所 有 帧 中 继 业 务 的 基 本 特 征
帧 中 继 是 一 种 由 ANSI 和 CCITT 标 准 化 的 接 口 协 议， 它 能 为 现 今 的 突 发 性 业 务 流 量 (如 LAN 互 联 及 SNA 业 务) 提 供 显 著 的 性 能 价 格 优 势。 自 从 1991 年 帧 中 继 技 术 出 现 以 来， 帧 中 继 对 突 发 性 通 信 需 求 的 有 效 支 持 便 导 致 了 市 场 活 动 的 急 剧 增 长 和 用 户 满 意 度 的 迅 速 提 高， 这 是 近 年 来 历 史 上 从 未 出 现 过 的 一 大 奇 迹。 公 共 帧 中 继 业 务 已 迅 速 在 全 世 界 许 多 地 区 普 及 开 来； 公 司 企 业 都 在 纷 纷 升 级 自 己 的 专 用 网 以 支 持 这 种 新 的 接 口 协 议。
帧 中 继 是 客 户 端 设 备 (CPE)， 诸 如 路 由 器 或 前 端 处 理 器， 和 一 个 向 远 程 CPE 发 送 数 据 的 广 域 网 之 间 的 一 种 接 口 协 议。 这 样， 终 端 设 备 就 可 以 通 过 这 种 广 域 网 提 供 的 帧 中 继 业 务 与 远 程 设 备 通 信。 不 管 广 域 网 的 体 系 结 构 如 何， 所 有 的 帧 中 继 业 务 平 台 都 能 提 供 来 自 于 接 口 本 身 定 义 的 种 种 优 点。 首 先， 作 为 一 种 ISO 第 二 层 业 务， 帧 中 继 是 独 立 于 应 用 协 议， 能 够 传 送 用 户 数 据 而 不 管 它 的 高 层 格 式 如 何。
帧 中 继 提 供 了 一 种 能 支 持 多 个 虚 电 路 的 物 理 接 口， 因 此 不 用 花 费 多 个 线 路 接 口 卡 和 专 用 线 路 就 可 支 持 全 贯 通 网 连 接。 这 种 全 贯 通 网 络 也 使 用 户 设 备 免 于 充 当 中 间 中 继， 而 转 接 到 达 其 它 地 点 的 数 据， 从 而 减 少 了 设 备 的 需 求 负 载 并 降 低 了 通 过 网 络 的 时 延。
由 于 现 今 通 信 严 重 的 突 发 特 性， 用 专 线 或 TDM 信 道 将 用 户 设 备 互 联 会 在 90% 的 时 间 内 浪 费 带 宽， 而 在 其 余 10% 的 时 间 内 则 造 成 带 宽 瓶 颈。 因 为 帧 中 继 允 许 通 过 多 个 虚 电 路 实 现 带 宽 的 统 计 共 享， 所 以 每 个 虚 电 路 能 潜 在 地 突 发 至 一 个 高 于 专 线 或 TDM 信 道 所 能 提 供 的 速 率。
最 后 一 点， 大 多 数 用 户 设 备 (诸 如 路 由 器 和 前 端 处 理 器) 能 通 过 更 改 软 件 实 现 升 级 然 后 支 持 帧 中 继； 因 此， 在 现 有 CPE 中 的 投 资 能 继 续 受 到 保 护。
在 执 行 一 个 帧 中 继 业 务 时， 两 个 非 常 重 要 的 速 度 是 访 问 速 率 和 约 定 信 息 速 率 (CIR)。 访 问 速 率 是 存 在 于 用 户 网 络 接 口 (UNI) 的 物 理 速 率； 即 它 是 用 户 向 帧 中 继 网 发 送 信 息 的 速 率。
一 条 特 定 虚 电 路 的 最 低 业 务 水 平 被 定 义 为 约 定 信 息 速 率。 如 果 一 个 文 件 传 送 发 生， 网 络 承 诺 只 传 送 约 定 CIR； 但 如 有 空 余 容 量 存 在 (因 为 其 它 虚 电 路 没 在 使 用 它 们 所 分 配 的 带 宽)， 这 条 虚 电 路 能 突 发 超 过 CIR， 甚 至 可 能 达 到 访 问 速 率。
