帧中继技术及其发展

１ 帧中继技术产生的背景及其特点

    本世纪８０年代，很多用户在本地采用了局域网（ＬＡＮ）技术。一个公司、企业、机关以ＬＡＮ将本单位的多台个人计算机连接起来，共享本地网络资源，同时通过网桥或路由器接入公共电信网。这类用户的数据特点是数据量大、突发性高。除ＬＡＮ外，计算机辅助设计（ＣＡＤ）、计算机辅助制造（ＣＡＭ）以及图像传送业务也具有突发性特点，这是因为他们的文件数据量往往很大，比如一张普通的Ｘ光片就会有８兆的数据量。

    用分组网为这些用户开放业务，由于用户要传送的数据量大，而分组网的接入速率低、传送时延长，用户收发信息要作长时间的等待，会令用户不满意。如果用数字数据网（ＤＤＮ）数字数据专线为这些用户开放业务，通信效率虽然提高了，但费用较贵。来自用户的新的通信需求促使人们考虑采取新的通信技术。

与此同时，网络技术发生了很大变化。用户设备的智能化程度普遍提高，中继传输线已经普遍采用了光纤，光纤传输性能高，误码率低。在这种情况下，纠错和流量控制问题可以由用户设备上的高层协议解决，网络协议可以简化。由此，人们对分组交换协议进行了简化，产生了帧中继（ＦＲ）技术。

    帧中继是一种快速分组交换技术，同Ｘ．２５分组交换技术相比，它具有下列特点：

  （１）帧中继继承了Ｘ．２５分组交换统计复用的特点，通过在一条物理电路上复用多条虚电路，在用户间动态地分配数据带宽资源，提高了线路利用率。

  （２）帧中继大大简化了Ｘ．２５通信协议，网络在信息处理上只检错、不纠错，发现出错帧就予以丢弃，将端到端的流量控制交给用户终端来完成，减轻了网络交换机的处理负担，降低了用户信息的端到端传送时延。

  （３）帧中继为用户提供了一种优惠的计费政策，即按照承诺的信息速率（ＣＩＲ）来收费，并保证低于ＣＩＲ的信息的传送；同时，允许用户传送高于ＣＩＲ的数据信息，这部分信息传送不收费，网络空闲时予以传送，拥塞时予以丢弃。

  （４）帧中继的帧长较长（可达４ ０９６字节），在传送帧长较长（１ ５００字节左右）的局域网数据信息帧时效率较高，适合于实现局域网互联。

２ 帧中继业务及应用

    帧中继网提供永久虚电路（ＰＶＣ）和交换虚电路（ＳＶＣ）两种基本业务。永久虚电路是指在帧中继用户终端建立固定的虚电路连接，并在其上提供数据传送业务；交换虚电路是指在两个帧中继用户之间通过虚呼叫建立虚电路，在建立好的虚电路上进行用户数据的传送，用户终端通过呼叫清除操作来终止虚电路。目前建成的帧中继网大多只提供ＰＶＣ业务。

    帧中继最典型的应用是进行局域网互联。帧中继可以为要求进行互联的局域网用户提供高速率、低时延、适合突发性数据传送并能有效防止拥塞的数据传送业务。例如，帧中继可为Ｉｎｔｅｒｎｅｔ站点之间互联提供中继信道。

    帧中继可为高分辨率可视图文、ＣＡＤ、ＣＡＭ等需要传送高分辨率图形数据的用户，以及需要传送数据量大的大型文卷用户提供高通过量的数据传送业务。

帧中继还可为大用户提供虚拟专用网业务，即利用帧中继网的部分网络资源构成一个相对独立的逻辑分区，接入这个分区的用户共享分区内的网络资源，它们之间的交互作用（如数据传送、信令传送等）相对独立于整个帧中继网之外，分区内设置相对独立的网管系统，形成一个虚拟专用网。

３ 帧中继接口协议及帧格式

    帧中继接口包括帧中继用户网络接口（ＵＮＩ）和帧中继网络网络接口（ＮＮＩ）。两种接口在网络中的位置及协议的堆栈结构。

    在采用ＰＶＣ连接的情况下，帧中继协议分为两层：物理层和核心链路层。

物理层可以采用Ｘ．２１、Ｖ．３５、Ｇ．７０３或Ｉ．４３０／Ｉ．４３１接口，ＵＮＩ接口的速率可为９．６ｋｂｉｔ／ｓ～２Ｍｂｉｔ／ｓ，ＮＮＩ接口的速率可为２Ｍｂｉｔ／ｓ～１５５Ｍｂｉｔ／ｓ。

