En tant qu'interface entre l'équipement utilisateur et l'équipement réseau, Frame Relay permet de multiplexer plusieurs communications de données logiques, appelées circuits virtuels, au sein d'un média physique partagé en attribuant des DLCI à chaque paire d'unités ETTD/ETCD.
Le multiplexage du réseau Frame Relay permet une utilisation plus souple et plus efficace de la bande passante disponible. Dès lors, Frame Relay permet aux utilisateurs de partager la bande passante à moindre frais. Prenez, par exemple, un réseau WAN utilisant la technologie Frame Relay et imaginez que celle-ci est comme un réseau routier. La compagnie de téléphone est généralement propriétaire des routes et en assure la maintenance. Vous pouvez choisir de louer une route (ou un chemin) à l'usage exclusif de votre entreprise (ligne spécialisée) ou de louer un chemin, à moindre frais, sur des routes partagées. Évidemment, Frame Relay peut aussi être exécuté entièrement dans des réseaux privés; mais cela est plutôt rare.
Les normes Frame Relay concernent les circuits virtuels permanents (PVC) qui sont configurés et gérés, de manière administrative, au sein d'un réseau Frame Relay. Les circuits virtuels permanents des réseaux Frame Relay sont désignés par des DLCI. Les DLCI Frame Relay sont reconnus localement. Concrètement, cela signifie que les valeurs elles-mêmes ne sont pas uniques au sein du réseau WAN Frame Relay. Deux unités ETTD reliées par un circuit virtuel peuvent utiliser une valeur DLCI différente pour désigner une même connexion.
Frame Relay permet de multiplexer plusieurs communications de données logiques. L'équipement de commutation du fournisseur de services construit une table qui établit une correspondance entre les valeurs DLCI et les ports de sortie. À la réception d'une trame, l'unité de commutation analyse l'identificateur de connexion et achemine la trame au port de sortie correspondant. Le chemin complet vers la destination est établi avant l'envoi de la première trame.