Желілік технология: Frame Relay және оның ерекшеліктері

Кіріспе

Кең аймақтық желі технологиясы

Frame Relay – бұл стандартталған кең аймақтық желі (WAN) технологиясы, ол пакеттік коммутация әдістемесін пайдалана отырып, цифрлық телекоммуникациялық арналардың физикалық және дерек байланысы қабаттарын анықтайды. Бастапқыда интеграцияланған қызметтерді ұсынатын цифрлық желі (ISDN) инфрақұрылымы арқылы деректерді тасымалдау үшін жасалған, бірақ қазіргі кезде көптеген басқа желілік интерфейстерде де қолданылуы мүмкін. Желі провайдерлері көбінесе жергілікті желілерді (LAN) кең аймақтық желі (WAN) арқылы байланыстыру үшін қолданылатын инкапсуляция техникасы ретінде Frame Relay-ді дауыс (VoFR) және деректер үшін пайдаланады. Әрбір пайдаланушы Frame Relay торабына жеке желіге (немесе жалға алынған желіге) қосылады. Frame Relay желісі, барлық пайдаланушылар кеңінен қолданатын WAN протоколдарынан тәуелсіз, жиі өзгеріп отыратын маршрут арқылы деректерді жіберуді қамтамасыз етеді. Бұл технология жалға алынған желілерге қарағанда арзан болғандықтан, оның танымалдығының бір себебі осы. Frame Relay желісінде пайдаланушы жабдықтарын конфигурациялаудың қарапайымдығы да оның танымалдығын арттырады. Бірақ, оптикалық талшық арқылы Ethernet, MPLS, VPN және кабельдік модем, DSL сияқты арнайы кеңжолақты қызметтердің пайда болуымен Frame Relay соңғы жылдары азайып барады.

Техникалық сипаттама

Frame Relay-ді жобалаушылар жергілікті желілер (LAN) арасындағы және кең аймақтық желілер (WAN) арасындағы үзіліссіз трафик үшін тиімді деректерді беруге арналған телекоммуникациялық қызметті ұсынуды мақсат етті. Frame Relay деректерді "кадрлар" деп аталатын өзгермелі өлшемді бірліктерге жинақтайды және қажетті қателерді түзетуді (мысалы, деректерді қайта жіберуді) желінің соңғы нүктелеріне жүктемелейді. Бұл деректерді жалпы алғанда жылдамдатуға мүмкіндік береді. Көптеген қызметтер үшін желі тұрақты виртуалды тізбек (PVC) ұсынады, яғни клиент толық уақытқа жалға алу төлемінсіз, үздірілмейтін арнайы қосылымды пайдаланады, ал қызмет провайдері әрбір кадрдың бағытын анықтап, пайдалану мөлшеріне қарай ақы алады. Кәсіпорын қызмет сапасының деңгейін таңдап, кейбір кадрларға басымдық бере алады, ал басқаларын маңыздылығы бойынша төмендете алады. Frame Relay бөлшекті T 1 немесе E1, немесе толық T тасымалдаушысы немесе E тасымалдаушысы жүйесінде жұмыс істей алады. Frame Relay, 128 кбит/с жолақтықты ұсынатын негізгі жылдамдықты ISDN және Frame Relay-ге ұқсас, бірақ 155,520 Мбит/с-тан 622,080 Мбит/с-қа дейінгі жылдамдықпен жұмыс істейтін Асинхронды беріліс режимінен (ATM) орташа деңгейдегі қызметті толықтырады және ұсынады. Frame Relay өзінің техникалық негізін аналогты дауыс желілерінде деректерді беруге арналған X.25 пакеттік коммутациялау технологиясында негіздейді. X.25-тен айырмашылығы, оның жасаушылары салыстырмалы түрде жоғары қателіктерге ұшырауы мүмкін аналогты сигналдарды күткен, ал Frame Relay – қателерді түзетуге тырыспайтын жылдам пакеттік коммутациялау технологиясы. Frame Relay желісі кадрда қателік анықтаса, оны жай ғана тастап жібереді. Желінің соңғы нүктелері жоғалған кадрларды анықтап, қайта жіберуге жауапты. (Дегенмен, цифрлық желілер аналогтық желілерге қарағанда едәуір аз қателіктерді ұсынады.) Frame Relay көбінесе жергілікті желілерді (LAN) негізгі магистральдармен, сондай-ақ жалпыға ортақ кең аймақтық желілерде (WAN) және жеке желілерде T 1 желілері арқылы жалға алынған желілермен байланыстыруға қолданылады. Беру кезеңінде арнайы қосылымды қажет етеді. Frame Relay дауыстық немесе бейнелік ақпаратты беру үшін идеалды емес, себебі оларға үздірілмейтін ақпарат ағыны қажет. Алайда, кейбір жағдайларда дауыс және бейнелік ақпаратты беру үшін де Frame Relay қолданылады. Frame Relay интеграцияланған қызметтердің цифрлық желісінің (ISDN) кеңейтімі ретінде пайда болды. Оның жасаушылары пакеттік коммутациялық желіге контурлық технология арқылы ақпаратты беруге мүмкіндік беруді мақсат етті. Бұл технология кең аймақтық желі құрудың дербес және тиімді құралына айналды. Frame Relay коммутаторлары қашықтағы LAN-дарды WAN-ға қосу үшін виртуалды тізбектерді жасайды. Frame Relay желісі LAN шекаралық құрылғысы (әдетте маршрутизатор) мен оператордың коммутаторы арасында орналасқан. Оператордың коммутаторлар арасында деректерді беру үшін қолданатын технология өзгермелі болуы мүмкін және операторлар арасында әртүрлі болуы мүмкін (яғни, Frame Relay-ді іске асыру үшін оның жеке тасымалдау механизміне ғана сүйенудің қажеті жоқ). Технологияның күрделілігі Frame Relay қалай жұмыс істейтінін сипаттау үшін қолданылатын терминдерді жақсы түсінуді талап етеді. Frame Relay-ді жақсы түсінбесе, оның жұмысын жөндеу қиын. Frame Relay кадр құрылымы LAP D үшін анықталған құрылымға өте ұқсас. Трафик талдауы Frame Relay форматын LAP D форматынан басқару өрісінің болмауы арқылы ажырата алады.

