Frame Relay, giải pháp cho các doanh nghiệp và tập- 123docz.net

(phần Frame Relay, các bạn sẽđược nghiên cứu rất kỹ trong chương trình CCNA)

Frame Relay là gì ?

Frame Relay là một dịch vụ truyền số liệu mạng diện rộng dựa trên công nghệ chuyển mạch gói.

Đây là một chuẩn của CCITT [1] và ANSI [2] định ra quá trình truyền dữ liệu qua mạng dữ liệu công cộng. Hiện tại Frame Relay phục vụ cho các khách hàng có nhu cầu kết nối các mạng diện rộng và sử dụng các ứng dụng riêng với tốc độ kết nối cao (băng thông tối đa là 44,736 Mbit/s) và phục vụ cho các ứng dụng phức tạp như tiếng nói, âm thanh và hình ảnh. Đặc điểm của Frame Relay là truyền thông tin qua mạng diện rộng bằng việc chia dữ liệu thành những gói tin. Mỗi gói tin đi qua một dãy các thiết bị chuyển mạch trong mạng Frame Relay đểđi đến đích.

Chúng ta đã biết, các công nghệ WAN được phân chia ra ví dụ nhưđường dây thuê bao "leased line" (T1, E1), chuyển mạch kênh (POTS, ISDN), chuyển mạch gói (X.25, Frame Relay) .v.v. Chính Frame Relay là công nghệ chuyển mạch gói, hoạt động tại các lớp vật lý và liên kết dữ liệu

trong mô hình OSI [3] nhưng không có cơ chế kiểm soát lỗi, việc kiểm soát lỗi phải nhờ vào các giao thức lớp trên như TCP [4] chẳng hạn và do đó tốc độ truyền dữ liệu của Frame Relay nhanh hơn một số công nghệ WAN khác. Ngày nay Frame Relay là một giao thức chuẩn công nghiệp, nó có thể xử lý nhiều kênh truyền và sử dụng HDLC [5] đểđóng gói dữ liệu giữa các thiết bị kết nối.

Phương thức hoạt động

Frame Relay được xem như giao diện giữa người dùng và thiết bị mạng. Mạng cung cấp giao diện Frame Relay có thể là mạng của một nhà cung cấp dịch vụ hay mạng thiết bị do tư nhân quản lý. Một mạng Frame Relay có thể bao gồm các máy tính, các máy chủ về phía người dùng; các thiết bị truy cấp Frame Relay như các bộđịnh tuyến hay các môđem; và thiết bị mạng Frame Relay như các thiết bị chuyển mạch, các bộđịnh tuyến, các CDU/CSU [6] hay các bộ dồn kênh như mô tả trong Hình 1.

Training & Education Network

02 Bis Dinh Tien Hoang Street, Dakao Ward, District 1, HCMC – Tel: (848) 824 4041 – Fax: (848) 824 4041 E-mail: training@athenavn.com – URL: www.athenavn.com E-mail: training@athenavn.com – URL: www.athenavn.com

nhập cục bộ của nhà cung cấp dịch vụ.

Chúng ta triển khai một dịch vụ Frame Relay công cộng bằng việc đặt thiết bị chuyển mạch Frame Relay trong tổng đài (central ofice) của nhà cung cấp dich vụ viễn thông. Trong trường hợp này, khách hàng có được những lợi ích như trả phí theo tốc độ truyền và không cần phải mất nhiều thời gian vào việc quản trị hay bảo trì các thiết bị và các dịch vụ mạng. Hiện tại không tồn tại các chuẩn cho liên kết thiết bị bên trong một mạng Frame Relay. Bởi vậy việc hỗ trợ các giao diện Frame Relay không nhất thiết là giao thức Frame Relay phải được sử dụng giữa các thiết bị

mạng. Như vậy, chuyển mạch kênh truyền thống, chuyển mạch gói hay một kết hợp lai ghép giữa các công nghệ có thểđược sử dụng như mô tả trong Hình 2.

