帧中继

帧中继（frame relay）是于1992年兴起的一种新的公用数据网通讯协议，使用分组交换方法规定数字电信信道的物理层和数据链路层，1994年开始获得迅速发展。

帧中继最初是作为X.25系统的简化版本开发的，设计用于在新兴的集成业务数字网（ISDN）网络上传输。X.25的设计初衷是在易受噪声干扰而导致数据丢失的普通电话线上运行，因此该协议具有广泛的纠错功能来解决这一问题。作为一种有效的数据传输技术，它可以在一对一或者一对多的应用中快速而低廉的传输数位信息。它可以使用于语音、数据通信，既可用于局域网（LAN）也可用于广域网（WAN）的通信。每个帧中继用户将得到一个接到帧中继节点的专线。也正因为如此，ISDN提供了显著更低的误码率，实际上接近于零，因此广泛的纠错开销不再需要。新的协议套件本质上是一个精简的X.25，没有纠错功能，从而降低了开销，提高了信道效率，并且通常总体性能显著高于X.25。帧中继网络对于端用户来说，它通过一条经常改变且对用户不可见的通道来处理和其他用户间的数据传输。

与X.25一样，帧中继通常用于电路交换布局，其中两个端点之间的连接是长期的（至少以计算机术语而言）。这与电话网络的正常使用相匹配，X.25正是设计在其上运行的。这与设计为短期使用的协议形成对比，如互联网协议，每个数据包可能发送到不同的端点。实际上，帧中继常被用作桥接机制，将局域网（LAN）系统或设备与后端系统的专用链路连接起来。用户获得一个连接，将其数据封装（在某些情况下包括VoFR中的语音）并发送到帧中继节点，然后转发到另一个端点，在那里注入远程网络，看起来就像是本地流量。这比使用租用线路更便宜，这是其流行的原因之一。在帧中继网络中配置用户设备的极端简单性提供了帧中继流行的另一个原因。

数据链路连接标识符DLCI是用来标识各端点的一个具有局部意义的数值。多个PVC可以连接到同一个物理终端，PVC一般都指定承诺信息速率CIR和额外信息率EIR。

帧中继被设计为可以更有效的利用现有的物理资源，由于绝大多数的客户不可能百分之百的利用数据服务，因此允许可以给电信营运商的客户提供超过供应的数据服务。正由于电信营运商过多的预定了带宽，所以导致了帧中继在某些市场中获得了坏的名声。

电信公司一直在对外出售帧中继服务给那些在寻找比专线更低廉的客户，根据政府和电信公司的政策，它被用于各种不同的应用领域。

随着光纤以太网、MPLS、VPN以及电缆调制解调器和DSL等专用宽带服务的出现，帧中继近年来已变得不那么流行。

## 技术特征

帧中继的设计者旨在为局域网（LAN）之间以及广域网（WAN）中端点之间的间歇性流量提供一种经济高效的数据传输电信服务。帧中继将数据放入称为"帧"的可变大小单元中，并将任何必要的纠错（如数据重传）留给端点处理。这加快了整体数据传输速度。对于大多数服务，网络提供永久虚电路（PVC），这意味着客户看到的是连续、专用的连接，而无需支付全时租用线路的费用，同时服务提供商计算每帧到达目的地的路由，并可根据使用量收费。

企业可以选择服务质量等级，对某些帧进行优先处理，而使其他帧不那么重要。帧中继可以在分式T-1或E1，或全T载波或E载波系统上运行。帧中继是对基本速率ISDN（提供128 kbit/s带宽）和异步传输模式（ATM）（运行方式与帧中继有些相似，但速度从155.520 Mbit/s到622.080 Mbit/s）之间的中档服务的补充和提供。

帧中继的技术基础是较老的X.25分组交换技术，设计用于在模拟语音线路上传输数据。与X.25的设计者预期具有相对较高传输错误几率的模拟信号不同，帧中继是一种快速分组交换技术，在传输错误几率较低的链路上运行（通常像PDH那样实际上无丢失），这意味着该协议不尝试纠正错误。当帧中继网络检测到帧中的错误时，它只是丢弃该帧。端点负责检测和重传被丢弃的帧。（然而，数字网络提供的错误发生率相对于模拟网络来说仍然要小得多。）

