Administración y Diseño de Redes Departamentales
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Frame Relay


Frame relay (que significa retransmisión de tramas) es una técnica simplificada de conmutación de paquetes para el transporte de información de datos. Frame relay representa la evolución de la red X.25. Al igual que su antecesor, Frame relay solo regula la interfaz usuario-red.

Frame relay confía en la utilización de medios digitales de alta velocidad y muy fiables (baja tasa de error). Por esa razón, elimina funciones como el control de flujo y la corrección de errores de las capas de enlace y de red, dejando estas funcionalidades para los niveles superiores.

Si Frame relay recibe una trama errónea, simplemente la descarta, confiando en que sea el protocolo de nivel superior de un equipo final quien pida la retransmisión de la trama. De este modo, esta conmutación se ha convertido en el complemento perfecto del protocolo TCP/IP.

Debido a esta reducción de funcionalidades, todo el mundo considera que Frame relay no es un protocolo de nivel de red, sino de nivel de enlace.

Frame relay, dado que se orienta a la conexión, proporciona uniones entre usuarios a través de una red pública de conmutación de paquetes, del mismo modo que lo haría una red privada con circuitos punto a punto. Está a medio camino entre una rede conmutación de paquete X.25 y una red de conmutación de circuitos RDSI. Para ello, este tipo de red se considera una red de conmutación de paquetes en modo circuito virtual.

La retransmisión de trama ofrece dos tipos de circuitos virtuales:

  1. Circuitos virtuales conmutados (SVC siglas de Switched Virtual Circuit): estos solo han sido definidos en el estándar propuesto por la ITU-T y no por el estándar de facto.

  2. Circuitos virtuales permanentes (PVC siglas de Permanent Virtual Circuit): están definidos en todos los estándares.


Los circuitos virtuales permanentes se diferencian de los primeros en que tienen el origen y el destino prefijados, asignados por el operador de la red, y, por lo tanto, no son necesarias las fases de establecimiento y liberación.

El servicio que suelen ofrecer los operadoras de redes Frame relay solo incluye PVC (Circuitos Virtuales Permanentes) y se utiliza típicamente para dar servicios de comunicaciones dentro de una corporación.

La característica principal de las redes Frame relayes la alta disponibilidad de la que disponen. Por todo ello, muchas compañías lo usan para cursar tráfico telefónico, en el que lo más importante (más que la probabilidad de error) es tener una elevada disponibilidad. Aunque Frame relay no es un protocolo especialmente diseñado para soportar tráfico multimedia, audio y vídeo en tiempo real, sí que se utiliza para la transmisión de datos combinado con TCP/IP.

Arquitectura Frame relay

A diferencia de X.25, Frame relay realiza una separación física del plano de control y del plano de usuario.

  • El plano usuario: es la parte de la arquitectura de protocolo por la que circulan los datos del usuario

  • El plano control: es la parte de la arquitectura de protocolo por la que circulan datos entre el usuario y la red, para su supervisión.


Frame relay no tiene temporizador, por lo que supervisa el estado del acceso físico mediante protocolo de señalización, para informar de que se ha dañado o se han producido errores.

Estándares asociados

Frame relay es un estándar especificado por el CCITT (ahora ITU-T) y el ANSI en varias recomendaciones que definen las señales y la transmisión de datos al nivel de enlace (nivel 2 de OSI):

  • Recomendación del CCITT 1.122 que describe el servicio Frame relay, incluyendo SVC y PVC. Es similar a la ANSI TI.606. La multiplexión de circuitos se realiza a nivel 2, en lugar de a nivel 3, como sucede en el caso del protocolo X.25.

  • Recomendación CCITT Q.922, equivalente a la ANSI TI.618, en la que se define el servicio Frame relay como el nivel 2 de RDSI.

  • Recomendación del CCITT Q.933, equivalente a la ANSI TI.617, que define los procedimientos de señalización para el establecimiento de los SVC.

  • Recomendación del CCITT I.433, que especifica la interfaz física, tanto para PVC como los SVC.

  • Recomendación del CCITT I.370, equivalente a la ANSI T1S1/90-175R4 (Addendum de la T1.606). Describe los métodos opcionales para el control de la congestión y gestión deinámica del ancho de banda.


