Đề tài: Công nghệ Frame Relay và ứng dụng pot

Thị trường hiện nay của Frame Relay chủ yếu là các ngành công nghiệp có yêu cầu chuyển dữ liệu tốc độ cao và kết nối LAN/WAN; có thể liệt kê một vài ngành như các công ty dược

Nhận xét của Giáo viên hướng dẫn:

MỤC LỤC

Lời mở đầu 3

A Frame Relay 4

I Frame relay là gì? 4

II Phương thức hoạt động của Frame Relay 4

1 Cấu trúc của một khung Frame Relay 4

2 Cấu hình tổng của Frame Relay 8

3 Nguyên lý hoạt động Frame Relay 8

III Sự khác nhau giữa Frame relay và X25 14

1.Đặc tính X25 14

B Ứng dụng củaFrame Relay 16

I Kết nối mạng 16

II Hỗ trợ chuẩn SNA của IBM 16

III Phục vụ các ứng dụng trong ngân hàng 17

LỜI MỞ ĐẦU

Xuất hiện từ năm 1994, Frame Relay đã và đang là một dịch vụ có tốc độ phát triển nhanh nhất hiện nay Doanh thu của dịch vụ Frame Relay tăng từ 830 triệu USD trong năm 1995 lên 3,9 tỷ USD năm 1997 Trong những năm trước đây, dịch vụ Frame Relay được coi là một dịch vụ mạo hiểm đối với các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông Tuy nhiên, đến nay đã có khoảng 24 nhà cung cấp dịch vụ viễn thông ở châu Á cung cấp dịch vụ này tại 11 quốc gia trong khu vực châu Á Thái Bình Dương Frame Relay hiện đã và đang được cung cấp tại rất nhiều nước trên thế giới như: HongKong, Malaysia, Singapore, Hàn quốc, Đài Lan, Thái Lan, Việt Nam, Nhật Bản, New Zealand, Mỹ

Frame relay ra đời như là một công nghệ kế thừa những đặc điểm ưu việt của mạng chuyển mạch gói như tính tin cậy, mềm dẻo, khả năng chia sẻ tài nguyên, Đồng thời hạn chế tối đa thủ tục kiểm soát, hỏi đáp… không cần thiết phải gây ra độ trể lớn

Thị trường hiện nay của Frame Relay chủ yếu là các ngành công nghiệp có yêu cầu chuyển dữ liệu tốc độ cao và kết nối LAN/WAN; có thể liệt kê một vài ngành như các công ty dược phẩm, tổ chức tài chính, dầu khí, vận tải Khách hàng trong các công ty này có thể sử dụng dịch vụ Frame Relay cho các ứng dụng: Tính lương, kiểm soát tồn kho, xử lý yêu cầu bồi thường

Như vậy, Frame Relay là gì, ứng dụng như thế nào sẽ được làm rõ trong bài phân tích dưới đây

Do lượng kiến thức còn hạn chế nên bài phân tích không tránh khỏi những sai sốt, rất mong được sự đóng góp của quý Thầy Cô, các bạn

I Frame relay là gì?

Frame Relay là dịch vụ nối mạng dữ liệu theo phương thức chuyển mạch gói, hoạt động ở mức liên kết (link level) Đây là một chuẩn của CCITT [1] và ANSI [2] định ra quá trình truyền dữ liệu qua mạng dữ liệu công cộng Và rất F

Về mặt cấu trúc, Frame Relay đóng gói dữ liệu và chuyển đi theo cùng cách thức được sử dụng bởi dịch vụ X25

II Phương thức hoạt động của Frame Relay.

1 Cấu trúc của một khung Frame Relay

 1 byte dành cho cờ F (flag) dẫn đầu

Flag - cờ luôn có giá trị 01111110 Thể hiện theo mã Hexal là 7E

 2 byte địa chỉ A (adress) để biết khung chuyển tới đâu Header của Frame Relay Trong đó:

Hình1: Cấu trúc header của Frame Relay

+ Byte thứ 2 bao gồm:

* Bit 0 - EA: Extended Address Khi khách hàng dùng nhiều cần mở rộng thêm địa chỉ có nghĩa là tǎng số DLCI (Data Link Connection Identifier) thì dùng bit mở rộng địa chỉ EA Bình thường như hình vẽ giới thiệu đây thì giá trị EA của byte 2 là 0 và EA của byte 3 là 1 Nếu mở rộng thì EA sẽ là 0, 0, 1 theo thứ tự trên xuống

* Bit 1 - C/R - Command/ respond Bit này dùng để hỏi và đáp, nhưng mạng Frame Relay không dùng mà chỉ dành cho các thiết bị đầu cuối (FRAD) sử dụng mỗi khi cần trao đổi thông tin cho nhau, Bit C/R do FRAD đặt giá trị và được giữ nguyên khi truyền qua mạng

* Từ bit 2 đến bit 7 - DLCI ở byte thứ 2 có 6 bit và ở byte thứ 3 có 4 bit tổng cộng 10 bit để nhận dạng đường nối data nói cách khác là địa chỉ nơi nhận,

10 bit có thể nhận dạng tới 1024 địa chỉ Khi các đường kết nối ảo DLCI phát

triển thêm chúng ta có thể dùng 3 byte địa chỉ như hình 2, lúc này sẽ có 16 bit

địa chỉ tương đương 65536 địa chỉ Tương tự chúng ta có thể dùng 4 byte địa chỉ

Hình 2 : Trường hợp mở rộng 3 byte địa chỉ.

