Frame Relay ทางเลือกใหม่ที่ไม่ควรมองข้าม

Frame Relay เป็นโปรโตคอลที่ใช้ในงานเครือข่ายที่มีการกล่าวถึงบ่อยครั้ง จากลักษณะการทำงานที่ไม่ซับซ้อน ส่งข้อมูลได้ด้วยอัตราสูง ส่วนการตรวจสอบความผิดพลาดเป็นหน้าที่ของอุปกรณ์ปลายทางอย่างเราเตอร์

แต่ก่อนจะนำ Frame Relay มาใช้งานสื่อสารข้อมูลระยะไกล ผู้ใช้งานควรจะทราบก่อนว่า Frame Relay เหมาะที่จะใช้งานกับแอพพลิเคชั่นใดบ้างและควรเลือกใช้ Frame Relay ให้เหมาะสมกับรูปแบบของเครือข่ายข้อมูลประเภทใด ดังนั้นในบทความนี้ ผู้ใช้จะได้ทราบว่าควรเลือกใช้ Frame Relay เมื่อใด

Frame Relay ทำงานได้ดีในสภาพแวดล้อมใด

เราจะต้องมาดูคุณสมบัติทั่วไปของ Frame Relay กันก่อน เหมือนที่ได้กล่าวมาแล้วข้างต้น Frame Relay มีอัตราการรับส่งข้อมูลสูง มี Delay ในการถ่ายข้อมูลที่จุดเชื่อมต่อของเครือข่ายต่ำ ทั้งนี้ Frame Relay จะไม่แก้ไขความผิดพลาด แต่จะปล่อยให้เป็นหน้าที่ของผู้ใช้ปลายทางเป็นผู้ตรวจสอบและแก้ไขข้อผิดพลาดเอง จะเห็นได้ว่าคุณสมบัติของ Frame Relay ที่กล่าวมานั้นสามารถนำมาประยุกต์ใช้กับเครือข่าย LAN (Local Area Network) ได้ โดยเฉพาะในโครงสร้างแบบ Ethernet

Frame Relay ได้รับการออกแบบเพื่อใช้กับเครือข่าย WAN (Wide Area Network) จึงใช้งานได้ดีในการขยายวง LAN ให้เป็นหลายเครือข่ายกระจายวงกว้างขึ้นไป โดยปกติการเชื่อมต่อเครือข่าย LAN เข้าด้วยกันผ่านเครือข่าย WAN สามารถทำได้หลายวิธี อาทิเช่น วิธี Bridging และ Division Multiplexing ทั้งสองแบบที่กล่าวมาจะมีปัญหาในสภาพแวดล้อมเครือข่าย LAN แตกต่างกัน ดังในตารางที่ 1 จะแสดงให้เห็นถึงคุณสมบัติการใช้เครือข่าย LAN ส่งข้อมูลผ่านเครือข่าย WAN ในรูปแบบต่าง ๆ กันว่าจะมีคุณสมบัติแตกต่างอย่างไร

คุณสมบัติของเครือข่าย LAN ที่แสดงในตารางก็คือคุณสมบัติของเครือข่าย Frame Relay นั่นเอง ซึ่งจะมีความแตกต่างออกไปถ้าเป็นเครือข่ายแบบ Time Division Multiplexing หรือ Packet Switching

โดยทั่วไปแล้วเครือข่าย Time Division Multiplexing จะสนองตอบความต้องการเชื่อมเครือข่าย LAN ได้อย่างเต็มขีดความสามารถ แต่ทั้งนี้ขีดความสามารถของเครือข่ายจะถูกกำหนดตามความต้องการของผู้จัดการเครือข่าย ณ เวลาติดตั้ง และขีดความสามารถนั้นจะถูกเก็บไว้เป็นค่าคงที่


ตารางที่ 1 LAN characteristics against WAN transport methods.

