幀中繼技術的概述

1、幀中繼技術幀中繼標準、技術和網(wǎng)絡 第一部分： 幀中繼標準綜述幀中繼技術的概述 幀中繼本質上是一種分組交換技術。 采用幀的形式來封裝用戶的數(shù)據(jù)以進行跨網(wǎng)的傳輸。 幀中繼網(wǎng)中所包含的基本成分有： PVC、Trunk、UNI、NNI、LMI協(xié)議虛電路業(yè)務 PVC方式和SVC方式 各PVC利用所設的DLCI值進行尋址 DLCI代表了PVC的終止點 DLCI能夠具有本地及全網(wǎng)的含義 鏈路管理(Link Management) LMI版本1 ANSI標準Annex A和D LMI存在于一條UNI或NNI上 LMI可以提供相關PVC的狀態(tài)和配置信息幀中繼的主要組成部分 UNI是至一網(wǎng)絡設備的連接，包括UNI

2、-DCE和UNI-DTE。 NNI則用來連接兩個不同的網(wǎng)絡。 Trunk是一幀中繼網(wǎng)內(nèi)交換機之間的連接。 PVC能夠在Trunk上構成。 基于HDLC/SDLC的協(xié)議可以被封裝起來，并以幀中繼分組的形式 穿過幀中繼網(wǎng)絡。 RFC 1294 描述了IP數(shù)據(jù)的封裝 RFC 1490 描述了其它路由器及橋接協(xié)議的封裝 幀中繼頭包含了攜帶用戶數(shù)據(jù)穿過網(wǎng)絡所需的必要信息。 DLCI、C/R比特、EA比特、DE比特、FECN、BECN FECN和BECN被用于防止擁塞。幀中繼技術的起源RouterRouterFrame Relay or ATM BackboneIP數(shù)據(jù)IP數(shù)據(jù)FRFRIP數(shù)據(jù)FRFRIP

3、數(shù)據(jù) 用于數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆纸M交換業(yè)務。 幀中繼是被設計用來簡化現(xiàn)有的分組交換網(wǎng)絡。 幀中繼是被設計用來提供一高通過量、低延時的網(wǎng)絡接口。 幀中繼技術只提供有限的錯誤恢復能力。 幀中繼技術要依賴于終端用戶系統(tǒng)來從故障中恢復。 幀中繼技術是被發(fā)展出用來替代那些現(xiàn)有的基于幀 (frame-based)的網(wǎng)絡 X.25和點到點HDLC封裝。 幀中繼技術的優(yōu)點是：簡單、快速和有效。幀中繼技術的評論 當前的主要傳輸介質已由電纜逐步向光纜過渡，這導致了 傳輸質量和傳輸速度的提高。 用戶設備的處理速度不斷提高，高速局域網(wǎng)需要通過廣域 網(wǎng)進行互連。 用戶設備的智能化程度日益提高。 多媒體終端的不斷涌現(xiàn)，可同時進

4、行語音、數(shù)據(jù)及圖象等 多種業(yè)務的處理。 分組交換技術中的協(xié)議太復雜，傳輸效率低。 統(tǒng)計復用，動態(tài)按需分配帶寬；具有檢錯、糾錯和流控機制。 位于OSI七層協(xié)議模型的下三層；適合于中、小業(yè)務量可靠性要求 高的數(shù)據(jù)；速率低、時延可變、幀長可變。幀中繼技術的評論 在幀中繼網(wǎng)絡中，所有的分組尋址、路由、端到端連通性功能及服務 質量(QOS)特性均是在接入設備或端系統(tǒng)中實現(xiàn)的。幀中繼僅僅是將 數(shù)據(jù)封裝在統(tǒng)一格式的幀中并將此數(shù)據(jù)穿過網(wǎng)絡進行傳輸。 幀中繼網(wǎng)絡并不檢查幀的信息域。它只是簡單地將數(shù)據(jù)從一端系統(tǒng)中 取出后再將其封裝到一幀中，接著附上幀中繼的頭和尾。幀中繼的頭 和尾中包含了將此分組穿過網(wǎng)絡所必須的信