+ Byte thứ 3.

* Bit 1 - bit EA (đã trình bày trong phần trên)

* Bit 2 - bit DE Bít đánh dấu các Frame mà mạng lưới, thiết bị có quyền

loại bỏ nó nếu như độ nghẽn của mạng cao Mạng lưới hoặc FRAD sẽ đặt bit DE= 1 cho các Frame phát đi với tốc độ cao hơn tốc độ khách hàng đǎng ký (CIR) mà mạng phải cam kết đảm bảo Tuy nhiên các khung Frame này vẫn được chuyển đi bình thường tới người nhận nếu độ nghẽn mạng thấp, nhưng nếu

độ nghẽn mạng cao thì những Frame có DE = 1 này sẽ bị loại bỏ trước tiên Bình thường bit DE = 0

Hình 3 : Minh hoạ cho bit DE

Bc: (Committed Burst Size): Là số lượng dữ liệu data tối đa mạng

lưới chấp nhận truyền đi trong các khoảng thời gian Tc

Tc: (Committed Rate Measurement Interval): Tc = Bc/CIR là

khoảng thời gian mà FRAD cho phép gửi Bc và thậm chí cả Be

Be: (Exess Burst Size): Là số lượng dữ liệu data tối đa mà mạng

không đảm bảo truyền tốt nhưng vẫn truyền thử xem

* Bit 3 - Bit BECN và Bit 4 - Bit FECN.

Hai bit này do mạng lưới đặt cho từng cuộc nối một (Từng DLCI) báo cho các FRAD biết để điều hành thông lượng Khi bị nghẽn các bit này được đặt = 1 theo 4 trường hợp sau đây trên cơ sở của hình 4

Hình 4: Mô hình hướng của FECN, BECN

* Bit 5 đến bit 8 - Dành cho DLCI.

 Trường thông tin I

Trường thông tin của một Frame có thể thay đổi độ dài nhưng đều chứa hai loại thông tin chính đó là thông tin dữ liệu của người dùng (Application Data hay User Data ) và thông tin về giao thức từng lớp sử dụng PCI (Protocol Control Information) để thông báo cho lớp tương ứng của bên nhận biết

 Hai Byte kiểm tra khung - FCS (Frame Check Sequence)

Hai byte 16 bit để kiểm tra khung (FCS) đi sát với trường thông tin phần user data thực chất là kết quả của kiểm tra độ dư theo chu kỳ - CRC (Cyclic Redundacy Check)

CRC nói chung là một giá trị được tính toán theo một phương pháp riêng phụ thuộc vào tổng số byte của một khối dữ liệu (Block of data), giá trị này sẽ được bên phát gửi sang bên phía thu, bên thu cũng đếm lại và so sánh với giá trị bên phát gửi sang, nếu hai giá trị như nhau có nghĩa là dữ liệu truyền đi tốt, nếu khác nhau là có lỗi

Hình 6: Kiểm tra lỗi các khung gửi đi bằng FCS.

 Và cuối cùng là 1 byte cờ F để kết thúc

2 Cấu hình tổng của Frame Relay

Hình: Cấu trúc mạng Frame Relay + Các kênh riêng tạo ra các liên kết vật lý giữa FRAD và FRND

+ FRND (Frame Relay Access Device): các thiết bị truy cập mạng thường

là các Router, Bridge, ATM switch…

+ FRND (Frame relay Netwok Device): các thiaats bị chuyển mạch Frame Relay Switch

+ FRAD và FRND chuyể đổi dữ liệu thông qua các quy định của giao tiếp UNI

3 Nguyên lý hoạt động Frame Relay

Người sử dụng gửi một Frame đi với giao thức LAP-D hay LAP-F (Link Access Protocol D hay F), chứa thông tin về nơi đến và thông tin người sử dụng,

hệ thống sẽ dùng thông tin này để định tuyến trên mạng Công nghệ Frame Relay có một ưu điểm đặc trưng rất lớn là cho phép người sử dụng dùng tốc độ

cao hơn mức họ đǎng ký trong một khoảng thời gian nhất định , có nghĩa là Frame Relay không cố định độ rộng bǎng (Bandwith) cho từng cuộc gọi một mà phân phối bandwith một cách linh hoạt điều mà X25 và thuê kênh riêng không có

