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《现代通信网概论》
HEFEIUNIVERSITY
《现代通信网概论》
课程综述报告
题目：
帧中继网概述
系别：
电子信息与电气工程
专业班级：
学号：
姓名：
导师：
成绩：
2014年05月12日
摘要：
帧中继（FrameRelay）是从综合业务数字网中发展起来的，由于光纤网的误码率（小于10^-9）比早期的电话网误码率（10^-4~10^-5）低得多，因此，帧中继是在X.25基础上，简化了差错控制（包括检测、重传和确认）、流量控制和路由选择功能，而形成的种快速分组交换技术。
它是由ANSI和CCITT标准化组织定义的、面向连接的数据链路层接口协议，它能为突发业务流量提供高性能价格优势，即其链路带宽可以根据需要调整。
本文从帧中继技术的发展背景、网络的组成、协议结构、帧格式、中国公用帧中继网、帧中继网的前景以及和X.25网的比较等方面简单介绍了帧中继网的发展及相关技术。
关键字：
帧中继网帧格式通信网局域网
题目：
帧中继网概述0
摘要：
1
正文：
2
1.帧中继网2
1.1帧中继概述2
1.2帧中继技术的发展背景3
1.3FR网络的组成4
1.4FR网中的设备分类4
1.4.1节点设备4
1.4.2网管控制设备4
1.4.3用户入网设备5
1.5帧中继的帧格式5
1.6帧中继的协议结构6
1.7帧中继提供的虚电路服务7
1.8帧中继技术的特点7
2.中国公用帧中继网8
2.1国内帧中继现况8
2.2中国公用帧中继网组织结构8
3.帧中继的业务及应用9
3.1帧中继提供的业务9
3.2帧中继的业务及应用10
3.2.1局域网互连10
3.2.2图像传送10
4.选择帧中继业务时注意事项10
4.1低时延11
4.2可靠性11
4.3公平性11
5.帧中继网和X.25网的比较11
6.帧中继的发展和应用前景13
总结：
14
参考文献14
正文
1.帧中继网
1.1帧中继概述
帧中继是作网络互联（如INTERNET连接）的有效手段。
它是由ANSI和CCITT标准化组织定义的、面向连接的数据链路层接口协议，它能为突发业务流量提供高性能价格优势，即其链路带宽可以根据需要调整。
帧中继的优点包括：
帧中继工作在ISO第二层，独立于高层应用协议，即帧中继能支持任何高层协议；帧中继可提供一种能支持多个虚电路的物理接口，用户不需要采用多个线路接口卡和专线，即可访问所有接入帧中继网络的远端客户设备；帧中继是由X.25发展而来的快速分组交换技术，但其性能高于X.25。
帧中继的形成原因是：
由于用户终端的处理能力和智能化越来越高，特别是光纤的引入使得物理传输媒介的质量越来越好，在分段链路上提供纠错、反馈重传和重排序等一些既费时又
复杂的服务越来越显得毫无必要；对网络速率的要求越来越高，因而放弃了X.25在数据链路上的许多重复功能可以使网络处理速度明显提高。
虽然帧中继不象ATM那样具有发展魅力，也不象ISDN那样用途多样，甚至还没有自己正式的英文字母缩写，但正是由于它具有的以上优势，使得帧中继逐渐把ISDN赶入单一的通信领域，甚至延缓了ATM技术的具体实施，成为寻求便宜且有效的远距离多点数据传输的用户最佳选择。
采用帧中继可以灵活地构成完全的网状数据网络，节省建网费用。
比如对N个单位，若采用专线组成全网结构，需N*（N-1）/2条专线；而采用帧中继只需要N条帧中继线路。
专线每增加一个点需增加N条专线，拓扑结构变化使得用户网络管理难度大大增加（随接入数的平方增加）；而采用帧中继只需增加一个接入点，网络管理难度随接入数线性增加。
1.2帧中继技术的发展背景
