Công nghệ Frame Relay GVHD: Th.S Lê Nam Dương Nhận xét Giáo viên hướng dẫn: MỤC LỤC Lớp Điện Tử - Viễn Thông K32A Trang Công nghệ Frame Relay GVHD: Th.S Lê Nam Dương Lời mở đầu A Frame Relay I Frame relay gì? .4 II Phương thức hoạt động Frame Relay Cấu trúc khung Frame Relay Cấu hình tổng Frame Relay Nguyên lý hoạt động Frame Relay III Sự khác Frame relay X25 14 1.Đặc tính X25 14 B Ứng dụng củaFrame Relay 16 I Kết nối mạng 16 II Hỗ trợ chuẩn SNA IBM 16 III Phục vụ ứng dụng ngân hàng 17 LỜI MỞ ĐẦU Lớp Điện Tử - Viễn Thông K32A Trang Công nghệ Frame Relay GVHD: Th.S Lê Nam Dương Xuất từ năm 1994, Frame Relay đã dịch vụ có tốc độ phát triển nhanh Doanh thu dịch vụ Frame Relay tăng từ 830 triệu USD năm 1995 lên 3,9 tỷ USD năm 1997 Trong năm trước đây, dịch vụ Frame Relay được coi dịch vụ mạo hiểm đối với nhà cung cấp dịch vụ viễn thông Tuy nhiên, đến đã có khoảng 24 nhà cung cấp dịch vụ viễn thông châu Á cung cấp dịch vụ 11 q́c gia khu vực châu Á Thái Bình Dương Frame Relay đã được cung cấp nhiều nước thế giới như: HongKong, Malaysia, Singapore, Hàn quốc, Đài Lan, Thái Lan, Việt Nam, Nhật Bản, New Zealand, Mỹ Frame relay đời công nghệ kế thừa đặc điểm ưu việt mạng chuyển mạch gói tính tin cậy, mềm dẻo, khả chia sẻ tài nguyên, Đồng thời hạn chế tới đa thủ tục kiểm sốt, hỏi đáp… không cần thiết phải gây độ trể lớn Thị trường Frame Relay chủ yếu ngành công nghiệp có yêu cầu chuyển liệu tốc độ cao kết nối LAN/WAN; có thể liệt kê vài ngành công ty dược phẩm, tổ chức tài chính, dầu khí, vận tải Khách hàng công ty có thể sử dụng dịch vụ Frame Relay cho ứng dụng: Tính lương, kiểm soát tồn kho, xử lý yêu cầu bồi thường Như vậy, Frame Relay gì, ứng dụng thế được làm rõ phân tích Do lượng kiến thức hạn chế nên phân tích khơng tránh khỏi sai sớt, mong được đóng góp quý Thầy Cô, bạn A Frame Relay Lớp Điện Tử - Viễn Thông K32A Trang Công nghệ Frame Relay GVHD: Th.S Lê Nam Dương I Frame relay gì? Frame Relay dịch vụ nối mạng liệu theo phương thức chuyển mạch gói, hoạt động mức liên kết (link level) Đây chuẩn CCITT [1] ANSI [2] định trình truyền liệu qua mạng liệu công cộng Và F Về mặt cấu trúc, Frame Relay đóng gói liệu chuyển theo cùng cách thức được sử dụng dịch vụ X25 II Phương thức hoạt động Frame Relay Cấu trúc khung Frame Relay F A I FCS F • byte dành cho cờ F (flag) dẫn đầu Flag - cờ có giá trị 01111110 Thể theo mã Hexal 7E • byte địa A (adress) để biết khung chuyển tới đâu Header Frame Relay Trong đó: Lớp Điện Tử - Viễn Thông K32A Trang Công nghệ Frame Relay GVHD: Th.S Lê Nam Dương Hình1: Cấu trúc header Frame Relay + Byte thứ bao gồm: * Bit - EA: Extended Address Khi khách hàng dùng nhiều cần mở rộng thêm địa có nghĩa tǎng số DLCI (Data Link Connection Identifier) dùng bit mở rộng địa EA Bình thường hình vẽ giới thiệu giá trị EA byte EA byte Nếu mở rộng EA 0, 0, theo thứ tự xuống * Bit - C/R - Command/ respond Bit dùng để hỏi đáp, mạng Frame Relay không dùng mà dành cho thiết bị đầu cuối (FRAD) sử dụng mỗi cần trao đổi thông tin cho nhau, Bit C/R