帧中继技术的发展及应用.docx

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帧中继技术的发展及应用

帧中继技术的发展及应用

帧中继技术的发展及应用（上）

江苏电信管理局　薛兴华

随着电信网数字化程度的迅速增大和计算机网络业务的不断普及,专用通信网的传输速率明显提高,数据通信量迅速增大,如电子数据交换（EDI）、文件传送、传真和计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）,以及个人计算机网络的普及应用,产生了以一种无法预见的传输方式传送大量高速数据的市场需求。

传输容量的易变性使得低成本、高效率传输成为一场挑战。

虽然公用电信网线路和交换电路在质量上已有了重大进步,数字通信链路得到广泛使用。

但目前使用的X.25分组交换网业务仍存在传输速率、网络时延、响应时间和吞吐量等均不能适应局域网（LAN）远程互联需要的问题,这时帧中继应运而生。

帧中继是一个为突发数据应用而设计的新兴的网络访问协议。

它主要有4个重要特征:

高传输速率、低网络延迟、高连通性、高效带宽利用,帧中继专门针对于采用面向包的技术进行数据传输的网络。

它经过特别设计以解决可变长度的突发数据和不可预见信息的问题。

一、帧中继技术的发展

近几年,帧中继在个人计算机应用中取得惊人的发展,导致了一场脱离分级终端——主机计算的变革。

实际上,主机变成数据库服务器,它不仅对笨拙的终端设备进行数据存取,而且也针对PC机和工作站进行数据存取。

局域网将这些台式PC机互连起来。

但是互联处于不同地域的局域网通常要用到广域服务。

首先,用户希望通过广域服务互联局域网,同时仍能保留在纯局域网环境下享有的同样的性能和灵活性。

其次,广域网的带宽要比局域网带宽昂贵得多。

广域网的线路细而长,也就是说,它们信道中的信息比局域网要少,而且由于更长的延时,从而限制的吞吐量。

另一种趋势是:

数据传输流量动态的改变。

各类新兴数据业务的应用,从大型文档的传送到图形图像应用都是造成这种变化的原因。

单就图像应用而言,医生们现在使用图像来传送X光和CAT扫描、保险代理商用它来发送保险申请、而银行则用它减少各类单据,每一项应用都使得对患者、保险订户和银行客户准确而及时地交换重要信息成为可能。

这类应用以不可预见方式传送高速、高带宽的突发信息,同时也不允许通过广域网链路时有过多的延时。

要能按需要提高容量带宽,设计帧中继就是专门满足这类需求的网络接口。

帧中继是一种简化的X.25协议。

它舍去了协议的分组层,采用物理层和链路层两级结构。

尽管在网络中它们与数据通信的特点有许多共同之处,协议是一套控制各设备之间信息传送的约定的格式和规程。

它们是组建通信线路和确保数据接收与数据发送一致的规则。

作为一个协议,帧中继不仅能建立联接（呼叫）方式,而且能通过这些联接进行数据传送。

呼叫的建立存在于OSI模型的第三层（网络层）,但是一旦联接建立,工作的主要部分——数据传输便开始了。

这时,便展示了不同的协议的用途。

从此在帧中继中只使用部分数据链路层（第二层）和全部的物理层（第一层）,数据的传输比使用更复杂的协议效率高得多。

帧中继是依靠端到端的协议执行重新发送和差错恢复功能的,因此在网络网点处不需要进行处理操作,因而整个网络没有延时,所有正确的帧在通过网络接口时处理得非常迅速。

坏帧则被直接丢弃,然后由端系统重新发送这些帧。

这种能力使得在帧中继网点的数据通过速度更快,允许提供更高的数据容量和更大的信道速率,而不必增加设备成本或规模。

象X.25一样,帧中继是面向包的网络访问协议,适用于突发数据的应用。

面向包的技术在今天的网络中起着重要作用。

一个时分多路复用器（TDM）将带宽分为时隙,并将一个时隙分配给输入复用器的每个信道。

因此,如果一个信道需要64kB/s的带宽,这段带宽甚至在信道上没有信息传送时仍能被进行地址分配并保持稳定。

其他信道不能使用未用的带宽。

这意味着带宽的大部分经常被闲置不用,也意味着如果数据信息需求发生变化时没有办法分配更多带宽给单个信道并改变响应时间。

相反,面向包的协议提供一种灵活的带宽分配方法:

