Протокол frame relay опирается на концепцию пакетной коммутации, и, как следствие, он больше подходит для передачи клиент-серверного трафика по глобальной сети. С помощью этой технологии несколько абонентов могут совместно использовать одну и ту же магистраль таким образом, что каждый из них получает необходимую ему пропускную способность в нужный для себя момент. Одно из основных преимуществ
frame relay состоит в том, что он обслуживает пакетные посылки данных таким образом, что абонентские сети могут отправлять столько данных по сети frame relay, сколько им необходимо в тот или иной момент времени. Frame Relay действует быстрее и работает с меньшими задержками, чем классический проткол коммутации пакетов X.25. Как высокоскоростная технология, frame relay несомненно более жизнеспособен с финансовой точки зрения, чем ATM, реализация которого чересчур дорога для многих компаний. С повышением верхнего предела скорости от Т-1 (1,544 Мбит/с) до DS-3 (44,736 Мбит/с) frame relay обеспечивает сравнимые с ATM скорости при меньших тарифах на услуги.

Технология frame relay в основном используется при решении таких прикладных задач, как осуществление соединений между локальными сетями, когда локальные сети, работающие в среде Ethernet, Token Ring или других, взаимодействуют между собой посредством глобальной сети (WAN).
  Основы Frame RelayПротокол frame relay ориентирован на установление соединения. Виртуальное соединение - постоянное или коммутируемое (PVC или SVC) - необходимо установить прежде, чем два узла смогут обмениваться друг с другом информацией. PVC (Permanent Virtual Circuit - постоянный виртуальный канал) - это постоянное соединение между двумя узлами, и оно не может быть произвольным образом разорвано. Напротив, SVC (Switched Virtual Channel - коммутируемый виртуальный канал) обеспечивает по требованию коммутируемый сервис frame relay между двумя узлами. Предназначение этих соединений состоит в расширении области применения frame relay на другие типы приложений, такие как голос, видео и защищенные приложения Internet, помимо прочих. Однако в настоящее время SVC не получили широкого распространения, поскольку реализовать их сложнее, чем PVC. Как следствие, PVC является наиболее распространенным режимом связи в сети frame relay.

Каждое соединение PVC, как и SVC, идентифицируется уникальным образом посредством идентификатора канала передачи данных (Data-Link Control Identifier, DLCI). DLCI схож с телефонным номером, за тем исключением, что сфера его действия ограничивается только локальным участком сети. Благодаря этому разные маршрутизаторы в сети могут повторно использовать тот же самый DLCI, что позволяет сети поддерживать большее число виртуальных каналов. (рис. 1)     Рис.1

Соединения frame relay функционируют на канальном уровне (второй уровень модели Взаимодействия Открытых Систем [OSI]). В сети frame relay данные делятся на кадры (frames) переменной длины (аналогично пакетам в локальной сети), содержащие адресную информацию. Кадр является единицей передачи информации (Protocol Data Unit). Он состоит из нескольких полей (см. рис. 2). Стандарт frame relay не ограничивает размер кадров, однако сеть  frame relay поддерживает чаще всего минимальный размер кадров в 262 байта, а наиболее распространенные реализации употребляют кадры от 1600 до 4096 байтов. Рис. 2

По сравнению со своим предшественником, X.25, frame relay имеет значительные преимущества в производительности. Соединения X.25 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 исправления любой обнаруженной ошибки. С появлением высоконадежных цифровых каналов такая проверка стала излишней. Поэтому frame relay не занимается поиском и коррекцией ошибок. Если случается какая-либо ошибка, коммутаторы frame relay отбраковывают кадры, а не пытаются их восстановить. Восстановление осуществляется оборудованием конечного пользователя. Когда промежуточное оборудование избавлено от необходимости обнаружения и исправления ошибок, происходит уменьшение задержки доставки кадра, что, в свою очередь, повышает пропускную способность.

