Frame-Relay基础及配置学习笔记

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Frame-Relay

++++++++Background++++++++

　　FR最初是对ISDN的扩展，其设计目的是在包交换的网络上实现电路交换技术。发展到后来FR成为一种独立、经济的广域网技术。

简介：

　　FR是工作在数据链路层的协议，使用的是HDLC的一个变种子集LAPF（Link Access Procedure for Frame-relay）。它是面向连接的，采用包交换（packet-switch）技术。FR采用虚电路（VC）为终端用户建立连接。有SVC和PVC两种形式。SVC指通信前双方通过信令消息来动态建立链路；而PVC（永久虚电路）是预设在交换机里面的。一般情况下FR采用的是PVC。

　　FR被认为是工作于高质量的数字链路上，因此它不提供差错恢复机制，一旦发现数据包出错就直接丢弃，且不会以任何形式通知源设备。

　　FR之所以被认为是经济的，是由于它把多条虚电路复用于一条物理链路上，采用统计多路复用的方式。

　　FR的工作范围如图。一般情况下，用户端路由器为DTE设备，而FR交换机为DCE设备。

工作原理

1.FR封装

　　在cisco路由器上，第二层封装默认为cisco专有的HDLC。要配置帧中继，则必须改为FR封装。FR有两种封装方式：cisco和ietf。

2.DLCI

　　FR使用DLCI（Data Link Control Identifier）来标识一条VC，相当于一个二层地址。DLCI的取值为0~1023（某些值具有特殊意义），一般是由服务提供商提供的（一般为16~1007）。DLCI一般只具有本地意义，即它只在必须直连的两台设备之间那条链路上唯一，不同物理链路上的DLCI值可以相同，而连接两台远端路由器的一条PVC两端的DLCI值可以不同。某些特殊情况下，比如使用了LMI的某些特性时，DLCI可以被赋予全局意义用于全局寻址。

3.LMI

　　帧中继利用LMI进行链路和用户的管理。LMI是FR的一个扩展，用于在DTE和DCE之间动态获得网络状态信息。
　　由于厂商和标准组织分别开发，导致LMI有三种互不兼容的类型：ansi（ANSI）；cisco（cisco+Nortel+DEC）；q933a（ITU-T）。提供商的FR交换机和用户的DTE设备间的LMI类型必须匹配。在cisco IOS版本11.2以后，LMI类型可以由LMI信令自动感知，因此用户DTE设备上可以不用配置LMI类型。
　　LMI使用保留的DLCI值。比如DLCI=0表示ANSI和ITU-T定义的LMI，而DLCI=1023为cisco定义的LMI。
LMI的作用：
>>keepalive机制：用以验证数据正在流动
>>状态机制：定期报告PVC的存在和加入/删除情况
　　三种PVC状态：
　　>>active：连接活跃，路由器可以交换数据
　　>>inactive：本地路由器到FR交换机是可工作的，但远程路由器到FR交换机的连接不能工作
　　>>deleted：没有从FR交换机收到LMI
>>多播机制：允许发送者发送一个单一帧但能够通过网络传递给多个接受者
>>全局寻址：赋予DLCI全局意义

4.映射表和交换表

　　FR利用帧中继映射表和帧中继交换表进行数据包的传递和交换。
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映射表：IP到DLCI的映射。保存于路由器上。静态或Inverse-ARP生成。

远端路由器地址

DLCI

192.168.1.2

100

交换表：入DLCI与出DLCI之间的映射。保存于交换机上。一般静态指定（PVC）。

IN Port

IN DLCI

OUT Port

OUT DLCI

s0

100

s1

200

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交换过程：
　　具体来说，当与帧中继网络相连的路由器接收到一个数据包时，它首先根据目的地址查找它的路由表，并找到下一跳路由器；然后根据下一跳路由器查找帧中继映射表，找到可以到达下一跳路由器的对应虚链路的DLCI号；接着把数据包从此虚链路中传送出去。当帧中继交换机接收到后，它根据数据包进来的端口和DLCI号，查找帧中继交换表并找到出去的端口和DLCI号；然后将数据包交换到出口的DLCI上去，完成数据包的传递工作。在FR网络中的其它交换机也作类似的处理，最后达到下一跳路由器上，完成帧中继网络的中继功能。

5.Inverse-ARP

　　Inverse-ARP（逆向ARP）用于完成第三层协议地址（如IP）向DLCI的映射，类似Ethernet中的RARP：根据DLCI请求对应的远端路由器IP。
　　如前所述，Inverse-ARP用于自动生成帧中继映射表。路由器在每条VC上发送IARP查询，交换机根据已有的交换表传送到所有对端路由器，目的路由器响应查询包，送回其IP。
　　需要注意的是，使用子接口时，IARP会失效。解决方法有两个：用frame-relay map命令手动配置映射表；在子接口中显式地指定DLCI（指定后能用IARP自动生成map）。

