Основы FRAME RELAY

Содержание

 

 

ВВЕДЕНИЕ                                                                                                                              2

 

ОСНОВЫ FRAME RELAY                                                                                                    2

 

трансляция  кадров                                                                                                                  4

 

fr и виртуальные  соединения                                                                                                3

 

топология сети fr                                                                                                                    5

 

формат  кадра  fr                                                                                                                     7

 

сквозная  коммутация                                                                                                            9

 

механизм  управления потоками                                                                                         9

 

концепция согласованной скорости передачи информации                                          10

 

интеграция  речи                                                                                                                13

 

средства  защиты от сбоев                                                                                                   15

 

недостатки технологии                                                                                                       16

 

ключевые документы fr                                                                                                     16

 

ПОЛОЖЕНИЕ СЕТЕЙ FRAME RELAY НА РЫНКЕ                                                     18

 

почему fr                                                                                                                               18

 

способы построения сети fr                                                                                                18

 

основные тенденции рынка                                                                                                19

 

ОБОРУДОВАНИЕ И КАНАЛЫ ДЛЯ СЕТЕЙ FRAME RELAY                                    22

 

основные критерии выбора оборудования                                                                       22

 

каналы для сетей fr                                                                                                             23

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                                                                  25

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ                                                                                                   26

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Все большие и большие объемы клиент-серверного трафика передаются по глобальным сетям. Трафик, порождаемый клиент-серверными приложениями, написанными для локально-сетевых сред, имеет, как правило, чрезвычайно неравномерный характер: значительная пропускная способность требуется в течение коротких интервалов времени. Передача такого трафика по выделенным линиям (TDM-коммутация) или по сети с временным разделением каналов (X.25-коммутация) не эффективна, поскольку большую часть времени доступная емкость расходуется впустую: временные слоты резервируются вне зависимости от того, передается информация или нет.

 

В то же время, рост компьютерных приложений, требующих высокоскоростных коммуникаций, распространение интеллектуальных ПК и рабочих станций, доступность  высокоскоростных линий передачи с  низким коэффициентом ошибок — все  это послужило причиной создания новой формы коммутации в территориальных сетях.

 

Основными требованиями к такой  технологии являются:

 

-высокая скорость:

 

-низкие задержки;

 

-разделение портов и

 

-разделение полосы пропускания  на основе виртуальных каналов.

 

TDM-коммутация каналов обладает первыми двумя характеристиками. X.25-коммутация пакетов — последними двумя.

 

Трансляция кадров, разработанная, как новая форма коммутации пакетов, как утверждается, обладает всеми  четырьмя характеристиками. Эта новая  технология носит название FRAME RELAY (FR).

 

Термин «Frame Relay» еще не нашел  устойчивого русского аналога. С  точки зрения принадлежности этого  метода ко множеству способов коммутации (коммутация сообщений, пакетов, каналов) можно было бы использовать словосочетание «коммутация кадров». Вместе с тем другой вариант — «трансляция кадров» — подчеркивает особенности архитектуры, направленные на ускорение обработки в узлах.

 

 

 

ОСНОВЫ FRAME RELAY.

 

Трансляция кадров.

Методология «трансляция кадров»  свойственна коммутационной технологии, определяющей интерфейс коммутации кадров (FRAME RELAY INTERFACE - FRI) с целью улучшения обработки (сокращения времени ответа) и уменьшения стоимости передачи из локальной сети в территориальную и высокоскоростных соединений между ЛВС. Технология FR требует:

 

n оконечных устройств, оснащенных  интеллектуальными протоколами  высоких уровней;

n виртуальных, свободных от ошибок  каналов связи;

 

n прикладных средств, способных  осуществлять различные передачи.

 

Данная технология не только очень  подходит для управления пульсирующими трафиками между ЛВС и между ЛВС и территориальной сетью, но и адаптируется для передачи такого чувствительного к передаче трафика, как голос.

 

 

FRAME RELAY И ВИРТУАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ.

 

Протокол FR использует структуру кадров переменной длины и работает только на маршрутах, ориентированных на установление соединения.

