Frame relay: a csomagkapcsolt telekommunikációs szolgáltatás definíciója és működése

A Frame Relay egy gyors és hatékony csomagkapcsolt szolgáltatás, amelyet elsősorban vállalati hálózatokban használnak adatátvitelre. A cikk bemutatja működését, előnyeit és alkalmazási területeit egyszerű, érthető módon.
ITSZÓTÁR.hu
37 Min Read

A modern digitális kommunikáció alapköve a csomagkapcsolt telekommunikáció, amely lehetővé tette az adatok hatékony és rugalmas továbbítását a hálózatokon keresztül. Ennek a paradigmának az egyik korai és meghatározó képviselője volt a Frame Relay, egy olyan technológia, amely a 90-es években forradalmasította a nagytávolságú hálózatok (WAN) működését. Bár ma már ritkán találkozunk vele új telepítésekben, a Frame Relay megértése kulcsfontosságú a mai modern hálózati architektúrák gyökereinek és fejlődésének megismeréséhez. Ez a technológia hidat képezett a lassabb, hibatűrőbb, áramkörkapcsolt rendszerek és a mai nagy sebességű, IP-alapú hálózatok között, megmutatva a csomagkapcsolásban rejlő hatalmas potenciált.

A Frame Relay nem csupán egy technikai specifikáció volt, hanem egy filozófiaváltás is a hálózatépítésben. Elődjéhez, az X.25-höz képest sokkal egyszerűbb, gyorsabb és költséghatékonyabb megoldást kínált a vállalatoknak a telephelyek közötti adatcserére. Képzeljünk el egy időszakot, amikor a dedikált vonalak drágák voltak, és az internet még gyerekcipőben járt a vállalati szektorban. Ekkor jelent meg a Frame Relay, mint egy frissítő alternatíva, amely lehetővé tette a sávszélesség megosztását és a dinamikus erőforrás-allokációt, optimalizálva a hálózati erőforrások kihasználását. Ez a rugalmasság és gazdaságosság tette igazán vonzóvá a szervezetek számára, és segítette elő a decentralizált hálózati infrastruktúrák elterjedését.

A Frame Relay a csomagkapcsolás erejét mutatta meg, előkészítve a terepet a jövőbeli, még fejlettebb hálózati megoldások számára.

A Frame Relay definíciója és történelmi kontextusa

A Frame Relay egy csomagkapcsolt, nagy kiterjedésű hálózati (WAN) protokoll, amelyet az Open Systems Interconnection (OSI) modell adatkapcsolati rétegében (2. réteg) működő technológiaként definiálhatunk. Fő célja az volt, hogy hatékony és költséghatékony adatátvitelt biztosítson a helyi hálózatok (LAN) között, vagy távoli telephelyek összekapcsolására. A technológia gyökerei az Integrated Services Digital Network (ISDN) fejlesztéseihez nyúlnak vissza, mint egy egyszerűsített interfész az ISDN „D” csatornájához. Azonban hamar nyilvánvalóvá vált, hogy sokkal szélesebb körben is alkalmazható, különösen az adatátvitel területén.

A 80-as évek végén és a 90-es évek elején, amikor a Frame Relay megjelent, a domináns csomagkapcsolt WAN technológia az X.25 volt. Az X.25 egy rendkívül robusztus, de lassú és nagy overhead-del rendelkező protokoll volt, amely átfogó hibajavítást és áramlásvezérlést biztosított a hálózaton belül. Ez a funkcionalitás akkoriban elengedhetetlen volt, mivel a kommunikációs vonalak zajosak és megbízhatatlanok voltak. Azonban a vonalminőség javulásával és az intelligensebb végberendezések elterjedésével az X.25 által biztosított rétegen belüli hibajavítás felesleges teherré vált, lassítva az adatátvitelt és növelve a késleltetést.

A Frame Relay éppen ezen a ponton lépett be a képbe. Felismerve, hogy a végpontok közötti megbízhatóság már a magasabb rétegekben (pl. TCP) is biztosítható, a Frame Relay minimalizálta a hálózati rétegben végzett feladatokat. Elhagyta az X.25 bonyolult hibajavító és áramlásvezérlő mechanizmusait, és egyszerűen csak továbbította a kereteket a hálózaton keresztül. Ha egy keret hibás volt, vagy a hálózat túlterhelt, a Frame Relay egyszerűen eldobta azt, bízva abban, hogy a magasabb réteg protokolljai (például a TCP újraküldéssel) gondoskodnak a hiányzó adatokról. Ez a „butább” hálózati réteg sokkal gyorsabb adatátvitelt tett lehetővé, jelentősen csökkentve a késleltetést és növelve az áteresztőképességet.

A Frame Relay szolgáltatás a távközlési szolgáltatók által kínált opció volt, amely lehetővé tette a vállalatok számára, hogy rugalmasan és költséghatékonyan összekapcsolják távoli irodáikat. Ahelyett, hogy dedikált bérelt vonalakat béreltek volna minden egyes kapcsolathoz, a Frame Relay hálózat egy megosztott infrastruktúrát kínált, amelyen keresztül a felhasználók virtuális áramköröket hozhattak létre. Ez a megosztott modell tette lehetővé a skálázhatóságot és az erőforrások hatékonyabb kihasználását, mivel a szolgáltatók több ügyfél forgalmát is aggregálhatták ugyanazon a fizikai infrastruktúrán.

