Frame-Relay Switching(1)

1. Frame Relay 개요

Frame Relay 이전에 packet switching network에서 가장 많이 사용되었던 기술은 X.25였다. 기존의 X.25에서는 가상회선 관리와 오류 제어 등이 3계층에서 처리되었기 때문에 Packet의 전달 과정에 발생하는 delay를 감수해야 했으나 x.25가 사용되던 당시에는 host system과 remote에 있는 단말기 사이에서의 통신을 주로 행하던 시기였으므로 x.25에서 감당해야 하는 traffic의 양이 많지 않아 큰 문제로 대두되지는 않았었다. 하지만 Network의 규모가 커지면서 다양한 작업 성격의 Traffic을 처리해야 하는 시점에서는 packet 전달의 overhead를 가지고 있는 x.25의 packet switching에는 한계가 있었다. 또한 과거보다 더 발전된 WAN의 물리적인 선로들로 인해 데이터의 고속 전송과 안정성이 확보되면서 Packet switching network에서 데이터의 전송 신뢰성을 위한 순서 제어나 저장 후

전송, 에러 복구 등의 처리 절차 등이 오히려 부담되는 요소들이 되었다. Frame Relay는 안정된 network을 기반으로 X.25가 가지고 있었던 그러한 overhead를 제거하여 만든 protocol이며 기존의 X.25의 패킷 전송 기술을 고속 데이터 통신에 적합하도록 개선한 방식이라고 이해하면 좋을 것이다.

Frame Relay는 하나의 회선에 여러 경로들을 논리적인 channel로 나누어 전송 할 수 있는 특징을 가지고 있으며 각각의 논리적인 channel을 ‘가상 회선’이라는 개념을 사용하여 구별하고 있다. 또한 이러한 가상 회선은 frame relay를 사용하는 가입자들에게는 전용선처럼 취급되어 제공된다.

2. Frame Relay Protocol Stack

Frame-Relay의 전송 서비스는 L2 Layer (프레임 모드 전달 서비스)에서 제공되며, Frame Relay Hearder에는 아래와 같은 정보들이 표현 될 수 있다.

1)Flag

 SDLC의 Flag 와 그 기능 은 같다.

2)Address 

이 Address는 Frame Relay의 이용자 Address를 표현하며 Data link connection identifier (DLCI)로소 언급되어 진다. DLCI(data link connection identifier)는 하나의 물리적 포트를 논리적으로 분할한 사용자 주소이다

3)Command/Response identifier bit(CR) 

비트는 Frame Relay Protocol에 의하여 사용되어 지지는 않으나 부가된 이용자들에 의하여 사용되어 질 수 있으며, Frame Relay이 망을 통하여 투명하게 전달된다. 종단 사용자간의 상위 프로토콜 계층에서 이 프레임이 명령 프레임인지 응답 프레임인지를 나타내기 위하여 사용된다. SVC로 사용하지 않으면 C/R은 필요 없다.

4)Extended address bits(EA)

10 비트 이상의 어드레스를 지원하기 위하여 Header field를 확장 시킬 수 있다. EA 비트는 현재 Octet이 전체 헤더 필드에서 마지막인지 아닌지를 가리킨다. 따라서 두 Octet 헤더에 대하여 EA 비트는 첫번째 Octet에서 0으로 설정되며, 두번째 Octet 에서 1로 설정한다. EA=0 : 주소 필드가 더 있음을 나타낸다. EA=1 : 주소 필드의 끝을 나타낸다.

5)Forward explicit congestion notification bit(FECN)

이 비트는 congestion 을 순방향의 이용자에게 알리기 위하여 망에 의하여 설정된다. 전방향 폭주 통지 비트라고 하며 망측에서 사용자에게 프레임의 진행 방향에 폭주가 있음을 알림으로써 사용자로 하여금 적절한 조치를 취할 수 있게 한다.

6)Backward explicit congestion nification bit (BECN)

이 비트는 congestion을 역방향의 이용자에게 알리기 위하여 망에 의하여 설정된다. 후 방향 폭주 통지 비트 라고 하며 망측에서 사용자에게 프레임의 진행 반대 방향에 폭주가 있을 가능성을 알림으로서 사용자로 하여금 적절한 조치를 취할 수 있게 한다.

