Функционирование Frame Relay

Обычно, чем больше расстояние покрывает выделенная линия, тем более дорога услуга. Поддержка полносвязного соединения удалённых сайтов с помощью выделенных линий слишком накладна для многих организаций. С другой стороны сети с коммутацией пакетов предоставляют способ мультиплексирования нескольких логических передач данных по единственной физической связи. Единственное соединение к сети с коммутацией пакетов провайдера будет менее дорогим, чем отдельные выделенные линии между потребителем и каждым удалённым сайтом. Сети с коммутацией пакетов используют виртуальные цепи для доставки пакетов из конца в конец через разделяемую инфраструктуру.

Служба по коммутации пакетов, такая как Frame Relay требует, чтобы потребитель поддерживал только одну цепь, обычно Т1, к центральному офису (ЦО) провайдера. Frame Relay обеспечивает огромную эффективность по стоимости, так как один сайт может соединится со многими географически удалёнными сайтами, используя единственную линию Т1 и одно DCE (CSU/DSU) устройство для подключения к локальному ЦО.

Для коммуникации между любыми двумя сайтами провайдер услуг должен установить виртуальную цепь между этими сайтами внутри сети Frame Relay. Хотя оплата идёт за каждую виртуальную цепь, эта плата невелика. Это делает Frame Relay идеальной технологией для создания полносвязной топологии.

Сети Frame Relay поддерживают как постоянные виртуальные цепи PVC (permanent virtual circuits) так и коммутируемые виртуальные цепи SVC (switched virtual circuits). PVC

– наиболее типичны для Frame Relay. PVC являются постоянно установленными соединениями, которые используются, когда сети Frame Relay имеется устойчивый трафик между определёнными DTE устройствами .

SVC являются временными соединениями, используемыми при наличии единичного трафика между DTE устройствами. Так как они временны, соединение SVC требует установки и завершения для каждого соединения. Большинство провайдеров поддерживает только PVC.

В Frame Relay каждому концу виртуальной цепи назначается идентификатор соединения. Коммутационное оборудование провайдера поддерживает таблицу, отображающую эти идентификаторы на выходные порты. При получении фрейма коммутатор анализирует идентификатор и доставляет фрейм на соответствующий выходной порт.

Рисунок 5. Frame Relay DLCI

В сетях Frame Relay такой идентификатор называется DLCI (data-link connection identifier). Они идентифицирует виртуальную цепь. Для создания PVC коммутатор использует два DLCI для каждой пары DTE устройств (маршрутизаторы).

Два соединённые виртуальной цепью устройства DTE могут использовать различные значения DLCI для ссылки на одно и тоже соединение. На рисунке 5 PVC, связывающее маршрутизаторы RTA и RTB, имеет DLCI равное 17, назначенное между RTA и непосредственно соединённым коммутатором. DLCI с номером 16 на RTB определяет то же PVC соединение между RTB и непосредственно соединённым коммутатором. Между тем, RTA использует DLCI 16 для ссылки на PVC, которое соединяется с RTC.

Для того, чтобы маршрутизатор RTA знал, какой PVC использовать на третьем сетевом уровне, IP адреса должны быть отображены в номера DLCI. Так на рисунке маршрутизатор RTA должен отобразить адреса третьего уровня в доступные DLCI.

Рисунок 6.

Например, RTA отображает IP адрес 1.1.1.3 маршрутизатора RTB на DLCI 17. Поскольку RTA знает, какой DLCI использовать, то для достижения получателя следует инкапсулировать IP пакет во фрейм Frame Relay, содержащий соответсвующий номер DLCI.

Маршрутизаторы Cisco поддерживают два типа заголовков Frame Relay: cisco и ietf.

Первый тип – для оборудования Cisco, второй – для устройств разных производителей.

