帧中继技术基础

帧中继技术基础数据通信技术的发展数据通信就是进行数据传输和数据交换，把数据源发送的数据信息从一个地方通过传输信道交换设备传送到另一个地方的数据接收设备中，也就是数据信息在发送设备和接收设备之间进行信息传递。

数据通信网是为提供数据通信业务而提供的媒体，随着通信技术的不断发展，数据通信网的交换技术有：电路方式、分组方式、帧方式、和信元方式等。

电路方式是传递信息最简单的方式。

电路方式之一是基于公众交换电话网（PSTN）或ISDN电路交换的原理，当用户要求发送数据时，交换机在主叫用户端及被叫用户端之间连接一条链路。

终端设备通过接入设备（调制解调器（MODEM）或适配器（TA））连到交换机上，经接入设备的拨号在交换机之间构成一条物理链路。

如图1-1所示。

MODEM/TA MODEM/TA图1-1 利用PSTN/ISDN进行数据通信示意图这种方式属于预分配电路资源系统，即在一次接续中，电路资源预先分配给一对用户固定使用，不管该用户是否有数据在链路中传递，电路一直被这一对用户占用，其它用户无法插入该链路中。

只有该对用户使用完后把该链路释放，其它用户才能使用。

另一种电路方式是采用专线，即数字数据网（DDN）。

DDN一般向用户提供专用数据传递链路，如图1-2所示。

DDN图1-2利用专线联接方式进行数据通信电路方式的主要特点是为通信的两端建立物理连接，它有如下优点：①信息传输时延小，因为它是一个固定物理连接，信息传输的时延也是固定的。

②电路是“透明”的。

发送端和接收端传递的信息并没有限制在某一个协议下，只要终端设备认可，任何协议的信息都可以传递。

③信息传递的吞吐量大。

可以根椐信息量的大小来选择信息的传递带宽。

它的缺点是资源比较浪费。

基于PSTN或ISDN电路方式至少要占用一路话路，即64Kbps。

如果传递的信息不到64Kbps，占用的带宽也不能减小，其它用户也不能享用。

基于DDN的电路方式虽然可以根据需要分配带宽，但对信道的占用也是半永久性的，用户一旦租用，即使没有信息传递，其带宽也不能由其它用户享用，因此，DDN一般用于对实时性和可靠性要求较高的业务。

分组方式是一种存储转发的交换方式。

它将需要传递的信息划分成一定长度的包（又称为分组），以分组为单位进行存储转发。

在每个分组信息中都包含有发送端地址和接收端地址。

在传递数据之前必须在发送端和接收端之间建立虚电路，然后依顺序进行传递。

分组方式的基本原理是把一条物理电路分成若干条逻辑信道，对应每一个逻辑信道有一个编号，称为逻辑信道号（LCN）。

把两个用户终端之间的若干条逻辑信道经交换机连接起来，便构成了虚电路（VC）。

分组方式在线路上采用动态复用的技术通过一条高速传输线路来传送各个分组，带宽可以动态复用，从而提高了传输线路利用率。

在分组交换方式中，由于能够以分组形式把发送终端的数据信息暂存在交换机的存储器内，在交换机内进行各种变换处理，从而很容易地实现在不同速率、码型和规程的终端间通信，这在以前的通信网中是不能实现的。

常用分组方式有以下几个特点：①传输质量高分组交换方式具有差错控制功能，它不仅在节点交换机之间传输分组时采取差错校验与重发措施，而且对于分组型终端，在用户线部分也可以进行同样的差错控制，因而使分组在网内传送的出错率大大降低，一般传输电路的误码率在1×12-5的情况下，网内全程的比特差错率在1×12-10以下。

这比现有公用电信网的传输质量大为提高。

②可靠性高在电路交换方式中，一次呼叫的通信电路固定不变。

而分组交换则不同。

报文中的每个分组可以自由选择传输途径。

由于分组交换机至少与另外两个交换机相连接，当网内发生故障时，分组仍能自动选择一条避开故障地点的迂回路由传输，不会造成通信中断。

③为不同种类的终端相互通信提供方便，分组交换网能够进行存储转发交换方式工作，并且以X.25建议的规程向用户提供统一的接口，从而能够实现不同速率、码型和传输控制规程终端间的互通，同时也为异种计算机互通提供方便。

由于分组交换网以X.25规程为基础，因而人们习惯称之为“X.25”。

④分组多路通信由于每个分组都含有控制信息，所以，分组型终端尽管和分组交换机间只有一条用户线相连，但可以同时和多个用户终端进行通信。

这是公用电话网等现有电路交换的公用数据网所不能实现的。

⑤经济性能好在网内传输、交换的是一个个被规范化了的分组，这样可简化交换处理，降低网内设备的费用。

此外，由于进行分组多路通信，可大大提高通信电路的利用率，并且在中继线上以高速传输信息，而且只在有用户信息的情况下使用中继线，因而降低了通信电路的使用费。

由于采用存储一转发方式工作，所以每个分组的传送延迟可达几百毫秒，而且在传送分组时需要交换机有一定的开销，故分组交换不适宜在要求实时性高、信息量大的场合使用；还由于技术比较复杂、网路管理功能强等原因，大型分组交换网的投资较大。

第一节帧中继的发展基础随着计算机局域网的迅猛发展，基于大型计算机的商业和事务处理应用已成为最主要的数据业务。

越来越多的用户不但要求本地计算机能够互连起来，而且强烈希望计算机之间能够互连起来，形成一个计算机通信系统，在这个系统中，包括图象和话音的大文件以及电子邮件的传输要快速准确，低速通信线路使得用户要传送一个文件需要花费很长的时间，已远远不能满足用户的需求。