FRAD đặt giá trị được giữ nguyên truyền qua mạng * Từ bit đến bit - DLCI byte thứ có bit byte thứ có bit tổng cộng 10 bit để nhận dạng đường nối data nói cách khác địa nơi nhận, 10 bit có thể nhận dạng tới 1024 địa Khi đường kết nối ảo DLCI phát triển thêm có thể dùng byte địa hình 2, lúc có 16 bit địa tương đương 65536 địa Tương tự có thể dùng byte địa Lớp Điện Tử - Viễn Thông K32A Trang Công nghệ Frame Relay GVHD: Th.S Lê Nam Dương Hình : Trường hợp mở rộng byte địa + Byte thứ * Bit - bit EA (đã trình bày phần trên) * Bit - bit DE Bít đánh dấu Frame mà mạng lưới, thiết bị có quyền loại bỏ nó nếu độ nghẽn mạng cao Mạng lưới FRAD đặt bit DE= cho Frame phát với tốc độ cao tốc độ khách hàng đǎng ký (CIR) mà mạng phải cam kết đảm bảo Tuy nhiên khung Frame được chuyển bình thường tới người nhận nếu độ nghẽn mạng thấp, nếu độ nghẽn mạng cao Frame có DE = bị loại bỏ trước tiên Bình thường bit DE = Hình : Minh hoạ cho bit DE Bc: (Committed Burst Size): Là số lượng liệu data tối đa mạng lưới chấp nhận truyền khoảng thời gian Tc Tc: (Committed Rate Measurement Interval): Tc = Bc/CIR khoảng thời gian mà FRAD cho phép gửi Bc thậm chí cả Be Be: (Exess Burst Size): Là sớ lượng liệu data tối đa mà mạng không đảm bảo truyền tốt truyền thử xem Lớp Điện Tử - Viễn Thông K32A Trang Công nghệ Frame Relay GVHD: Th.S Lê Nam Dương * Bit - Bit BECN Bit - Bit FECN Hai bit mạng lưới đặt cho từng nối (Từng DLCI) báo cho FRAD biết để điều hành thông lượng Khi bị nghẽn bit được đặt = theo trường hợp sau sở hình Hình 4: Mơ hình hướng FECN, BECN * Bit đến bit - Dành cho DLCI • Trường thơng tin I Trường thơng tin Frame có thể thay đổi độ dài đều chứa hai loại thơng tin đó thơng tin liệu người dùng (Application Data hay User Data ) thông tin về giao thức từng lớp sử dụng PCI (Protocol Control Information) để thông báo cho lớp tương ứng bên nhận biết • Hai Byte kiểm tra khung - FCS (Frame Check Sequence) Hai byte 16 bit để kiểm tra khung (FCS) sát với trường thông tin phần user data thực chất kết quả kiểm tra độ dư theo chu kỳ - CRC (Cyclic Redundacy Check) CRC nói chung giá trị được tính tốn theo phương pháp riêng phụ thuộc vào tổng số byte khối liệu (Block of data), giá trị được bên phát gửi sang bên phía thu, bên thu đếm lại so sánh với giá trị bên phát gửi sang, nếu hai giá trị có nghĩa liệu truyền tốt, nếu khác có lỗi Lớp Điện Tử - Viễn Thông K32A Trang Công nghệ Frame Relay GVHD: Th.S Lê Nam Dương Hình 6: Kiểm tra lỡi khung gửi FCS • Và cuối cùng byte cờ F để kết thúc Cấu hình tổng Frame Relay Hình: Cấu trúc mạng Frame Relay + Các kênh riêng tạo liên kết vật lý FRAD FRND + FRND (Frame Relay Access Device): thiết bị truy cập mạng thường Router, Bridge, ATM switch… + FRND (Frame relay Netwok Device): thiaats bị chuyển mạch Frame Relay Switch + FRAD FRND chuyể đổi liệu thông qua quy định giao tiếp UNI Nguyên lý hoạt động Frame Relay Người sử dụng gửi Frame với giao thức LAP-D hay LAP-F (Link Access Protocol D hay F), chứa thông tin về nơi đến thông tin người sử dụng, hệ thống dùng thông tin để định tuyến mạng Công nghệ Frame Lớp Điện Tử - Viễn Thông K32A Trang Công nghệ Frame Relay GVHD: Th.S Lê Nam Dương Relay có ưu điểm đặc trưng lớn cho phép người sử dụng dùng tốc độ cao mức họ đǎng ký khoảng thời gian định , có nghĩa Frame Relay không cố định độ rộng bǎng (Bandwith) cho từng gọi mà phân phối bandwith cách linh hoạt điều mà X25 th kênh riêng khơng có Ví dụ người sử dụng ký hợp đồng sử dụng với tốc độ 64 kb, họ chuyển lượng thông tin lớn, Frame Relay cho phép truyền chúng tốc độ cao 64 kb Hiện tượng được gọi "bùng nổ" - Bursting Thực tế mạng lưới rộng lớn có nhiều người sử dụng với vô số frame chuyển qua chuyển lại, Frame Relay không sử dụng thủ tục sửa lỗi điều hành thông lượng (Flow control) lớp (Network layer), nên Frame có lỡi đều bị loại bỏ vấn đề frame được chuyển địa chỉ, nguyên vẹn, nhanh chóng không bị thừa bị thiếu không đơn giản Để đảm bảo được điều Frame relay sử dụng sớ nghi thức sau: • DLCI (Data link connection identifier) - Nhận dạng đường nối data Cũng X25, đường nối vật lý frame relay có thể có nhiều đường nối ảo, mỗi đối tác liên lạc được phân đường nối ảo riêng để tránh bị lẫn, được gọi tắt DLCI • CIR (committed information rate) - Tốc độ cam kết Đây tốc độ khách hàng đặt mua mạng lưới phải cam kết thường xuyên đạt được tốc độ • CBIR (Committed burst information rate) - Tớc độ cam kết bùng nổ thông tin Lớp Điện Tử - Viễn Thông K32A Trang Công nghệ Frame Relay GVHD: Th.S Lê Nam Dương Khi có lượng tin truyền lớn, mạng lưới cho phép khách hàng truyền tốc độ cam kết CIR tốc độ CBIR khoảng thời gian (Tc) ngắn vài ba giây đợt, điều tuỳ thuộc vào độ "nghẽn" mạng CIR • DE bit (Discard Eligibility biy) - Bit đánh dấu Frame có khả nǎng bị loại bỏ Về lý mà nói nếu chuyển Frame vượt q tớc độ cam kết, Frame đó bị loại bỏ bit DE được sử dụng Tuy nhiên có thể chuyển frame với tốc độ lớn CIR hay thậm chí cả CBIR tuỳ thuộc vào trạng thái mạng Frame relay lúc đó có độ nghẽn hay nhiều (Thực chất khả nǎng mượn độ rộng bǎng "Bandwith" người sử dụng khác họ chưa dùng đến) Nếu độ nghẽn mạng nhiều (khi nhiều người cùng làm việc) khả nǎng rủi ro bị loại bỏ Frame lớn Khi Frame bị loại bỏ, thiết bị đầu cuối phải phát lại Do mạng Frame relay không có thủ tục điều hành thông lượng (Flow control) nên độ nghẽn mạng khơng kiểm sốt được, vậy cơng nghệ Frame relay sử dụng hai phương pháp sau để giảm độ nghẽn số frame bị loại bỏ : • Sử dụng FECN (Forward explicit congestion notification): Thơng báo độ nghẽn cho phía thu BECN (Backward Explicit Congestion Notification) Thông báo độ nghẽn về phía phát Thực chất phương pháp để giảm tốc độ phát mạng lưới có nhiều người sử dụng cùng lúc Hình vẽ bên Lớp Điện Tử - Viễn Thông K32A Trang 10 Công nghệ Frame Relay GVHD: Th.S Lê Nam Dương Hình Nguyên lý sử dụng FECN BECN • Sử dụng LMI (Local Manegment Interface): để thông báo trạng thái nghẽn mạng cho thiết bị đầu cuối biết LMI chương trình điều khiển giám sát đoạn kết nới FRAD FRND a.Tín hiệu LMI Hình LMI chuẩn tín hiệu router Frame