CCNA图文-23-帧中继实例详解

文章目录

• 1.帧中继概述
• a.帧中继术语
• b.帧中继运行方式
• c.帧中继寻址方式
• d.帧中继水平分隔潜在问题
• 2.帧中继配置实例
• a.配置帧中继路由器
• b.配置其他路由器使用帧中继网络
• c.配置帧中继能够ping通自己
• d.配置帧中继使用静态映射
• e.RIP over 帧中继
• f.配置帧中继子接口
• 3.EIGRP over 帧中继
• a.在帧中继物理接口上运行EIGRP
• b.在帧中继子接口上运行EIGRP
• c.在帧中继点到点接口上运行EIGRP

1.帧中继概述

Frame Relay，简称FR，可以将它看做X.25协议的简化版本，帧中继网络中不考虑传输差错问题，其中的结点只做帧的转发操作，不需要执行接收确认和请求重发等操作；帧中继是一种严格意义上的二层协议。

在帧中继网络中使用VC（Virtual Circuit，虚电路）来互连各个分支，并不需要两个分支之间有单独的物理链路。下面是物理专线和帧中继虚电路的示意图：

使用虚电路的最主要好处就是配置方便，建立和拆除虚电路只需要使用命令配置即可，所以虚电路并非真正的物理链路，只是在现有网络的基础上添加的一系列转发规则，就好像在源和目的间存在一条专线一样；相比之下专线则需要综合布线施工，建立和拆除难度较大。

帧中继的工作范围在DTE设备和帧中继交换机之间。

a.帧中继术语

1）VC（Virtual Circuit，虚电路）

帧中继网络中两台DTE设备之间的连接称为虚电路，现在常用的虚电路为PVC（Permanent Virtual Circuit，永久虚电路），PVC由运营商预先配置。

2）DLCI（Data Link Connection Identifier，数据链路连接标识符）

DLCI是源设备和目的设备之间标识逻辑电路的一个数据值，该数据值只具有本地意义。在图二中，R1上的DLCI号103标识的是R1到R3的连接，R1上的DLCI号104标识的是R1到R4的连接。不同DTE设备上的DLCI号可以相同，但在同一台DTE设备上不能用相同的DLCI号来标识到不同的连接。

DLCI号的范围是0-1023，其中0-15以及1008-1023被保留用作特殊用途，所以用户可以配置的DLCI号为16-1007。

3）LMI（Local Management Interface，本地管理接口）

LMI是用户端和帧中继交换机之间的信令标准，负责管理设备之间的连接，维护设备的状态。LMI被用来获知路由器被分配了哪些DLCI，确定PVC的操作状态，有哪些可用的PVC，另外还用来发送维持分组，确保PVC处于激活状态。
LMI的类型有三种：ANSI、Cisco、Q933A，DTE端的LMI配置要和帧中继上的一致，否则LMI不能正常工作，进而导致PVC失败。思科路由上默认的LMI类型为Cisco。

除了上面三个比较常见外，还有下面这些术语，有兴趣的朋友可以自己去查一下每个术语的解释：

承诺信息速率（CIR）
承诺突发（BC）
超量突发（BE）
前向显示拥塞通知（FECN）
后向显示拥塞通知（BECN）
允许丢弃（DE）

b.帧中继运行方式

这一部分结合下面的图三来介绍帧中继是如何工作的，数据包是如何被转发的。

1）帧中继帧格式

帧中继的帧和以太网帧一样，也工作在数据链路层，帧的格式如下图：

帧中继帧的各字段解释如下：

Flag标志：标志帧的开始和结束
地址：地址字段2个字节中包含了DLCI号（帧中继的帧中只有一个DLCI号，即去往的目的地的DLCI号，2个字节中的10个比特用来储存这个DLCI号）；拥塞控制（Congestion Control）占3比特，其中包括1比特的FECN位，1比特的BECN位和1比特的DE位；除此之外地址域中还包含3个比特的其他值。
数据：是一个可变长的字段，包含了封装的上层协议数据。
帧效验序列：用来保证传输数据的完整性。

2）帧中继中的帧转发方式

在图三中，假设R1要将数据发往R3，R1封装DLCI号103（至于为什么R1知道发往R3要封装103这个在下面的帧中继寻址方式中会详细的介绍），将封装好的帧发往帧中继交换机FR1。根据FR1上管理员的配置，FR1知道如果从接口1接收到DLCI号为103的帧，应该将DLCI号修改成112并从接口3发出。此时帧到达FR3，FR3也根据配置得知，从自己的1接口接收到的DLCI号为112的帧，应该将DLCI号修改成301，并从3号接口发出。此时R3接收到FR3发过来的帧中继帧，解封装后交给上层处理。

从上面的工作方式中可以看出，只要R1封装DLCI号103的帧，就能将数据发往R3，帧中继网云使用DLCI号103和DLCI号301在R1和R3之间建立了一条永久虚电路（PVC），同理R1到R4可以封装104，R4到R1可以封装401。