Hình 2 : Frame Relay được sử dụng như một giao diện với một mạng bằng các thiết bị chuyển mạch Frame Relay và các bộđịnh tuyến.

Các đường kết nối các thiết bị người dùng với thiết bị mạng có thể hoạt động tại tốc độ truyền

được lựa chọn từ nhiều tốc độ dữ liệu. Các tốc độ giữa 56 Kbit/s và 1.544 Mbit/s là đặc trưng, mặc dù vậy Frame Relay có thể hỗ trợ các tốc độ thấp và cao hơn.

Sau đây là một số thuật ngữ liên quan đến Frame Relay có sử dụng trong bài báo:

+Access rate: Tốc độđồng hồ (tốc độ cổng) của kết nối đến mạng Frame Relay. Đây là tốc độ mà tại đó dữ liệu được truyền đi hay đến của mạng.

+DLCI (Data-link connection identifier): DLCI [10] là một giá trị số nhận diện kênh lôgic giữa thiết bị nguồn và thiết bịđích. Thiết bị chuyển mạch Frame Relay tham chiếu đến các giá trị

DLCI giữa mỗi cặp bộđịnh tuyến để tạo ra một kênh truyền ảo cốđịnh (PVC [11]).

+LMI(local management interface): Một chuẩn báo hiệu giữa thiết bị CPE [9] và thiết bị chuyển mạch Frame Relay có trách nhiệm quản lý kết nối và duy trì trạng thái giữa các thiết bị. Đây là tập các nâng cao đặc tả Frame Relay cơ sở. LMI bao gồm hỗ trợ cơ chế "keepalive" (duy trì sự

hoạt động) kiểm tra dòng dữ liệu đang lưu thông; cơ chế "multicast" cung cấp cho máy chủ mạng DLCI cục bộ của nó và DLCI multicast; Định địa chỉ toàn bộ (global addressing) cho các giá trị

DLCI có ý nghĩa tổng thể trong các mạng Frame Relay; và cơ chế "status" cung cấp một báo cáo trạng thái "on-going" về các DLCI đã biết tới thiết bị chuyển mạch. Tồn tại ba dạng LMI được hỗ

Training & Education Network

trợ trong các bộđịnh tuyến của Cisco là ansi, cisco, và q933a.

+CIR (Committed information rate): là tốc độđo bằng bit trên giây mà nhà cung cấp dịch vụ cam kết.

+FECN(Forward explicit congestion notification): Một thiết lập bit trong frame (khung) thông báo cho một DTE biết rằng thủ tục ngăn chặn tắc nghẽn phải được khởi tạo bởi thiết bị nhận. Khi một thiết bị chuyển mạch Frame Relay nhận thấy có tắc nghẽn trong mạng, nó gửi một gói tin FECN đến thiết bịđích, thông báo rằng có tắc nghẽn xuất hiện.

+BECN(Backward explicit congestion notification): Một thiết lập bit trong frame (khung) thông báo cho một DTE biết rằng thủ tục ngăn ngừa tắc nghẽn phải được khởi tạo bởi thiết bị gửi. Như

trong Hình 2 chỉ ra khi một thiết bị chuyển mạch Frame Relay nhận thấy có tắc nghẽn trong mạng, nó gửi một gói tin BECN đến bộđịnh tuyến nguồn, chỉ dẫn bộđịnh tuyến giảm tốc độ

truyền tại nơi mà nó gửi các gói tin. Nếu bộđịnh tuyến nhận được bất cứ gói BECN nào trong khe thời gian hiện thời thì nó giảm tốc độ truyền đi 25%.

+Discard eligibility (DE) indicator: Một thiết lập bit thông báo frame (khung) có thể bị loại bỏ

gói tin khi tắc nghẽn xuất hiện. Trong khi bộđịnh tuyến phát hiện có tắc nghẽn trên mạng, thiết bị chuyển mạch Frame Relay sẽ loại bỏ các gói tin với việc thiết lập bit DE đầu tiên.