Relay Switch LMI có nhiệm vụ quản lý kết nới trì trạng thái thiết bị Lớp Điện Tử - Viễn Thông K32A Trang 11 Công nghệ Frame Relay GVHD: Th.S Lê Nam Dương Router gởi hay nhiều yêu cầu về trạng thái LMI đầy đủ đến Frame Relay Switch Frame Relay Switch trả lời với hay nhiều loại LMI, router cấu hình với loại LMI cuối cùng nhận được Khi router nhận thông tin LMI, nó cập nhật trạng thái VC nó với trạng thái sau: • Active : kết nối VC hoạt động router có thể trao đổi liệu mạng Frame Relay • Inactive : kết nối cục đến Frame Relay Switch làm việc, kết nối router xa đến Frame Relay Switch xa không làm việc • Delete : khơng có LMI được nhận từ Frame Relay Switch không có dịch vụ router Frame Relay Switch cục b Ánh xạ địa Frame Relay Inverse ARP  LMI nhận DLCI có giá trị địa phương từ Frame Relay Switch  Inverse ARP ánh xạ local DLCI tới địa mạng đầu xa Hình Lớp Điện Tử - Viễn Thông K32A Trang 12 Công nghệ Frame Relay GVHD: Th.S Lê Nam Dương Một kết nối Frame Relay yêu cầu, VC, DLCI cục được ánh xạ đến địa tầng mạng đích, địa IP Những router có thể tự động phát DLCI cục từ Frame Relay Switch cục băng giao thức LMI Trên router Cisco, DLCI cục có thể được ánh xạ đến địa tầng mạng router xa cách tự động Inverse ARP Inverse ARP gán DLCI cho kết nối định Ví dụ : Ánh xạ địa Frame Relay Như hình, sử dụng Inverse ARP, router bên trái có thể tự động phát địa IP router xa, sau đó ánh xạ đến DLCI cục Trong trường hợp này, DLCI cục 500 được ánh xạ đến địa IP 10.1.1.1 Do đó, router gửi liệu đến 10.1.1.1, nó dùng DLCI 500 c Các giai đoạn hoạt động Inverse ARP LMI Sau tóm tắt về cách tín hiệu Inverse ARP LMI làm việc thế với kết nối Frame Relay: Lớp Điện Tử - Viễn Thông K32A Trang 13 Công nghệ Frame Relay GVHD: Th.S Lê Nam Dương Hình 10 Mỗi router kết nối đến Frame Relay Switch CSU/DSU Khi Frame Relay được cấu hình interface, router gởi yêu cầu về trạng thái LMI đến Frame Relay Switch Message thông báo với switch về trạng thái router yêu cầu switch gởi trạng thái kết nối VC Khi Frame Relay Switch nhận được yêu cầu, nó trả lời với message trạng thái LMI gồm DLCI cục PVC đến router xa mà router cục có thể gởi liệu Với mỗi DLCI hoạt động, mỗi router gởi Inverse ARP để giới thiệu về nó Khi router nhận được message Inverse ARP, nó tạo dòng ánh xạ bảng ánh xạ Frame Relay gồm DLCI cục địa tầng mạng router xa Chú ý,DLCI DLCI cục bộ, không phải DLCI router xa Một trạng thái kết nối có thể xuất bảng ánh xạ Frame Relay Lớp Điện Tử - Viễn Thông K32A Trang 14 Công nghệ Frame Relay GVHD: Th.S Lê Nam Dương Mỗi lần 60 giây, router gởi Inverse ARP đến tất cả DLCI hoạt động Mỗi lần 10 giây, router trao đổi thông tin LMI với switch (keepalive) Router thay đổi trạng thái mỗi DLCI active, inactive, deleted dựa LMI trả lời rừ Frame Relay Switch III Sự khác Frame relay X25 1.