Relais de trames - Frame Relay

Un réseau Frame Relay basique

Frame Relay est une technologie de réseau étendu (WAN) normalisée qui spécifie les couches physiques et de liaison de données des canaux de télécommunications numériques à l'aide d'une méthodologie de commutation de paquets . Conçu à l'origine pour le transport à travers une infrastructure de réseau numérique à intégration de services (RNIS), il peut être utilisé aujourd'hui dans le contexte de nombreuses autres interfaces réseau.

Les fournisseurs de réseau implémentent généralement Frame Relay pour la voix ( VoFR ) et les données en tant que technique d' encapsulation utilisée entre les réseaux locaux (LAN) sur un WAN. Chaque utilisateur final obtient une ligne privée (ou une ligne louée ) vers un nœud Frame Relay . Le réseau Frame Relay gère la transmission sur un chemin changeant fréquemment, transparent pour tous les protocoles WAN largement utilisés par les utilisateurs finaux. Elle est moins chère que les lignes louées et c'est une des raisons de sa popularité. L'extrême simplicité de configuration de l'équipement utilisateur dans un réseau Frame Relay est une autre raison de la popularité de Frame Relay.

Avec l'avènement de l' Ethernet sur fibre optique, du MPLS , du VPN et des services haut débit dédiés tels que le modem câble et le DSL , Frame Relay est devenu moins populaire ces dernières années.

Description technique

Les concepteurs de Frame Relay visaient à fournir un service de télécommunication pour une transmission de données rentable pour le trafic intermittent entre les réseaux locaux (LAN) et entre les points d'extrémité d'un réseau étendu (WAN). Frame Relay place les données dans des unités de taille variable appelées « trames » et laisse toute correction d'erreur nécessaire (telle que la retransmission de données) jusqu'aux points de terminaison. Cela accélère la transmission globale des données. Pour la plupart des services, le réseau fournit un circuit virtuel permanent (PVC), ce qui signifie que le client voit une connexion continue et dédiée sans avoir à payer pour une ligne louée à temps plein , tandis que le fournisseur de services calcule l'itinéraire parcouru par chaque trame. à sa destination et peut facturer en fonction de l'utilisation.

Une entreprise peut sélectionner un niveau de qualité de service , en privilégiant certaines trames et en rendant d'autres moins importantes. Frame Relay peut fonctionner sur des supports de système à porteuse T-1 fractionnée ou à porteuse T complète (en dehors des Amériques, E1 ou porteuse E complète ). Frame Relay complète et fournit un service de milieu de gamme entre le RNIS à débit de base , qui offre une bande passante à 128 kbit/s, et le mode de transfert asynchrone (ATM), qui fonctionne de manière assez similaire à Frame Relay mais à des vitesses de 155,520 Mbit/s à 622,080 Mbit/s.

Frame Relay a sa base technique dans l'ancienne technologie de commutation de paquets X.25 , conçue pour transmettre des données sur des lignes vocales analogiques. Contrairement à X.25, dont les concepteurs s'attendaient à des signaux analogiques avec un risque relativement élevé d'erreurs de transmission, Frame Relay est une technologie de commutation de paquets rapide fonctionnant sur des liens avec un faible risque d'erreurs de transmission (généralement pratiquement sans perte comme PDH ), ce qui signifie que le protocole ne tente pas de corriger les erreurs. Lorsqu'un réseau Frame Relay détecte une erreur dans une trame, il supprime simplement cette trame. Les points d'extrémité ont la responsabilité de détecter et de retransmettre les trames perdues. (Cependant, les réseaux numériques offrent une incidence d'erreur extraordinairement faible par rapport à celle des réseaux analogiques.)

Frame Relay sert souvent à connecter des réseaux locaux (LAN) avec des backbones majeurs , ainsi que sur des réseaux publics étendus (WAN) et également dans des environnements de réseaux privés avec des lignes louées sur des lignes T-1. Il nécessite une connexion dédiée pendant la période de transmission. Frame Relay ne fournit pas un chemin idéal pour la transmission de la voix ou de la vidéo, qui nécessitent toutes deux un flux constant de transmissions. Cependant, dans certaines circonstances, la transmission vocale et vidéo utilise Frame Relay.

