Obsah

Úvod
Vývoj sítí Frame Relay
Základní pojmy
Formát rámce

Úvod

Frame Relay je technologie, která slouží k přenosu dat přes rozlehlé (WAN) sítě. Přenášená data jsou rozdělena na rámce (frame), a každý rámec je opatřen informací o tom, kam má být doručen. Potom je každý rámec samostatně přenášen ke svému cíli.

V referenčním modelu OSI pokrývá síť Frame Relay fyzickou a spojovou vrstvu. Na fyzické vrstvě se skládá ze síťových zařízení, označovaných jako Frame Relay Switche a z datových linek mezi nimi. K okrajům sítě jsou připojena uživatelská zařízení. To je nejčastěji směrovač připojující lokální síť nebo tzv. FRAD - Frame Relay Access Device. Příklad sítě je vyobrazen na obrázku 1.



Obr.1 Síť Frame Relay

Síť Frame Relay je sítí s přepínáním paketů (packet switching network). Pro ekonomické sdílení přenosových kanálů mezi více uživatelů používá statistické multiplexování. To znamená že rámce jsou na přenosové médium předávány tak jak přicházejí, bez pevně definovaných časových slotů.

Vývoj sítí Frame Relay

Předchůdcem protokolu Frame Relay na veřejných datových sítích byl protokol X.25. Ten byl navržen v době, kdy přenosové trasy trpěly značnou nespolehlivostí. Proto byl při jeho návrhu kladen velký důraz na mechanismy zajišťující spolehlivé doručování paketů a řízení toku dat. To však vedlo ke značné složitosti protokolu a také k jeho velké režii.

Mezitím získaly WAN linky daleko vyšší spolehlivost a menší bitovou chybovost a požadavky na rychlost přenosu dat značně vzrostly. Objevila se potřeba jednoduchého a výkonného přenosového protokolu. Tím se stal protokol Frame Relay, jehož vývoj začal v 80.letech minulého století.

První návrh Frame Relay protokolu vznikl v organizaci CCITT roku 1984. Zpočátku se však nedočkal širšího uplatnění. V roce 1990 vzniklo konzorcium firem Cisco, DEC, Northern Telecom a StrataCom které přišlo s vlastní implementací a navíc s rozšířením původního protokolu navrženého CCITT, označovaným jako LMI (Local Management Interface). Tehdy se k podpoře standardu přidali další výrobci. CCITT a ANSI vydaly své vlastní verze LMI rozšíření. Mezinárodně byl Frame Relay standardizován organizacemi ITU-T a ANSI. Z dříve zmíněného konzorcia čtyř firem vzniklo sdružení výrobců nazývané Frame Relay Forum, které také vydává standardy popisující funkci Frame Relay sítí.

Tento složitý vývoj vedl k existenci několika různých standardů. S tím je třeba počítat při navrhování sítě. Buď musíme používat všechna zařízení od jednoho výrobce nebo taková, která podporují mezinárodně standardizované verze protokolu. Naštěstí mnoho zařízení dovoluje požadovanou verzi protokolu nakonfigurovat.

Základní pojmy

Zařízení připojené k libovolné WAN síti můžeme rozdělit do dvou základních kategorií. Jsou to zařízení typu DTE jsou zařízení využívající datovou síť a obvykle patří zákazníkovi. Příkladem může být směrovač nebo počítač.
DCE jsou koncová zařízení poskytovatele datové sítě. Může to být modem, DSU/CSU jednotka zakončující digitální datový okruh nebo Frame Relay switch.

Síť Frame Relay je spojově orientovanou sítí. To znamená, že dříve než bude možné komunikovat, musí být vytvořen virtuální okruh. Virtuálním okruhem rozumíme logické spojení mezi DTE zařízeními, které je označeno identifikátorem, nazývaným DLCI (Data Link Connection Identifier). Jednou fyzickou linkou mezi DTE zařízením a sítí může procházet několik virtuálních okruhů, každý z nich zakončený na jiném protějším DTE zařízení. Virtuální okruh prochází přes libovolný počet DCE zařízení (switchů), tvořících Frame Relay síť.

Virtuální okruhy mohou být dvou typů : PVC (Permanent Virtual Circuit) nebo SVC (Switched Virtual Circuit).

Permanentní okruhy - PVC

Permanentní okruhy jsou natrvalo zřízeny správcem (poskytovatelem) WAN sítě. Existují stále bez ohledu na to, zda se jimi právě přenášejí nějaká data. Každý PVC okruh začíná a končí na některém DTE zařízení a je identifikován hodnotou DLCI identifikátoru. Bývají k němu přiřazeny určité parametry kvality služby, poskytované tímto okruhem.

PVC okruhy jsou jednoduché a ve Frame Relay sítích velmi často používané. Vyžadují však při návrhu pečlivé plánování založené na znalosti datových toků v navrhované síti.

Přepínané okruhy - SVC

Druhou možností vytváření virtuálních okruhů je jejich automatické sestavení až při požadavku na přenos dat. K tomu se používají signalizační protokoly podle standardu Q.933, kterými DTE zařízení požádá síť (t.j. nejbližší DCE zařízení) o sestavení dočasného spojení. Po skončení přenosu dat SVC okruh automaticky zaniká.

