帧中继网功能有哪些？网络传输中扮演什么角色？

一、帧中继网概述

1、帧中继网的工作原理

帧中继（Frame Relay）是一种广域网技术，主要用于连接局域网和广域网。它工作在OSI参考模型的数据链路层，提供了一种高效的、面向连接的数据传输服务。帧中继网络使用虚电路（Virtual Circuit）来连接网络两端的设备，每条虚电路通过数据链路连接标识符（DLCI）来定义一条帧中继连接通道。

2、帧中继网的基本概念

1. 数据链路连接标识（DLCI）：

   • 帧中继协议是一种统计复用协议，能够在单一物理传输线路上提供多条虚电路。
   • 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。用户可用的DLCI范围是16～1022（1008～1022保留使用）。

2. 虚电路（VC）：

   • 虚电路是建立在两台网络设备之间共享网络的逻辑电路。
   • 永久虚电路（PVC）：手工设置产生的虚电路，一旦建立，则永久生效，除非手动删除。
   • 交换虚电路（SVC）：通过协议协商自动创建和删除的虚电路，一般用于突发性的数据传输。

3. 本地管理接口（LMI）：

   • 监控PVC状态的协议，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。

4. 逆向地址解析协议（Inverse ARP）：

   • 主要功能是获取虚电路对端设备的IP地址。通过发送Inverse ARP请求报文和接收响应报文，生成地址映射。

3、帧中继网的工作流程

• 发送IP报文时，根据路由表找到报文的下一跳地址。
• 查找帧中继地址映射表，确定下一跳的DLCI。地址映射表可以手工配置，也可以由Inverse ARP协议动态维护。
• 数据通过虚电路传输，每条虚电路使用唯一的DLCI进行标识。
• 接收方根据DLCI识别数据所属的虚电路，并进行相应的处理。

4、帧中继网的应用场景

帧中继技术在以下场景中得到了广泛应用：

• 局域网互联：帧中继常用于连接企业内部的局域网，实现不同地理位置的局域网之间的通信。
• 广域网连接：作为一种广域网技术，帧中继可以连接企业网络与运营商网络，提供高速、可靠的数据传输服务。
• 虚拟专用网（VPN）：帧中继可以用于构建虚拟专用网络，为企业提供安全的远程访问解决方案。
• 数据中心互联：在大型企业或数据中心之间，帧中继可以提供高效的数据传输服务，支持关键业务应用。

5、帧中继网的优缺点

优点

• 高传输速率和低时延：帧中继不采用存储转发技术，因此具有较低的传输时延和较高的数据吞吐能力。
• 按需分配带宽：网络资源利用率高，用户可以根据实际需求动态分配带宽，降低网络费用。
• 兼容性强：兼容多种网络协议，如X.25、SNA/DECNET、TCP/IP等，可为各种网络提供快速、稳定的连接。
• 适合突发性业务：采用虚电路技术，适用于突发性业务的使用，能够有效利用未预定的带宽。

缺点

• 缺乏错误检测和纠正机制：帧中继在链路层不提供错误检测后的重传操作，因此不适用于对错误敏感的应用。
• 不适合传输大包数据：由于帧中继的帧长度有限，不适合传输大包数据，如大型文件传输等。
• 依赖于运营商网络：帧中继网络通常由运营商提供，用户对网络的控制能力有限，可能受到运营商网络策略的影响。