Кроме того, frame relay не использует процедур управления потоками, что тоже является одним из факторов, определяющих его более высокую производительность. Управление потоком - это процедура управления скоростью, с которой маршрутизатор подает пакеты на коммутатор. Если принимающий коммутатор не в
состоянии принять еще какие-либо пакеты (например, из-за перегрузки), то он может обратиться к маршрутизатору с просьбой приостановить отправку пакетов. Frame relay не регулирует этот процесс; если у
коммутатора frame relay нет достаточного буферного пространства для приема поступающих кадров, то он их отбраковывает. Однако маршрутизатор может инициализировать процедуру восстановления данных.

Ввиду отсутствия в frame relay управления потоком пользователи могут отправлять в сеть столько данных, сколько им необходимо.По этой причине была разработана концепция согласованной скорости передачи информации (Committed Information Rate, CIR). CIR - минимальная пропускная способность, гарантированная каждому PVC или SVC. Эта скорость (в битах в секунду) выбирается абонентом в соответствии с объемом данных, которые он собирается передавать по сети, и гарантируется она оператором frame relay. Скорость может варьироваться от 16 Кбит/с до 44,8 Мбит/с. Если пропускная способность сети frame relay в данный момент свободна, то абонент может превысить согласованное значение CIR.

На основе всего вышесказанного можно выделить основные преимущества сетей frame relay: динамическое распределение пропускной способности канала связи; низкая задержка доставки пакетов в сети; возможность предоставления пропускной способности по требованию; возможность установки приоритетов для разных видов трафика. Физически сети frame relay образуют ячеистую структуру коммутаторов. Одно из преимуществ такой ячеистой конфигурации состоит в том, что она обеспечивает определенную степень отказоустойчивости. Если из-за выхода из строя какого-либо узла PVC становится недоступным, то соседний коммутатор перенаправит
соединение по альтернативному информационному каналу. В результате характеристики передачи лишь несколько ухудшатся. Кроме того, благодаря такой ячеистой конфигурации коммутаторы могут направлять кадры в обход других коммутаторов, если те испытывают значительную перегрузку.
  Голос по Frame RelayРосту популярности frame relay способствовала во многом возможность передачи голоса. Для упешной реализации голосового обмена по сетям frame relay необходимо решить некоторые технические проблемы. Рассмотрим вначале проблему задержек. Для того, чтобы обеспечить качество передачи голоса, необходимо добиться, чтобы задержки в передаче речи не превышали 400 мс. Это достигается, в первую очередь, правильным использованием системы приоритетов: пакеты, содержащие голосовой сигнал, должны передаваться раньше пакетов с данными. Обычно считается, что голосовые пакеты должны занимать каждую третью позицию в очереди на передачу. Ясно, что продолжительность задержек при передаче голосовых пакетов зависит от длины пакетов данных, передаваемых в интервале между голосовыми пакетами. Поэтому механизм приоритетов для снижения задержек при передаче часто применяют в сочетании с сегментацией пакетов данных. Данный прием состоит в разбиении общего потока данных на небольшие пакеты таким образом, чтобы время передачи каждого пакета составляло от 5 до 10 мс. Можно потребовать, чтобы условием включения такого режима было наличие голосовой передачи. Когда голос не передается, ограничение на длину пакетов можно снять.

Другим техническим приемом, также позволяющим намного снизить потребности голосового сигнала в пропускной способности, является так называемое подавление молчания. Дело в том, что любой телефонный разговор состоит из речи всего лишь на 40-50 процентов, все остальное время занимают паузы.   При работе с коммутацией пакетов имеет смысл "вычленять" такие паузы и не передавать молчание по линиям связи, используя освобождающееся время для передачи данных. Это позволяет достигнуть еще большей экономии пропускной способности.

Для успешной передачи голоса по frame relay необходимо решить проблему правильной обработки заторов.
При передаче голосовых данных утерю пакетов распознать не так просто, поэтому ее следует всячески избегать. Одной из ситуаций, которая может привести к потере пакетов, является затор, возникающий, когда тот или иной коммутатор оказывается не в состоянии "прокачивать" по исходящим от него каналам весь поступающий на него трафик. При возникновении затора коммутатор посылает специальное сообщение всем устройствам доступа, от которых исходит трафик, вызвавший затор. Реакцией на это сообщение должно являться снижение скорости передачи данных в сеть, но не все устройства доступа обладают такой способностью. Для корректной передачи голоса корректная обработка заторов является абсолютной необходимостью, в противном случае трудно ожидать, что вся пересылаемая голосовая информация дойдет по назначению в случае возникновения затора.

