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フレームリレー（FR）は、パケット交換方式を用いてデジタル通信チャネルの物理層とデータリンク層を規定する、標準化された広域ネットワーク（WAN）技術です。
フレームリレーは、当初、新興の統合サービスデジタルネットワーク（ISDN）上で伝送するために設計されたX.25システムの簡略版として開発されました。X.25は、ノイズによってデータ損失が発生する通常の電話回線上で動作するように設計されており、この問題を解決するために広範な誤り訂正機能がプロトコルに搭載されていました。ISDNは、実質的にゼロに近いほど大幅に低い誤り率を実現したため、広範な誤り訂正のオーバーヘッドは不要になりました。新しいプロトコルスイートは、基本的に誤り訂正機能のない簡略化されたX.25であり、オーバーヘッドの低減、チャネル効率の向上、そして多くの場合、X.25よりも大幅に高い全体的なパフォーマンスを実現しました。
X.25と同様に、フレームリレーは通常、回線交換方式で使用されます。回線交換方式では、2つのエンドポイント間の接続は（少なくともコンピュータ用語では）長期にわたります。これは、X.25が動作するように設計された電話網の通常の利用方法と一致します。これは、パケットごとに異なるエンドポイントに送信される可能性があるインターネットプロトコルなど、短期的な接続を前提としたプロトコルとは対照的です。実際には、フレームリレーは、バックエンドシステムへの専用リンクを持つローカルエリアネットワーク（LAN）システムやデバイスを相互接続するためのブリッジングメカニズムとしてよく使用されていました。ユーザーには、データ（ VoFRでは音声を含む場合もある）をカプセル化し、フレームリレーノードに送信する接続が提供され、フレームリレーノードはそれを別のエンドポイントに転送し、リモートネットワークに挿入して、ローカルトラフィックのように見えます。この目的で専用線を使用するよりもコストが低いことが、フレームリレーが普及している理由の1つです。フレームリレーネットワークでユーザー機器を構成するのが非常に簡単であることも、フレームリレーが普及しているもう1つの理由です。
光ファイバーによるイーサネット、 MPLS、VPN 、そしてケーブルモデムやDSLといった専用ブロードバンドサービスの登場により、フレームリレーは近年、人気が低下している。
フレームリレー規格は、フレームリレーフォーラム（FRF）によって推進されました。
フレームリレーの設計者は、ローカルエリアネットワーク（LAN）間およびワイドエリアネットワーク（WAN）のエンドポイント間の断続的なトラフィックに対して、コスト効率の良いデータ伝送を実現する通信サービスを提供することを目指しました。フレームリレーでは、データを「フレーム」と呼ばれる可変サイズの単位に格納し、必要なエラー訂正（データの再送信など）はエンドポイントに任せます。これにより、データ伝送速度が向上します。ほとんどのサービスでは、ネットワークは永続的な仮想回線（PVC）を提供するため、顧客は専用回線を常時利用することなく、途切れることのない専用接続を利用できます。一方、サービスプロバイダは各フレームが宛先に到達するまでの経路を把握し、使用量に基づいて課金することができます。
企業はサービス品質のレベルを選択し、一部のフレームを優先し、他のフレームの重要度を下げます。フレームリレーは、部分的なT-1またはE1、あるいは完全なTキャリアまたはEキャリアシステムキャリアで実行できます。フレームリレーは、 128 kbit/sの帯域幅を提供する基本レートISDNと、フレームリレーとやや似た方法で動作するが155.520 Mbit/sから622.080 Mbit/sの速度で動作する非同期転送モード（ATM）の中間のサービスを補完し、提供します。[ 1 ]
