ANOTACIONES SOBRE FRAME RELAY
                                       Por: Ing. José Zamora V., Esp.
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Anotaciones Sobre Fr

  1. 1. ANOTACIONES SOBRE FRAME RELAY Por: Ing. José Zamora V., Esp. URL: www.jzamora.com email: info@jzamora.com Feb/2004 Resumen: Este trabajo describe aspectos técnicos 2. GLOSARIO DE TERMINOS relacionados con la tecnología frame relay, explicando su funcionamiento, así como también describir los ANSI: American National Standards Institute. parámetros básicos de configuración de una red, utilizando un modelo hipotético con ciudades de Bc: Commited burst rate. Venezuela. Be: Excess Burst rate. BECN: Backward explicit congetion notification. Palabras claves: Frame Relay, Protocolo, Conmutación de datos, Red Pública. C/R: Command/response. CIR: Commited Information Rate CLLM: Consolidated link layer management 1. INTRODUCCION interface. El protocolo de conmutación de datos FRAME DE: Discard eligibility. RELAY fue desarrollado como parte de las DLCI: Data Link connection identifier. especificaciones ISDN por los laboratorios Bell en 1990, siendo diseñado tanto para servicios de EA: Address extension bits. transporte de datos orientados a conexiones (PVC), así como también no orientado a conexiones (SVC) y FCS: Frame check sequence. soportar ráfagas asíncronas de información. Por la FECN: Forward explicit congestion notification. penetración en el mercado y éxito de esta tecnología, FRAT: Frame Relay Access Terminal FR se convirtió en una Red Pública de Datos (PDN), FRF: Frame Relay Forum. siendo ofrecida como solución de interconexión por la mayoría de los Carrier's y prestadores de servicios de ICMP: Internet Control Message Protocol. telecomunicaciones. ITU-T: International Telecommunication Union – La principal ventaja de FR es manejar el ancho de Telecommunications standardizations sector. banda bajo demanda (conocida como multiplexión estadística), garantizando capacidades de transporte LMI: Local management interface. especificadas. Básicamente se trata de compartir el ancho de banda por múltiples usuarios, en otras NNI: Network-network interface. palabras, el medio puede ser utilizado por cualquier usuario y, si está disponible, lo hará a la máxima OSI: Open Systems Interconnection Reference velocidad posible convenida. Si otro usuario desea Model. enviar data al mismo tiempo, el sistema balancea el tráfico a velocidades necesarias para compartir el PDN: Public Data Network. ancho de banda, a través de la conmutación PVC: Permanent virtual circuit. asincrónica de tramas, con la salvedad de mantener una tasa de transferencia mínima comprometida. SVC: Switched virtual circuit. Adicionalmente, por tratarse de un protocolo de conmutación de datos, solo se requerirá una conexión TDM: Time Division Multiplexing. física entre el usuario y la red, para lograr comunicarse con múltiples destinatarios. Esto se logra UNI: User-network interface. por un mismo interfaz serial bajo un direccionamiento lógico preconfigurado en la red. Como consecuencia, VC: Virtual circuit. la reducción de conexiones físicas y puertos en función de un nuevo direccionamiento y conexionado de forma lógica. 1
  2. 2. ANOTACIONES SOBRE FRAME RELAY Por J.Zamora 3. COMO OPERA FRAME RELAY En una trama FR se identifican tres partes: dos de control (encabezado y cola de la trama relacionadas La unidad elemental para el diseño de una red con el protocolo) y una de información (que es la data FRAME RELAY, son los circuitos virtuales VC’s, los del usuario a transportar o carga). cuales servirán como enlaces troncales entre los nodos o conmutadores FR. Y también como enlaces Encabezado Cola de conexión con los usuarios finales. ó Header Carga o payload ó Trailer Sobre estos enlaces troncales o VC’s, circulará la data de todos los usuarios de la red y a través de la conexión lógica de varios VC’s, se definirán para cada F A&C 1600 octetos... FCS F usuario una ruta lógica permanente (PVC) distinguida por un identificador numérico (DLCI). Cada nodo conmutador FR (o FR-SW) dispone de BECN FECN C/R DE EA EA una matiz de crossconexiones de tramas en donde se DLCI DLCI le preconfigura la ruta a seguir por la data , en función 8 7 6 5 4 3 2 1 8 7 6 5 4 3 2 1 de su dirección (DLCI). Este proceso se realiza tanta veces como nodos de tránsito existan en la red hasta Figura #2. Estructura de la Trama FR. alcanzar el destino final, pero compartiendo el recurso de ancho de banda de conexión entre todos los Cuando un usuario se conecta a la red, él usuarios. nativamente debe hablar el protocolo, es decir: que la fuente o usuario inserta los campos de encabezado y VAL X cola a la información que desea transmitir. Cuando la MCB VC trama ingresa a la red, cada nodo inspeccionará solo 2 X 1 VC los campos de control (encabezado y cola) y en BQT vc b CCS función de ellos decidirá hacia donde conmuta la X X vc b’ VC B trama (en función de su identificador de ruta DLCI) y 3 B evaluará la congestión y posibles errores. vc a’ vc a La filosofía de FR es que si detectan errores en la A A trama, se desecha (se bota). Y en caso de congestión para aliviar el tráfico también se desechará la