SVC okruh tedy prochází čtyřmi funkčními stavy :

DLCI - Data Link Connection Identifier

Každý virtuální okruh musí být nějak označen. K tomu se používá desetibitové číslo nazývané DLCI. To jednoznačně identifikuje okruh začínající v dané lokalitě. Identifikátory DLCI mají pouze lokální význam a mohou se v síti opakovat. Z hodnoty DLCI a lokality kde okruh začíná je tedy možné určit, kam tento okruh vede. Hodnota DLCI se při průchodu Frame Relay přepínači mění. Proto má většina virtuálních okruhů na každém konci jiné DLCI. Příklad sítě s vyznačenými virtuálními okruhy a jejich DLCI je na obrázku 2.



Obr.2 Virtuální okruhy a DLCI

Hodnotu DLCI pro PVC okruhy přiřazuje poskytovatel sítě. Některé DLCI jsou vyhrazeny pro účely signalizace, pro uživatelské okruhy se používá rozsah 16 až 1007.

Oprava chyb a řízení toku dat

Protože se Frame Relay síť obvykle provozuje na datových linkách s vysokou spolehlivostí, nepoužívá žádnou metodu opravy chyb. Každý rámec je zabezpečen CRC kódem a pokud tento odhalí poškození rámce při přenosu, je chybný rámec zahozen. O opakované vyslání zahozených dat se musí postarat protokol vyšší vrstvy, například TCP. Tím bylo dosaženo žádoucí nízké režie protokolu.

Pro řízení toku dat se používá jednoduchý mechanismus, který může pomocí příznakových bitů v hlavičce rámce informovat odesílatele nebo příjemce, že v průběhu přenosu došlo v některém místě sítě k přetížení. Tomuto mechanismu se budeme blíže věnovat v dalším textu.

Formát rámce

Rámec protokolu Frame Relay je znázorněn na obrázku 3.



Obr.3 Formát rámce

Každý rámec začíná značkou (flag), která slouží k identifikaci začátku rámce. Formát této značky je binárně 01111110. Šest za sebou následujících jedniček se nesmí vyskytnout na jiném místě rámce než v počáteční nebo koncové značce. Pokud by se šest jedniček mělo objevit v přenášených datech, dojde po páté jedničce k automatickému vložení nuly. Na přijímací straně je nula zase samočinně odstraněna. Tahle technika se někdy nazývá bit stuffing. Pokud se na datovém okruhu právě nepřenášejí žádné rámce, nepřetržitě se vysílají značky.

Za počáteční značkou následuje dvoubajtová hlavička Frame Relay rámce. V ní je nejdůležitější položkou desetibitový DLCI identifikátor. Je rozdělený na dvě části délky 6 a 4 bitů. Bit C/R (Command/Response bit) slouží pro účely vyšších vrstev protokolů. Bity EA (Extended Address) nám hodnotou 0 říkají, že bude následovat další bajt hlavičky, v posledním (tedy druhém) bajtu hlavičky má EA bit hodnotu 1. To nám umožňuje v budoucích verzích protokolu pouhou změnou těchto bitů prodloužit hlavičku např. na tři nebo čtyři bajty. Bity FECN, BECN a DE se používají k řízení toku dat.

Za hlavičkou následuje datová část paketu, která může mít proměnnou délku. Maximální délka této části je 8kB.

Každý rámec je zakončen kontrolním součtem (FCS,Frame Check Sequence) a koncovou značkou. Pro tu platí totéž co pro počáteční značku.

Na obrázku 4 je část rámce Frame Relay, zachyceného protokolovým analyzátorem. Vidíte výše popsanou hlavičku rámce, za ní následuje pole FRF.3 (standard Frame Relay Fora pro multiprotokolovou enkapsulaci). Ten nám v položce NLPID (Network Layer Protocol ID) říká jaký protokol je v tomto rámci přenášen. Za ním je již běžná hlavička IP protokolu.


Frame Relay: Type: User-Data
Frame Relay: FCS: 0xF589
Frame Relay: Frame - Relay Header: 6225
Frame Relay: 000110..0101.... DLCI: 101
Frame Relay: ......0......... C/R
Frame Relay: .......0........ EA1
Frame Relay: ............0... FECN
Frame Relay: .............0.. BECN
Frame Relay: ..............0. DE
Frame Relay: ...............1 EA2
FRF.3: Control is UI
FRF.3: NLPID is IP
IP: Version = 4
IP: Total Length = 100
IP: Identification = 15
IP: Flags & Fragment Offset: 0x0000
IP:   .0.............. May Fragment
IP:   ..0............. Last Fragment
IP:   Fragment Offset = 0 [Bytes]
IP: Time to Live = 255 [Seconds/Hops]
IP: Protocol: 1 ICMP
IP: Header Checksum = 0xA585
IP: Source Address = 10.1.1.2
IP: Destination Address = 10.1.1.1
... atd ...

Obr.4 Hlavička rámce Frame Relay s IP paketem