Ví dụ người sử dụng ký hợp đồng sử dụng với tốc độ 64 kb, khi họ chuyển đi một lượng thông tin quá lớn, Frame Relay cho phép truyền chúng ở

tốc độ cao hơn 64 kb Hiện tượng này được gọi là "bùng nổ" - Bursting

Thực tế trên mạng lưới rộng lớn có rất nhiều người sử dụng với vô số frame chuyển qua chuyển lại, hơn nữa Frame Relay không sử dụng thủ tục sửa lỗi và điều hành thông lượng (Flow control) ở lớp 3 (Network layer), nên các Frame có lỗi đều bị loại bỏ thì vấn đề các frame được chuyển đi đúng địa chỉ, nguyên vẹn, nhanh chóng và không bị thừa bị thiếu là không đơn giản

Để đảm bảo được điều này Frame relay sử dụng một số nghi thức sau:

 DLCI (Data link connection identifier) - Nhận dạng đường nối data

Cũng như X25, trên một đường nối vật lý frame relay có thể có rất nhiều các đường nối ảo, mỗi một đối tác liên lạc được phân một đường nối ảo riêng để tránh bị lẫn, được gọi tắt là DLCI

 CIR (committed information rate) - Tốc độ cam kết

Đây là tốc độ khách hàng đặt mua và mạng lưới phải cam kết thường xuyên đạt được tốc độ này

 CBIR (Committed burst information rate) - Tốc độ cam kết khi bùng nổ

thông tin

Khi có lượng tin truyền quá lớn, mạng lưới vẫn cho phép khách hàng truyền quá tốc độ cam kết CIR tại tốc độ CBIR trong một khoảng thời gian (Tc) rất ngắn vài ba giây một đợt, điều này tuỳ thuộc vào độ "nghẽn" của mạng cũng như CIR

 DE bit (Discard Eligibility biy) - Bit đánh dấu Frame có khả nǎng bị loại

bỏ

Về lý mà nói nếu chuyển các Frame vượt quá tốc độ cam kết, thì những Frame đó sẽ bị loại bỏ và bit DE được sử dụng Tuy nhiên có thể chuyển các frame đi với tốc độ lớn hơn CIR hay thậm chí hơn cả CBIR tuỳ thuộc vào trạng thái của mạng Frame relay lúc đó có độ nghẽn ít hay nhiều (Thực chất của khả nǎng này là mượn độ rộng bǎng "Bandwith" của những người sử dụng khác khi

họ chưa dùng đến) Nếu độ nghẽn của mạng càng nhiều (khi nhiều người cùng làm việc) thì khả nǎng rủi ro bị loại bỏ của các Frame càng 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 sẽ không kiểm soát được, vì vậy công nghệ Frame relay sử dụng hai phương pháp sau để giảm độ nghẽn và số frame bị loại bỏ :

 Sử dụng FECN (Forward explicit congestion notification):

Thông báo độ nghẽn cho phía thu và BECN (Backward Explicit Congestion Notification)

Thông báo độ nghẽn về phía phát Thực chất của phương pháp này để giảm tốc độ phát khi mạng lưới có quá nhiều người sử dụng cùng lúc Hình vẽ bên dưới

Hình 7 Nguyên lý sử dụng FECN và BECN

 Sử dụng LMI (Local Manegment Interface): để thông báo trạng thái

nghẽn mạng cho các thiết bị đầu cuối biết LMI là chương trình điều khiển giám sát đoạn kết nối giữa FRAD và FRND

a.Tín hiệu LMI

Hình 8 LMI là một chuẩn tín hiệu giữa router và Frame Relay Switch LMI có nhiệm vụ quản lý kết nối và duy trì trạng thái giữa các thiết bị

Router gởi một hay nhiều yêu cầu về trạng thái LMI đầy đủ đến Frame Relay Switch Frame Relay Switch trả lời với một hay nhiều loại LMI, và router

sẽ cấu hình với loại LMI cuối cùng nhận được

Khi router nhận thông tin LMI, nó cập nhật trạng thái VC của nó với một trong 3 trạng thái sau:

 Active : chỉ ra rằng kết nối VC hoạt động và các router có thể trao đổi

dữ liệu trên mạng Frame Relay

 Inactive : chỉ ra rằng kết nối cục bộ đến Frame Relay Switch đang làm việc, nhưng kết nối router ở xa đến Frame Relay Switch ở xa không làm việc

 Delete : chỉ ra rằng không có LMI nào được nhận từ Frame Relay Switch hoặc không có dịch vụ giữa router và Frame Relay Switch cục bộ

b Ánh xạ địa chỉ Frame Relay bằng Inverse ARP

 LMI nhận DLCI có giá trị địa phương từ Frame Relay Switch

 Inverse ARP ánh xạ local DLCI tới địa chỉ mạng đầu xa

Hình 9

Một kết nối Frame Relay yêu cầu, trên một VC, DLCI cục bộ được ánh xạ đến một địa chỉ tầng mạng đích, như địa chỉ IP Những router có thể tự động phát hiện DLCI cục bộ từ Frame Relay Switch cục bộ băng giao thức LMI.