ตัวอย่างเช่น ผู้จัดการเครือข่ายอาจตัดสินใจใช้ Bandwidth ของการส่งข้อมูลระหว่างเครือข่าย LAN เท่ากับ 1 Mbps ซึ่งเขาเห็นว่า Bandwidth ที่กำหนดนี้ให้ความเร็วที่เพียงพอแล้ว ไม่มี Delay แต่อาจจะสูญเสียประสิทธิภาพของแอพพลิเคชันไปบ้าง อย่างไรก็ตาม ถ้าเรากำหนดค่า Bandwidth ไว้เป็นค่าคงที่ใน Time Division Multiplexing และแอพพลิเคชั่น ไม่ได้ใช้ Bandwidth ค่านั้นเป็นระยะเวลาหนึ่ง Bandwidth ที่กำหนดไว้จะไม่เกิดประโยชน์ ดังนั้นถึงแม้ Time Division Multiplexing จะให้อัตราการรับส่งข้อมูลสูง แต่จะใช้งานกับแอพพลิเคชันของเครือข่าย LAN ที่มีลักษณะส่งข้อมูลแบบ Bursty Data ได้ไม่ดีนัก ดังนั้นเครือข่ายแบบ Statistical Muliplexing เช่น Packet Switching จะเหมาะสมกว่าเพราะสามารถจัดการ Bandwidth ได้ตามที่ Bursty Application ต้องการแต่จะมีข้อเสียเรื่องการ Delay ของข้อมูล และไม่เหมาะกับแอพพลิเคชันที่ต้องการอัตราการรับส่งข้อมูลสูง

การใช้ Frame Relay จะช่วยแก้ปัญหาของทั้งสองเครือข่ายนี้ช่วยให้กลไกการส่งข้อมูลในเครือข่าย LAN ทำงานได้รวมเร็วมากขึ้นและจัดการ Bandwidth ได้ตามต้องการ

แต่ Frame Relay ยังคงถูกมองข้ามอยู่ดี และไม่ได้นำมาใช้งานทั้งที่ตัวมันเองเป็นโปรโตคอลอีกชนิดหนึ่งของเครือข่าย LAN บนเครือข่าย WAN

อะไรทำให้โปรโตคอลนี้ถูกมองข้าม เราลองมาดูการทำงานของ Ethernet ซึ่งเป็นพื้นฐานการทำงานของเครือข่าย LAN ที่จะปฎิบัติงานแบบ CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect) ในเครือข่าย LAN ผู้ใช้สามารถส่งข้อมูลข่าวสารเข้าสู่เครือข่ายได้ ถ้าระบบตรวจสอบพบว่าไม่มีการจราจรข้อมูลในเครือข่ายแต่ถ้ามีผู้ใช้งานสองคนส่งข้อมูลเข้าสู่ระบบพร้อม ๆ กัน จะเกิดการชนของข้อมูล และข้อมูลนั้นจะเสียหาย ในกรณีเช่นนี้คงต้องมีการกู้ข้อมูลกลับคืน ลักษณะเช่นนี้จะคล้ายกับ Frame Relay ของ WAN เนื่องจาก Frame Relay ทำงานอยู่ในเลเยอร์ที่ 2 ของมาตรฐานสถาปัตยกรรมเครือข่าย OSI จึงไม่สนใจกับการตรวจสอบข้อผิดพลาดของข้อมูล ดังนั้นผู้ใช้ปลายทางจำเป็นต้องแก้ไขปัญหานี้เอง เรื่องการแออัดของข้อมูลจึงเป็นประเด็นที่ทำให้ผู้ใช้ไม่อยากนำ Frame Relay มาใช้ แต่เครือข่าย Frame Relay มีข้อดีอื่นที่ผู้ใช้ไม่ควรมองข้ามและสามารถนำมาแก้ไขประเด็นดังกล่าวได้ดี นั่นคือผู้ใช้งานเครือข่ายบริการสาธารณะแบบ Public Frame Relay จะได้ใช้ประโยชน์ของ CIR

