3.4 Передача данных по технологии frame relay

Технология FRAME RELAY является достаточно новой концепцией пакетной коммутации, позволяющей максимизировать производительность и минимизировать стоимость путей управления сетевыми процессами. Концепция сети FRAME RELAY подобна Х.25, но с помощью сохранения протокольных процессов в каждом сетевом узле уменьшается общая задержка доставки сообщения от одного пользователя к другому. Все квитирование и защита от ошибок выполняются оконечным оборудованием пользователя. FRAME RELAY использует только два уровня ВОС – физический и канальный – и отвечает рекомендациям ITU-T I.122. FRAME RELAY является бит-ориентированным синхронным протоколом и использует формирование кадра в качестве основного информационного элемента. Кадр очень похож на кадр по протоколу HDLC, но при этом протокол FRAME RELAY не обеспечивает всех функций HDLC. Протокол FRAME RELAY (I.122 ITU-T; ANSI T1S1.2; RFC-1490, -1315, -1604) является одним из новых телекоммуникационных протоколов (1993 г.); он обеспечивает большую скорость передачи данных (1,5 Мбит/с), меньшие задержки, но и меньшую надежность доставки информации. FRAME RELAY предназначен для межсетевого общения, ориентирован на соединение и использует два протокольных уровня модели OSI. Остальные уровни должны реализоваться программно. Такая схема заметно удешевляет интерфейс. Протокол вводит понятие Committed Information Rates (CIR – оговоренные скорости передачи), обеспечивая каждому приложению гарантированную полосу пропускания. Если приложение не использует полностью выделенную полосу, другие приложения могут поделить между собой свободный ресурс. FRAME RELAY гарантирует большее быстродействие, чем X.25. Стандарт предусматривает 2-, 3- и 4-байтовые форматы заголовков (рекомендации ANSI T1.618 и ITU-T Q.922) и синхронную передачу данных. Применение инкапсуляции гарантирует транспортировку пакетов других протоколов через сети FRAME RELAY. Пакет FRAME RELAY начинается и завершается разграничительным байтом 0x7Е (что соответствует и стандарту Х.25). Максимальный размер кадра 1600 байт. Формат пакета показан на рис. 3.29.

Номера байтов

1	2 3	4	5	6	7…N	N+1 N+2	N+3
Флаг 0х7Е	Заголовок Q.922	Управление UI=0x03	Заполнитель	NLPID		CRC	Флаг 0х7Е
				Поле данных

Рисунок 3.29 – Формат пакетов FRAME RELAY (цифры сверху – номера байтов): NLPID – идентификатор протокола сетевого уровня (Network Layer Protocol ID); CRC – двухбайтовая контрольная сумма кадра

Одним из основных отличий протокола FRAME RELAY от HDLC является то, что в нем не предусмотрено передачи управляющих сообщений. Для передачи служебной информации используется специально выделенный канал сигнализа-ции. Второе важное отличие – отсутствие нумерации последовательно передаваемых кадров.

Поле заполнителя является опционным и может отсутствовать. Различные форматы заголовков кадров FRAME RELAY по рекомендации Q.922 показаны на рис. 3.30, 3.31 и 3.32. В верхней части рисунков приведена нумерация битов.

1	2	3	4		5		6	7	8
EA	C/R	DLCI (старшая часть)
EA	DE	BECN		FECN		DLCI (младшая часть)

Рисунок 3.30 – 2-байтовый заголовок пакета FRAME RELAY (адрес)

1	2	3		4	5	6	7	8
EA	C/R	DLCI (старшая часть)
EA	DE	BECN	FECN		DLCI
EA	D/C	DLCI (младшая часть) или DL-CORE управление

Рисунок 3.31 – 3-байтовый заголовок пакета FRAME RELAY

1	2	3		4	5	6	7	8
EA	C/R	DLCI (старшая часть)
EA	DE	BECN	FECN		DLCI
EA	DLCI (адрес управляющего интерфейса канала)
EA	D/C	DLCI (Младшая часть) или DL-CORE управление