20世纪80年代以来，数字通信、光纤通信以及计算机技术取得了飞速的发展，计算机等终端的智能化和处理能力不断提高，使得终端系统完全有能力完成原来由分组网络所完成的功能。
例如，终端系统可以进行差错纠正等。
此外，分布在不同地域的局域网（LAN）之间的互连成为实际的需要。
针对这些问题以及高性能光纤传输媒体的大量使用的事实，提出了新的快速分组传输处理技术——帧中继（FR）。
帧中继设计思想非常简单，将X.25协议规定的网络节点之间、网络节点和用户设备之间每段链路上的数据差错重传控制推到网络边缘的终端来执行，网络只进行差错检查，从而简化了节点机之间的处理过程。
1.3FR网络的组成
图1.3帧中继网的组成示意图
1.4FR网中的设备分类
1.4.1节点设备
根据帧中继网络结构层次,可将帧中继节点设备分为三个档次,如下表所示。
在全国骨干网和省内干线网节点上,应配置吞吐量大、端口接入速率高并有汇结能力的节点机,以保证快速、有效、经济地传递各种信息。
用户节点机可根据本地具体业务发展情况,选择吞吐量大小适宜的节点机。
实际组网时,可根据具体要求选择配置多种型号的节点机。
在帧中继技术采用上,根据国际上发展帧中继的经验,初期可先发展技术已基本成熟的永久虚电路连接（PVC）,以降低投资,减少风险和技术难度;等条件和技术成熟时,再考虑发展可交换的虚电路连接（SVC）。
在骨干网节点设备、特别是枢纽节点设备选型时,应考虑节点设备目前或今后有无与ATM互连的能力。
1.4.2网管控制设备
网管控制设备包括全国网NMC、省内网NMC和相应节点NMT,主要性能要求如下：
①各NMC应能负责本节点的配置、运行状态和业务情况的监视和控制,为维护人员提供手段。
②各NMT应能完成授权范围的网管控制,并能实现以下五个范围内的网管控制功能：
设备和业务配置、网路和业务性能、故障或维护、计费和安全防护功能。
网管控制中心应有足够的存储容量,用于存储网络当前结构、路由表和配置参数、以及相关的历史数据。
③各网管控制中心应考虑与电话网的接口,以便网管人员能远程接入中心,同时也可作为中心之间的备用信息传输通路。
1.4.3用户入网设备
帧中继网上的用户入网设备应有多种不同类型。
除接入符合帧中继UNI接口协议的帧中继用户终端外,也可使用帧中继装/拆设备（FRAD）,使任何基于HDLC和SDLC的设备接入帧中继网络。
同时,通过多协议路由器或网桥支持以太网（IEEE802.3）、令牌环（IEEE802.5）或光纤分布数据接口（FDDI）局域网端口的连接,使局域网的接入和路由选择经济、高效。
1.5帧中继的帧格式
帧中继的帧结构是由ITU-TQ.922建议的，也称为Q.922HDLC帧。
它与HDLC帧的格式类似，主要区别是没有控制字段，而且它使用扩充寻址字段，以实现链路层复用和“共路信令”，如图1.5所示。
图1.5帧中继的帧格式
帧中继的帧由4个字段组成：
标志字段F、地址字段A、信息字段I和帧校验序列字段FCS。
各字段内容及作用如下：
（1）标志字段F：
一个字节，是一个特殊的比特组01111110，它的作用是标志一帧的开始和结束。
（2）信息字段I：
用来装载用户数据，长度1～4096个字节可变（取决于FCS的检验能力），具体实现的最大长度可由各厂家决定。
（3）帧校验序列FCS：
16bit，用以检测数据传输过程中的差错。
（4）地址段A：
一般为2个字节，也可扩展为3～4个字节，其内容包括：
①DLCI——数据链路连接标识符。
帧中继采用虚电路方式来传送数据帧，帧中继的每一个帧沿着各自的虚电路在网络中传送。
为此每个帧必须携带一个叫做数据链路标识符（DLCI）的“虚电路号”来标识每个帧的通信地址。