A csomagkapcsolt telekommunikáció alapjai

A csomagkapcsolt hálózatok alapvetően különböznek az áramkörkapcsolt rendszerektől, mint amilyen a hagyományos telefonhálózat. Az áramkörkapcsolás során a két kommunikáló fél között egy dedikált, fizikai vagy logikai útvonalat hoznak létre a kommunikáció teljes időtartamára. Ez garantálja a folyamatos sávszélességet és a minimális késleltetést, de rendkívül pazarló lehet, ha az átvitt adatok között hosszú szünetek vannak (pl. beszélgetés közbeni csend). Gondoljunk egy telefonhívásra: a vonal lefoglalt, még akkor is, ha éppen senki sem beszél.

Ezzel szemben a csomagkapcsolás felbontja az adatokat kisebb, kezelhető egységekre, az úgynevezett csomagokra vagy keretekre (Frame Relay esetében keretekről beszélünk). Minden egyes csomag tartalmazza a forrás- és célcímet, valamint a payload (hasznos adat) egy részét. Ezek a csomagok függetlenül, különböző útvonalakon utazhatnak a hálózaton keresztül, és a célállomáson állnak össze újra az eredeti adatokká. A hálózati eszközök (routerek, switchek) dinamikusan döntenek arról, hogy melyik útvonalon továbbítják a csomagokat, figyelembe véve a hálózat aktuális terhelését. Ez a megközelítés sokkal hatékonyabban használja ki a rendelkezésre álló sávszélességet, mivel több felhasználó osztozhat ugyanazon a fizikai vonalon, és csak akkor foglalja le az erőforrásokat, amikor valóban adatot továbbít.

A csomagkapcsolás forradalmasította az adatátvitelt, lehetővé téve a rugalmas és hatékony hálózatok kiépítését, amelyek alapját képezik a mai internetnek.

A Frame Relay a virtuális áramkörök koncepcióján alapul, ami egyfajta hibrid megoldást kínál az áramkör- és csomagkapcsolás között. Bár az adatok csomagokban utaznak, a kommunikáció mégis egy előre definiált, logikai kapcsolaton keresztül történik, amelyet virtuális áramkörnek nevezünk. Ez a virtuális áramkör nem egy dedikált fizikai útvonalat jelent, hanem egy logikai kapcsolatot, amelyen keresztül a keretek egy meghatározott útvonalat követnek a Frame Relay hálózaton belül. Ez a megközelítés egyszerűsíti a hálózati eszközök címzési feladatait, mivel nem kell minden egyes keretnél teljes útvonalválasztást végezniük.

A Frame Relay hálózatokban kétféle virtuális áramkör létezik:

  1. Permanent Virtual Circuits (PVCs – állandó virtuális áramkörök): Ezeket a szolgáltató előre konfigurálja, és állandóan aktívak. Olyan, mint egy bérelt vonal, de csomagkapcsolt alapon. A legtöbb Frame Relay telepítés PVC-ket használt, mivel egyszerűbb volt kezelni őket és stabilabb kapcsolatot biztosítottak.
  2. Switched Virtual Circuits (SVCs – kapcsolt virtuális áramkörök): Ezeket dinamikusan hozzák létre egy hívás vagy adatátvitel idejére, majd bontják, amikor már nincs rájuk szükség. Hasonlóan működnek, mint egy telefonhívás, ahol a kapcsolatot felépítik, használják, majd bontják. Az SVC-k rugalmasabbak, de a beállításuk és kezelésük bonyolultabb volt, ezért ritkábban alkalmazták őket a gyakorlatban.

A Frame Relay keret formátuma viszonylag egyszerű. Tartalmaz egy fejlécet (header), amelyben a legfontosabb információ a Data Link Connection Identifier (DLCI), valamint a hasznos adatot (payload) és egy keretellenőrző összeget (Frame Check Sequence – FCS) a hibafelismeréshez. A DLCI azonosítja a virtuális áramkört, amelyhez a keret tartozik, lehetővé téve a Frame Relay switchek számára, hogy tudják, melyik kimeneti porthoz kell továbbítaniuk a keretet.

A Frame Relay működésének alapjai: DLCI és virtuális áramkörök

A Frame Relay működésének középpontjában a Data Link Connection Identifier (DLCI) és a virtuális áramkörök állnak. Ezek együttesen biztosítják az adatok hatékony és logikus továbbítását a megosztott Frame Relay hálózaton keresztül. Ahogy már említettük, a Frame Relay az OSI modell adatkapcsolati rétegében (2. réteg) működik, ami azt jelenti, hogy elsősorban a keretek továbbítására és a hálózati hozzáférés kezelésére koncentrál, a magasabb szintű protokollokra bízva a végpontok közötti hibajavítást és áramlásvezérlést.

Minden egyes Frame Relay keret tartalmaz egy DLCI értéket a fejlécében. Ez a 10 bites szám (vagy ritkábban 23 bites kiterjesztett DLCI) lokálisan egyedi az adott Frame Relay interfésszen. Ez azt jelenti, hogy egy Frame Relay router több virtuális áramkört is kezelhet ugyanazon a fizikai interfészen keresztül, és mindegyikhez egy egyedi DLCI tartozik. Amikor egy keret megérkezik egy Frame Relay switch-hez, a switch a DLCI érték alapján azonosítja a virtuális áramkört, és a belső táblázatai alapján eldönti, melyik kimeneti porthoz és milyen új DLCI értékkel kell továbbítania a keretet. Ez a DLCI-átalakítás biztosítja, hogy a virtuális áramkörök átláthatóan működjenek a hálózaton belül, függetlenül a fizikai topológiától.