Рисунок 3.32 – 4-байтовый заголовок пакета FRAME RELAY

На рис. 3.30…3.32 байты заголовка формата FRAME RELAY разделены на биты, которые несут информацию об адресе и управлении на сети: C/R – бит Command/Response (команда/отклик); E/A – Extended Address (расширенный адрес) бит, который определяет, следует ли рассматривать следующий байт в качестве части адреса (E/A = 0 заголовок продолжается в следующем октете (или байте)); DLCI – (Data Link Control Interface) – адрес управляющего интерфейса информационного канала (имеет только локальный смысл), в двухбайтовой версии DLCI занимает в сумме 10 бит; FECN – бит Forward Explicit Congestion Notification (указание на возможность реагирования на перегрузку при посылке пакетов), cигнализирует отправителю о переполнении буферов на приеме; BECN – бит Backward Explicit Congestion Notification (тоже для случая приема пакетов); DE – бит Discard Eligibility (пометка пакета при перегрузке канала), помеченный пакет может быть отброшен и потребуется его повторная пересылка, что обязывает иметь обратный канал, в противном случае данный пакет информации будет потерян; D/C-бит Data/Control (данные/управление) определяет, является ли последующее поле младшей частью DLCI или его следует интерпретировать как управляющую информацию DL-CORE. При возникновении перегрузки DCE-узел отправляет устройствам-адресатам пакет с FECN = 1, а узлам, посылающим ему информацию, – пакет с битом BECN = 1. Большое число пакетов с такими битами говорит о перегрузке, и отправитель должен снизить частоту посылки пакетов или вовсе ее прекратить. Первым передается младший бит байта. Для управления сетью используются протокол SNMP и база данных MIB. Формат кадра FRAME RELAY показан на рис. 3.33. NLPID (Network Layer Protocol Identifier) –идентификатор протокола сетевого уровня. Это поле может содержать коды многих протоколов, включая IP, CCITT Q.933, ISO 8208, IEEE SNAP, CLNP (ISO 8473) и т. д. Это поле говорит получателю, какой тип протокола инкапсулирован. Коды NLPID стандартизованы документом ISO/IEC TR 9577.

Некоторые допустимые коды этого поля приведены в табл. 3.16.

		1	2	3	4	5	6	7	8
Байт 1		Стартовый флаг кадра = 0х7Е
2		Адрес (стандартный размер 2 байта, но допускаются 3- и 4-байтовые адреса)
4		Поле управления (Q.922, UI или I-кадр)
5		Опционный заполнитель (0х00)
6		NLPID
7		Данные
N-2		Контрольная сумма CRC (2 байта)
N		Флаг завершения кадра = 0х7Е

Рисунок 3.33 – Формат маршрутизируемого кадра FRAME RELAY

Таблица 3.16 – Коды поля NLPID (идентификатор протокола сетевого уровня)

Тип кадра	Название протокола	Код
I-кадр (ISO 8208)	N по модулю 8	0x01
	N по модулю 128	0x10
UI-кадр	IP	0xCC
	CLNP	0x81
	Q.933	0x08
	SNAP	0x80
	Q.922	0x4E
	802.2	0x4C
	Протокол, заданный пользователем (уровень 3)	0x70

Пользовательская информация располагается начиная с поля управления и содержит код 0x03 для случая пересылки без подтверждения (Q.922, UI). Для всех прочих видов обмена (кадры I- и S-типов) подтверждение доставки является обязательным. Поле заполнителя предназначено для выравнивания границы полей на 2-байтовый уровень. Длина этого поля может быть равной нулю или одному байту. Поле адреса описано выше (см. рис. 3.28…3.31). Если за кодом NLPID следуют 4 байта уровней 2 и 3, то это указывает на то, что используется связь, ориентированная на соединение.

Протокол FRAME RELAY предусматривает гибкую систему межсетевых соединений на основе мостов-шлюзов и маршрутизаторов. Все мосты и маршрутизаторы должны быть способны воспринимать и правильно интерпретировать как NLPID-, так и SNAP-инкапсуляцию. Для обеспечения правильной интерпретации идентификатора протокола PID предусмотрен 3-байтовый уникальный идентификатор OUI (Organizationally Unique Identifier). В пакетах для мостов и маршрутизаторов поле OUI предшествует двухбайтовому полю PID. Кадр FRAME RELAY имеет много общего с X.25 и ISDN. Здесь уже на протокольном уровне предусматривается мультикастинг. Код протокола SNAP используется и для протоколов IEEE 802.3, 802.4, 802.5, 802.6 и FDDI. При вложении IP в кадры FRAME RELAY в поле управления записывается код 0x03, а в поле NLPID – 0xCC, начиная с байта 5 располагается тело IP-дейтаграммы, за которой следует поле FCS. Формат маршрутизируемой IP-дейтаграммы показан на рис. 3.34.

