, 其费用也相当低。

（4）电子文件传输。

由于帧中继使用的是虚电路, 信号通路及带宽可以动态分配, 因而它在远程医疗、金融机构及CAD /CAM （计算机辅助设计/计算机辅助生产）的文件传输、计算机图像、图表查询等方面有着特别好的适用性。

5结语

在本次论文的整理过程中，帧中继虽然之前并不是十分了解，在本次综述报告的整体过程中，我大致了解了什么是帧中继，还有帧中继的几个特点，帧中继提供的是一种面向连接的传输服务，在两个用户传输数据之前，就通过网络建立逻辑上的通路，这个通路称为虚电路。

在整理报告过程中，我联想到了通信网上课时说到的拥塞，当网络发生拥塞时，发现帧中继在解决这个问题中也有作用，将课本与本次报告相结合，帧中继交换机会向发送端和接收端的设备发送拥塞通知，要求设备降低发送速率。

必要时，还会丢弃一些已经收到的数据包。

相信在本次报告中我能学习到一定的理论知识和对新知识的理解，在明年的毕业论文中积累一定的经验，最后感谢老师给我这次机会来锻炼自己，在制作报告中学习到好多新知识，为将来的学习工作奠定了基础，我们系的通信实训中心中也学习到一定的知识，我在整理的过程中发现好多知识自己也比较陌生，但在自己的努力理解中，学会也不是那么难，最后感谢胡老师的悉心指导。

参考文献：

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[2]余琼蓉.帧中继技术简介[J]．今日电信，1997.12

[3]方芳，赵慧玲.帧中继技术的发展[J].现代电信科技2005.12

[4]金慧文，陈建亚，纪红等.现代交换原理[M].电子工业出版社2011.2

[5]于翠波.《数字移动通信系统》.人民邮电出版社

[6]张丽艳.《移动通信技》.人民邮电出版社2008版