The designers of Frame Relay aimed to provide a telecommunication service for cost efficient data transmission for intermittent traffic between local area networks (LANs) and between end points in a wide area network (WAN). Frame Relay puts data in variable size units called "frames" and leaves any necessary error correction (such as retransmission of data) up to the end points. This speeds up overall data transmission. For most services, the network provides a permanent virtual circuit (PVC), which means that the customer sees a continuous, dedicated connection without having to pay for a full time leased line, while the service provider figures out the route each frame travels to its destination and can charge based on usage. An enterprise can select a level of service quality, prioritizing some frames and making others less important. Frame Relay can run on fractional T 1 or E1, or full T carrier or E carrier system carriers. Frame Relay complements and provides a mid range service between basic rate ISDN, which offers bandwidth at 128 kbit/s, and Asynchronous Transfer Mode (ATM), which operates in somewhat similar fashion to Frame Relay but at speeds from 155.520 Mbit/s to 622.080 Mbit/s. Frame Relay has its technical base in the older X.25 packet switching technology, designed for transmitting data on analog voice lines. Unlike X.25, whose designers expected analog signals with a relatively high chance of transmission errors, Frame Relay is a fast packet switching technology operating over links with a low chance of transmission errors (usually practically lossless like PDH), which means that the protocol does not attempt to correct errors. When a Frame Relay network detects an error in a frame, it simply drops that frame. The end points have the responsibility for detecting and retransmitting dropped frames. (However, digital networks offer an incidence of error extraordinarily small relative to that of analog networks.) Frame Relay often serves to connect local area networks (LANs) with major backbones, as well as on public wide area networks (WANs) and also in private network environments with leased lines over T 1 lines. It requires a dedicated connection during the transmission period. Frame Relay does not provide an ideal path for voice or video transmission, both of which require a steady flow of transmissions. However, under certain circumstances, voice and video transmission do use Frame Relay. Frame Relay originated as an extension of integrated services digital network (ISDN). Its designers aimed to enable a packet switched network to transport over circuit switched technology. The technology has become a stand alone and cost effective means of creating a WAN. Frame Relay switches create virtual circuits to connect remote LANs to a WAN. The Frame Relay network exists between a LAN border device, usually a router, and the carrier switch. The technology used by the carrier to transport data between the switches is variable and may differ among carriers (i. e., to function, a practical Frame Relay implementation need not rely solely on its own transportation mechanism). The sophistication of the technology requires a thorough understanding of the terms used to describe how Frame Relay works. Without a firm understanding of Frame Relay, it is difficult to troubleshoot its performance. Frame relay frame structure essentially mirrors almost exactly that defined for LAP D. Traffic analysis can distinguish Frame Relay format from LAP D by its lack of a control field.