CIR (Committed Information Rate) คือการประกับอัตราการส่งข้อมูลผ่านเครือข่ายหรือเน็ตเวิร์กตามที่ผู้ใช้กำหนด CIR จะถูกกำหนดให้มีค่าในระดับหนึ่ง ถ้ามีการจราจรของข้อมูลเกินระดับของ CIR เครือข่ายบริการสาธารณะแบบ Public Frame Relay จะพยายามส่งข้อมูลถ้าในเวลานั้นไม่มีผู้ใช้ในช่วง Bandwidth อยู่ทำให้ถนนเกิดว่าง ข้อมูลก็สามารถส่งผ่านไปได้รวดเร็วโดยไม่เกิดการแออัด คุณสมบัตินี้สำคัญสำหรับเครือข่าย LAN ในการส่งข้อมูลที่ต้องการการส่งข้อมูลแบบ Bursty Data

Frame Relay ใช้งานได้ในสภาวะแบบใด

Frame Relay สามารถใช้งานได้กับเครือข่ายทั่วไป ไม่เฉพาะแต่เครือข่าย LAN เท่านั้น แต่ต้องมีอุปกรณ์นำเอา Data Stream มาจัดอยู่ในรูป Frame Relay และส่งต่อไปยังอุปกรณ์ปลายทางผ่าน Frame Relay Network (รูปที่ 1) อุปกรณ์นี้รู้จักในชื่อ Frame Relay Assembler/Disassemblers หรือ FRADs ซึ่งกลายเป็นอุปกรณ์ที่ใช้กันทั่วไป และเป็นที่ยอมรับของเครือข่าย Frame Relay

ทำไมเราจึงใช้ Frame Relay สำหรับการรับส่งข้อมูลของเครือข่ายอื่น เราลองมาทำความรู้จักกับ โปรโตคอล X.25 Packet Switch ซึ่งเป็นโปรโตคอลที่ใช้งานมานานถึง 15 ปีแล้ว ในปัจจุบันผู้ใช้จะใช้วิธีการมาตรฐานของ De Facto ในการแปลงข้อมูลที่รับเข้ามาให้อยู่ในรูป Packet ของ X.25 และส่งเข้าสู่เครือข่าย


รูปที่ 1 Frame Relay Assembler/Disassembler


รูปที่ 2 Frame Relay Switch queuing model

เครือข่าย X.25 มีความเร็วในการรับส่งข้อมูลไม่สูงมากนัก แต่ไม่ส่งผลกระทบต่อเครือข่ายที่มีการออกแบบอย่างดี เครือข่ายที่ทำงานด้วยโปรโตคอล X.25 มีจำนวนเพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอ เนื่องจาก X.25 มีกลไกที่ใช้ในการตรวจสอบข้อผิดพลาดที่ดีและรับประกันได้ว่าข้อมูลที่ส่งจากต้นทางไปยังปลายทางจะไม่มีการสูญหาย

ปัจจัยที่จะทำให้เกิดการใช้ Frame Relay แทนที่จะใช้โปรโตคอล X.25 นั้น คงต้องย้อนกลับมาดูในเรื่องของราคาต้นทุน ผู้จัดการเครือข่ายจะพยายามลดค่าใช้จ่ายในการให้บริการแก่ผู้ใช้เสมอ โดยทั่วไปค่าใช้จ่ายในเครือข่าย WAN จะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของเครือข่าย เช่น การเช่าสายสัญญาณแบบส่วนตัว (Leased Line) หรือข่ายบริการสื่อสารข้อมูลที่ใช้บริการสาธารณะ (Public Data Network Access Point) ซึ่งมักนำเอา Frame Relay มาใช้เป็นทางเลือกแก่ผู้ใช้ในการเช่าสายสัญญาณ ซึ่งจะเสียค่าบริการน้อย ผู้ใช้สามารถส่งข้อมูลด้วยวงจรของ Frame Ralay ได้ด้วยความเร็ว 64 Kbps และยังสามารถขยาย Bandwidth ได้ในขณะที่มีการจราจรของข้อมูลมาก เห็นได้ว่าค่าใช้จ่ายจะต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการเช่าสายสัญญาณแบบส่วนตัว (Leased Line) นี่เป็นเหตุที่ทำให้ผู้จัดการเครือข่ายมักจะเลือกใช้เครือข่าย Public Frame Relay ในการส่งข้อมูลมากกว่าจะเช่าสายสัญญาณ แต่ถ้าจะใช้เน็ตเวิร์กแบบนี้จะต้องเปลี่ยนอุปกรณ์ให้สามารถใช้กับ Frame Relay ได้หรือไม่ก็ต้องเพิ่มเติมอุปกรณ์ตัวแปลงสัญญาณ นั่นคือ FRAD หรือจะใช้อุปกรณ์ Router ซึ่งปัจจุบันสนับสนุนการใช้โปรโตคอล Frame Relay สำหรับการใช้ Frame Relay ส่งข้อมูลกับเครือข่ายอื่นที่ไม่ใช่เครือข่าย LAN ก็ยังไม่สามารถแก้ปัญหาทางด้านเทคนิคของการใช้งานในเครือข่าย WAN ได้อยู่ดี ดังเหตุผลต่อไปนี้

