9 Frame relaying
Voorkennis Datacommunicatie: · De betekenis van open systeem.
Inleiding In figuur 1 is de traditionele oplossing afgebeeld om LAN's onderling aan elkaar te koppelen via gehuurde WAN-verbindingen.
LAN
router
router
DCE
router
DCE
router
WAN-verbindingen, zoals ISDN en E1
LAN router
router
Figuur 1 WAN-verbindingen Een maasvormig netwerk zoals in figuur 1 is relatief duur. We moeten immers WANverbindingen huren bij een telecommunicatiebedrijf. Deze WAN-circuits verbinden routers onderling met elkaar door. LAN's aansluiten op een frame relaying netwerk is een goedkopere oplossing.
© ing. W.J. Roos (EPN) ISDN-theorieboek
1
Een frame relaying-netwerk is een pakketgeschakelnetwerk. De frames die open systemen versturen volgen een vaste route in het frame relaying-netwerk. Deze route noemen we een virtueel circuit. Eén of meerdere frame relaying-schakelaars maken deel uit van een virtueel circuit. Frame relaying-schakelaars slaan frames tijdelijk op in een buffer, als de link naar de volgende schakelaar nog is bezet. In tegenstelling tot X.25-nodes corrigeren frame relayingschakelaars onderling geen transmissiefouten. Transmissiefouten treden tegenwoordig minder vaak op dan vroeger. Dit komt omdat de huidige transmissiemedia betrouwbaarder zijn. Alhoewel de kans zeer klein is, kunnen nog steeds transmissiefouten optreden. Transportlagen in open systemen die op het frame relaying-netwerk zijn aangesloten, kunnen automatisch onderling transmissiefouten corrigeren. Een transportprotocol dat op grote schaal hiervoor wordt toegepast is het TCP-protocol. De doorvoersnelheid van een frame relaying netwerk is groter dan de doorvoersnelheid in een verbindingsgericht datanet. Dit komt omdat frame relaying-frames geen protocol informatie bevatten voor transmissiefoutdetectie en -correctie. Daarnaast wijst een frame relaying-netwerk extra bandbreedte toe aan open systemen die gedurende een bepaalde periode veel data moeten versturen (bursty trafic).
LAN
router
router DCE
router router
schakelaar
frame relaying netwerk
LAN router
router
Figuur 2 Frame realying netwerk © ing. W.J. Roos (EPN) ISDN-theorieboek
2
9.1 Virtuele circuits Frame relay-technologie is gebaseerd op geschakelde-virtuele-circuits en permanente-virtuelecircuits. De Engelse benamingen en afkortingen van deze circuits zijn: * switched virtual circuit (SVC); * permanent virtual circuit (PVC). PVC's zijn vaste paden tussen open systemen. SVC's zijn paden die het frame relaying-netwerk tot stand brengt, als de eindgebruiker daarom vraagt. Het tot stand brengen van een SVC gebeurt op basis van het Q.933-signaleringsprotocol. Voor de datatransfer tussen eindgebruikers wordt het LAPF-protocol toegepast. De afkorting LAPF betekent: Link Access Procedure for Frame-Mode Bearer Services. De router van LAN A in figuur 3 communiceert via drie verschillende virtuele circuits met de routers van LAN B, C en D. In de header van een frame relaying-frame staat een Data Link Connection Identifier (DLCI). Op basis van het DLCI-nummer routeren frame relaying schakelaars de frames door het netwerk. Een DLCI-nummer heeft precies dezelfde functie als een logical channel number (LCN) binnen een X.25-netwerk. Het frame relaying-netwerk wijst eveneens automatisch een DLCI-nummer toe aan een virtueel circuit waarlangs een open systeem data verstuurt.