②C/R——命令/响应位，与高层应用有关，帧中继本身并不使用。
③EAB——地址扩展表示，可扩展到3或4个字节。
EAB＝0，表示下一字节仍然是地址字节；EAB＝1，表示地址字段到此为止。
④FECN——正向阻塞显式通知，FECN＝1，可能有正向阻塞而延迟。
⑤BECN——反向阻塞显式通知，BECN＝1，可能有反向阻塞而延迟。
⑥DE——帧丢弃许可指示，用户终端根据FECN和BECN的指示，使用DE来告诉网络，若网络发生阻塞，可优先传送（DE＝0）那些对时延敏感的帧，丢弃（DE＝1）那些次要的帧。
帧中继的帧结构和HDLC帧有两点重要的不同：
一是帧不带序号，其原因是帧中继不要求接收证实，也就没有链路层的纠错和流量控制功能；二是没有监视（S）帧，因为帧中继的控制信令使用专用通道（DLCI=0）传送。
1.6帧中继的协议结构
帧中继的协议结构如图1.6所示。
智能终端把数据送到链路层，封装在帧结构中，实施以帧为单位的信息传送。
帧不需要第三层的处理，能在交换机中直接通过。
图1.6帧中继的协议结构
一些第三层的处理功能，如流量控制等留给智能终端去处理。
对第二层，帧中继只完成数据链路层的Q.922核心层功能：
①帧定界、定位和透明传送；
②利用帧头的地址字段进行帧复用和分用；
③检验传输帧不超长、不过短；
④检验传输帧在“0”插入前/“0”删除后是否为8bit的整数倍；
⑤帧传输差错检测，但不纠错，若有错，则丢弃；
⑥对网络拥塞进行控制。
1.7帧中继提供的虚电路服务
对于SVC，一次虚电路交换要经历建立连接、数据传输、拆除连接三个阶段。
对于PVC，服务提供者为用户预先分配好了虚电路号（DLCI），用户可直接使用DLCI进行通信，无需动态分配和清除虚电路号，即无需建立与拆除，用户使用如同专用的点对点电路一样。
帧中继所提供的虚电路就好像在两个端用户间有一条直通的专用电路，用户看不见帧中继网络中的帧中继交换机。
1.8帧中继技术的特点
①高效：
帧中继在OSI的第二层以简化的方式传送数据，仅完成物理层和链路层核心层的功能，简化节点机之间的处理过程，智能化终端设备把数据发送到链路层，并封装在帧结构中，实施以帧为单位的信息传送，网路不进行纠错、重发和流量控制等，帧无需确认，就能在每个交换机中直接通过。
②经济：
帧中继在采用统计复用技术（即宽带按需分配）向客户提供共享的网络资源，每一条线路和网络端口都可以由多个终端按信息流共享，同时，由于帧中继简化了节点之间的协议处理，将更多的带宽留给客户数据，客户不仅可以使用预定的带宽，在网络资源富裕时，网络允许客户数据突发占用非预定的带宽。
③可靠：
帧中继传输质量好，保证网络传输，不容易出错，网络为保证自身的可靠性，采取了PVC管理和拥塞管理，客户智能化终端和交换机可以清楚了解网路的运行情况，不向发生拥塞和已删除的PVC上发送数据，以避免造成信息的丢失，保证网络品质。
④灵活：
帧中继协议简单，将现有网上DDN硬件设备稍加修改，同时进行软件升级就可实现，操作简单实现灵活。
在用户接入方面，帧中继网络能为多种业务类型提供公用的网络传送能力，并对高层协议保持透明，客户不必担心协议的不兼容，很多路由器厂家支持帧中继UNI协议，便于客户接入。
2.中国公用帧中继网
2.1国内帧中继现况
帧中继业务涉及邮电部门的计算机联网和数据通信的两大基础网络，即中国公用分组交换数据网（CHINAPAC）和中国公用数字数据网（CHINADDN）。
CHINAPAC由国家骨干网和各省（区、市）的省内网组成。
帧中继是CHINAPAC其中一个主要业务。
扩容后的CHINAPAC将采用信元交换与分组交换于一体的新型交换机，网络中继速率升至34Mbps，甚至150Mbps，处理能力可达到1.6Gbps，以提供更为灵活的宽带业务，如帧中继业务的传输速率可达到2Mbps。