正 是 由 于 这 种 对 网 络 资 源 的 统 计 共 享， 所 以 可 能 导 致 网 络 拥 塞 现 象 的 出 现。 帧 中 继 交 换 机 厂 商 可 以 自 由 地 执 行 拥 塞 避 免 算 法 来 防 止 拥 塞 发 生。 然 而 如 果 这 些 算 法 失 败， 标 准 还 提 供 了 拥 塞 反 应 (有 时 称 为 拥 塞 控 制) 机 制。 第 一 种 机 制 是 在 帧 中 继 报 头 内 采 用 明 确 拥 塞 指 示 比 特 (ECN) 来 通 知 终 端 设 备 网 络 发 生 拥 塞。 不 幸 的 是， 几 乎 没 有 终 端 设 备 能 识 别 这 些 比 特 并 降 低 传 输 速 率 来 缓 和 网 络 拥 塞。
如 果 拥 塞 继 续 达 到 临 界 水 平， 那 么 网 络 将 开 始 丢 弃 帧。 第 一 批 被 丢 弃 的 帧 是 那 些 将 它 们 的 适 合 丢 弃 (DE) 比 特 设 为 1 的 帧。 这 些 比 特 或 者 由 用 户 设 备 本 身 设 置， 以 使 它 们 可 以 对 拥 塞 发 生 时 丢 弃 哪 些 帧 有 某 种 控 制 权， 或 者 由 网 络 为 已 超 过 CIR 传 输 率 的 帧 设 置。
实 施 帧 中 继 业 务 的 目 标
作 为 一 个 帧 中 继 作 为 一 个 帧 中 继 业 务 的 用 户， 当 然 希 望 获 得 帧 中 继 接 口 能 提 供 的 那 些 优 点。 因 为 接 口 是 标 准 化 的， 任 何 具 有 帧 中 继 接 口 的 广 域 网 平 台 都 会 提 供 上 面 描 述 的 那 些 基 本 优 点。 然 而， 在 评 价 支 持 帧 中 继 的 平 台 时， 重 要 的 是 要 认 识 到 帧 中 继 标 准 只 定 义 用 户 设 备 和 广 域 网 之 间 的 接 口。 在 广 域 网 内 部， 每 个 厂 商 自 由 执 行 基 于 任 何 交 换 结 构 的 帧 中 继 业 务。 每 种 实 施 方 案 都 会 产 生 不 同 的、 决 定 用 户 所 接 收 的 业 务 质 量 的 特 性。
一 般 来 说， 帧 中 继 业 务 的 目 标 是 使 应 用 性 能 最 高 化， 降 低 网 络 开 销， 提 供 可 预 测 性 能， 实 现 资 源 的 公 平 分 配， 并 能 支 持 未 来 需 求。 最 大 应 用 性 能 需 要 的 不 只 是 分 配 到 一 个 高 的 CIR。 如 果 低 时 延 和 高 可 靠 性 不 能 实 现， 那 么 提 高 CIR 将 不 能 够 显 著 影 响 性 能。
低 时 延
时 延 是 指 一 个 给 定 待 发 送 帧 穿 过 网 络 到 达 远 程 用 户 设 备 所 用 的 时 间。 当 网 络 时 延 增 大 时， 性 能 会 下 降， 尤 其 是 对 于 敏 感 协 议 (如 SNA 和 DECNET)、 所 有 在 每 个 帧 或 帧 突 发 流 被 发 送 后 必 须 等 待 确 认 的 协 议 (如 Novell IPX/SPX) 以 及 利 用 短 交 易 式 的 应 用。 大 多 数 LAN 协 议 的 时 延 和 吞 吐 量 之 间 的 普 遍 关 系 是， 每 发 一 帧 即 等 待 一 次 确 认。 如 果 网 络 时 延 加 倍， 应 用 的 吞 吐 量 则 减 少 一 半。 据 著 名 行 业 顾 问 Tom Nolle 称：
"一 般 来 说， 象 SPX/IPX 这 样 的 LAN 协 议 在 往 返 程 时 延 超 过 100 毫 秒 时 就 会 开 始 给 您 制 造 麻 烦。 一 个 PVC 的 CIR 越 高， 它 越 是 对 时 延 敏 感， 因 为 时 延 可 以 限 制 吞 吐 量 以 致 于 较 高 的 CIR 不 提 供 任 何 优 势。 对 于 一 个 具 有 200ms 往 返 程 时 延 的 SPX/IPX 网 络， 时 延 将 把 数 据 传 输 速 率 限 至 约 80kbps， 所 以 即 使 您 购 买 超 过 80kbps 的 CIR 也 是 在 浪 费 钱 财。"