Đặc tính X25 X.25 dịch vụ chuyển mạch gói được thiết lập tốt (hiện lỗi thời), trước được sử dụng để nối kết thiết bị đầu cuối xa với hệ thống chủ Dịch vụ cung cấp kết nối any-to-any cho người dùng đồng thời Các tín hiệu từ nhiều người dùng có thể được hợp kênh (multiplex) thông qua giao diện X.25 vào mạng chuyển mạch gói phân phối tới nơi khác Hoạt động thực thể chặt chẽ, node mạng X25 phải biết trạng thái mạng mỗi liên kết logic Các gói tin điều khiển báo nhận, báo (ACK/NACK) thường xuyên được truyền cùng liên kết gói dự liệu không giao tiếp DTE-DCE mà tất cả node mạng Tại tất cả node mạng phải trì bảng trạng thái cho mỡi liên kết logic để quản lý liên kết, điều khiển lỗi, lưu lượng Đảm bảo gói tin gửi đến địa đích được lưu Network Header số lượng gói tin gửi vào mạng không vượt khả xử lý mạng Như vậy giao thức tầng mạng tuyệt đối cần thiết triển khai hệ thống mạng X25 đường truyền có độ tin cậy thấp, dễ bị nhiễu loạn, suy giảm tín hiệu … Nhược điểm X25 + Yêu cầu ACK cho từng gói liệu riêng biệt + Tại mỗi nút trung gian truyền thực điều khiển dòng điều khiển lỗi + Mỗi nút trung gian phải lưu trạng thái cho mỗi VC + Dữ liệu nguồn cần phải được lưu trữ trường hợp phải truyền lại Sự khác biệt Frame Relay X25 Lớp Điện Tử - Viễn Thông K32A Trang 15 Công nghệ Frame Relay GVHD: Th.S Lê Nam Dương Sự khác biệt bản Frame Relay X25 Frame Relay không kế thừa công nghệ X25 mà giao thức tiên tiến có nhiều điểm tương đồng với X25 Dữ liệu ba tầng X25 được chia thành gói (Packet), mỗi gói được bổ sung phần Network Header Các gói được chuyển xuống tầng hai, hàm chức LAP-B bổ sung Layer Header ccs Flag cho mỗi gói tạo thành khung LAP-B Các khung được chuyển xuống tầng vật lý truyền đến đích Sự khác biệt thể việc X25 được cài đặt mức (mức vật lý) mức (mức mạng) mơ hình OSI (Open System Interconnection), Frame Relay đơn giản giao thức mức 2, bỏ qua tiện ích sửa lỡi cấu trúc khung, điều khiển luồng thông tin (flow control) Khung có lỗi bị hủy bỏ không sửa chữa, nhờ vậy thời gian xử lý chuyển mạch giảm, nên Frame Relay đạt mức thông lượng cao cả mức cao X25 Frame Relay, X25, tiết kiệm đáng kể so với đường thuê riêng (private line) nhờ tính dồn kênh cho phép thiết lập nhiều kết nối (hoặc thoại) cùng đường dây vật lý Trên đường vật lý kết nối nhất, Frame Relay hỗ trợ nhiều ứng dụng khác khách hàng TCP/IP, NetBIOS, SNA , cho cả ứng dụng thoại Nhờ vậy tiết kiệm chi phí băng thơng, đường dây thiết bị truyền dẫn thiết bị kết nối Như vậy Frame Relay khác phục được hạn chế X25 nhờ đặc tính sau đây: + Các gói tin điều khiển liệu được truyền liên kết logic riêng biệt Vì vậy Node khơng cần trì bảng trạng thái , không cần xử lý gói điều khiển + Dồn kênh, chuyển mạch liên kết logic được thực tầng liên kết Loại bỏ xử lý tầng mạng + Không điều khiển lưu lượng điều khiển lỗi theo từng đoạn mạng (Hop-by-Hop Control) Trong trường hợp cần thiết tầng cao đảm trách Lớp Điện Tử - Viễn Thông K32A Trang 16 Công nghệ Frame Relay GVHD: Th.S Lê Nam Dương Chính ưu điểm mà dịch vụ Frame Relay đã được ưa thích từ đời ngày phổ biến B Ứng dụng củaFrame Relay I Kết nối mạng Việc xuất chương trình ứng dụng theo kiểu khách/chủ, xử lý phân bố, đã tạo nên nhu cầu kết nối mạng cục lại với (LAN interconnection) Trong