LAN B
router
LA N
rou ter
schakelaar
DLCI 3 DLCI 2 DLCI 1
schakelaar
C
schakelaar
Frame Relay-netwerk rou ter
LAN A
r ute ro
ND LA
. Figuur 3 Virtuele circuits
© ing. W.J. Roos (EPN) ISDN-theorieboek
3
De structuur van een frame relaying-frame is afgebeeld in figuur 4. Uit figuur 4 blijkt dat een DLCI-nummer een lengte heeft van 10-bits.
8
16
variabele lengte
16
8
vlag
adres
dataveld
FCS
vlag
DLCI 8
7
6
5
C/R EA 4
3
2
1
DLCI 8
7
FECNBECN DE EA
6
5
4
3
2
1
Figuur 4 LAPF-frame 9.2 Congestie control Data die open systemen naar een frame relaying netwerk sturen, noemen we "aangeboden belasting". Tussen de aangeboden belasting en doorvoersnelheid in een frame realying netwerk, bestaat in eerste instantie een lineair verband. Op een gegeven moment is de aangeboden belasting echter zo groot dat de buffers in de schakelaars niet meer alle aangeboden data tijdelijk kunnen opslaan. Het frame relaying-netwerk raakt verstopt (congestie). Vanaf punt A in figuur 5 doet deze situatie zich voor in het frame relaying-netwerk.
© ing. W.J. Roos (EPN) ISDN-theorieboek
4
geen congestie
lage congestie
hoge congestie
doorvoer in netwerk
[bit/s]
B A
aangeboden belasting [bit/s]
Figuur 5 Doorvoersnelheid = f(aangeboden data) Wanneer de aangeboden belasting verder toeneemt, neemt de doorvoersnelheid zelf af. Zie de situatie na punt B. Voordat situatie A wordt bereikt, behoort een frame relaying-netwerk aan de open systemen mee te delen dat ze minder data mogen versturen. Indien dit tijdig gebeurt, raakt het netwerk niet verstopt. De volgende twee methoden kan een frame relaying-netwerk toepassen om congestie te voorkomen: * Explicit Congestion Notification (ECN); * Discard Eligibility. Explicit Congestion Notification (ECN) De ECN-methode is gebaseerd op het Forward Explicit Congestion Notification-bit (FECN) en het Backward Explicit Congestion Notification-bit (BECN) in de header van het frame realyingframe. In figuur 6 maakt het frame relaying-netwerk gebruik van deze bits.
© ing. W.J. Roos (EPN) ISDN-theorieboek
5
congestie in schakelaar 2
LA N
rou ter
schakelaar 2 FEC
eam str p u
rou ter
schakelaar 3
frame relay-netwerk
up str ea m
schakelaar 1
N -b it = “ 1” upst ream
up str ea m
CN BE
” “1 = t -bi
C
LAN A
Figuur 6 FECN- en BECN-bit In figuur 6 verstuurt de router van LAN A data naar de router van LAN C. De richting waarin de data wordt verstuurd, noemen we upstream. Het buffer in schakelaar 2 dreigt vol te raken. Dit kan het gevolg zijn van een tijdelijke piek in het dataverkeer naar schakelaar 2. Deze schakelaar zorgt ervoor dat het FECN-bit de binaire waarde één heeft in alle frame relaying-frames die het doorstuurt naar schakelaar 3. In alle frame realying-frames die schakelaar 2 naar schakelaar 1 stuurt, heeft het BECN-bit de binaire waarde één. Het FECN- en BECN-proces vindt tegelijkertijd plaats. Aan de hand van het BECN- en FECN-bit kunnen de routers in figuur 6 vaststellen of het frame relay-netwerk dreigt te verstoppen. Deze routers moeten minder frames versturen, wanneer het netwerk dreigt te verstoppen. Indien dit niet gebeurt, beschermt het frame relaying-netwerk zichzelf door frames "weg te gooien". Engelse benaming: discard eligibility. De transportlagen in de open systemen die op het frame relaying-netwerk zijn aangesloten, moeten dit dataverlies automatisch corrigeren. Een eindgebruiker mag geen hinder ondervinden van een onbetrouwbaar netwerk. Schakelaars bepalen bij een verstopping welke frames worden "weggegooid". De eenvoudigste oplossing is: laat een schakelaar hiervoor willekeurige frames selecteren. Het nadeel van deze methode is dat een groot aantal open systemen hiervan hinder ondervinden. Deze systemen