Curiosidad! Además, existe el Frame Relay Forum, creado en 1990 por varios fabricantes con el objetivo de promover su utilización y editar especificaciones complementarias (algunas han sido incorporadas posteriormente por el CCITT).

Frame Relay y su forma de trabajo

Una red Frame relay está formada por nodos y terminales conectados a estos. El terminal (DTE) envía tramas a la red, cada una con un código de identificación DLCI (Data Llnk Circuit Identifier) que indica el destino de esta.

Durante el proceso de llamada o al contratar el servicio al operador, todos los nodos en el camino hacia el destino final reservan un canal específico identificado con un DLCI, por el que las tramas con el mismo identificador deberán enviarse. Los nodos encaminan las tramas hacia su destino leyendo su código de identificación.

Imagen Circuitos DLCI

circuitos-dlci

Tabla de conmutación de Frame Relay

La tabla de conmutación Frame Relay consta de cuatro entradas: dos para el puerto y DLCI entrante, y dos para el puerto y DLCI saliente.

El DLCI se puede, por lo tanto, reasignar a medida que pasa a través de cada switch; el hecho de que se pueda modificar la referencia de puerto explica por qué el DLCI no varía aun cuando la referencia de puerto pueda ser modificada.

Control de congestión

El tráfico que puede cursar un nodo depende del tráfico que le llega y de su capacidad de conmutación. Cuando a un nodo le llegan datos que no puede cursar, los descarta y se quedan sin alcanzar su destino (es cuando la curva cae).

efecto-congestion

Para evitar entrar en la zona de congestión, Frame Relay utiliza el mecanis­mo de notificación y descarte, funcionalidad implementada en el nivel 2 del plano del usuario. Si no lo hace, la red descartará mediante técnicas estadísticas los datos que considere oportunos, notificando al DTE del usuario que disminuya su tasa de tráfico.

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Cabe señalar que la congestión es unidireccional, pues puede haber caminos distintos para los dos sentidos de la transmisión y mientras uno puede estar sufriendo problemas de tráfico (congestión), el otro puede no tenerlos.

QoS

Frame relay permite contratar una cierta calidad de servicio o ancho de ban­da asegurado para cada circuito virtual. Dicha calidad está definida mediante ciertos parámetros:

  • (bits/s): es la tasa de información comprometida, es decir, el cau­dal medio garantizado que la red se compromete a dar en una conexión durante un intervalo de tiempo definido (Tc). Es un parámetro asociado a cada sentido de la transmisión de cada circuito virtual y puede hacerse asimétrica, es decir, dar un valor distinto del CIR (Committed Information Rate) para cada sentido.

  • EIR (Excess Information Rate): margen de tolerancia que se dará al usuario, es decir, cuánto se le va a permitir exceder el CIR contratado puntualmente y siempre que no haya congestión en la red.


-Tc (Conmmitted Information Rate): intervalo de observación. Parámetro del algoritmo para calcular el CIR.

-Bc (Committed Burst Size): volumen de información comprometida por la compañía durante el intervalo Tc:

Bc = CIR * Tc

-Be (Excess Burst Size): volumen de información en exceso:

Be = EIR * Tc

grafica-qos

Si la información cursada durante el intervalo Tc:

  • No sobrepasa Bc, está garantizada su transmisión.

  • Está entre Bc y Bc + Be, no se sabe si llegará o no a su destino (la com­pañía no lo garantiza). Existe un bit en la trama (bit DE) que es activado por la red en tramas que superen Bc (es decir, aquellas que pertenezcan a Be) para indicar que esas tramas deberían ser descartadas en prefe­rencia a otras, si es necesario.

  • Excede de Bc + Be, seguro que no llegará.


En la interfaz usuario-red se controla, para cada circuito virtual, que los usuarios se ajusten a los parámetros Bc y Be que han negociado. Si la red está bien diseñada, no debe perder datos que no superen el tráfico comprometido.

