Призначення і загальна характеристика
Мережі frame relay — порівняно нові мережі, що набагато краще підходять для передачі пульсуючого трафіка локальних мереж у порівнянні з мережами Х.25, правда, ця перевага виявляється тільки тоді, коли канали зв'язку наближаються по якості до каналів локальних мереж, а для глобальних каналів така якість зазвичай досяжна тільки при використанні волоконо-оптичних кабелів.
Перевага мереж frame relay полягає в їх низькій протокольній надмірності і дейтаграмному режимі роботи, що забезпечує високу пропускну здатність і невеликі затримки кадрів. Надійну передачу кадрів технологія frame relay не забезпечує. Мережі frame relay спеціально розроблялися як суспільні мережі для з'єднання приватних локальних мереж. Вони забезпечують швидкість передачі даних до 2 Мбіт/с.
Особливістю технології frame relay є гарантована підтримка основних показників якості транспортного обслуговування локальних мереж — середньої швидкості передачі даних по віртуальному каналі при припустимих пульсаціях трафіка. Крім технології frame relay гарантії якості обслуговування на сьогодні може надати тільки технологія АТМ, у той час як інші технології надають необхідну якість обслуговування тільки в режимі «з максимальними зусиллями» (best effort), тобто без гарантій.
Технологія frame relay у мережах ISDN стандартизована як служба. У рекомендаціях 1.122, що вийшли у світ в 1988 році, ця служба входила в число додаткових служб пакетного режиму, але потім уже при перегляді рекомендацій у 1992-93 р. вона була названа службою frame relay і ввійшла в число служб режиму передачі кадрів поряд зі службою frame switching. Служба frame switching працює в режимі гарантованої доставки кадрів з регулюванням потоку. На практиці постачальники телекомунікаційних послуг пропонують тільки службу frame relay.
Технологія frame relay відразу привернула велику увагу провідних телекомунікаційних компаній і організацій по стандартизації. У її становленні і стандартизації крім CCITT (ITU-T) активну участь приймають Frame Relay Forum і комітет TISI інституту ANSI.
Некомерційну організацію Frame Relay Forum утворили в 1990 році компанії Cisco Systems, StrataCom (сьогодні — підрозділ Cisco Systems), Northern Telecom і Digital Equipment Corporation для розвитку і конкретизації стандартів CCITT і ANSI. Специфікації Frame Relay Forum називаються FRF і мають порядкові номери. Специфікації FRF часто стандартизують ті аспекти технології frame relay, які ще не знайшли своє відображення в стандартах ITU-T і ANSI. Наприклад, специфікація FRF.11 визначає режим передачі голосу по мережах frame relay.
Консорціум Frame Relay Forum розробив специфікацію, яка відповідає вимогам базового протоколу frame relay, розробленого TISI і CCITT. Однак консорціум розширив базовий протокол, включивши додаткові можливості по керуванню мережею з боку користувача, що дуже важливо при використанні мереж frame relay у складних корпоративних мережах. Ці доповнення до frame relay називають узагальнено Local Management Interface (LMI) — локальний інтерфейс керування.
Стандарти ITU-T звичайно відрізняються високим рівнем складності і наявністю багатьох можливостей, що досить важко втілити на практиці. Специфікації Frame Relay Forum спрощують деякі аспекти стандартів ITU-T чи відкидають деякі можливості. Так, технологія frame switching не знайшла свого відображення в специфікаціях FRF, а процедури створення віртуальних каналів, що комутуються, з'явилися в специфікаціях FRF пізніше, ніж у стандартах ITU-T, і виявилися більш простими.
Стандарти frame relay, як ITU-T/ANSI, так і Frame Relay Forum, визначають два типи віртуальних каналів — постійні (PVC) і що комутуються (SVC). Це відповідає потребам користувачів, тому що для з'єднань, по яких трафік передається майже завжди, більше підходять постійні канали, а для з'єднань, що потрібні тільки кілька годин на місяць, більше підходять канали, що комутуються.
Однак виробники устаткування frame relay і постачальники послуг мереж frame relay почали з підтримки тільки постійних віртуальних каналів. Це, природно, є великим спрощенням технології. Проте в останні роки устаткування, що підтримує віртуальні канали, що комутуються, з'явилося, і з'явилися постачальники, що пропонують таку послугу.
Стек протоколів frame relay
Технологія frame relay використовує для передачі даних техніку віртуальних з'єднань, аналогічну тій, яка застосовувалася в мережах Х.25, однак стек протоколів frame relay передає кадри (при встановленому віртуальному з'єднанні) по протоколах тільки фізичного і канального рівнів, у той час як у мережах Х.25 і після встановлення з'єднання користувальницькі дані передаються протоколом 3-го рівня.
Крім того, протокол канального рівня LAP-F у мережах frame relay має два режими роботи — основний (core) і керуючий (control). В основному режимі, що фактично практикується в сьогоднішніх мережах frame relay, кадри передаються без перетворення і контролю, як і в комутаторах локальних мереж. За рахунок цього мережі frame relay мають дуже високу продуктивність, тому що кадри в комутаторах не піддаються перетворенню, а мережа не передає квитанції підтвердження між комутаторами на кожен користувальницький кадр, як це відбувається в мережі Х.25. Пульсації трафіка передаються мережею frame relay досить швидко і без великих затримок.
