Введение
Технология широкозонной сети Frame Relay — это стандартизированная технология широкозонной сети (WAN), определяющая физический и канальный уровни цифровых телекоммуникационных каналов с использованием методологии коммутации пакетов. Изначально разработанная для передачи данных по инфраструктуре цифровой сети с интеграцией служб (ISDN), в настоящее время она может использоваться с различными другими сетевыми интерфейсами. Операторы связи часто используют Frame Relay для передачи голоса (VoFR) и данных в качестве метода инкапсуляции между локальными сетями (LAN) по WAN. Каждый конечный пользователь получает выделенную линию (или арендованную линию) до узла Frame Relay. Сеть Frame Relay обеспечивает передачу по постоянно меняющемуся маршруту, прозрачному для широко используемых протоколов WAN. Она дешевле, чем выделенные линии, что является одной из причин её популярности. Простота настройки пользовательского оборудования в сети Frame Relay также способствует её популярности. Однако с развитием Ethernet по оптоволокну, MPLS, VPN и выделенных широкополосных услуг, таких как кабельные модемы и DSL, Frame Relay в последние годы теряет свою актуальность.
Frame Relay is a standardized wide area network (WAN) technology that specifies the physical and data link layers of digital telecommunications channels using a packet switching methodology. Originally designed for transport across Integrated Services Digital Network (ISDN) infrastructure, it may be used today in the context of many other network interfaces. Network providers commonly implement Frame Relay for voice (VoFR) and data as an encapsulation technique used between local area networks (LANs) over a WAN. Each end user gets a private line (or leased line) to a Frame Relay node. The Frame Relay network handles the transmission over a frequently changing path transparent to all end user extensively used WAN protocols. It is less expensive than leased lines and that is one reason for its popularity. The extreme simplicity of configuring user equipment in a Frame Relay network offers another reason for Frame Relay's popularity. With the advent of Ethernet over fiber optics, MPLS, VPN and dedicated broadband services such as cable modem and DSL, Frame Relay has become less popular in recent years.
Техническое описание
Разработчики Frame Relay стремились предоставить телекоммуникационную услугу для экономически эффективной передачи данных для непостоянного трафика между локальными сетями (LAN) и между конечными точками в глобальной сети (WAN). Frame Relay помещает данные в единицы переменного размера, называемые "кадрами", и оставляет любую необходимую коррекцию ошибок (такую как повторная передача данных) на усмотрение конечных точек. Это ускоряет общую передачу данных. Для большинства услуг сеть предоставляет постоянную виртуальную схему (PVC), что означает, что клиент видит непрерывное, выделенное соединение без необходимости платить за арендованную линию на постоянной основе, в то время как поставщик услуг определяет маршрут, по которому каждый кадр доходит до места назначения, и может взимать плату в зависимости от объема использования. Предприятие может выбрать уровень качества обслуживания, приоритизируя некоторые кадры и снижая приоритет других. Frame Relay может работать на частичных T1 или E1, или на полных T- или E-каналах. Frame Relay дополняет и предоставляет сервис среднего уровня между базовой скоростью ISDN, которая обеспечивает пропускную способность 128 кбит/с, и асинхронным режимом передачи (ATM), который работает аналогично Frame Relay, но на скоростях от 155,520 Мбит/с до 622,080 Мбит/с. Технической основой Frame Relay является более старая технология коммутации пакетов X.25, предназначенная для передачи данных по аналоговым голосовым линиям. В отличие от X.25, разработчики которой предполагали аналоговые сигналы с относительно высокой вероятностью ошибок передачи, Frame Relay – это технология быстрой коммутации пакетов, работающая по каналам с низкой вероятностью ошибок передачи (обычно практически без потерь, как PDH), что означает, что протокол не пытается исправлять ошибки. Когда сеть Frame Relay обнаруживает ошибку в кадре, она просто отбрасывает этот кадр. Конечные точки несут ответственность за обнаружение и повторную передачу отброшенных кадров. (Однако цифровые сети демонстрируют чрезвычайно низкий уровень ошибок по сравнению с аналоговыми сетями.) Frame Relay часто используется для подключения локальных сетей (LAN) к основным магистральным каналам, а также в общедоступных глобальных сетях (WAN) и в частных сетевых средах с использованием арендованных линий T1. Для этого требуется выделенное соединение во время периода передачи. Frame Relay не является идеальным решением для передачи голоса или видео, которые требуют непрерывного потока данных. Однако в определенных обстоятельствах для передачи голоса и видео используется Frame Relay. Frame Relay изначально возник как расширение цифровой сети интегрированных услуг (ISDN). Его разработчики стремились обеспечить возможность передачи данных в сети с коммутацией пакетов по технологии с коммутацией каналов. Эта технология стала самостоятельным и экономически эффективным способом создания глобальной сети (WAN). Коммутаторы Frame Relay создают виртуальные схемы для подключения удаленных локальных сетей к глобальной сети (WAN). Сеть Frame Relay существует между пограничным устройством LAN, обычно маршрутизатором, и коммутатором оператора связи. Технология, используемая оператором для передачи данных между коммутаторами, может быть различной и отличаться у разных операторов (то есть, для функционирования практической реализации Frame Relay не обязательно полагаться исключительно на собственный механизм передачи). Сложность технологии требует глубокого понимания терминов, используемых для описания работы Frame Relay. Без твердого понимания Frame Relay сложно устранять неполадки в его работе. Структура кадра Frame Relay практически полностью соответствует структуре, определенной для LAP D. Анализ трафика может отличить формат Frame Relay от LAP D по отсутствию управляющего поля.