FRAME RELAY basado en el libro: Sistemas Telemáticos. Manuel Santos González

FRAME RELAY

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

Frame Relay (también se conoce como Retransmisión de tramas) es una tecnología WAN de conmutación de paquetes basada en circuitos virtuales y desarrollada para sustituir a X.25 ya que proporciona velocidades de conexión más altas a un coste menor. La primera especificación de Frame Relay se desarrolló en 1988, aunque fue a comienzos de los años 90 cuando empezó a utilizarse de forma generalizada.X.25 fue desarrollado para redes de conmutación de paquetes, teniendo en cuenta la baja calidad de los medios de transmisión donde se producía una alta tasa de errores. Esto justificaba los abundantes controles de errores y sus redundan-tes mecanismos para el control de flujo, junto al pequeño tamaño de los paquetes. Cada trama que se envía se comprueba en cada conmutador por el que pasa hasta el destino final. Por tanto, gran parte del tráfico en X.25 se gasta en comprobación de errores y en asegurar una fiabilidad completa del servicio.Frame Relay, por el contrario, maximiza la eficacia, aprovechándose para ello de las modernas infraestructuras, de mucha mayor calidad y con muy bajos índices de error, y además permite mayores flujos de información. La comprobación de errores en Frame Relay se lleva a cabo de extremo a extremo y no en cada nodo de conmutación.Frame Relay opera en el nivel físico y de enlace. Por tanto puede utilizarse como red troncal para ofrecer servicios a protocolos que ya tienen nivel de red, como TCP/IP. Esto no ocurre en X.25 donde se produce una duplicación de las funciones de red entre X.25 y TCP/IP.Una característica muy interesante de Frame Relay es que soporta el envío de datos a ráfagas. Este tipo de transmisión se ajusta más a la forma en que se transmiten los datos en muchos de los usuarios de redes WAN. Para la utilización de una conexión X.25 o un circuito dedicado punto a punto se debe contratar una velocidad de conexión, que no se puede superar. Mientras que Frame Relay puede soportar picos con envíos superiores a la velocidad contratada. Estos picos de transmisión se conocen como ráfagas. La velocidad que ofrecen las redes Frame Relay va de 64 Kbps hasta 2.048 Kbps.

Su principal desventaja es que, al permitir tramas de longitud variable, se pueden producir retardos variables e impredecibles. Frame Relay en principio no es adecuado, por ejemplo, para la transmisión de audio y video en tiempo real a menos que la red donde esté implementada Frame Relay esté adecuadamente sobredimensionada para que no se produzcan retardos apreciables.

conexiones-frame-relay

Una red Frame Relay estará formada por conmutadores Frame Relay. Además de dichos conmutadores pueden existir otros dispositivos denominados FRAD (Frame Relay Assembler / Disassembler) que se utilizan en una red Frame Relay para adaptar datos que lleguen de otros protocolos WAN (por ejemplo X.25, ATM, PPP).

CIRCUITOS VIRTUALES

Al igual que X.25, Frame Relay es una tecnología orientada a conexión que utiliza circuitos virtuales para establecer las conexiones. La creación de circuitos virtuales se lleva a cabo en el nivel de enlace, a diferencia que en X.25 que se rea-liza en el nivel de red. El identificador de circuito virtual se denomina DLCI (Data Link Connection Identifier, Identificador de Conexión de Enlace de Datos). Hay dos tipos de conexiones en Frame Relay:n PVC: circuito virtual permanente. S e establece un circuito virtual entre dos DTE a través del proveedor de la red. Se asignan de forma permanente dos DLCI, uno para cada DTE. En las primeras implementaciones de Frame Relay sólo existía esta opción de conexión.n SVC: circuito virtual conmutado. E n este caso es necesario establecer una conexión. Para ello, se necesita un protocolo que implemente un nivel de red (por ejemplo IP) o un método de direccionamiento (por ejemplo RDSI). Después de la fase de conexión se establece el circuito virtual asignando los DLCI. Cuando la conexión finaliza, los DLCI se liberan.
Los DLCI no sólo se utilizan para definir circuitos virtuales entre un DTE y un DCE (conmutador) sino que también se utilizan para crear circuitos virtuales entre los conmutadores de la red Frame Relay. Cada conmutador almacena una tabla de encaminamiento de tramas para todos los circuitos virtuales establecidos.