    帧中继用户网络接口和网络网络接口核心链路层的协议主要完成下列功能：

.帧定界、定位和透明性；使用帧头地址字段完成数据链路的复用／解复用；

.进行帧传输差错检测（不纠错）；检测传输帧在“０”比特插入之前和删除之后是否由整数个字节构成；.检测帧长是否正确；.拥塞控制功能。

    帧中继用户网络接口和网络网络接口的帧格式，网络中各节点内的帧中继处理模块根据帧头中数据链路连接标识符（ＤＬＣＩ）和帧中继永久虚电路／交换虚电路路由表对每个帧进行寻址。标志字段的值为“０１１１１１１０”，用于进行帧定界。在地址字段之前的标志为开始标志，出现在帧校验序列（ＦＣＳ）之后的标志则为结束标志。

    地址字段用于区分不同的帧中继连接，实现帧复用，仅具有本地意义。地址字段一般采用两个字节，也可由传输双方协商决定采用３或４个字节。地址字段的格式。

在地址字段中各部分的含义如下：

.    数据链路连接标识符（ＤＬＣＩ） 用于标识用户网络接口或网络网络接口上的虚电路连接；命令／响应比特（Ｃ／Ｒ）该比特通过帧中继网络透明传送；.地址字段扩展比特（ＥＡ）地址字段可以按字节扩展，ＥＡ置“０”时表明后边还有地址字段的字节，置“１”时表示地址字段结束；前向显式拥塞通知（ＦＥＣＮ）用于拥塞控制，表明与载有ＦＥＣＮ指示的帧同方向的拥塞情况；后向显式拥塞通知（ＢＥＣＮ）用于拥塞控制，表明与载有ＢＥＣＮ指示的帧反方向的拥塞情况；.可丢弃指示比特（ＤＥ）表明在网路发生拥塞时，是否可丢弃此帧，ＤＥ置“１”表示可丢弃，ＤＥ置“０”表示不可丢弃。

    帧中继帧中的信息字段用于传送用户数据。信息字段应由整数字节组成，默认的信息字段最大字节数为２６２，最小字节数为１；网络应能支持协商的帧的信息字段最大字节数至少为１ ６００。

    帧中继帧中ＦＣＳ字段为一个１６比特的序列，用于校验帧是否有差错。

帧中继帧的比特传送顺序是：各字节按编号从低到高的顺序传送，每个字节的比特位１先被传送，然后传送第２、３、４……８比特位。

４ 帧中继网内控制

为保证帧中继网络的正常运行和网络资源的合理利用，在帧中继网中需进行帧中继网内控制，帧中继的网内控制方法主要包括带宽控制和拥塞控制。

４．１ 带宽控制

带宽控制是指网络对每条虚电路上传送的用户数据量进行监控，以保证用户数据的可靠传送，防止拥塞的发生。帧中继网络进行带宽控制的参数包括ＣＩＲ、Ｔｃ、Ｂｃ和Ｂｅ，它们的含义分别如下：

