2.2 帧中继 原理与配置

帧中继FR（Frame Relay）协议工作在OSI参考模型的数据链路层，是一种主要应用在运营商网络中的广域网技术。

帧中继应用场景

PPP、HDLC、X.25、FR、ATM都是常见的广域网技术。PPP和HDLC是一种点到点连接技术，而X.25、FR和ATM则属于分组交换技术。  

X.25协议主要是描述如何在DTE和DCE之间建立虚电路、传输分组、建立链路、传输数据、拆除链路、拆除虚电路、同时进行差错控制、流量控量、情况统计等。 

帧中继协议是一种简化了X.25的广域网协议，它在控制层面上提供了虚电路的管理、带宽管理和防止阻塞等功能。与传统的电路交换相比，它可以对物理电路实行统计时分复用，即在一个物理连接上可以复用多个逻辑连接，实现了带宽的复用和动态分配，有利于多用户、多速率的数据传输，充分利用了网络资源。 

帧中继工作在OSI参考模型的数据链路层。与X.25协议相比，帧中继的一个显著的特点是将分组交换网中差错控制、确认重传、流量控制、拥塞避免等处理过程进行了简化，缩短了处理时间，提高了数字传输通道的利用率。新的技术诸如MPLS等的大量涌现，使得帧中继网络的部署逐渐减少。如果企业不得不使用运营商的帧中继网络服务，则企业管理员必须具备在企业边缘路由器上配置和维护帧中继的能力。 

帧中继网络

帧中继网提供了用户设备（如路由器和主机等）之间进行数据通信的能力。 
用户设备被称作数据终端设备DTE（Data Terminal Equipment）。 
为用户设备提供接入的设备，属于网络设备，被称为数据电路终结设备DCE（Data Circuit-terminating Equipment）。

虚电路

帧中继是一种面向连接的技术，在通信之前必须建立连接，DTE之间建立的连接称为虚电路。帧中继虚电路有两种类型：PVC和SVC。 

1. 永久虚电路PVC（Permanent Virtual Circuit）：是指给用户提供的固定的虚电路，该虚电路一旦建立，则永久生效，除非管理员手动删除。PVC一般用于两端之间频繁的、流量稳定的数据传输。目前在帧中继中使用最多的方式是永久虚电路方式。 

2. 交换虚电路SVC（Switched Virtual Circuit）：是指通过协议自动分配的虚电路。在通信结束后，该虚电路会被自动取消 。一般突发性的数据传输多用SVC。

帧中继协议是一种统计复用协议，它能够在单一物理传输线路上提供多条虚电路，每条虚电路采用数据链路连接标识符DLCI（Data Link Connection Identifier）来进行标识。DLCI只在本地接口和与之直接相连的对端接口有效，不具有全局有效性，即在帧中继网络中，不同的物理接口上相同的DLCI并不表示是同一个虚电路。用户可用的DLCI的取值范围是16～1022，其中1007到1022是保留DLCI。

LMI协商过程

PVC方式下，不管是网络设备还是用户设备都需要知道PVC的当前状态。监控PVC状态的协议叫本地管理接口LMI（Local Management Interface）。LMI协议通过状态查询报文和状态应答报文维护帧中继的链路状态和PVC状态。LMI用于管理PVC，包括PVC的增加、删除，
PVC链路完整性检测，PVC的状态等。 
LMI协商过程如下： 
1. DTE端定时发送状态查询消息（Status Enquiry）。 
2. DCE端收到查询消息后，用状态消息（Status）应答状态查询消息。 
3. DTE解析收到的应答消息，以了解链路状态和PVC状态。 
4. 当两端设备LMI协商报文收发正确的情况下，PVC状态将变为Active状态。 

Inverse ARP协商过程

逆向地址解析协议InARP（Inverse ARP）的主要功能是获取每条虚电路连接的对端设备的IP地址。如果知道了某条虚电路连接的对端设备的IP地址，在本地就可以生成对端IP地址与本地DLCI的映射，从而避免手工配置地址映射。 
当帧中继LMI协商通过，PVC状态变为Active后，就会开始InARP协商过程。 
InARP协商过程如下： 
1. 如果本地接口上已配置了IP地址，那么设备就会在该虚电路上发送Inverse ARP请求报文给对端设备。该请求报文包含有本地的IP地址。 
2. 对端设备收到该请求后，可以获得本端设备的IP地址，从而生成地址映射，并发送Inverse ARP响应报文进行响应。 
3. 本端收到Inverse ARP响应报文后，解析报文中的对端IP地址，也生成地址映射。 