3）帧中继交换表

在图三的帧中继网络中，FR1-3三台帧中继交换机上都维护着一个帧中继交换表，下面是FR1的帧中继交换表的样式：

c.帧中继寻址方式

这一部分将介绍"反向ARP（Inverse ARP）"，帧中继中的反向ARP是根据DLCI号解析IP的一个过程，和以太网中通过ARP解析MAC地址很相似。下图描述了这一过程是如何进行的：

以上图（图6）R1和R3之间的通信为例，假设R1和帧中继交换机相连的物理接口IP是123.1.1.1，R3和帧中继交换机相连的物理接口IP是123.1.1.3，首先第一步在R1和R3的物理接口上配置帧中继封装（图中第1步），接口开启后，R1和R3会自动向帧中继交换机发送查询信息，该消息可以向帧中继交换机通知本路由状态，还可以查询有哪些可用的DLCI号（图中第2步）。

帧中继交换机通知R1，DLCI号103和104是激活的（图中第3步），可以使用。对于每个激活的DLCI号，R1发送一个反向ARP请求分组，宣告自己的IP，并且封装对应的DLCI号(图中第4步)。

从这一点可以看出，帧中继是不支持广播的，帧中继网络默认是NBMA（Non-Broadcast Multiple Access，非广播多路访问），但可以通过发送多个帧拷贝来解决广播问题。

帧中继网云将R1发来的DLCI号103替换成301发往R3（图中第5步，实际帧中继网络中可能存在很多帧中继交换机，这里假设中间只有一台，便于讲解）。

R3收到帧中继交换机发来的帧，DLCI号是301，R3处理该数据帧并进行应答，R3封装DLCI号为301，并且告知自己的IP是123.1.1.3（图片中第6步），然后从自己的物理接口发回。

帧中继交换机收到这个DLCI号是301的帧，根据自己的交换表，将DLCI号改成103发往R1，R1收到这个应答后在本地的映射中添加R3的IP123.1.1.3和对应的DLCI号103，以后发往123.1.1.3的数据帧就用DLCI号103封装。

最后图中第7步，R1继续发送维持消息，默认10秒一次，此维持消息可以验证帧中继交换机是否处于激活状态。反向ARP默认的发送时间是60秒。

同理R3和R4也可以使用相同的方法获得对方的IP地址和对应的DLCI号。

d.帧中继水平分隔潜在问题

有时候不需要建立全互连型帧中继网络，比如下面这中情况：

在这种星型拓扑结构中R1和R2以及R3通过虚电路相连，R2和R3之间没有建立虚电路，R1就像以太网中的一个Hub，R2或R3将路由信息发给R1，因为水平分隔的原因，R1不会将从一个接口接收到的路由信息再从这个接口发回，导致R1上面有所有分支的路由信息，而分支路由间无法学习到路由信息。

解决这一问题的方法是关闭水平分隔，或者使用多个点到点子接口，在后面的配置实例中会详细介绍到。

2.帧中继配置实例

a.配置帧中继路由器

帧中继的所有实验都在GNS3中完成，配置下面这张拓扑图，图中四台路由器均为c3640，将R2配置成帧中继交换机，用来模拟帧中继网云，R1、R3、R4是DTE端的路由器配置帧中继封装：

首先配置R2成为帧中继交换机。

R2配置：

帧中继交换机配置完成后继续下面的配置，配置帧中继网络中其他路由器(R1、R3、R4)。

b.配置其他路由器使用帧中继网络

R1配置：

R3配置：

R4配置：

配置完成后测试R1、R3、R4都能互相ping通，使用下面的命令可以查看帧中继DLCI号的映射情况：

通过下面的命令查看PVC建立和DLCI号的分配情况：

通过下面的命令查看R1接口的LMI类型：

在上面的配置中可能出现下面的问题：

如果使用"show frame-relay pvc"查看路由器上面学不到DLCI号，请检查物理接口是否打开（包括帧中继交换机上的物理接口），本地和帧中继交换机相连的接口的封装协议是否被配置成了帧中继，本地接口的LMI类型是否和帧中继交换机的一致。

可以通过查看接口信息来验证：

现在R1、R3、R4都能互相ping通对方，但是还存在一个问题，他们ping不通自己的IP，从上面的"show frame-relay map"也可以看出，R1的帧中继映射中没有自己的"123.1.1.1"的映射，它不知道发往这个IP需要封装什么DLCI号，下面继续配置，让他们都能ping通自己。

c.配置帧中继能够ping通自己

为了它们能够ping通自己的IP，需要使用静态映射命令：

R1、R3、R4添加能ping通自己的静态映射；

R1配置：

R3配置:

R4配置:

