DA000035FrameRealy协议原理ISSUE10.docx
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DA000035FrameRealy协议原理ISSUE10
课程DA000035
FrameRelay协议原理
ISSUE1.0
目录
课程说明1
课程介绍1
课程目标1
第1章帧中继协议原理2
1.1帧中继协议介绍2
1.2帧中继协议栈4
1.3帧中继的特点5
1.4帧中继术语7
1.5帧中继DLCI的分配和地址映射9
1.6用于网络发现的InverseARP协议11
1.7Quidway支持的LMI12
1.8帧中继子接口13
小结16
课程说明
课程介绍
本课程主要介绍帧中继(FrameRelay)协议。
帧中继是在X.25技术基础之上发展起来的一种快速分组交换技术。
相对于X.25协议,帧中继只完成链路层核心的功能,更为简单高效。
帧中继网提供了用户设备(如路由器和主机等)之间进行数据通信的能力,用户设备被称作数据终端设备(DTE);为用户设备提供接入的设备,属于网络设备,被称为数据电路终接设备(DCE)。
帧中继网络可以是公用网络、私有网络、也可以是数据设备之间直接连接构成的网络
课程目标
完成本课程的学习后,您应该能够:
●了解帧中继的基本概念
●掌握帧中继的协议栈
●掌握帧中继的虚链路的维护
第1章帧中继协议原理
1.1帧中继协议介绍
帧中继协议是在X.25分组交换技术的基础上发展起来的一种快速分组交换技术。
概括地讲,帧中继技术是在数据链路层用简化的方法转发和交换数据单元的快速分组交换技术。
帧中继技术是在通信线路质量不断提高,用户终端智能化不断提高的基础上发展起来的。
帧中继协议是改进了的X.25协议。
相对于X.25协议,帧中继协议只完成链路层核心的功能,简单而高效。
目前在许多国家,帧中继正在替代传统的复杂低速的报文交换服务。
帧中继是基于虚电路的(VirtualCircuits,VCs)。
由于帧中继较快的转发速度,而且帧中继数据单元至少可以达1600字节,所以帧中继协议十分适合在广域网中连接局域网。
用户的路由器封装帧中继协议,作为DTE设备连接到帧中继网中的DCE设备,即帧中继交换机。
目前比较常用的是帧中继的PVC业务。
网络服务商为用户提供固定的虚电路连接,用户可以申请许多虚电路,通过帧中继网络交换到不同的远端用户。
DLCI(数据链路连接标识)用于标识每一个PVC。
通过帧中继帧中的地址字段的DLCI,可以区分出该帧属于哪一条虚电路。
LMI(本地管理接口)协议用于建立和维护路由器和交换机之间的连接。
LMI协议还用于维护虚电路,包括虚电路的建立、删除和状态改变。
1.2
帧中继协议栈
帧中继功能的核心部分对应OSI参考模型的下两层。
采用现代的物理层设施,例如光纤和数字传输线路,帧中继可以为终端站(典型的例子如局域网)提供高速的广域网连接。
因为工作在数据链路层,帧中继封装OSI栈中的上层信息。
帧中继与传统的广域网报文交换(例如X.25)有一些共同之处。
例如,在用户和网络设备之间的帧中继接口在统计复用的电路上使用FIFO(先入先出)队列,一些逻辑连接(我们称之为虚电路)共用相同的物理连接。
与X.25不同的是,帧中继提供相对快速的服务。
1.3
帧中继的特点
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完成,大大简化了节点机之间的协议;同时,帧中继采用虚电路技术,能充分利用网络资源,因此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,主要应用在广域网中,支持多种数据型业务。
帧中继技术可归纳为以下几点:
1、帧中继技术主要用于传递数据业务,将数据信息以帧的形式进行传送。
2、帧中继传送数据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,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,提高了网络的对信息的处理效率。
采用物理层和链路层的两级结构,在链路层也只保留了核心子集部分。
4、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。
一般帧中继用户的接入速率在64kbps-2Mbps。
5、交换单元——帧的信息长度比x25分组长度要长,预约的最大帧长度至少要达到1600字节/帧,适合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拥塞的机制,用户有效的利用预约的带宽,即承诺的信息速率(CIR),还允许用户的突发数据占用未预定的带宽,以提高网络资源的利用率。
