Sieci Frame Relay
Plan wykładu
1. Historia sieci z przełączaniem ramek Frame Relay
2. Od X.25 do Frame Relay
3. Architektura Frame Relay
" Stos protokołów
" Interfejsy
" Zarządzanie
" Urządzenia dostępowe
1 .Historia sieci pakietowych
Historia sieci pakietowych
" pierwsze sieci z komutacją pakietów  lata 60-te, USA
" pierwsza rozległa sieć pakietowa  ARPANET
" badania eksperymentalne 1968-75 w USA
" utworzenie sieci ARPANET; w roku 1983 wydziela się
z niej sieć wojskowa MILNET, a z reszty powstaje
DARPA  protoplasta Internetu
" po sukcesie ARPANET-u w latach 70-tych powstają
pakietowe sieci komercyjne, takie jak Graphnet, Datapac,
Cyclades, Scannnet, Euronet, Datex-P i inne
" ustanowienie przez CCiTT (ITU) standardu X.25 jako
międzynarodowego standardu sieci rozległych
1. Historia sieci pakietowych
Cechy sieci X.25
" komutacja pakietów o zmiennej długości z zastosowaniem
trybu połączeniowego
" możliwość tworzenia połączeń wirtualnych
" rozbudowany system korekcji błędów i sterowania
przepływem
" niezawodny przekaz informacji
" współpraca ze standardowymi liniami transmisyjnymi
" pierwszy uniwersalny protokół dla transmisji pakietowej
" dobra jakość transmisji po zawodnych łączach
1. Historia sieci pakietowych
Kontrola błędów w każdym węz
le sieci X.25
DTE terminal
X X
użytkownika B
pakiet z A do B
DTE
X X
węzły sieci X.25 Błąd pakietu w
terminal
węz
le
użytkownika A
powoduje
wysłanie
żądania
retransmisji
1. Historia sieci pakietowych
Przetwarzanie w każdym węz
le sieci X.25
TAK NIE
Ramka
poprawna?
Ramka
Odrzuć
inform.?
TAK
NIE Ramka
Otrzymano
utrzymaniowa
ACK?
TAK
Obróć okno Korekcja
błędów
TAK Wszystkie NIE
ACK?
Zegar STOP Zegar
RESTART
TAK Następna NIE
sekwencja nr
Wyślij ACK warstwy 2 TAK NIE
Wewnątrz
Oddziel pola warstwy 2
okna?
Odrzuć i Korekcja
WARSTWA 2
RETRANSMISJA błędów
WARSTWA 3
Do warstwy 3
1. Historia sieci pakietowych
Nowe wymagania dla sieci pakietowych
" znaczny wzrost mocy obliczeniowej komputerów
" zwiększenie szybkości przesyłania danych
" większe wymagania dotyczące czasów opóz
nień
" medium fizyczne staje się bardziej niezawodne
" rozwiązania X.25 coraz bardziej nieefektywne i kosztowne w
eksploatacji
2. Od X.25 do Frame Relay
Frame Relay  nowe rozwiązanie
" sieć powstaje jako rezultat prac standaryzacyjnych nad
zintegrowaną siecią ISDN
" operuje na dwóch pierwszych warstwach modelu ISO-OSI
" dane są transmitowane w postaci ramek (ang. frame)
poziomu drugiego
2. Od X.25 do Frame Relay
Podstawowe cechy Frame Relay
" standard zakłada wysoką jakość łączy
" kontrola poprawności danych i sterowanie odbywa się w
stacjach końcowych
" współpraca ze standardowymi liniami transmisyjnymi
" tworzenie połączeń logicznych (kanałów wirtualnych)
2. Od X.25 do Frame Relay
Przetwarzanie w węz
le sieci Frame Relay
TAK NIE
Ramka
poprawna?
Znane
Odrzuć
DLCI?
NIE
Odrzuć
WARSTWA 2
Do warstwy 3 WARSTWA 3
2. Od X.25 do Frame Relay
Porównanie stosów protokołów Frame Relay
i X.25
2. Od X.25 do Frame Relay
Różnice pomiędzy X.25 i Frame Relay
" redukcja ilości warstw wewnątrz sieci
" radykalne zmniejszenie opóz
nień transmisji
" osobny kanał utrzymaniowy
" rozbudowany system zapobiegania natłokom
3. Architektura Frame Relay
Architektura Frame Relay
3. Architektura Frame Relay
Architektura Frame Relay
" W sieci Frame Relay możemy wyróżnić trzy typy połączeń:
" Stałe połączenia wirtualne PVC (ang. Permanent Virtual
Circuit), przydzielane
z chwilą podłączenia użytkownika do sieci i dostępne przez
dłuższy czas (miesiące, lata). Z punktu widzenia
użytkownika takie połączenie spełnia funkcjęłącza
dzierżawionego.