二、帧中继网的主要功能是什么

帧中继网的主要功能包括：

• 承载IP协议：帧中继主要用来承载IP协议，在发送IP报文时根据路由表只能知道报文的下一跳地址，发送前必须由该地址确定它对应的DLCI（数据链路连接标识符）。这个过程可以通过查找帧中继地址映射表来完成，地址映射表中存放的是下一跳IP地址和下一跳对应的DLCI的映射关系。地址映射表可以由手工配置，也可以由Inverse ARP（逆向地址解析协议）动态维护。
• 局域网互联：通过帧中继网络可以实现局域网互联。
• 帧中继压缩：帧中继压缩技术可以对帧中继报文进行压缩，从而能够节约网络带宽，降低网络负载，提高数据在帧中继网络上的传输效率。设备支持FRF.9（FRF.9 stac压缩）功能和FRF.20（FRF.20 IPHC）功能。
• 多链路帧中继（Multilink Frame Relay，MFR）：是为帧中继用户提供的一种性价比比较高的带宽解决方案，它基于帧中继论坛的FRF.16协议，实现在DTE/DCE接口下的多链路帧中继功能。多链路帧中继特性提供一种逻辑接口：MFR接口，由多个帧中继物理链路捆绑而成，从而可以在帧中继网络上提供高速率、大带宽的链路。
• 提供虚电路（VC）服务：
  • 永久虚电路（PVC）：手工设置产生的虚电路，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（SVC）：通过协议协商自动创建和删除的虚电路，但目前在帧中继中使用最多的方式是PVC方式。
• 简化协议：帧中继技术简化了X.25的第三层功能，使网络节点的处理大大简化，提高了网络的对信息的处理效率。采用物理层和链路层的两级结构，在链路层也只保留了核心子集部分。在链路层完成统计复用、帧透明传输和错误检测，但不提供发现错误后的重传操作。省去了帧编号、流量控制、应答和监视等机制，大大节省了交换机的开销，提高了网络吞吐量、降低了通信时延。
• 带宽管理和防止拥塞：提供一套合理的带宽管理和防止拥塞的机制，用户有效地利用预约的带宽，即承诺的信息速率（CIR），还允许用户的突发数据占用未预定的带宽，以提高网络资源的利用率。

三、帧中继网在网络传输中起到了哪些作用

帧中继网在网络传输中扮演着重要角色，它主要起到以下几个作用：

• 提供高效的数据传输：帧中继是一种有效的数据传输技术，能够在一对一或一对多的应用中快速而低廉地传输数字信息。它适用于语音、数据通信，既可用于局域网（LAN）也可用于广域网（WAN）的通信。
• 建立虚电路：帧中继在数据链路层建立虚电路，提供虚电路服务，本地标识DLCI（数据链路连接标识符）。这种基于分组交换的透明传输方式，可以提供面向连接的服务。
• 灵活的带宽管理：帧中继既可以按需提供带宽，也可以应对突发的数据传输。它使用可变长数据包和统计多元技术，但无法确保数据完整性，因此当出现网络拥塞现象时就会丢弃数据包。
• 降低网络时延和设备成本：帧中继提供低网络时延、低设备费用、高带宽利用率等优点。它使用光纤作为传输介质，因此误码率极低，能实现近似无差错传输，减少了进行差错校验的开销，提高了网络的吞吐量。
• 适应不同的通信需求：帧中继可以达到很高的速率，2-45Mbps，但不适合对延迟敏感的应用（如语言、视频）。数据的丢失依赖于运营商对虚电路的配置，不保障可靠的提交。

综上所述，帧中继网在网络传输中起到了构建高效、灵活的数据传输通道的作用，特别适合于那些对数据传输速度和带宽有较高要求的场景。

四、帧中继网与其他类型网络相比有哪些优缺点

帧中继网（Frame Relay, FR）是一种基于分组交换的网络技术，它在数据链路层和物理层提供协议规范，适用于构建中等高速报文交换式广域网。以下是帧中继网相对于其他类型网络的一些优缺点：

1、优点

• 高效的数据传输：帧中继网使用复用技术，可以提供较高的带宽，典型速率可达56K-2M/s，最大速度可达到T3（45Mb/s）。
• 灵活的网络拓扑：帧中继网可以通过虚拟专用网（VPN）技术，将网络上的几个节点划分为一个分区，并设置相对独立的网络管理机构，对分区内数据流量及各种资源进行管理。
• 低开销：帧中继在带宽方面没有限制，它可以提供较高的带宽，并且由于其简化的协议，其开销相对较低。
• 适用于突发性业务：帧中继网采用虚电路技术，对分组交换技术进行简化，具有吞吐量大、时延小，适合突发性业务等特点，能充分利用网络资源。

2、缺点

• 成本较高：虽然帧中继网提供了较高的带宽，但其设备和维护成本相对较高。
• 维护复杂：帧中继网的管理和维护相对复杂，需要专业的技术人员进行操作。
• 故障率较高：由于帧中继网的技术较为复杂，其故障率相对较高，需要及时的维护和修复。
• 不适合实时信息传输：帧中继网不适合传输诸如话音、电视等实时信息，它仅限于传输数据。

综上所述，帧中继网在提供高效数据传输和灵活网络拓扑方面具有明显优势，但其较高的成本和维护复杂性也是需要考虑的因素。在选择网络技术时，应根据具体的应用场景和需求来决定是否采用帧中继网。