根据需要对不同的信息而进行带宽分配,而不是通过固定的信道分配。

这类协议将数据连同辅助信息一起组成若干独立的数据包或帧,而不是永久地放弃带宽。

这使得从几个不同信息源传输来的信息流逻辑上复用单一的入网接口。

带宽一旦可用,数据包就能通过接口进行传送。

帧中继能够适用任意一种网络,但它最适用于基于包的网络产品,这是因为帧中继加快了涌入广域网数据的不规则突发的进程。

在一个电路交换T/E网络中,带宽被分给固定的信道配置;另一方面,在一个基于包的T/E网络中、带宽按需分配,使得它更适合突发传输的应用。

总之,帧中继指的是通过数字网接口传送“帧”或信息块的技术,该数据网接口采用为每一帧分配的连接编号来区分单个连接。

在网络的边界,这个编号可区分信息源和终端目标。

路由选择是由网络在端的基础上加以控制的,但是并不执行链路到链路的纠错和重发。

相反,在网络的每一端由更高层的协议保证数据的完整性。

实际上,帧中继允许数据信息沿网络“高速公路”快速传输,以最少的处理通过交换网点,目前它以高达2MB/s的速度传输,以减少吞吐延时并支持数据。

（未完待续）

帧中继技术的发展及应用（下）

江苏电信管理局　薛兴华

二、帧中继技术应用

1.帧中继和信元中继

新兴的宽带网络是从时分交换传输发展而来的。

它是针对种种被称作快速包交换、信元中继和ATM（异步传输模式）这类方法的。

这些都是基于包的协议、意味着信息是以小型数据包形式传输的。

实际上,帧中继和信元中继都属于快速包技术,它们互不排斥。

信元中继标准支持声音、数据、图像及视频,它是新兴的宽带ISDN（综合业务数字网）服务的核心。

由于帧中继和信元中继都是基于包的协议,两者都是按需合理分配带宽,不同之处在于帧中继是一种只针对数据流量的网络访问协议,而信元中继是通过一个高速广域主干网为传输数据、声音和图像信息流而设计的一种交换方式。

它们使用现有设备的标准接口,信息流通过广域网的传送效率是最高的,特别是在帧中继接口处开始的动态带宽分配是通过信元中继网络进行的。

帧中继数据也能够利用信元中继主干网络的逻辑连通性和路径选择特性。

信元中继能使中间节点的处理过程减至最少,因此它是低成本高效率的。

2.帧中继和X.25

帧中继和X.25在网络上各自发挥着至关重要的作用。

因为帧中继和信元中继两者都是面向包的网络访问协议,而且都是基于虚拟电路的。

虚拟电路是介于两个端点之间的逻辑连接而不是物理连接,借助虚拟电路我们能通过任意的物理路径建立起多个逻辑连接。

网络技术发展到现在,已能够使X.25的用户把帧中继的优点应用到他们所使用的X.25上。

目前,凭借当今高质量、高速度的数据传输设备,硬件自身便可以完成更多的处理过程。

帧中继为主干网络提供快速高效的访问,而目前的X.25产品能为异步协议提供端对端的差错恢复功能,为各类非标准的专用协议提供协议转换,同时也能提供大量有自动控制的管理业务,例如帐单统计结果的收集。

目前,X.25设备的安装配置甚为庞大,这些网络现在就能够从帧中继受益。

例如:

假定有一个在偏远地区使用X.25设备的机构,它通过帧中继接口把这些设备集中到一个专用主干网络中使用。

X.25设备充当低成本、高性能的子程序进入点,并在低速模拟电路末端修正误差;而后帧中继为进入主干的X.25馈线上的所有数据提供高速访问。

因此,通过减少对交换机和子网络的依赖,帧中继可以减缓当前数据网络的折旧、并能在混和语音/数据网络上提供更大的数据吞吐量。

因此,不必改变网络的所有配置,就能获得更好的网络性能。

3.帧中继和电路交换构成网络的另一种形式——电路交换,作为数据访问协议的作用,在使用高速电路访问公用网络的地方特别适用,这种高速电路采用时间分割多路复用（TDM）标准（例如T1/D4或E1/GT·704）。

电路交换器允许每条话音和数据信道的一定数量的带宽连接到网络上,这表明帧中继接口能够有效地处理与其分得的带宽数目一样多的数据流突发。

帧中继应用时,有一半带宽分配给专用的话音和电路数据信道,而另一半带宽转而分配给帧中继虚拟电路的一个独立信道组。

这样就有几点好处:

首先,帧中继可利用的突发带宽比独立数据信道所提供的带宽多;其次,帧中继电路的数据信息流可被交换且与纯电路数据流无关,这样就使得数据在电路发生故障时可以改道传输。

因此,依据现行电路的配置、数据将不得不花费更多排队等候时间,所以利用这种方法会产生更多延时。

此外,同时使用两种不同交换技术会在中间接点处产生更多的延时,到达节点的数据流必然会利用电路交换技术进行多路传输,通过帧中继部件进行交换,然后再重新进行多路复用。

4.帧中继和局域网互连

使用帧中继连接局域网有很多好处。

帧中继接口标准的发展是减少局域网互联费用的关键。

80年代初,开始应用包交换技术时,世界上各大公司的局域网数量很少,社会上对在广域网和局域网之间传输大量突发数据的技术需求不强烈。

不久,人们便开始把分布式处理技术视为提高生产率的手段。

于是世界各大公司内各部门间的局域网数目暴增,迫切需要将这许多的局域网有效地互联起来。

这样就产生了帧中继。

帧中继在广域网上为局域网桥和路由器提供高性能的单线接口,而最终获得更先进的功能项目。

在典型的局域网互联应用中,局域网桥和路由器是通过在互联的局域网设备之间连接一些租用线电路的方法工作的。

尽管这样在局域网之间实现了连接,但是增加了基本线路和硬件的费用,否则应使用更低速的电路以降低这些费用。

这样网络的帧中继接口能为局域网提供更高速的互联,而且单线访问减少了线路费用和硬件费用。

5.帧中继和ISDN

综合业务数字网（ISDN）是一种全数字网络,它采用单独的一套接口标准,并允许用户使用一系列当前专用的通信服务,其目的是提供全球范围内的端对端的数字连接。

ISDN接口是为支持承载能力,和信令信息而设计的。

目前,只有使用电路交换和低速包这类混和技术的窄带服务能够实现,可提供高达2MB/s的速率。

今后还可以利用基于快速包的高速宽带ISDN服务。

帧中继能通过ISDN服务来传输数据,ISDN服务能以64kB/s、384kB/s和1536kB/s速率提供电路交换连接。

事实上,帧中继与ISDN可以兼容和互补。

三、帧中继网络的用户接入

1.用户—网络接口及接入规程

帧中继业务是通过用户设备和网络之间的标准接口来提供的,该接口称为用户-网络接口。

在用户-网络接口用户一侧是帧中继接入设备,用于将本地用户设备接入帧中继网。

帧中继接入设备可以是LAN设备（例如网桥、路由器或网关）、前端处理机、集中器及传统的PAD等。

在用户-网络接口网络一侧是帧中继网络设

（2）基带传输方式,用户速率通常为16kB/s、32kB或64kB/s。

这种基带传输设备中还可具有TDM复用功能,为多个用户入网提供连接,复用时需留出部分容量供网络管理控制使用。

（3）为节约用户接入线路,可采用基带传输加TDM复用传输方式。

这是在基带传输的基础上（如64kB/s基带）加上TDM复用为多个用户入网的传输方式。

（4）2B+D速率线路终接（LT）单元传输方式,可为多个用户提供入网。

（5）PCM数字线路传输方式。

该方式可连到用户的光缆与其他业务合用,占一路2048kB/s接入公用帧中继网。

目前,国际上有些网络运营公司也以拨号接入帧中继网的方式提供通过电话网交换电路。

这种方式需要在网络设备中加入特殊的处理模块,技术较为复杂,在当前只提供PVC业务的情况下应用减少。

将来提供SVC业务后,使用这种电路接入方式的用户将有所增加。

国外帧中继网络公司允许用户接入速率一般最低为1200B/s,最高为2MB/s,某些生产厂商已能提供E3（34368kB/s）的接口。

由于帧中继业务自身的特点,目前大部分用户的接入速率都在56kB/s～2MB/s范围内。

随着业务发展帧中继作为ATM的接入网,用户接入速率将大大提高。

3.用户接入方式

用户接入帧中继网的主要形式有如下几种:

（1）局域网（LAN）接入

LAN用户一般通过路由器或网桥接入帧中继网,其路由器或网桥具有标准的UNI接口规程。

当LAN的服务器具有标准的UNI接口规程时,LAN用户可以通过服务器接入帧中继网。

LAN用户也可通过其他帧中继接入设备（如集中器、PAD、规程转换器等）接入。

（2）计算机接入

这里计算机的概念既指一般的PC机,也包括大型主机。

大部分计算机是通过帧中继接入设备,将非标准的接口规程转换为标准的接口规程后,接入帧中继网的。

例如,若干台PC机通过一个PAD接入,主机通过其前端处理机接入。

如果计算机自身具有标准的UNI规程,也可作为帧中继终端直接接入帧中继网。

（3）用户帧中继交换机接入公用帧中继网

用户专用的帧中继网接入公用帧中继网时,将专用网中的一台交换机作为公用帧中继网的用户,以标准的UNI规程接入。

用户接入帧中继网,由于具体应用及用户设备、接入设备、传输线路等的不同,用户采用的接入电路、速率,特别是接入方式是多种多样的,和其他业务（如分组交换、语音）混合使用时更是如此。

实际接入时,用户可从自身业务需要、业务特点、价格、现有设备等多方面考虑,选择经济合理的接入方式、速率、CTR等。