Frame Relay est une technologie fiable, orientée connexion, pour la commutation de paquets. Elle est largement utilisée pour connecter des sites distants. Elle est plus économique que les lignes louées, car la bande passante du réseau du fournisseur de services est partagée, et chaque point n'a besoin que d'un circuit physique le reliant au circuit fournisseur pour pouvoir prendre en charge plusieurs circuits virtuels. Chaque circuit virtuel est identifié par un DLCI.
Les données de couche 3 sont encapsulées dans une trame Frame Relay qui comporte un en-tête et un code de fin Frame Relay. Elles sont ensuite transmises à la couche physique, qui est en général EIA/TIA-232, 449 ou 530, V.35 ou X.21.
Les topologies Frame Relay classiques sont la topologie en étoile (Hub and Spoke), la topologie à maillage global et la topologie à maillage partiel.
Le mappage entre les adresses DLCI de couche 2 et les adresses de couche 3 peut se faire de façon dynamique à l'aide du protocole ARP inverse ou bien de façon manuelle en configurant des mappages statiques.
LMI est un protocole pour les messages envoyés entre les ETTD et les DCE afin de conserver les informations d'état Frame Relay entre ces deux périphériques. Le type de LMI configuré sur le routeur doit correspondre à celui utilisé par le fournisseur de services.
Le coût du circuit Frame Relay comprend le débit d'accès, le nombre de circuits virtuels permanents et le débit de données garanti. Un certain volume de transmission en rafale dépassant le débit de données garanti est en général autorisé sans frais supplémentaires. Le débit Bc peut être négocié, afin de fournir un certain volume régulier de rafales à des moments bien précis.
Frame Relay utilise les bits BECN et FECN dans l'en-tête Frame Relay pour le contrôle des encombrements.
L'utilisation de sous-interfaces dans les configurations Frame Relay permet de limiter les problèmes de découpage d'horizon du protocole de routage.