.承诺的信息速率（ＣＩＲ）

是指正常情况下网络与用户约定的用户数据传送速率；

.承诺的时间间隔（Ｔｃ）

是指网络监视一条虚电路上传送的用户数据量时所采用的时间间隔；

.承诺的突发尺寸（Ｂｃ）

是指在Ｔｃ时间间隔内，网络与用户约定的可靠传送数据量；

.超过的突发尺寸（Ｂｅ）

是指在Ｔｃ时间间隔内，网络与用户约定的可传送的超过Ｂｃ的数据量。

网络在运行过程中，根据每个帧中继终端用户与网络约定的带宽控制参数（Ｂｃ、Ｂｅ、ＣＩＲ），按Ｔｃ时间间隔对每条虚电路上传送的数据量进行监控，并进行如下处理：

.当传送数据量小于等于Ｂｃ时，继续传送收到帧；

.    当传送数据量大于Ｂｃ，但小于等于Ｂｃ＋Ｂｅ时，若网络未发生严重拥塞，则将Ｂｅ范围内传送的帧的ＤＥ比特置“１”后继续传送，否则将这些帧丢弃；

.当传送数据量大于Ｂｃ＋Ｂｅ时，将超过范围的帧丢弃。

    在网络运行初期，为保证ＣＩＲ内数据的传送，可使中继线容量等于经过该中继线的所有ＰＶＣ的ＣＩＲ之和。在运营过程中可逐步增加ＰＶＣ数量，以保证带宽资源的充分利用。

４．２ 拥塞控制

    帧中继网络提供分布式的实时拥塞控制机制，监测网络运行状态，防止和排除拥塞，保证网络服务质量。

    在发生轻微拥塞的情况下，网络采取如下策略防止网络性能的进一步恶化：

将前向传送帧的ＦＥＣＮ比特置“１”；将后向传送帧的ＢＥＣＮ比特置“１”；若没有后向传送的帧，网络节点可产生一个ＣＬＬＭ（Ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄ Ｌｉｎｋ Ｌａｙｅｒ Ｍａｎａｇｅ-ｍｅｎｔ）帧后向传送。ＣＬＬＭ帧可包含多个ＤＬＣＩ值，可为多条虚电路传送后向拥塞通知。

    在发生严重拥塞的情况下，除继续采用源点或终点控制发出拥塞通知外，网络节点还要将ＤＥ位为１的帧丢弃。

    另外，用户终端在接收到拥塞通知后，原则上应降低其数据信息提交速率，以减少因拥塞造成的帧丢失。

５ 帧中继同其他网络的 互通

５．１ 帧中继网与ＰＳＰＤＮ的互通

    帧中继永久虚电路（ＰＶＣ）网络与分组交换公用数据网（ＰＳＰＤＮ）的互通有两种方式，第１种方式是将两个ＰＳＰＤＮ节点通过帧中继网的永久虚电路连接起来，帧中继网将来自一个ＰＳＰＤＮ节点的帧封装起来传给另一个ＰＳＰＤＮ节点，为两个ＰＳＰＤＮ节点提供一条透明的传输通道。帧中继网可以通过这种方式为分组网提供中继传输信道；第２种方式是帧中继网上的终端和Ｘ．２５终端的互通，这里要求帧中继网上的终端在第３层上应用Ｘ．２５协议。互通时，在帧中继ＰＶＣ已经建立的情况下，帧中继网上的终端可以接入ＰＳＰＤＮ，并通过ＰＳＰＤＮ的交换能力建立与Ｘ．２５终端之间的通信联系，以实现两种终端之间的互通。

５．２ 帧中继网与ＡＴＭ网的互通

    目前帧中继ＰＶＣ网络和ＡＴＭ网的互通有３种方式：

    第１种方式是两个帧中继网之间通过ＡＴＭ网互联。ＡＴＭ网接收来自一个帧中继网的信息，将其适配成若干个ＡＴＭ信元在ＡＴＭ网络内传送，在网络的另一端将ＡＴＭ信元再合成帧中继信息传递给另一个帧中继网。ＡＴＭ网可以通过这种方式为帧中网提供中继传输信道；第２种方式是帧中继网上的用户设备与ＡＴＭ网中使用帧中继协议的终端之间互通。互通时通过ＡＴＭ的ＡＴＭ第５适配层（ＡＡＬ５）提供的功能完成协议以及核心帧格式的映射，实现两种设备的互通；第３种方式是帧中继网上的用户设备同ＡＴＭ网上不使用帧中继协议的终端之间的互通。互通时通过ＡＴＭ的ＡＡＬ５上针对某种特定业务的ＳＳＣＳ提供的功能，来完成协议以及核心帧格式的映射，实现两种设备的互通。

