Что такое frame relay

Frame relay

Frame Relay был создан в начале 1990-х в качестве замены протоколу X.25 для быстрых надёжных каналов связи, технология FR архитектурно основывалась на X.25 и во многом сходна с этим протоколом, однако в отличие от X.25, рассчитанного на линии с достаточно высокой частотой ошибок, FR изначально ориентировался на физические линии с низкой частотой ошибок, и поэтому большая часть механизмов коррекции ошибок X.25 в состав стандарта FR не вошла. В разработке спецификации принимали участие многие организации; многочисленные поставщики поддерживают каждую из существующих реализаций, производя соответствующее аппаратное и программное обеспечение.

Frame relay обеспечивает множество независимых виртуальных каналов (Virtual Circuits, VC) в одной линии связи, идентифицируемых в FR-сети по идентификаторам подключения к соединению (Data Link Connection Identifier, DLCI). Вместо средств управления потоком включает функции извещения о перегрузках в сети. Возможно назначение минимальной гарантированной скорости (CIR) для каждого виртуального канала.

В основном применяется при построении территориально распределённых корпоративных сетей, а также в составе решений, связанных с обеспечением гарантированной пропускной способности канала передачи данных (VoIP, видеоконференции и т. п.).

Содержание

Формат кадра

Наименования и значения полей:

CIR и EIR

CIR (англ. Committed Information Rate ) — гарантированная полоса пропускания виртуального канала PVC в сетях Frame Relay (FR).

В первоначальном наборе стандартов (ANSI T1S1) CIR как отдельный параметр отсутствует, но для отдельного виртуального канала были определены параметры B(c) (bits committed, Committed Burst Size), B(e) (bits excess) и T(c) (Committed Rate Measurement Interval). B(c) при этом определяется как количество бит, гарантированно передаваемых за время T(c) даже при перегрузке сети, B(e) — максимальное количество бит, которые могут быть переданы за время T(c) при недогрузке сети, то есть без гарантии доставки: заголовки пакетов, отправляемые после превышения B(c) метятся битом DE (discard eligible, аналогичен CLP в ATM) и в случае возникновения в сети перегрузки уничтожаются на коммутаторах перегруженного участка.

Таким образом, для виртуального канала могут быть определены две полосы пропускания:

Возможна настройка и работа FR-каналов со значением CIR, равным нулю.

В ANSI T1S1 значение T(c) не было определено, так как значения T(c), B(c) и B(e) являются связанными параметрами, зависящими от скоростей физических интерфейсов, агрегированных полос пропускания виртуальных каналов, размеров буферов FR-коммутатора и других параметров, зависящих от реализации и настроек коммутатора.

Однако CIR и EIR оказались удобными показателями для описания параметров каналов при заключении соглашений между операторами FR-сетей и потребителями их услуг, более того, во многих случаях T(c) может динамически пересчитываться в зависимости от характера трафика, поэтому в RFC 3133 (Terminology for Frame Relay Benchmarking) CIR является первичным параметром и T(c) определяется как временной интервал, необходимый для поддержания CIR, то есть T(c)=B(c)/CIR, выступая в качестве аналога TCP Sliding Window.

В сетевых технологиях при множественном доступе к разделяемому каналу с двухуровневой приоритизацией (некоторые беспроводные и спутниковые сети и т. д.) также используют термин CIR для приоритезируемой клиентской полосы пропускания, при этом CIR является одним из целевых параметров конфигурации шейперов (shapers) — подсистем сглаживания трафика с буферизацией (RFC 2963, A Rate Adaptive Shaper for Differentiated Services), в этом случае вместо EIR используется комбинация параметров MIR (Maximum Information Rate) и PIR (Peak Information Rate).

Виртуальные каналы (PVC и SVC)

Для передачи данных от отправителя к получателю в сети Frame Relay создаются виртуальные каналы, VC (англ. Virtual Circuit), которые бывают двух видов:

Источник

Сети Frame Relay

Технология, которая в последствии получила название Frame Relay (Коммутация кадров), первоначально была разработана в начале 1980-х для использования в сетях ISDN. Технология Frame Relay обеспечивает информационное взаимодействие на физическом и канальном уровне OSI и была предназначена динамического разделения ресурсов физического канала между пользовательскими процессами передачи данных. Использование технологии FR обеспечивало ряд преимуществ по сравнению с технологиями X.25 и ISDN, которые использовались для обеспечения доступа к распределенным вычислительным ресурсам.В таблице приведены результаты сравнения вышеописанных технологий по некоторым параметрам с технологией FR.