5、息。當從幀中繼云中退出 時實施解封裝過程，以恢復原有的數(shù)據(jù)格式。 幀中繼交換機所具有的三項主要功能包括： 檢查分組中的幀校驗序列。出錯的幀將被丟棄。(錯誤糾正功能交給端系統(tǒng) 的高層協(xié)議來完成。 檢查幀地址域中的地址信息。幀隨后送至適當?shù)妮敵觥?檢測擁塞狀態(tài)。當檢測到有擁塞發(fā)生后，交換機負責告知網(wǎng)絡已出現(xiàn)擁塞， 并采用丟幀方式來消除擁塞。幀中繼的概念和技術特點 幀中繼業(yè)務是在UNI之間提供用戶信息流的雙向傳送，且保持 原順序不變的一種承載業(yè)務。 用戶信息流以幀為單位在網(wǎng)絡內(nèi)傳送，且UNI之間以虛電路 進行連接，對信息流進行統(tǒng)計復用。 幀中繼的特點包括： 統(tǒng)計復用、動態(tài)按需分配帶寬；保留檢錯機制，

6、不提供糾 錯、流控機制。 位于OSI七層協(xié)議模型的下兩層；幀長可變。 適合于：高速率、信道質量高；突發(fā)性和大業(yè)務量； 終端設備智能化程度高。速率在64K34Mbps。 是向ATM技術發(fā)展的過渡技術，今后可做為ATM網(wǎng)絡中 的一項業(yè)務來存在。四種交換方式的比較 幀中繼適合的應用領域有：LAN互連、主機互連、金融網(wǎng)和internet等。 電路交換適合的應用領域有：語音通信和點對點的主機間高信息量傳輸。 分組交換適合的應用領域有：小業(yè)務量但可靠性要求高的數(shù)據(jù)，如終端 聯(lián)網(wǎng)、電子信箱、EDI、政府內(nèi)部信息等。 ATM適合的應用領域有：多媒體通信網(wǎng)、遠程教學、遠程醫(yī)療。幀中繼和OSI模型 幀中繼協(xié)議工作

7、在OSI模型的第1層和第2層。應用層表達層對話層傳輸層網(wǎng)絡層 LLC數(shù)據(jù)鏈路層 MAC物理層層 7 6 5 4 3 2 1注： OSI第3層的工作由廣域接入設備 或終端系統(tǒng)來實現(xiàn)OSI模型的解釋：應用層：在該層，用戶完成與Mail、Telnet、 ftp及其它應用程序的接口。表達層：處理格式上及編碼上的轉換。對話層：建立、同步和管理端點處應用程序 間的對話。本層完成管理和其它類似 功能的處理工作。傳輸層：提供錯誤恢復、數(shù)據(jù)流規(guī)則及針對 網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)的分段。網(wǎng)絡層：處理網(wǎng)絡層尋址及跨網(wǎng)的多數(shù)據(jù)段 的尋路。數(shù)據(jù)鏈路層： 控制對物理層的接入及與其上層協(xié)議 的通信。物理層：對所用的介質提供機械和電氣方面

8、的 規(guī)范。幀中繼廣域網(wǎng)連接的選擇一個或多個交換式網(wǎng)絡專用線點到點或X.25點到點電路早期的網(wǎng)絡采用這種連接方式。一般由多條專用線組成，速率為56k/64kbits/s。X.25交換網(wǎng)絡X.25交換機中設有大量的糾錯和流控機制。這種解決方案主要針對不可靠的 模擬線路。幀中繼/ATM交換網(wǎng)絡隨著光纖的引入及采用了復雜的數(shù)字傳輸技術，使得不再需要很大的 開銷用于糾錯和流控。幀中繼和ATM是當今最流行的廣域網(wǎng)技術。IP點到點網(wǎng)絡互連(Internetwork)(專用線點到點)ApplicationPresenationSessionTransportNetworkData LinkPhysicalNe

9、tworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalApplicationPresenationSessionTransportNetworkData LinkPhysical IP點到點跨過廣域網(wǎng)的方式： 每個路由器上的第3層操作都要大量消耗CPU的資源，從而使得端到端的延時增大。 此為當前Internet/Intranet網(wǎng)中傳統(tǒng)路由器的方式。因此盡量減少第3層的開銷(路由器 的跳數(shù))將會大大簡化網(wǎng)絡并降低端

10、到端的延時。采用X.25的IP網(wǎng)絡互連(Internetwork)(X.25交換機)ApplicationPresenationSessionTransportNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalApplicationPresenationSessionTransportNetworkData LinkPhysicalIP跨過一X.25交換式網(wǎng)絡

11、 。 每個X.25交換機和路由器上的第3層功能增加了用于每個分組的處理時間。 而分組交換技術中在第1、2和3層中采用的繁雜的檢錯和糾錯機制增大了端到端 延時。Data LinkPhysicalData LinkPhysicalData LinkPhysical采用幀中繼的IP網(wǎng)絡互連(Internetwork)(幀中繼交換機)ApplicationPresenationSessionTransportNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalApplicationPresenationSess

12、ionTransportNetworkData LinkPhysical 幀中繼交換機不檢查分組中的IP部分，這樣可以降低處理時間，減小延時。 幀中繼交換機只進行檢錯而不進行糾錯。 上述構成只需較少的路由器用來與LAN相連。因而路由表中含有較少的網(wǎng)絡項 （network entry)。當今的IP網(wǎng)絡互連是由基于路由器的網(wǎng)絡與基于交換機的網(wǎng)絡所組成的混合體。發(fā)展趨勢是將盡可能多的WAN業(yè)務通過交換式網(wǎng)絡(幀中繼或ATM)來傳送。路由器仍然是不可缺少的，但這些路由器中的路由表項目數(shù)應保持在最小的程度。幀中繼分組的格式Flag Addr Cntrl 信息域 FCS Flag(7E) (03) (7E

13、)HDLC分組格式Flag Addr Cntrl 信息域 FCS Flag(7E) (2字節(jié)) (03) (7E)幀中繼分組格式 幀中繼分組是標準HDLC分組的一種變形。 Q.922的頭使地址域變得更長。 ITU-T建議Q.922中定義了幀中繼頭的2字節(jié)、3字節(jié)和4字節(jié)地址結構。但今天最常用 的實現(xiàn)只采用2字節(jié)的格式。 兩個Flag用來識別幀中繼分組的開始和結束。 幀中繼傳輸中可能的錯誤狀態(tài)包括： 1、Flag丟失或不正確的定界；2、小于幀中繼所定義的最小分組長度；3、缺少必要字節(jié)； 4、FCS錯的分組；5、具有不正確幀中繼尋址信息的分組；6、使用了保留地址和非用戶 可用地址的分組；7、超過網(wǎng)

14、絡同意的最大長度的分組。幀中繼頭結構的細節(jié)FLAGDLCIC/READLCIFECNBECNDEEA多字節(jié)信息域FCSFCSFLAGC/R代表命令/響應(目前不用)FECN代表前向擁塞通知BECN代表后向阻塞通知DE1表示此幀可優(yōu)先舍棄DLCI數(shù)據(jù)鏈路識別符。其中，DLCI0用于信令；1至15保留；16至991用于VC識別；992至1007用于與網(wǎng)絡相關的第2層管理，如綜合鏈路管理消息(CLLM)。在X.36中，CLLM DLCI1007。1008至1022保留；1023做為信道內(nèi)的第二層管理。EA0表示地址域的結束；EA1表示地址域未結束。應當說明的是：基本格式地址域的長度位2；擴展格式地址

15、域長度可為3或4。用戶數(shù)據(jù)的封裝RouterRouterIP數(shù)據(jù)IP數(shù)據(jù)FRFRIP數(shù)據(jù)FRFRIP數(shù)據(jù) IP數(shù)據(jù)報在幀中繼云的接入點進行封裝。 在云中：幀中繼交換機不檢查分組中的IP內(nèi)容，從而減少了處理時間。 糾錯但不糾錯。 在離開云時去除幀中繼的頭和尾。幀中繼云封裝用戶(第3層)的數(shù)據(jù)Flag Addr Cntrl 信息域 FCS Flag(7E) (2字節(jié)) (03) (7E) 幀中繼頭 幀中繼尾NLPID OUI PID 數(shù)據(jù)(0 x80) 第3層協(xié)議通過NLPID、OUI和PID字段來識別。 幀中繼交換機并不去讀這些字段。而路由器則需要打開分組的這一部分。 RFC 1294規(guī)定了適用

16、于IP數(shù)據(jù)多協(xié)議封裝的機制；RFC 1490則擴展了包括 其它路由或橋接協(xié)議的機制。NLPIDNetwork Layer Protocol IdentificationOUIOrganizationally Unique IdentifierPIDProtocol IdentifierSNAPSub-Network Access ProtocolSNAP頭NLPID= SNAP OUI= SNAP PID= 0 xCC-IP 0 x00-00-00 |Novel IPX 0 x81-37|Novel IPX 0 x88-SNAP 0 x00-80-C2|Bridging 0 x00-07-80