A virtuális áramkörök (VCs) a Frame Relay hálózat gerincét képezik. Két fő típusuk van, ahogy korábban is tárgyaltuk:

  • Permanent Virtual Circuits (PVCs): Ezek a leggyakoribbak. A szolgáltató előre konfigurálja őket, és a kapcsolat állandóan fennáll, amíg manuálisan nem bontják. A PVC-k ideálisak állandó, pont-pont vagy pont-multipont kapcsolatokhoz, ahol a forgalom viszonylag stabil és folyamatos. Például egy központi iroda és több fiókiroda összekapcsolására.
  • Switched Virtual Circuits (SVCs): Ezeket dinamikusan hozzák létre, amikor szükség van rájuk, és lebontják, ha a kommunikáció befejeződött. Az SVC-k hasonlóak a hagyományos telefonhívásokhoz, ahol a kapcsolatot felépítik, használják, majd bontják. Bár az SVC-k nagyobb rugalmasságot kínálnak, a beállításuk és kezelésük bonyolultabb, és a gyakorlatban ritkábban használták őket Frame Relay környezetben, főleg az X.25 örökség miatt.

A Frame Relay keret felépítése egyszerű és letisztult, ami hozzájárul a technológia sebességéhez:

Mező Leírás Méret (bájt)
Flag A keret kezdetét és végét jelöli (01111110) 1
Address Field Tartalmazza a DLCI-t, FECN, BECN, DE és C/R biteket 2-4
Data (Payload) A tényleges továbbítandó adat Változó (max. 1600 bájt)
Frame Check Sequence (FCS) CRC ellenőrző összeg a hibafelismeréshez 2
Flag A keret végét jelöli (01111110) 1

A FECN (Forward Explicit Congestion Notification) és BECN (Backward Explicit Congestion Notification) bitek a Frame Relay fejlécben a torlódás jelzésére szolgálnak. Amikor egy Frame Relay switch torlódást észlel, beállíthatja a FECN bitet a továbbított keretekben, jelezve a célállomásnak, hogy csökkentse a küldési sebességet. Ezzel egyidejűleg beállíthatja a BECN bitet a forrás felé visszaküldött keretekben, figyelmeztetve a forrást, hogy lassítsa az adatszolgáltatást. A DE (Discard Eligibility) bit azt jelzi, hogy egy keret kevésbé fontos, és torlódás esetén először ezt kell eldobni.

A Frame Relay hálózatokban az LMI (Local Management Interface) protokoll kulcsszerepet játszik a hálózat felügyeletében és karbantartásában. Az LMI egy jelzőprotokoll, amely a DTE (Data Terminal Equipment, pl. router) és a DCE (Data Circuit-terminating Equipment, pl. Frame Relay switch) közötti kommunikációt teszi lehetővé. Az LMI üzenetek segítségével a DTE lekérdezheti a DCE-től a rendelkezésre álló virtuális áramkörök (PVC-k) állapotát és a DLCI-k konfigurációját. Ez lehetővé teszi a DTE számára, hogy dinamikusan alkalmazkodjon a hálózati topológia változásaihoz és felismerje, ha egy virtuális áramkör elérhetetlenné válik. Az LMI biztosítja, hogy a routerek tudják, mely DLCI-k aktívak és használhatók, így optimalizálva a forgalom irányítását.

A Frame Relay hálózat architektúrája és komponensei

A Frame Relay hatékonyan kezeli a dinamikus adatforgalmat csomagkapcsolással.
A Frame Relay hálózat gyors adatátvitelt biztosít, miközben hatékonyan kezeli az ideiglenes kapcsolatokat és hibákat.

A Frame Relay hálózat architektúrája viszonylag egyszerű, mégis hatékonyan épült fel a 90-es évek igényeinek megfelelően. Két fő típusú berendezést különböztetünk meg a hálózatban: a DTE-t (Data Terminal Equipment) és a DCE-t (Data Circuit-terminating Equipment). Ezek az eszközök együttműködve biztosítják az adatok továbbítását a Frame Relay felhőn keresztül.

A DTE eszközök jellemzően a felhasználói hálózat szélén helyezkednek el, és maguk a végfelhasználói berendezések vagy az azokat összekötő hálózati eszközök. A leggyakoribb DTE a router, amely a helyi hálózat (LAN) forgalmát konvertálja Frame Relay keretekké, és továbbítja azokat a Frame Relay szolgáltató hálózatába. A router felelős a magasabb rétegű protokollok (pl. IP) csomagjainak beágyazásáért a Frame Relay keretekbe, és a megfelelő DLCI hozzárendeléséért. A DTE eszközök csatlakoznak a Frame Relay hálózathoz egy soros interfészen keresztül, jellemzően T1/E1 vagy ISDN vonalakon. Ezek a vonalak biztosítják a fizikai kapcsolatot a felhasználói telephely és a szolgáltató hálózata között.

A DCE eszközök a Frame Relay szolgáltató hálózatán belül helyezkednek el, és a hálózat gerincét képezik. A legfontosabb DCE eszközök a Frame Relay switchek. Ezek a switchek fogadják a DTE-ktől érkező kereteket, megvizsgálják a DLCI értéküket, és a belső útválasztási tábláik alapján továbbítják azokat a megfelelő kimeneti porthoz, egy másik DCE eszköz felé, vagy a cél DTE felé. A Frame Relay switchek felelősek a virtuális áramkörök létrehozásáért, fenntartásáért és a forgalom irányításáért a hálózaton belül. Ők kezelik a torlódás jelzését (FECN/BECN) és a kereteldobást (DE bit) is, ha a hálózat túlterhelt.

