幀中繼和路由協議詳解-理論篇

廣域網連接按照連接方式可以分為如下三種：

而按照數據單元的交換方式則可以分為如下三種：

• 電路交換

電路交換方式的主要特點就是要求在通信的雙方之間建立一條實際的物理通路，并且在整個通信過程中，這條通路被獨占。最普通的電路交換例子是電話系統，如PSTN（公共服務電話網）。

• 報文交換

存儲交換的一種，所謂“存儲交換”是指數據交換前，先通過緩沖存儲器進行緩存，然后按隊列進行處理。“存儲交換”分為“報文交換”（Message Switching）和“分組交換”（Packet Switching）。

報文交換的基本思想是先將用戶的報文存儲在交換機的存儲器中，當所需要的輸出電路空閑時，再將該報文發向接收交換機或用戶終端。

• 分組交換

此方式與報文交換類似，但報文被分成組傳送，并規定了分組的最大長度，到達目的地后需重新將分組組裝成報文。X.25和幀中繼都使用這種交換技術。下面我們就開始進入我們今天的正題。

幀中繼技術是一門相對比較老的WAN連接方式，同時它也是一種WAN封裝協議，目前企業已經很少使用了，當然目前很多銀行的ATM機還在使用該業務（它符合安全性、穩定性、可靠性和可擴展性并且傳輸速率要求不高、成本低的業務需求）。

幀中繼技術是在OSI第二層上用簡化的方法傳送和交換數據單元的一種技術，采用幀的形式來封裝用戶的數據以進行跨網的傳輸。幀中繼網絡一般由提供公共信息服務提供商（ISP）搭建，對于需要這項服務的客戶，可以到當地的ISP辦理幀中繼業務，然后，把本地局的局域網連接到ISP提供的設備上（DCE），并“適當地配置”就可以使用了。我們這篇文章的目的也是要讓大家看完后，能夠正確地實現“適當地配置”而且明白配置背后的原理！至于幀中繼網絡本身的工作機制和搭建的問題由于其復雜性在此不再討論！

背景：

例如，如果要從公司總部連接7 個新增的遠程場點，但路由器只有一個空閑的串行端口，則可使用幀中繼來救場!當然，應該指出的是，這也會導致單點故障，不太好。但幀中繼是用來節省費用的，而不是用來提高網絡彈性的。（引自《CCNA學習指南》）。

幀中繼主要特點：

幀中繼提供的是一種面向連接的傳輸服務

用戶在本地傳輸數據將按照順序通過網絡到達終點，對端在接收數據時不需要對收到的數據進行重新排序。幀中繼在傳輸數據前會通過網絡和對方建立邏輯上的通路，這條通路叫做虛電路！那么什么叫做“面向有連接的服務”呢？上面已經提到了，就是數據在傳輸前已經建立了固定的連接，用戶始終使用這一信道傳輸數據，不會發生信息錯序的問題。和此對應的是“面向無連接的網絡服務”，是指在傳輸之前不建立固定的連接，用戶發送的數據可能會通過不同的途徑（選路的結果）到達終點，所以終點接收到的數據順序和對方發送的順序可能不一致，從而需要重新排序。由路由器搭建的網絡就屬于這種網絡。如下圖所示：

虛電路有兩種虛電路

虛電路分為永久虛電路(PVC)和交換虛電路(SVC)兩種：

PVC是永久建立的，類似于專線，由ISP在幀中繼交換機上用靜態交換表定義，不論用戶是否進行傳輸，這條線路都一直存在。

SVC是臨時建立的，它在傳輸前動態建立，在傳輸完成后線路就會被拆除斷開。目前，最常見的是使用PVC！ 

幀中繼有兩個速率：

1. 訪問速率：這是線路的具體傳輸速率，它決定在網上的數據傳輸的速度。如，T1的訪問速率是1．544Mbps。
   

2. (CIR)承諾信息速率：是幀中繼電路上最高的平均數據傳輸率。它通常比傳輸速率慢；當傳輸突發數據時，傳輸速度可以超過CIR。CIR是控制你的最大傳輸速度的,上面說了,如果電信網絡有足夠資源，客戶最大可達到的傳輸速度可達到訪問速率（即T1）的速率。相反如果沒有足夠資源,超過CIR的速率時, 有可能被丟棄。

   用戶在ISP那里辦理幀中繼服務時，可以根據業務需求選擇一個帶寬，如：512K、1M、T1、2M等，這個帶寬速率就是CIR，是ISP為用戶保證的基礎帶寬速率。但是虛電路的傳輸能力采用的是動態的按需分配原則，在傳輸數據期間，網絡會提供CIR，并根據當前的網絡使用率，允許有一定的擴展，在用戶沒有數據發送時，虛電路仍然保持連接關系，但是網絡可以把設備的傳輸能力用作其他服務，所以虛電路不會獨占帶寬（這一點和專線不一樣）。

幀中繼具有擁塞控制能力

當網絡發生擁塞時，幀中繼交換機會向發送端和接收端的設備發送擁塞通知，要求設備降低發送速率。必要時，還會丟掉一些已經接收到的數據包。

 