7、与分组交换一样,帧中继采用面向连接的交换技术。
可以提供SVC和PVC业务,但目前已应用的帧中继网络中,一般只采用PVC业务。
1.4
帧中继术语
帧中继网络中的每一个连接都使用DLCI(DataLinkConnectionIdentifier)来标识。
帧中继是统计复用协议,实现了带宽资源的动态分配,因此它适合为具有大量突发数据(如LAN)的用户提供服务。
但如果某一时刻所有用户的数据流量之和超过可用的物理带宽时,帧中继网络就要实施带宽管理。
它通过为用户分配带宽控制参数,对每条虚电路上传送的用户信息进行监视和控制。
帧中继网络为每个帧中继用户分配三个带宽控制参数:
Bc、Be和CIR。
同时,每隔Tc时间间隔对虚电路上的数据流量进行监视和控制。
CIR是网络与用户约定的用户信息传送速率,即承诺信息速率。
如果用户以小于等于CIR的速率传送信息,应保证这部分信息的传送。
Bc是网络允许用户以CIR速率在Tc时间间隔传送的数据量,即Tc=Bc/CIR。
Be是网络允许用户在Tc时间间隔内传送的超过Bc的数据量。
网络对每条虚电路进行带宽控制,采用如下策略:
在Tc内:
当用户数据传送量<=Bc时,继续传送收到的帧;
当用户数据传送量>Bc但<=Bc+Be时,将Be范围内传送的帧的DE比特置“1”,若网络未发生严重拥塞,则继续传送,否则将这些帧丢弃;
当Tc内用户数据传送量>Bc+Be时,将超过范围的帧丢弃。
举例来说,如果约定一条PVC的CIR=128Kbit/s,Bc=128kbit,Be=64kbit,则Tc=Bc/CIR=1s。
在这一段时间内,用户可以传送的突发数据量可达到Bc+Be=192kbit,传送数据的平均速率为192kbit/s,其中,正常情况下,Bc范围内的128kbit的帧在拥塞情况下,这些帧也会被送达终点用户,若发生了严重拥塞,这些帧会被丢弃。
Be范围内的64Kbit的帧的DE比特被置为“1”,在无拥塞的情况下,这些帧会被送达终点用户,若发生拥塞,则这些帧会被丢弃。
当转发队列中的报文长度超过一个阀值,可以认为发生了拥塞。
当拥塞发生,在该队列中的报文的FECN位将被置位。
如果拥塞持续下去,相反方向的报文的BECN位将被置位。
1.5
帧中继DLCI的分配和地址映射
帧中继也是一种统计复用协议,它在单一物理传输线路上能够提供多条虚电路。
每条虚电路用数据链路连接标识DLCI来标识。
通过帧中继帧中的地址字段的DLCI,可区分出该帧属于哪一条虚电路。
DLCI只在本地接口和与之直接相连的对端接口有效,不具有全局有效性,即在帧中继网络中,不同物理接口上相同的DLCI并不表示是同一个虚连接。
帧中继网络用户接口上最多可支持1024条虚电路,其中用户可用的DLCI范围是16~1007。
由于帧中继虚电路是面向连接的,本地不同的DLCI连接到不同对端设备,所以可认为本地DLCI就是对端设备的“帧中继地址”。
上图显示了帧中继网络中DLCI工作的情况。
两个路由器被帧中继网络分别交换到远端。
在图中帧中继网络中大交换机代表帧中继网络。
帧中继网络作为一种公共设施,一般是由电话公司提供的,也可以通过自己私有的交换机组建帧中继网。
对于任何一种方式,帧中继网络服务者为用户的路由器使用的PVC分配了DLCI号。
一些DLCI代表特殊的功能,如DLCI0和1023为LMI协议专用。
帧中继地址映射是把对端设备的协议地址与对端设备的帧中继地址(本地的DLCI)关联起来,以便高层协议能通过对端设备的协议地址寻址到对端设备。
帧中继主要用来承载IP协议,在发送IP报文时,由于路由表只知道报文的下一跳地址,所以发送前必须由该地址确定它对应的DLCI。
这个过程可以通过查找帧中继地址映射表来完成,因为地址映射表中存放的是对端IP地址和下一跳的DLCI的映射关系。
地址映射表可以由手工配置,也可以由InverseARP协议动态维护。
路由器管理者通过配置MAP把这些可用的DLCI号映射到远端的网络层地址。
例如,可以映射到对端路由器一个接口的IP地址。
在图中,路由器管理者配置了一个MAP,建立了IP地址为172.16.11.3和DLCI值为48的PVC的映射。
1.6
用于网络发现的InverseARP协议
逆向地址解析协议(即:
InverseARP)的主要功能是求解每条虚电路连接的对端设备的协议地址,包括IP地址和IPX地址等。
如果知道了某条虚电路连接的对端设备的协议地址,在本地就可以生成对端协议地址与DLCI的映射(MAP),从而避免手工配置地址映射。
它的基本过程是:
每当发现一新的虚电路时(前提是本地接口上已配置了协议地址),InverseARP就在该虚电路上发送InverseARP请求报文给对端,该请求报文包含有本地的协议地址,对端设备收到该请求时,可以获得本地的协议地址,从而生成地址映射,并发送InverseARP响应报文进行响应,这样本地同样生成地址映射。