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CONTROL DE LA CONGESTIÓN
La congestión en una red se produce cuando se envían datos a una tasa mayor de la que pueden permitir los recursos de red. En X.25 se realiza un control de flujo en el nivel de enlace de datos y en el nivel de red. Este doble mecanismo de control de flujo evita la existencia de congestión. Sin embargo en Frame Relay no existe nivel de red ni tampoco control de flujo, y además se permite el envío de datos a ráfagas. Todo ello hace que se pueda produ-cir congestión en una red Frame Relay y por lo tanto se necesita realizar un control de dicha congestión.El control de la congestión se lleva a cabo por los siguientes métodos:4Frame Relay utiliza dos bits de la trama para avisar al origen y al destino de la presencia de congestión. Tanto el emisor como el receptor pueden iniciar mecanismos para reducir el flujo de información intercambiada. El funcio-namiento de estos bits se explica en el próximo apartado.4Los conmutadores implementan un buffer de datos funcionando como una cola para poder adaptar las velocidades variables de las ráfagas en una velocidad de salida fija, lo cual minimiza el riesgo de congestión debido a las ráfagas.

Ante situaciones con congestión se utiliza el mecanismo de descarte de tramas. Existe un bit en la trama utilizado para marcar las tramas descarta-bles.4Se llevan a cabo medidas del control de tráfico para determinar cuándo se tienen que activar los bits de congestión en las tramas y cuándo se tienen que descartar tramas. Se utilizan cuatro atributos diferentes para llevar a cabo el control del tráfico. Estos atributos se fijan en el momento del establecimiento de la conexión. Para conexiones PVC se establecen sólo una vez.n Velocidad de acceso. Esta velocidad de acceso depende del ancho de banda del canal que conecta el usuario con la red. Puede ser un circuito dedicado punto a punto, una línea RDSI o incluso una línea ADSL. Lógicamente la velocidad de acceso será la que marque el límite de acceso a la red Frame Relay.n Tamaño de ráf aga comprometido (Bc, Committed Burst Size). Número máximo de bits durante un período predefinido de tiempo que la red se compromete a transferir sin descartar ninguna trama o marcar las tramas como descartables.n Velocidad de información comprometida (CIR, Committed Information Rate). P arecido al anterior parámetro excepto que se refiere a una velocidad media en bps. Este parámetro se obtiene dividiendo Bc entre el período tomado como referencia.n Tamaño de ráf aga en exceso (Be, Exceed Burst Size). Número de bits por encima del tamaño de ráfaga comprometido que la red se compromete a enviar si no hay congestión. Las tramas enviadas cuando se supera el tama-ño de ráfaga comprometido se marcan como descartables de forma que si se produce congestión en la red, estas tramas podrán ser eliminadas. Este parámetro también se conoce como E IR (Exceed Information Rate, Tasa de Información excedida).Por tanto, todos los datos enviados a una velocidad inferior a Bc serán enviados a través de la red. Se pueden enviar ráfagas a una velocidad superior siempre que el parámetro CIR no sea superado. Los bits enviados de forma continua a una tasa superior a Bc e inferior a Be serán enviados a través de la red en tramas marcadas como descartables de forma que si se produce congestión en la red dichas tramas se eliminarán. Todas las tramas que se envíen a una velocidad superior a Be serán descartadas por el conmutador que las reciba.Un caso muy común es utilizar una línea E1 para el acceso a una red Frame Relay por lo que la velocidad de acceso a la red será de 2.048 Kbps. Lógicamente ningún parámetro de velocidad (Be, Be o CIR)p odrá superar la velocidad de acce-so de 2.048 Kbps.

NIVEL DE ENLACE EN FRAME RELAY

En Frame Relay se establecen dos tipos de servicios de transmisión (llamados también planos):4Los servicios de control utilizados para transmitir información de control del enlace. Se utiliza el protocolo LAPD (Link Access Procedure D Channel, Procedimiento de acceso al enlace al canal D) especificado para el canal de control D de las líneas RDSI.4Los servicios de datos de usuario utilizados para transmitir la información del usuario de la red Frame Relay. Se utiliza el llamado protocolo LAPF (Link Access Procedure for Frame Relay) basado en el protocolo HDLC aunque con muchas de las funcionalidades de éste último eliminadas ya que Frame Relay no utiliza en los servicios de datos, ni control de flujo ni control de errores.