帧中继通常用于将局域网（LAN）与主要骨干网连接，以及在公共广域网（WAN）和通过T-1线路租用线路的私有网络环境中使用。它在传输期间需要专用连接。帧中继不为语音或视频传输提供理想路径，因为这两者都需要稳定的传输流。然而，在某些情况下，语音和视频传输确实使用帧中继。

帧中继交换机创建虚电路以将远程LAN连接到WAN。帧中继网络存在于LAN边界设备（通常是路由器）和运营商交换机之间。运营商用于在交换机之间传输数据的技术是可变的，可能因运营商而异（即，实际的帧中继实现要正常运行，不必仅依赖其自身的传输机制）。

该技术的复杂性要求对用于描述帧中继工作方式的术语有透彻的理解。如果没有对帧中继的扎实理解，很难对其性能进行故障排除。

帧中继帧结构基本上与为LAP-D定义的完全相同。流量分析可以通过其缺少控制字段来区分帧中继格式与LAP-D。

### 协议数据单元

每个帧中继协议数据单元（PDU）包含以下字段：

- 标志字段。标志用于执行高级数据链路同步，用唯一模式01111110指示帧的开始和结束。为确保01111110模式不会出现在帧内部的某个位置，使用比特填充和去填充程序。
- 地址字段。根据所用地址的范围，每个地址字段可能占用第2至3字节、第2至4字节或第2至5字节。双字节地址字段包括EA=地址字段扩展位和C/R=命令/响应位。
- DLCI-数据链路连接标识符位。DLCI用于标识虚连接，使接收端知道帧属于哪个信息连接。请注意，此DLCI仅具有本地意义。单个物理信道可以复用多个不同的虚连接。
- FECN、BECN、DE位。这些位报告拥塞： FECN=前向显式拥塞通知位 BECN=后向显式拥塞通知位 DE=丢弃资格位
- 信息字段。系统参数定义主机可以打包到帧中的最大数据字节数。主机可以在呼叫建立时协商实际的最大帧长度。标准规定最大信息字段大小（任何网络可支持）至少为262字节。由于端到端协议通常基于较大的信息单元运行，帧中继建议网络支持至少1600字节的最大值，以避免最终用户需要进行分段和重组。
- 帧校验序列（FCS）字段。由于不能完全忽略介质的误码率，每个交换节点需要实现错误检测，以避免由于传输错误帧而浪费带宽。帧中继中使用的错误检测机制以循环冗余校验（CRC）为基础。

### 拥塞控制

帧中继网络在每个交换节点使用简化的协议。它通过省略逐链路流控制来实现简单性，因此提供的负载在很大程度上决定了帧中继网络的性能。当提供的负载较高时，由于某些服务中的突发流量，一些帧中继节点的临时过载会导致网络吞吐量崩溃。因此，帧中继网络需要一些有效的机制来控制拥塞。

帧中继网络中的拥塞控制包括以下要素：

- 准入控制。这提供了帧中继中用于确保一旦接受就保证资源需求的主要机制。它通常也用于实现高网络性能。网络根据请求的流量描述符与网络剩余容量的关系来决定是否接受新的连接请求。流量描述符由一组在呼叫建立时或服务订阅时传达给交换节点的参数组成，这些参数表征了连接的统计特性。流量描述符由三个要素组成：
- 承诺信息速率（CIR）。网络保证在测量间隔T内传输信息单元的平均速率（以bit/s为单位）。此T间隔定义为：T = Bc/CIR。
- 承诺突发大小（Bc）。在间隔T内可传输的最大信息单元数。
- 超额突发大小（Be）。网络将尝试在间隔内承载的最大非承诺信息单元数（以比特为单位）。

一旦网络建立了连接，帧中继网络的边缘节点必须监测连接的流量，以确保网络资源的实际使用不超过此规范。帧中继对用户的的信息速率定义了一些限制。它允许网络强制执行最终用户的信息速率，并在超过订阅的接入速率时丢弃信息。

显式拥塞通知被提议作为拥塞避免策略。它试图使网络在其期望的平衡点运行，以便可以满足网络的某种服务质量（QoS）。为此，特殊的拥塞控制位已被纳入帧中继的地址字段：FECN和BECN。基本思想是避免数据在网络内部累积。

FECN表示前向显式拥塞通知。FECN位可以设置为1，以指示在帧传输方向上经历了拥塞，因此它通知目的地拥塞已经发生。BECN表示后向显式拥塞通知。BECN位可以设置为1，以指示在网络中与帧传输方向相反的方向上经历了拥塞，因此它通知发送方拥塞已经发生。