Мережі Frame Relay

     Ідея, яка лежить в основі Frame Relay заключається в тому, щоб надати користувачам можливість обмінюватися інформацією між двома DTE пристроями через DCE. На рисунку зображено все необхідне для того, щоб два DTE – пристрою могли встановити зв’язок один з одним.

     Ось як це все проходить:

1. Мережеве обладнання користувача відправляє деякий кадр в локальну мережу. В заголовку цього кадру вказується апаратний адрес маршрутизатора (шлюз по замовчуванню).
2. Маршрутизатор отримує цей кадр, вилучає з нього пакет після чого відкидає кадр. Після відкидання кадру він знаходить IP-адрес отримувача, який знаходиться в середині пакету і по таблиці маршрутизації намагається визначити, яким чином можна добратися до мережі отримувача.
3. Потім маршрутизатор відправляє данні через інтерфейс, який як йому здається дозволить знайти видалену мережу. Якщо ж маршрутизатор не в змозі знайти потрібну йому мережу в своїй таблиці маршрутизації, то він відкидає весь пакет. По скільки в даному випадку це буде послідовний інтерфейс, інкапсульований для Frame Relay, то маршрутизатор відправить пакет в адрес мережі Frame Relay у вигляді інкапсульованого кадра для Frame Relay. Він добавить в нього DLCI-номер, який відповідає даному послідовному інтерфейсу. DLCI визначає номер віртуального каналу PVC або SVC, який веде до маршрутизатора і комутатора, який входить в склад мережі Frame Relay.
4. Пристрій обслуговування каналу - (Channel Service Unit, CSU) та пристрій обслуговування даних - (Data Service Unit, DSU) отримують цифровий сигнал і перетворюють його в ту систему цифрових сигналів, яка буде зрозуміла комутатору PSE (Packet Switching Exchange – обмін комутуючих пакетів). PSE отримує цифровий сигнал і витягує отримані по лінії зв’язку одиниці і нулі.

     CSU/DSU зв’язаний з демаркаційною (demark) лінією, встановленою провайдером мережевих послуг. Демаркаційною лінією зазвичай служить проста розетка RJ-48S, яка встановлюється неподалік від маршрутизатора CSU/DSU

5. Демаркаційна лінія зазвичай представляє собою виту пару, яка з’єднується з локальною петлею. Локальна петля з’єднується з найближчим центральним офісом (Central Office).
6. СО отримує кадри і пересилає їх через «хмару» Frame Relay отримувачу. Ця «хмара» може складатися з десятків комутуючих офісів. СО намагається визначити IP-адресу і DLCI-номер . Зазвичай вдається визначити DLCI-номер видаленого пристрою із відповідної таблиці IP і DLCI. Для Frame Relay такі таблиці створюються статично провайдером послуг, але можуть створюватися маршрутизатором і динамічно за допомогою IARP (Inverse Address Resolution Protocol – протокол динамічного зворотного перетворення адрес).
7. Після того, як кадр досягає комутуючого офісу він одразу посилається в локальну петлю. Кадр проходить демаркаційну лінію і CSU/DSU. Маршрутизатор в свою чергу витягує з кадру пакет, або дейтаграму і вміщує цей пакет в новий кадр – кадр локальної мережі, який і доставляється отримувачу. Рухаючись по локальній мережі кадр буде мати в своєму заголовку кінцевий апаратний адрес відправника. Цей адрес вилучається з ARP-кешу.

     РОЗДІЛ 2. ОПИС ТЕХНОЛОГІЇ FRAME RELAY 

     2.1 Структура мережі Frame Relay

     Протокол  ретрансляції фреймів забезпечує пакетно-комутуючий обмін даними, який проходить по інтерфейсу між пристроями користувача (такими як маршрутизатори, мости і хости) і мережевим обладнанням (такими як комутуючі вузли).

     Як  було сказано раніше, пристрої користувача  називають (Data Terminal Equipment, DTE ), а мережеве обладнання, взаємодіюче з DTE, називається завершеним обладнанням каналу даних (Data Circuit-Terminating Equipment, DCE). 

     2.2 Технологія передачі даних з використанням VC

     FR допускає змінну довжину кадру - від кількох байтів до 2000 байт. Гнучка зміна довжини кадру дає змогу налаштовуватися до зміни навантаження. З іншого боку, вона призводить до змінної затримки у передаванні інформації та неможливості роботи з ізохронними потоками (відео та аудіо інформація).

