计算机网络原理 帧中继交换

计算机网络应用帧中继交换网组成
帧中继交换网有帧中继接入设备（Frame Relay Access Device，FRAD）、帧中继交换设备（Frame Relay Switching Device，FRSD）和公用帧中继业务3部分组成。

一个典型的帧中继网络是由用户设备与网络交换设备组成，如图6-18所示。

图6-18 帧中继交换网络
1．帧中继接入设备（FRAD）
帧中继接入设备（FRAD）可以是具有帧中继接口的任何类型的接入设备，包括标准的帧中继终端、帧中继装/拆设备，及提供LAN接入的网桥或路由器等。

通常采用56Kb/s或64Kb/s链路入网，在电路两端设备的传输速率可以是不同的。

2．帧中继交换设备（FRSD）
帧中继交换设备有帧中继交换机以及具有帧中继接口的分组交换机和其它复用设备等类型。

这些设备的共同点是为用户提供标准帧中继接口。

3．公用帧中继业务
该业务提供者将通过公用帧中继网络提供帧中继业务。

帧中继接入设备与专用帧中继设备之间可通过标准帧中继接口实现与公用帧中继网的互连。

作为帧中继网络核心设备的帧中继交换机的作用类似于以太网交换机，都是在数据链路层完成对帧的传送工作，但帧中继交换机处理的是FR帧而不是以太网帧。

帧中继网络中的用户设备负责把数据帧送到帧中继网络，用户设备分为帧中继终端和非帧中继终端两种，其中非帧中继终端必须通过帧中继装/拆设备FRAD才能够接入帧中继网络。

帧中继帧中继(Frame Relay)是一种网络与数据终端设备(DTE)接口标准。

由于光纤网比早期的电话网误码率低得多,因此,可以减少X.25的某些差错控制过程,从而可以减少结点的处理时间,提高网络的吞吐量。

帧中继就是在这种环境下产生的。

帧中继提供的是数据链路层和物理层的协议规范,任何高层协议都独立于帧中继协议,因此,大大地简化了帧中继的实现。

目前帧中继的主要应用之一是局域网互联,特别是在局域网通过广域网进行互联时,使用帧中继更能体现它的低网络时延、低设备费用、高带宽利用率等优点。

帧中继的主要特点是:使用光纤作为传输介质,因此误码率极低,能实现近似无差错传输,减少了进行差错校验的开销,提高了网络的吞吐量；帧中继是一种宽带分组交换,使用复用技术时,其传输速率可高达44.6Mbps。

但是,帧中继不适合于传输诸如话音、电视等实时信息,它仅限于传输数据。

帧中继Frame Relay帧中继是一种用于连接计算机系统的面向分组的通信方法。

它主要用在公共或专用网上的局域网互联以及广域网连接。

大多数公共电信局都提供帧中继服务，把它作为建立高性能的虚拟广域连接的一种途径。

帧中继是进入带宽范围从56Kbps到1．544Mbps的广域分组交换网的用户接口。

帧中继是从综合业务数字网中发展起来的，并在1984年推荐为国际电话电报咨询委员会（CCITT）的一项标准，另外，由美国国家标准协会授权的美国TIS标准委员会也对帧中继做了一些初步工作。

大多数主要的电信公司象AT＆T，MCI，US Sprint，和地方贝尔运营公司都提供了帧中继服务。

与帧中继网相连，需要一个路由器和一条从用户场地到交换局帧中继入口的线路。

这种线路一般是象T1那样的租用数字线路，但取决于通信量而定。

两种可能的广域连接方法，如下面所述：￥￥专用网方法在这种方法中，每个场点将需要三条专用（租用）线路和相联的路由器，以便与其它每一个场点相连，这样总共需要6条专线和12个路由器。

计算机网络应用帧中继交换主要特点帧中继（Frame Relay，FR）是一种网络与数据终端设备（DTE）的接口标准。

由于光纤网比早期的电话网误码率低得多，帧中继可以减少X.25的某些差错控制过程，从而可以减少结点的处理时间，提高网络的吞吐量。

帧中继在误码率及网络吞吐量等方面的善外，归纳其主要特点还是由于以下因素。

1．简化了相关协议，提高了数据传输速度与HDLC协议一样，帧中继不是以分组（Packet）为单位进行数据传输，而是采用帧作为传输的基本单位，且该帧的尺寸更大。

另外，它在网络上的中间节点不会对数据进行误码纠错。

帧中继在保持了分组交换技术的灵活及较低的费用的同时，大大缩短了传输时延，提高了数据传输速度。

另外，帧中继只完成OSI网络参考模型中物理层和数据链路层的功能，而将流量控制、纠错等功能留给智能终端完成。

故其数据链路层协议（LAPD协议）在可靠的基础上相对简化，从而减小了传输时延，提高了传输速度。

帧中继的通信速率范围一般为9.6kb/s～2.048Mb/s。

另外，它所采用的LAPD链路层协议，还能够顺利承载IP、IPX和SNA等常用协议通信。

2．采用了PVC技术帧中继网络可提供的基本业务包括永久型虚电路（PVC）和交换型虚电路（SVC），但目前的帧中继网络只提供PVC业务。

所谓PVC是指在定义完成后，通信双方的电路在用户看来是永久连接的，但实际上只有在用户准备发送数据时网络才真正把传输带宽分配给用户。

3．采用统计复用技术帧中继采用统计复用技术，使得帧中继中的每一条线路和网络端口，都可由多个终端用户按信息流实现共享，即能够在单一物理连接上提供多个逻辑连接，显著提高了网络资源的利用率。