17、2.3|Bridging 0 x81-OSI 0 x00-80-9B|Appletalk 0 x80-9B|Appletalk幀中繼網(wǎng)的組成部分(Components)RouterRouterUNITrunkNNIUNIPVCs(LMI)(LMI)DLCIDLCIDLCIDLCIDLCIDLCI幀中繼網(wǎng)組成部分的說明PVC(Permanent Virtual Circuit)兩端點間一邏輯的、端到端雙向連接。DLCI(Data Link Connection Identifiers)在一PVC的端點，用來標識此PVC。UNI(User-to-Network Interface)用于幀中繼接入設

18、備(如路由器)至幀中繼網(wǎng)的接口。其作用是將各種類型的 數(shù)據(jù)統(tǒng)計復用到一條物理接口上。NNI(Network-to-Network Interface)幀中繼業(yè)務可以跨過多個幀中繼網(wǎng)絡。我們把相鄰但并不相同的幀中繼網(wǎng)絡 間的接口稱為“網(wǎng)絡至網(wǎng)絡接口”，即NNI。NNI也用于連接不同廠家的 交換機(如Ascend和Cisco之間)。LMI(Link Management Interface)定義了PVC狀態(tài)如何傳遞到接入設備(在一UNI連接的情況下)或傳遞到另一 交換機(在一NNI連接的情況下)。它也被用于測試UNI/NNI鏈路的完整性。Trunks在一單個幀中繼網(wǎng)中交換機之間的連接。多條PVC可

19、以通過一條Trunk來 映射。虛電路業(yè)務(Virtual Circuit Service) 有兩種類型的虛電路：永久式虛電路(最常用)PVC方式和交換式虛電路SVC方式。 一條PVC是是兩個端點間固定的邏輯連接。而這些端點一般是多協(xié)議路由器。 PVC存在于幀中繼交換機上，而不在最終的網(wǎng)絡端點(路由器)上。 路由器需要一條接入線來接入幀中繼網(wǎng)以便應用已存在的PVC。 SVC則允許幀中繼網(wǎng)中可以開展撥號(dial on demand)業(yè)務。但是，目前SVC 并未得到支持，因為許多網(wǎng)絡廠商在其設備中還未提供軟件支持。 跨過多個幀中繼網(wǎng)絡的PVC被稱為多網(wǎng)PVC(Multi-Network PVCs)

20、。這些PVC 是通過NNI跨網(wǎng)互連起來。 一PVC可以僅存在于一臺交換機上。在這種情況下，PVC不使用物理鏈路。 多條PVC可以被復用到一條物理鏈路上。 客戶可以用較低的造價擁有更多的帶寬。 業(yè)務提供者也可以更有效地利用干線(Trunk)帶寬。 如果每一個用戶在同一時間都使用滿帶寬，則會發(fā)生擁塞。數(shù)據(jù)鏈路連接識別符(DLCI)DLCIDLCIDLCIDLCIDLCIDLCI接入線PVCDLCI一條PVC是由其端點定義的。 PVC的端點被稱為數(shù)據(jù)鏈路識別符(DLCI)。共有10比特地址用來標識PVC的端點。 范圍為01023。 0：ANSI和ITU-T的鏈路管理(Annex A和D) 115：保

21、留給將來使用。 16991：虛電路的可用范圍。每個端口共有976的可用的DLCI。 9921007：網(wǎng)絡的第2層管理。 10081022：保留給將來使用。 1023：LMI。上海北京廣州20255050DLCI具有本地意義(Local Significance) 地址僅對本地鏈路有意義。 在非重復(non-overlapping)端點可再使用。 全局有效(Globally Significant)DLCI 在非重復點也不能使用。在這種情況下，一個DLCI總是與一個特定 的地理位置相聯(lián)系，便于DLCI的管理。但是，當網(wǎng)絡規(guī)模擴大到 多于976個位置時，就沒有了可用的DLCI。幀中繼的業(yè)務參數(shù)和服

22、務質量AR：接入速率CIR：承諾信息速率Bc：承諾突發(fā)量大小Be：超過突發(fā)量大小Tc：承諾速率測量間隔N：信息域最大長度 若CIR0，則TcBc/CIRQoS包括：CIR、Bc、TC、Be以及 FTD(幀傳送時延)；FLR(幀丟失率)；FLRc(約定 的幀丟失率)；FLRe(超過的幀丟失率)；RFER( 殘余錯幀率)。幀中繼業(yè)務參數(shù)的解釋 CIR約定信息速率，是指正常情況下網(wǎng)絡與用戶約定的用戶數(shù)據(jù)傳送 速率。 Tc約定時間間隔，是指網(wǎng)絡監(jiān)視一條虛電路上傳送的用戶數(shù)據(jù)量所 采用的時間間隔。Tc=Bc/CIR Bc約定突發(fā)尺寸，是指在Tc時間間隔內(nèi)，網(wǎng)絡與用戶約定的可靠傳送 數(shù)據(jù)量。 Be超過突發(fā)

