2.1.9　帧中继网

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。

帧中继技术是在分组技术充分发展、数字与光纤传输线路逐渐替代已有的模拟线路、用户终端日益智能化的条件下发展起来的。帧中继仅仅完成OSI物理层和数据链路层核心的功能，将流量控制、纠错等留给智能终端去完成，大大简化了实现过程。同时，帧中继采用虚电路技术，能充分利用网络资源，因此帧中继具有吞吐量高、时延低、适合突发性业务等特点。

帧中继主要适用于下面三种情况。

·用户需要数据通信，其带宽要求为64Kbit/s~2Mbit/s，而参与通信的各方多于两个，这种时候使用帧中继是一种较好的解决方案。

·通信距离较长时，应首选帧中继，因为帧中继的高效性使用户可以享有较好的经济性。

·当数据业务量具有突发性的特点时，由于帧中继具有动态分配带宽的功能，选用帧中继可以有效地处理突发性数据。

1．帧中继网的特点

帧中继网的特点如下。

·帧中继协议简化了X.25分组级功能，只有两个层次：物理层和数据链路层。网内节点的处理大为简化，实验结果表明，采用帧中继时一个帧的处理时间可以比X.25的处理时间减少一个数量级，因而提高了帧中继网络的处理效率。

·传送的基本单元为帧，帧的长度可变，最大长度为1600字节，比X.25网的默认分组长度128字节长，特别适用于封装局域网的数据单元，减少了分段与重组的处理开销。

·在数据链路层完成动态（统计）复用、帧透明传输和差错检测，但与X.25网不同的是，帧中继网内节点若检测到差错，将出错的帧丢弃，不采用重传机制，减少了帧编号、流量控制、应答等开销，由此减少了交换机的处理时间，提高了网络吞吐量，降低了网络迟延。

·帧中继技术提供了有效的带宽管理和阻塞控制机制，使用户能合理传送超出约定带宽的突发性数据，充分利用网络资源。

·帧中继现向用户提供的接入速率在64Kbit/s～2.048Mbit/s，也可达到45Mbit/s。

·与X.25分组交换一样，帧中继采用了面向连接的工作模式，可以提供PVC业务、SVC业务。由于帧中继的SVC业务对用户的资费并不能带来明显的好处，实际上主要用作局域网的互连，仅采用PVC业务。

2．帧中继网的体系结构

帧中继的用户网络接口协议体系结构分为控制平面和用户平面，如图2-9所示。

其中，控制平面指的是信令的处理和传送，该信令用于逻辑连接的建立和拆除；用户平面负责端到端的用户数据传送。

控制平面：用于帧方式承载业务的控制平面类似于电路交换中的共路信令，其中控制信息使用的是独立的逻辑通道。在数据链路层，使用具有差错控制和流量控制的LAPD协议，通过D信道提供用户和网络之间的可靠数据链路控制服务。这种数据链路业务用于Q.933控制信令信息的交换。

图2-9　帧中继的用户网络接口协议体系结构

3．帧中继网络的组成

帧中继网根据网络的运营、管理和地理区域等因素可分为3层：国家骨干网、省内网和本地网，如图2-10所示。

图2-10　帧中继网络组织图

（1）国家骨干网

国家骨干网由设置在各省、自治区和直辖市的节点组成的，目前全国划分为8大区，每个大区设置大区中心，分别在北京、上海、沈阳、西安、成都、南京、武汉和广州。这些节点作为国家骨干网的枢纽节点，采用ATM骨干交换机，其余节点作为国家骨干网的骨干节点。枢纽节点采用全网状连接，骨干节点根据业务需求采用不完全网状结构，每个骨干节点至少与另外两个骨干节点相连接，且至少与一个枢纽节点相连接。根据国际电路和业务的需求，在国家骨干网上设置国家出入口节点。

（2）省内网

省内网也叫二级骨干网，由设置在省内各城市和地区的多个节点组成，各省节点之间根据业务量的需求采用不完全网状连接。省内网节点负责汇接从属于它的本地网的业务，转接省内节点间的业务，同时可提供用户接入业务。

（3）本地网

在省内城市、地区、县等可根据需求组建本地网，由本地的节点采用不完全网状连接。本地网负责转接本地网节点间的业务，根据用户接入业务，其节点功能与省内节点功能一样。

4．帧中继的网络管理

帧中继的网络管理措施包括带宽管理、PVC管理和拥塞管理。

（1）带宽管理

帧中继实现了带宽资源的动态分配，在某些用户不传送数据时，允许其他用户占用其宽带，所以必须对全网的带宽进行控制和管理。帧中继网络通过为用户分配带宽控制参数，如网络用户约定的用户信息传送速率（CIR）等，对每条虚电路上传送的用户信息进行监视和控制，实施带宽管理，合理地利用带宽资源。

（2）PVC管理

永久虚电路（PVC）管理指在接口间交换一些询问和状态信息帧，以使双方了解对方的PVC状态情况。PVC管理包括用于用户网络接口（UNI）的PVC管理协议和用于网络间接口（NNI）的PVC管理协议。其主要内容有接口是否依然有效、各PVC当前的状态和PVC的增加或删除等。

（3）拥塞管理

由于帧中继网络节点不进行流量控制，当输入的数据业务量超过网络负荷时，网络会发生拥塞。造成的后果是大量用户信息得不到及时处理，甚至被丢失，而且网络的吞吐量下降，用户信息传输时延加长。因此，帧中继网络要进行拥塞管理，需要如下具体措施；采用显式拥塞控制机制，在帧头中有FECN（向前拥塞比特）和BECN（向后拥塞比特）两个特殊字段。如果FECN被设置为1，则说明帧在传送方向上出现了拥塞，该帧到达接收端后，接收方可对数据速率做相应的调整；如果BECN被设置为1，则说明在与传送方向相反的方向上出现了拥塞，该帧到达发送端后，发送端可对数据速率做相应的调整。