Шығу тегі

Фрейм релейі X.25 протоколының қысқартылған нұсқасы ретінде пайда болды, X.25 протоколымен байланысты қателерді түзету жұмысынан босатылды. Фрейм релейі қате анықтағанда, ол осы қателі пакетті тікелей жояды. Фрейм релейі ортақ қолжетімділік қағидасын қолданады және «күшімен жеткізу» деп аталатын техникаға сүйенеді, онда қателерді түзету практикалық түрде болмайды және деректердің сенімді жеткізілуіне кепілдік берілмейді. Фрейм релейі жоғары жылдамдық пен пакеттік коммутациялау технологиясының артықшылықтарын пайдалана отырып, екі маршрутизатор сияқты байланысқан құрылғылар арасында бірнеше виртуалды тізбектер мен протоколдарды қолдайтын стандартталған инкапсуляцияны ұсынады. Фрейм релейі Солтүстік Америкада кең таралғанымен, Еуропада онша танымал болған жоқ. IP протоколы кеңінен қолжетімді болғанға дейін X.25 протоколы басты стандарт болып қала берді. Ол кейде X.25 немесе IP трафигі сияқты басқа қызметтер үшін магистраль ретінде де қолданылды. АҚШ-та Фрейм релейі TCP/IP трафигін тасымалдау үшін пайдаланылса, Еуропада IP желілерінің магистральдері көбінесе ATM немесе PoS технологияларын қолданды, кейіннен олар Carrier Ethernet технологиясымен алмастырылды.

X.25-ке қатынасы

X.25 маңызды ерте WAN протоколы болды және көбінесе Frame Relay-дің атасы деп есептеледі, себебі X.25-тің көптеген негізгі протоколдары мен функциялары бүгінгі күнге дейін Frame Relay-де қолданылуда (жаңартулармен). X.25 қызмет көрсету сапасын және қатесіз дерек жеткізуді қамтамасыз етеді, ал Frame Relay деректерді қателердің аз болуымен желілер арқылы ең жылдам жеткізу үшін жасалған. Frame Relay, X.25-те қолданылатын жоғары деңгейдегі процедуралар мен өрістердің бір бөлігін жояды. Frame Relay, X.25 жобаланған кездегіден гөрі қателік деңгейі әлдеқайда төмен сілтемелерде пайдалану үшін арналған. X.25 пакеттерді дайындап жібереді, ал Frame Relay кадрларды дайындап жібереді. X.25 пакеттері қателерді тексеру және ағынды басқару үшін қолданылатын бірнеше өрістерді қамтиды, олардың көпшілігі Frame Relay-де қолданылмайды. Frame Relay-дегі кадрлар кеңейтілген сілтеме қабатының мекенжай өрісін қамтиды, бұл Frame Relay түйіндеріне кадрларды ең аз өңдеумен олардың түпкілікті меңзілдеріне бағыттауға мүмкіндік береді. X.25-тен функциялар мен өрістерді жою Frame Relay-ге деректерді жылдам жылжытуға мүмкіндік береді, бірақ деректерді қайта жіберу қажет болған жағдайда қателерге және үлкен кешігулерге көбірек мүмкіндік тудырады. X.25 пакеттік коммутациялық желілер әдетте, ағымдағы жүктемеге қарамастан, әр X.25 қосылысы үшін желі арқылы белгілі бір ендік бөліп береді. Ресурстарды бөлудің осы тәсілі қызмет сапасының кепілдігін қажет ететін қосымшалар үшін қолайлы болғанымен, жүктеме сипаттамалары өте динамикалық немесе ресурстарды динамикалық түрде бөлуден пайда көретін қосымшалар үшін тиімді емес. Frame Relay желілері физикалық және логикалық арна деңгейінде ендікті динамикалық түрде бөлуге қабілетті.