 

Виртуальное соединение — постоянное или коммутируемое (PVC или SVC) — необходимо установить прежде, чем два узла начнут обмениваться информацией.

 

PVC (permanent virtual circuits) — это постоянное соединение между двумя узлами, которое устанавливается вручную в процессе конфигурирования сети. Пользователь сообщает провайдеру FR-услуг или сетевому администратору, какие узлы должны быть соединены, и он устанавливает PVC между этими конечными станциями.

 

PVC включает в себя конечные  станции, среду передачи и все  коммутаторы, расположенные между  конечными станциями. После установки  PVC для него резервируется определенная  часть полосы пропускания, и  двум конечным станциям не требуется устанавливать или сбрасывать соединение.

 

Благодаря методу статистического  мультиплексирования, несколько PVC могут  разделять полосы одного канала передачи.

 

SVC (switched virtual circuits) устанавливается  по мере необходимости — всякий  раз, когда один узел пытается передать данные другому узлу.

 

SVC устанавливается динамически,  а не вручную. Для него стандарты  передачи сигналов определяют, как  узел должен устанавливать, поддерживать  и сбрасывать соединение.

 

PVC имеют два преимущества над SVC. Сеть, в которой используются SVC, должна тратить время на установление соединений, а PVC устанавливаются предварительно, поэтому могут обеспечить более высокую производительность. Кроме того, PVC обеспечивают лучший контроль над сетью, так как провайдер или сетевой администратор может выбирать путь по которому будут передаваться кадры.

 

Однако и SVC имеют ряд преимуществ  над PVC. Поскольку SVC устанавливаются  и сбрасываются легче, чем PVC, то сети, использующие SVC, могут имитировать  сети без установления соединений. Эта возможность оказывается полезной в том случае, если пользователь использует приложение, которое не может работать в сети с установлением соединений. Кроме того, SVC используют полосу пропускания, только тогда, когда это необходимо, а PVC должны постоянно ее резервировать на тот случай, если она понадобится. SVC также требуют меньшей административной работы, поскольку устанавливаются автоматически, а не вручную. И наконец, SVC обеспечивают отказоустойчивость: когда выходит из строя коммутатор, находящийся на пути соединения, другие коммутаторы выбирают альтернативный путь.

 

Предназначение этих соединений состоит  в расширении области применения FR на другие типы приложений, такие  как голос, видео и защищенные приложения Internet, помимо прочих. Однако в настоящее время SVC не получили широкого распространения, в силу сложности в реализации. Как следствие, PVC является наиболее распространенным режимом связи в сети FR.

 

 

ФОРМАТ КАДРА FRAME RELAY

 

Для транспортировки по сети FR, данные сегментируются в кадры. Один или несколько однобайтовых флагов служат для разделения кадров.

 

Кадр имеет различную длину, а заголовок коммутируемого кадра  содержит 10-битовый номер, идентификатор  соединения канала данных (Data Link Connection Identifier — DLCI).

 

 

СКВОЗНАЯ КОММУТАЦИЯ

 

По сравнению со своим предшественником, X.25, FR имеет значительные преимущества в производительности. Во время разработки X.25 соединения в глобальных сетях  создавались по большей части  на основе менее надежной аналоговой технологии. Поэтому, чтобы пакеты прибывали к получателю без ошибок и по порядку, X.25 требует от каждого промежуточного узла между отправителем и получателем подтверждения целостности пакета и исправления любой обнаруженной ошибки. Связь с промежуточным хранением замедляет передачу пакетов, так как каждый узел проверяет FCS каждого поступающего пакета и только затем передает его дальше. Таким образом, в сети с каналами низкого качества возникают нерегламентированные непостоянные по величине задержки передаваемых данных. Поэтому невозможно передавать по сетям X.25 чувствительный к задержкам трафик (например оцифрованную речь) с удовлетворительным качеством.