A Frame Relay hálózatot gyakran egy „felhőként” ábrázolják, ami jól szemlélteti, hogy a felhasználó számára a belső működés átláthatatlan. A DTE-k egyszerűen csatlakoznak a felhőhöz, és a virtuális áramkörökön keresztül kommunikálnak egymással, anélkül, hogy ismerniük kellene a felhőn belüli fizikai útvonalakat vagy a switchek pontos elhelyezkedését. Ez az absztrakció nagyban hozzájárult a Frame Relay népszerűségéhez, mivel leegyszerűsítette a hálózattervezést és -kezelést a végfelhasználók számára.

A Frame Relay felhő rejtette el a komplex hálózati infrastruktúrát a végfelhasználók elől, egy egyszerű, virtuális kapcsolódási pontot kínálva.

A Local Management Interface (LMI), ahogy már említettük, egy kritikus protokoll, amely a DTE és a DCE közötti kommunikációt kezeli. Az LMI biztosítja, hogy a DTE tisztában legyen a rendelkezésre álló virtuális áramkörökkel és azok állapotával. Három fő LMI típus létezik:

  • ANSI T1.617 Annex D: Az American National Standards Institute által meghatározott szabvány.
  • ITU-T Q.933 Annex A: Az International Telecommunication Union által meghatározott szabvány.
  • Cisco LMI: A Cisco Systems saját fejlesztésű, korai LMI implementációja, amely széles körben elterjedt, mielőtt a szabványok teljesen kiforrottak volna.

Fontos, hogy a DTE és a DCE ugyanazt az LMI típust használja a sikeres kommunikációhoz. Az LMI lehetővé teszi a DTE számára, hogy egy úgynevezett „Status Enquiry” üzenetet küldjön a DCE-nek, amelyre a DCE egy „Status Reply” üzenettel válaszol, tartalmazva az összes aktív PVC DLCI azonosítóját és azok állapotát (aktív, inaktív, törölt). Ez a mechanizmus létfontosságú a hálózati hibák detektálásához és a redundancia kezeléséhez.

A Frame Relay hálózatokhoz való hozzáférés jellemzően T1 (1.544 Mbps) vagy E1 (2.048 Mbps) vonalakon keresztül történt, amelyek dedikált digitális vonalak voltak. Ezek a vonalak biztosították a nagy sebességű fizikai kapcsolatot a DTE és a Frame Relay szolgáltató legközelebbi Frame Relay switch-e között. Egyes esetekben, különösen kisebb telephelyek esetén, az ISDN (Integrated Services Digital Network) „B” csatornáit is felhasználták Frame Relay forgalom továbbítására, bár ez lassabb megoldás volt.

Frame Relay és a szolgáltatásminőség (QoS)

A szolgáltatásminőség (QoS) kérdése kulcsfontosságú a modern hálózatokban, különösen az olyan valós idejű alkalmazások, mint a hang (VoIP) és a videó esetében. A Frame Relay, mint korai csomagkapcsolt technológia, bizonyos mértékig támogatta a QoS mechanizmusokat, de ezek korlátozottabbak voltak, mint a későbbi technológiák (pl. ATM, MPLS) által kínált lehetőségek.

A Frame Relay-ben a QoS elsődleges mechanizmusa a Committed Information Rate (CIR) és az Excess Information Rate (EIR) koncepciója volt. Amikor egy ügyfél Frame Relay szolgáltatást rendelt, egy adott virtuális áramkörhöz (PVC) egy CIR értéket határoztak meg. Ez a CIR volt az a garantált sávszélesség, amelyet a szolgáltató ígért, hogy torlódás esetén is biztosítani fog. Ez azt jelenti, hogy a hálózat mindent megtesz annak érdekében, hogy a CIR-en belüli forgalmat késedelem nélkül továbbítsa.

Azonban a Frame Relay technológia lehetővé tette az ügyfelek számára, hogy a CIR feletti sebességgel is küldjenek adatokat, egészen az interfész port sebességéig (pl. T1/E1). Ezt a CIR feletti, de a port sebesség alatti sávszélességet nevezzük EIR-nek (Excess Information Rate). Az EIR-en belüli forgalom továbbítása nem garantált; a szolgáltató a rendelkezésre álló kapacitás függvényében próbálja továbbítani ezeket a kereteket. Ha a hálózat torlódottá válik, az EIR forgalom lesz az első, amelyet eldobnak. Ez a mechanizmus a bursting (löketes adatátvitel) koncepcióját tette lehetővé, ahol az ügyfelek rövid ideig nagyobb sávszélességet használhattak, mint a garantált CIR, kihasználva a hálózat kihasználatlan kapacitását.

A Discard Eligibility (DE) bit a Frame Relay keret fejlécében is kulcsszerepet játszott a QoS-ben. Ezt a bitet a DTE (router) állíthatta be, jelezve a Frame Relay hálózatnak, hogy az adott keret kevésbé fontos. Azok a keretek, amelyek a CIR feletti sebességgel érkeztek a hálózatba, automatikusan DE bit beállítással kerültek továbbításra (vagy a router beállíthatta őket). Torlódás esetén a Frame Relay switchek először azokat a kereteket dobták el, amelyeknek a DE bitje be volt állítva, ezzel védve a CIR-en belüli, fontosabb forgalmat. Ez a mechanizmus segített prioritást adni a kritikus adatoknak a kevésbé fontosakkal szemben.