Принципы построения и компоненты сетей Frame Relay

Первоначально информационное взаимодействие технологии FR осуществлялось только на физическом и канальном уровне. В отсутствии сетевого уровня взаимодействия и заключается принципиальное отличие технологии Frame Relay от ранее существовавших технологий построения сетей. Кадр FR содержит минимальное управляющей информации, следствием этого является высокая эффективность передачи данных. Технология Frame Relay не имеет встроенных функций контроля доставки и управления потоком кадров. Предпологается, что каналы передачи данных являются достаточно надежными, а функции управления потоком выполняются протоколами верхних уровней. Эти особенности и обеспечивают преимущества сетей, которые построены по технологии Frame Relay.

Компоненты Frame Relay

Также как и в сети X.25, основу Frame Relay составляют виртуальные каналы (virtual circuits). Виртуальный канал в сети Frame Relay представляет собой логическое соединение которое создается между двумя устройствами DTE в сети Frame Relay и используется для передачи данных. В сети Frame Relay используется два типа виртуальных каналов — коммутируемые (SVC) и постоянные (PVC).

Коммутируемые каналы

Несмотря на то, что использование SVC придает определенную гибкость сетевым решениям, этот механизм не получил большого распространения в сетях Frame Relay.

Постоянные каналы

Идентификаторы виртуальных каналов

Структура кадра Frame Relay

Кадр протокола Frame Relay содержит минимально необходимое количество служебных полей.

Поле FLAG

Данное поле выполняет функцию обрамления кадра. Принцип формирования поля FLAG в кадре Frame Relay соответствует принципам формирования поля FLAG в кадре LAPB.

Поле HEADER

В поле заголовка кадра размещается информация, которая используется для управления виртуальными соединениями и процессами передачи данных в сети Frame Relay.

Структура первого байта поля заголовка:

Структура второго байта поля заголовка:

Поле DLCI

Поле DLCI занимает 10 бит в заголовке кадра. В это поле коммутатор FR помещает идентификатор, используя который получатель кадра может правильно интерпретировать содержимое поля полезной нагрузки.

Биты FECN и BECN

Биты FECN и BECN обеспечивают функционирование процедуры явного указания о возникновении перегрузки Explicit Congestion Notification. Эта процедура является одним из двух механизмов, которые обеспечивают возможность управления процессом передачи данных в сети Frame Relay. Ситуация перегрузки в сети Frame Relay может возникнуть в том случае, когда один из компонентов (коммутатор FR) начинает получать больше кадров, чем он способен обработать и отправить. Для предотвращения дальнейшего усугубления этого положения коммутатор формирует в кадрах, которые он передает в направлении основного источника входящих кадров признак BECN (Backward Explicit Congestion Notification). Предполагается, что в ответ на получение этого признака источник должен уменьшить поток формируемых кадров в данном направлении. В кадрах, которые передаются в направлении получателя пакетов, коммутатор формирует признак FECN (Forward Explicit Congestion Notification). Этот признак информирует получателя информации о возможности возникновения аварийной ситуации в текущем процессе передачи данных.

Бит DE

Бит DE (Discard Eligibility) используется для обеспечения функционирования второго механизма управления потоком данных в сетях Frame Relay. Описание этого механизма будет приведено ниже. Битом DE помечаются кадры, которые при возникновении ситуации перегрузки на коммутаторе FR должны быть уничтожены в первую очередь.

Поле полезной нагрузки

Поле полезной нагрузки в кадре Frame Relay имеет переменную длину и предназначено для переноса блоков данных протоколов верхних уровней.

Поле FCS

Содержит 16-ти разрядную контрольную сумму всех полей кадра Frame Relay за исключением поля «флаг».

Параметры качества обслуживания Frame Relay

Согласованная информационная скорость

Значение CIR определяется для каждого PVC пользователя. Согласованная информационная скорость — это максимальная скорость, с которой пользователь может обеспечивать информационный обмен по отдельному каналу PVC. Сумма значений CIR всех PVC пользователя не должна превышать 75-80 процентов пропускной способности физического канала провайдера.