Frame Relay est à l'origine une extension du réseau numérique à intégration de services (RNIS). Ses concepteurs visaient à permettre à un réseau à commutation de paquets de transporter sur la technologie à commutation de circuits. La technologie est devenue un moyen autonome et rentable de créer un WAN.

Les commutateurs Frame Relay créent des circuits virtuels pour connecter des réseaux locaux distants à un WAN. Le réseau Frame Relay existe entre un périphérique de frontière LAN, généralement un routeur, et le commutateur d'opérateur. La technologie utilisée par l'opérateur pour transporter les données entre les commutateurs est variable et peut différer d'un opérateur à l'autre (c'est-à-dire, pour fonctionner, une mise en œuvre de Frame Relay pratique n'a pas besoin de reposer uniquement sur son propre mécanisme de transport).

La sophistication de la technologie nécessite une compréhension approfondie des termes utilisés pour décrire le fonctionnement de Frame Relay. Sans une solide compréhension de Frame Relay, il est difficile de dépanner ses performances.

La structure de trame de relais de trame reflète essentiellement presque exactement celle définie pour LAP-D. L'analyse du trafic peut distinguer le format Frame Relay de LAP-D par son absence de champ de contrôle.

Unité de données de protocole

Chaque unité de données de protocole Frame Relay (PDU) se compose des champs suivants :

  1. Champ de drapeau . Le drapeau est utilisé pour effectuer une synchronisation de liaison de données de haut niveau qui indique le début et la fin de la trame avec le modèle unique 01111110. Pour s'assurer que le modèle 01111110 n'apparaît pas quelque part à l'intérieur de la trame, des procédures de bourrage et de retrait de bits sont utilisées.
  2. Champ d'adresse . Chaque champ d'adresse peut occuper soit les octets 2 à 3, les octets 2 à 4, soit les octets 2 à 5, selon la plage d'adresses utilisée. Un champ d'adresse de deux octets comprend les EA=BITS D'EXTENSION DE CHAMP D'ADRESSE et le C/R=BIT DE COMMANDE/RÉPONSE.
    1. DLCI - Bits d'identification de connexion de liaison de données. Le DLCI sert à identifier la connexion virtuelle afin que l'extrémité réceptrice sache à quelle connexion d'informations une trame appartient. Notez que ce DLCI n'a qu'une signification locale. Un seul canal physique peut multiplexer plusieurs connexions virtuelles différentes.
    2. Bits FECN, BECN, DE . Ces bits signalent une congestion :
      • FECN = bit de notification d'encombrement explicite avant
      • BECN = Bit de notification de congestion explicite vers l'arrière
      • DE = rejeter le bit d'éligibilité
  3. Champ d'informations . Un paramètre système définit le nombre maximal d'octets de données qu'un hôte peut regrouper dans une trame. Les hôtes peuvent négocier la longueur de trame maximale réelle au moment de l'établissement de l'appel. La norme spécifie la taille maximale du champ d'information (supportable par n'importe quel réseau) d'au moins 262 octets. Étant donné que les protocoles de bout en bout fonctionnent généralement sur la base d'unités d'information plus grandes, Frame Relay recommande que le réseau prenne en charge la valeur maximale d'au moins 1600 octets afin d'éviter le besoin de segmentation et de réassemblage par les utilisateurs finaux.
  4. Champ de séquence de contrôle de trame (FCS) . Comme on ne peut ignorer complètement le taux d'erreur binaire du milieu, des besoins de chaque nœud de commutation pour mettre en œuvre la détection d'erreurs pour éviter de gaspiller la bande passante due à la transmission des err cadres ées. Le mécanisme de détection d'erreurs utilisé dans Frame Relay utilise le contrôle de redondance cyclique (CRC) comme base.

