Сети Frame Relay и их особенности

Изучение Frame Relay целесообразно для понимания базовых принципов WAN-технологий и их эволюции в современных решениях. Несмотря на устаревание, эти знания полезны при работе с legacy-оборудованием и для фундаментальной подготовки сетевых инженеров.

Содержимое разработки

Сети FrameRelay и их особенности

В. А. Жбанов

ГАПОУ ПО «Пензенский колледж информационных и промышленных технологий (ИТ-колледж)»


ВВЕДЕНИЕ

Frame relay - это протокол канального уровня, предназначенный для эффективной передачи данных между устройствами по виртуальным каналам. В отличие от прошлого, X25, этот протокол был разработан специально в 1980-х годах как простой и быстрый вариант для сетей esdn.

Главной особенностью Frame Relay является отсутствие методов исправления ошибок. При передаче кадр просто отбрасывался, если он был поврежден, что приводило к значительному ускорению работы сети по сравнению с X25, когда каждый пакет тщательно проверялся.

В 1990 году телекоммуникационные компании, включая Cisco System, stratacom, Northern Telecom и Digital Equipment Corporation, объединили усилия для дальнейшего развития технологии. Благодаря их работе система frame taking получила новые возможности, которые позволяют использовать ее в сложной сетевой инфраструктуре.

Хотя сегодня Frame Relay используется в качестве MLB.Хотя на смену ему приходят более современные технологии, такие как S, принципы его работы остаются важной частью истории телекоммуникаций.

Цель: изучение сетей FrameRelay и их особенностей.

Задачи:

1. Изучить историю развития сетей FrameRelay.

2. Изучить принцип работы.

3. Изучить преимущества и недостатки.







  1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ FRAME RELAY

Frame Relay создавался как упрощённая версия протокола X.25, но без некоторых механизмов коррекции ошибок. Это было связано с изменением условий работы сетей: они всё чаще функционировали поверх цифровых линий связи, и сложные механизмы X.25 стали ненужными. В мире сетевых технологий 90-х Frame Relay стал настоящим прорывом — быстрым, дешевым и невероятно востребованным. Со временем он потерял своё влияние, но почему?

Этапы развития: В 1980-х главной технологией для глобальных сетей (WAN) был X.25 — надежный, но чудовищно медленный. Он создавался в эпоху аналоговых линий, где ошибки передачи были обычным делом, поэтому каждый узел сети проверял и подтверждал каждый пакет. Это обеспечивало стабильность, но съедало скорость — типичные задержки достигали сотен миллисекунд. К концу 80-х появились более качественные цифровые линии (T1/E1, ISDN), и инженеры задумались: «Зачем нам столько проверок, если среда стала надежнее?». Так родилась концепция Frame Relay — технологии, которая отбросила избыточный контроль и просто «прогоняла» данные через сеть, перекладывая ответственность за ошибки на конечные устройства. Так в 1984 году Международный союз электросвязи поступило первое предложение об использовании FrameRelay. В 1990 году компании Cisco Systems, StrataCom, Northern Telecom и Digital Equipment Corporation образовали консорциум, чтобы сконцентрировать усилия на развитии технологии. Консорциум разработал спецификацию, которая соответствовала основам протокола Frame Relay, но расширяла его дополнительными возможностями для работы глобальных сетей.

В 1990 году ANSI и ITU-T стандартизировали Frame Relay, и уже к середине десятилетия он стал королем корпоративных WAN-сетей. Вот несколько причин: 1. Дешевле арендованных линий — вместо выделенных каналов между каждым офисом компания могла арендовать один виртуальный канал у провайдера и «разветвлять» его.

2. Гибкость — можно было легко добавлять новые узлы без прокладки физических линий.

3. Поддержка burst-трафика — если линия простаивала, можно было временно «разогнаться» выше гарантированной скорости (CIR).

Телеком-гиганты вроде AT&T, Sprint и MCI массово разворачивали Frame Relay, а Cisco и другие вендоры выпускали специализированные маршрутизаторы. Банки, госструктуры и международные корпорации переводили свои сети на эту технологию — она казалась идеальной.

Хоть сеть была довольно неплохой на то время, но своё влияние в мире технологий она потеряла довольно быстро и с ней начали появляться некоторые проблемы. Первая проблема это - рост интернет-трафика. Frame Relay не был рассчитан на IP-трафик, который взрывными темпами набирал популярность. Туннелирование IP поверх Frame Relay работало, но добавляло сложность. Вторая – это появление MPLS. Технология Multi-Protocol Label Switching (конец 90-х) предлагала те же виртуальные каналы, но с лучшей поддержкой IP, QoS и масштабируемостью. И наконец, третья проблема – эторазвитие Ethernet WAN. Провайдеры стали предлагать «эзернетные» решения (например, Metro Ethernet), которые были проще и быстрее.

К середине 2000-х Frame Relay стремительно терял позиции. Крупные операторы начали сворачивать поддержку, а клиенты массово мигрировали на MPLS или VPN поверх интернета. Последние островки Frame Relay доживали в глубинке и специфических госструктурах, но к 2010-м и они исчезли.

  1. ПРИНЦИП РАБОТЫ (PVC, DLCI, LMI)

PVC (Постоянный виртуальный канал) — это постоянное соединение между двумя устройствами в сети Frame Relay, которое существует длительное время, даже если не используется для передачи данных. 