Происхождение
Frame Relay изначально был разработан как упрощенная версия протокола X.25, отказавшись от функции коррекции ошибок, типичной для X.25. При обнаружении ошибки Frame Relay просто отбрасывает проблемный пакет. Frame Relay использует принцип совместного доступа и полагается на принцип "наилучших усилий", при котором коррекция ошибок практически отсутствует и надежная доставка данных не гарантируется. Frame Relay предоставляет отраслевой стандарт инкапсуляции, используя преимущества высокоскоростной пакетной коммутации, способной обслуживать множество виртуальных каналов и протоколов между подключенными устройствами, например, двумя маршрутизаторами. Хотя Frame Relay получил широкое распространение в Северной Америке, в Европе он не был столь популярен. X.25 оставался основным стандартом до широкого распространения IP, которое сделало пакетную коммутацию практически устаревшей. Он иногда использовался в качестве магистрали для других сервисов, таких как трафик X.25 или IP. В то время как в США Frame Relay также использовался для передачи трафика TCP/IP, в Европе для магистралей IP-сетей чаще применялись ATM или PoS, которые впоследствии были заменены Carrier Ethernet.
Отношение к X.25
X.25 был важным ранним протоколом WAN и часто считается прародителем Frame Relay, поскольку многие базовые протоколы и функции X.25 до сих пор используются (с обновлениями) в Frame Relay. X.25 обеспечивает качество обслуживания и гарантированную доставку данных без ошибок, в то время как Frame Relay был разработан для максимально быстрой передачи данных по сетям с небольшим количеством ошибок. Frame Relay исключает ряд процедур и полей верхнего уровня, используемых в X.25. Frame Relay был разработан для использования на каналах связи с гораздо более низкой частотой ошибок, чем доступно было во время разработки X.25. X.25 подготавливает и отправляет пакеты, а Frame Relay – кадры. Пакеты X.25 содержат несколько полей, используемых для проверки на ошибки и управления потоком, большинство из которых Frame Relay не использует. Кадры в Frame Relay содержат расширенное поле адреса канального уровня, которое позволяет узлам Frame Relay направлять кадры к месту назначения с минимальной обработкой. Исключение функций и полей из X.25 позволяет Frame Relay быстрее передавать данные, но увеличивает вероятность ошибок и задержек в случае необходимости повторной передачи данных. В пакетно-коммутируемых сетях X.25 обычно выделялась фиксированная полоса пропускания для каждого подключения X.25, независимо от текущей нагрузки. Этот подход к выделению ресурсов, хотя и подходящий для приложений, требующих гарантированного качества обслуживания, неэффективен для приложений с динамически меняющейся нагрузкой или тех, которые выиграют от более динамического распределения ресурсов. Сети Frame Relay могут динамически выделять полосу пропускания как на физическом, так и на логическом уровне канала.
Виртуальные схемы
В качестве протокола WAN, Frame Relay чаще всего реализуется на 2-м уровне (уровне канального уровня) семиуровневой модели Open Systems Interconnection (OSI). Существуют два типа виртуальных каналов: постоянные виртуальные каналы (PVC), которые используются для создания логических соединений типа «конец-в-конец», отображаемых на физическую сеть, и коммутируемые виртуальные каналы (SVC). Последние аналогичны принципам коммутации каналов в общедоступной телефонной сети (PSTN), глобальной телефонной сети.