フレームリレーは、アナログ音声回線でのデータ伝送用に設計された旧式のX.25パケット交換技術を基盤としています。X.25は伝送エラーの発生確率が比較的高いアナログ信号を想定して設計されていましたが、フレームリレーは伝送エラーの発生確率が低い（通常はPDHのように実質的にロスレス）リンク上で動作する高速パケット交換技術です。そのため、プロトコルはエラー訂正を試みません。フレームリレーネットワークは、フレーム内のエラーを検出すると、そのフレームを破棄します。破棄されたフレームを検出して再送信する責任は、エンドポイントにあります。（ただし、デジタルネットワークのエラー発生率は、アナログネットワークに比べて極めて低いという特徴があります。）
フレームリレーは、ローカルエリアネットワーク（LAN）と主要バックボーンとの接続、公共広域ネットワーク（WAN）との接続、T-1回線を利用した専用線によるプライベートネットワーク環境など、様々な場面で利用されます。伝送中は専用回線が必要となります。フレームリレーは、安定した伝送フローを必要とする音声や映像の伝送には適していません。しかし、特定の状況下では、音声や映像の伝送にもフレームリレーが使用されることがあります。
フレームリレーは、統合サービスデジタルネットワーク（ISDN）の拡張機能として誕生しました。設計者たちは、パケット交換ネットワーク上で回線交換技術を用いてデータを伝送できるようにすることを目指しました。この技術は現在、独立した、費用対効果の高いWAN構築手段として確立されています。
フレームリレースイッチは、仮想回線を作成して、リモートLANをWANに接続します。フレームリレーネットワークは、LAN境界デバイス（通常はルータ）とキャリアスイッチの間に存在します。キャリアがスイッチ間でデータを伝送するために使用する技術は様々であり、キャリアによって異なる場合があります（つまり、実用的なフレームリレーの実装は、独自の伝送メカニズムのみに依存する必要はありません）。
この技術の高度さゆえに、フレームリレーの動作原理を説明する用語を十分に理解する必要があります。フレームリレーをしっかりと理解していなければ、その性能に関するトラブルシューティングは困難です。
フレームリレーのフレーム構造は、基本的にLAP-Dで定義されているものとほぼ同じです。トラフィック分析では、フレームリレー形式には制御フィールドがないため、LAP-Dと区別できます。[ 2 ]
各フレームリレープロトコルデータユニット（PDU）は、以下のフィールドで構成されます。
フレームリレーネットワークは、各スイッチングノードで簡略化されたプロトコルを使用します。これは、リンクごとのフロー制御を省略することで簡略化を実現しています。その結果、フレームリレーネットワークのパフォーマンスは、提供される負荷によって大きく左右されます。一部のサービスでバーストが発生し、提供される負荷が高くなると、一部のフレームリレーノードで一時的な過負荷が発生し、ネットワークスループットが低下します。したがって、フレームリレーネットワークでは、輻輳を制御するための効果的なメカニズムが必要となります。
フレームリレーネットワークにおける輻輳制御には、以下の要素が含まれます。
ネットワークが接続を確立すると、フレームリレーネットワークのエッジノードは、ネットワークリソースの実際の使用量がこの仕様を超えないように、接続のトラフィックフローを監視する必要があります。フレームリレーは、ユーザーの情報レートにいくつかの制限を設けています。これにより、ネットワークはエンドユーザーの情報レートを強制し、契約したアクセスレートを超えた場合に情報を破棄することができます。
輻輳回避策として、明示的な輻輳通知が提案されている。これは、ネットワークが望ましい平衡点で動作し続けるようにすることで、ネットワークの一定のサービス品質（QoS）を満たすことを目的としている。そのため、フレームリレーのアドレスフィールドに、FECNとBECNという特別な輻輳制御ビットが組み込まれている。基本的な考え方は、ネットワーク内部でのデータ蓄積を回避することである。
FECNとは、前方明示的輻輳通知のことです。FECNビットを1に設定すると、フレーム送信方向で輻輳が発生したことを示し、宛先に輻輳が発生したことを通知します。BECNとは、後方明示的輻輳通知のことです。BECNビットを1に設定すると、フレーム送信方向とは逆方向のネットワークで輻輳が発生したことを示し、送信者に輻輳が発生したことを通知します。
