帧中继接入ATM网络的两种方式

　　摘 要 帧中继（FR）网络在军队信息化建设中发挥过重要作用。随着用户需求的不断增加，FR网络暴露出的问题越来越多。ATM技术有很多优点，且能轻易地运行在155Mbit/s以上。如何将FR网络接入宽带网，本文给出两种接入方式。
　　
　　关键词 帧中继 ATM 网络互通 业务互通
　　
　　1 FR与ATM的特点
　　帧中继（FR，Frame Relay）是一种快速分组技术，它来源于X.25和ISDN，是对X.25的扬弃并吸收了ISDN的D信道访问规程的核心。在OSI中，它位于第一层和第二层的核心部分。FR具有以下三个特点：一是简捷性，FR简化了分组，没有网络层，将差错控制功能留给智能终端完成，若传输中出现差错，则简单地丢弃数据帧。另外选择及流量控制由数据链路层承担。由于交换机负载大大减轻，使FR传输速度最高达到45Mbit/s，而且结点时延降到2ms以下。二是高效性，FR结点不执行差错控制并简化了结点机之间的确认方式。结点不需要保存待重发的信息，信息帧在网络中直接通过，将更多的带宽留给用户信息。三是经济性，FR有几个重要的带宽参数，如CIR、Be、Tc等，当用户传送速率不高于CIR时，网络保证数据的正确、可靠传送，当网络资源富裕时，网络允许用户数据突发至Be，而只需付预定带宽的费用。
　　
　　ATM作为宽带综合业务数字网（B-ISDN）的核心，具备现有网络无法比拟的优点。首先是融合多种业务，不仅能有效传输数据，也可以应用到话音、图像等实时业务。二是先进的业务量控制机制，保证网络可靠、稳定地运行，预先防止拥塞的发生。三是良好的网络性能，具有流量工程和QoS功能，满足各种不同的应用要求。
　　
　　由于帧中继自身的限制，其传输速率跨越45Mbit/s以上，存在很大问题，而ATM技术则能很轻易地运行在155Mbit/s以上，更高的速率对ATM而言也不构成挑战。为保护现有帧中继网络的投资（比如军事训练网等），并实现帧中继网络的平滑提速，就需要在帧中继网络上采用ATM技术，因此也就自然而然地提出了网络互通的要求。
　　
　　2 帧中继与ATM的网络互通
　　FR与宽带网络的互通有两种模型：一种是网络互通，它实现帧中继业务通过宽带网的透明传输。为解决FR数据在宽带网络中的透明传输，ITU-T发布了I.555建议，FR论坛发布了FRF.5建议，两个标准基本上是一致的，即在ATM网络上应采用FR业务接入的互通功能单元（IWF），它逻辑上可分为两部分：一部分运行FR，另一部分运行ATM协议。
　　
　　在FR与ATM网络互通中，ATM的通信连接相当于一条数据专线，并提供了高带宽的中继能力。其中最重要的功能单元是IWF，它主要完成的功能有：（1）FR与ATM业务功能的互联，包括①在FR-SSCS（帧中继特定业务会聚子层）和Q.922核心层之间透明地传送协议数据单元（PDU）的信息字段。②通过原语中的参数交换从互联协议 （Q.922和FR-SSCS）的头部得到的协议控制信息（PCI），并对这些参数中包含的每个互联协议的PDU头部进行处理。（2）实现FR网络中DLCI与ATM网络中VPI/VCI的映射，具体可选择一一映射，即一条帧中继PVC映射为一条ATM PVC，或多对一映射，即多条帧中继PVC复用在一条ATM PVC上。（3）实现Q.922核心，FR-SSCS与AAL5公共部分会聚子层（CPCS）之间的参数映射功能。具体包括：①丢弃许可比特（DE）和信元丢弃优先级（CLP）之间的映射，应完成FR到ATM方向和ATM到FR方向的双向映射功能。②拥塞指示映射功能：因为帧中继和FR-SSCS PDU支持两种拥塞指示FECN、BECN，而ATM信元仅支持一个拥挤指示FECI。所以建议中规定用FECN与FECI对应，而BECN仅仅在帧中继和FR-SSCS PDU中作处理。
　　
　　FR与ATM网络互通中需要注意的是：（1）网络互通包括FR设备到FR设备以及FR设备到ATM设备的互通。（2）ATM连接的端设备可分为三种：FR设备、FR网络和执行FR业务的ATM设备。FR设备和FR网络处理的是帧业务，ATM网络处理的是信元，IWF只需实现FR帧与信元间的转换。（3）DLCI与VPI/VCI的映射可采用一一映射，也可采用多对一映射。
　　
　　3 帧中继与ATM的业务互通
　　FR与宽带网络互通的另一种方式为业务互通。当一个帧中继业务用户与一个ATM业务用户交互工作，而他们的设备并不能完成另一用户业务的特定交互功能时，就产生了业务互通。即ATM用户直接和帧中继用户建立通信连接。这种方式将帧中继技术和ATM技术融合在一起，既提供帧中继业务，又可以同时提供其他业务。
　　
　　从协议栈中可看出，业务互通的IWF中FR-SSCS子层是空的，即CPCS子层承载的不再是帧中继格式，而是ATM上的某种特定的协议类型，所以在IWF中需要协议类型的转换。另外用作流控和路由的各参数域也需作相应的映射。B-CPE收到一FR帧后，首先将其帧头和信息域分开，而并不装填到CPCS SDU中，信息域尚需作进一步的处理，找出它的协议类型，并据此规范转换成对应的ATM中的协议类型，然后才装入CPCS SDU ；反过来，当收到一CPCS SDU时，同样也需从CPCS SDU中找出它的协议类型，并转换成对应的FR帧的协议类型，填到帧中继帧的信息域，帧头通过接收到的各参数作转换而得到。由于FR用户可以和ATM用户建立通信连接，所以可以简单地将FR与ATM的业务互通视为一种协议转换器，承载FR用户数据的PVC通过FR网络后，在IWF中被转换为ATM PVC，帧中继PVC信令则被转换为ATM的OAM信元。
　　
　　需要注意的是：（1）在业务互通转换过程中FR的DLCI与ATM的VPI/VCI只能是一一对应的。（2）业务互通中ATM连接的是两种不同的端设备，一端为ATM设备，另一端为帧中继设备，为保证两者的互操作性，在IWF上不仅要完成帧中继帧与信元的格式转换，还必须实现它们之间的协议转换。
　　
　　4 两种互通方式的比较
　　在两种互通方式中，IWF可以独立于帧中继和ATM交换机单独设置，但更多情况下则是作为一个模块置于路由交换机中。对于已建立帧中继网的运营商来说，采用ATM作为中继传送网，可以提高中继速率，保护现有投资，同时可以更加经济合理地利用带宽资源。但帧中继与ATM互通的最佳方式还是业务互通，因为FR可以充分利用ATM技术的优势，达到提高中继利用率，减小时延，优化网络业务量管理，减少网络阻塞等目的。

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