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Frame Relay 全面介绍

Frame Relay 是一种高性能、分组交换的广域网 (WAN) 协议，主要在 OSI 模型的数据链路层 (Layer 2) 运行。它旨在高效传输地理分散位置之间的数据，特别是用于通过 WAN 连接 LAN。

历史背景

  • 在 1980 年代后期开发，是从 X.25 分组交换的演进，并受早期 ISDN 规范影响。
  • ç”± ANSI (T1 委员会) 从 1988 年左右开始标准化，从 1990 年代初开始广泛商业可用。
  • 在 1990 年代和 2000 年代初非常流行，作为专线经济有效的替代方案。
  • 如今主要被 MPLS、基于 Internet çš„ VPN、SD-WAN 和基于 Ethernet 的服务取代，但仍存在于遗留安装中。

核心概念：虚拟电路而非物理线路

与传统的点对点专线（每对站点需要专用物理电路）不同，Frame Relay 使用承运商提供的共享“云”基础设施。

  • 客户通过单个物理链路连接到提供商的 Frame Relay 网络（“云”）。
  • 称为虚拟电路的逻辑连接提供站点之间的连通性。
  • 这种统计复用允许许多客户高效共享相同的高速骨干网。

关键组件和术语

  • DTE (Data Terminal Equipment) — 客户设备（通常是路由器）。
  • DCE (Data Circuit-terminating Equipment) — 提供商设备（Frame Relay 开关）。
  • Access link — 从 DTE 到 DCE 的物理连接（通常是串行）。
  • Virtual Circuit (VC) — 通过云的逻辑路径。
    • PVC (Permanent Virtual Circuit) — 预配置、始终可用（最常见）。
    • SVC (Switched Virtual Circuit) — 按需建立（很少使用）。
  • DLCI (Data Link Connection Identifier) — 局部有效的编号（10 位字段，通常 16–1007 可使用），用于在接入链路上标识虚拟电路。
    • DLCI 仅具有局部意义 — 相同 DLCI 可在不同链路上重用。
  • LMI (Local Management Interface) — DTE å’Œ DCE 之间的信令协议。
    • 主要类型：Cisco（Cisco 默认）、ANSI (T1.617 Annex D)、Q.933 (ITU)。
    • 携带状态信息（active/inactive/deleted）、多播和 DLCI 映射。

Frame Relay 帧结构（简化）

+---------------------------------------------+
| Flag (0x7E)                                 |
+---------------------------------------------+
| Address Field (2–4 bytes)                   |
|   → DLCI (10 bits) + control bits + FECN/BECN/DE |
+---------------------------------------------+
| Data (variable length, up to ~1600–4096 bytes typical) |
+---------------------------------------------+
| FCS (Frame Check Sequence – CRC)            |
+---------------------------------------------+
| Flag (0x7E)                                 |
+---------------------------------------------+

地址字段中的重要标志：

  • FECN (Forward Explicit Congestion Notification) — 前方拥塞。
  • BECN (Backward Explicit Congestion Notification) — 后方拥塞。
  • DE (Discard Eligibility) — 拥塞期间可首先丢弃该帧。

承诺信息速率 (CIR) 和突发

  • CIR — 提供商承诺交付的保证最小带宽。
  • Bc (Committed Burst size) — 可在 CIR 下无风险发送的数据量。
  • Be (Excess Burst size) — 如果网络有容量，可发送的额外数据。
  • 超过 CIR + Bc 的帧可能设置DE 位，并在拥塞期间被丢弃。

Frame Relay 的优势

  • 与专用专线相比成本效益高（支付共享带宽）。
  • 对突发流量高效（LAN 到 LAN 互连）。
  • 支持更高速度（通常 56 kbps 到 45 Mbps，有时更高）。
  • 灵活拓扑（星型、部分网状、全网状只需更少物理链路）。
  • 简化网络（需要更少物理电路）。

缺点和限制

  • 无内置错误校正（依赖上层 — 端到端）。
  • 可变延迟/抖动（不适合实时语音/视频，除非仔细设计）。
  • 复杂故障排除（云对客户不透明）。
  • 遗留技术 — 比现代 Ethernet/MPLS/SD-WAN 慢。
  • 安全问题（共享基础设施，无原生加密）。

典型用例（1990 年代–2000 年代）

  • 连接分支机构到总部（星型）。
  • 跨区域 LAN 互连。
  • 替换多个点对点专线。
  • 通过单链路承载 SNA、IP、语音 (VoFR) 和其他流量。

现代状态（2026 年视角）

Frame Relay 在新部署中几乎完全被淘汰。现有的安装大多是遗留环境，正在迁移到：

  • MPLS VPN
  • Internet VPN (IPsec、SD-WAN)
  • Metro Ethernet
  • 直连光纤 / DWDM 服务

然而，理解 Frame Relay 仍很有价值，用于：

  • 遗留支持
  • 理解 WAN 技术演进
  • 虚拟电路、统计复用、CIR、拥塞通知等概念，这些在 MPLS å’Œ SD-WAN 中以修改形式出现。

References:

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