Принцип работы:

1. Создание канала (настройка провайдером)

Провайдер вручную настраивает PVC между двумя маршрутизаторами клиента (например, между головным офисом и филиалом)

Каналу присваиваются параметры:

CIR (Фиксированная скорость передачи информации) — гарантированная скорость

DLCI — локальный идентификатор (как "номер маршрута")

Настройка делается один раз — канал остается активным 24/7

2. Передача данных (работа в режиме "всегда онлайн")

PVC не требует установки соединения перед передачей (в отличие от телефонного звонка)

Данные сразу идут по готовому виртуальному пути

Если канал не используется, он остается зарезервированным (как выделенная полоса на шоссе)

3. Управление трафиком

При перегрузках:

Сначала передаются данные в пределах CIR (гарантированная скорость)

Затем (если есть свободные ресурсы) — burst-трафик (временное превышение скорости)

При сильных перегрузках лишние кадры могут отбрасываться

4. Мониторинг (через LMI)

Протокол LMI автоматически:

Проверяет состояние PVC (раз в 10-30 сек)

Сообщает об обрывах связи

Обновляет список доступных каналов





DLCI (Идентификатор соединения по каналу передачи данных) — это 10-битовое число, которое хранится в заголовке кадра в сети Frame Relay и уникально идентифицирует виртуальный канал. 

Принцип работы:

1. Локальная значимость

DLCI имеет значение только в пределах одного участка сети (между маршрутизатором клиента и коммутатором провайдера).

Один и тот же PVC на разных участках может иметь разные DLCI (например, в Москве — 100, в Питере — 200).

Это похоже на то, как поезд меняет номер на каждой станции, но следует по одному маршруту.

2. Передача данных

Когда маршрутизатор отправляет данные, он "помечает" каждый кадр номером DLCI.

Коммутаторы Frame Relay смотрят на этот номер и перенаправляют кадр дальше по нужному пути.

На каждом участке сети DLCI может изменяться, но сам PVC остается тем же.

3. Мультиплексирование

По одному физическому интерфейсу можно передавать множество PVC с разными DLCI.



LMI (Локальный интерфейс управления) — это расширение базового стандарта Frame Relay, которое предоставляет пользователю информацию о состоянии и конфигурации PVC.

Принцип работы:

1. Проверка активности каналов (Keepalive)

Каждые 10-30 секунд LMI отправляет специальные запросы (Status Enquiry)

Коммутатор Frame Relay отвечает (Status Response), подтверждая:

Какие PVC доступны

Их текущее состояние (активен/неактивен)

2. Обмен служебной информацией

LMI передает:

Список всех настроенных PVC для данного интерфейса

Параметры QoS (например, CIR для каждого PVC)

Уведомления о перегрузках (используя FECN/BECN)





  1. ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ FRAMERELAY



Преимущества сети FrameRelay:

1. Дешевле выделенных линий. Вместо дорогих физических каналов Frame Relay использует виртуальные соединения (PVC), что сильно снижает затраты.

2. Быстрее, чем старые аналоги. В отличие от медленного X.25, который копался с проверкой ошибок на каждом уровне, Frame Relay работает эффективнее — меньше накладных расходов, выше скорость.

3.Масштабируется без проблем. Не нужно тянуть отдельный кабель — просто настраиваешь виртуальный канал.

4.Гибкая настройка трафика. Можно задать приоритеты, резервировать полосу под важные данные и даже временно выходить за лимиты.

5. Работает почти с чем угодно. Без проблем дружит с IP, старыми протоколами вроде SNA и даже с голосовым трафиком (VoIP).

Несмотря на такое количество плюсов, у этой сети было также много недостатков. Вот некоторые из них:

Проблемы с качеством обслуживания (QoS).

1. Главным минусом было отсутствие гарантированного QoS. При перегрузке сети пакеты могли теряться, что делало технологию непригодной для VoIP, видеоконференций и других приложений, чувствительных к задержкам.

2. Ограниченная скорость передачи. Максимальная скорость Frame Relay составляла 45 Мбит/с (T3), но в реальности большинство компаний использовали каналы 1.5–2 Мбит/с (T1/E1).

3. Вопросы безопасности. Данные передавались без шифрования, что создавало риски перехвата. В публичных сетях Frame Relay уязвимость к атакам была серьезной проблемой.

4. Сложность диагностики неисправностей. Если PVC разрывался, найти причину было непросто. LMI(Локальный интерфейс управления) сообщал о проблеме, но не всегда указывал, где именно произошел сбой.

5. Устаревание технологии. С появлением MPLS, Metro Ethernet и SD-WAN Frame Relay быстро потерял актуальность. Новые технологии предлагали лучшую скорость, QoS и безопасность, что привело к полному отказу от Frame Relay к 2010-м годам.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В 90-е годы Frame Relay совершил настоящую революцию в мире телекоммуникаций. Представьте: бизнесу вдруг предложили технологию, которая позволяла соединить все филиалы компании быстро, дёшево и без головной боли. Главное преимущество Frame Relay заключалось в его простоте и экономичности. Вместо того чтобы прокладывать дорогие выделенные линии между каждым офисом, компании могли арендовать виртуальные каналы у провайдера. Но, как и любая технология, Frame Relay со временем устарел. С появлением интернета и IP-трафика он начал терять своё влияние в IT-сфере и со временем ушёл совсем. Сегодня о Frame Relay вспоминают с ностальгией, как о важном этапе развития сетевых технологий. Многие его принципы — те же виртуальные каналы или динамическое распределение ресурсов — живут в современных SD-WAN и облачных решениях. Технологии уходят в прошлое, но хорошие идеи остаются. Frame Relay доказал, что можно передавать данные быстро и недорого, и этот урок IT-индустрия усвоила навсегда.



Сохранить у себя:
Сети Frame Relay и их особенности

Получите свидетельство о публикации сразу после загрузки работы



Получите бесплатно свидетельство о публикации сразу после добавления разработки