" Tymczasowe połączenia wirtualne SVC (ang. Switched
Virtual Circuit) ustanawiane i rozłączane na żądanie
abonenta, trwające krótko (minuty, godziny). Jest to
połączenie punkt-punkt, stanowiące analogię do
komutowanych połączeń telefonicznych.
" Grupowe połączenia wirtualne (ang. Multicast) zestawiane
na dłuższy czas
i zezwalające na równoczesny dostęp wielu użytkowników
do tych samych zasobów sieci. Tego typu połączenia
umożliwia dostarczanie kopii ramek do wybranej grupy
użytkowników, zwykle w zastosowaniach rozsiewczych.
3. Architektura Frame Relay
Podstawowe różnice pomiędzy PVC i SVC:
" PVC - połączenie jest zestawiane statycznie przez
administratora sieci, nie ma możliwości zmiany jego
parametrów. Połączenie zawsze istnieje, nawet jeżeli nie
mamy nic do przesłania
" SVC  połączenie jest zestawiane dynamiczne gdy
potrzebujemy coś przesłać przez sieć, mamy możliwość
negocjacji potrzebnych nam w danym czasie parametrów,
najlepiej spełniających zapotrzebowanie usługi z której
korzystamy. Po zakończeniu połączenia
3. Architektura Frame Relay
Zastosowanie PVC i SVC
" PVC - zastępują łącza dzierżawione; dzięki multipleksacji
statystycznej stanowią one korzystniejszą alternatywę dla nich
(płacimy za mniejsze pasmo). PVC wykorzystywane są w
sytuacjach, gdy często korzystamy z połączenia, a więc np. do
łączenia ze sobą sieci lokalnych, multipleksacji ruchu z kilku
terminali, intranetu
" SVC  mają zastosowanie, gdy z sieci korzystamy sporadycznie 
możemy bowiem zestawić połączenie na krótki czas i
zarezerwować duże pasmo, gdy tego potrzebujemy (backup).
" SVC są także niezbędne w dużych sieciach, w których nie ma
możliwości (i zasobów) dla utworzenia połączeń PVC każdy z
każdym
" Wraz ze wzrostem liczby użytkowników w sieci coraz trudniejsza
jest też zarządzanie połączeniami PVC; SVC pozwala uniknąć
rozbudowanej struktury administracyjnej sieci.
" SVC mogą stanowić rozwiązanie w przypadku awarii sieci.
" SVC i PVC mogą współistnieć w tej samej sieci, zapewniając lepsze
spełnienie oczekiwań finansowych użytkowników
3. Architektura Frame Relay
Zestawienie połączenia PVC i SVC
" połączenie PVC jest zestawiane przez administratora sieci
" połączenie SVC jest tworzone dynamicznie:
" użytkownik wysyła wiadomość protokołu Q.933 z
informacją o żądanych parametrach połączenia
wirtualnego
" wiadomość przechodzi przez sieć zestawiając połączenia
wirtualne
" jeżeli zaakceptowały je wszystkie węzły wraz z
docelowym, to przesyłane jest potwierdzenie
3. Architektura Frame Relay
Przełączane PVC (SPVC)
" w strukturze UNI/NNI zdefiniowano także przełączane PVC 
połączenie PVC na styku z użytkownikiem (UNI), a SVC
wewnątrz sieci (NNI)
" SPVC posiada wbudowane procedury zabezpieczające
przed uszkodzeniami sieci; w przypadku awarii procedury
SPVC są w stanie automatycznie na nowo zestawić
połączenie na poziomie NNI, wykorzystując procedury
routingu, oraz adresacji urządzeń sieciowych.
One SPVC
SVC- SVC-
PVC- PVC-
NNI NNI
UNI UNI
User User
SVC Signalling
PVC Signalling
3. Architektura Frame Relay
Przełączane PVC (SPVC)  c.d.