Несмотря на все перечисленные трудности, похоже, что технология передачи голоса по сетям frame relay находит все больше сторонников. Об этом, в частности, свидетельствуют результаты тестирования устройств доступа к сетям frame relay (Frame Relay Access Device - FRAD), проведенного компанией The Tolly Group. Из восьми компаний-производителей, приславших свои изделия на тестирование, четыре уже поддерживают голосовой обмен, а две из оставшихся объявили о намерении сделать это в ближайшем будущем.
  Перспективы развития Frame RelayСегодня frame relay только начинает раскрывать потенциал своей технологии. Верхний предел скорости передачи обещает подняться по крайней мере до 50 Мбит/с. Реализация коммутируемых виртуальных каналов
(SVC), благодаря которым frame relay сможет передавать данные между заранее нефиксированными точками, должна повысить качество передачи голоса по каналам frame relay.

За счет применения специальных мультиплексоров и сжатия речи технология frame relay довольно близко подошла к поддержке голосового трафика. Однако возможность передачи голоса зависит от ее поддержки владельцами сетей связи. Поэтому голос по frame relay доступен далеко не везде. Тем не менее эта технология получает все большую популярность, так что ее широкая доступность - дело времени.

Необходимо иметь в виду, что способность frame relay передавать голосовой трафик не означает, что тем же образом он может передавать факсимильный трафик. Механизмы сжатия голоса не поддерживают модемный трафик на скоростях свыше 4,8 Кбит/с. Поэтому передача факса по frame relay весьма проблематична. То же самое относится к видео, т. к. frame relay не может, вообще говоря, адекватным образом поддерживать
чувствительный ко времени трафик.

Симбиоз с высокоскоростными технологиями, такими как ATM, также должен повысить привлекательность frame relay.  Хотя ATM поддерживает гораздо более высокие скорости передачи информации и гораздо более
многочисленные типы данных, чем frame relay, следующие три обстоятельства должны гарантировать в определенной мере долгую жизнь frame relay. Во-первых, ATM остается весьма дорогостоящей технологией для многих организаций. Во-вторых, владельцы сетей связи наращивают скорости frame relay до уровня свыше  DS-3 (44,8 Мбит/с). Это предложение именуется высокоскоростным frame relay. В-третьих, инициатива FUNI, или Frame Relay User Network Interface, позиционирует ATM как дополнительную технологию по отношению к frame relay.
 
 

Список сокращений
 

ANSI - American National Standards Institute

ATM - Asynchronous Transfer Mode - Асинхронный режим передачи данных

CCITT - Consultive Committee for International Telegraph and Telephone (см. ITU)

CIR - Commited Information Rate - Согласованная скорость передачи данных

DLCI - Data-Link Control Identifier - Идентификатор канала передачи данных

FRAD - Frame Relay Access Device - Устройство доступа к сетям Frame Relay

ISDN - Integrated Services Digital Network - Цифровая сеть с интеграцией услуг

ITU - International Telecommunication Union - Международный Союз Электросвязи (бывш. CCITT)

PDU - Protocol Data Unit - Единица передачи информации

PVC - Permanent Virtual Circuit - Постоянный виртуальный канал

SVC - Switched Virtual Channel - Коммутируемый виртуальный канал

WAN - Wide-Area Network - Глобальная сеть

Материалы: Клиент-сервер по Frame Relay,  Дэниел Ву, журнал LAN Magazine №6 1997 Построение сети пердачи данных на основе протокола Frame Relay,  Кузнецов С.В., Каплан В.В., журнал "Сети" №6 1996 Как стать победителем в гонке Frame Relay, Терри Парсонс и Даниэль Бар, журнал LAN Magazine №5 1996 Frame Relay достиг совершеннолетия, Шерил Д. Кривда, журнал LAN Magazine №8 1996 Frame Relay Forum ©1997