     Frame Relay використовує сталі віртуальні канали (Permanent Virtual Chennel, РVС). У випадку розірвання зв'язку Frame Relay автоматично перемаршрутизовує сполучення. РVС автоматично виділяються під час приєднання до мережі. Перед початком сполучення користувачу забезпечують:

• Гарантовану швидкість передавання інформації (Commited Information Rate, СІR) – швидкість з якою мережа буде передавати дані користувача.
• Гарантовану величину пульсації (Committed Burst Size, Вс) – максимальна кількість байтів, яке мережа буде передавати від даного користувача за інтервал часу Т, називаємий часом пульсації, дотримуючись гарантованої швидкості передавання СІR.
• Допоміжна величина пульсації (Excess Burst Size, Ве) – максимальна кількість байтів, які мережа буде пробувати передавати з зверх встановленого значення Вс за інтервал часу Т.

     Якщо  приведені вище величини відомі, то час Т визначається наступною  формулою: T=Bc/CIR

     Основним параметром по якому абонент і мережа заключає згоду при з’єднанні віртуального каналу, являється гарантована швидкість передачі даних. Для постійних віртуальних каналів ця згода являється частиною контракту на користування послугами мережі. При встановленні з’єднання комутуючого віртуального каналу (Switching Virtual Chennel, SVC) згода про якість обслуговування заключається автоматично. Потрібні параметри передаються в пакеті запиту на встановлення з’єднання.

     Швидкість передачі даних вимірюється на контрольному інтервалі часу Т, на якому провіряються умови згоди. Тобто користувач не повинен в цьому інтервалі  передавати в мережу дані з середньою швидкістю більшою за СІR . Якщо ж користувач порушує умови згоди, то мережа не гарантує доставку кадру і помічає цей кадр признаком готовності до видалення – DE=1. Однак такі кадри помічені такою ознакою видаляються із мережі в тому випадку, коли комутатори мережі перенавантажені. Якщо перенавантаження немає, то кадри з признаком DE=1 доставляються адресату.

     Така  поведінка мережі відповідає випадку, коли загальна кількість даних переданих  користувачем в мережу за період Т, не перевищує значення Вс+Ве. Якщо ж цей поріг перевищений то кадр не помічається ознакою DE, а не гайно видаляється.

     Рисунок показує випадок, коли за інтервал часу Т в мережу по віртуальному каналу поступило 5 кадрів. Середня швидкість надходження даних в мережу на цьому інтервалі складає R біт/с і вона виявилась більша за СІR. Кадри F1, F2 і F3 доставили в мережу дані, загальна сума, яких не перевищила порогу Вс, тому ці кадри пішли далі з ознакою DE=0. Дані кадру F4, добавлені до даних кадрів F1, F2 і F3 уже перевищили поріг Вс, але ще не перевищили порогу Вс+Ве, тому кадр F4 також пішов далі, але уже з ознакою DE=1. Дані кадру F5 добавлені до попередніх кадрів, перевищили поріг Вс+Ве, тому цей кадр був видалений із мережі. 
 
 

     2.3 Основні принципи  роботи Frame Relay 

     2.3.1 VC, ідентифікація VC

     Кожне з’єднання PVC і SVC ідентифікується за допомогою ідентифікатора каналу передачі даних (Data-Link Control Identifier, DLCI). DLCI схожий на телефонний номер. Різниця полягає в тому, що сфера його дії обмежується тільки локальною ділянкою мережі. Завдяки цьому різні маршрутизатори в мережі можуть повторно використовувати той самий DLCI, що дозволяє мережі підтримувати велику кількість віртуальних каналів. Таблиці перехресних з’єднань (cross-connect tables) поширювані між всіма комутаторами Frame Relay в мережі, встановлюються між вхідними і вихідними DLCI.

     На  рисунку зображено три уявних PVC, один між Штаб-квартирою і Регіональним центром 1, другий між Штаб-квартирою і Регіональним центром 2 і третій між Регіональним центром 1 і Регіональним центром 2. Для ссилки на свій PVC з Штаб-квартирою, Регіональний центр 1 використовує DLCI 15, в той же час Штаб-квартира використовує для цієї ж цілі DLCI 25. Для ссилки на свій PVC з Штаб-квартирою, Регіональний центр 2 використовує DLCI 12, в той же час Штаб-квартира використовує для цієї ж цілі DLCI 25. Аналогічно це проходить і для третєго уявного PVC. [1,5]. 

     2.3.2 Структура FR-кадра

     Структура кадру Frame Relay показана на рис.

• “Прапорець” – вказує на початок і кінець кадру і починається з такою послідовністю 01111110. Для запобігання випадкової імітації послідовності “Прапорець” в середині кадру при передачі провіряє вміст між двома прапорцями і після кожної послідовності, яка складається із п’яти ідучих підряд бітів “1” вставляється біт “0” Ця процедура називається Bit Stuffing. Вона є обов’язковою при формуванні любого кадру Frame Relay, при отриманні ці біти “0” відкидаються.
• “Дані” – поле змінної довжини, вміщує в собі інкапсульовані дані протоколів верхніх рівнів.
• “FCS” (Frame Check Sequence) — перевірочна послідовність кадру, використовується для забезпечення цілісності передаючих даних.

     “Заголовок” – вказує довжину адресного поля. Заголовок протоколу ретрансляції фреймів мають довжину 2 байта. Восьмий біт кожного байта адресного поля використовується для вказання адреси. Структура заголовка FR-кадру показана на рис.

• “DLCI” (Data Link Connection Identifier) — ідентифікатор канального з’єднання складається із 10 бітів, що дозволяє використати до 1024 віртуальних з’єднаннь.
• “CR” (Command / Response) — переносить признак команди Command, або відповіді Response.
• “EA” (Extended Address – розширений адрес). Якщо біт розширення адреса встановлений в нуль, то признак називається ЕА0 і означає, що в наступному байті знаходиться продовження поля адреса, а якщо біт розширення адреса встановлений в одиницю, то поле називається ЕА1 і означає закінчення поля адреса.
• “FECN” (Forward Explicit Congestion Notification) – пряме явне повідомлення про перенавантаження.
• “BECN” (Backward Explicit Congestion Notification) – зворотне явне повідомлення про перенавантаження.
• “DE” (Discard Eligibility) – ознака готовності до видалення. Якщо DE=1, то ці кадри можуть бути видалені лише в тому випадку коли комутатори мережі перенавантажені.

2.3.3 Взаємодія DLCI з IP-адресою (Invers - ARP)

     Inverse Address Resolution Protocol (протокол рішення  адрес) - мережний протокол канального рівня призначений для перетворення IP-адрес (адрес мережного рівня) в MAC-адреси (адреси канального рівня) у мережах TCP/IP. Цей протокол в основному використовується в Frame Relay і АТМ.

     ARP протокол - дуже розповсюджений і  надзвичайно важливий протокол. Кожний вузол мережі має дві  адреси: фізичну адресу і логічну адресу. У мережі Frame Relay для ідентифікації відправника і отримувача інформації використовується обидві адреси. Інформація відправлена від одного комп'ютера іншому по мережі містить у собі фізичну адресу відправника, IP-адресу відправника, фізичну адресу одержувача і IP-адресу одержувача. ARP-Протокол забезпечує зв'язок між цими двома адресами. Існує чотири типи ARP-Повідомлень:

• ARP-запит (ARP request)
• ARP-Відповідь (ARP reply)
• RARP-Запит (RARP-request)
• RARP-Відповідь (RARP-reply).

     Локальний хост за допомогою ARP-Запиту запитує фізичну адресу хоста-отримувача. Відповідь (фізична адреса хоста-отримувача) приходить у вигляді ARP-Відповіді. Хост-отримувача, разом з відповіддю, шле також RARP-Запит, адресований відправникові, для того, щоб перевірити його IP-адрес. Після перевірки IP-адреса відправника починається передача пакетів даних. Перед тим, як створити підключення до якого-небудь пристрою в мережі IP-Протокол перевіряє свій ARP-Кеш, щоб з'ясувати, чи не зареєстрована в ньому вже потрібна для підключення інформація про хост-отримувача. Якщо такого запису в ARP-Кеші не має, то виконується широкомовний ARP-Запит. 

     2.4 Розширення Frame Relay – LMI

     Як  ми вже говорили в 1990 році компанія Cisco, Digital Equipment Corporation, Northern Telecom і StrataCom утворили консорціум метою, якого був розвиток технології Frame Relay. Ця група виробників взяла за основу протокол Frame Relay схвалений комітетом СС1ТТ і добавила до нього розширення, яке позволяє пристроям між мережевої взаємодії оптимально обмінюватися даними в мережі Frame Relay.

     Ці  рішення називаються інтерфейсом локального управління (Local Management Interface — LMI) дозволяють DTE – пристроям мережі Frame Relay (наприклад, маршрутизаторам) спілкуватися з DCE – пристроями і виконувати обмін службовою інформацією, яка використовується для передачі між мережного трафіку по глобальній мережі Frame Relay. Повідомлення LMI представляють собою інформацію про значення DLCI і їх характер (локальні чи глобальні), а також про стан віртуальних каналів.

     Специфікація протоколу Frame Relay також включає в себе процедури розсилки LMI. Повідомлення LMI розсилаються в фреймах, розрізняючись один від одного – індивідуальними LMI – ідентифікаторами (DLCI) визначеними в специфікації консорціуму, як DLCI=1023. Формат LMI – кадру зображений в таблиці.