Технология Frame Relay История стандарта
Пакетная технология глобальных сетей Frame Relay появилась в конце 80-х годов в связи с распространением высокоскоростных и надежных цифровых каналов технологий PDH и SDH. До этого основной технологией глобальных сетей являлась технология Х.25, сложный стек которой был рассчитан на низкоскоростные аналоговые каналы, отличавшиеся к тому же высоким уровнем помех и, следовательно, ошибок в передаче данных. Особенностью Frame Relay является простота; освободившись от многих ненужных в современном телекоммуникационном мире функций, эта технология предоставляет только тот минимум услуг, который необходим для доставки кадров адресату. Вместе с тем разработчики технологии Frame Relay сделали важный шаг вперед, предоставив пользователям сети гарантию пропускной способности сетевых соединений — свойство, которое до появления Frame Relay технологии пакетных сетей стандартным способом не поддерживали.
Техника продвижения кадров
Технология Frame Relay основана на использовании техники виртуальных каналов, которую мы кратко рассмотрели в главе 3. Техника виртуальных каналов является компромиссом между неопределенностью дейтаграммного способа продвижения пакетов, используемого, например, в сетях Ethernet и IP, и жесткостью коммутации каналов, которая свойственна технологиям первичных и телефонных сетей.
Рассмотрим технику виртуальных каналов сетей Frame Relay на примере сети, изображенной на рис. 19.8.
Рис. 19.8. Продвижение кадров вдоль виртуальных каналов FR
Для того чтобы конечные узлы сети — компьютеры CI, С2, СЗ и сервер С4 — могли обмениваться данными, в сети необходимо предварительно проложить виртуальные каналы. В нашем примере установлено три таких канала — между компьютерами С1 и С2 через коммутатор 51; между компьютером С1 и сервером С4 через коммутаторы 51 и 52; между компьютером СЗ и сервером С4 через коммутатор 52.
Виртуальные каналы Frame Relay могут быть как однонаправленными (то есть способными передавать кадры только в одном направлении), так и двунаправленными.
Будем считать, что в примере на рис. 19.8 установлены двунаправленные каналы. Процедура установления виртуальных каналов Frame Relay заключается в формировании таблиц коммутации в коммутаторах сети. Такие процедуры могут выполняться как вручную, так и системами управления сетью.
Виртуальные каналы Frame Relay относятся к типу постоянных виртуальных каналов (Permanent Virtual Circuit, PVC), они заранее устанавливаются по командам оператора сети.
В таблице коммутации каждого коммутатора должны быть сделаны две записи (для каждого из двух направлений) о каждом из виртуальных каналов, проходящих через данный коммутатор.
Запись таблицы коммутации состоит из четырех основных полей, каковыми являются:
□ номер входного порта канала;
□ входная метка канала в поступающих на входной порт пакетах;
□ номер выходного порта;
□ выходная метка канала в передаваемых через выходной порт пакетах.
Например, вторая запись в таблице коммутации коммутатора 51 (запись 1-102-3-106) означает, что все пакеты, которые поступят на порт 1 с идентификатором виртуального канала 102, будут продвигаться на порт 3, а в поле идентификатора виртуального канала появится новое значение — 106. Так как виртуальные каналы в нашем примере двунаправленные, то для каждого канала в таблице коммутации должно существовать две записи, описывающие преобразование метки в каждом из направлений. Так, для записи 1-102-3-106 существует запись 3-106-1-102.
Метки виртуального канала имеют локальное для коммутатора и его порта значение, то есть они никаким образом не принимаются во внимание на портах других коммутаторов.
Комбинации «метка-порт» должны быть уникальными в пределах одного коммутатора.
Непосредственно соединенные порты двух коммутаторов должны использовать согласованные значения меток для каждого виртуального канала, проходящего через эти порты.
Метка виртуального канала является локальным адресом этого канала, формально метка FR имеет название DLCI (Data Link Connection Identifier — идентификатор соединения уровня канала данных).
Метки DLCI переносятся кадрами FR; формат такого кадра показан на рис. 19.9.
Рис. 19.9. Формат кадра FR
Поле DLCI состоит из 10 бит, что позволяет задействовать до 1024 виртуальных соединений. Поле DLCI может занимать и большее число разрядов — этим управляют признаки расширения адреса EA0 и ЕА1 (аббревиатура ЕА как раз и означает Extended Address, то есть расширенный адрес). Если бит расширения адреса установлен в ноль, то признак называется EA0 и означает, что в следующем байте имеется продолжение поля адреса, а если бит расширения адреса равен 1, то поле называется ЕА1 и означает окончание поля адреса. Десятиразрядный формат DLCI является основным, но при использовании трех байтов для адресации поле DLCI имеет длину 16 бит, а при использовании четырех байтов — 23 бита.
Поле данных может иметь размер до 4056 байт.
Поле C/R переносит признак команды (Command) или ответа (Response). Этот признак является унаследованным от протоколов Х.25 и в операциях FR не используется.
Поля DE (Discard Eligibility), FECN (Forward-explicit congestion notification) и BECN (Backward-explicit congestion notification) используются протоколом FR для оповещения коммутаторов сети FR о возможности отбрасывания кадров (DE), а также о перегрузке в сети (FECN и BECN).
После того как виртуальные каналы установлены, конечные узлы могут использовать их для обмена информацией.
Для этого администратор сети должен для каждого конечного узла создать статические записи таблицы ARP. В каждой такой записи устанавливается соответствие между IP- адресом узла назначения и начальным значением метки виртуального канала, ведущего к этому узлу. Например, в таблице ARP компьютера С1 должна присутствовать запись, отображающая IP-адрес сервера С4 на метку 102 для виртуального канала, ведущего к серверу С4.
Давайте сейчас проследим путь одного кадра, отправленного компьютером С1 серверу С4. При отправлении кадра (этап 1 на рис. 19.8) компьютер помещает в поле адреса начальное значение метки 102, взятое из его таблицы ARP.
Коммутатор S1, получив на порт 1 кадр с меткой 102, просматривает свою таблицу коммутации и находит, что такой кадр должен быть переправлен на порт 3, а значение метки в нем должно быть заменено на 106.
ПРИМЕЧАНИЕ
Операция по замене метки (label swapping) характерна для всех технологий, использующих технику виртуальных каналов. Может возникнуть законный вопрос: «А зачем менять значение метки на каждом коммутаторе? Почему бы не назначить каждому виртуальному каналу одно неизменяемое значение метки, которая бы играла роль физического адреса узла назначения?» Ответ состоит в том, что в первом случае уникальность меток достаточно обеспечивать в пределах каждого отдельного порта, а во втором — в пределах всей сети, что гораздо сложнее, так как требует наличия в сети централизованной службы назначения меток.
В результате действий коммутатора S1 кадр отправляется через порт 3 к коммутатору S2 (этап 2). Коммутатор 52, используя свою таблицу коммутации, находит соответствующую запись, заменяет значение метки на 117 и отправляет кадр узлу назначения — серверу С4. На этом обмен заканчивается, а при отправке ответа сервер С4 задействует метку 117 как адрес виртуального канала, ведущего к компьютеру С1.
Как видно из этого описания, коммутация выполняется очень экономично, так как преобразования передаваемых кадров минимальны — они сводятся только к замене значения метки. В кадрах указывается только адрес назначения, роль которого в сетях Frame Relay играет метка. В качестве адреса отправителя может быть использовано последнее значение метки, оно однозначно определяет путь в обратном направлении по виртуальному каналу, соединяющему получателя и отправителя.