Frame Relay первоначально замышлялся как протокол для использованияв интерфейсах ISDN, и исходные предложения, представленные в CCITTв 1984 г., преследовали эту цель. Была также предпринята работа надFrame Relay в аккредитованном ANSI комитете по стандартам T1S1 в США.
Крупное событие в истории Frame Relay произошло в 1990 г., когда Cisco Systems, StrataCom, Northern Telecom и Digital Equipment Corporation образовали консорциум, чтобы сосредоточить усилия наразработке технологии Frame Relay и ускорить появление изделий Frame Relay, обеспечивающих взаимодействие сетей. Консорциумразработал спецификацию, отвечающую требованиям базового протокола Frame Relay, рассмотренного в T1S1 и CCITT; однако он расширил ее, включив характеристики, обеспечивающие дополнительные возможностидля комплексных окружений межсетевого об'единения. Эти дополненияк Frame Relay называют обобщенно local management interface (LMI)(интерфейс управления локальной сетью).
Frame Relay обеспечивает возможность передачи данных с коммутациейпакетов через интерфейс между устройствами пользователя (например, маршрутизаторами, мостами, главными вычислительными машинами) иоборудованием сети (например, переключающими узлами). Устройствапользователя часто называют терминальным оборудованием (DTE), в товремя как сетевое оборудование, которое обеспечивает согласованиес DTE, часто называют устройством завершения работы информационнойцепи (DCE). Сеть, обеспечивающая интерфейс Frame Relay, может быть либо общедоступная сеть передачи данных и использованием несущей,либо сеть с оборудованием, находящимся в частном владении, котораяобслуживает отдельное предприятие.
В роли сетевого интерфейса, Frame Relay является таким же типомпротокола, что и Х.25 (смотри Главу 13 "Х.25").Однако Frame Relayзначительно отличается от Х.25 по своим функциональным возможностями по формату. В частности, Frame Relay является протоколом для линиис большим потоком информации, обеспечивая более высокую производительность и эффективность.
В роли интерфейса между оборудованием пользователя и сети, Frame Relayобеспечивает средства для мультиплексирования большого числа логических информационных диалогов (называемых виртуальными цепями) через один физический канал передачи, которое выполняется с помощью статистики.Это отличает его от систем, использующих только технику временногомультиплексирования (TDM) для поддержания множества информационныхпотоков. Статистическое мультиплексирование Frame Relay обеспечиваетболее гибкое и эффективное использование доступной полосы пропускания.Оно может использоваться без применения техники TDM или какдополнительное средство для каналов, уже снабженных системами TDM.
Другой важной характеристикой Frame Relay является то, что она использует новейшие достижения технологии передачи глобальных сетей. Более ранние протоколы WAN, такие как Х.25, были разработаны в то время, когда преобладали аналоговые системы передачи данных и медные носители. Эти каналы передачи данных значительно менее надежны, чем доступные сегодня каналы с волоконно-оптическим носителем ицифровой передачей данных. В таких каналах передачи данных протоколы канального уровня могут предшествовать требующим значительных временных затрат алгоритмам исправления ошибок, оставляяэто для выполнения на более высоких уровнях протокола. Следовательно,возможны большие производительность и эффективность без ущерба дляцелостности информации. Именно эта цель преследовалась при разработкеFrame Relay. Он включает в себя алгоритм проверки при помощи циклического избыточного кода (CRC) для обнаружения испорченных битов (из-за чего данные могут быть отвергнуты), но в нем отсутствуюткакие-либо механизмы для корректирования испорченных данныхсредствами протокола (например, путем повторной их передачи на данном уровне протокола).
