Definition

Was ist Frame Relay?

| Autor / Redakteur: tutanch / Andreas Donner

(© aga7ta - Fotolia)

Frame Relay ist ein paketorientiertes Übertragungsprotokoll, das zum Austausch von Daten virtuelle Verbindungen nutzt. Es stellt eine Weiterentwicklung von X.25 dar und ermöglicht Übertragungsraten von bis zu 45 Megabit pro Sekunde. Typischer Anwendungsbereich ist die Kopplung von LANs über Backbone-Verbindungen.

Frame Relay (abgekürzt FR) ist eine Weiterentwicklung von X.25. Die Übertragungstechnik arbeitet mit Datenpaketen und virtuellen, geswitchten Verbindungen. Zwischen Quelle und Ziel werden Punkt-zu-Punkt-Verbindungen aufgebaut. Im Vergleich zu X.25 sind wesentlich höhere Datenraten von bis zu 45 Megabit pro Sekunde möglich. Vor der Übertragung werden die Daten in Frames zerlegt.

Mit FR lassen sich beispielsweise LANs über WAN-Backbones koppeln, Mobilfunkstationen verbinden oder Sprachdaten übertragen. Im ISO/OSI-Schichtenmodell arbeitet FR auf dem Layer 2, der Datenschicht (Data Link Layer). Die Datenframes können verschiedene Größe haben und andere Protokolle wie Ethernet transparent übertragen.

Frame Relay wurde von der internationalen Fernmeldeunion standardisiert. Maßgeblich sind hierfür die Standards I.122, I.133, I.370, Q.921, Q.922 und Q.933. Vorangetrieben werden die FR-Aktivitäten vom Frame Relay Forum. Ursprünglich war FR für die Integration in ISDN (Integrated Services Digital Network) vorgesehen. Es wurde jedoch von ISDN entkoppelt und als universelles Übertragungsprotokoll spezifiziert. FR hat mittlerweile stark an Bedeutung verloren und wurde von Standards wie ATM (Asynchronous Transfer Mode) und IP-basierten Übertragungsprotokollen abgelöst.

Wichtige Merkmale von Frame Relay

FR-Netzwerke multiplexen die Datenströme der verschiedenen Quellen und Ziele statistisch und können mehrere virtuelle Verbindungen über einzelne Leitungen bedienen. Für die einzelnen Verbindungen lassen sich garantierte Übertragungsraten (CIR, Committed Information Rate) und kurzfristige Überschreitungen dieser Übertragungsraten (EIR, Excess Information Rate) definieren. Die virtuellen Verbindungen sind entweder permanent (PVC, Permanent Virtual Circuit) oder temporär (SVC, Switched Virtual Circuit) geschaltet. Darüber hinaus sind in den Standards neben Punkt-zu-Punkt-Verbindungen auch Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindungen vorgesehen. Optimal geeignet ist Frame Relay für Datenströme mit einer konstanten Bitrate wie beispielsweise digitalisierte Sprache. Bei stark wechselnden Datenraten steigen die Fehlerraten in Lastsituationen überproportional an.

Einhaltung der Quality of Service und Mechanismen zur Staukontrolle

Um die Überlastung von Frame Relay Verbindungen und Netzwerken zu verhindern und eine bestimmte Quality of Service (QoS) zu erreichen, sind Mechanismen zur Staukontrolle implementiert. Die Endknoten im Frame Relay Netzwerk überwachen die Auslastung der Verbindungen und dürfen im Fall eines Staus oder der Überschreitung der zugesicherten Übertragungsrate Frames verwerfen. Im Frame Relay Header sind einzelne Bits für die Staukontrolle vorgesehen. Es handelt sich um die FECN- und BECN-Bits (Forward Explicit Congestion Notification und Backward Explicit Congestion Notification).

Ist das FECN-Bit auf eins gesetzt, wird das Ziel des Datenframes darüber informiert, dass in Richtung der Datenübertragung ein Stau aufgetreten ist. Das gesetzte BECN-Bit arbeitet entgegen der Übertragungsrichtung und signalisiert dem Sender, dass eine Stausituation eingetreten ist.

Die Unterschiede im Vergleich zu X.25

Eines der wichtigsten Unterscheidungsmerkmale von Frame Relay im Vergleich zu X.25 ist die nicht vorhandene Fehlerkorrektur. FR selbst bietet keine Möglichkeit, fehlerhaft übertragene oder verloren gegangene Frames erneut anzufordern und zu senden. Diese Aufgabe müssen Endstationen und die Protokolle höhere Ebenen übernehmen. FR-Knoten prüfen die Frames lediglich auf die Korrektheit der Adressen und auf Bitfehler. Nur fehlerfreie Frames werden weitergeleitet, fehlerhafte Frames werden gelöscht. Da auf aufwendige Fehlerkorrektur- und Quittierungsverfahren sowie die Flusssteuerung verzichtet wird, ist der Protokolloverhead von FR gegenüber X.25 wesentlich geringer. Es lassen sich niedrigere Verzögerungszeiten und höhere Datenraten erreichen. Kommen stark fehlerbehaftete Leitungen für FR-Verbindungen zum Einsatz, zeigen sich gegenüber X.25 allerdings die Nachteile der fehlenden Fehlerkorrektur.

Der Aufbau eines Datenframes

Ein FR-Datenframe (FR Protocol Data Unit, PDU) besteht aus folgenden Feldern:

  • das Flag-Feld
  • das Adressfeld mit DLCI-Bits (Data Link Connection Identifier Bits) sowie FECN-, BECN- und DE-Bits
  • das Informationsfeld
  • die Frame Check Sequence (FCS)

Das Flag-Feld signalisiert mit einer bestimmten Bitfolge den Anfang und das Ende eines Frames und sorgt für die Synchronisierung der Datenverbindung.

Im Adressfeld spezifiziert der DLCI die virtuelle Verbindung, der zu übertragenden Daten. Die DLCI hat lediglich lokale Bedeutung. Der Netzknoten kann anhand der DLCI erkennen, zu welcher Verbindung der Datenframe gehört. FECN-, BECN- und DE-Bits ermöglichen eine Stauinformation und Staukontrolle.

Im Informationsfeld sind die eigentlichen Übertragungsdaten zu finden. Das Feld kann unterschiedliche Länge haben und bis zu 1.600 Byte groß sein.

Mit Hilfe der Frame Check Sequence lässt sich erkennen, ob ein Bitfehler bei der Übertragung aufgetreten ist. Frames mit Fehlern werden verworfen.

Einsatzbereiche von Frame Relay

FR sollte als Weiterentwicklung von X.25 höhere Übertragungsraten ermöglichen und FR-Verbindungen als günstige Alternative zu exklusiven Standleitungen etablieren. Ein häufiger Anwendungsbereich war die Ankopplung von Basisstationen des GSM-Mobilfunknetzes an das leitungsbasierte Übertragungsnetz. Dank großer möglicher Datenraten eignete sich FR auch für die Kopplung von LANs über WAN-Backbones. Den hohen Bandbreitenanforderungen heutiger LAN-Kopplungen ist FR jedoch kaum noch gewachsen.

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