Гарантированный объем и интервал неравномерности трафика

Данный параметр услуги предназначен для определения временного интервала допустимой неравномерности трафика пользователя Tc в соответствии с формулой:

Таким образом, значение Bc определяет максимальный объем данных пользователя, который может быть передан без потерь за период Тс.

Не гарантированный объем передаваемых данных

Значение Be определяет величину предельного увеличения трафика пользователя для конкретного виртуального канала PVC. Кадрам пользователя, которые образовали добавку Be к согласованному значению Bc, присваивается признак DE, что означает их удаление при возникновении перегрузок в сети.

Сигнализация и управление вызовами в сетях Frame Relay

Использование технологии Frame Relay в качестве универсальной транспортной среды вызвало необходимость разработки дополнительных спецификаций, которые обеспечивали более гибкое управление ресурсами PVC и SVC в сети Frame Relay. Одной из первых таких спецификаций была спецификация LMI.

Cпецификация LMI

Спецификации ANSI и ITU-T

Источник

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library

Персональные инструменты

Сеть Frame Relay

Содержание

Стек протоколов сети Frame Relay

Поддержка качества обслуживания

По запросу пользователя при установлении каждого виртуального соединения определяются несколько параметров трафика, связанных со скоростью передачи данных и влияющих на качество обслуживания QoS в части минимизации вероятности потерянных кадров.

Параметры QoS, связанные с задержками и вариациями задержек, стандартами Frame Relay, не оговариваются, так как изначально технология разрабатывалась только для передачи трафика данных, который не чувствителен к задержкам. Интервал времени Т является согласованным интервалом измерения скорости передачи информации и вычисляется T = B c C I R <\displaystyle

Например, если Bc=128 кбит, а CIR=64кбит/с, то Т=2 сек. Для сети передачи данных характерен пульсирующий характер, который выражается отношением максимального потока данных к среднему за определенное время. Эта величина может достигать 100:1.

Можно задать значения CIR и Т, тогда производной величиной станет величина всплеска трафика Вс. Основным параметром, по которому абонент и сеть заключают соглашение при установлении виртуального соединения, является согласованная скорость передачи данных. Для постоянных виртуальных каналов ПВК это соглашение является частью контракта на пользование услугами сети. При установлении коммутируемого виртуального канала соглашение об обслуживании заключается автоматически с помощью протокола Q.931 – требуемые параметры CIR, Bc и Be передаются в пакете запроса на установление соединения. Так как скорость передачи данных измеряется на каком-то интервале времени, то интервал T и является таким контрольным интервалом, на котором проверяются условия соглашения. В общем случае пользователь не должен за этот интервал передать в сеть данные со средней скоростью, превосходящей CIR. Если же он нарушает соглашение, то сеть не только не гарантирует доставку кадра, но помечает этот кадр признаком DE (Discard Eligibility), равным 1, то есть как кадр, подлежащий удалению. Однако кадры, отмеченные таким признаком, удаляются из сети только в том случае, если коммутаторы сети испытывают перегрузки. Если же перегрузок нет, то кадры с признаком DE=1 доставляются адресату. Такое щадящее поведение соответствует случаю, когда общее количество данных, переданных пользователем в сеть за период T, не превышает объема Bc+Be. Если же этот порог превышен, то кадр немедленно удаляется из сети. Рисунок 2 иллюстрирует случай, когда за интервал времени T в сеть по виртуальному каналу поступило 5 кадров. Средняя скорость поступления информации в сеть составила на этом интервале R бит/с и она оказалась выше CIR. Кадры F1,F2 и F3 доставили в сеть данные, суммарный объем которых не превысил порог Вс, поэтому эти кадры ушли дальше транзитом с признаком DE=0. Данные кадра F4, прибавленные к данным кадров F1,F2 и F3, уже превысили порог Bc, но еще не превысили порога Bc+Be, поэтому кадр F4 также ушел дальше, но уже с признаком DE=1. Он подлежит удалению только при перегрузке. Данные кадра F5, прибавленные к данным предыдущих кадров, превысили порог Bc+Be, поэтому этот кадр удаляется из сети, даже при отсутствии перегрузки.