Contrôle de la congestion

Le réseau Frame Relay utilise un protocole simplifié à chaque nœud de commutation. Il atteint la simplicité en omettant le contrôle de flux lien par lien. En conséquence, la charge offerte a largement déterminé les performances des réseaux Frame Relay. Lorsque la charge offerte est élevée, en raison des rafales dans certains services, une surcharge temporaire sur certains nœuds Frame Relay provoque un effondrement du débit du réseau. Par conséquent, les réseaux Frame Relay nécessitent des mécanismes efficaces pour contrôler la congestion.

Le contrôle de la congestion dans les réseaux Frame Relay comprend les éléments suivants :

  1. Controle d'admission. Ceci fournit le mécanisme principal utilisé dans Frame Relay pour assurer la garantie des besoins en ressources une fois acceptés. Il sert aussi généralement à atteindre des performances de réseau élevées. Le réseau décide d'accepter ou non une nouvelle demande de connexion, sur la base de la relation entre le descripteur de trafic demandé et la capacité résiduelle du réseau. Le descripteur de trafic est constitué d'un ensemble de paramètres communiqués aux nœuds de commutation au moment de l'établissement de la communication ou au moment de la souscription au service, et qui caractérise les propriétés statistiques de la connexion. Le descripteur de trafic se compose de trois éléments :
  2. Débit d'information engagé (CIR). Débit moyen (en bit/s) auquel le réseau garantit le transfert des unités d'information sur un intervalle de mesure T. Cet intervalle T est défini comme : T = Bc/CIR.
  3. Taille de rafale engagée (BC). Le nombre maximum d'unités d'information transmissibles pendant l'intervalle T.
  4. Taille de rafale excessive (BE). Le nombre maximum d'unités d'informations non validées (en bits) que le réseau tentera de transporter pendant l'intervalle.

Une fois que le réseau a établi une connexion, le nœud périphérique du réseau Frame Relay doit surveiller le flux de trafic de la connexion pour s'assurer que l'utilisation réelle des ressources du réseau ne dépasse pas cette spécification. Frame Relay définit certaines restrictions sur le débit d'informations de l'utilisateur. Il permet au réseau d'appliquer le débit d'informations de l'utilisateur final et de supprimer les informations lorsque le débit d'accès souscrit est dépassé.

La notification explicite d'encombrement est proposée comme politique d'évitement d'encombrement. Il essaie de maintenir le réseau en fonctionnement à son point d'équilibre souhaité afin qu'une certaine qualité de service (QoS) pour le réseau puisse être atteinte. Pour ce faire, des bits de contrôle d'encombrement spéciaux ont été incorporés dans le champ d'adresse du Frame Relay : FECN et BECN. L'idée de base est d'éviter l'accumulation de données à l'intérieur du réseau.

FECN signifie transmettre une notification d'encombrement explicite. Le bit FECN peut être mis à 1 pour indiquer qu'un encombrement s'est produit dans le sens de la transmission de la trame, il informe donc la destination qu'un encombrement s'est produit. BECN signifie notification d'encombrement explicite en amont. Le bit BECN peut être mis à 1 pour indiquer qu'un encombrement s'est produit dans le réseau dans le sens opposé à la transmission de la trame, il informe donc l' expéditeur qu'un encombrement s'est produit.

Origine

Frame Relay a commencé comme une version allégée du protocole X.25, se libérant de la charge de correction d'erreurs le plus souvent associée à X.25. Lorsque Frame Relay détecte une erreur, il supprime simplement le paquet incriminé. Frame Relay utilise le concept d'accès partagé et s'appuie sur une technique dite du « meilleur effort », selon laquelle la correction d'erreur n'existe pratiquement pas et pratiquement aucune garantie de livraison de données fiable ne se produit. Frame Relay fournit une encapsulation conforme aux normes de l'industrie, en utilisant les atouts de la technologie à commutation de paquets haute vitesse capable de desservir plusieurs circuits et protocoles virtuels entre les appareils connectés, tels que deux routeurs.
Bien que Frame Relay soit devenu très populaire en Amérique du Nord, il n'a jamais été très populaire en Europe. X.25 est resté la norme principale jusqu'à ce que la large disponibilité de l'IP rende la commutation de paquets presque obsolète. Il était parfois utilisé comme épine dorsale pour d'autres services, tels que le trafic X.25 ou IP. Là où Frame Relay était utilisé aux États-Unis également comme opérateur pour le trafic TCP/IP, en Europe, les backbones pour les réseaux IP utilisaient souvent ATM ou PoS , remplacés plus tard par Carrier Ethernet

