帧中继协议的研究与实现

帧中继协议的研究与实现　

黄天章妥艳君　

（电子第５４研究所石家庄０５０００２）　

摘要介绍帧中继协议的基本原理、寻址功能、帧格式、消息类剐和工作过程；并详细介绍帧中继协议与ＴＣＰ／　ｌＦ诗议融告的过程。然后，按照ＩＴＵ—Ｔ建议．在具体的路由器上，提出帧中继软倬的实现功能、系统参数、软件结　

构和软倬模块．详知描述各十软倬模块如何实现愤中继协议。　

关键词　侦中继ＦＲ路由器ＩＰ　

１概述　

帧中继具有相当于专线的通信量及相当ｘ　２５　

公共分组交换网的性能价格比。为满足用户日益增　

长的高速、大容量数据传输的业务需求，这种技术在　

局域网问已被广泛采用。既有局域网接口又有帧中　

继接口的帧中继路由器成为局域网接人帧中继网络　

的重要设备。网络连接如图１所示　本文就是研究　

如何在路由器上实现帧中继协议。　

目域月　

围１帧中继网络连接　居域目　

２帧中继协议的研究　

●帧中继协议栈：帧中继协议如图２所示，它位　

于ＯＳＩ基本参考模型数据链路层（ＤＬ）的低位层的核　

心协议位置。它是帧方式承载业务的数据链路层协　

议（ＬＡＰＦ）的一个子集，对应于数据链路层核心子　

层，用来支持帧中继承载业务。帧中继中，在最终用　

户之间必须具有相当于数据链路层（２层）高位层的　

卜　—　＿＿Ｈ　

围２帧中继协议线　ＤＬ一控制功能及网络层（３层）　上的功能。　

●帧中继的帧结构由标志字段（１个字节．　

Ｏｘ７Ｅ）、地址字段（２—４个字节）、信息字段（可变　

长）、ＦＣＳ（２个字节）和标志字段（１个字节，Ｏｘ７Ｅ）组　

成。标志字段在帧的最前和最后，取值为Ｏｘ７Ｅ。　

最前的标志称为开始标志，最后的标志称为结束标　

志，结束标志可与下一帧的开始标志共享　地址字　

段分为高位ＤＬＣＩ字节和低位ＤＬＣＩ字节。高位ＤＬ．　

ｃＩ字节有高位ＤＬＣＩ（６位）、Ｃ／Ｒ位和ＥＡ位。低位　

ＤＬＣＩ有低位ＤＩＪＣＩ（４位）、ＦＥＣＮ、ＢＥＣＮ、ＤＥ、和ＥＡ　

位。其中ＥＡ为扩充地址字段位，指明地址字段的　

开始和结束。Ｃ／Ｒ是命令／响应字段位。ＦＥＣＮ、　

ＢＥＣＮ分别是前向显式阻塞通知位和后向显式阻塞　

通知位，用于标识网络是否阻塞；若ＤＥ位为１，则此　

帧在网络阻塞时可被丢弃。帧中继用数据链路连接　

标识符ＤＬＣＩ字段进行寻址。　

帧中继信息字段最小长度为１个字节，最大长　

度可达４０９６个字节。　

ＦＣＳ（帧检查序列）字段由２个字节组成，采用　

１６ｂｉｔ循环冗余码（ＣＲＣ一１６）来保证帧数据的完整　

性　

●帧中继的寻址功能：帧中继采用统计复用技　

术，以“虚电路（ｖｃ）”机制为每一帧提供地址信息，　

每一条线路容纳许多虚电路，用户之间通过虚电路　

进行连接。在每一帧的帧头中都包含地址信息——　

数据链路连接标识符（ＤＬＣＩ）。ＤＬＣＩ并非指终点的　

地址，只具有本地意义　目前帧中继网只提供永久　

虚电路（ＰＶＣ）业务。每一个节点机中都需要保存　

ＰＶＣ路由表，当帧进入网络时，节点机通过ＤＬＣＩ值　

识别帧的去向。　

●帧中继工作原理：帧中继以使用错误小的高　

质量传输线路为前提，实现ＤＬＣＩ的多重帧；通信　

形态为ＰＶＣ；通过省去帧的顺序控制和重发控制，减　

ＶＯＩ．２８　ＮＯ．３　２眦

　维普资讯 http://www.cqvip.com 轻通信设备的处理负担，实现高速通信。帧中继通　

过运行ＰＶＣ状态确认规程在用户一网络问确认　

ＰＶＣ状态正常及信令链路完整性。帧中继进行阻塞　

管理。当流入网络中的通信量超过网络的处理能力　

或者网络的设备出现故障就会发生阻塞。网络对用　

户发出阻塞通知，接收到阻塞通知的用户，就减少　

向网络发出的通信量：　

●帧中继工作流程：以太网源网段上的主机发　

送ＩＰ数据，发往目的网段，路由器收到以太网侧发　

来的ＭＡＣ帧，去掉ＭＡＣ封装，生成帧中继信息帧，　