如果已经手工配置了静态MAP或已经建立了动态MAP,则无论该静态MAP中的对端地址正确与否,都不会在该虚电路上发送InverseARP请求报文给对端,只有在没有MAP的情况下才会向对端发送InverseARP请求报文。
如果在InverseARP请求报文的接收端发现对端的协议地址与本地配置的MAP中的协议地址相同,则不会生成该动态MAP。
1.7
Quidway支持的LMI
本地管理接口LMI(LocalManagementInterface)协议就是用来建立与维护路由器和交换机之间的连接。
LMI协议还用于维护虚电路,包括虚电路的建立、删除和状态改变。
VRP支持三种LMI协议:
遵从ITU-TQ.933建议附录A的LMI协议、遵从ANSIT1.617建议附录D的LMI协议以及与CISCO“GangofFour”标准兼容的LMI协议。
它们的基本工作方式是:
DTE设备每隔一定的时间间隔发送一个状态请求报文(StatusEnquiry报文)去查询虚电路的状态,DCE设备收到状态请求报文后,立即用状态报文(Status报文)通知DTE当前接口上所有虚电路的状态。
对于DTE侧设备,永久虚电路的状态完全由DCE侧设备决定。
对于DCE侧设备,永久虚电路的状态由网络来决定。
在两台网络设备直接连接的情况下,DCE侧设备的虚电路状态是由设备管理员来设置的。
在VRP中,虚电路的个数和状态既可以在设置地址映射(frmap命令)的同时设置,也可以用配置帧中继本地虚电路命令(frdlci命令);或用帧中继子接口虚电路命令(frdlci命令)来配置。
1.8
帧中继子接口
帧中继网络可以将分散在不同地点的网络连接起来,可能的网络结构有星型结构、部分网状相连(Partial-meshed)和全网状相连(Full-meshed)。
从经济的角度考虑,星型结构是最优的网络结构,因为这种结构使用的PVC的数量最少,中心节点通过在一个接口上使用多个PVC将多个分散的分支节点连接起来。
这种结构主要用于总部连接多个分部的情况。
这种结构的缺点是各个分支节点之间通信需要经过中心节点进行中转。
在全网状相连结构中,所有的节点都有PVC和其他的节点相连,从一个节点到另外一个节点不需要其他节点中转,另外这种结构可靠性很高,当直连的PVC故障的时候可以通过其他的节点中转。
缺点是需要的PVC数量较多,当网络中节点的数量增加时,需要的PVC数量也急剧增加,也就是我们平常所说的N平方问题。
在部分网状相连结构中,不是所有的节点都有到其他节点的PVC,优缺点介于前两者之间。
帧中继默认的网络类型是NBMA(NonbroadcastMultiaccess)非广播多点可达,也就是说虽然帧中继网络中的各个节点之间相互连通,但是和以太网不同的是这种网络不支持广播,如果某个节点得到路由信息,它需要复制多条然后通过PVC一条一条发送到相连的多个节点。
为了减少路由器环路的产生,水平分割机制(在路由协议部分会学到)不允许路由器把从一个接口进来的更新信息再从该接口发送出去。
如图所示,路由器B告诉路由器A一条路由信息,由于水平分割机制,路由器A不能通过接收此路由信息的S0将这条信息告诉路由器C和D。
要解决这个问题有几个方法:
一个方法是使用多个物理接口连接多个相邻节点,这需要路由器具备多个物理接口,增加了用户的成本;另外一个方法是使用子接口,也就是在一个物理接口上配置多个逻辑接口,每个子接口都有自己的网络地址,就好像一个物理接口一样;或者是关闭水平分割,当然这需要路由协议的支持,另外关闭水平分割增加了产生路由环路的几率。
我们可以在串口线路上定义这些逻辑子接口。
每一个子接口使用一个或多个DLCI连接到对端的路由器。
在子接口上配置了DLCI后,还需要建立目的端协议地址和该DLCI的映射。
这样,虽然在路由器A上仅拥有一个物理串口S0,但是在物理串口S0上现在定义了S0.1子接口上的DLCI到路由器B,S0.2子接口上的DLCI到路由器C,和S0.3子接口上的DLCI到路由器D。
在物理接口上定义了逻辑子接口以后,帧中继的连接就可以成为部分网状连接。
通过配置子接口,路由器可以实现相互连接,并能够转发更新信息。
这样在路由器的一个物理接口上就可以避免水平分割带来的影响。
这种设计与前面NBMA环境下的点对点的两两连接不同。
在那种配置中,所有的路由器都在同一个子网段中,使用全网状连接的PVC。
但是当您使用帧中继的点到点子接口时,只有相连接的两个路由器的子接口在同一子网段。
这个帧中继配置中包含有许多子网。
小结
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