用户采用帧中继业务时一般使用DDN专线接入CHINAPAC帧中继业务网。
我国的一些单位如地方建设银行已将帧中继网络作为局域网互联的方式。
帧中继业务的资费与一系列参数（如接入线速率、距离和承诺信息速率CIR等因素）
有关。
在国内，对使用国内帧中继业务的用户，费用包括：
一次性收费+端口月租费端口月租费按相应专线租费的60％计算；而对使用国际帧中继业务的用户，费用为：
一次性收费+接入专线月租费+端口月租费+PVC月租费
自1998年1月1日起，邮电部除将其国内国际专线租费下调20－30％外，也将其国际帧中继业务的费用下调30％。
通常帧中继业务费用要低于租用专线的费用，降低程度视用户选择的CIR速率而定。
2.2中国公用帧中继网组织结构
图2.1帧中继网络组织
.①国家骨干网
由各省会城市、直辖市的节点组成，覆盖全国3l个城市，其中北京、上海、沈阳、广州、武汉、成都、南京和西安8个节点为骨干网枢纽节点，负责汇接、转接骨干节点的业务和省内网、本地网的出口业务。
在建网初期，除了完成上述任务外，还可直接接入帧中继用户。
目前，国家骨干网采用不完全网状结构，随着业务的不断发展及线路情况的改善，国家骨干网可逐渐过渡为完全网状结构。
中国公用帧中继网使用美国凯讯（CASCADE）通信公司的帧中继交换机B-STDX9000和ATM交换机CASCADE500组网。
②省内网
省内网由设置在省内地市的节点组成，节点之间采用不完全网状连接。
省内网提供省内长途电路和出入省的电路。
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，提供用户接入业务，其节点功能与省内网节点功能一样。
3.帧中继的业务及应用
3.1帧中继提供的业务
在ATM或其它高速技术达到实用之前，帧中继是目前较好的临时解决方法，ATM论坛和帧中继论坛都在争取制定协议使得两者可以共存于一个网络中；用户可以在网络内部使用ATM传输模式，远程连接时仍然使用帧中继。
迄今，对大部分用户而言，帧中继可提供他们所需的全部带宽，帧中继网络主要应用有：
①支持局域网互联；
②将局域网连入广域网如INTERNET；
③建立虚拟专用网；
④ATM网络的数据业务接入。
3.2帧中继的业务及应用
帧中继业务应用十分广泛，可用于块交互数据，实现高分辨率图形数据传输；文件传输，多用于传送长文件，利用帧中继的复用能力支持多个低速率复用；字符交互，以短帧、短时延和低流量的特点用于文字编辑；互连局域网，通过网桥和路由器互连局域网时采用帧中继是比较有效的。
下面再以几个永久虚电路业务实例予以说明。
3.2.1局域网互连
通过网桥和路由器互连局域网时采用帧中继是比较有效的。
帧中继协议的“流水线”特性特别适用于局域网产生的突发性、高速率和大流量的数据。
对局域网的数据帧进行中继转发时，需要采用可变长度的帧格式，并尽可能减少转换处理软件，这正是帧中继的特点。
在已建成的帧中继网络中，进行局域网互连的用户数量占90％以上，因为帧中继很适合为局域网用户传送大量的突发性数据。
3.2.2图像传送
帧中继网络可提供图像、图表的传送业务，这些信息的传送往往要占用很大的带宽。
而帧中继网具有高速率、低时延、动态分配带宽、成本低的特点，很适合传输这类图像信息，因而，诸如远程医疗诊断等方面的应用也就可以采用帧中继网络来实现。
3.2.3虚拟专用网
帧中继网可以将网络中的若干个节点划分为一个分区，并设置相对独立的管理机构，对分区内的数据流量及各种资源进行管理。
分区内各个节点共享分区内的网络资源，分区间相对独立，这种分区结构就是虚拟专用网。