A torlódás kezelésére a FECN (Forward Explicit Congestion Notification) és BECN (Backward Explicit Congestion Notification) bitek szolgáltak. Amikor egy Frame Relay switch torlódást észlelt, beállíthatta a FECN bitet az összes továbbított keretben, jelezve a célállomásnak, hogy a hálózat torlódott. Ezzel egyidejűleg beállíthatta a BECN bitet a forrás felé visszaküldött keretekben, figyelmeztetve a forrást, hogy lassítsa az adatszolgáltatást. Ez a visszacsatolási mechanizmus lehetővé tette a végpontok számára, hogy dinamikusan alkalmazkodjanak a hálózati feltételekhez, és csökkentsék a küldési sebességet a torlódás enyhítése érdekében. Azonban a FECN/BECN hatékonysága nagyban függött attól, hogy a végponti alkalmazások és operációs rendszerek mennyire voltak képesek értelmezni és reagálni ezekre a jelzésekre.

Bár ezek a mechanizmusok bizonyos szintű QoS-t biztosítottak, a Frame Relay eredendően nem volt tervezve szigorú, végponttól-végpontig tartó QoS garanciákra, mint amilyenekre a hang- vagy videóforgalomnak szüksége van. Az „best-effort” (legjobb igyekezet) alapú továbbítás, a kereteldobás lehetősége és a sávszélesség megosztása miatt a Frame Relay kevésbé volt alkalmas az igazán érzékeny alkalmazásokhoz. Később, az ATM és MPLS technológiák sokkal kifinomultabb QoS képességeket kínáltak, amelyek garantált sávszélességet, késleltetést és jittert (késleltetés ingadozás) is biztosítani tudtak.

Összehasonlítás más WAN technológiákkal: X.25, ATM, MPLS

A Frame Relay szerepének teljes megértéséhez elengedhetetlen, hogy összehasonlítsuk más, hasonló célú WAN technológiákkal, amelyek megelőzték, versenyeztek vele, vagy felváltották. Ez az összehasonlítás rávilágít a Frame Relay erősségeire és gyengeségeire, valamint a hálózati technológiák evolúciójára.

Frame Relay vs. X.25

Az X.25 volt a Frame Relay közvetlen elődje és az első széles körben elterjedt csomagkapcsolt WAN protokoll. Az 1970-es években fejlesztették ki, amikor a kommunikációs vonalak rendkívül zajosak és megbízhatatlanok voltak. Ezért az X.25 protokollcsalád rengeteg hibajavító és áramlásvezérlő mechanizmust tartalmazott az OSI modell 2. és 3. rétegében is. Minden egyes csomagot ellenőriztek, nyugtáztak és szükség esetén újraküldtek a hálózaton belül. Ez a robusztusság azonban hatalmas overhead-del járt, ami jelentősen lassította az adatátvitelt és növelte a késleltetést.

A Frame Relay a 80-as évek végén jelent meg, amikor a digitális vonalak minősége jelentősen javult. Felismerte, hogy a végpontok közötti megbízhatóságot már a magasabb rétegű protokollok (pl. TCP) is biztosítani tudják, így a hálózaton belüli hibajavítás felesleges. A Frame Relay minimalizálta az overhead-et, elhagyva az X.25 bonyolult mechanizmusait. Ha egy keret hibás volt, egyszerűen eldobta azt, bízva a magasabb rétegek újraküldési képességében. Ez a megközelítés sokkal gyorsabb adatátvitelt és alacsonyabb késleltetést eredményezett. A Frame Relay volt a győztes a WAN technológiák versenyében a 90-es években, és nagyrészt felváltotta az X.25-öt az adatátviteli igények kielégítésére.

Frame Relay vs. ATM (Asynchronous Transfer Mode)

Az ATM az 1990-es években jelent meg, mint egy ambiciózus, univerzális hálózati technológia, amely egyesíteni akarta az adat-, hang- és videóforgalmat egyetlen infrastruktúrán. Az ATM is csomagkapcsolt technológia, de a Frame Relay keretekkel ellentétben fix méretű, 53 bájtos „cellákat” használt (48 bájt payload és 5 bájt fejléc). Ez a fix cellaméret lehetővé tette a hardveres feldolgozást és a rendkívül alacsony késleltetést, ami kritikus volt a valós idejű forgalom (hang, videó) számára. Az ATM sokkal kifinomultabb QoS mechanizmusokat kínált, mint a Frame Relay, garantált sávszélességet, késleltetést és jittert biztosítva.

Bár az ATM technikailag fejlettebb volt, a Frame Relay egyszerűsége és alacsonyabb költsége miatt sokáig versenyképes maradt. Az ATM hálózatok kiépítése és kezelése bonyolultabb és drágább volt, mint a Frame Relay. Ráadásul az IP protokoll robbanásszerű elterjedése és az Ethernet fejlődése végül mindkét technológiát háttérbe szorította a széles körű WAN alkalmazásokban. Az ATM azonban továbbra is fontos szerepet játszott bizonyos gerinchálózatokban és telekommunikációs szolgáltatók infrastruktúrájában, különösen a DSL hozzáféréshez.

Frame Relay vs. MPLS (Multiprotocol Label Switching)

Az MPLS a 2000-es évek elején jelent meg, és mára a modern szolgáltatói hálózatok domináns technológiája lett. Az MPLS nem egy új adatkapcsolati protokoll, hanem egy olyan mechanizmus, amely a 3. rétegű IP csomagokhoz „címkéket” (labels) rendel hozzá, és ezek alapján végzi a továbbítást a hálózaton belül. Ez a címkekapcsolás (label switching) sokkal gyorsabbá teszi a továbbítást, mint a hagyományos IP útválasztás, mivel a routereknek nem kell minden egyes csomag esetén komplex útválasztási táblázatokat vizsgálniuk.