- Frame Ralay ไม่มีหน้าที่ตรวจสอบความผิดพลาดของเฟรมข้อมูลที่ส่งผ่านเครือข่าย จึงกลายเป็นหน้าที่ของอุปกรณ์ปลายทางที่ต้องมีคุณสมบัติที่จะแก้ปัญหานี้ ในขณะที่ X.25 Packet Swiching จะป้องกันข้อผิดพลาดนี้ได้

- การรวมเอาเครือข่าย LAN และการจัดการจราจรข้อมูลแบบเดิมมาใช้รวมกับ Backbone ของเครือข่าย Frame Relay จะต้องออกแบบอย่างระมัดระวัง ผู้ดูแลจะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าผู้ใช้งานทุกคนจะได้รับประสิทธิภาพของเครือข่ายที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากเครือข่าย LAN ที่ทำงานแบบเดิมจะมีความเร็วไม่มากนัก ซึ่งเป็นสาเหตุให้เกิดความแออัด ทำให้การสื่อสารข้อมูลในเน็ตเวิร์กล่าช้า
แม้ว่า Frame Relay จะมีขีดความสามาถในระดับหนึ่ง แต่ก็มีค่าใช้จ่ายที่น้อยกว่า จึงเป็นสิ่งที่มองข้ามไปไม่ได้ ถ้าเครือข่าย Frame Relay จะเป็นที่นิยมมากขึ้น ย่อมหมายถึงตลาดของอุปกรณ์ Router หรือ FRADs ย่อมมีมากขึ้น และนั่นก็จะเป็นแรงสนับสนุนให้บริษัทผู้ผลิตหันมาผลิตอุปกรณ์ดังกล่าวแต่เพียงอย่างเดียว

Frame Relay ไม่เหมาะที่จะนำมาใช้ในสภาพแวดล้อมใด

ถึงแม้ Frame Relay จะสามารถรับส่งข้อมูลได้ในอัตราความเร็วสูงแต่จะมีปัญหาเรื่องการ Delay ซึ่งเป็นลักษณะเดียวกับที่เกิดขึ้นในเครือข่าย Packet Wsiching

ลองพิจารณาตัวอย่างนี้ สมมติว่ามีอุปกรณ์สองเครื่องส่งข้อมูลไปยัง Frame Relay Switch (ดูรูปที่ 2) อุปกรณ์หนึ่งส่งข้อมูลขนาดใหญ่ (อาจจะส่งมาจาก LAN ที่มีขนาด 1,000 ไบต์) ขณะที่อีกอุปกรณ์ส่งข้อมูลที่มีขนาดสั้นกว่า (อาจเป็นการเข้าถึงข้อมูลธรรมดา ข้อมูลที่สนองตอบทันที หรือข้อมูลที่มีขนาดสั้นมีขนาดไม่กี่ไบต์) แต่ละเฟรมภายใน Frame Relay Switch จะมีการเรียงตามลำดับเพื่อรอการส่งออกไป เฟรมขนาดใหญ่มีเวลาจำกัดในการออกคิวไปยังสายสัญญาณที่อุปกรณ์ปลายทางขนาดของเฟรมใหญ่เท่าไหร่ก็ยิ่งจะใช้เวลาในการเดินทางถึงอุปกรณ์ปลายทางนานเท่านั้น ถ้าจังหวะเวลานั้นมีเฟรมขนาดที่สั้นกว่ารอการส่งอยู่จะต้องรอจนกว่าเฟรมที่ใหญ่กว่าออกจากสวิตช์ไปยังอุปกรณ์ปลายทางเรียบร้อยก่อน ฉะนั้นเฟรมที่ใหญ่กว่าออกจากสวิตช์ไปยังอุปกรณ์ปลายทางเรียบร้อยก่อน ฉะนั้นเฟรมขนาดสั้นจะมีการ Delay ภายใน Switch โดยสมมติว่ามีข้อมูลอยู่หลายประเภท ดังนั้นถ้าข้อมูลที่เข้ามาเป็นข้อมูลเฟรมยาวทั้งหมดจะเกิดการ Delay นานมากในทุก ๆ เฟรมขณะที่กำลังเข้าคิวภายใน Switch ถึงแม้ Frame Relay ตามคุณสมบัติจะรับเฟรมได้ขนาดใหญ่สุด 4,096 ไบต์ แต่เวลาใช้งานจริงจะรับเฟรมขนาดใหญ่สุดได้ประมาณ 1,600 ไบต์เท่านั้น