这样R1、R3、R4就能够ping通自己的IP了：

到这里为止，帧中继网络中的三台路由器都使用了反向ARP从帧中继交换机上获取到DLCI和对应的IP地址，下面一部分将介绍如何关闭反向ARP，使用全手动静态配置来配置帧中继映射。

d.配置帧中继使用静态映射

这一部分手动配置DLCI的静态映射，首先关闭反向ARP，然后清除通过反向ARP学习到的动态映射缓存，然后使用手动配置。

R1配置：

R3配置：

R4配置：

配置完成后在R1上查看帧中继映射表：

e.RIP over 帧中继

帧中继作为二层链路，上面可以运行各种动态路由协议。在GNS3中完成下图配置，在帧中继网络中运行RIP协议。

R2被配置成帧中继交换机，其中只有两条虚电路R1-R3和R1-R4，R1 s0/0的IP为123.1.1.1，R3 s0/1的IP为123.1.1.3，R4 s0/2的IP为123.1.1.4，它们上面各有一个回环接口，这些接口都被发布到RIP协议中。

首先将R2配置成帧中继交换机：

R1配置：

R3配置：

R4配置：

配置完成后全网后能互相通信，在R4上查看路由表和帧中继映射表：

从上面的输出中并没有出现上面"帧中继水平分隔潜在问题"中提到的水平分隔问题，这是因为帧中继物理接口默认关闭了水平分隔，在R1上查看接口信息：

可以使用下面的命令打开水平分隔：

打开水平分隔后稍等一段时间，RIP收敛后，R3上面就看不到R4回环接口的路由了，同样R4上面也看不到R3的回环接口路由了。

除了关闭水平分隔外，还可以使用接下来介绍的方法，使用点到点子接口来解决水平分隔在帧中继网络中导致的问题。

f.配置帧中继子接口

这一部分来配置一个稍微复杂一点的拓扑，在这个拓扑中会综合运用到两种子接口：点到点子接口(Point-to-Point)、多点子接口(Multipoint)。

如上图所示，R5被配置成帧中继交换机，其中有三条虚电路R1-R2，R1-R3，R1-R4，在R1的s0/0接口上启用了子接口，其中s0/0.1用来连接R2，是一个点到点子接口，s0/0.2被用来连接R3和R4，是一个多点子接口。R1 s0/0.1的IP为12.1.1.1、s0/0.2的IP地址为134.1.1.1，R2的s0/1的IP地址为12.1.1.2，R3的s0/2的IP地址为134.1.1.3，R4的s0/3的IP地址为134.1.1.4。每个路由上都有一个回环接口，IP如图所示。在这个帧中继网络上运行RIP协议，测试多点子接口存在的水平分隔问题。

首先配置R5成为帧中继交换机：

在R1上配置点到点和多点子接口：

R2配置：

R3配置：

R4配置:

可以在R1上查看子接口信息来验证默认情况下，点到点子接口和多点子接口的水平分隔都是打开的：

在R2的多点子接口上连接了两台路由器R3和R4，查看R3的路由表：

同样，在R4上面也看不到R3回环接口的信息，这就是因为R1上s0/0.2接口上默认的水平分隔设置导致的，用下面的命令关闭R1的s0/0.2子接口的水平分隔：

再次查看R3的路由表：

这一部分演示了路由器子接口配置（点到点子接口和多点子接口）以及多点子接口上面需要注意的水平分隔问题。

3.EIGRP over 帧中继

这一部分使用的拓扑图如下：

R4是帧中继交换机，图中配置了两条虚电路R1-R2，R1-R3，R1-3各有一个回环接口IP如图所示。

首先配置R4成为帧中继交换机：

a.在帧中继物理接口上运行EIGRP

配置R1、R2、R3的物理接口使用帧中继封装，并且在上面运行EIGRP协议。

R1配置：

R2配置：

R3配置：

配置完成后在R2上面查看路由表：

在这里发现了问题，R2上面并没有学到去往R3的回环接口3.3.3.3的路由条目，同样R3上面也没有学习到R2的回环接口的条目，这是因为在R1的物理接口s0/0上开启了对EIGEP的水平分隔，通过下面的命令来关闭它：

关闭之后再次查看R2的路由表，就可以学习到去往R3回环接口的路由条目了。

b.在帧中继子接口上运行EIGRP

R2、R3、R4配置保持不变，直接右击R1选择"stop"，然后再次右击R1选择"Start"重启这台路由器，由于没有保存配置，R1将恢复初始状态，现在要在它的物理接口s0/0上配置多点子接口：

c.在帧中继点到点接口上运行EIGRP

R4帧中继交换机的配置保持不变，直接右击R1、R2、R3选择"stop"，然后再次右击选择"Start"重启这几台路由器，将他们恢复初始状态， 现在要在R1的物理接口s0/0上配置点到点子接口，由于多点子接口下所有对应的路由属于同一网段，而点到点子接口，每个子接口对应了一个单独网段，每个子接口就像一个单独的物理接口一样工作，所以不会出现水平分隔的问题：

R1配置：

R2配置：

R3配置：

点到点子接口可以有效的避免水平分割带来的问题，但点到点子接口会占用更多的IP地址。