帧中继网与X.25

帧中继网帧中继与X.25帧中继技术的发展背景•20世纪80年代以来，数字通信、光纤通信以及计算机技术取得了飞速的发展，计算机等终端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分组网络所完成的功能。例如，终端系统可以进行差错纠正等。此外，分布在不同地域的局域网(LAN)之间的互连成为实际的需要。针对这些问题以及高性能光纤传输媒体的大量使用的事实，提出了新的快速分组传输处理技术——帧中继(FR)。•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。FR网络的组成网桥FRSFRSFRSFRSNTU/DTURouterRouter帧中继网Router用户-网络接口HostBridgeFRS：帧中继交换机UNIUNIUNIUNIUNI图5-1帧中继网的组成示意图FR网中的设备分类•FR网交换设备FRS▫FrameRelaySwitch；▫属于网络服务提供者设备；▫如帧中继交换机、具有帧中继接口的分组交换机和其它复用设备等。•FR网接入设备FRAD▫FrameRelayAccessDevice；▫属于用户设备；▫具有帧中继接口的任何类型的接入设备，如主机、桥接器、路由器等。帧中继的帧格式（一）•帧中继的帧结构是由ITU-TQ.922建议的，也称为Q.922HDLC帧。它与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”，如图5-2所示。图5-2帧中继的帧格式FAIFCSFDLCI(高阶)C/REAB(0)DLCI(低阶)FECNBECNDEEAB(1)帧中继的帧格式（二）•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：(1)标志字段F：一个字节，是一个特殊的比特组01111110，它的作用是标志一帧的开始和结束。(2)信息字段I：用来装载用户数据，长度1～4096个字节可变（取决于FCS的检验能力），具体实现的最大长度可由各厂家决定。(3)帧校验序列FCS：16bit，用以检测数据传输过程中的差错。帧中继的帧格式（三）(4)地址段A：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。帧中继的帧格式（四）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。•帧中继的帧结构和HDLC帧有两点重要的不同：一是帧不带序号，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；二是没有监视(S)帧，因为帧中继的控制信令使用专用通道(DLCI=0)传送。帧中继的协议结构（一）图5-3帧中继的协议结构帧中继的协议结构如图5-3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。帧中继协议结构（二）•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:①②③④检验传输帧在“0”插入前/“0”删除后是否为8bit的整数倍；⑤⑥对网络拥塞进行控制。帧中继提供的虚电路服务•对于SVC，一次虚电路交换要经历建立连接、数据传输、拆除连接三个阶段。•对于PVC，服务提供者为用户预先分配好了虚电路号(DLCI)，用户可直接使用DLCI进行通信，无需动态分配和清除虚电路号，即无需建立与拆除，用户使用如同专用的点对点电路一样。•帧中继所提供的虚电路就好像在两个端用户间有一条直通的专用电路，用户看不见帧中继网络中的帧中继交换机。帧中继网帧中继交换机路由器局域网局域网虚电路路由器帧中继网路由器局域网局域网虚电路路由器虚电路像一条专用电路用户看不见帧中继网络内的帧中继交换机帧中继网和X.25网的比较（一）•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)从层次上看，X.25网和帧中继网的端到端传输情况不相同，如图5-4所示。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。帧中继网和X.25网的比较（二）图5-4从层次上比较X.25网和帧中继网(a)X.25网；(b)帧中继网7654321765432176543217654321端到端的确认只有X.25网链路层的部分功能端到端的确认(a)(b)帧中继网和X.25网的比较（三）(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，如图5-5(a)所示。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，如图5-5(b)所示。因此，在帧中继方式下，是不需要网络层的。图5-5X.25网和帧中继网所传送的信息对比(a)X.25网的存储转发方式；(b)帧中继方式(a)(b)帧中继网和X.25网的比较（四）帧中继网和X.25网的比较（五）(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。帧中继网和X.25网的比较（六）(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。帧中继技术的特点（一）①高效：帧中继在OSI的第二层以简化的方式传送数据，仅完成物理层和链路层核心层的功能，简化节点机之间的处理过程，智能化终端设备把数据发送到链路层，并封装在帧结构中，实施以帧为单位的信息传送，网路不进行纠错、重发和流量控制等，帧无需确认，就能在每个交换机中直接通过。②经济：帧中继在采用统计复用技术（即宽带按需分配）向客户提供共享的网络资源，每一条线路和网络端口都可以由多个终端按信息流共享，同时，由于帧中继简化了节点之间的协议处理，将更多的带宽留给客户数据，客户不仅可以使用预定的带宽，在网络资源富裕时，网络允许客户数据突发占用非预定的带宽。帧中继技术的特点（二）③可靠：帧中继传输质量好，保证网络传输，不容易出错，网络为保证自身的可靠性，采取了PVC管理和拥塞管理，客户智能化终端和交换机可以清楚了解网路的运行情况，不向发生拥塞和已删除的PVC上发送数据，以避免造成信息的丢失，保证网络品质。④灵活：帧中继协议简单，将现有网上DDN硬件设备稍加修改，同时进行软件升级就可实现，操作简单实现灵活。在用户接入方面，帧中继网络能为多种业务类型提供公用的网络传送能力，并对高层协议保持透明，客户不必担心协议的不兼容，很多路由器厂家支持帧中继UNI协议，便于客户接入。中国公用帧中继网（一）图5-6帧中继网络组织国家骨干网省内网本地网本地网节点骨干节点省内网节点骨干枢纽节点按需设置的直达电路中国公用帧中继网（二）•1．国家骨干网由各省会城市、直辖市的节点组成，覆盖全国3l个城市，其中北京、上海、沈阳、广州、武汉、成都、南京和西安8个节点为骨干网枢纽节点，负责汇接、转接骨干节点的业务和省内网、本地网的出口业务。在建网初期，除了完成上述任务外，还可直接接入帧中继用户。目前，国家骨干网采用不完全网状结构，随着业务的不断发展及线路情况的改善，国家骨干网可逐渐过渡为完全网状结构。中国公用帧中继网使用美国凯讯（CASCADE）通信公司的帧中继交换机B-STDX9000和ATM交换机CASCADE500组网。中国公用帧中继网（三）•2．省内网省内网由设置在省内地市的节点组成，节点之间采用不完全网状连接。省内网提供省内长途电路和出入省的电路。省内网节点负责汇接从属于它的本地网的业务，转接省内节点间的业务，同时可提供用户接入业务。•3．本地网在省内城市、地区、县等可根据需求组建本地网，由本地的节点采用不完全网状连接。本地网负责转接本地网节点间的业务，提供用户接入业务，其节点功能与省内网节点功能一样。帧中继应用•帧中继业务应用十分广泛，可用于块交互数据，实现高分辨率图形数据传输；文件传输，多用于传送长文件，利用帧中继的复用能力支持多个低速率复用；字符交互，以短帧、短时延和低流量的特点用于文字编辑；互连局域网，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。下面再以几个永久虚电路业务实例予以说明。•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。利用帧中继实现局域网络远程互联帧中继WAN的组成▫FRS：帧中继网交换设备▫FRAD：帧中继封装/解封装器FRSFRSFRSFRS帧中继WAN主机FRLANRouterFRFRLANFR内含FRAD的通信控制器插有FRAD模块的路由器插有FRAD模块的交换机插有FRAD模块的路由器•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．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。