Виртуалды схемалар

WAN протоколы ретінде Frame Relay көбінесе Open Systems Interconnection (OSI) жеті қабатты моделінің 2-ші қабатында (деректер байланысы қабаты) іске асырылады. Екі типтегі тізбеклер бар: физикалық желіге бейімделген логикалық ұштан-ұшқа байланыстарды құру үшін қолданылатын тұрақты виртуалды тізбектер (PVC) және коммутацияланған виртуалды тізбектер (SVC). Екіншісі – жалпыға ортақ телефон желісінің (PSTN) тізбектік коммутациялау принциптерімен салыстырылады.

Жергілікті басқару интерфейсі

Frame Relay туралы алғашқы ұсыныстар 1984 жылы Халықаралық телефон және телеграф жөніндегі консультативтік комитетке (CCITT) ұсынылды. Өзара жұмыс істеу қабілетінің және стандарттаудың болмауы 1990 жылға дейін Frame Relay-ді кеңінен енгізуге кедергі келтірді, содан кейін Cisco, Digital Equipment Corporation (DEC), Northern Telecom және StrataCom оның дамуына бағытталған консорциум құрды. Олар күрделі желілік орта үшін қосымша мүмкіндіктер ұсынатын протокол жасады. Бұл Frame Relay кеңейтімдері жергілікті басқару интерфейсі (LMI) деп аталады. Деректер байланысы идентификаторлары (DLCI) – Frame Relay желісіндегі маршруттарды білдіретін нөмірлер. Олар тек жергілікті маңызға ие, яғни А құрылғысы В құрылғысына деректерді жібергенде, В құрылғысы жауап беру үшін басқа DLCI нөмірін қолдануы мүмкін. Бірнеше виртуалды тізбектер бір физикалық нүктеде бірдей активті болуы мүмкін (қосалқы интерфейстерді пайдалану арқылы жүзеге асырылады). LMI жаһандық адрестеу кеңейтімі Frame Relay деректер байланысы идентификаторына (DLCI) жергілікті емес, жаһандық маңыз береді. DLCI мәндері Frame Relay WAN-да бірегей DTE мекенжайларына айналады. Глобалды адрестеу кеңейтімі Frame Relay интернет-желілеріне функционалдық мүмкіндіктер мен басқаруды қосады. Жеке желілік интерфейстер мен оларға қосылған түйіндерді, мысалы, стандартты мекенжайды табу және анықтау әдістерін қолдану арқылы анықтауға болады. Сонымен қатар, бүкіл Frame Relay желісі шеткі маршрутизаторлар үшін әдеттегі LAN сияқты көрінеді. LMI виртуалды тізбек күйі туралы хабарламалар Frame Relay DTE және DCE құрылғылары арасында байланыс пен синхрондауды қамтамасыз етеді. Бұл хабарламалар PVC-лердің күйі туралы мерзімді түрде хабарлау үшін қолданылады, бұл деректердің жоқ болған PVC-лер арқылы (яғни, қара тесіктерге) жіберілуіне жол бермейді. LMI көп тарату кеңейтімі көп тарату топтарын тағайындауға мүмкіндік береді. Көп тарату маршрутизация жаңартуларын және мекенжайды шешу хабарламаларын тек маршрутизаторлардың белгілі бір тобына жіберуге рұқсат ету арқылы өткізу қабілетін үнемдейді. Бұл кеңейтім сонымен қатар жаңарту хабарламаларында көп тарату топтарының күйі туралы есептерді жібереді.