วิธีหนึ่งที่จะแก้ปัญหานี้ได้คือ ให้มีการจัดอันดับความสำคัญสำหรับข้อมูลประเภทต่าง ๆ ในเครือข่าย และให้เฟรมขนาดเล็กมีอันดับความสำคัญในการส่งสูงกว่าเฟรมที่มีขนาดใหญ่กว่า และสามารถข้ามลำดับการส่งไปยังอุปกรณ์ปลายทางได้ แต่อย่างไรก็ตามยังไม่สามารถแก้ปัญหาถ้าเฟรมขนาดเล็กมาถึงเมื่อมีการส่งเฟรมขนาดใหญ่ไปแล้วได้และยกเลิกหรือละทิ้งเฟรมนั้นได้) การจัดลำดับการส่งข้อมูลแบบนี้เป็นตัวแปรสำคัญที่ทำให้เกิดการ Delay ในเน็ตเวิร์ก

การ Delay ที่มีค่าไม่แน่นอนในเครือข่าย Frame Relay นี้จึงไม่เหมาะที่จะนำไปใช้กับแอพพลิเคชันที่มีความไวต่อการ Delay ปัจจุบันปัญหานี้ครอบคลุมถึงส่วนหลักสำคัญของเครือข่ายสองส่วนได้แก่ Vocie Transmission กับ Video Conferencing แอพพลิเคชันเหล่านี้จะเกิดการขาดความต่อเนื่องที่เกิดจากการ Delay ของข้อมูลไม่ได้ ตัวอย่างเช่น ถ้ามีการ Delay ใน Video Traffic ภาพเคลื่อนไหวคงออกมาไม่ดี ด้วยเหตุผลนี้การส่ง Vioce และ Video ในปัจจุบันจะใช้การส่งแบบการเชื่อมโยงแบบจุดต่อจุด หรือใช้เทคนิคของ Time Division Multiplexing ที่มีค่า Delay ในการติดต่อเครือข่ายภายในน้อยและคงที่

การแก้ปัญหาการ Delay ของเครือข่ายขนาดใหญ่นี้ จะทำโดยแบ่งเฟรมที่เข้ามาให้เป็นเฟรมเล็ก ๆ แล้วส่งเข้าสู่เครือข่าย WAN ผ่าน access switch หรืออุปกรณ์ FRAD วิธีการนี้ในเครือข่าย Packet Switching ที่ประสบความสำเร็จและทำงานได้ดีเยี่ยมในเครือข่าย X.25 เพราะรูปแบบของเครือข่ายนี้จะมีระดับชั้นของโปรโตคอลที่ทำให้แน่ใจได้ว่า Packet ที่แยกเป็นส่วน ๆจะสามารถนำมารวมได้วที่ปลายทางอย่างถูกต้อง สำหรับ X.25 เป็นโปรโตคอลในเลเยอร์ที่ 3 จะมีการจัดลำดับหมายเลขการรับการส่ง ซึ่งสามารถนำมารใช้ในขบวนการแยกส่วนและการกลับนำมาประกอบกันใหม่ ซึ่งขั้นตอนนี้จะมีการสร้าง Overhead บน Packet ผลที่ได้จะส่งผลกระทบให้มีการเพิ่มเวลา Delay อีกเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม เครือข่ายแบบนี้จะใช้กับการรับส่งข้อมูลเท่านั้นและความล่าช้าในการับส่งข้อมูลของเครือข่ายจะวัดได้เพียงเศษหนึ่งส่วนสิบของวินาที ดังนั้นการสร้าง Overhead นี้จึงไม่ใช่สาระสำคัญ