Az MPLS egyik legnagyobb előnye a Frame Relay-jel szemben, hogy sokkal kifinomultabb QoS és forgalomtervezési (traffic engineering) képességeket kínál. Az MPLS lehetővé teszi a szolgáltatók számára, hogy dedikált útvonalakat (Label Switched Paths – LSP) hozzanak létre a különböző típusú forgalom számára, garantált sávszélességgel és késleltetéssel. Továbbá, az MPLS alapja a modern VPN (Virtual Private Network) szolgáltatásoknak (pl. MPLS VPN), amelyek biztonságos és elkülönített hálózatokat biztosítanak a vállalatok számára a megosztott szolgáltatói infrastruktúrán keresztül.

Az MPLS rugalmassága, skálázhatósága és fejlett QoS képességei miatt gyorsan felváltotta a Frame Relay-t és az ATM-et a legtöbb WAN alkalmazásban. Ma már a legtöbb vállalati WAN kapcsolat MPLS VPN-en vagy más IP-alapú VPN technológián keresztül valósul meg.

Összefoglalva, a Frame Relay egy kritikus lépcsőfok volt a hálózati technológiák fejlődésében. Az X.25-höz képest sokkal hatékonyabb volt, de az ATM és különösen az MPLS fejlettebb QoS és forgalomtervezési képességei miatt végül felváltották. A Frame Relay azonban lerakta az alapokat a mai modern, nagy sebességű, csomagkapcsolt WAN hálózatokhoz.

Gyakorlati alkalmazások és felhasználási területek a Frame Relay fénykorában

A Frame Relay fénykorában, azaz a 90-es években és a 2000-es évek elején, számos vállalati és szolgáltatói környezetben vált alapvető WAN technológiává. Rugalmassága, költséghatékonysága és a korábbi technológiákhoz képest megnövelt sebessége miatt ideális választás volt számos alkalmazáshoz.

Telephelyek összekötése (Branch Office Connectivity)

Ez volt talán a Frame Relay leggyakoribb és legfontosabb felhasználási területe. A vállalatok, amelyek több fiókirodával, gyártóüzemmel vagy értékesítési ponttal rendelkeztek, a Frame Relay segítségével tudták összekötni ezeket a távoli telephelyeket a központi irodával vagy egy adatközponttal. A PVC-k (Permanent Virtual Circuits) ideálisak voltak erre a célra, mivel állandó, megbízható logikai kapcsolatokat biztosítottak. Egyetlen fizikai Frame Relay hozzáféréssel a központi iroda több fiókirodával is kommunikálhatott, mindegyikkel külön DLCI-n keresztül. Ez a pont-multipont topológia sokkal rugalmasabb és olcsóbb volt, mint dedikált bérelt vonalak kiépítése minden egyes telephelypár között.

A fiókirodák közötti adatforgalom, például az ERP rendszerekhez való hozzáférés, fájlmegosztás, e-mail kommunikáció és egyéb belső rendszerek elérése mind Frame Relay hálózatokon keresztül zajlott. A Frame Relay lehetővé tette a vállalatok számára, hogy centralizálják az IT erőforrásokat és hatékonyabbá tegyék a működésüket a földrajzilag elosztott helyszíneken.

Adatközpont-összeköttetés és katasztrófa-helyreállítás (Data Center Interconnect and Disaster Recovery)

Bár a mai adatközpontok sokkal nagyobb sávszélességet igényelnek, a Frame Relay idejében elegendő volt a kisebb adatközpontok vagy redundáns rendszerek összekapcsolására. A technológiát használták adatok replikálására, adatbázis-szinkronizálásra és katasztrófa-helyreállítási (DR) megoldásokhoz, ahol a kritikus adatok biztonsági másolatát egy távoli helyszínen tárolták. A megbízható PVC-k biztosították a folyamatos adatátvitelt ezekhez a feladatokhoz.

Hang- és videóátvitel (Voice over Frame Relay – VoFR és Videoconferencing)

Bár a Frame Relay eredendően nem volt optimalizálva a valós idejű forgalomra a korlátozott QoS képességei miatt, a 90-es évek végén és a 2000-es évek elején megjelentek a Voice over Frame Relay (VoFR) megoldások. Ezek lehetővé tették a hangforgalom (telefonhívások) továbbítását a Frame Relay hálózatokon keresztül, csökkentve a különálló telefonvonalak költségeit. A VoFR technológiák gyakran használtak tömörítést és prioritizálási mechanizmusokat (pl. LFI – Link Fragmentation and Interleaving) a késleltetés és jitter minimalizálása érdekében.

Hasonlóképpen, a videokonferencia rendszerek is használták a Frame Relay-t. Bár a képminőség és a folyékonyság nem érte el a dedikált vonalakét, a költséghatékonyság és a rugalmasság vonzóvá tette a Frame Relay-t a korlátozott sávszélességű videókapcsolatokhoz. A QoS mechanizmusok (CIR, DE bit) segítettek a hang- és videóforgalom prioritizálásában a hagyományos adatforgalommal szemben.

A Frame Relay lehetővé tette a vállalatok számára, hogy költséghatékonyabban és rugalmasabban kommunikáljanak, előkészítve a terepet a mai modern, konvergens hálózatok számára.