Relation avec X.25

Modèle OSI
par couche
7.  Couche applicative
6.  Couche de présentation
5.  Couche de session
4.  Couche de transport
3.  Couche réseau
2.  Couche liaison de données
1.  Couche physique

X.25 était un important protocole WAN précoce et est souvent considéré comme le grand-père de Frame Relay, car de nombreux protocoles et fonctions sous-jacents de X.25 sont toujours utilisés aujourd'hui (avec des mises à niveau) par Frame Relay.

X.25 offre une qualité de service et une livraison sans erreur, tandis que Frame Relay a été conçu pour relayer les données aussi rapidement que possible sur des réseaux à faible erreur. Frame Relay élimine un certain nombre de procédures et de champs de niveau supérieur utilisés dans X.25. Frame Relay a été conçu pour être utilisé sur des liaisons avec des taux d'erreur bien inférieurs à ceux disponibles lorsque X.25 a été conçu.

X.25 prépare et envoie des paquets, tandis que Frame Relay prépare et envoie des trames. Les paquets X.25 contiennent plusieurs champs utilisés pour la vérification des erreurs et le contrôle de flux , dont la plupart ne sont pas utilisés par Frame Relay. Les trames dans Frame Relay contiennent un champ d'adresse de couche de liaison étendu qui permet aux nœuds Frame Relay de diriger les trames vers leurs destinations avec un traitement minimal. L'élimination des fonctions et des champs sur X.25 permet à Frame Relay de déplacer les données plus rapidement, mais laisse plus de place aux erreurs et aux délais plus importants si les données doivent être retransmises.

Les réseaux à commutation de paquets X.25 allouent généralement une bande passante fixe à travers le réseau pour chaque accès X.25, quelle que soit la charge actuelle. Cette approche d'allocation de ressources, bien qu'adaptée aux applications qui nécessitent une qualité de service garantie, est inefficace pour les applications qui sont très dynamiques dans leurs caractéristiques de charge ou qui bénéficieraient d'une allocation de ressources plus dynamique. Les réseaux Frame Relay peuvent allouer dynamiquement la bande passante au niveau du canal physique et logique.

Circuits virtuels

En tant que protocole WAN, Frame Relay est le plus souvent mis en œuvre au niveau de la couche 2 ( couche liaison de données ) du modèle à sept couches d' interconnexion de systèmes ouverts (OSI) . Deux types de circuits existent : les circuits virtuels permanents (PVC) qui sont utilisés pour former des liaisons logiques de bout en bout mappées sur un réseau physique, et les circuits virtuels commutés (SVC). Ces derniers sont analogues aux concepts de commutation de circuits du réseau téléphonique public commuté (RTPC), le réseau téléphonique mondial.

Interface de gestion locale

Article principal : Interface de gestion locale

Les premières propositions de Frame Relay ont été présentées au Comité consultatif sur le téléphone et le télégraphe international ( CCITT ) en 1984. Le manque d'interopérabilité et de normalisation a empêché tout déploiement significatif de Frame Relay jusqu'en 1990, lorsque Cisco , Digital Equipment Corporation (DEC), Northern Telecom et StrataCom a formé un consortium pour se concentrer sur son développement. Ils ont produit un protocole qui a fourni des capacités supplémentaires pour les environnements inter-réseaux complexes. Ces extensions Frame Relay sont appelées interface de gestion locale (LMI).

Les identificateurs de connexion de liaison de données ( DLCI ) sont des nombres qui font référence aux chemins à travers le réseau Frame Relay. Ils ne sont significatifs que localement, ce qui signifie que lorsque le périphérique A envoie des données au périphérique B, il utilisera très probablement un DLCI différent de celui que le périphérique B utiliserait pour répondre. Plusieurs circuits virtuels peuvent être actifs sur les mêmes points de terminaison physiques (effectués à l'aide de sous-interfaces ).