23、尺寸，是指在Tc時間間隔內(nèi)，網(wǎng)絡與用戶約定的可傳送 的超過Bc的數(shù)據(jù)量。 每個幀中繼用戶在使用服務之前，應與網(wǎng)管部門約定一條虛電路上的 (Bc, Be, CIR)值。這一值稱為帶寬控制參數(shù)。 網(wǎng)絡在運行過程中，則根據(jù)每個幀中繼用戶終端與網(wǎng)絡約定的帶寬控 制參數(shù)，按Tc時間間隔對每條虛電路上傳送的數(shù)據(jù)量進行監(jiān)控，并 進行相應的處理。這一過程稱為虛電路上的帶寬控制。后面有述。幀中繼服務質量(QoS)參數(shù)的解釋(I) FTD(Frame Transfer Delay)用戶信息幀傳送時延 指用戶終端之間通過幀中繼網(wǎng)傳送信息所需的時間。其計算公式為： FTDt2 - t1 t1:為幀的地址字段的第一個比

24、特由用戶終端進入網(wǎng)絡的時刻； t2:為幀的尾標的最后一個比特由網(wǎng)絡進入用戶終端的時刻。 FTD包括了節(jié)點機的處理時延和線路傳送時延。舉例：在網(wǎng)絡處于正常運行狀態(tài)，端到端最多經(jīng)過10個節(jié)點的極長連接 設備利用率為80%，節(jié)點間中繼速率為2048kbit/s，中繼利用率為 40%的情況下，對于幀長為512字節(jié)，接入速率(AR)為64kbit/s的 幀中繼用戶，端到端的數(shù)據(jù)傳送時延FTD WAN bandwidthBandwidth OversubscribedPotential economic benefitPacket64 Kbps64 Kbps64 Kbps64 Kbps128 KbpsAB

25、CABAApplications use Bandwidthas requiredPacket Technology - Variable Bandwidth AllocationFrame Relay Bandwidth AllocationFrame Relay Service OptionsBcBc+Be64 KbpsCIR96 Kbps128 KbpsAccess rate1 SecondGuaranteed PerformanceData BurstDiscardFramesCarrier Benefits of Frame RelayCOREBACKBONEACCESSCUSTOM

26、ERPREMISESMaximum opportunity forBandwidth oversubscriptionImplementation Of Frame ServicesBACKBONEACCESSCUSTOMERPREMISESCOREMaximum opportunity forBandwidth oversubscriptionB-STDX 9000B-STDX 9000B-STDX 9000B-STDXChannelised E1PVC APVC APVC BPVC BWhat is Frame Relay?First packet mode interface to IS

27、DN networksMultiplexed data networking technologySupports data transmission over a connection-oriented pathBased on Virtual Circuits (VC)Two types Permanent and SwitchedData is transmitted in variable-length framesThe Basic Building Blocks1. The Access:User to Network Interface (UNI)3. The Trunk2. T

28、he SwitchThe B-STDX 8000/90004. The InterconnectNetwork to Network Interface (NNI)Frame Relay NetworkCost SavingsBefore Frame RelayAfter Frame RelayFrameRelay56KRouterRouter56K56K56K56KRouterRouterRouterRouterRouterRouterRouterRouterCost Savings Through Port OversubscriptionCommitted Information Rat

29、eSubscription Level = 100%Subscription Level = 200%Architect Network for Average Traffic Needs64K64K64K64K256K PortConnectionCommitted Information Rate64K64K64K64K64K64K64K64K256K PortConnectionRouterSimplified Network ArchitectureSNA TrafficFrame Relay NetworkLAN Traffic56KConsolidate Multiple Appl

30、icationson a Single Access LineAdvanced Data Service ProvisioningFrame RelayISDNDial AccessFRADFRADLANSNALANSNARouterLANRouterNetwork to Network Interface FRF 2.1Branch OfficesPVC 1 Local Exchange CarrierPVC n Inter-Exchange CarrierLocal Exchange Carrier Inter-Carrier Mapping of PVCs LMI Status Yields Lowest Cost Frame Relay ServicesFR NNIFR NNICorp. HQData CenterFR UNI DTE FR UNI DCERouterRouterRouterFR/A