Internetes hozzáférés (Internet Access – korai szakaszban)

A Frame Relay-t kezdetben internetszolgáltatók is használták, hogy összekapcsolják a távoli Point of Presence (PoP) pontjaikat a gerinchálózatukkal. A vállalatok is használhatták Frame Relay PVC-ket az internetszolgáltatókhoz való csatlakozásra, mielőtt a szélessávú technológiák (DSL, kábel, optika) széles körben elterjedtek volna. Ez egy költséghatékony alternatíva volt a dedikált bérelt vonalakhoz képest.

Kiskereskedelmi és pénzügyi hálózatok

A Frame Relay ideális volt a kiskereskedelmi láncok és a pénzügyi intézmények számára, amelyeknek számos távoli üzletet vagy ATM-et kellett összekötniük egy központi rendszerrel. A tranzakciós adatok, a készletnyilvántartás és a Point of Sale (POS) rendszerek forgalma megbízhatóan továbbítható volt a Frame Relay hálózatokon keresztül. A biztonság érdekében gyakran használtak VPN-eket (Virtual Private Network) a Frame Relay felett, titkosítva az adatforgalmat.

Ezek az alkalmazási területek jól mutatják, hogy a Frame Relay mennyire sokoldalú és fontos technológia volt a maga idejében. Megoldást kínált a növekvő adatátviteli igényekre egy olyan korban, amikor a dedikált sávszélesség drága volt, és a modern IP-alapú megoldások még nem voltak elérhetők vagy kiforrottak.

A Frame Relay alkonyata és a modern hálózatok

A Frame Relay technológia helyét az MPLS és SD-WAN vette át.
A Frame Relay technológia alkonyatát az IP-alapú hálózatok és a gyorsabb, rugalmasabb protokollok váltották fel.

Ahogy az lenni szokott a technológia világában, a Frame Relay népszerűsége is hanyatlani kezdett a 2000-es évek elején, ahogy új, fejlettebb és hatékonyabb technológiák jelentek meg. Számos tényező járult hozzá ehhez a változáshoz, amelyek végül a Frame Relay háttérbe szorulásához vezettek a modern hálózatokban.

Az IP protokoll dominanciája és az Ethernet fejlődése

Az internet robbanásszerű elterjedése és az IP (Internet Protocol) protokoll dominánssá válása alapjaiban változtatta meg a hálózatépítési filozófiát. Az IP univerzális protokoll lett, amely mindenhol jelen volt, és a hálózati eszközök (routerek) egyre intelligensebbé váltak az IP-csomagok kezelésében. Ezzel párhuzamosan az Ethernet technológia is rohamos fejlődésnek indult. Kezdetben csak LAN-okban használták, de a sebesség növekedésével (Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet és azon felül) és a hatótávolság növelésével (Metro Ethernet) az Ethernet elkezdett betörni a WAN piacra is. Az Ethernet over MPLS és az Ethernet VPN (EVPN) megoldások lehetővé tették, hogy a vállalatok a már ismert és bevált Ethernet technológiát használják a telephelyeik összekötésére is, sokkal egyszerűbbé téve a hálózattervezést és -kezelést.

Növekvő sávszélesség-igények és a QoS korlátai

A 2000-es években az alkalmazások egyre nagyobb sávszélességet igényeltek. A multimédiás tartalom (videó streaming), a felhőalapú szolgáltatások és az egyre komplexebb üzleti alkalmazások olyan adatátviteli sebességeket követeltek meg, amelyeket a Frame Relay már nem tudott hatékonyan kielégíteni. Bár a Frame Relay támogatta a CIR/EIR és DE bit mechanizmusokat, a valós idejű alkalmazások (VoIP, videó) szigorú QoS igényeit (garantált sávszélesség, minimális késleltetés és jitter) nem tudta olyan hatékonyan biztosítani, mint az újabb technológiák, mint például az MPLS.

Az MPLS megjelenése és térnyerése

Ahogy korábban tárgyaltuk, az MPLS (Multiprotocol Label Switching) egyértelműen felülmúlta a Frame Relay-t a rugalmasság, a skálázhatóság, a QoS és a forgalomtervezési képességek tekintetében. Az MPLS VPN-ek biztonságos és elkülönített hálózati szolgáltatásokat kínáltak a vállalatok számára, amelyek sokkal hatékonyabbak és könnyebben kezelhetők voltak, mint a Frame Relay feletti VPN megoldások. A szolgáltatók is gyorsan áttértek az MPLS alapú gerinchálózatokra, mivel az lehetővé tette számukra, hogy egységes infrastruktúrán keresztül nyújtsanak különböző típusú szolgáltatásokat.

A dedikált internetkapcsolatok és a VPN-ek elterjedése

A szélessávú internetkapcsolatok (DSL, kábel, optikai hálózatok) elterjedésével a vállalatok számára egyre olcsóbbá és könnyebben elérhetővé vált a nagy sebességű internet. Ez lehetővé tette, hogy a távoli telephelyek egyszerűen interneten keresztül csatlakozzanak a központi irodához, és biztonságos IPsec VPN-eket (Virtual Private Network) építsenek ki az internet felett. Bár az internetes VPN-ek nem feltétlenül kínálnak olyan szigorú QoS garanciákat, mint egy szolgáltatói MPLS VPN, a költséghatékonyság és a rugalmasság miatt vonzó alternatívává váltak a Frame Relay-jel szemben, különösen kisebb telephelyek esetén.