交由帧中继模块发送到帧中继网络上。经帧中继网　

络传输．到目的网段的路由器，由帧中继模块接收　

后，去掉帧中继信息帧封装，生成ＭＡＣ帧，由路由器　

发送到以太网目的网段上，目的主机即可收到数据。　

上述过程实现了用帧中继路由器互连局域网。　

在数据传输过程中，当流入网络中的通信量超　

过了帧中继网络的处理能力或帧中继网络的设备出　

现故障就会发生阻塞。网络设备在与引起阻塞的通　

信量相同方向的帧上将ＦＥＣＮ置…１’，向接收终端系　

统（路由器帧中继模块）指示它收到的帧遇到了阻塞　

的资源。同时网络设备向在与　Ｉ起阻塞的通信量相　

反方向的帧上将ＢＥＣＮ置…１，向源终端系统指示它　

发送的帧遇到了阻塞的资源。源端路由器的帧中继　

模块根据此比特生成ＩＣＭＰ源站抑制报文，发往源　

主机，源主机用户收到报文后，控制发信机的速率调　

整。　

为通知帧中继ＰＶＣ链路的中断和恢复，在帧中　

继用户（路由器帧中继模块）与帧中继网络之间，运　

行ＰＶＣ状态管理协议。路由器帧中继模块定时对　

网络发出链路完整性证实查询消息，网络定时接收　

并应答每一个查询消息。利用此周期轮询机制来确　

定带内信令链路（ＤＬＣＩ＝０）的状态。同时路由器帧　

中继模块定时向网络查询ＰＶＣ状态，网络以全部　

ＰＶＣ的状态来应答，报告ＰＶＣ的增加、删除、可用或　

不可用　如果检测到影响用户一一网络接口状态的　

业务，路由器帧中继模块停止在所有ＰＶＣ上传送　

帧，但继续进行链路证实程序来检测业务的恢复。　

当检测到影响状态的业务已被清除时，路由器帧中　

继模块将恢复可用的ＰＶＣ的正常运行。　

基于上面对帧中继的研究，本文按照ｒｌ１Ｊ—Ｔ建　

议０９３３附录Ａ和ＩＥＴＦ的ＲＦＣＩ４９０（ＩＰ在帧中继上　

的封装），在自我研制的路由器上，实现帧中继协议。　

３帧中继协议实现　

・帧中继路由器系统实现　鼹络通信　

要设计实现的帧中继路由器可用于核心网的边　

缘，作为边缘接入节点。它可和核心路由器配合构　

成一个既有以太网接口（１Ｏ／１０ＯＭｂｐｓ接口）又有广　

域网接口（ｖ．３５）的路由器．以扩宽核心路由器的应　

用领域。帧中继路由器，初步目标为具有１个１０／　

１００ＭｂＤｓ以太网接口，３个ＦＲ接口（Ｖ．３５），具有　

ＴＣＰ／ＩＰ一系列协议及路由器协议ＲＩＰ、ＦＲ协议。　

目前，帧中继网只提供永久虚电路（ＰＶＣ）业务　

当终端设备接入帧中继网时，或帧中继交换机之间　

互连时，或帧中继网互连时，都需要对ＰＶＣ进行控　

制和管理。ＩＴｕ—Ｔ建议Ｑ　９３３附件Ａ提供了用于　

永久虚连接（ＰＶＣｓ）状态管理的附加程序，采用了无　

编号信息帧完成附加程序的信息传递，完成ＰＶＣ的　

增加、删除及状态通知等管理功能　

帧中继路由器作为独立的路由器单独使用的　

话，ＬＡＮ接口和３个ｖ．３５接口设置为不同网段地　

址。具体实现的软件层次结构如图３所示。　

—１　］　

－　｝　

一—１　ｒ——］ｒ一］ｒ——＿］　ｌ厂＿　Ｒ＿＿ｌ　Ｌ！日１　｛　＝］　＿ｒ　

ｊ　

囤３帧中继路由器软件层班结构　

●帧中继功能实现　

为使以太网接入帧中继网络，在路由器中实现　

帧中继用户侧（ＤＴＥ）的功能，包括：完成ＩＰ数据的传　

输；周期性地轮询以确定ＰＶＣ连接的状态；检测带　

内信令链路可靠性错误（ＤＬＣＩ＝０），证实链路的完整　

性；阻塞控制。　

为使帧中继终端接入以太网，在路由器中实现　

帧中继网络侧（ＤＣＥ）的功能，包括：完成ＩＰ数据的　

传输；周期性地应答以确定ＰＶＣ连接的状态；检测　

带内信令链路可靠性错误（ＤＬＣＩ＝０），证实链路的完　

整性。　

●ＰＶＣ状态确认规程使用的消息　

ＰＶＣ状态确认规程使用的消息有状态查询消息　

（消息类别＝０ｘ７５）和状态响应消息（消息类别＝　

Ｏｘ７Ｄ）。　