幀中繼的幀封裝和幀格式

幀中繼的幀格式1：

幀中繼的幀格式2：

標志：表示幀的開始和結束，取值為7E。

幀中繼頭部：16bit，地址域，用于幀的尋址。

數據：幀攜帶的數據，長度可以變，一般不能超過4096個字節。

FCS:幀校驗序列。

幀中繼的頭部格式：

C/R：命令/響應(未用)。

EA： 0 表示地址字段未結束；1 表示地址字段結束。

FECN （前行顯示擁塞通告）：這個信息告訴路由器接收的幀在所經通路上發生過擁塞。

BECN（倒行顯示擁塞通告） ：這個信息設置在遇到擁塞的幀上，而這些幀將沿著與擁塞幀相反的方向發送。這個信息用于幫助高層協議在提供流控時采取適當的操作。

DE：這個信息為幀設置了一個種級別指示，指示當擁塞發生時一個幀能否被丟棄。DE=1表示 此幀可優先舍棄。

DLCI（數據鏈路連接標識符）：總共10bit，用于目標設備的尋址。DLCI取值范圍為0-1007，其中0 用于信令；1～15 保留；16～991 用于VC識別；992～1007 用于層管理。

幀中繼的封裝有兩種格式：CISCO和IETF，兩種封裝略有不同，不能兼容。CISCO設備默認的封裝格式為CISCO，但是也支持IETF，國內的幀中繼線路多采用IETF。

幀中繼的尋址

幀中繼使用的地址是二層地址，稱為數據鏈路標識符（DLCI）。DLCI總共10bit，用于目標設備的尋址。DLCI取值范圍為0-1007，其中0 用于信令；1～15 保留；16～991 用于VC識別；992～1007 用于層管理。DLCI的用途是搭建虛電路，它不具有唯一性，不同用戶的幀中繼連接可以使用相同的DLCI。

只有作為ECE一端的設備或者啟用了子接口才能配置DLCI。在幀中繼的應用中，DCE端都被設置在ISP一側，用戶的路由器屬于DTE段，所以如果用戶的路由器沒有使用子接口，就不需要配置DLCI。

用show frame-relay map命令可以查看本端的DLCI值。如上圖，在DTE路由器上就可以用次命令查看本端DLCI值，如12.12.12.2 50 表示IP12.12.12.2（對端）與DLCI 50（本端）對應，只要發送給12.12.12.2的數據就直接從DLCI 50的接口發送出去，同理12.12.12.1 80表示只要發送給12.12.12.1的數據就從DLCI為80的接口發送出去。其實，IP和DLCI的對應關系與IP和MAC的對應關系道理是類似的。

幀中繼本地管理接口(LMI)

LMI用于本地路由器和它連接的第一臺幀中繼交換機之間，允許提供商網絡和DTE( 本地路由器)交流有關虛電路的運行情況和狀態方面的信息，包括如下方面。

• 存活消息：驗證是否正在傳輸數據。

• 組播：這是一個可選的LMI 規范擴展，借助它，能夠通過幀中繼網絡有效地分發路由選擇信息和ARP 請求。組播使用保留的DLCI-I019-1022 。

• 全局編址：讓DLCI 有全局意義，讓幀中繼云就像LAN 一樣。到目前為止，從未在生產網絡中使用過它。

• 虛電路狀態：提供DLCI 狀態。在沒有定期發送LMI數據流時，狀態查詢和消息將用作存活消息。路由器通過使用幀中繼封裝的接口，從服務提供商的幀中繼交換機那里收到LMI 信息后，將虛電路的狀態更新為下述3 種狀態之一:

1. 活動狀態：一切正常，路由器可彼此交換信息。

2. 非活動狀態：路由器接口處于up 狀態，并建立了到交換局的連接，但遠程路由器處于down狀態。

3. 拆除狀態(deleted state )： 沒有收到交換機的LMI 信息，這可能是由映射問題或線路故障導致的。

LMI 不在客戶路由器之間交換信息，而在客戶路由器和最近的幀中繼交換機之間交換信息。因此，完全可能出現這樣的情況: PVC 一端的路由器在接收LMI 信息，而另一端的路由器沒有。當然，在一端處于down 狀態的情況下， PVC 不能正常工作，這里指出上述情形旨在闡明L陽通信的本地特征。

LMI提供了幀中繼的擴展特性，它的主要作用提供了幀中繼連接狀態的檢測服務。LMI由多個定時器和計數器組成，目前的LMI有三個版本：ANSI、Q933a和CISCO。用戶路由器使用的LMI類型必須與ISP的LMI類型一致。CISCO路由器的LMI默認類型為CISCO。如果ISP的LMI不是CISCO，需要修改為效應類型。早期的路由器需要手工指定本端的LMI類型，現在的路由器一般可以自動識別DCE一側的LMI類型并自動調整為相應的類型。手動配置可以用以下命令：

frame-relay lmi-type {ansi|q933a|cisco}

理論部分就寫到這吧！其實幀中繼還有不少詳細的內容在這里沒有提到，有興趣的朋友可以去網上搜索深入研究，本篇的目的是對幀中繼進行通熟易懂、圖文并茂的方式和大家分享從而讓新手不再對幀中繼產生畏懼！下篇我們開始介紹幀中繼和路由協議的配置部分！