В технологии Frame Relay определен еще и дополнительный (необязательный) механизм управления кадрами. Это механизм оповещения конечных пользователей о том, что в коммутаторах сети возникли перегрузки (переполнение необработанными кадрами). Бит FECN (Forward Explicit Congestion Bit) кадра извещает об этом оконечное устройство принимающей стороны. На основании значения этого бита принимающая сторона должна с помощью протоколов более высоких уровней известить передающую сторону о том, что та должна снизить интенсивность отправки пакетов в сеть. Бит BECN (Backward Explicit Congestion Bit) извещает передающую сторону о перегрузке и является рекомендацией немедленно снизить темп передачи. В этом случае сетевое устройство (узел коммутации), возле которого возникла перегрузка, устанавливает в кадре бит BECN, а затем отправляет такой кадр узлам коммутации, которые стали причиной перегрузки. Эти узлы коммутации снижают поток кадров, поступающих в место перегрузки. Бит BECN обычно отрабатывается на уровне устройств доступа к сети. Frame Relay не требует от устройств, получивших кадры с установленными битами FECN и BECN, немедленного прекращения передачи кадров в данном направлении, как того требуют кадры RNR сетей X.25. Эти биты должны служить указанием снижения темпа передачи пакетов. Так как регулирование потока и принимающей и передающей сторонами инициируется в разных протоколах по-разному, то разработчики протоколов Frame Relay учли оба направления снабжения предупреждающей информацией о перегрузке в сети. В общем случае биты FECN и BECN могут игнорироваться. Но обычно устройства доступа к сети FRAD (Frame Relay Access Device) отрабатывают, по крайней мере, признак BECN.

Типы виртуальных каналов в сети FR

Так же, как и в сети X.25, сеть FR поддерживает как постоянные виртуальные каналы ПВК (PVC), так и коммутируемые КВК (SVC). В таблице 1 приведены области предпочтительности каналов PVC и SVC. Как видно из таблицы выбор зависит от параметров трафика (интенсивность потоков и модель потоков) и топологии сети (уровня связности).

Установление коммутируемого виртуального канала

Опишем процесс установления КВК.

Виртуальная частная сеть на основе сети Frame Relay

Стандарт ITU-T G.1000 (SLA)

Ниже приведено краткое содержание всех наименований матрицы по вертикали и горизонтали.

8.Передача информации: все мероприятия, начиная с момента установления соединения и до момента разрыва соединения любой из сторон. 9.Разрыв соединения: все мероприятия, связанные с запросом на разрыв установленного соединения и до момента восстановления системы для последующего использования. 10.Денежные расчеты: все мероприятия, связанные с оплатой и расчетами за оказанные пользователю услуги. 11.Управление сетью/службой со стороны пользователя: все мероприятия, связанные с отслеживанием пользователем предварительно согласованных изменений в услугах.

Таблица задумана как шаблон для сбора сведений о QoS для любой услуги. Для облегчения пользования таблицей и получения более однородных ответов ниже приведено краткое описание рекомендуемого содержания некоторых ячеек матрицы. Из приведенного выше содержания матрицы по горизонтали и вертикали следует, что характеристики SLA охватывают весь процесс связи, начиная с заключения контракта и кончая штрафами при эксплуатации. Матрица для сбора требований к качеству обслуживания со стороны пользователя разработана в качестве шаблона. Для обеспечения однородности в рекомендации ITU-T G.1000 приведено содержание ячеек матрицы (т.е. на пересечении горизонтали и вертикали таблицы). Например, ячейка 8-V соответствует характеристике качества передачи информации в части критерия безопасность. В рекомендации ITU-T G.1000 эта ячейка характеризует требования пользователя к конфиденциальности информации во время ее передачи. Ячейка 10-V содержит требования о защите от угроз безопасности операций по расчетам между оператором/провайдером и пользователем. Ячейка 3-VI характеризует легкость и удобство внесения поставщиком услуг изменений, вносимых в услугу. Ячейка 5-II характеризует правильности и полноту устранения неисправности.