Initial proposals for Frame Relay were presented to the Consultative Committee on International Telephone and Telegraph (CCITT) in 1984. Lack of interoperability and standardization prevented any significant Frame Relay deployment until 1990, when Cisco, Digital Equipment Corporation (DEC), Northern Telecom, and StrataCom formed a consortium to focus on its development. They produced a protocol that provided additional capabilities for complex inter networking environments. These Frame Relay extensions are referred to as the local management interface (LMI). Datalink connection identifiers (DLCIs) are numbers that refer to paths through the Frame Relay network. They are only locally significant, which means that when device A sends data to device B it will most likely use a different DLCI than device B would use to reply. Multiple virtual circuits can be active on the same physical end points (performed by using subinterfaces). The LMI global addressing extension gives Frame Relay data link connection identifier (DLCI) values global rather than local significance. DLCI values become DTE addresses that are unique in the Frame Relay WAN. The global addressing extension adds functionality and manageability to Frame Relay internetworks. Individual network interfaces and the end nodes attached to them, for example, can be identified by using standard address resolution and discovery techniques. In addition, the entire Frame Relay network appears to be a typical LAN to routers on its periphery. LMI virtual circuit status messages provide communication and synchronization between Frame Relay DTE and DCE devices. These messages are used to periodically report on the status of PVCs, which prevents data from being sent into black holes (that is, over PVCs that no longer exist). The LMI multicasting extension allows multicast groups to be assigned. Multicasting saves bandwidth by allowing routing updates and address resolution messages to be sent only to specific groups of routers. The extension also transmits reports on the status of multicast groups in update messages.

Мәлімет берудің міндеттемелер деңгейі

Фрейм релейлік қосылымдарға көбінесе кепілдік берілген ақпарат жылдамдығы (CIR) және жарылыстық жолақты кеңістік ретінде белгілі кеңейтілген ақпарат жылдамдығы (EIR) беріледі. Провайдер қосылымның әрқашан C жылдамдығын, ал егер жеткілікті жолақтық болса, кейде PRa жылдамдығын да қолдайтынына кепілдік береді. CIR-ден артық жіберілген кадрлар тастауға дайын (DE) деп белгіленеді, яғни Frame Relay желісінде тығын пайда болған жағдайда олар тасталуы мүмкін. EIR-ден артық жіберілген кадрлар дереу тасталады.

Нарықтағы беделі

Frame Relay қолданыстағы физикалық ресурстарды тиімді пайдалануға бағытталды, бұл телекоммуникация компанияларының клиенттеріне деректер беру қызметін артық мөлшерде ұсынуына мүмкіндік берді, себебі клиенттер деректерді пайдаланудың 45 пайызы уақытында қажет етпеуі мүмкін еді. Соңғы жылдары Frame Relay кейбір нарықтарда жолақтың кеңдігін шамадан тыс брондау салдарынан жаман беделге ие болды. Телекоммуникация компаниялары көбінесе арнайы желілерге арзан балама іздейтін бизнеске Frame Relay сатады; оның әртүрлі географиялық аймақтарда қолданылуы үкімет пен телекоммуникация компанияларының саясатына тікелей байланысты болды. Frame Relay өнімдерін жасаған алғашқы компаниялардың қатарында StrataCom (кейін Cisco Systems сатып алды) және Cascade Communications (кейін Ascend Communications, содан кейін Lucent Technologies сатып алды) болды. 2007 жылдың маусым айына дейін AT&T АҚШ-тағы ең ірі Frame Relay қызметін ұсынушы болып табылды, оның 22 штатта жергілікті желілері, сондай-ақ ұлттық және халықаралық желілері бар еді.

FRF.12

Пакеттердің деректерін әр түрлі виртуалды тізбектерден немесе ағындардан мультиплекстегенде, қызмет сапасы туралы мәселелер жиі туындайды. Себебі, бір виртуалды тізбектен келген кадр желіде басқа виртуалды тізбекке берілген қызмет кепілдігін бұзуға жеткілікті ұзақ уақыт бойы тоқтаусыз болуы мүмкін. IP фрагментациясы осы мәселені шешуге арналған әдіс. Келіп түсетін ұзын пакет кішірек пакеттер тізбегіне бөлінеді және сол ұзын кадрды қабылдаушы жаққа қайта құрастыру үшін жеткілікті ақпарат қосылады. FRF.12 – Frame Relay Forum ұйымының ерекшелігі, ол негізінен дауыстық трафик үшін кадр релесі трафигін фрагментациялау қалай жүзеге асырылатынын анықтайды. FRF.12 спецификациясы Frame Relay кадрларын кішірек кадрларға бөлу әдісін сипаттайды.