实 际 上， 在 许 多 情 况 中， Novell 协 议 的 受 限 速 率 甚 至 更 低。 假 设 200 毫 秒 全 程 时 延， 许 多 网 络 环 境 将 受 限 至 23kbps 左 右， 即 使 配 置 了 更 高 的 CIR 也 无 用。
可 靠 性
在 给 定 时 延 条 件 下， 吞 吐 量 随 着 网 络 的 可 靠 性 变 化 而 变 化。 丢 失 帧 而 产 生 的 可 靠 性 问 题 对 所 有 应 用 和 协 议 都 有 严 重 的 影 响。 分 别 确 认 每 个 帧 或 帧 突 发 流 (Novell， SNA， TCP/IP 等) 的 应 用 将 等 待 超 时 后 重 发， 从 而 就 大 大 降 低 了 吞 吐 量 和 响 应 时 间。
另 外， 如 果 是 采 用 滑 动 确 认 窗 (诸 如 TCP/IP 和 IBM SNA 等) 的 协 议 时， 单 个 帧 的 丢 弃 也 会 导 致 整 个 窗 的 重 发 和 窗 尺 寸 降 低 至 1。 幸 运 的 是， 采 用 相 对 误 码 率 低 的 数 字 线 路 意 味 着 网 络 引 入 的 比 特 错 误 将 实 际 上 对 吞 吐 量 没 有 影 响。 然 而， 如 果 拥 塞 形 成， 那 么 导 致 的 丢 弃 将 大 大 影 响 性 能。
低 时 延 + 可 靠 性 = 高 吞 吐 量
要 获 得 最 大 吞 吐 量 必 须 同 时 具 备 低 时 延 和 高 可 靠 性。 低 时 延 在 所 有 协 议， 尤 其 是 Novell、 SNA 和 DECNET 中 都 是 非 常 重 要 的。 帧 丢 弃 对 所 有 协 议 都 极 具 破 坏 性。 如 果 能 够 同 时 具 有 低 时 延 和 高 可 靠 性， 那 么 我 们 就 能 最 大 限 度 地 减 少 帧 重 发、 等 待 确 认 或 协 议 超 时 以 及 窗 尺 寸 的 降 低。
更 低 的 联 网 开 销
由 于 现 今 数 据 通 信 业 主 面 临 的 种 种 财 政 预 算 约 束， 所 以 最 有 效 地 利 用 带 宽 就 显 得 十 分 重 要。 广 域 带 宽 成 本 通 常 远 远 大 于 设 备 成 本。 一 个 降 低 这 些 成 本 的 方 法 就 是 将 网 络 干 线 负 载 提 至 一 个 更 高 的 水 平。 话 虽 这 么 说， 但 由 于 帧 中 继 业 务 的 极 端 突 发 特 性， 要 真 正 做 到 这 一 点 却 难 得 多。 如 果 不 采 取 有 效 的 拥 塞 避 免 措 施， 当 瞬 时 网 络 负 载 增 大 到 平 均 水 平 之 上 时， 提 高 平 均 干 线 利 用 水 平 将 导 致 帧 丢 弃 和 时 延 加 大。 如 上 所 述， 这 两 者 中 的 任 何 一 个 都 足 以 削 弱 应 用 性 能。
可 预 测 性
当 为 诸 如 IBM CICS 或 其 他 在 线 处 理 等 应 用 采 用 帧 中 继 时， 时 延 不 仅 要 低 而 且 还 必 须 是 可 预 测 的。 拥 塞 和 丢 弃 导 致 一 次 响 应 时 间 为 1.5 秒 而 下 次 为 15 秒 是 用 户 断 然 不 能 接 收 的。 另 外， 也 不 能 允 许 控 制 帧 的 丢 弃 而 导 致 会 谈 超 时。 因 此 帧 中 继 业 务 具 有 提 供 一 致 性 与 确 定 性 的 能 力 是 很 重 要 的。
公 平 性
公 平 性 的 概 念 涉 及 两 个 基 本 概 念。 首 先， 一 个 虚 电 路 不 应 使 它 的 性 能 下 降 到 低 于 其 CIR 或 者 因 为 另 一 条 虚 电 路 在 超 负 荷 传 输 而 引 起 时 延 增 加。
第 二 点， 当 网 络 中 存 在 空 余 带 宽 时， 它 应 按 照 订 约 的 CIR 比 例 重 新 分 配 给 所 有 运 行 中 的 虚 电 路