PVC SVC PVC
Appearance Appearance Appearance
PVC
PVC
Signalling
SVC-
Signalling
PVC- Agent PVC-
Agent
NNI
UNI UNI
User User
X
SPVC Call SVC SVC SPVC Call
Request Signalling Signalling Accept
Agent Agent Agent Agent
SVC SVC
Signalling Signalling
Agent Agent
SVC-
NNI
PV C Signalling P V C Signalling
Failed SPVC
SVC Signalling
Restored SPVC
3. Architektura Frame Relay
Protokoły sieci Frame Relay
Istnieją dwa obszary działań protokołów:
" obszar sterowania (sygnalizacji) - związany z
ustanawianiem, zarządzaniem, utrzymywaniem i
rozłączaniem połączenia wirtualnego
" obszar transferu danych - dotyczący przesyłania
danych w połączeniu wirtualnym pomiędzy
dwoma użytkownikami
3. Architektura Frame Relay
Protokół sygnalizacyjny Q.933
" używany jest wyłącznie w usłudze SVC (dynamicznie
przydzielane połączenia wirtualne); w przypadku usług PVC
(stałych połączeń wirtualnych) jest zbędny
" wywodzi się z protokołu Q.931 używanego do sygnalizacji w
sieciach ISDN
" wiadomości protokołu Q.933 są przesyłane w ramkach
protokołu LAP-F, wyróżnionych wartością pola DLCI = 0
" w przypadku gdy użytkownik jest dołączony do sieci za
pomocą bezpośredniego łącza ISDN, to możliwe jest również
przesyłanie wiadomości protokołu Q.933 w kanale D za
pomocą ramek protokołu LAP-D
3. Architektura Frame Relay
Wiadomości protokołu Q.933
Wiadomość ta składa się z:
" nagłówka zawierającego m.in. sekwencję
identyfikującą protokół i określającą typ
wiadomości,
" części informacyjnej zawierającej jeden lub
kilka elementów informacyjnych. Elementy te
służą m.in. do określenia parametrów
połączenia wirtualnego, przesyłania adresów
wywoływanego i wywołującego, określania
pośrednich sieci tranzytowych, oraz parametry
ruchowe
3. Architektura Frame Relay
Działanie protokołu Q.933
Fazy połączenia
Setup
Setup
1
Setup
Setup
Call Proceeding
Call Proceeding
2 2
Connect
Connect
Connect
Connect
3
Frame
4
Information
Relay
Information
A B
Information Information
Network
Disconnect
Disconnect
5
Release
Release
Rellease
Re ease
6
6
Release Complete
Release Complete
Release Complete
Release Complete
7
7
-
Przedział czasu
3. Architektura Frame Relay
Element informacyjny protokołu Q.933  c.d.
" Maksymalna długość pola informacyjnego ramki protokołu
podstawowego LAP-F. Może zawierać się w przedziale od 8 do 4096
bajtów.
" Przepustowość - określa się ją oddzielnie dla obu kierunków ruchu w
połączeniu. Jest określona w postaci a*10b , gdzie wartość a podawana
jest w polu mnożnika, a wartość b w polu wykładnika
" Minimalna dopuszczalna przepustowość określa dolne ograniczenie
przepustowości możliwe jeszcze do zaakceptowania przez użytkownika
" Umowny rozmiar paczki danych CBS (Commited Burst Size) określa
maksymalną liczbę danych (w bitach), którą sieć podejmuje się przesłać
w określonym przedziale czasu TC, przy normalnych warunkach pracy
sieci.
" Nadmiarowy rozmiar pakietu EBS (Excess Burst Size) określa
maksymalną liczbę danych (w bitach) o jaką może zostać przekroczony
parametr CBS i które to dane sieć będzie usiłowała przesłać w przedziale
czasu TC. Te nadmiarowe dane są traktowane przez sieć jako możliwe do
skasowania
3. Architektura Frame Relay
Protokół transferu danych LAP-F (Q.922)
" LAP-F wywodzi się z protokołu LAP-D (Link
Access Protocol for D-channel), stosowanego w
sieciach ISDN
" w sieci z przekazywaniem ramek wykorzystywany
jest tylko podzbiór protokołu Q.922  tzw. protokół
podstawowy
" pełny LAP-F, czyli tzw. protokół sterujący, jest
instalowany w węzłach sieci
z przełączaniem ramek.
