Giải thích Frame Relay là gì? Cách thức hoạt động

Frame Relay là một trong những giao thức mạng WAN khó hiểu nhất với hầu hết tất cả mọi người. Trong bài này ta sẽ cùng nhau tìm hiểu xem Frame Relay là gì? Tại sao ta lại sử dụng nó và cách thức nó hoạt động thế nào? Và đương nhiên tôi sẽ diễn giải dễ hiểu nhất!

Frame Relay là gì?

Frame Relay là một công nghệ truyền dẫn dữ liệu trong mạng dạng mạng riêng ảo (Virtual Private Network – VPN) hoặc trong mạng rộng (Wide Area Network – WAN). Frame Relay được thiết kế để cung cấp khả năng truyền tải dữ liệu hiệu quả và linh hoạt trong các mạng có tỷ lệ lưu lượng biến đổi và nhu cầu băng thông đa dạng.

Cách Frame Relay hoạt động và mục đích

Cách Frame Relay hoạt động như sau:

• Chia dữ liệu thành khung (frames): Dữ liệu được chia thành các đơn vị gọi là khung, mỗi khung có một kích thước nhất định. Mỗi khung chứa thông tin như địa chỉ đích (DLCI), thông tin kiểm soát lỗi, và các dữ liệu cần truyền.
• Chuyển tiếp khung qua mạng: Khung dữ liệu được chuyển tiếp qua mạng từ một điểm đến điểm khác dựa trên các DLCI. Frame Relay không thực hiện định tuyến thông qua mỗi nút như các giao thức định tuyến khác mà thay vào đó nó chuyển tiếp dữ liệu trực tiếp từ điểm xuất phát đến điểm đích thông qua các kênh ảo (virtual circuits) được thiết lập trước.
• Sử dụng DLCI để xác định kết nối: Mỗi kết nối trong mạng Frame Relay được định danh bằng một số gọi là DLCI. DLCI này được sử dụng để xác định đường đi dữ liệu giữa các điểm trong mạng.

Mục đích chính của việc sử dụng Frame Relay trong mạng là:

• Cung cấp dịch vụ truyền dẫn dữ liệu linh hoạt: Frame Relay cho phép cung cấp các dịch vụ truyền dẫn dữ liệu theo nhu cầu, từ băng thông thấp đến băng thông cao, phục vụ các ứng dụng khác nhau của doanh nghiệp.
• Giảm chi phí mạng: Bằng cách chia sẻ băng thông và sử dụng các kênh ảo, Frame Relay giúp giảm thiểu chi phí so với việc sử dụng các phương tiện truyền dẫn dữ liệu truyền thống.
• Cung cấp tính linh hoạt: Frame Relay cho phép doanh nghiệp mở rộng mạng và thay đổi cấu hình mạng một cách dễ dàng, phù hợp với nhu cầu và thay đổi trong doanh nghiệp.

Tại sao lại sử dụng Frame Relay?

Giả sử ta có mạng gồm 4 địa điểm khác nhau gồm: R1, R2, R3 và R4. Ta muốn kết nối giữa các địa điểm, thường thì ta sẽ sử dụng đường truyền thuê bao riêng do ISP cung cấp. Như vậy ta sẽ cần 3 đường truyền riêng biệt:

• Giữa R1 và R2.
• Giữa R1 và R3.
• Giữa R1 và R4.

Việc sử dụng đường dây thuê riêng sẽ mang lại khả năng truyền dữ liệu cao. Vì bạn là người dùng duy nhất, điều này có nghĩa là băng thông rộng và ít tắc nghẽn.

Tuy nhiên, có các nhược điểm khi sử dụng đường dây thuê bao riêng như sau:

• Phải trả tiền.
• Trên R1 ta sẽ cần 3 cổng cho mỗi kênh thuê riêng.
• Nếu vị trí R1 thay đổi thì các đường dây thuê riêng tính sao?
• R1 mà gặp sự cố thì R2, R3, R4 cũng bị cô lập.

Đây là lúc ta cần sử dụng Frame Relay. Nó có thể được sử dụng để thiết lập các kết nối ảo giữa trụ sở chính và các cửa hàng chi nhánh. Bằng cách này, dữ liệu về hàng tồn kho, đặt hàng và bán hàng có thể được truyền tải một cách hiệu quả giữa các điểm trong mạng mà không cần phải sử dụng các đường truyền riêng biệt cho mỗi kết nối.

Các thành phần quan trọng của Frame Relay

Có 3 thành phần quan trọng nhất khi tìm hiểu về Frame Relay ta cần phải nắm được gồm: Frames, giao thức LAPF và địa chỉ đích DLCI.

Khung (Frames):

Trong Frame Relay, dữ liệu được chuyển đi qua mạng dưới dạng các đơn vị gọi là khung (frames).

Mỗi khung bao gồm các trường thông tin cần thiết để chuyển tiếp dữ liệu, bao gồm:

• Header: Chứa các trường như DLCI, FECN/BECN (Forward/Backward Explicit Congestion Notification), DE (Discard Eligibility), và các trường điều khiển lỗi.
• Dữ liệu: Phần chứa dữ liệu thực sự cần truyền đi.
• Trailer: Phần cuối cùng của khung, thường chứa các trường kiểm tra lỗi như CRC (Cyclic Redundancy Check).

Giao thức Điều khiển Truy cập vào Mạng (LAPF – Link Access Procedure, Frame Mode):

LAPF là giao thức điều khiển truy cập vào mạng được sử dụng trong Frame Relay để quản lý việc truyền và nhận các khung dữ liệu.