7)Discard eligibility bit(DE)

이 비트는 congestion 상황과 관련되며 그 프레임을 처분하고 다른 프레임의 언급을 가리킨다. 이 비트는 망 또는이용자에 의하여 설정되어진다. 페기 허용 비트 라고 하며 망 폭주시에 다른 프레임에 우선하여 폐기되어 망의 폭주 관리에 유용하다. 속도가 CIR 초과된 프레임의 경우 DE=1로 세트되어 보내지며 폭주시 우선적으로 페기하고 송신측에 FECN을 보낸다

8) Information field

이 필드에 대한 최대값은 망에 종속되어 질것이나 프레임 릴레이 포럼은 최대1600 Octet 크기로 권고된다.

9)FCS

다항식 ( X + X + X + 1) 을 포함하는 두 Octet 필드를 포함한다.

3. Frame Relay 관련 기본 용어

다음은 Frame-relay와 관련된 용어이다.

- Local access rate

Frame Relay network에 접속하는 구간의 clock speed를 의미하는 용어이다. 즉 가입자의 router에서 WAN 사업자 의 Frame Relay Switch간에 접속 구간에 설정된 속도를 의미하는 것이다. 일반적으로 Frame Relay를 이용하여 데이터를 전송하는 경우에는 Frame Relay switched Network 내부에서 제공되는 전송 속도를 실제 전송 속도로 사용한다.

- Virtual circuit (VC)

Frame Relay를 통해 통신하는 두 device를 위해 Frame Relay network 내부에 논리적으로 들어 놓은 경로를 의미 한다. Packet switching Network은 사업자가 구축한 물리적인 network을 가입자들에 의해 공유 되는 특징으로 인해 Frame Relay switching network 안에서 각 가입자들의 통신 경로를 논리적인 channel들로 구분하고 있다.

- SVC (Switched Virtual Circuit)

두 노드 사이의 논리적인 경로가 고정되어 있지 않고 특정 노드들이 packet switching network에 연결 할 때마다 매번 별도의 논리적인 경로가 제공되는 가상 회선이다.

- PVC (Permanent Virtual Circuit)

두 모드 사이에 논리적인 경로가 고정되어 있는 가상 회선이다. 따라서 가입자마다 고유한 가상 회선 식별 번호가 제공된다. Frame Relay에서 주로 사용 하는 가상 회선의 서비스형태이며 최소 down 상태를 유지 한다.

- DLCI (Data link Connection identifier)

FR망에 서 각 PVC들을 구별하기 위한 식별 주소 – L2 주소의 개념으로 사용된다.

- LMI (Local Management Interface)

FR Switch와 Router사이에서 PVC의 상태 정보를 교환하기 위해 사용하는 Signal.

- FECN (Forward Explicit Congestion Notification)

FR망에서 폭주가 발생하면 Data를 수신 하는 Node에게 상황을 알려준다.

- BECN (Backward Explicit Congestion Notification)

FR망에서 폭주가 발생하면 Data를 송신 하는 Node의 전송률을 낮추게 한다.

- DE (Discard Eligibility)

FR망에서 폭주가 발생되면 가장 우선적으로 Drop되어야 하는 Frame에 설정한다.

- Frame-relay Inverse-arp

FR망에서 DLCI Number와 상위 Protocol 주소와의 Mapping을 위해 사용.

- Frame-relay map Table

DLCI Number와 상위 Protocol 주소와의 Mapping 관계를 관리하는 Table.

- Data-link connection identifier (DLCI)

일반적으로 DLCI number라고 한다. 이는 frame relay switch 네트워크에 만들어진 가상 회선들을 구별하기 위한 용도로 사용되며 만약 하나의 PVC에서 두 라우터가 통신한다면 가상 회선에서 각 라우터를 식별 할 수 있는 DLCI 번호가 배정될 것이다.

- CIR (Committed information rate)

Frame Relay switch가 허용하는 전송 속도를 의미하는데 좀더 구치적으로 표현한다면 CIR은 하나의 PVC에서 보장 할 수 있는 최소 bandwidth를 의미한다. 가입자는 Frame Relay Switching network을 통해 전송 할 수 있는 대역폭을 비용에 따라 다르게 전송 할 수 있으며 실제로 WAN에서 제공하는 실제 전송 속도를 CIR로 결정한다.

- inverse ARP (Address Resolution Protocol)

Frame Relay Network의 PVC상에서 라우터들은 자신의 local DLCI number와 상대 router의 IP를 자동으로 mapping 하는 작업을 수행하게 되는데 이를 inverse ARP라고 한다. 경우에 따라서는 수동Mapping도 가능하다.

