Frame Relay
Introduction
Packet-Switching Networks
– Switching Technique
– Routing
– X.25
Frame Relay Networks
– Architecture
– User Data Transfer
– Call Control
当然，以下是对**帧中继（Frame Relay）**的详细解读，涵盖其简介、分组交换网络的基础知识、帧中继网络的架构、用户数据传输以及呼叫控制等方面。本文将深入探讨以下关键点：
帧中继简介
分组交换网络
• 交换技术（Switching Technique）
• 路由（Routing）
• X.25协议
- 帧中继网络
• 架构（Architecture）
• 用户数据传输（User Data Transfer）
• 呼叫控制（Call Control）
帧中继的优势与局限
帧中继在现代网络中的地位
总结
通过全面理解这些内容，您将能够深入掌握帧中继技术及其在网络通信中的应用与发展。
一、帧中继简介
1. 什么是帧中继？
- *帧中继（Frame Relay）**是一种广域网（WAN）技术，属于高性能的分组交换技术，主要用于在不同地理位置的局域网（LAN）之间传输数据。帧中继设计用于高速数据传输，具有低延迟和高效的带宽利用率，适用于数据量较大且延迟要求较低的应用场景。
2. 帧中继的发展背景
在20世纪80年代末和90年代初，随着企业对高速、经济的WAN连接需求增加，传统的电话网络和X.25协议逐渐无法满足高带宽和低成本的需求。帧中继作为一种更高效的分组交换技术应运而生，提供了更好的性能和更低的成本，成为当时企业连接不同地理位置网络的主要选择之一。
3. 帧中继的基本特点
• 高效的带宽利用：通过虚拟电路的方式共享带宽，提高了资源利用率。
• 低延迟：较X.25协议更低的开销，减少了数据传输延迟。
• 灵活性：支持多种服务类型和不同的数据速率，适应不同的网络需求。
• 成本效益：相比传统的电路交换方式，帧中继提供了更经济的WAN连接解决方案。
二、分组交换网络
1. 分组交换技术概述
- *分组交换（Packet Switching）**是一种数据传输方法，将数据分割成小的、独立的分组（Packets）进行传输。每个分组包含发送和接收信息，通过网络中独立的路由路径传递到目标设备。分组交换的核心优势在于高效的带宽利用和灵活的网络资源分配。
2. 交换技术（Switching Technique）
a. 电路交换（Circuit Switching）
• 定义：在通信双方之间建立一个专用的物理路径，通信过程中保持该路径的专用性。
• 特点：
• 专用资源：通信期间，路径上的所有资源被专用于该连接。
• 固定带宽：连接建立后，带宽固定，适用于实时、持续的数据传输（如电话通信）。
• 缺点：
• 资源浪费：连接期间资源不能被其他用户利用。
• 灵活性低：无法动态调整带宽和路径，适应性差。
b. 分组交换（Packet Switching）
• 定义：将数据分割成独立的分组，通过网络中可用的路径进行传输，分组独立处理。
• 特点：
• 共享资源：网络资源按需分配，多个用户共享带宽，提高资源利用率。
• 灵活性高：分组可通过不同路径传输，适应网络负载变化和故障恢复。
• 优点：
• 高效带宽利用：动态分配带宽，减少资源浪费。
• 容错性强：分组独立传输，路径故障时可选择备用路径。
• 缺点：
• 延迟不稳定：分组可能经过不同路径，导致延迟不一致。
• 复杂的管理：需要复杂的路由和调度算法，增加网络管理难度。
3. 路由（Routing）
- *路由（Routing）**是分组交换网络中的关键功能，决定了每个分组在网络中的传输路径。路由器根据路由协议和路由表，选择最优路径将分组转发到下一跳，直到到达目标设备。
a. 路由协议
• 内部网关协议（IGP）：用于同一自治系统（AS）内部的路由选择，如RIP、OSPF、EIGRP。
• 外部网关协议（EGP）：用于不同自治系统之间的路由选择，如BGP。
b. 路由表
• 内容：包含目的网络、下一跳地址和接口信息。
• 更新：通过路由协议动态更新，适应网络拓扑变化。
4. X.25协议
X.25是早期的分组交换网络协议标准，主要用于低速、可靠的通信。X.25提供了错误检测、纠正和流量控制机制，适用于电信网络和金融数据传输等应用。