这就需要一个带宽和吞吐量都比较大的网络来支持。

帧方式是在开放系统互连（OSI）参考模型第二层，即数据链路层上使用简化的方式传送和交换数据单元的一种方式。

由于在链路层数据单元一般称作帧，故称为帧方式。

采用帧方式的重要特点之一是将X.25分组网中通过分组节点间的重发、流量控制来恢复差错和防止拥塞等处理过程进行简化，将网内的处理移到网外终端系统中来实现，从而简化了节点的处理过程，缩短了处理时间，这对有效利用高速数字传输信道十分关键。

帧方式示意图如图1-3所示。

在终端与帧中继网的接口上，需将用户信息转换成帧的格式，然后再传送到帧中继网上。

由于帧方式的特点，实现帧方式进行数据通信需有两个最基本的条件，第一个条件是要保证数字传输系统有优良的性能，第二个条件是计算机终端系统的差错恢复能力。

当今，无论公共电信基础设施使用高质量光纤数字系统，或者专用网络的无线传输系统，都可提供很宽的可用带宽和很低的传输比特差错率。

这为帧方式通信提供极好的传输系统。

另一方面，随着计算机技术的飞速发展，计算机终端系统的智能化和处理能力不断提高，使得终端系统完全有能力完成原来由网络所完成的功能。

所以终端系统可以进行差错恢复。

图1-3 帧方式数据通信示意图帧方式是一种快速分组技术。

它适用于处理突发性信息和可变长度帧的信息，特别适用于局域网的互连。

过去，信息系统一般采用集中式结构，即以主机为中心的等级式处理环境。

现代化通信技术的发展使得基于LAN分布式处理系统成为现实。

LAN 为短矩离数据传输提供很宽的带宽，目前，LAN通道的典型传输速率是10Mbps至1000Mbps。

LAN工作站的应用软件提出的要求是响应时间短而数据量大，即LAN常常要求宽带及突发性数据的传送，而在其余大部分时间内信道未得到充分利用。

由于帧方式采用动态分配传输带宽和可变帧长的技术，所以它是LAN一LAN互连的最佳选择技术。

综上所述，帧中继的技术基于：①优质的链路条件。

如光纤线路环境下，通信误码率很低，出错的概率很小，无需网络进行点对点的纠错重发。

②高智能、高处理速度的用户设备。

如局域网，它们本身具有数据通信协议如TCP/IP 、SNA/SDLC 可以实现纠错，流量控制等功能，一旦网络出现错误（几率很小），可以由终端用户设备纠错。

第二节 帧中继（Frame Relay ）的概念帧中继是一种高速的电信接入业务，它为一些应用提供高效的连接，如LAN 和LAN 的互连。

帧中继技术是在开放系统互联（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。

OSI 共有七层：物理层、数据链路层、网络层、传送层、会话层、表示层和应用层。

帧中继仅完成OSI 的物理层和链路层核心功能，将流量控制、纠错等功能留给智能化的终端设备去完成，如图1-4所示。

这样大大地简化了节点之间的协议；同时帧中继采用虚电路技术，能充分地利用网络资源，使帧中继具有时延小、吞吐量大、适合突发性业务等优点。

图1-4 OSI 模型和帧中继模型帧中继通过数据链路层的地址协议把不同的用户数据流复接/分接到同一个接入信道中。

物理接入信道中的每一个用户数据流叫一个数据链路连接（DLC ）。

为了识别出同一个信道中的不同DLC ，给每一个DLC 分配一个逻辑地址，这个逻辑地址叫做数据链路连接标识符（DLCI ），每个连接的DLCI 值都仅具有本地意义，在本口上是唯一的，不能重复。

在以后的数据传输过程中，属于某个特定连接的帧都使用相同的DLCI 。

如图1-5所示。

高层（Upper Layer ） 传输层（Transport ） 网络层（Network ）数据链路层物理层OSI 模型FR 模型 ❍数据在到达终点之前，不会到达第3层。

❍校验和确认只在最终目的地进行。

仅有第2层的核心功能图例图1-5 帧中继网络示例第三节帧中继的主要业务特性•提供帧的双向传输•在传输过程中保持帧的顺序•检测错误(传输、格式和操作)•其传输对帧来说是透明的：网络只对DLCI、拥塞比特、DE比特和帧校验序列进行修改。

第四节帧中继的标准帧中继业务主要遵循三个标准：• ITU-T标准• ANSI标准•帧中继论坛（FR FORUM）标准。

帧中继遵循的ANSI和ITU标准如表1-1所示。

ITU-T和ANSI都定义了帧中继业务的标准，实际上，帧中继是作为ISDN 的一个补充业务提出来的，也就是ISDN 的一个分组方式承载业务。

所以帧中继符合ISDN模型。

ITU-T I.122标准定义了一些基于帧的帧中继业务，在这些业务中定义了永久虚电路和交换虚电路的呼叫。

它定义的帧是LAPD核心功能的修改版本，现在经常称为LAPF。

U-平面定义为用户数据传输面，它由许多虚电路组成。

U-平面上的数据传输使用VC，VC由一定范围内的DLCI指定。

C-平面定义为控制平面。

它由接口上的一些管理和控制进程组成。

C-平面使用DLCI 0或DLCI 1023。

表1-1 帧中继遵循的标准第五节用户-网络接口（UNI）和网间接口（NNI）帧中继端到端的业务连接是通过两个帧中继端口发起的，两个端口之间通过定义虚电路（PVC或SVC）两端的DLCI的映射关系来建立起这个连接。

这些端口可以位于同一个帧中继网络，也可以位于不同的帧中继网络。

帧中继连接的任何一端的用户设备和网络之间的接口都叫做用户-网络接口（UNI），PASSPORT帧中继网络的UNI既支持PVC，也支持SVC。