Другим различием между Frame Relay и Х.25 является отсутствие явновыраженного управления потоком для каждой виртуальной цепи. В настоящеевремя, когда большинство протоколов высших уровней эффективно выполняютсвои собственные алгоритмы управления потоком, необходимость в этойфункциональной возможности на канальном уровне уменьшилась. Такимобразом, Frame Relay не включает явно выраженных процедур управления потоком, которые являются избыточными для этих процедур в высшихуровнях. Вместо этого предусмотрены очень простые механизмы уведомления о перегрузках, позволяющие сети информировать какое-либоустройство пользователя о том, что ресурсы сети находятся близко ксостоянию перегрузки. Такое уведомление может предупредить протоколывысших уровней о том, что может понадобиться управление потоком.
Стандарты Current Frame Relay адресованы перманентным виртуальным цепям (PVC), определение конфигурации которых и управлениеосуществляется административным путем в сети Frame Relay. Был такжепредложен и другой тип виртуальных цепей - коммутируемые виртуальныецепи (SVC). Протокол ISDN предложен в качестве средства сообщения между DTE и DCE для динамичной организации, завершения и управления цепями SVC. Подробная информацию о ISDN дана в Главе 11"ISDN".Как T1S1, так и CCITT ведут работу по включению SVС в стандартыFrame Relay.
Помимо базовых функций передачи данных протокола Frame Relay,спецификация консорциума Frame Relay включает дополнения LMI, которыеделают задачу поддержания крупных межсетей более легкой. Некоторые издополнений LMI называют "общими"; считается, что они могут быть реализованы всеми, кто взял на вооружение эту спецификацию. Другиефункции LMI называют "факультативными". Ниже приводится следующаякраткая сводка о дополнениях LMI:
Формат блока данных изображен на Рис. 14-1. Флаги ( flags )ограничивают началои конец блока данных. За открывающими флагами следуют два байта адресной ( address ) информации. 10 битов из этих двухбайтов составляютидентификацию (ID) фактической цепи (называемую сокращенно DLCI от "data link connection identifier").
Центром заголовка Frame Relay является 10-битовое значение DLCI.Оно идентифицирует ту логическую связь, которая мультиплексируется в физический канал. В базовом режиме адресации (т.е. не расширенномдополнениями LMI), DLCI имеет логическое значение; это означает, что конечные усторойства на двух противоположных концах связи могут использовать различные DLCI для обращения к одной и той же связи. На рис. 14-2 представлен пример использования DLCI при адресации в соответствии с нерасширенным Frame Relay.
Рис. 14-2 предполагает наличие двух цепей PVC: одна между Aтлантой и Лос-Анджелесом, и вторая между Сан Хосе и Питтсбургом. Лос Анджелесможет обращаться к своей PVC с Атлантой, используя DLCI=12, в товремя как Атланта обращается к этой же самой PVC, используя DLCI=82.Аналогично, Сан Хосе может обращаться к своей PVC с Питтсбургом,используя DLCI=62. Сеть использует внутренние патентованные механизмы поддержания двух логически значимых идентификаторов PVCразличными.
В конце каждого байта DLCI находится бит расширенного адреса (ЕА).Если этот бит единица, то текущий байт является последним байтом DLCI. В настоящее время все реализации используют двубайтовый DLCI, но присутствие битов ЕА означает, что может быть достигнуто соглашение об использовании в будущем более длинных DLCI.
Бит C/R, следующий за самым значащим байтом DLCI, в настоящее время неиспользуется.
И наконец, три бита в двубайтовом DLCI являются полями, связаннымис управлением перегрузкой. Бит "Уведомления о явно выраженнойперегрузке в прямом направлении" (FECN) устанавливается сетью Frame Relay в блоке данных для того, чтобы сообщить DTE, принимающему этот блок данных, что на тракте от источника до места назначения имела местоперегрузка. Бит "Уведомления о явно выраженной прегрузке в обратномнаправлении" (BECN) устанавливается сетью Frame Relay в блоках данных,перемещающихся в направлении, противоположном тому, в котором перемещаются блоки данных, встретившие перегруженный тракт. Суть этихбитов заключается в том, что показания FECN или BECN могут быть продвинуты в какой-нибудь протокол высшего уровня, который можетпредпринять соответствующие действия по управлению потоком. (БитыFECN полезны для протоколов высших уровней, которые используютуправление потоком, контролируемым пользователем, в то время как биты BECN являются значащими для тех протоколов, которые зависят отуправления потоком, контролируемым источником ("emitter-controlled").