Trên router Cisco, DLCI cục bộ có thể được ánh xạ đến địa chỉ tầng mạng của router ở xa một cách tự động bằng Inverse ARP Inverse ARP gán một DLCI cho một kết nối chỉ định.

Ví dụ : Ánh xạ địa chỉ Frame Relay Như chỉ ra trong hình, sử dụng Inverse ARP, router bên trái có thể tự động phát hiện địa chỉ IP của router ở xa, và sau đó ánh xạ đến DLCI cục bộ Trong trường hợp này, DLCI cục bộ là 500 được ánh xạ đến địa chỉ IP 10.1.1.1 Do đó, khi router gửi dữ liệu đến 10.1.1.1, nó dùng DLCI 500.

c Các giai đoạn hoạt động của Inverse ARP và LMI

Sau đây là tóm tắt về cách tín hiệu Inverse ARP và LMI làm việc như thế nào với kết nối Frame Relay:

Hình 10

1 Mỗi router kết nối đến Frame Relay Switch bằng CSU/DSU

2 Khi Frame Relay được cấu hình trên một interface, router gởi một yêu cầu về trạng thái LMI đến Frame Relay Switch Message này thông báo với switch về trạng thái của router và yêu cầu switch gởi trạng thái kết nối của VC.

3 Khi Frame Relay Switch nhận được yêu cầu, nó trả lời với một message trạng thái LMI gồm DLCI cục bộ của PVC đến những router ở xa mà router cục bộ có thể gởi dữ liệu.

4 Với mỗi DLCI đang hoạt động, mỗi router gởi một Inverse ARP để giới thiệu về nó.

5 Khi một router nhận được một message Inverse ARP, nó tạo một dòng ánh xạ trong bảng ánh xạ Frame Relay gồm DLCI cục bộ và địa chỉ tầng mạng router ở

xa Chú ý,DLCI là DLCI cục bộ, không phải DLCI của router ở xa Một trong 3 trạng thái kết nối có thể xuất hiện trong bảng ánh xạ Frame Relay.

6 Mỗi lần 60 giây, các router gởi Inverse ARP đến tất cả DLCI đang hoạt động Mỗi lần 10 giây, router trao đổi thông tin LMI với switch (keepalive)

Router thay đổi trạng thái của mỗi DLCI là active, inactive, hoặc deleted dựa

III Sự khác nhau giữa Frame relay và X25.

1.

Đặc tính X25

X.25 là một dịch vụ chuyển mạch gói được thiết lập tốt (hiện nay hơi lỗi

thời), trước đây được sử dụng để nối kết các thiết bị đầu cuối ở xa với các hệ thống chủ Dịch vụ này cung cấp các kết nối any-to-any cho các 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 và phân phối tới các nơi khác nhau

Hoạt động của các thực thể chặt chẽ, các node mạng X25 phải luôn biết trạng thái của mạng trong mỗi liên kết logic Các gói tin điều khiển và báo nhận, báo mất (ACK/NACK) thường xuyên được truyền trên cùng một liên kết của gói

dự liệu không chỉ tại các giao tiếp DTE-DCE mà còn tại tất cả các node mạng Tại tất cả các node mạng phải duy trì bảng trạng thái cho mỗi liên kết logic để quản lý liên kết, điều khiển lỗi, lưu lượng Đảm bảo gói tin gửi đến đúng địa chỉ đích được lưu trong Network Header và số lượng gói tin gửi vào mạng không vượt quá khả năng xử lý của mạng Như vậy giao thức tại tầng mạng là tuyệt đối cần thiết nhất là khi triển khai hệ thống mạng X25 trên các đường truyền có độ tin cậy thấp, dễ bị nhiễu loạn, suy giảm tín hiệu …

2 Nhược điểm X25

+ Yêu cầu ACK cho từng gói dữ liệu riêng biệt

+ Tại mỗi nút trung gian truyền thực hiện điều khiển dòng và điều khiển lỗi

+ Mỗi nút trung gian phải lưu trạng thái cho mỗi VC

+ Dữ liệu nguồn cần phải được lưu trữ trong trường hợp phải truyền lại

4 Sự khác biệt giữa Frame Relay và X25

Sự khác biệt căn bản giữa Frame Relay và X25 là Frame Relay không kế thừa công nghệ X25 mà là một giao thức tiên tiến có nhiều điểm tương đồng với X25