6.子接口

　　由于FR是一个NBMA（NonBroadcast MultiAccess）网络，一条物理链路上存在多条VC时，如果启用了水平分割，则会导致不同VC之间的路由信息无法相互传递；而如果关闭水平分割，则可能导致路由环路问题。采用子接口可以解决上述问题。
　　子接口为逻辑创建的模拟物理接口的实体，它的功能与物理接口的功能没有什么区别，因此我们可以在一个物理端口上建立多个逻辑接口。这样每一个接口在功能上等价与一个物理接口，因此可以打破水平分割的原理限制。
　　子接口有两种模式：点对点（point-to-point）和多点（multipoint）模式。没有默认值，在配置时必须指明任何一个模式。
　　1）点对点模式：一个单独子接口建立一条PVC，这PVC连接到远端路由器一个子接口或物理端口，每个子接口就可以有自己独立的DLCI；
　　2）多点模式：一个单独子接口可建立多条PVC，不过加入的接口都应该处在同一子网。这种情况下，每个子接口与不划分子接口直接采用物理接口的情况相似，但其好处在于可以提高物理链路的利用率，还可以简化NBMA拓扑下的OSPF的配置。

FR配置

FR配置在串口上进行。当做实验用路由器模拟FR交换机时，必须注意DCE一端连在模拟FR交换机上。

1.配置FR交换机

switch(config)#frame-relay switching   　　　　　　　　　　　//将一台路由器模拟成交换机
switch(config)#int s0/0
switch(config-if)#encapsulation frame-relay 　　　　　　　　 //配置封装类型，cisco|ietf，缺省为cisco
switch(config-if)#frame-relay intf-type dce　　　　　　　　　 //设置端口类型，dce|dte
switch(config-if)#frame-relay lmi-type cisco　　　　　　　　　//设置管理类型，cisco|ansi|q933a
switch(config-if)#frame-relay route 100 interface s0/1 200 　　//建立交换表条目
switch(config-if)#clock rate 56000
switch(config-if)#no shut

2.配置用户路由器

1）配置端口IP地址、配置FR封装
2）由于LMI类型可以自动发现，路由器上可不配置
3）采用Inverse-ARP会自动生成帧中继映射表；若对端路由器不支持Inverse-ARP，可以静态设置：
　　RTA(config-if)#frame-relay map ip <remoteIP> <DLCI> [broadcast]
4）若要启用子接口，则对物理接口先做如下配置：
RTC(config)#int s0
RTC(config-if)#no ip address 　　　　　　　　　　　　//去掉物理接口IP子接口才起作用
RTC(config-if)#encap frame-relay 　　　　　　　　　　//物理接口需要帧中继封装
RTC(config-if)#frame-relay lmi-type cisco 　　　　　　　//设置管理类型
RTC(config-if)#no shut 　　　　　　　　　　　　　　　//物理接口必须no shut子接口才能up
再配置RTC子接口：
RTC(config)#int s0.1 point-to-point　　　　　　　　　　//进入子接口并指明是点对点类型
RTC(config-subif)#ip address 192.168.1.2 255.255.255.0
RTC(config-subif)#frame-relay interface-dlci 200　　　　//设置本地DLCI号（显示指定DLCI才能用IARP自动生成map，否则要手动map）
RTC(config-subif)#exit

 

3.验证FR配置

测试连通性：在路由器上互ping
查看交换机上虚电路：show frame-relay pvc
查看交换机交换表：show frame-relay route
查看路由器上映射表：show frame-relay map
查看路由器LMI信息：show frame-relay lmi
查看端口封装：show int s0/0

命令小结

switch(config)#frame-relay switching
将一台路由器模拟成交换机

switch(config-if)#encapsulation frame-relay [cisco|ietf]
配置封装类型，缺省为cisco

switch(config-if)#frame-relay intf-type [dce|dte]
指明端口类型

switch(config-if)#frame-relay lmi-type [cisco|ansi|q933a]
设置管理类型（只在FR交换机上）

Router(config-if)#frame-relay map ip <remoteIP> <DLCI> [broadcast]
建立静态的本地DLCI和远端IP映射。broadcast参数表明该链路允许广播。由于FR是NBMA，拓扑为hub-and-spoke，默认不支持广播，收到广播/组播地址的包会忽略。如果FR要支持广播/组播（比如很多路由协议的更新包就使用广播/组播地址），则必须使用broadcast参数。这个广播指的是“伪广播”。当hub收到一个广播/组播包时，把更新复制多份发给每个spoke端，从而支持所谓的“广播”。

switch(config-if)#frame-relay route <IN DLCI> <OUT Port> <OUT DLCI>
建立交换表记录

Router(config-subif)#frame-relay interface-dlci <DLCI>
设置本地DLCI号。在子接口中，必须显示指定DLCI才能用Inverse-ARP自动生成map，否则只能使用静态map