 

С появлением высоконадежных цифровых каналов такая проверка стала  излишней. Поэтому в FR, использование  которого подразумевает наличие цифровой инфраструктуры, не включены функции поиска и коррекции ошибок. Коммутаторы FR используют технологию сквозной коммутации, при которой каждый пакет направляется на следующий транзитный узел сразу же по прочтении адресной информации, что исключает неравномерные задержки. Если случается какая-либо ошибка, коммутаторы FR отбраковывают кадры. Функция  исправления ошибок возлагается на межконцевой протокол более высокого уровня (например TCP или SPX). При таком подходе накладные расходы по обработке в расчете на кадр снижаются, что значительно повышает пропускную способность и делает ее регламентируемой.

 

 

МЕХАНИЗМ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКАМИ.

 

Технология FR имеет специальный  механизм управления потоками, позволяющий  обеспечивать более гибкое мультиплексирование разнородного трафика.

 

Управление потоком — это  процедура регулирования скорости, с которой маршрутизатор подает пакеты на коммутатор. Если принимающий  коммутатор не в состоянии принять  еще какие-либо пакеты (например, из-за перегрузки), то при помощи данного протокола можно потребовать приостановить отправку пакетов с маршрутизатора и, после разгрузки, продолжить ее. Этот процесс гарантирует, что принимающему коммутатору не надо отбраковывать кадры. FR не поддерживает этот протокол в полной мере; если у коммутатора FR не достаточно буферного пространства для приема поступающих кадров, то он  отбраковывает кадры с установленным флагом DE — разрешение на отбраковку. Однако, маршрутизатор может инициализировать процедуру восстановления данных, что может привести к еще большему затору.

 

 

ИНТЕГРАЦИЯ РЕЧИ

 

Как уже было отмечено, технология FR позволяет использовать для передачи чувствительного к задержкам  трафика (речь и т. п.) механизм резервирования полосы канала, близкий к тому, который применяется при временном разделении каналов (подробно - см. предыдущие пункты), а для обычных данных — статистическое приоритетное мультиплексирование. Все это в совокупности с некоторыми другими механизмами (описанными в предыдущих пунктах) позволяет обеспечить постоянный темп передачи речевых пакетов.

 

Современное оборудование FR, помимо компрессии речи (в 10-15 раз), обычно реализует ряд  специальных алгоритмов ее обработки, которые позволяют в еще большей  степени использовать особенности  трансляции кадров.

 

Одним из механизмов является подавление пауз. Как правило, телефонные собеседники говорят  по очереди. При разговоре по обычному телефону с ‘молчащей’ стороны  передается специальный шумовой  сигнал. Кроме того, существуют паузы  между словами и предложениями. По статистике во время телефонных переговоров более 60% полосы пропускания канала используется на передачу тишины. При автоматическом определении отсутствия полезного сигнала всю полосу канала можно использовать для передачи данных. На приемной стороне в это время генерируется ‘розовый’ шум, для того чтобы у пользователя не создавалось впечатления ‘мертвой’ линии.

 

Еще одним  интересным механизмом является ‘переменная  скорость оцифровки’. Определяется наименьшая (базовая) скорость оцифровки, которая  обеспечивает минимально приемлемое качество передачи речи, и формируется поток ‘базовых’ кадров, а при наличии свободной полосы канала — ‘дополнительные’ пакеты, улучшающие качество речи. Такой алгоритм обработки телефонного трафика легко реализуется (подробно рассмотренными выше) средствами FR (использование флага DE в кадрах, передающих ‘дополнительную’ информацию, что дает возможность сети сбросить эти кадры в случае перегрузки).

 

Для передачи данных, помимо механизмов FR магистральной сети, на абонентской стороне задействованы дополнительные протоколы, в данном случае X.25. Они обеспечивают за счет повторной передачи пакетов, в которых обнаружены ошибки, гарантированное доведение данных на уровне абонент-абонент, то есть осуществляют функции протокола транспортного уровня семиуровневой модели взаимодействия открытых систем OSI

 

 

 

 

СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОТ СБОЕВ

 

Осуществление соединения по глобальной сети связано  с некоторой неопределенностью, т. к. вы не владеете этой сетью и, таким  образом, не имеете контроля над трактами. В подобных ситуациях соединения по глобальной сети, должны быть чрезвычайно отказоустойчивы. FR отвечает этому требованию благодаря обеспечению динамической ремаршрутизации в случае отказа PVC.