帧中继和路由协议详解-理论篇

广域网连接按照连接方式可以分为如下三种：



而按照数据单元的交换方式则可以分为如下三种：



电路交换

电路交换方式的主要特点就是要求在通信的双方之间建立一条实际的物理通路，并且在整个通信过程中，这条通路被独占。最普通的电路交换例子是电话系统，如PSTN（公共服务电话网）。
报文交换

存储交换的一种，所谓“存储交换”是指数据交换前，先通过缓冲存储器进行缓存，然后按队列进行处理。“存储交换”分为“报文交换”（Message
Switching）和“分组交换”（Packet Switching）。
报文交换的基本思想是先将用户的报文存储在交换机的存储器中，当所需要的输出电路空闲时，再将该报文发向接收交换机或用户终端。
分组交换

此方式与报文交换类似，但报文被分成组传送，并规定了分组的最大长度，到达目的地后需重新将分组组装成报文。X.25和帧中继都使用这种交换技术。下面我们就开始进入我们今天的正题。
帧中继技术是一门相对比较老的WAN连接方式，同时它也是一种WAN封装协议，目前企业已经很少使用了，当然目前很多银行的ATM机还在使用该业务（它符合安全性、稳定性、可靠性和可扩展性并且传输速率要求不高、成本低的业务需求）。
帧中继技术是在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，采用帧的形式来封装用户的数据以进行跨网的传输。帧中继网络一般由提供公共信息服务提供商（ISP）搭建，对于需要这项服务的客户，可以到当地的ISP办理帧中继业务，然后，把本地局的局域网连接到ISP提供的设备上（DCE），并“适当地配置”就可以使用了。我们这篇文章的目的也是要让大家看完后，能够正确地实现“适当地配置”而且明白配置背后的原理！至于帧中继网络本身的工作机制和搭建的问题由于其复杂性在此不再讨论！
背景：



例如，如果要从公司总部连接7
个新增的远程场点，但路由器只有一个空闲的串行端口，则可使用帧中继来救场!当然，应该指出的是，这也会导致单点故障，不太好。但帧中继是用来节省费用的，而不是用来提高网络弹性的。（引自《CCNA学习指南》）。
帧中继主要特点：
帧中继提供的是一种面向连接的传输服务
用户在本地传输数据将按照顺序通过网络到达终点，对端在接收数据时不需要对收到的数据进行重新排序。帧中继在传输数据前会通过网络和对方建立逻辑上的通路，这条通路叫做虚电路！那么什么叫做“面向有连接的服务”呢？上面已经提到了，就是数据在传输前已经建立了固定的连接，用户始终使用这一信道传输数据，不会发生信息错序的问题。和此对应的是“面向无连接的网络服务”，是指在传输之前不建立固定的连接，用户发送的数据可能会通过不同的途径（选路的结果）到达终点，所以终点接收到的数据顺序和对方发送的顺序可能不一致，从而需要重新排序。由路由器搭建的网络就属于这种网络。如下图所示：



虚电路有两种虚电路
虚电路分为永久虚电路(PVC)和交换虚电路(SVC)两种：
PVC是永久建立的，类似于专线，由ISP在帧中继交换机上用静态交换表定义，不论用户是否进行传输，这条线路都一直存在。
SVC是临时建立的，它在传输前动态建立，在传输完成后线路就会被拆除断开。目前，最常见的是使用PVC！

帧中继有两个速率：
访问速率：这是线路的具体传输速率，它决定在网上的数据传输的速度。如，T1的访问速率是1．544Mbps。

(CIR)承诺信息速率：是帧中继电路上最高的平均数据传输率。它通常比传输速率慢；当传输突发数据时，传输速度可以超过CIR。CIR是控制你的最大传输速度的,上面说了,如果电信网络有足够资源，客户最大可达到的传输速度可达到访问速率（即T1）的速率。相反如果没有足够资源,超过CIR的速率时,
有可能被丢弃。
用户在ISP那里办理帧中继服务时，可以根据业务需求选择一个带宽，如：512K、1M、T1、2M等，这个带宽速率就是CIR，是ISP为用户保证的基础带宽速率。但是虚电路的传输能力采用的是动态的按需分配原则，在传输数据期间，网络会提供CIR，并根据当前的网络使用率，允许有一定的扩展，在用户没有数据发送时，虚电路仍然保持连接关系，但是网络可以把设备的传输能力用作其他服务，所以虚电路不会独占带宽（这一点和专线不一样）。

帧中继具有拥塞控制能力
当网络发生拥塞时，帧中继交换机会向发送端和接收端的设备发送拥塞通知，要求设备降低发送速率。必要时，还会丢掉一些已经接收到的数据包。

帧中继的帧封装和帧格式



帧中继的帧格式1：



帧中继的帧格式2：



标志：表示帧的开始和结束，取值为7E。
帧中继头部：16bit，地址域，用于帧的寻址。
数据：帧携带的数据，长度可以变，一般不能超过4096个字节。
FCS:帧校验序列。
帧中继的头部格式：