Legacy rendszerek és a Frame Relay öröksége

Bár a Frame Relay már nem számít modern technológiának, bizonyos helyeken még ma is fellelhető, különösen régebbi infrastruktúrával rendelkező vállalatoknál vagy bizonyos speciális, niche alkalmazásokban, ahol a migráció túl költséges vagy komplex lenne. Ezeket nevezzük legacy rendszereknek. Fontos megjegyezni, hogy bár a Frame Relay mint WAN technológia háttérbe szorult, a csomagkapcsolás alapelvei, amelyeket a Frame Relay is alkalmazott, továbbra is a modern hálózatok alapját képezik. A virtuális áramkörök, a DLCI-szerű azonosítók és a prioritizálási mechanizmusok koncepciói számos mai technológiában (pl. MPLS) is visszaköszönnek, csak sokkal kifinomultabb formában.

A Frame Relay tehát egy fontos lépcsőfok volt a hálózati technológiák evolúciójában, amely áthidalta a szakadékot a lassú, hibatűrő X.25 és a mai nagy sebességű, IP-alapú hálózatok között. Hozzájárult a csomagkapcsolás elterjedéséhez és megmutatta, hogy a megosztott sávszélesség hogyan teheti költséghatékonyabbá és rugalmasabbá a hálózatokat. Bár ideje lejárt, a belőle tanult leckék továbbra is relevánsak a hálózati mérnökök és tervezők számára.

A csomagkapcsolt hálózatok jövője: merre tartunk?

A Frame Relay, mint egykori élvonalbeli technológia, a hálózati evolúció során utat engedett a fejlettebb megoldásoknak. Azonban az általa bevezetett alapelvek, különösen a csomagkapcsolás és a virtuális áramkörök koncepciója, továbbra is a modern hálózatok szívét képezik. A jövő felé tekintve, a hálózati technológia folyamatosan fejlődik, új kihívásokra és igényekre reagálva.

SD-WAN (Software-Defined Wide Area Network)

Az egyik legjelentősebb trend napjainkban az SD-WAN (Software-Defined Wide Area Network) térnyerése. Az SD-WAN lényegében virtualizálja a WAN infrastruktúrát, lehetővé téve a vállalatok számára, hogy rugalmasan és intelligensen használják fel a különböző WAN kapcsolati típusokat (MPLS, internet, LTE/5G). A központosított vezérlősík és a szoftveres irányítás révén az SD-WAN dinamikusan képes irányítani a forgalmat a legoptimálisabb útvonalon, figyelembe véve az alkalmazások QoS igényeit, a hálózati terhelést és a költségeket. Ez a megközelítés sokkal nagyobb agilitást és költséghatékonyságot kínál, mint a hagyományos, hardver-centrikus WAN megoldások.

5G és a mobilhálózatok szerepe

Az 5G technológia elterjedése alapjaiban változtatja meg a mobilhálózatok szerepét a WAN környezetben. A rendkívül alacsony késleltetés, a nagy sávszélesség és a masszív eszközkapcsolódás lehetőségei révén az 5G nem csak a mobiltelefonokhoz, hanem az IoT (Internet of Things) eszközökhöz és a vállalati WAN hozzáféréshez is kulcsfontosságúvá válik. Az 5G képes lesz kiegészíteni, sőt bizonyos esetekben helyettesíteni a vezetékes WAN kapcsolatokat, különösen a távoli vagy ideiglenes helyszíneken, valamint a kritikus, nagy megbízhatóságú alkalmazások számára.

Felhőalapú hálózatok és hibrid felhő megoldások

A felhőalapú szolgáltatások (IaaS, PaaS, SaaS) széles körű elterjedése új kihívásokat támaszt a hálózatokkal szemben. A vállalatok egyre inkább hibrid felhő környezeteket használnak, ahol a helyi adatközpontok és a nyilvános felhők (pl. AWS, Azure, Google Cloud) között kell hatékony és biztonságos kapcsolatot biztosítani. A hálózati szolgáltatók erre reagálva kínálnak dedikált felhőkapcsolati szolgáltatásokat (Direct Connect, ExpressRoute, Cloud Interconnect), amelyek MPLS-hez hasonló QoS garanciákat biztosítanak a felhőbe vezető útvonalon. Az SD-WAN is kulcsszerepet játszik a felhőhöz való optimalizált hozzáférésben.

Hálózati virtualizáció és automatizálás

A hálózati virtualizáció (pl. NFV – Network Function Virtualization) és az automatizálás egyre inkább előtérbe kerül. Az NFV lehetővé teszi a hálózati funkciók (pl. router, tűzfal, terheléselosztó) szoftveres megvalósítását és virtualizálását, ami nagyobb rugalmasságot és költséghatékonyságot eredményez. Az automatizálás és az orchestráció (pl. SDN – Software-Defined Networking) pedig lehetővé teszi a hálózatok dinamikus konfigurálását és menedzselését, csökkentve az emberi hibalehetőségeket és felgyorsítva a szolgáltatások bevezetését. Ezek a trendek a hálózatokat intelligensebbé, öngyógyítóbbá és alkalmazkodóbbá teszik.

A Frame Relay tehát egy fontos mérföldkő volt a telekommunikáció történetében, amely előkészítette a terepet a mai modern, dinamikus és rugalmas hálózatok számára. Bár maga a technológia elavult, az általa képviselt alapelvek és a csomagkapcsolás előnyei továbbra is a digitális világ alapjait képezik. A jövő hálózatai még inkább szoftvervezéreltek, felhőalapúak és intelligensek lesznek, de mindezek a fejlesztések a Frame Relay-hez hasonló úttörő megoldásokra épülnek.

Megosztás
Hozzászólások

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük