1、帧中继解决什么问题

1.1、背景介绍

Frame Relay，简称FR，是一种重要的广域网技术。用于将两个或多个远距离的局域网连接起来。

帧中继网络的作用 -- 连接多个远距离的局域网

帧中继是X.25技术的简化和改进，帧中继网络中不考虑传输差错问题，其中的结点只做帧的转发操作，不需要执行接收确认和请求重发等操作；帧中继是一种严格意义上的二层协议。

帧中继简化X.25的哪些设计，为什么要简化这些设计：

• 简化错误处理： 帧中继中不再对报文进行接收，确认，超时重传等可靠性保证流程 , 这是因为技术的发展造成的，在X.25协议设计的时候，网络物理层技术比较落后，导致底层误码率比较高，所以在X.25协议中，设计了比较完善的差错、纠错相关的功能。但随着光纤技术的发展，现在网络中的误码率已经非常低了，这种情况下，每一个报文都进行完整的差错，纠错处理，不但使得流程复杂，也会对性能造成冲击。所以在帧中继中，将这部分流程简化了。将错误处理的功能留给上层协议（如TCP协议）去处理
• 废除了X.25的分组层（网络层）功能： 废除X.25私有的网络层功能，使用更标准的网络层功能。这样使得帧中继称为一个更加干净，更加纯粹的二层协议。

1.2、帧中继协议设计的希望达到的效果

总的来说，帧中继设计需要解决下面一些问题：

帧中继组网与专线组网的区别

帧中继协议设计希望达到下面设计目标

1. 该技术能将两个或多个远距离的局域网在数据链路层连接起来，并且完成标准的数据链路层协议所具备的功能。
2. 为了节省部署成本，使用FR技术连接多个分支机构时，不能两两分支之间有单独的物理链路。（否则Full-Mesh时会有N^2连接问题），要允许一条物理链路承载多个虚拟链路。（一定的多路复用能力）
3. 在物理链路复用的基础上，也希望能够像专线一样，具有一定的QOS质量保证。

2. 帧中继如何解决问题

2.1、帧中继如何实现远距离虚拟交换

2.1.1、基本概念：

1、DLCI：数据链路连接标识符。这是一个本地有效的概念，该标识符不具备全局意义，我们可以大致将其想象为是一个设备上的接口标识（接口ID），注意，这个接口不是普通的物理接口，而是一个逻辑接口，一个物理接口中可能包含多个逻辑接口。（帧中继中的DLCI的与MPLS隧道中的标签作用非常类似，都是本地有效的概念。）
另外一种理解方式，是将DLCI看做是二层链路层的通讯地址。（这种理解是比较官方的理解，但我个人认为这样理解反而不是非常准确）

DLCI示意图1
DLCI示意
DLCI的配置：只有作为DCE一段的设备，或者使用了子接口的DTE设备，才需要配置DLCI。对于用户侧的路由器（DTE），如果没有使用子接口，则不需要配置DLCI
DLCI的配置

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2、PVC：永久虚链路，是一个端到端的二层虚拟链路。它通过帧中继交换机的DLCI交换表逻辑创建出来。

帧中继网络的组成与PVC

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3、帧中继交换表：为了能让帧中继交换机完成PVC交换功能，所有交换机上都必须使用一个称谓“帧中继交换表”的结构进行转发。帧中继交换机的交换行为，非常类似于MPLS的标签交换。

帧中继交换表

2.1.2、帧中继交换流程：

组网模型
帧中继交换表

假设R1要将数据发往R3:

1. R1封装DLCI号103（至于为什么R1知道发往R3要封装103这个在下面的帧中继寻址方式中会详细的介绍），将封装好的帧发往帧中继交换机FR1。
2. 根据FR1上管理员的配置，FR1知道如果从接口1接收到DLCI号为103的帧，应该将DLCI号修改成112并从接口3发出。
3. 此时帧到达FR3，FR3也根据配置得知，从自己的1接口接收到的DLCI号为112的帧，应该将DLCI号修改成301，并从3号接口发出。
4. 此时R3接收到FR3发过来的帧中继帧，解封装后交给上层处理。

从上面的工作方式中可以看出，只要R1封装DLCI号103的帧，就能将数据发往R3，帧中继网云使用DLCI号103和DLCI号301在R1和R3之间建立了一条永久虚电路（PVC），同理R1到R4可以封装104，R4到R1可以封装401。

2.1.3、 帧中继如何完成二三层地址映射

在以太网中，我们通过ARP协议完成二三层地址的映射，通过ARP协议，我们能给直连的三层IP地址，都能映射到一个二层的MAC地址。
那么在帧中继网络中，如何完成二三层地址的映射呢？这儿有几种方式
1. 静态映射：通过配置命令完成IP地址到DLCI的映射
其实就是在接口上手动配置DLCI和IP的映射关系，跟我们平时手动添加的静态ARP映射差不多。命令比较简单，就是“frame-relay map ip ×.×.×.× DLCI号 broadcast”。该命令中，IP地址是远端IP，DLCI号则是本地的DLCI号，加上这个broadcast参数的意思是允许发送广播和组播。这样就创建了一条能够让DLCI号跟对应的IP地址关联起来的静态映射。

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2. 动态映射：通过反向ARP协议完成IP地址到DLCI的映射，INARP（Inverse ARP），通常译为反向地址解析协议，以与RARP（Reverse ARP，逆向地址解析协议）相区分。INARP的主要功能是求解每条虚电路连接的对端设备的协议地址，包括IP地址和IPX地址等。如果知道了某条虚电路连接的对端设备的协议地址，在本地就可以生成对端协议地址与DLCI的映射（MAP），从而避免手工配置地址映射。

反向ARP。这个概念其实在以太网环境下也很常见，本意就是通过二层地址查找三层IP地址。在帧中继环境下，就是指通过DLCI号来查找与之对应的IP地址。在帧中继环境中，帧中继交换机会向用户路由器发送数据包，里面含有跟用户路由器关联的DLCI号信息，这时路由器就知道了它自己有哪些DLCI号，但是还不知道DLCI号对应哪些IP地址，于是反向ARP查询就派上用场了。我们来看看反向ARP查询是如何工作的：当配置好接口的IP地址和帧中继封装后，接口默认开启了反向ARP查询的功能。

• 路由器A会自动发出arp inverse-request来进行查询，大意是“谁在××这个DLCI号上面啊？”
• 然后该查询经过帧中继交换机的传递，到达另一端用户路由器B上
• 路由器B对该查询做出响应，返回一个arp inverse-reply进行回应，意思是“我的IP是×××，我在这个DLCI号上面！”
• 然后路由器A就知道了这个DLCI号对应的IP地址了，这就算是得到了一条DLCI与IP之间的映射。

2.2、帧中继如何实现QOS

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2.3、链路管理协议（LMI）

本地管理接口，用户侧设备与帧中继交换机之间的一套信令标准，负责在设备间管理连接和维护状态。

链路管理协议类型

DTE与DCE可以通过周期性的发送StatusEnquiry和StatusReport消息，来获得PVC的状态改变，增加和删除。

LMI交互流程

参考资料

https://wenku.baidu.com/view/8974cf795acfa1c7aa00cc44.html