© ing. W.J. Roos (EPN) ISDN-theorieboek
6
moeten vervolgens actie ondernemen om de transmissiefouten te herstellen die zijn ontstaan door de verloren frame relaying-frames. We kunnen ook vooraf bepalen welke frame relayingframes het netwerk moet verwijderen bij congestie.Deze betere methode noemen we Committed Information Rate (CIR). De CIR is de gemiddelde transmissiecapaciteit van het virtuele circuit. De kosten die zijn verbonden aan het huren of kopen van een frame relaying-dienst, zijn gebaseerd op de CIR. In elk frame relaying-frame is een Discard Eligibility-bit (DE) aanwezig. Een open systeem of schakelaar zorgt er voor dat het DE-bit de binaire waarde één heeft, wanneer de doorvoersnelheid groter is dan de CIR. Frames waarin het DE-bit de binaire waarde één heeft, verwijdert het frame relaying-netwerk eerst. Daarna komen pas de frames aan de beurt waarin het DE-bit de binaire waarde nul heeft.` 9.3 X.25 versus Frame relaying Een frame relaying-netwerk en X.25-netwerk zijn beide een pakketgeschakeld netwerk. Datatransport in deze netwerken vindt plaats via virtuele circuits. In een frame relaying-netwerk vergt het datatransport echter minder verwerkingstijd dan in een X.25-netwerk. Dit komt omdat een X.25-netwerk eventuele transmissiefouten probeert te herstellen. Een frame relayingnetwerk daarentegen verwijdert onmiddellijk frames die transmissiefouten bevatten. Figuur 7 illustreert het verschil tussen een X.25- en frame relaying-netwerk.
© ing. W.J. Roos (EPN) ISDN-theorieboek
7
X.25
Frame Relay
LAPB-frame zonder transmissiefouten? neen
ja I-frame? ja Geldig N(R) ?
Frame Relay-frame zonder transmissiefouten? ja foutherstel
neen
S- of U-frame verwerken
ja Stop timer
neen
Geldig DLCI-nummer? ja
niet verwerken neen niet verwerken
laag 2
ja Window wijzigen. Ontvangst van alle verstuurde I-frames bevestigt?
neen
Foutherstel
neen Herstart timer
Heeft I-frame het verwachte N(S)-nummer? ja neen N(S)-nummer Bevestig goede binnen Window? ontvangst I-frame. Verwijder link header en ja neen trailer LAPB-frame. Foutherstel Verzoek hertransmissie Datapakket? neen
ja Geldig P(R)?
neen
Het niet datapakket verwerken
laag 3
ja Actief LCN?
Foutherstel ja neen Window wijzigen. Heeft datapakket het verwachte P(S)-nummer? ja
Foutherstel
neen
Verstuur RR-pakket
Foutherstel
Start proces om datapakket door te sturen naar volgende node.
Start proces om Frame Relay-frame door te sturen naar volgende node.
. Figuur 7 X.25 versus Frame relaying
© ing. W.J. Roos (EPN) ISDN-theorieboek
8
Uit figuur 7 blijkt dat de schakelaars in een frame relaying-netwerk veel minder werk verrichten dan de nodes in een X.25-netwerk. In figuur 8 wordt de protocol-architectuur van beide netwerken met elkaar vergeleken.
X.25 PLP
geïmplementeerd door het frame relaying-netwerk en de aangesloten open systemen
LAPB LAPF
fysieke laag
X.25
geïmplementeerd door het frame relaying-netwerk en de aangesloten open systemen
fysieke laag
frame relaying
Figuur 8 Protocol architectuur
© ing. W.J. Roos (EPN) ISDN-theorieboek
9