trường hợp mạng cục cách xa về địa lý, việc kết nối chúng thành mạng diện rộng (WAN) nảy sinh nhiều vấn đề Ví dụ, tổ chức (cơng ty, tập đồn ) có thể có nhiều mạng cục dùng hệ điều hành, thủ tục, phương tiện truyền khác Hơn nữa, về mặt công nghệ, mạng cục (LAN) mạng diện rộng (WAN) hồn tồn khác Vì vậy, để kết nối chúng lại với nhau, phải có thiết bị trung gian hai loại mạng Giải pháp kết nới mạng diện rộng, mạng hình nhện trước phụ thuộc lớn vào kênh kết nối trực tiếp, đó việc thay đổi cấu trúc mạng địi hỏi phải thay đổi cấu hình phần cứng phần mềm; tớn nhiều thời gian, chi phí Với Frame Relay, việc thêm mạch ảo đầu cuối trở lên đơn giản, việc thay đổi mạch ảo được thực dễ dàng nhanh chóng Ứng dụng kết nối mạng cục (LAN), phương thức kết nới đem đến lợi ích như: Đơn giản về mạng lưới, giảm thiểu chi phí đầu tư về thiết bị, giảm chi phí so với kênh trực tiếp (thông thường 30-40% so với đường kết nối trực tiếp), nâng cao hiệu quả sử dụng mạng lưới (40% nhờ khả hỗ trợ nhiều thủ tục khác Frame Relay), giảm thiểu gián đoạn q trình trùn tin khơng cịn chế sửa lỗi truyền II.Hỗ trợ chuẩn SNA IBM Frame Relay hỗ trợ chuẩn truyền số liệu IBM SNA Network, không có Lớp Điện Tử - Viễn Thông K32A Trang 17 Công nghệ Frame Relay GVHD: Th.S Lê Nam Dương thay đổi lớn về phần mềm, phần cứng (front end processor) việc đánh địa cấu hình mạng lưới Đến nay, có khoảng 50.000 cơng ty sử dụng máy tính lớn (mainframe) dựa cấu hình IBM SNA Việc trì, bảo dưỡng thay đổi hệ thống khó tốn kém, đồng thời việc kết nối với chuẩn khác (LAN) khó khăn Frame Relay cho phép nhà quản trị hệ thống sử dụng IBM SNA giải quyết vấn đề cách đơn giản tiết kiệm III Phục vụ ứng dụng ngân hàng Một ví dụ điển hình Frame Relay được ứng dụng ngân hàng Trước ngân hàng thường sử dụng nhiều cấu hình mạng khác - Mạng X.25 liên kết máy chủ SNA với máy đầu cuối văn phòng dùng để nhân viên thu tiền ghi nhận giao dịch khách hàng - Mạng bảo vệ Security/Alarm - Mạng dùng cho thư điện tử - email xử lý số liệu - Mạng chuyển tiếng nói “voice” trợ giúp máy điện thoại máy thu tiền tự động (Bank’s ATM machines) Tất cả ứng dụng có thể được sử dụng kết hợp qua kênh kết nối Frame Relay Ngồi Frame Relay cịn có thể dùng cho nhiều ứng dụng khác như: Thoại môi trường Frame Relay; ÛÛng dụng kết nối internet; Tạo bước đệm cho công nghệ ATM Mạng Frame Relay cho phép người sử dụng thiết bị mạng FRAD, Router liên lạc với thông qua mạng ATM Backbone Lớp Điện Tử - Viễn Thông K32A Trang 18 ... Sự khác biệt Frame Relay X25 Lớp Điện Tử - Viễn Thông K32A Trang 15 Công nghệ Frame Relay GVHD: Th.S Lê Nam Dương Sự khác biệt bản Frame Relay X25 Frame Relay không kế thừa công nghệ X25 mà... machines) Tất cả ứng dụng có thể được sử dụng kết hợp qua kênh kết nới Frame Relay Ngồi Frame Relay có thể dùng cho nhiều ứng dụng khác như: Thoại môi trường Frame Relay; ÛÛng dụng kết nối.. .Công nghệ Frame Relay GVHD: Th.S Lê Nam Dương Lời mở đầu A Frame Relay I Frame relay gì? .4 II Phương thức hoạt động Frame Relay Cấu trúc khung Frame