สำหรับ Frame Relay นั้นไม่มีรูปแบบหมายเลข ฉะนั้นจึงไม่สามารถรับประกันได้ว่า หลังจากที่ข้อมูลถูกแยกส่วนแล้วจะนำมาประกอบได้ถูกต้องที่ปลายทาง แต่ Frame Relay จะรับประกับเครือข่ายว่าเฟรมที่ถูกส่งเข้าไปในเครือข่ายจะส่งไปในลำดับที่เหมือนเดิมที่ปลายทาง อย่างไรก็ตาม เครือข่ายอาจยกเลิกเฟรมผิดพลาด และอาจส่งต่อเฟรมไปยังปลายทางได้ถูกต้อง แต่ไม่ติดต่อกัน ปัญหานี้สามารถแก้ไขโดยสร้างโปรโตคอลที่สามารถใช้ได้ใน Frame Relay และสามารถแยกเฟรมเป็นส่วน ๆ ขณะเดียวกันก็สามารถสร้างหมายเลขให้เฟรมและแก้ไขปัญหาที่ผิดพลาดได้ รูปแบบการทำงานนี้จะใกล้เคลียกับ Packet Switching ดังนั้นผู้ใช้งานควรจะติดตั้งเครือข่ายแบบ Packet Switching ก่อน

ดังนั้นจะเห็นได้ว่าไม่มีวิธีแก้ปัญหาสำหรับ Frame Relay ต่อโปรแกรมที่ไวต่อความล่าช้า ปัจจุบันมีแนวโน้มว่าจะใช้วิธีการที่เรียกว่า Cell Relay แก้ปัญหาแทน

บทสรุป

Frame Relay เป็นทางออกในการแก้ปัญหาสำหรับเครือข่ายที่ต้องการรับส่งข้อมูลด้วยความเร็วสูง และมีคุณสมบัติเหนือว่า X.25 และโปรโตคอลที่ใช้งานเหมือนกับตัวอื่น ๆ ที่สำคัญเป็นทางออกที่ช่วยลดค่าใช้จ่ายทั้งในด้านอุปกรณ์เชื่อมต่อและสายสื่อสารสำหรับการเชื่อมต่อระบบเครือข่าย LAN หลาย ๆ วงในระยะไกล

Frame Relay จะเป็นโปรโตคอลที่ใช้ในเครือข่ายอนาคต เหมาะสมที่จะนำมาใช้ในการเชื่อมต่อเครือข่าย LAN ผ่านเครือข่าย WAN สำหรับเครือข่ายชนิดอื่นนั้นสามารถนำมาใช้ได้เช่นนั้น แต่อาจมีความเหมาะสมน้อยกว่า สามารถใช้ในการรับส่งข้อมูลประเภท Voice หรือ Video ได้แต่ไม่สมบูรณ์แบบเท่าที่ควร

แต่ไม่ว่าจะใช้กับโปรแกรมประเภทใด Frame Relay ควรติดตั้งบนองค์ประกอบเครือข่ายที่มีความน่าเชื่อถือ เพื่อที่ผู้ใช้จะได้รับประโยชน์จากเครือข่ายนี้ และควรใช้งานร่วมกับโปรโตคอลของผู้ใช้ปลายทางเพื่อตรวจสอบแก้ไขความผิดพลาดที่เกิดขึ้นในเครือข่ายได้ ถ้าพิจารณาตามคุณสมบัติแล้ว Frame Relay จะให้อัตราการส่งผ่านข้อมูลได้สูงกว่าเครือข่าย Packet Switching