Бит "приемлемости отбрасывания" (DE) устанавливается DTE, чтобысообщить сети Frame Relay о том, что какой-нибудь блок данныхимеет более низшее значение, чем другие блоки данных и должен бытьотвергнут раньше других блоков данных в том случае, если сеть начинаетиспытывать недостаток в ресурсах. Т.е. он представляет собой очень простой механизм приоритетов. Этот бит обычно устанавливается тольков том случае, когда сеть перегружена.
В предыдущем разделе описан базовый формат протокола Frame Relay дляпереноса блоков данных пользователя. Разработанная консорциумомспецификация Frame Relay также включает процедуры LMI. СообщенияLMI отправляются в блоках данных, которые характеризуются DLCI, специфичным для LMI (определенным в спецификации консорциума как DLCI=1023). Формат сообщений LMI представлен на Рис. 14-3.
В сообщениях LMI заголовок базового протокола такой же, как вобычных блоках данных. Фактическое сообщение LMI начинается с четырехмандатных байтов, за которыми следует переменное число информационныхэлементов (IE). Формат и кодирование сообщений LMI базируются на стандарте ANSI T1S1.
Первый из мандатных байтов (unnumbered information indicator-индикатор непронумерованной информации) имеет тот же самый формат, что и индикатор блока непронумерованной информации LAPB (UI) с битом P/F,установленным на нуль. Подробная информация о LAPB дается в разделе"Уровень 2" Главы 13 "Х.25".Следующий байт называют "дискриминаторпротокола" (protocol discriminator); он установлен на величину,которая указывает на "LMI". Третий мандатный байт (call reference-ссылка наобращение) всегда заполнен нулями.
Последний мандатный байт является полем "типа сообщения" (message type). Определены два типа сообщений. Сообщения "запрос о состоянии"(status enquiry) позволяют устройствам пользователя делать запросы осостоянии сети. Сообщения "состояние" (status) являются ответом насообщения-запросы о состоянии. Сообщения "продолжайте работать"(keepalives) (посылаемые через линию связи для подтверждения того, чтообе стороны должны продолжать считать связь действующей) и сообщенияо состоянии PVC являются примерами таких сообщений; это общие свойстваLMI, которые должны быть частью любой реализации, соответствующей спецификации консорциума.
Сообщения о состоянии и запросы о состоянии совместно обеспечивают проверку целостности логического и физического каналов. Эта информацияявляется критичной для окружений маршрутизации, т.к. алгоритмы маршрутизации принимают решения, которые базируются на целостностиканала.
За полем типа сообщений следуют несколько IЕ. Каждое IЕ состоит из одно-байтового идентификатора IЕ, поля длины IЕ и одного или более байтов, содержащих фактическую информацию.
В дополнение к общим характеристикам LMI существуют несколькофакультативных дополнений LMI, которые чрезвычайно полезны в окружениимежсетевого об'единения. Первым важным факультативным дополнением LMIявляется глобольная адресация. Как уже отмечалось раньше, базовая(недополненная) спецификация Frame Relay обеспечивает только значения поля DLCI, которые идентифицируют цепи PVC с локальнымзначением. В этом случае отсутствуют адреса, которые идентифицируют сетевые интерфейсы или узлы, подсоединенные к этим интерфейсам. Т.к.эти адреса не существуют, они не могут быть обнаружены с помощьютрадиционной техники обнаружения и резолюции адреса. Это означает, что при нормальной адресации Frame Relay должны быть составленыстатистические карты, чтобы сообщать маршрутизаторам, какие DLCIиспользовать для обнаружения отдаленного устройства и связанного с ним межсетевого адреса.