- Local Management Interface (LMI)

LMI는 router와 frame relay switch사이에서 PVC의 상태 정보를 주고 받을 때 사용하는 표준 Protocol이다. Router는 frame relay network내부에 PVC의 상태 정보를 스스로가 직접적으로 인식 할 수 없기 때문에 항상 인접한 frame switch와 PVC의 상태 정보를 주기적으로 문의하여 가상 회선의 이상유무를 check 할 수 있다.

- Forward Explicit Congestion Notification (FECN)

Frame Relay Switch는 자신이 속한 network의 폭주 상태를 check 할 수 있으며 이러한 정보들을 router에게 알려주어 flow control을 할 수 있도록 한다. FECN은 Packet 도착지 router로 향하는 데이터 진행 방향의 폭주 상태를 알려 준다.

- Backward Explicit Congestion Notification (BECN)

BECN은 데이터 진행 방향의 반대 방향에서 폭주 상태가 있음을 알려 준다.

4. Frame Relay Topology

Frame-relay 다수의 사용자들이 물리적인 Network을 공유하지만, 실제로는 논리적인 가상회선으로 인해 구별되어 진다. 이것은 우리가 Ethernet switch에 연결된 Node들을 VLAN으로 나누는 작업과 같은 개념이다. 따라서 Frame-relay 사용자들은 다른 사용자들과 Network을 물리적으로 공유하고 있는지를 알 수가 없으며 오직 자신들에게 배정된 가상 회에 연결된 대상과 전용선을 사용하듯 통신 할 뿐이다. Frame-relay망에서 제공하는 가상회선은 Frame-relay Network에 연결된 가입자들이 자신들의 논리적인 Network 구축을 가능하게 한다. 가상 회선은 하나의 물리 Interface에서 다수가 연결 될 수 있으므로 별도의 물리적 회선과 serial interface의 추가 없이도 위 그림과 같은 Topology들을 구현 할 수 있다. 물론 추가되는 가상 회선당 사용료를 지불해야 한다. 가상회선은(VC) 개념은 WAN에서 L2 VPN을 지원 할 수 있는 능력을 제공한다. 따라서 가상 회선으로 연결된 L2 Network과 L3 Network의 구조가 달라 질 수 있다는 의미이다. Frame relay network을 기반으로 하는 router들은 하나의 물리적인 interface에 하나 이상의 PVC를 연결되는 경우가 많다. 따라서 Router는 하나의 물리적인 interface를 논리적인 interface로 나눠야 하는 경우가 발생하며 Router는 다음과 같은 대표적인 frame-relay topology중 하나에 속해 있다.

- Star Topology

hub and spoke topology라고도 하며 frame relay network에서 가장 흔하게 볼 수 있는 topology이다. 이러한 topology에서는 remote router들의 PVC들이 중앙의 router에 모두 연결되는 구조 이며 중앙에 router는 하나의 물리적인 interface에서 다수의 PVC를 연결 하는 상황이 되므로 중앙 라우터의 수행 능력이 좋아야 한다.

- Full-mesh topology

frame relay network에 연결된 모든 router들이 PVC로 연결 되어진 topology를 의미한다. 이러한 구조는 router들 사이의 연결이 이중화 되어 있는 관계로 redundancy 기능을 제공 할 수 있어 전체 network의 안정성을 제공 할 수는 있으나 PVC의 수만큼 비용이 추가되는 단점이 있다.

- Partial mesh

이 topology는 star topology와 mesh-topology가 혼합된 형태이다. 예를 들어 star topology를 사용하는 network에서 특정 router의 traffic을 분산 시키기 위해 새로운 PVC를 추가하여 새로운 router간의 경로를 만들 수도 있다.

이때 새로운 PVC가 추가되는 구간에 mesh topology가 만들어 지게 된다. Frame relay는 다른 용어로 NBMA(Non Broadcast Multiple Access) network이라고 한다. 이 의미는 Frame relay는 public network의 특성을 가지고 있기 때문에 여러 노드에 의해 공유되는 Network이다. 이는 매체를 공유하는 Ethernet network과 비슷하다고 볼 수 있다. Ethetnet network은 회선을 모든 노드들이 공유함과 동시에 특정 노드의 전송 신호에 모두가 귀를 기울이는broadcast network BMA(Broadcast Multiple Access) network이라고 한다. 하지만 frame relay는 공유망이라 할지라도 특정 노드들의 데이터 전송 신호가 다른 노드에 전달되지 않으며 각 노드들은 논리적인 가상회선을 통해 개개의 통신 경로를 가지고 있으므로 NBMA network이라 한다.