4．用户费用相对较低帧中继租用价格低廉，其费率一般仅为同速率DDN（数字数据网）电路的40％，且在网络空闲时，还允许用户可以超过自己申请的PVC的速率突发地占用动态带宽。

对于经常传递大量突发性数据的用户，非常经济合算。

9.4 帧中继网帧中继网络是目前局域网互联综合性能（可靠性、价格、传输速度、网络延时、响应时间、吞吐量、覆盖面等）最好的公共网络，可提供高达45Mbps的高速数据传输。

帧中继网络正在逐渐替代DDN网络，成为局域网互联的主要公共服务网络。

帧中继公共网络最早是在1992年在美国投入公共服务。

我国从1996年底由中国电信（现在的电信和网通）开始建设ChinaFRN，其一期主干网络于1997年6月建设完成，覆盖北京、上海、广州、沈阳、武汉、南京等21个省会城市，并在北京、上海和广州建立了国际出口，与其它国家的帧中继网络相连。

目前，经过8年的建设，我国的ChinaFRN已经延伸到几乎所有地级市，部分地区甚至延伸到县级市，覆盖面非常广泛。

9.4.1 帧中继网络的构造帧中继网络是由帧中继交换机组成的一个跨地域的大型网络。

帧中继网络的核心是帧中继交换机，是一个工作在链路层的网络设备。

帧中继交换机之间使用光纤连接，采用时分多路复用的方式提供多条虚电路。

图9.14帧中继由帧中继交换机组成的一个大型网络帧中继网络是一个分组交换网，在帧中继交换机之间传输的数据报是与局域网一样带有帧报头的数据帧。

帧中继数据帧的报头格式如图9.15所示：图9.15帧中继的报头格式帧中继报头的头一个字节是01111110的二进制序列，标明一帧数据的开始。

第二个字段是16位的地址字段，其中的DLCI地址占10位。

另外还有3个标志位，分别是向前拥挤标志位FECN、向后拥挤标志位BECN 和丢弃标志位DE。

DLCI地址是交换机识别虚电路使用的虚电路号（own Data Link Channel Identifier）。

帧中继交换机使用DLCI地址进行数据报转发的工作原理如图9.16所示：图9.16 帧中继交换机的工作原理帧中继交换机的与以太网交换机一样，拥有一个交换表。

数据报进入端口后，交换机从帧报头的地址字段取出DLCI地址，查交换表就可以得知应该向哪个端口转发。

计算机网络应用 帧中继简介随着专用通信网的传输速率明显提高，人们对通过局域网（LAN ）与局域网的互联接入广域网（WAN ）的要求也在迅速增长，因此对具有高速率、高可靠、适应性强及低成本的传输方式的需求很大。

当时X.25分组交换网虽然成本较低，但它的业务速率、网络时延、响应时间和吞吐量等方面均不能满足局域网（LAN ）远程互连的需求，因此出现了新的网络帧中继。

帧中继用于局域网的互联，是一种广域网技术。

它是在原有的模拟线路逐渐被数字光纤传输线路所代替，且用户终端智能化的情况下，在X.25分组交换技术的基础上发展而来的一种传输技术，它是一种先进的包交换技术和快速的分组通信方式。

其中，包交换技术 包括可变长数据包和统计多元技术两种。

帧中继的包交换技术可以使网络节点工作站动态共享网络介质和可用带宽，为跨越多个交换机和路由器的用户设备间的信息传输提供了快速和有效的方法。

帧中继技术以简化的方式传送数据，它将流量控制、纠错、重发等第三层（网络层）及更高层的功能转移到智能终端中，从而大大简化了节点机之间的网络资源。

因此，帧中继也被看作是简化的快速分组交换技术。

在其体系模型中舍去了X.25协议中定义的分组层，只采用物理层和数据链路层这样的二级简单结构，其结构模型如图6-14所示。

数据链路层（核心层）物理层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层帧中继OSI 参考模型图6-14 帧中继体系结构帧中继网络可以将分散在不同地理位置的网络连接起来，其网络结构可能是星型结构和网状结构两种。

其中，网状结构可以分为部分网状和全网状两种，如图6-15所示为其星型网络结构。

ATM 路由器ATM 路由器图6-15 帧中继网络星型结构连接在帧中继网络中，星型结构为最优选择，因为采用这种结构所使用的永久虚拟回路（PVC ）的数量最少，中心节点通过在一个接口上使用多个PVC 将多个分散的分支节点连接起来。

但该结构也存在各个分支节点之间通信需要经过中心节点进行中转的缺点。

分组交换与帧中继比较一．摘要分组交换是以分组为单位进行传输和交换的，它是一种存储-转发交换方式，即将到达交换机的分组先送到存储器暂时存储和处理，等到相应的输出电路有空闲时再送出。

帧中继是一种用于连接计算机系统的面向分组的通信方法。

它主要用在公共或专用网上的局域网互联以及广域网连接。

大多数公共电信局都提供帧中继服务，把它作为建立高性能的虚拟广域连接的一种途径。

二．综述1.分组交换技术分组是由分组头和其后的用户数据部分组成的。

分组头包含接收地址和控制信息，其长度为3--10B，用户数据部分长度是固定的，平均为128B，最长不超过256B。

同一分组网内分组长度是固定的，而不同分组网分组长度可以不同。

路由选择确定了输出端口和下一个节点后，必须使用交换技术将分组从输入端口传送到输出端口，实现输送比特通过网络节点。

分组交换技术是在计算机技术发展到一定程度，人们除了打电话直接沟通，通过计算机和终端实现计算机与计算机之间的通信，在传输线路质量不高、网络技术手段还较单一的情况下，应运而生的一种交换技术。

分组交换也称包交换，它是将用户传送的数据划分成多个更小的等长部分，每个部分叫做一个数据段。

在每个数据段的前面加上一些必要的控制信息组成的首部，就构成了一个分组。

首部用以指明该分组发往何地址，然后由交换机根据每个分组的地址标志，将他们转发至目的地，这一过程称为分组交换。

进行分组交换的通信网称为分组交换网。

分组交换实质上是在“存储—转发”基础上发展起来的。

它兼有电路交换和报文交换的优点。

在分组交换方式中，由于能够以分组方式进行数据的暂存交换，经交换机处理后，很容易地实现不同速率、不同规程的终端间通信。

2.分组传送过程a.分组交换网以“分组”作为数据传输单元，每一个分组的首部都含有地址等控制信息。

b.分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。

用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。

计算机通信与⽹络_第4章习题答案第四章练习题答案4.01局域⽹标准的多样性体现在四个⽅⾯的技术特性，请简述之。

答：局域⽹技术⼀经提出便得到了⼴泛应⽤，各计算机和⽹络设备⽣产⼚商纷纷提出⾃⼰的局域⽹标准，试图抢占和垄断局域⽹市场。

因此，局域⽹标准⼀度呈现出特有的多样性。

局域⽹标准的多样性体现在局域⽹的四个技术特性：(1)传输媒体传输媒体指⽤于连接⽹络设备的介质类型，常⽤的有双绞线、同轴电缆、光纤，以及微波、红外线和激光等⽆线传输媒体。

⽬前⼴泛应⽤的传输媒体是双绞线。

随着⽆线局域⽹的⼴泛应⽤，⽆线正得到越来越多的应⽤。

(2)传输技术传输技术指借助传输媒体进⾏数据通信的技术，常⽤的有基带传输和宽带传输两种。

传输技术主要包括信道编码、调制解调以及复⽤技术等，属于物理层研究的范畴。

(3)⽹络拓扑⽹络拓扑指组⽹时计算机和通信线缆连接的物理结构和形状。

常⽤的有星形、总线形和环形。

不同的⽹络拓扑需要采⽤不同的数据发送和接收⽅式。

(4)媒体访问控制⽅法访问控制⽅法指多台计算机对传输媒体的访问控制⽅法，这⾥的访问，是指通过传输媒体发送和接收数据。

常⽤的有随机争⽤、令牌总线和令牌环等访问控制⽅法。

⽬前局域⽹中⼴泛采⽤的是⼀种受控的随机争⽤⽅法，即载波监听多点接⼊/冲突检测(CSMA/CD)⽅法。

4.02逻辑链路控制（LLC）⼦层有何作⽤？为什么在⽬前的以太⽹⽹卡中没有LLC⼦层的功能？答：在局域⽹发展的早期，有多种类型的局域⽹，如802.4令牌总线⽹、802.5令牌环⽹等。

为了使数据链路层能更好地适应多种局域⽹标准，IEEE 802委员会在局域⽹的数据链路层定义了两个⼦层，即逻辑链路控制LLC (Logical Link Control)⼦层和媒体接⼊控制MAC (Medium Access control)⼦层。

与接⼊传输媒体有关的内容放在MAC⼦层，⽽与传输媒体⽆关的链路控制部分放在LLC⼦层。

这样可以通过LLC⼦层来屏蔽底层传输媒体和访问控制⽅法的异构性，实现多种类型局域⽹之间的互操作。