本例中，RTA会生成地址映射（10.1.1.2<--->100），RTB会生成地址映射（10.1.1.1<--->200）。 经过LMI和InARP协商后，帧中继接口的协议状态将变为Up状态，并且生成了对端IP地址的映射，这样PVC上就可以承载IP报文了。 

帧中继和水平分割

为了减少路由环路的产生，路由协议的水平分割机制不允许路由器把从一个接口接收到的路由更新信息再从该接口发送出去。水平分割机制虽然可以减少路由环路的产生，但有时也会影响网络的正常通信。

例如，本例中，RTB想通过RTA转发路由信息给RTC，但由于开启了水平分割，RTA无法通过S1/0/0接口向RTC转发RTB的路由信息。

帧中继子接口

子接口可以解决水平分割带来的问题，一个物理接口可以包含多个逻辑子接口，每一个子接口使用一个或多个DLCI连接到对端的路由器。

本例中，RTA通过子接口S1/0/0.1接收到来自RTB的路由信息，然后将此信息通过子接口S1/0/0.2转发给RTC。 
帧中继的子接口分为两种类型。 
点到点（point-to-point）子接口：用于连接单个远端设备。一个子接口只配一条PVC，不用配置静态地址映射就可以唯一地确定对端设备。 
点到多点（point-to-multipoint）子接口：用于连接多个远端设备。一个子接口上配置多条PVC，每条PVC都和它相连的远端协议地址建立地址映射，这样不同的PVC就可以到达不同的远端设备。

帧中继配置

动态映射

link-protocol fr命令用来指定接口链路层协议为帧中继协议。当封装帧中继协议时，缺省情况下，帧的封装格式为IETF。 
fr interface-type { dce | dte }命令用来设置帧中继接口类型。缺省情况下，帧中继接口类型为DTE。在实际应用中，DTE接口只能和DCE接口直连。如果把设备用作帧中继交换机，则帧中继接口类型应该为DCE。 
fr inarp命令用来使能帧中继逆向地址解析功能。缺省情况下，该功能已被使能。

帧中继-动态映射-配置验证

display fr pvc-info命令可以用来查看帧中继虚电路的配置情况和统计信息。 
在显示信息中，DLCI表示虚电路的标识符。USAGE表示此虚电路的来源。LOCAL表示PVC是本地配置的，如果是UNUSED，则表示PVC是从DCE侧学习来的。status表示虚电路状态。可能的取值有：active：表示虚电路处于激活状态。inactive：表示虚电路处于未激活状态。InARP表示是否使能InARP功能。

静态映射

fr map ip [destination-address [ mask ] dlci-number]命令用来配置一个目的IP地址和指定DLCI的静态映射。 
如果DCE侧设备配置静态地址映射，DTE侧启动动态地址映射功能，则DTE侧不需要再配置静态地址映射也可实现两端互通。反之，如果DCE配置动态地址映射，DTE配置静态地址映射，则不能实现互通。 
fr map ip [destination-address [ mask ] dlci-number] broadcast命令用来配置该映射上可以发送广播报文。

帧中继-静态映射-配置验证

display fr map-info命令用来显示帧中继地址映射表，可以显示当前设备上目的IP地址和DLCI的映射关系。status表示地址映射的状态。

总结

帧中继网络中DLCI 的作用是什么？

Inverse ARP 在帧中继网络中有什么作用？

1. DLCI是数据链路连接标识，每条虚电路用它来进行标识。DLCI只在本地接口和与之直接相连的对端接口有效，不具有全局有效性，即在帧中继网络中，不同物理接口上相同的DLCI并不表示同一个虚连接。 

2. 逆向地址解析协议Inverse ARP可以用来获取每条虚电路连接的对端设备的IP地址，然后在本地形成对端IP地址与DLCI的映射关系。