６ 帧中继有关建议

与帧中继技术有关的ＩＴＵ－Ｔ建议包括如下这些：

（１）Ｉ．２３３ 帧模式承载业务；

（２）Ｉ．３７０ 帧中继网络的拥塞管

理；

（３）Ｉ．６２０ 帧中继运行、维护原则和功能；

（４）Ｉ．３６５．１ 帧中继业务特定会聚子层；

（５）Ｉ．５５５ 帧中继承载业务的互

通；

（６）Ｑ．９２２ 帧模式承载业务的ＩＳ-ＤＮ数据链路层规范；

（７）Ｑ．９３３ 帧模式基本呼叫控制的１号数字用户信令信令规范；

（８）Ｑ．２９３３ ２号数字用户信令用于帧中继业务的信令规范；

（９）Ｑ．２７２７ Ｂ－ＩＳＤＮ用户部分对帧中继的支持；

（１０）Ｘ．３６ 通过专用电路提供帧中继数据传输业务的公用数据网使用的数据终端设备（ＤＴＥ）和数据电路终端设备（ＤＣＥ）之间的接口；

（１１）Ｘ．７６ 提供帧中继数据传输业务的公用数据网之间的网路网路接口；

（１２）Ｘ．１４４ 提供国际帧中继ＰＶＣ业务的数据网和用户信息传送性能参数；

（１３）Ｘ．１４５ 提供国际帧中继ＳＶＣ业务的数据网的性能参数。

７ 帧中继网的组建

就国内外情况来看，帧中继网

    的组建方式主要有两种：一种是采取纯帧中继技术组建的网络，一种是基于ＡＴＭ平台组建的帧中继网络。在后一种情况下，ＡＴＭ多业务交换机上提供了帧中继接口，通过ＡＡＬ５将帧中继适配成ＡＴＭ信元在网络内传送，在此情况下，帧中继基于ＡＴＭ平台构成一种业务网。

    目前，中国的帧中继宽带数据骨干网是基于ＡＴＭ平台组建的。该网已经建成，正在投入试运营。该网一期工程覆盖了全国２１个省会城市，采用Ｃａｓｃａｄｅ公司的Ｃａｓｃａｄｅ５００和Ｂ－ＳＴＤＸ９０００交换机。Ｃａｓｃａｄｅ５００作为ＡＴＭ核心层交换机配置了Ｅ３ ＡＴＭ端口、ＳＴＭ－１ ＡＴＭ端口、ＡＴＭ Ｅ１ Ｉ-ＭＡ（反向复用）端口，提供各节点间的ＡＴＭ中继连接；Ｂ－ＳＴＤＸ９０００作为多业务接入交换机，配置了Ｖ．３５帧中继端口、Ｘ．２１帧中继端口、Ｅ３ ＡＴＭ端口、Ｅ１ ＩＳＤＮ端口等，可为用户提供帧中继和ＡＴＭ业务。网管中心设在北京邮电部数据通信局，负责整个网络的配置管理、性能管理、安全管理、故障管理和计费管理等监控管理功能。

８ 帧中继技术的发展前景

    帧中继可以作为ＡＴＭ的高速接入层，开展帧中继业务既可以满足现有的用户需求，又可以为电信网向ＡＴＭ过渡做好准备。

    网络通信最终会向着综合传送数据、语音、图像的多媒体信息传送方向发展，ＡＴＭ是支持多媒体信息传送的强有力手段，是未来的通信发展方向，在技术上具有优势。由于ＡＴＭ用户设备价格昂贵等原因，ＡＴＭ本身的业务量较少。但ＡＴＭ的用户网络接口支持包括帧中继在内的其他各种业务的接入，而帧中继的用户设备价格相对较低，而且帧中继业务采用承诺的信息速率（ＣＩＲ）计费方式，可以吸引大量用户上网，因此在运营上会具有一定优势。

    如果建立基于ＡＴＭ平台的帧中继网，可以把ＡＴＭ在技术上的优势和帧中继在运营方面的优势结合起来，即利用ＡＴＭ平台开放帧中继业务，吸引用户上网，既可以满足现在的用户需求，又为将来网络向Ｂ－ＩＳＤＮ的平稳过渡创造条件，电信运营部门还可以根据用户的需求开放ＡＴＭ业务，是一种很好的建网方式。□

（收稿日期：１９９８－０４－２１）

[摘要] 文章介绍了帧中继技术及其应用，对帧中继接口协议、帧格式、网内控制及帧中继与其他网络的互通进行了详述，最后给出了中国帧中继网的组建情况以及今后发展前景。

[关键词] 帧中继 接口协议 帧格式 带宽控制 拥塞控制

[Abstract] Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ Ｆｒａｍｅ Ｒｅｌａｙ（ＦＲ） ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ． Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｆｒａｍｅ ｐａｔｔｅｒｎ，ｉｎｔｒａｎｅｔ-ｗｏｒｋ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｆｒａｍｅ ｒｅｌａｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｗｏｒｋｉｎｇ ｏｆ ＦＲ ｗｉｔｈ ｏｔｈｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｄｅ-ｔａｉｌ．Ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｆｒａｍｅ Ｒｅｌａｙ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｓ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ａｎｄ ｉｔｓ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐ-ｍｅｎｔ ｉｓ ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．

[Keywords] Ｆｒａｍｅ ｒｅｌａｙ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｐｒｏ-ｔｏｃｏｌ Ｆｒａｍｅ ｐａｔｔｅｒｎ Ｂｒａｎｄ-ｗｉｄｔｈ ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ ｃｏｎ-ｔｒｏｌ ■