Hình 3 :Một thiết bị chuyển mạch Frame Relay gửi các gói tin BECN để ngăn chặn tắc nghẽn.

Sự dồn kênh và DLCI

Đóng vai trò như giao diện giữa người dùng và thiết bị mạng, Frame Relay cung cấp cách thức để

dồn kênh nhiều cuộc trao đổi dữ liệu lôgic (kênh ảo), thông qua một môi trường vật lý chia xẻ

nhờ gán các giá trị DLCI (xem giải thích phần trên) cho mỗi đôi DTE/DCE [7,8] của các thiết bị. Với việc dồn kênh trong Frame Relay bạn có thể sử dụng băng thông sẵn có một cách năng động và hiệu quả hơn. Khác với ISDN [14] (băng thông trong mỗi kênh là không thay đổi), với Frame Relay, từng kênh có thể sử dụng phần băng thông mà các kênh khác không sử dụng đến, miễn là tổng băng thông của chúng không đổi. Chính vì lý do đó Frame Relay cho phép người dùng chia xẻ băng thông với chi phí giảm. Chẳng hạn có một WAN sử dụng Frame Relay và Frame Relay

Training & Education Network

tương đương với một nhóm các đường truyền thuê bao. Công ty điện thoại thường là chủ và có trách nhiệm bảo toàn và duy trì các đường truyền này. Bạn có thể chọn một đường để thuê giành riêng cho công ty của bạn hay bạn có thể trả chi phí thấp hơn khi thuê một kênh trên đường chia xẻđó. Tất nhiên Frame Relay có thể cũng chạy hoàn toàn trên các mạng cá nhân, nhưng nó rất ít khi được sử dụng theo cách này.

Các chuẩn Frame Relay hướng đến các PVC [11] mà chúng được cấu hình bởi người quản trị và

được quản lý trong một mạng Frame Relay. Một PVC (permanent virtual circuit) được hiểu ởđây là một kênh ảo được thiết lập cốđịnh. Ví dụ như trong Hình 4 chúng ta có ba PVC, PVC từ A

đến B có giá trị DLCI ở A là 325 và giá trị DLCI ở B là 44, từ B đến C có các giá trị DLCI tương

ứng là 52 và 417, từ C đến A là 52 và 910. Trong đặc tả Frame Relay cơ sở (không mở rộng), các DLCI có một ý nghĩa cục bộ : bản thân các giá trị DLCI là không duy nhất trong WAN Frame Relay. Hai thiết bị DTE được nối với nhau bởi một kênh ảo có thể sử dụng một giá trị DLCI khác

để tham chiếu đến cùng một kết nối như mô tả trong Hình 4.

Hình 4: Các thiết bịđầu cuối tại hai đầu của một kết nối có thể sử dụng các số DLCI khác nhau

để tham chiếu đến cùng một kết nối này.

Cuối cùng, thiết bị chuyển mạch của nhà cung cấp dịch vụ xây dựng một bảng các giá trị DLCI tham chiếu đến các cổng ra (outbound port). Khi mà một frame (khung) nhận được, thiết bị

chuyển mạch phân tích nhận diện kết nối và chuyển giao frame (khung) tới cổng ra liên quan. Một kênh truyền trọn vẹn được thiết lập trước khi frame (khung) đầu tiên được gửi.