L'extension d'adressage global LMI donne à Frame Relay des valeurs d'identificateur de connexion de liaison de données (DLCI) globales plutôt que locales. Les valeurs DLCI deviennent des adresses DTE uniques dans le WAN Frame Relay. L'extension d'adressage global ajoute des fonctionnalités et une facilité de gestion aux interréseaux Frame Relay. Les interfaces réseau individuelles et les nœuds d'extrémité qui y sont attachés, par exemple, peuvent être identifiés en utilisant des techniques standard de résolution d'adresses et de découverte. De plus, l'ensemble du réseau Frame Relay semble être un réseau local typique pour les routeurs situés à sa périphérie.

Les messages d'état du circuit virtuel LMI assurent la communication et la synchronisation entre les dispositifs Frame Relay DTE et DCE . Ces messages sont utilisés pour signaler périodiquement l'état des PVC, ce qui empêche l'envoi de données dans des trous noirs (c'est-à-dire sur des PVC qui n'existent plus).

L'extension de multidiffusion LMI permet d'affecter des groupes de multidiffusion. La multidiffusion économise de la bande passante en permettant aux mises à jour de routage et aux messages de résolution d'adresse d'être envoyés uniquement à des groupes spécifiques de routeurs. L'extension transmet également des rapports sur l'état des groupes de multidiffusion dans les messages de mise à jour.

Taux d'information engagé (CIR)

Les connexions Frame Relay reçoivent souvent un débit d'information engagé (CIR) et une allocation de bande passante en rafale connue sous le nom de débit d'information étendu (EIR). Le fournisseur garantit que la connexion prendra toujours en charge le débit C, et parfois le débit PRa s'il y a une bande passante adéquate. Les trames envoyées au-delà du CIR sont marquées comme éligibles à l'élimination (DE), ce qui signifie qu'elles peuvent être supprimées en cas de congestion dans le réseau Frame Relay. Les trames envoyées au-delà de l'EIR sont immédiatement supprimées.

Réputation sur le marché

Frame Relay visait à utiliser plus efficacement les ressources physiques existantes, permettant le sur-approvisionnement des services de données par les entreprises de télécommunications à leurs clients, car il était peu probable que les clients utilisent un service de données 45 % du temps. Ces dernières années, Frame Relay a acquis une mauvaise réputation sur certains marchés en raison d'une surréservation excessive de la bande passante .

Les entreprises de télécommunications vendent souvent Frame Relay aux entreprises à la recherche d'une alternative moins chère aux lignes dédiées ; son utilisation dans différentes zones géographiques dépendait largement des politiques gouvernementales et des entreprises de télécommunications. Certaines des premières sociétés à fabriquer des produits Frame Relay comprenaient StrataCom (plus tard acquise par Cisco Systems ) et Cascade Communications (plus tard acquise par Ascend Communications puis par Lucent Technologies ).

En juin 2007, AT&T était le plus grand fournisseur de services Frame Relay aux États-Unis, avec des réseaux locaux dans 22 États, ainsi que des réseaux nationaux et internationaux.

FRF.12

Lors du multiplexage de paquets de données provenant de différents circuits ou flux virtuels, des problèmes de qualité de service surviennent souvent. En effet, une trame d'un circuit virtuel peut occuper la ligne pendant une durée suffisamment longue pour perturber une garantie de service donnée à un autre circuit virtuel. La fragmentation IP est une méthode pour résoudre ce problème. Un long paquet entrant est divisé en une séquence de paquets plus courts et suffisamment d'informations sont ajoutées pour réassembler cette longue trame à l'extrémité distante. FRF.12 est une spécification du Frame Relay Forum qui spécifie comment effectuer la fragmentation sur le trafic de relais de trame principalement pour le trafic vocal. La spécification FRF.12 décrit la méthode de fragmentation des trames Frame Relay en trames plus petites.

Voir également

Les références

Liens externes