采用虚拟专用网比建立实际的专用网要经济合算，尤其适合于大企业用户。
4.选择帧中继业务时注意事项
帧中继标准只定义了用户设备与广域网之间的接口。
而在广域网内部，每个厂商自行决定基于任何交换结构的帧中继方案。
每种实施方案都会产生不同的业务的质量特性。
一般在使用帧中继服务时，除CIR之外，需注意低时延和高可靠性，这样才能获得最大应用性能。
4.1低时延
时延是指发送帧通过网络到达远程用户设备所用的时间。
当网络时延增大时性能会下降；尤其是对于敏感协议（如SNA和DECNET）、帧发送后必须等待确认的协议（NovellIPX/SPX），以及利用短交易式的应用。
一般而言，象IPX/SPX这样的LAN协议在往返时延超过100毫秒时就会给您制造麻烦。
PVC的CIR越高，越是对时延敏感，因为时延可以限制吞吐量，以致较高的CIR不具优势。
对于一个200毫秒往返时延的IPX/SPX网络，时延将把数据传输速率限制在80Kbps左右（实际上,许多网络环境将受限于23Kbps左右），此时即使您购买超过80Kbps（或23Kbps）的CIR也只是在浪费钱财。
4.2可靠性
在给定时延条件下，吞吐量随着网络的可靠性变化而变化。
丢失帧而产生的可靠性问题对所有应用和协议都有严重的影响，超时重发将大大降低吞吐量和响应时间，对采用滑动确认窗口的协议也有严重影响。
4.3公平性
公平性涉及到以下两个方面。
首先，一个虚电路不应使其性能下降到低于CIR，或因为另一个虚电路在超负荷传输而引起时延增加。
第二，当网络中存在空余带宽时，应能按照约定的CIR比例重新分配给所有运行中的虚电路。
如果两个用户均有运行中的虚电路，那么购买512KbpsCIR的用户所获得的空余带宽应当按比例远远大于购买9.6KbpsCIR的用户。
值得一提的是，帧中继虽然具有简单和经济等优点，但它仍然存在许多不足之处：
对传送的用户信息，没有足够的优先等级；时延较大且存在时延波动变化；
中继利用率不高；最高传输速率有限；不适合实时业务；业务量控制机制被动
等。
但ATM或其它高速协议的特点能弥补帧中继的以上不足。
也许帧中继与ATM的结合会是计算机广域网的一种模式。
5.帧中继网和X.25网的比较
帧中继是在X.25基础上，简化了差错控制（包括检测、重传和确认）、流量控制和路由选择功能，而形成的种快速分组交换技术。
帧中继网和X.25网都是面向连接的分组交换网，而且帧的长度也都是可变的。
但是，两者有以下主要区别：
（1）从层次上看，X.25网和帧中继网的端到端传输情况不相同，如图5-4所示。
X.25网的各结点有网络层，端到端确认由第四层（运输层）进行，而帧中继不仅各结点没有网络层，而且数据链路层也只有X.25网的一部分功能，端到端确认由第二层（数据链路层）进行。
（2）从源站到目的站传送一帧信息时，在X.25网和帧中继网的各链路上所要传送的信息不一样。
对X.25网，每个结点在收到一帧后都要发回确认帧，而且目的站在收到一帧后发回端到端的确认时，也要逐站进行确认，如图5a所示。
而帧中继由于它的中间结点只转发帧，不发确认帧，即中间结点没有逐段的链路控制能力，所以，只有在目的端收到一帧后，才向源站发回端到端的确认，如图5b所示。
因此，在帧中继方式下，是不需要网络层的。
图5aX.25网；图5b帧中继网
（3）X.25网由网络层提供面向连接的服务，包括永久虚电路和交换虚电路，而帧中继网由数据链路层提供面向连接的服务，且只支持永久虚电路。
在数据链路层保持网络入口处和出口处所传输的帧的顺序，保证不交付重复帧，且帧的丢失率很小。
图5cX.25网的存储转发方式图5d帧中继方式