Nó chịu trách nhiệm cho việc đồng bộ hóa truyền dẫn và điều khiển lỗi trong mạng Frame Relay.

LAPF hoạt động ở tầng liên kết dữ liệu của mô hình OSI (Open Systems Interconnection).

Địa chỉ Đích (DLCI – Data Link Connection Identifier):

DLCI là một số duy nhất được sử dụng để định danh các kết nối ảo (virtual circuits) trong mạng Frame Relay.

Mỗi DLCI định danh một kết nối từ một điểm trong mạng đến một điểm khác.

DLCI được gắn vào các khung dữ liệu để xác định đường đi của khung qua mạng Frame Relay.

Thông qua DLCI, các nút mạng có thể định tuyến và chuyển tiếp dữ liệu đến đúng đích.

Định tuyến và chuyển mạch trong Frame Relay

Trong Frame Relay, việc định tuyến và chuyển mạch dữ liệu được thực hiện dựa trên các DLCI (Data Link Connection Identifier), mỗi DLCI định danh một kết nối ảo (virtual circuit) giữa hai điểm trong mạng. Dưới đây là chi tiết về cách Frame Relay sử dụng DLCI để định tuyến và chuyển mạch dữ liệu:

Định tuyến dữ liệu:

• Khi một khung dữ liệu nhập vào mạng Frame Relay từ một điểm, nút mạng sẽ sử dụng DLCI để xác định đường đi của khung.
• Mỗi nút mạng trong mạng Frame Relay có một bảng định tuyến, trong đó liệt kê các DLCI và các giao diện ra của nút mạng tương ứng với các đích của các DLCI đó.
• Khi nhận được một khung, nút mạng sẽ so khớp DLCI của khung với bảng định tuyến để xác định giao diện đích của khung.
• Sau đó, khung sẽ được chuyển tiếp qua giao diện đó để tiếp tục đến điểm đích.

Chuyển mạch dữ liệu:

• Sau khi đã xác định giao diện đích của khung dữ liệu, nút mạng sẽ tiến hành chuyển tiếp khung qua giao diện đó.
• Trong quá trình này, không có quá trình định tuyến hay xác định đường đi dữ liệu từng bit như trong các giao thức định tuyến như RIP hay OSPF.
• Thay vào đó, Frame Relay thực hiện chuyển tiếp dữ liệu dựa trên thông tin được lập trình trước trong bảng định tuyến của các nút mạng.

Tại sao Frame Relay tối ưu băng thông?

Frame Relay tối ưu hóa băng thông. Một trong những yếu tố quan trọng nhất là khả năng chia sẻ băng thông trên các kết nối ảo giữa các điểm trong mạng. Bằng cách này, tài nguyên băng thông có thể được sử dụng một cách linh hoạt và hiệu quả, cho phép nhiều ứng dụng và dịch vụ sử dụng cùng một tài nguyên mạng mà không cần phải cấu hình các kết nối riêng biệt cho mỗi ứng dụng.

Ngoài ra, Frame Relay cung cấp các tính năng quản lý băng thông động, cho phép tăng hoặc giảm băng thông trên các kết nối ảo theo nhu cầu thực tế của doanh nghiệp. Điều này giúp đảm bảo rằng mỗi ứng dụng và dịch vụ có đủ băng thông để hoạt động một cách hiệu quả, đồng thời giảm thiểu việc lãng phí tài nguyên mạng.

Hơn nữa, tính linh hoạt và dễ dàng mở rộng của Frame Relay cho phép doanh nghiệp mở rộng mạng và thay đổi cấu hình băng thông một cách linh hoạt theo nhu cầu và thay đổi trong doanh nghiệp.

Ưu và nhược điểm Frame Relay

Frame Relay, mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng cũng mang lại nhược điểm so với các công nghệ mạng khác như MPLS và Ethernet. Trong số những ưu điểm của Frame Relay, chi phí triển khai và vận hành thấp được coi là điểm nổi bật. Khả năng quản lý băng thông linh hoạt của nó cũng là một ưu điểm đáng chú ý, cho phép doanh nghiệp tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên mạng theo nhu cầu thực tế. Khả năng mở rộng dễ dàng của Frame Relay cũng là một lợi thế khi doanh nghiệp cần mở rộng mạng mà không muốn đối mặt với các thách thức phức tạp về cấu hình hoặc thiết bị.

Tuy nhiên, Frame Relay cũng có nhược điểm đáng lưu ý. Trong số đó, hiệu suất giới hạn và không cung cấp tính bảo mật cao là những điểm đáng chú ý. So với các công nghệ như MPLS và Ethernet, Frame Relay thường không cung cấp hiệu suất cao và không có tính năng bảo mật mạnh mẽ như MPLS. Ngoài ra, với sự phát triển của các công nghệ mới, Frame Relay trở nên lạc hậu và không còn phù hợp cho các mạng mới được triển khai hoặc nâng cấp.

Trong khi đó, MPLS và Ethernet có nhiều ưu điểm so với Frame Relay. MPLS cung cấp hiệu suất cao, bảo mật tốt và khả năng quản lý lưu lượng linh hoạt hơn, phù hợp cho các mạng có yêu cầu cao về chất lượng dịch vụ và quản lý mạng phức tạp. Ethernet, với tính dễ triển khai, chi phí thấp và hỗ trợ tốt cho các ứng dụng đám mây và ảo hóa, phù hợp cho các mạng cục bộ và LANs.

Mong rằng qua bài viết chi tiết này, bạn đã hiểu rõ về Frame Relay!