1	2	1	1			2
Флаг 0х7Е	Адрес Q.922	Управление 0х03	LPID 0xCC	IP-дейтаграмма		CRC

Рисунок 3.34 – Формат маршрутизируемой IP-дейтограммы

Аналогично осуществляется инкапсуляция пакетов протокола CLNP, только здесь в поле NLPID записывается код 0x81. Для примера на рис. 3.35 и 3.36 показаны пакеты для мостов Ethernet 802.3 и FDDI.

Байт 1	Адрес Т1.618
3	Поле управления (0х03)
4	Заполнитель (0х00)
5	NLPID=0x80
6	OUI= 0x00
7	OUI=0x80
8	OUI=0xC2
9	PID=0x001 или 0x0007
11	MAS – адрес места назначения
	LAN FCS (если PID=0х0001)
N-1	Контрольная сумма СRC (2 байта)

Рисунок 3.35 – Формат мостового кадра Ethernet 802.3

Байт 1	Адрес Т1.618
3	Поле управления (0х03)
4	Заполнитель (0х00)
5	NLPID=0x80
6	OUI= 0x00
7	OUI=0x80
8	OUI=0xC2
9	PID=0x0004 или 0x000А
11	Заполнитель (0х00)
12	Управление кадров
13	MAS –адрес места назначения
	LAN FCS (если PID=0х0001) 4 байта
	Контрольная сумма CRC (2 байта)

Рисунок 3.36 – Формат мостового кадра FDDI

Протокол FRAME RELAY значительно проще протокола HDLC. Основная процедура протокола FRAME RELAY состоит в том, что если кадр получен в узле без искажений, он должен быть направлен далее по соответствующему маршруту узлам сети FRAME RELAY. Разрешено уничтожить искаженные кадры не уведомляя об этом пользователя. Искаженными кадрами считаются те, в которых обнаружено:

• нет корректного ограничения флагами;

• имеется менее 5 байт между флагами;

• обнаружена ошибка после декодирования циклическим кодом;

• содержится несуществующий адрес.

При возникновении проблем, связанных с перегрузкой сети FRAME RELAY, ее узлы могут отказаться (уничтожить) от каких-либо кадров.

Управление в сети FRAMERELAYвозлагается на интерфейс локального управленияLMI. Этот интерфейс реализует соединение с пользователем. Доступ в сеть FRAMERELAYобеспечивают порты-FRAMERELAYи FRAMERELAY- адаптеры (сборщики-разборщики кадров FRAMERELAY–FРAD).

Высокая эффективность использования пропускной способности физических линий и каналов связи, а также исключение перегрузок всей сети и узлов реализуются за счет статистического мультиплексирования кадров. Этот метод в данном случае использует:

• постоянное наблюдение аппаратурой передачи данных за потоками заявок от пользователей на передачу сообщений и за текущей загрузкой сети (линий, каналов, узлов связи);

• перераспределение свободных ресурсов пропускной способности в соответствии с реальными потребностями пользователей;

• предоставление пользователям каналов информационного обмена, которые удовлетворяют их требованиям.

Для работы пользователя в сети FRAME RELAY между абонентом и поставщиком услуг составляется соглашение по следующим параметрам:

• максимальный размер поля информации в кадре FRAME RELAY;

• пропускная способность порта, через который пользователь подключается к сети FRAME RELAY;

• гарантированная скорость передачи данных, при которой обеспечивается требуемое качество доставки информации и др.

К недостаткам технологии передачи данных FRAME RELAY следует отнести следующее:

• для реализации FRAME RELAY необходимо обеспечивать синхронизацию и защиту от ошибок, несмотря на высокое качество линий и каналов связи, что является одним из условий применения технологии FRAME RELAY;

• не решена окончательно проблема стандарта FRAME RELAY и интерфейса LMI;

• не решена проблема по схеме международной (межсетевой) адресации.

Стандартизация FRAME RELAY в настоящее время нашла свое отражение в следующих рекомендациях ITU-T: I.122; I.233; I.270; I.555; Q.922. Основные стандарты для передачи данных приведены ниже в разделе 4.

Весьма перспективным сетевым протоколом, особенно для передачи мультимедийных данных, является АТМ (Asynchronous Transfer Mode – асинхронная передача). Его модификация может стать траспортным протоколом для цифрового кабельного телевидения с передачей информации высокого качества.