（4）在X.25网中，各结点都要对用户数据进行检错和纠错，在数据链路层和网络层设置流量控制，而帧中继网的差错控制和流量控制主要由高层协议完成。
X.25网在网络层设置路由选择功能，而帧中继则是在数据链路层进行永久虚电路的映射。
（5）分组交换网是在网络层中实现多路复用，而帧中继则是在数据链路层实现多路复用。
（6）分组交换的传输速率为64kb/s，而帧中继的传输速率则可达2.048Mb/s，且其最高速率没有作理论上的限制。
目前，这种速率相对于局域网并不算高，但在实际应用的广域网上已经很不容易。
6.帧中继的发展和应用前景
目前，帧中继网络在全球已遍布30多个国际和地区，用户数平均每年以约300％的速度增长，同时获得了可观的业务收入。
美国是帧中继业务应用最广、发展速度最快的国家，其主要电信运营公司，如AT&T、MCI、Sprint以及地方贝尔电信运营公司都纷纷提出了各具特色的帧中继业务。
欧洲是在北美推出帧中继业务一年后开始发展帧中继业务的。
北欧的芬兰、丹麦、瑞典、挪威、英国等国家在90年代建立了北欧帧中继网NORDFRAME。
近年来亚太地区各国也开始建设和发展帧中继业务，并且考虑与其它国家的帧中继网络互联。
迄今已提供帧中继业务的国家和地区有：
中国、日本、澳大利亚、新西兰、韩国、香港、新加坡和马来西亚等。
美国1995年帧中继业务达到5.56亿美元，增长率为198.9％；欧洲1994至1995增长率为172.8％；全球营业收入1996年达到12.8亿美元，有专家预测，帧中继业务的收入将从1996年的12.8亿美元上升到1999年的81.5亿美元，设备销售在同时间段内将上升到30亿美元，总收入可达112亿美元。
1996年帧中继业务收入首次超过了设备销售收入，这表明帧中继业务已发展成为一种不容忽视的主流业务。
对于用户来说，是否采用帧中继方式作单位远程网络互联或作INTERNET接入，要取决于电信部门在当地和对方连接点是否提供该项服务。
用户要根据上述帧中继特点、本单位的联网要求、以及联网经费的情况，判断帧中继业务是否可满足需要。
当然，电信部门对帧中继发展所采取的态度也左右着用户的联网方式抉择。
总结：
本学期在《现代通信网概论》的学习中第一次接触到了帧中继网，在老师的教授中了解了帧中继技术的发展背景；知道了FR网络的组成和帧中继技术的特点；学习了帧中继的帧格式、帧中继的协议结构和中国公用帧中继网组织结构；掌握了帧中继网和X.25网的差异等。
我觉得《现代通信网概论.是一门不易学的课程，它是需要你耐心品味、耐心钻研的课程， 听了那么多的课，也学了也有一段时间了，但感觉对现代通信网内容庞大复杂，我对部分细节了解的还不是很深，仅仅停留在表面的知识，希望在今后的相关学习中再深入了解相关内容。
通过本次综述报告，加强了我对帧中继的认识和学习。
我懂了到帧中继提供的是数据链路层和物理层的协议规范，任何高层协议都独立于帧中继协议，因此，大大地简化了帧中继的实现。
帧中继的主要应用之一是局域网互联，特别是在局域网通过广域网进行互联时，使用帧中继更能体现它的低网络时延、低设备费用、高带宽利用率等优点。
帧中继是一种先进的广域网技术，实质上也是分组通信的一种形式，只不过它将X.25分组网中分组交换机之间的恢复差错、防止阻塞的处理过程进行了简化。
由于帧中继网络在局域网互联中关键作用，现已在全球已遍布30多个国际和地区，用户数平均每年以约300％的速度增长，同时获得了可观的业务收入。
参考文献
[1]秦国.现代通信网概论.北京：
人民邮电出版社，2008.
[2]强世锦.代通信网概论.西安：
西安电子科技大学出版社，2008.
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