Интерфейс локального управления
Первоначальные предложения по Frame Relay были представлены Консультативному комитету по международной телефонной и телеграфной связи (CCITT) в 1984 году. Отсутствие совместимости и стандартизации препятствовало значительному развертыванию Frame Relay до 1990 года, когда компании Cisco, Digital Equipment Corporation (DEC), Northern Telecom и StrataCom сформировали консорциум для сосредоточения усилий на его разработке. Они разработали протокол, предоставляющий дополнительные возможности для сложных сетевых окружений. Эти расширения Frame Relay известны как локальный интерфейс управления (LMI). Идентификаторы соединения канального уровня данных (DLCIs) – это номера, обозначающие пути в сети Frame Relay. Они имеют только локальное значение, то есть, когда устройство А отправляет данные устройству В, оно, скорее всего, будет использовать другой DLCI, чем устройство В для ответа. Несколько виртуальных каналов могут быть активны на одних и тех же физических конечных точках (реализуется с помощью подинтерфейсов). Расширение глобальной адресации LMI придает значениям идентификаторов соединения канального уровня данных Frame Relay (DLCIs) глобальное, а не локальное значение. Значения DLCIs становятся адресами DTE, уникальными в Frame Relay WAN. Расширение глобальной адресации добавляет функциональность и управляемость в сети Frame Relay. Например, отдельные сетевые интерфейсы и подключенные к ним конечные узлы могут быть идентифицированы с использованием стандартных методов разрешения имен и обнаружения. Кроме того, вся сеть Frame Relay представляется маршрутизаторам на ее периферии как обычная локальная сеть. Сообщения о состоянии виртуальных каналов LMI обеспечивают связь и синхронизацию между устройствами Frame Relay DTE и DCE. Эти сообщения используются для периодической отчетности о состоянии PVC, что предотвращает отправку данных в "черные дыры" (то есть через PVC, которые больше не существуют). Расширение многоадресной рассылки LMI позволяет назначать многоадресные группы. Многоадресная рассылка экономит полосу пропускания, позволяя отправлять обновления маршрутизации и сообщения о разрешении имен только определенным группам маршрутизаторов. Расширение также передает отчеты о состоянии многоадресных групп в сообщениях об обновлении.
Обязательная скорость предоставления информации
Для соединений Frame Relay часто задается гарантированная скорость передачи информации (CIR) и резерв полосы пропускания для всплесков, известный как расширенная скорость передачи информации (EIR). Провайдер гарантирует, что соединение всегда будет поддерживать скорость CIR, а иногда и скорость PRa, если имеется достаточная полоса пропускания. Фреймы, отправленные сверх CIR, помечаются как отбрасываемые при необходимости (DE), что означает, что они могут быть отброшены в случае возникновения перегрузки в сети Frame Relay. Фреймы, отправленные сверх EIR, отбрасываются немедленно.
Рыночная репутация
Frame Relay был разработан для более эффективного использования существующих физических ресурсов, позволяя телекоммуникационным компаниям предоставлять услуги передачи данных с избытком, поскольку клиенты использовали эти услуги лишь около 45% времени. В последние годы Frame Relay получил негативную репутацию на некоторых рынках из-за чрезмерной перепродажи полосы пропускания. Телекоммуникационные компании часто предлагали Frame Relay предприятиям как более дешевую альтернативу выделенным линиям связи; его применение в различных регионах сильно зависело от политики правительств и телекоммуникационных компаний. Среди первых компаний, начавших производство оборудования Frame Relay, были StrataCom (позже приобретенная Cisco Systems) и Cascade Communications (позже приобретенная Ascend Communications, а затем Lucent Technologies). По состоянию на июнь 2007 года AT&T являлась крупнейшим поставщиком услуг Frame Relay в США, имея локальные сети в 22 штатах, а также национальные и международные сети.
FRF.12
При мультиплексировании пакетов данных из различных виртуальных каналов или потоков часто возникают вопросы, связанные с качеством обслуживания. Это происходит потому, что кадр из одного виртуального канала может занимать линию достаточно долго, чтобы нарушить гарантии качества обслуживания, предоставленные другому виртуальному каналу. Фрагментация IP является одним из способов решения этой проблемы. Входящий длинный пакет разбивается на последовательность более коротких пакетов, и добавляется достаточно информации для восстановления исходного длинного кадра на принимающей стороне. FRF.12 – это спецификация от Frame Relay Forum, определяющая, как выполнять фрагментацию трафика Frame Relay, в основном для голосового трафика. Спецификация FRF.12 описывает метод фрагментации кадров Frame Relay на кадры меньшего размера.