3. Architektura Frame Relay
Ramka protokołu podstawowego LAP-F
" istnieje tylko jeden typ ramki dla transferu danych
" nie ma ramek sterujących
" nie jest możliwe sterowanie przepływem i korekcja
błędów, bowiem w polu adresowym nie występują
numery sekwencyjne
3. Architektura Frame Relay
Ramka protokołu podstawowego LAP-F
" W przypadku pracy z przekazywaniem ramek w węzłach
pośrednich implementowany jest wyłącznie protokół
podstawowy LAP-F. Zadania sygnalizacji wypełniają
protokoły warstwy wyższej strony nadawczej i
odbiorczej:
użytkownik-sieć użytkownik-użytkownik użytkownik-sieć
Flaga Adres Dane z warstwy wyższej FCS Flaga
podstawowy LAP-F podstawowy LAP-F
3. Architektura Frame Relay
Ramka protokołu podstawowego LAP-F
" Jako protokół warstwy wyższej może być stosowany bez
trudności pełny protokół LAP-F Q.933. W takim przypadku w
ramce możemy wyróżnić część użyteczną protokołu
podstawowego i sterującego:
użytkownik-sieć użytkownik-użytkownik użytkownik-sieć
Flaga Adres Sterowanie Dane z warstwy wyższej FCS Flaga
p.sterujący LAP-
p.podstawowy LAP-F p.podstawowy LAP-F
F
3. Architektura Frame Relay
Ramka protokołu podstawowego LAP-F
" Natomiast w przypadku pracy z przełączaniem ramek w
węzłach jest zaimplementowany kompletny protokół
sterująco-kontrolny LAP-F:
użytkownik-sieć użytkownik-użytkownik użytkownik-sieć
Flaga Adres Sterowanie Dane z warstwy wyższej FCS Flaga
p.sterujący LAP-F p.sterujący LAP-F
3. Architektura Frame Relay
Adresowanie Frame Relay
Istnieją dwa sposoby adresacji:
" lokalne - DLCI zmienia się w każdym węz
le;
sieć musi  mapować ramki od poprzedniego
do następnego węzła
" globalne - całe połączenie ma przypisaną
jedną wartość DLCI z dostępnej puli; musi
istnieć globalny system kontrolujący
przydział adresów
3. Architektura Frame Relay
Interfejs UNI (User to Network Interface)
" Sposób, w jaki są przesyłane dane nie jest ściśle określony.
Frame Relay Forum zdefiniowało funkcje tego interfejsu:
" zapewnienie komunikacji użytkownika z siecią
" oszacowanie natężenia ruchu w okresie zajętości łącza i
innych parametrów transmisyjnych
" nadzór nad połączeniem, oraz inne funkcje
zaimplementowane w interfejsie zarządzania LMI (Local
Management Interface)
3. Architektura Frame Relay
Udoskonalenia interfejsu UNI
" Nadrzędny kanał zarządzający
" informacje o parametrach ruchu, priorytetach, klasie
usługi
" umożliwienie automatycznej konfiguracji terminala
użytkownika w zależności od parametrów sieci
" Protokół LMI (Local Management Interface) 1990 r.
" globalny kanał informujący o stanie połączeń logicznych
" wsparcie dla adresowania globalnego
" wsparcie dla transmisji typu multicast
3. Architektura Frame Relay
Protokół LMI
" Do przesyłania informacji kontrolnych wykorzystuje ramkę
LAP-F, którą wyróżnia wartość DLCI = 1023. Pozostałe
funkcje to:
" powiadomienie o aktywnych i dostępnych PVC w sieci.
" powiadomienie o usuwalnych i błędnych PVC w sieci.
" monitoring stanu fizycznego i logicznego połączenia
pomiędzy siecią, a każdym urządzeniem użytkownika.
" powiadomienie o zmianach stanu PVC w sieci
" powiadomienie o minimalnej szerokości pasma
zaalokowanej w sieci dla każdego
z PVC.
" powiadomienie o priorytecie każdego z wirtualnych
połączeń
4. Zapobieganie przeciążeniom
Zarządzanie ruchem  parametry ruchu
4. Zapobieganie przeciążeniom
Zarządzanie ruchem  parametry ruchu
" Bc (Committed Burst Size)  maksymalna liczba danych,
które sieć gwarantuje przesłać w pewnym ustalonym
przedziale czasu TC w warunkach normalnych
" Be (Excess Burst Size)  nadmiarowa liczba danych, będąca
wielkością októrą klient może przekroczyć zagwarantowaną
liczbę BC w przedziale czasu TC; jeżeli w sieci (w którymś z
węzłów po drodze) wystąpi natłok, pakiety te zostaną
odrzucone przez sieć i stacja abonenta będzie musiała
zadbać o ich retransmisję. W tym przypadku sieć podejmie
jedynie próbę przetransmitowania tej nadmiarowej paczki
danych, ze zmniejszonym prawdopodobieństwem
dostarczenia. Nadmiarowe ramki mogą być przez sieć
oznaczone jako przeznaczone do usunięcia, poprzez
ustawienie bitu DE (Discard Eligibility)