フレームリレーは、X.25プロトコルの簡略版として始まり、X.25に最も一般的に関連付けられているエラー訂正の負担から解放されました。フレームリレーはエラーを検出すると、問題のあるパケットを単純に破棄します。フレームリレーは共有アクセスの概念を使用し、「ベストエフォート」と呼ばれる技術に依存しています。この技術では、エラー訂正は事実上存在せず、信頼性の高いデータ配信が事実上保証されません。フレームリレーは、業界標準のカプセル化を提供し、2台のルーターなどの接続されたデバイス間で複数の仮想回線とプロトコルを処理できる高速パケット交換技術の強みを活用しています。 フレームリレーは北米では非常に人気がありましたが、ヨーロッパではあまり人気がありませんでした。X.25は、IPが広く普及してパケット交換がほぼ時代遅れになるまで、主要な標準であり続けました。X.25は、X.25やIPトラフィックなどの他のサービスのバックボーンとして使用されることもありました。米国ではフレームリレーがTCP/IPトラフィックのキャリアとしても使用されていましたが、ヨーロッパではIPネットワークのバックボーンにATMやPoSがよく使用され、後にキャリアイーサネットに置き換えられました[ 3 ]。
X.25は初期の重要なWANプロトコルであり、フレームリレーの祖先とみなされることが多い。なぜなら、X.25の基盤となるプロトコルや機能の多くは、現在でも（アップグレードされて）フレームリレーで使用されているからである。[ 5 ]
X.25はサービス品質とエラーのないデータ配信を実現する一方、フレームリレーは低エラーネットワーク上で可能な限り高速にデータを中継するように設計されています。フレームリレーでは、X.25で使用される上位レベルの手順やフィールドの多くが省略されています。フレームリレーは、X.25が設計された当時よりもはるかに低いエラー率のリンクでの使用を想定して設計されました。
X.25はパケットを準備して送信するのに対し、フレームリレーはフレームを準備して送信します。X.25パケットには、エラーチェックやフロー制御に使用されるフィールドがいくつか含まれていますが、そのほとんどはフレームリレーでは使用されません。フレームリレーのフレームには、リンク層アドレスフィールドが拡張されており、フレームリレーノードは最小限の処理でフレームを宛先に転送できます。X.25に比べて機能やフィールドが削減されているため、フレームリレーはデータをより高速に転送できますが、データ再送信が必要になった場合、エラーが発生する可能性が高くなり、遅延も大きくなります。
X.25パケット交換ネットワークでは、通常、現在の負荷に関係なく、各X.25アクセスに対してネットワーク全体で固定帯域幅が割り当てられます。このリソース割り当て方式は、サービス品質の保証を必要とするアプリケーションには適していますが、負荷特性が非常に動的であるアプリケーションや、より動的なリソース割り当てが有効なアプリケーションには非効率的です。フレームリレーネットワークでは、物理チャネルレベルと論理チャネルレベルの両方で帯域幅を動的に割り当てることができます。
WANプロトコルであるフレームリレーは、一般的にオープンシステム相互接続（OSI）7層モデルのレイヤ2（データリンク層）で実装されます。回線には2種類あります。物理ネットワーク上にマッピングされた論理的なエンドツーエンドリンクを形成するために使用されるパーマネント仮想回線（PVC）と、スイッチド仮想回線（SVC）です。後者は、グローバル電話ネットワークである公衆交換電話網（PSTN）の回線交換の概念に類似しています。
フレームリレーの最初の提案は、1984年に国際電話電信諮問委員会（CCITT）に提出されました。相互運用性と標準化の欠如により、フレームリレーの本格的な導入は1990年まで実現しませんでしたが、同年、シスコ、デジタル・イクイップメント・コーポレーション（DEC）、ノーザン・テレコム、ストラタコムがコンソーシアムを結成し、その開発に注力しました。彼らは、複雑なネットワーク環境向けに追加機能を提供するプロトコルを開発しました。これらのフレームリレー拡張機能は、ローカル管理インターフェース（LMI）と呼ばれています。