La trama utilizada en LAPF es la siguiente:

formato-trama-lapf

El campo de información tiene una longitud variable que está comprendida entre 1 y 8.250 bytes, aunque se utiliza un tamaño típico de 1.600 bytes.El campo Dirección no sólo contiene la dirección, que en Frame Relay se conoce como DLCI, sino que incluye algunos otros bits de control. Además, existen tres formatos del campo Dirección diferentes que permiten utilizar tres longitudes diferentes para la dirección DLCI.

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DLCI (Data Link Connection Identifier, Identificador de Conexión de Enlace de Datos). I dentificador de circuito virtual con una longitud por defecto de 10 bits. Aunque, como se observa en la figura anterior, existen otros dos formatos de trama que admiten longitudes de DLCI de 16 y 23 bits. Este valor es único en el ámbito local, es decir, en la conexión entre dos dispositivos Frame Relay. n EA (Extended Adress, Dirección extendida). Cuando el valor de EA es 1 indica que el byte donde se incluye este bit en el campo dirección es el último. Si este bit es un 0 indica que hay más bytes que forman parte del campo dirección.n FECN (Forward Explicit Congestion Notification, Notificación de conges-tión explíc ita de envío ). Este bit lo activa el conmutador por el que pasa la trama para indicar al destinatario que hay congestión en la red. El destinata-rio podrá utilizar mecanismos en los niveles superiores a Frame Relay para ralentizar el envío de datos.n BECN (Backward Explicit Congestion Notification, Notificación de conges-tión explíc ita de envío hacia atrás ). Este bit se utiliza para avisar al emisor de una trama de una situación de congestión en la red. Como la trama no puede volver de nuevo al emisor, existen dos posibles métodos para realizar esto, activar este bit en la respuesta del receptor o utilizar una conexión reservada para este tipo de comunicaciones (en este caso se suele utilizar el DLCI 1023). Cuando el emisor recibe una trama con este bit activo, la acción que se lleva a cabo es reducir la velocidad de transmisión.n C/R (Command / Response, Orden / Respuesta). Originalmente este campo se incluyó para permitir a los niveles superiores distinguir entre una orden enviada por un dispositivo primario, o una respuesta enviada por un dispo-sitivo secundario. No se usa en Frame Relay.n DE (Discard Elegibility, Elegible para ser descartada). Este bit se utiliza para marcar tramas descartables. En caso de la congestión en la red, los conmu-tadores podrán eliminar de la red las tramas con este bit activo reduciéndo-se así el flujo de información en la red.n9.4.5 APLICACIONES DE FRAME RELAYComo ya se indicó al comienzo de la sección, Frame Relay fue originalmente diseñada para sustituir las redes X.25 aprovechando las características de las nue-vas infraestructuras de comunicación. Los servicios basados en la tecnología Frame Relay están especialmente indi-cados para el intercambio de datos. Una de las principales aplicaciones de dichos servicios ha sido la interconexión de redes de área local. El flujo de información generada en la interconexión de LAN no es uniforme sino que es un flujo de datos a ráfagas. Este tipo de tráfico, como se ha visto, es perfectamente manejado por Frame Relay, a diferencia de las redes X.25 o los circuitos dedicados punto a punto que funcionan con una tasa de transmisión fija.Sin embargo y debido a la existencia de tramas de distinto tamaño y por tanto de la existencia de retardos imprevisibles en los conmutadores, las redes Frame Relay no son apropiadas para la transmisión de audio o video que requieren, al menos, un retardo previsible. Sin embargo, en redes Frame Relay conveniente-mente dimensionadas es posible llevar a cabo el intercambio de audio y video en tiempo real.En cualquier caso, la aparición de una nueva tecnología, ATM, que admite todo tipo de tráfico y alcanza velocidades de transmisión elevadas ha hecho que Frame Relay actualmente haya quedado relegado a un segundo plano como tec-nología utilizada en redes WAN. A pesar del auge de ATM, en España hay varios operadores que ofrecen servicios de datos a través de redes Frame Relay a dife-rentes velocidades. Normalmente la velocidad más alta de conexión se consigue conectando el usuario con la red Frame Relay del operador a través de un enlace E1, con una tasa de transmisión de 2.048 Kbps (para las líneas T1 americanas, la tasa sería de 1.544 Kbps).
Post date: 2015-03-20 06:47:14
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Post modified date: 2015-03-20 07:07:55
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