Định dạng frame (khung)

Định dạng khung Frame Relay được mô tả trong Hình 5. Các trường Flag cho thấy điểm bắt đầu và kết thúc của khung Frame Relay. Kế theo trường Flagđánh dấu đầu khung là 2 byte thông tin vềđịa chỉ. Mười bit của hai byte này tạo thành ID của kênh hiện thời (chính là giá trị DLCI). Tiếp theo đây là các trường trong khung Frame Relay :

Flag : Chỉ ra điểm bắt đầu và kết thúc của khung Frame Relay

Training & Education Network

byte, các bit địa chỉ cũng tính đến khả năng mở rộng của độ dài địa chỉ trong tương lai. Tám bít của mỗi byte trong trường Addressđược sử dụng để chỉ ra địa chỉ. Địa chỉ bao gồm thông tin sau: - Giá trị DLCI : chỉ ra giá trị DLCI bao gồm 10 bit của trường Address

- Congestion Control (điều khiển tắc nghẽn) : Ba bit cuối cùng trong trường Addressđểđiều khiển cơ chế thông báo tắc nghẽn trong Frame Relay. Những bit này là các bit FECN, BECN và DE (xem giải thích các thuật ngữở phần trên).

Data : Trường này có thể thay đổi độ dài có chứa dữ liệu đóng gói lớp trên

FCS (Frame check sequence) : Được sử dụng đểđảm bảo toàn vẹn dữ liệụđã truyền.

Hình 5 : Các trường Flag giới hạn điểm đầu và cuối của frame

Phương thức định địa chỉ của mạng Frame Relay

Trong Hình 6, giả sử hai PVC [11], một giữa Atlanta và Los Angeles và một giữa San Jose và Pittsburgh. Los Angeles sử dụng DLCI 22 để tham chiếu đến PVC của nó với Atlanta, trong khi Atlanta tham chiếu đến cùng PVC bằng số DLCI 82. Tương tự San Jose sử dụng số DLCI 12 để

tham chiếu đến PVC của nó với Pittsburgh và Pittsburgh sử dụng DLCI 62. Mạng sử dụng các cơ

chế trong (internal mechanism) để lưu giữ hai bộ nhận diện PVC có ý nghĩa cục bộ khác biệt.

Hình 6: Một ví dụ về việc sử dụng các DLCI trong mạng Frame Relay.

Vùng địa chỉ DLCI có giới hạn là 10 bit (xem phần sau). Như vậy là nó có khả năng tạo ra 1024

địa chỉ DLCI. Phần có thể sử dụng được của các địa chỉ này được xác định bởi kiểu LMIđược sử

dụng. Kiểu LMIcủa Cisco hỗ trợ một phạm vi các địa chỉ DLCI từ 16 đến 992 cho dữ liệu người dùng. Phần còn lại giành cho nhà cung cấp dịch vụ. Nó bao gồm các thông điệp LMI và các địa chỉ multicast.

Training & Education Network

LMI : Bổ sung của Cisco vào Frame Relay

Sự phát triển chính trong lịch sử phát triển Frame Relay là năm 1990 khi mà Cisco Systems, StraCom, Northern Telecom và Digital Equipment Corporation cùng thành lập một nhóm tập chung vào việc phát triển công nghệ Frame Relay và thúc đẩy việc đưa ra các sản phẩm của nó có thể hoạt động cùng nhau. Nhóm này đã phát triển một đặc tả tuân theo giao thức Frame Relay cơ

sở. Họ cũng mở rộng nó qua việc bổ sung các khả năng phục vụ môi trường kết nối mạng phức tạp. Các mở rộng Frame Relay đều quy tụ về LMI (local management interface).

Các mở rộng LMI

Ngoài các chức năng giao thức Frame Relay cơ sở cho truyền dữ liệu, đặc tả Frame Relay bao gồm các mở rộng LMI cho phép hỗ trợ những kết nối mạng lớn và phức tạp một cách dễ dàng hơn. Sau đây là tóm tắt các mở rộng LMI:

- Virtual circuit status messages (common) – Cung cấp sự liên lạc và sựđồng bộ hoá giữa mạng và thiết bị người dùng, báo cáo theo định kỳ sự tồn tại của các PVC [11] mới, xoá các PVC đang tồn tại và thông tin chung về tính toán vẹn PVC. Các Virtual circuit status message ngăn ngừa việc gửi dữ liệu qua các PVC không tồn tại lâu.

