计算机网络的原理、技术与应用

1.帧中继

帧中继（frame relay）利用数字系统的低误码率和高传输速率的特点，为用户提供质量更高的快速分组交换服务，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连以及广域网连接。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56k～l.544Mbit/s的广域分组交换网的用户接口。

2.帧中继传输基本原理

X.25协议是报文分组交换协议标准，是“公用数据网（PDN）上以分组方式工作的数据终端设备DTE和数据电路端接设备DCE之间的接口”。

帧中继是继X.25协议后发展起来的数据通信方式。原理上，帧中继与X.25及ATM都同属分组交换一类。但由于X.25带宽较窄，而帧中继和ATM带宽较宽，所以常将帧中继和ATM称为快速分组交换。

帧中继保留了X.25链路层的HDLC（High-level Data Link Control，高级数据链路控制协议）帧格式，但不采用HDLC的平衡链路接入规程，而采用D通道链路接入规程（Link Access Procedure on the D-channel，LAPD）。LAPD规程能在链路层实现链路的复用与转接，所以帧中继层次结构中只有物理层和链路层。

与X.25相比，帧中继在操作处理上做了大量简化。帧中继不考虑传输中的差错问题，其结点只做帧的转发操作，无需执行接收确认和请求重发等操作，差错控制和流量控制均交由高层端系统完成，所以大大缩短了结点的时延，提高了网内数据传输的速率。

3.帧中继的应用

帧中继既可作为公用网络的接口，也可作为专用网络的接口。专用网络接口的典型实现方式是，为所有的数据设备安装带有帧中继网络接口的T1多路选择器，而其他如语音传输、电话会议等应用则仅需安装非帧中继接口。这两类网络中，连接用户设备和网络装置的电缆可用不同速率传输数据，一般速率在56kbit/s至E1（2.048Mbit/s）之间。

4.帧中继的体系结构

帧中继的体系结构沿用了分组交换把数据组织成不可分割的帧的方法，以帧为单位发送、接收和处理。为了克服分组交换开销大、时延长的缺点，帧中继遵从ISDN用户数据与信令分离的原则，分成与用户信息传输有关的U（User）功能及与呼叫控制有关的C（Control）功能，将网络的工作量减少到最低限度。

5.帧中继阻塞的控制方式

拥塞控制采用拥塞避免和拥塞恢复机制。前者是在发生拥塞状态时，网络通过在用户数据帧中置位BECN和FECN，发出明确通知，如此时用户有效降低发向网络数据量，则可缓解拥塞状态。后者是在用户设备不能有效对拥塞进行反应，致使拥塞更趋严重时引发，此时，网络首先丢弃DE比特置位的用户帧，若仍不能缓解拥塞，则丢弃一些数据（Be或Bc）。

6.ATM交换技术

ATM交换技术是所有信息以固定长度信元（Cell）的方式进行传输与交换，是一种面向连接，并通过建立虚电路来进行数据传输的方式。

（1）ATM信元

ATM中信元是信息传输、复用和交换的基本单位。每个信元都有固定的长度，共有53B，其中5B是信头（Header），48B是信息段（InformationField）。信头包含各种控制信息，主要是信元的路径信息、优先级以及一些维护信息和信头的纠错码。信息段中包含来自不同业务的用户数据，这些数据透明地穿越网络，信元的格式与业务类型无关，任何业务信息都同样被分割封装成统一格式的信元。

信元的信头有两种格式，分别对应用户网络接口UNI和网络结点接口NNI。

（2）ATM工作方式

ATM采用异步时分复用方式。在这种复用方式中，来自不同用户的信元被逐个输出到传输线路，形成信息流。信元的信头中包含的VPI/VCI标识用来说明该信元所属的虚连接。具有同样标识的信元在传输线上不对应某个固定的时隙，在线路上的出现不具有周期性。这种复用方式叫做异步时分复用，又称做统计复用。

ATM是面向连接的，由虚通道（VP）和虚信道（VC）两级构成。关于连接，ATM中引入虚连接概念。所谓虚连接，是指在一个物理信道上划出很多的逻辑信道，当建立连接时，将相应的逻辑信道指定用于连接两个用户，而在拆除连接以后，该逻辑信道又可分配给其他用户使用。虚连接可以在两个层次上建立，即在VP和VC上建立，并在信元的信头中用VPI和VCI来分别标识这两种不同层次上的虚连接。(www.xing528.com)

VC用于描述具有相同VCI标识值的单向传输ATM信元的概念；而VP则用于描述那些具有相同VPI标识值，但属于不同VC的单向传输ATM信元的概念。在组成上，VP可以看成是众多具有相同VPI值的VC的集合。各VP具有不同VPI值，同属于一个VP的各VC具有不同的VCI，而分属不同VP的VC可有相同的VCI。VP和VC关系如图2-35所示。

图2-35 VP/VC物理信道间的关系

VC用于直接完成两用户间的连接，VP则用于不同网段间的连接。基于VP/VC的连接与交换的实现只是在交换结点处将输入VPI/VCI值转换成输出VPI/VCI值后即可完成。

（3）ATM连接建立

ATM中的连接可以是点对点的连接，也可以是一点对多点或多点对多点的连接。连接方式有两种最基本的类型：永久虚电路（PVC）和交换虚电路（SVC）。

永久虚电路连接无需通过信令控制，而是通过网络管理等外部机制建立。该方式中，ATM源站点和目的站点之间的一系列交换机都被赋予适当的VPI/VCI值。永久虚电路存在时间较长，主要用于经常进行数据传输固定连接的两站点间。交换虚电路的连接是在信令的控制下建立的，建立过程相对于永久虚电路来说要复杂得多。这里主要讨论交换虚电路的建立。

虚连接的建立过程如图2-36a所示。

●源站点通过默认虚连接向目的站点发出连接建立（Setup）请求。该请求中包含源站点ATM地址、目的站点ATM地址、传输特性以及QoS参数等。

●网络向要求建立连接的源站点回送呼叫确认（Call Proceeding），表明呼叫建立已经启动，并不再接收呼叫建立信息。

●Setup请求沿网络向目的站点传播。其每一步，目的站点都返回Call Proceeding确认。

●目的站点接收到连接建立请求后，若连接条件满足，则返回连接（Connect），表明接受呼叫。然后，网络用Connect响应源站点，源站点被接受。

●在Connect返回源站点过程中，每一步均会产生连接确认（Connect Ack），最后源站点用Connect Ack响应网络。

当数据传输完成后，要拆除虚连接。虚连接拆除过程见图2-36b所示。

●源站点向网络发出拆除虚连接（Release）请求，相邻的交换机接到该消息后，向源站点返回拆除完成（Release Complete）。

●Release请求沿ATM网络向目的站点传播。在网络中传播的每一步，都会得到Release Complete确认，Release请求到达目的站点后，虚连接被拆除。

图2-36 虚连接的建立和拆除

a）虚连接建立 b）虚连接拆除