C/R：命令/响应(未用)。
EA： 0 表示地址字段未结束；1 表示地址字段结束。
FECN （前行显示拥塞通告）：这个信息告诉路由器接收的帧在所经通路上发生过拥塞。
BECN（倒行显示拥塞通告） ：这个信息设置在遇到拥塞的帧上，而这些帧将沿着与拥塞帧相反的方向发送。这个信息用于帮助高层协议在提供流控时采取适当的操作。
DE：这个信息为帧设置了一个种级别指示，指示当拥塞发生时一个帧能否被丢弃。DE=1表示 此帧可优先舍弃。
DLCI（数据链路连接标识符）：总共10bit，用于目标设备的寻址。DLCI取值范围为0-1007，其中0 用于信令；1～15 保留；16～991
用于VC识别；992～1007 用于层管理。
帧中继的封装有两种格式：CISCO和IETF，两种封装略有不同，不能兼容。CISCO设备默认的封装格式为CISCO，但是也支持IETF，国内的帧中继线路多采用IETF。
帧中继的寻址
帧中继使用的地址是二层地址，称为数据链路标识符（DLCI）。DLCI总共10bit，用于目标设备的寻址。DLCI取值范围为0-1007，其中0
用于信令；1～15 保留；16～991 用于VC识别；992～1007
用于层管理。DLCI的用途是搭建虚电路，它不具有唯一性，不同用户的帧中继连接可以使用相同的DLCI。



只有作为ECE一端的设备或者启用了子接口才能配置DLCI。在帧中继的应用中，DCE端都被设置在ISP一侧，用户的路由器属于DTE段，所以如果用户的路由器没有使用子接口，就不需要配置DLCI。
用show frame-relay map命令可以查看本端的DLCI值。如上图，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（对端）与DLCI 50（本端）对应，只要发送给12.12.12.2的数据就直接从DLCI
50的接口发送出去，同理12.12.12.1
80表示只要发送给12.12.12.1的数据就从DLCI为80的接口发送出去。其实，IP和DLCI的对应关系与IP和MAC的对应关系道理是类似的。
帧中继本地管理接口(LMI)
LMI用于本地路由器和它连接的第一台帧中继交换机之间，允许提供商网络和DTE(
本地路由器)交流有关虚电路的运行情况和状态方面的信息，包括如下方面。
存活消息：验证是否正在传输数据。

组播：这是一个可选的LMI 规范扩展，借助它，能够通过帧中继网络有效地分发路由选择信息和ARP 请求。组播使用保留的DLCI-I019-1022
。

全局编址：让DLCI 有全局意义，让帧中继云就像LAN 一样。到目前为止，从未在生产网络中使用过它。

虚电路状态：提供DLCI
状态。在没有定期发送LMI数据流时，状态查询和消息将用作存活消息。路由器通过使用帧中继封装的接口，从服务提供商的帧中继交换机那里收到LMI
信息后，将虚电路的状态更新为下述3 种状态之一:

活动状态：一切正常，路由器可彼此交换信息。

非活动状态：路由器接口处于up 状态，并建立了到交换局的连接，但远程路由器处于down状态。

拆除状态(deleted state )： 没有收到交换机的LMI 信息，这可能是由映射问题或线路故障导致的。

LMI 不在客户路由器之间交换信息，而在客户路由器和最近的帧中继交换机之间交换信息。因此，完全可能出现这样的情况: PVC 一端的路由器在接收LMI
信息，而另一端的路由器没有。当然，在一端处于down 状态的情况下， PVC 不能正常工作，这里指出上述情形旨在阐明L阳通信的本地特征。
LMI提供了帧中继的扩展特性，它的主要作用提供了帧中继连接状态的检测服务。LMI由多个定时器和计数器组成，目前的LMI有三个版本：ANSI、Q933a和CISCO。用户路由器使用的LMI类型必须与ISP的LMI类型一致。CISCO路由器的LMI默认类型为CISCO。如果ISP的LMI不是CISCO，需要修改为效应类型。早期的路由器需要手工指定本端的LMI类型，现在的路由器一般可以自动识别DCE一侧的LMI类型并自动调整为相应的类型。手动配置可以用以下命令：
frame-relay lmi-type {ansi|q933a|cisco}
理论部分就写到这吧！其实帧中继还有不少详细的内容在这里没有提到，有兴趣的朋友可以去网上搜索深入研究，本篇的目的是对帧中继进行通熟易懂、图文并茂的方式和大家分享从而让新手不再对帧中继产生畏惧！下篇我们开始介绍帧中继和路由协议的配置部分！

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