ＰＶＣ状态确认规程状态查询消息由Ｏｘ７Ｅ、高位　

ＤＬＣＩ（Ｏｘｏ０）、低位ＤＬＣＩ（Ｏｘ０１）、无编信息帧（ＯｘＯ３）、　

协议鉴别语（ＯｘＯＳ）、呼叫参考（０ｘ（Ｅ）、消息类型（状　

态查询０ｘ７５）、报告类型信息单元（３字节）．链路完　

整性证实信息单元（４字节）和０ｘ７Ｅ组成。　

２０ｏ２　勰ｌｌ　３■　无盘电通

亩技术　维普资讯 http://www.cqvip.com 网络通信　

ＰＶＣ状态确认规程状态响应消息帧字段组成是　

０ｘ７Ｅ、高位ＤＬＣＩ（０ｘ００）、低位ＤＬＣＩ（０ｘ０１）、无编信息　

帧（Ｏｘ０３）、协议鉴别语（ＯｘＯ８）、呼叫参考（ｏ￣ｏｏ）、消息　

类型（状态响应０ｘ７ｄ）、报告类型信息单元（３字　

节）、链路完整性证实信息单元（４字节）、ＰＶＣ状态　

信息单元（５字节ｘ　Ｎ）和ＯｘＴＥ。其中，报告类型信息　

单元的结构为报告类型信息单元标识符（０ｘ５１）、报　

告类型信息单元内容长度（０ｘ０１）和报告类型　

（１Ｂｙｔｅ。０ｘ００全状态，０ｘ０１链路完整性证实）。　

链路完整性证实信息单元由链路完整性证实信　

息单元标识符（Ｏｘ５３）、链路完整性证实信息单元内　

容长度（０ｘ０２）、发送序列号（１脚ｅ）和接收序列号　

（１Ｂｙｔｅ）组成。　

ＰＶＣ状态信息单元组成是：标识符（０ｒ３７）、内　

容长度（０ｘ０３）和ＤＬＣＩ字段（图４）。　

０扩充ｌ０备用ｌ离位Ｉ）ＬＣＩ　

１扩充ｌ低位Ｉ）ＬＣＩ　ｌ　０　０　０　《备用　

扩充ｌ　０　０　０【备用ｌ新增ｌ删际ｌ激活０《保留　

图４　ＰＶＣ状态信息单元ＤＬＣＩ卒段组成　

●帧中继程序模块说明　

帧中继软件分为ＦＲ信息帧接收／发送处理模　

块、阻塞管理模块、链路完整性证实模块、ＰＶＣ状态　

处理模块和ＰＶＣ增删处理模块。　

ａ）ＦＲ信息帧接收／发送处理模块：完成ＦＲ信　

息帧的发送处理。接收ＦＲ信息帧，并根据消息的　

不同，运行不同的模块程序。　

ｂ）阻塞管理模块：根据ＦＥＣＮ、ＢＥＣＮ生成ＩＣＭＰ　

源抑制报文，并提交给１ＣＭＰ模块　

ｃ）链路完整性证实模块：填写并定时发送链路　

完整性查询消息和ＰＶＣ状态查询消息；分析链路完　

整性应答消息，检测带内信令链路（ＤＬＣ１＝０）可靠性　

错误和信令链路坍议错误，确定承载通路的可用性。　

ｄ）ＰＶＣ状态处理模块：根据ＰＶＣ全状态响应消　

息，确定ＰＶＣ状态的变化，并修改ＰＶＣ状态表，提供　

给ＦＲ信息帧接收／发送处理模块使用。　

ｅ）ＰＶＣ增删处理模块：根据ＰＶＣ全状态响应消　

息，确定ＰＶＣ增／删的变化，并修改ＰＶＣ状态表，提　

供给ＦＲ信息帧接收／发送处理模块使用。　

●帧中继程序模块流程　

ａ）帧传输流程：路由器从以太网端口接收ＭＡＣ　帧，经过路由计算，确定ＤＬＣ１和帧中继端口；然后　

由帧中继模块，去掉ＭＡＣ头，加上帧中继头，进行帧　

中继封装，并发送到帧中继网络上　从帧中继网络　

上接收到帧中继信息帧后，由帧中继模块去掉帧中　

继头，根据ＤＬＣ１和目的ＴＰ地址确定以太网端口，加　

上ＭＡＣ头，进行以太网封装，并发送到以太网上。　

ｂ）阻塞流程：当网络阻塞时，路由器接收的ＦＲ　

帧的ＢＥＣＮ位被置１。帧中继模块据此生成１ＣＭＰ　

源站抑制报文，发送给数据源主机，通知网络阻塞　

数据源主机根据ＩＣＭＰ报文，调整ＴＣＰ的发送窗口，　

达到调整发送数据速率的目的　

ｃ）链路完整性证实流程：帧中继链路完整性证　

实协议主要是通过ＤＴＥ和ＤＣＥ之间的消息询问／应　

答来实现的　在预定的时间内，消息中的发送和接　

收序号相匹配，就证实链路是正确的。如果发送／接　

收序号不匹配，或接收定时器到时，就记录错误，直　

至链路正确。　

ｄ）ＰＶＣ状态管理流程：帧中继ＰＶＣ状态管理协　

议的实现要结合链路完整性坍议，在链路完整性查　

询消息进行Ｉ１次（由Ｎ３９１参数确定）后，发送一次