データリンク接続識別子（DLCI）は、フレームリレーネットワーク内のパスを参照する番号です。DLCIはローカルでのみ有効であり、デバイスAがデバイスBにデータを送信する場合、デバイスBが応答に使用するDLCIとは異なるDLCIが使用される可能性が高いことを意味します。複数の仮想回線を同じ物理エンドポイントでアクティブにすることができます（サブインターフェースを使用することで実現されます）。
LMIグローバルアドレス指定拡張機能により、フレームリレーのデータリンク接続識別子（DLCI）値は、ローカルではなくグローバルな意味を持つようになります。DLCI値は、フレームリレーWAN内で一意なDTEアドレスになります。このグローバルアドレス指定拡張機能により、フレームリレーインターネットワークの機能性と管理性が向上します。例えば、個々のネットワークインターフェイスとそれに接続されたエンドノードは、標準的なアドレス解決および検出技術を使用して識別できます。さらに、フレームリレーネットワーク全体は、周辺ルーターからは一般的なLANのように見えます。
LMI仮想回線ステータスメッセージは、フレームリレーDTEとDCEデバイス間の通信と同期を提供します。これらのメッセージは、PVCの状態を定期的に報告するために使用され、データがブラックホール（つまり、もはや存在しないPVC）に送信されるのを防ぎます。
LMIマルチキャスト拡張機能を使用すると、マルチキャストグループを割り当てることができます。マルチキャストは、ルーティング更新メッセージとアドレス解決メッセージを特定のルータグループにのみ送信することで、帯域幅を節約します。この拡張機能は、更新メッセージでマルチキャストグループの状態に関するレポートも送信します。
フレームリレー接続には、通常、コミット情報レート（CIR）と、拡張情報レート（EIR）と呼ばれるバースト可能な帯域幅の許容範囲が設定されます。プロバイダは、接続が常にCレートをサポートすることを保証し、十分な帯域幅がある場合はPRaレートもサポートすることがあります。CIRを超えて送信されたフレームは破棄対象（DE）としてマークされ、フレームリレーネットワーク内で輻輳が発生した場合に破棄される可能性があります。EIRを超えて送信されたフレームは即座に破棄されます。
フレームリレーは、既存の物理リソースをより効率的に利用することを目的としており、通信会社が顧客にデータサービスを過剰に提供することを可能にした。これは、顧客がデータサービスを利用する時間は全体の45%程度に過ぎないと考えられたためである。近年、フレームリレーは帯域幅の過剰予約が原因で、一部の市場で悪評を得ている。
通信会社は、専用線よりも安価な代替手段を求める企業にフレームリレーを販売することが多く、その利用は地域によって政府や通信会社の政策に大きく左右された。フレームリレー製品を初期に製造した企業には、StrataCom（後にシスコシステムズに買収）やCascade Communications（後にアセンドコミュニケーションズ、さらにルーセントテクノロジーズに買収）などがあった。
2007年6月時点で、AT&Tは米国最大のフレームリレーサービスプロバイダーであり、22州にローカルネットワークを、さらに国内および国際ネットワークを保有していた。
異なる仮想回線またはフローからのパケットデータを多重化する場合、サービス品質の問題が発生することがよくあります。これは、ある仮想回線からのフレームが、別の仮想回線に提供されているサービス保証を妨げるほど長い時間回線を占有する可能性があるためです。IPフラグメンテーションは、この問題を解決する方法です。受信した長いパケットは、より短いパケットのシーケンスに分割され、遠端でその長いフレームを再構成するのに十分な情報が追加されます。FRF.12は、主に音声トラフィックのフレームリレートラフィックでフラグメンテーションを実行する方法を規定するフレームリレーフォーラムの仕様です。FRF.12仕様は、フレームリレーフレームをより小さなフレームにフラグメント化する方法を説明しています。[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]