Соглашение об уровне обслуживания сети Frame Relay

Для службы передачи данных сетей связи более современных технологий (например, сети АТМ) в качестве основного показателя обслуживания пользователей принято значение вероятности потерь информационных блоков данных. В сетях передачи данных Frame Relay, так же как и в сети Х.25 международными организациями по стандартизации не предусмотрено выполнение требований пользователей по этому показателю качества обслуживания. В то же время международной организацией ITU-T разработан стандарт Е.860, в котором определено качество обслуживания как «степень соответствия качества, предоставляемого пользователю поставщиком услуг, по согласованию между ними». Этот документ был разработан в 2002 году, т.е. значительно позже появления в эксплуатации сетей Frame Relay и Х.25. Тем не менее, на этапе начала эксплуатации сетей FR международный Форум Frame Relay разработал в 1999 году положения для сети FR о гарантии провайдером некоторых параметров качества обслуживания. Эти положения явились первым опытом, который послужил в дальнейшем более глубокой проработки для других сетей связи положений о письменном соглашении (контракте) об уровне обслуживания SLA (Service Level Agreements). Составление SLA предусматривает согласование компенсаций (штрафы) пользователю сети при невыполнении гарантий поставщиком. Возможны разнообразные формы этих компенсаций. Для этой цели предусматриваются определенные средства мониторинга. Ниже приведем те показатели SLA, которые подлежали согласованию для сетей FR.

Коэффициент доставки (вероятность потери) кадров

Доступность сети (коэффициент готовности сети)

CPE (Customer Provider Equipment) – оборудование, установленное у клиента (в офисе, на предприятии, дома): маршрутизаторы, учрежденческая ATC, автоответчик, устройство для подключения цифровой линии от провайдера и др.

Доступность каналов PVC (коэффициент готовности PVC)

Многих пользователей интересует не только доступность сети в целом, но и доступность отдельных каналов PVC. Включение в соглашение SLA соответствующего пункта позволяет обеспечить нужные параметры связи между отдельными узлами или для потоков определенных форматов. Доступность канала PVC Frame Relay «из точки в точку» определяется как отношение времени, в течение которого этот канал способен передавать данные, ко времени проведения измерений. Доступность канала в течение месяца рассчитывается по следующей формуле: (24 часа * количество дней в месяце – время простоя PVC – исключенное время)/(24 часа * количество дней в месяце – исключенное время) В табл. 3 приведены компоненты канала PVC, которые учитываются и не учитываются при нахождении времени простоя.

Реальная польза от показателя доступности каналов PVC состоит в возможности ее регулирования в зависимости от потоков, проходящих по каналам. Каналам с менее важными потоками назначается низкая доступность, что позволяет достичь определенной экономии.

Задержка в канале PVC

Для пользователя важны не только доступность сети и ее компонентов, но и скорость передачи данных. Во многих соглашениях SLA Frame Relay имеется пункт о задержках в сети. Для потоков, чувствительных к задержкам, минимизация этого параметра очень важна. Задержка в канале PVC определяется как время, необходимое кадру для прохождения по каналу «из точки в точку» и обратно (часто это называется задержкой с подтверждением приема). Измерение может проводиться от точки к точке, между линиями раздела, с учетом средств локального доступа. Возможны измерения между коммутаторами, в пределах сети провайдера. Некоторые провайдеры усредняют задержку за день, неделю или месяц, указывая в соглашении минимальное значение. В табл. 4 приведены примеры составляющей задержки.

В число показателей качества обслуживания QoS значение задержки не входит в стандартах протоколов FR. Тем не менее, многие производители поддерживают передачу речи по сети FR. Уменьшение задержек достигается за счет приоритезации речевого трафика и использования достаточно больших скоростей передачи на магистральных линиях связи. Для уменьшения задержек на низкоскоростных каналах связи применяется уменьшение максимального размера кадров неречевого трафика (фрагментация). Это позволяет избежать задержек, связанных с нахождением в очереди на передачу очень длинных кадров в целях уменьшения задержки. Обратим внимание, как было отмечено выше, в состав сообщения SETUP при установлении коммутируемого виртуального канала входит параметр максимального размера кадра в данном виртуальном соединении. Отметим, что согласно стандарту максимальный размер поля данных кадра FR составляет 4056 байт. Для передачи речи по сетям FR разработаны соответствующие стандарты, в частности, стандарты форума Frame Relay.

Особенности сети Frame Relay по сравнению с сетью Х.25

Перечислим на основании приведенного выше материала особенности сети FR по сравнению с сетью Х.25.

Источник