При такому підході зменшуються накладні витрати при передачі пакетів локальних мереж, тому що вони вкладаються відразу в кадри канального рівня, а не в пакети мережного рівня, як це відбувається в мережах Х.25.
Структура стека (рис.12.5) добре відбиває походження технології frame relay у надрах технології ISDN, тому що мережі frame relay запозичають багато чого зі стека протоколів ISDN, особливо в процедурах установлення віртуального каналу, що комутирується.
Рис. 12.5. Стек протоколів frame relay
Основу технології складає протокол LAP-F core, який є дуже спрощеною версією протоколу LAP-D. Протокол LAP-F (стандарт Q.922 ITU-T) працює на будь-яких каналах мережі ISDN, а також на каналах типу Т1/Е1. Термінальне устаткування посилає в мережу кадри LAP-F у будь-який момент часу, вважаючи що віртуальний канал у мережі комутаторів уже прокладений. При використанні PVC устаткуванню frame relay потрібно підтримувати тільки протокол LAP-F core.
Протокол LAP-F contol є необов'язковим додатком до LAP-F core, який виконує функції контролю доставки кадрів і керування потоком. За допомогою протоколу LAP-F control мережею реалізується служба frame switching.
Для установки віртуальних каналів, що комутуються, стандарт ITU-T пропонує канал D користувальницького інтерфейсу. На ньому як і раніше працює знайомий протокол LAP-D, що використовується для надійної передачі кадрів у мережах ISDN. Поверх цього протоколу працює протокол Q.931 чи протокол Q.933 (який є спрощенням і модифікацією протоколу Q.931 ISDN), що встановлює віртуальне з'єднання на основі адрес кінцевих абонентів (у стандарті Е.164 чи ISO 7498), а також номера віртуального з'єднання, що у технології frame relay називається Data Link Connection Identifier — DLCI.
Після того віртуальний канал, що комутується як, у мережі frame relay установлений за допомогою протоколів LAP-D і Q.931/933, кадри можуть транслюватися по протоколі LAP-F, що комутує їх за допомогою таблиць комутації портів, у яких використовуються локальні значення DLCI. Протокол LAP-F core виконує не усі функції канального рівня в порівнянні з протоколом LAP-D, тому ITU-T зображує його на пів рівня нижче, ніж протокол LAP-D, залишаючи місце для функцій надійної передачі пакетів протоколу LAP-F control.
Через те, що технологія frame relay закінчується на канальному рівні, вона добре погодиться з ідеєю інкапсуляції пакетів єдиного мережного протоколу, наприклад IP, у кадри канального рівня будь-яких мереж, що складають інтермережу. Процедури взаємодії протоколів мережного рівня з технологією frame relay стандартизовані, наприклад, прийнята специфікація RFC 1490, яка визначає методи інкапсуляції в трафік frame relay трафіка мережних протоколів і протоколів канального рівня локальних мереж і SNA.
Іншою особливістю технології frame relay є відмова від корекції виявлених у кадрах спотворень. Протокол frame relay має на увазі, що кінцеві вузли будуть виявляти і коректувати помилки за рахунок роботи протоколів транспортного чи більш високих рівнів. Це вимагає деякого ступеня інтелектуальності від кінцевого устаткування, що по більшій частині справедливо для сучасних локальних мереж. У цьому відношенні технологія frame relay близька до технологій локальних мереж, таких як Ethernet, Token Ring і FDDI, які також тільки відкидають спотворенні кадри, але самі не займаються їхньою повторною передачею. Структура кадру протоколу LAP-F наведена на рис. 12.6.
Рис.12.6. Формат кадру IAP-F
За основу узятий формат кадру HDLC, але поле адреси істотно змінило свій формат, а поле керування взагалі відсутнє.
Поле номера віртуального з'єднання (Data Link Connection Identifier) DLCI) складається з 10 бітів, що дозволяє використовувати до 1024 віртуальних з'єднань. Поле DLCI може займати і більше число розрядів — цим керують ознаки ЕА0 і ЕА1 (Extended Address — розширена адреса). Якщо біт у цій ознаці встановлений у нуль, то ознака називається ЕА0 і означає, що в наступному байті є продовження поля адреси, а якщо біт ознаки дорівнює 1, то поле називається ЕА1 і індикує закінчення поля адреси.
Десятирозрядний формат DLCI є основним, але при використанні трьох байт для адресації поле DLCI має довжину 16 біт, а при використанні чотирьох байт — 23 біта.
Стандарти frame relay (ANSI, ITU-T) розподіляють адреси DLCI між користувачами і мережею в такий спосіб:
• 0 — використовується для віртуального каналу локального керування (LMI);
• 1-15— зарезервовані для подальшого застосування;
• 16-991 — використовуються абонентами для нумерації PVC і SVC;
• 992—1007 — використовуються мережною транспортною службою для внутрімережних з'єднань;
• 1008-1022 — зарезервовані для подальшого застосування;
• 1023 — використовуються для керування канальним рівнем.
Таким чином, у будь-якому інтерфейсі frame relay для кінцевих пристроїв користувача приділяється 976 адрес DLCI. Поле даних може мати розмір до 4056 байт.
Поле C/R має звичайний для протоколу сімейства HDLC зміст — це ознака «команда-відповідь».
Поля DE, FECN і BECN використовуються протоколом для керуванням трафіком і підтримки заданої якості обслуговування віртуального каналу.