a. X.25的特点
• 面向连接：在数据传输前建立虚拟电路，确保可靠的通信连接。
• 错误处理：内置错误检测和纠正机制，保证数据完整性。
• 流量控制：控制数据流速率，防止网络拥塞。
b. X.25的局限性
• 低带宽：适用于低速连接，无法满足高带宽需求。
• 高开销：协议复杂，增加了传输延迟和处理开销。
• 缺乏灵活性：无法高效利用网络资源，适应性差。
三、帧中继网络
1. 帧中继架构（Architecture）
帧中继网络采用分组交换技术，通过虚拟电路（Virtual Circuits, VCs）实现数据传输。帧中继网络主要由以下组件构成：
• 终端设备（DTE）：如计算机、路由器等，负责生成和接收数据。
• 终端适配器（DCE）：如帧中继调制解调器（Frame Relay Modem）、多路复用器（Multiplexer），连接终端设备与帧中继网络。
• 帧中继交换机（Frame Relay Switch）：核心网络设备，负责数据分组的转发和路由。
a. 虚拟电路（Virtual Circuits）
帧中继网络通过建立虚拟电路，实现数据传输的逻辑连接。虚拟电路分为两种：
• 永久虚拟电路（Permanent Virtual Circuits, PVCs）：预先配置的、长期存在的虚拟电路，适用于固定的连接需求。
• 交换虚拟电路（Switched Virtual Circuits, SVCs）：按需建立和拆除的虚拟电路，适用于临时的连接需求。
b. 标识符
• Data Link Connection Identifier (DLCI)：帧中继网络中用于标识虚拟电路的唯一编号。DLCI通常由交换机分配，每个帧中继交换机都有自己的DLCI编号范围。
2. 用户数据传输（User Data Transfer）
帧中继网络通过帧（Frames）传输用户数据。帧中继帧结构简洁，高效，主要包括以下部分：
• 帧头（Frame Header）：
• DLCI：标识虚拟电路。
• 控制字段：如帧中继控制字（FCS，Frame Check Sequence），用于错误检测。
• 数据部分（Data Payload）：用户数据，通常为48字节或更大。
• 帧校验序列（FCS）：用于检测传输错误。
a. 帧中继帧的特点
• 高效的帧结构：简洁的帧头和较大的数据负载，提高了数据传输效率。
• 错误检测：通过FCS，检测和丢弃有错误的帧，保证数据的可靠性。
• 无流量控制：帧中继本身不提供流量控制，依赖上层协议（如TCP）进行控制。
3. 呼叫控制（Call Control）
帧中继网络中的呼叫控制负责建立、维护和拆除虚拟电路，确保数据传输的可靠性和效率。呼叫控制主要包括以下步骤：
a. 虚拟电路建立
连接请求：源终端设备发送虚拟电路建立请求，包括目标地址和DLCI编号。
路由查找：帧中继交换机根据目标地址和DLCI，查找转发表，确定下一个交换机或目标设备。
连接确认：目标交换机确认虚拟电路建立，分配DLCI编号，并通知源交换机。
数据传输：虚拟电路建立后，数据可以通过该路径传输。
b. 虚拟电路维护
• 监控与管理：帧中继交换机持续监控虚拟电路的状态，确保连接的稳定性和可靠性。
• 故障恢复：在虚拟电路发生故障时，帧中继交换机尝试重新建立连接或选择备用路径。
c. 虚拟电路拆除
断开请求：源终端设备或交换机发送虚拟电路拆除请求。
连接确认：目标交换机确认拆除请求，并释放相关资源。
Packet-Switching Networks
Basic technology the same as in the 1970s
One of the few effective technologies for long distance data communications
Frame relay and ATM are variants of packet- switching
Advantages:
– flexibility, resource sharing, robust, responsive
Disadvantages:
– Time delays in distributed network, overhead penalties
– Need for routing and congestion control