Включив номер DLCI в заголовок Frame Relay, RTA может связываться как с RTB, так и с RTC по одной физической цепи. При таком статистическом мультиплексировании полоса пропускания автоматически выделяется для активных каналов. Если RTA не имеет пакетов для посылки на RTB, то RTA может использовать всю доступную полосу пропускания для связи с RTC. При TDM (Time-division multiplexing) мультиплексировании для каждого канала, вне зависимости от наличия в канале данных на передачу, выделяется определённая полоса.

Для организации WAN провайдер услуг Frame Relay назначает своим клиентам номера DLCI. Обычно, DLCI от 0 до 15 и от 1008 до 1023 резервируются для специальных целей. Клиентам провайдер услуг назначает номера DLCI в диапазоне от 16 до 1007. Для широковещания можно использовать DLCI 1019 и 1020. Локальный интерфейс управления Local Management Interface (LMI) использует DLCI 1023 или 0. Некоторые провайдеры услуг Frame Relay могут разрешить своим клиентам выбрать собственные номера DLCI.

Для построения отображения номеров DLCI в адреса третьего уровня, маршрутизатор должен вначале знать, какие VC доступны. Обычно процесс определения доступных VC и их номеров DLCI осуществляется по стандарту LMI.

Как только маршрутизатору стали известны номера DLCI для доступных VC, он должен определить какие адреса третьего уровня отображать на какие номера DLCI. Отображение адресов может быть конфигурировано либо в ручную либо динамически. Вне зависимости от того, осуществляется ли отображение DLCI на удалённый IP адрес вручную или динамически, используемое DLCI не должно иметь одинаковых значений на обеих концах PVC.

Frame Relay LMI

LMI это сигнальный стандарт между DTE устройством (маршрутизатором) и DCE устройством (коммутатором Frame Relay). LMI отвечает за управление соединением между устройствами, поверяет, шо данные передаются, периодически сообщает о появлении новых PVC и об уничтожении уже существующих PVC.

Сейчас существует три несовместимых реализации LMI cisco, ansi и q933a.

При использовании Cisco IOS выпуска 11.2 и позже, маршрутизатор пытается автоматически определить тип LMI , используемый коммутатором провайдера

Инверсный ARP

С помощью приемлемых конфигурационных команд номер DLCI может быть вручную отображён в адрес третьего уровня. В сложных сетях построение статического отображения может потребовать больших усилий, и такое отображение не приспособлено

к изменению топологии Frame Relay. С помощью LMI коммутатор Frame Relay может уведомить маршрутизаторы о DLCI новой виртуальной цепи. Это уведомление не содержит адрес 3 уровня. Станция, получившая уведомление будет знать о новом соединении, но не будет иметь возможность адресовать другую сторону. Без новой конфигурации или механизма определения адреса другой стороны, новая виртуальная цепь не может быть использована.

Инверсный протокол разрешения адреса (Inverse Address Resolution Protocol (Inverse ARP)) был развит для обеспечения механизма динамического отображения DLCI на адрес третьего уровня. Инверсное ARP работает во многом также как и ARP в LAN. Однако в ARP устройство знает удалённый IP адрес и нуждается в определении MAC адреса удалённого устройсва. В Inverse ARP, маршрутизатор знает адрес 2 уровня, которым является DLCI, но нуждается в определении удалённого IP адреса.

Как только маршрутизатор получил от коммутатора информацию о доступных PVC и их DLCI, он может послать запрос инверсного ARP на другой конец каждого PVC об его адресе третьего уровня. В то же время этот запрос снабжает удалённую систему адресом третьего уровня локальной системы. Информация, принятая от инверсного ARP, используется для построения отображения Frame Relay на IP.

Если в маршрутизаторе Cisco интерфейс конфигурируется на использование инкапсуляции Frame Relay, то инверсный ARP включается автоматически. Если для определённого интерфейса конфигурируется статическое отображение, то Inverse ARP автоматически отключается для данного протокола и данного DLCI. Если маршрутизатор на другом конце не поддерживает инверсный ARP, то следует использовать статическое отображение.