- Multicasting (optional) – Cho phép thực thể gửi truyền một frame (khung) đơn nhưng chuyển giao qua mạng tới nhiều thực thể nhận. Như vậy multicasting hỗ trợ việc vận chuyển hiệu quả các thông điệp giao thức định tuyến và các giao thức giải pháp địa chỉ mà chúng phải được gửi đồng thời tới nhiều đích.

- Global addressing (optional) – Đem lại cho kết nối nhận biết một cách tổng thể (global), cho phép chúng được sử dụng để nhận diện một giao diện cụ thể với mạng Frame Relay. Global addressing làm cho mạng Frame Relay giống mạng LAN về cách định địa chỉ. Các giao thức giải pháp địa chỉ (Address resolution protocol) vì thế thực hiện qua Frame Relay cũng chính xác như

chúng thực hiện qua mạng LAN.

- Simple flow control (optional) - Chuẩn bịđầy đủ cho một cơ chếđiều khiển lưu lượng XON/XOFF được áp dụng vào giao diện Frame Relay toàn bộ.

Sau đây chúng ta sẽ khảo sát một sốđặc tính của LMI :

+Global addressing: Ngoài các đặc tính chung (common) của LMI, các mở rộng LMI tuỳ chọn (optional) đặc biệt được sử dụng hữu ích trong môi trường kết nối mạng. Mở rộng LMI tuỳ chọn quan trọng đầu tiên là Global Addressing. Với mở rộng này, các giá trịđược chèn vào trong trường DLCI của một frame là những địa chỉ có ý nghĩa tổng thể của các thiết bị người dùng cuối riêng lẻ (ví dụ các bộđịnh tuyến).

Training & Education Network

mà nó nhận diện các PVC [11] với ý nghĩa cục bộ. Trong trường hợp này, không có các địa chỉ

nhận diện các địa chỉ mạng hoặc các node gán cho các giao diện này. Bởi vì các địa chỉ này không tồn tại, nên chúng không thể bị phát hiện bởi giải pháp địa chỉ truyền thống và các kỹ thuật khám phá. Điều đó có nghĩa rằng với việc định địa chỉ Frame Relay bình thường, chúng ta phải sử dụng cấu hình tĩnh (static map) để tham chiếu tới chúng. Các cấu hình tĩnh này cho các bộ định tuyến biết các DLCI nào được sử dụng để tìm ra một thiết bịở xa và những địa chỉ kết nối mạng có liên quan.

Trong Hinh 6, chú ý rằng mỗi giao diện có một bộ nhận diện riêng. Giả sử rằng Pittsburgh phải gửi một frame tới San Jose. Giá trị DLCI tại đầu cuối San Jose của VC là 12 và bằng 62 tại đầu cuối Pittsburgh. Như vậy Pittsburgh chiếm chỗ giá trị 62 trong trường DLCI và gửi frame (khung) vào trong mạng Frame Relay đểđi tới San Jose. Mỗi giao diện bộđịnh tuyến có một giá trị phân biệt như bộ nhận diện nút mạng của nó, như vậy các thiết bị riêng lẻ có thể phân biệt với nhau. Điều đó cho phép định tuyến trong những môi trường tổng thể. Global addressing cung cấp những lợi ích có ý nghĩa trong một mạng lớn và tổng thể.

+Multicasting và inverse ARP: Multicasting là một đặc tính LMI tuỳ chọn khác. Các nhóm Multicast được thiết kế một dãy bốn giá trị DLCI giành riêng (1019 đến 1022). Các frame được gửi bởi một thiết bị có sử dụng một trong những DLCI giành riêng này được tạo thêm một bản

Frame Relay, giải pháp cho các doanh nghiệp và tập đoàn

Nối mạng gia đình không dây