Дополнение в виде глобальной адресации позволяет использовать идентификаторы узлов. При использовании этого дополнения значения,вставленные в поле DLCI блока данных, являются глобально значимымиадресами индивидуальных устройств конечного пользователя (например,маршрутизаторов). Реализация данного принципа представлена на Рис.14-4.
Необходимо отметить, что каждый интерфейс, изображенный на Рис.14-4,имеет свой собственный идентификатор. Предположим, что Питтсбургдолжен отправить блок данных в Сан Хосе. Идентификатором Сан Хосеявляется число 12, поэтому Питттсбург помещает величину "12" в полеDLCI и отправляет блок данных в сеть Frame Relay. В точке выходаиз сети содержимое поля DLSI изменяется сетью на 13, чтобы отразить узел источника блока данных. Т.К. интерфейс каждого маршрутизатора имеетиндивидуальную величину, как у идентификатора его узла, отдельные устройства могут быть различимы. Это обеспечивает адаптируемуюмаршрутизацию в сложных окружениях.
Глобальная адресация обеспечивает значительные преимущества в крупных комплексных об'единенных сетях, т.к. в этом случае маршрутизаторы воспринимают сеть Frame Relay на ее периферии какобычную LAN. Нет никакой необходимости изменять протоколы высших уровней для того, чтобы использовать все преимущества, обеспечиваемыеих возможностями.
Групповая адресация (multicusting)
Другой ценной факультативной характеристикой LMI является многопунктовая адресация. Группы многопунктовой адресации обозначаются последовательностью из четырех зарезервированных значений DLCI (от 1019 до 1022). Блоки данных, отправляемые каким-либо устройством,использующим один из этих зарезервированных DLCI, тиражирутся сетьюи отправляются во все выходные точки группы с данным обозначением.Дополнение о многопунктовой адресации определяет также сообщения LMI,которые уведомляют устройства пользователя о дополнении, ликвидациии наличиии групп с многопунктовой адресацией.
В сетях, использующих преимущества динамической маршрутизации,маршрутная информация должна обмениваться между большим числом маршрутизаторов. Маршрутные сообщения могут быть эффективно отправленыпутем использования блоков данных с DLCI многопунктовой адресации. Этообеспечивает отправку сообщений в конкретные группы маршрутизаторов.
Frame Relay может быть использована в качестве интерфейса к услугамлибо общедоступной сети со своей несущей, либо сети с оборудованием,находящимся в частном владении. Обычным способом реализации частнойсети является дополнение традиционных мультиплексоров Т1 интерфейсамиFrame Relay для информационных устройств, а также интерфейсами (неявляющимися специализированными интерфейсами Frame Relay) для других прикладных задач, таких как передача голоса и проведение видео-телеконференций. На Рис. 14-5 "Гибридная сеть Frame Relay"представлена такая конфигурация сети.
Обслуживание общедоступной сетью Frame Relay разворачивается путемразмещения коммутирующего оборудования Frame Relay в центральных офисах (CO) телекоммуникационной линии. В этом случае пользователи могут реализовать экономические выгоды от тарифов начислений запользование услугами, чувствительных к трафику, и освобождены от работы по администрированию, поддержанию и обслуживанию оборудованиясети.
Для любого типа сети линии, подключающие устройства пользователя коборудованию сети, могут работать на скорости, выбранной из широкогодиапазона скоростей передачи информации. Типичными являются скорости в диапазоне от 56 Kb/сек до 2 Mb/сек, хотя технология Frame Relay может обеспечивать также и более низкие и более высокие скорости.Ожидается, что в скором времени будут доступны реализации, способныеоперировать каналами связи с пропускной способностью свыше 45 Mb/сек(DS3).
Как в общедоступной, так и в частной сети факт обеспечения устройствпользователя интерфейсами Frame Relay не является обязательнымусловием того, что между сетевыми устройствами используется протоколFrame Relay. В настоящее время не существует стандартов на оборудованиемежсоединений внутри сети Frame Relay. Таким образом, могут быть использованы традиционные технологии коммутации цепей, коммутациипакетов, или гибридные методы, комбинирующие эти технологии.