trama. A Figura #1. Tránsito de data de usuarios en una red FR usando por esto se debe su nombre: FRAME RELAY, relevo de los VC’s. tramas. El protocolo puede selectivamente desechar tramas, pero son los usuarios finales y no la red FR, En la Figura #1 se aprecian 4 nodos FR-SW quienes identificarán esta pérdida y solicitarán denominados: Caracas (CCS), Valencia (VAL), retransmisión. Barquisimeto (BQT) y Maracaibo (MCB), Adicionalmente, el protocolo dispone en sus interconectados por enlaces troncales VC’s campos de control, de mecanismos e indicadores de denominados 1, 2 y 3. Existen dos usuarios A y B , congestión con el cual se identifica si existen cuyas conexiones de usuario denominamos vc a y vc problemas hacia delante o hacia atrás de la ruta y así b, localizados en diferentes ciudades. Nótese que el lograr el control de flujo, al desacelerar la transmisión VC 2 entre VAL y BQT, es utilizado por ambos de datos de los extremos y amortiguar la congestión. usuarios A y B, de forma independiente compartiendo su ancho de banda. Si el VC 2 está ocioso podrá ser utilizado en su máxima capacidad por cualquiera de 4. FORMATO DE UNA TRAMA FRAME RELAY los dos usuarios y en el caso de que ambos deseen comunicarse al mismo tiempo, el sistema balancearía La información del usuario es segmentada por el la carga a fin de compartir el ancho de banda, todo protocolo FR en su origen, en tramas de hasta 1600 esto de forma automática y sin intervención de los octetos y se le adicionan 6 octetos de control: 3 en el usuarios, en concordancia con los parámetros de encabezado y 3 en la cola. (Ver Figura #2). configuración establecidos. En los extremos de la trama se utilizan, como en La forma de discriminar o identificar la data o el toda transmisión de datos asíncrona, unos tráfico de cada usuario de forma independiente y delimitadores denominados banderas (flag) que privada, se hace a través del envío de tramas (frame), señalan el principio y fin de una trama. La bandera es cada una de ellas con un encabezado de la palabra hexagencimal 7E o en binario: 0111110. identificación. El protocolo FR adiciona a la data del El segundo par de octetos de la trama (dirección y usuario, unos octetos como se indica en la Figura #2. control), debe analizarse bit a bit. Los primeros 6 bits 2
  3. 3. ANOTACIONES SOBRE FRAME RELAY Por J.Zamora más significativos del primer octeto, así como también 4.2 Identificador de conexión. Los DLCI son rótulos los primeros 4 bits más significativos del segundo numéricos que identifican una conexión de datos. octeto se reservan para el indicador DLCI, por lo tanto Su numeración va desde el 16 hasta el 1007, con está conformado por 10 bits, por lo cual su número no la salvedad de no poderse repetir en un mismo podrá ser superior a 1023. nodo. El bits C/R, no es utilizado por el protocolo FR, sino se reserva para aplicaciones específicas Tabla #1. Distribución de los DLCI. (mensajes CLLM para canales ISDN). DLCI SIGNIFICADO El bit EA, notifica si existe otro bits adicional para 0 Señalización gestión: Anexos A y D el DLCI. En FR pueden existir DLCI de 2, 3 y 4 octetos, por lo cual cuando el bit EA=0, informa que 1 a 15 Reservados existe otro octeto adicional con DLCI y si EA=1 indica 16 a 1007 Uso general que no existe. Para un DLCI de 10 bits, el primer bit 1008 a 1022 Reservados - Multicast EA=0 y el segundo EA=1. No obstante, los DLCI de 3 1023 Señalización gestión, LMI y 4 octetos no serán motivo de análisis en el presente trabajo. Los bits FECN y BECN, son utilizados para 4.3 Interfaz de conexión (UNI ó NNI). Un equipo notificar a los usuarios y nodos conmutadores acerca terminal puede configurarse como: UI (interfaz de de la congestión y tomar así acciones correctivas. Si usuario final), UNI (usuario-red) ó NNI (red-red). un nodo identifica problemas de congestión El primero se utiliza en el puerto de los equipos (capacidad de memoria saturada), hace dos terminales de usuario. El segundo para configurar notificaciones: hacia delante y hacia atrás. Así, el bits el puerto del nodo conmutador con los equipos BECN=1 le indica al nodo siguiente (aguas arriba) que terminales de usuario y el tercero, se utiliza para hacia atrás existe congestión y adicionalmente notifica los enlaces troncales de transporte VC’s. Según al nodo anterior (aguas abajo) FECN=1, que hacia el tipo de interfaz, se pueden usar diversos delante hay una congestión. De esta forma, las mecanismos de señalización. Tanto UI como UNI fuentes ajustarán el control de flujo y aminorarán la deben estar configurados igualmente. transferencia de información al nodo, mientras esta Tabla #2. Protocolos de gestión especificados situación persista. Según el tipo de interfaz. El bit DE=1 indica que el frame está marcado como elegible de descartar. Cuando un usuario INTERFACE POTOCOLOS DE GESTION sobrepasa su capacidad de transmisión mínima Frame Relay Forum (FRF) LMI comprometida, todas las tramas que la excedan serán UI FRF LMI Extended marcados con esta condición y si en el trayecto algún UNI ANSI T1.617 Annex D nodo presenta congestión y necesita desechar tramas, las primeras en elegir será aquellas marcadas ITU-T Q.933 Annex A con DE=1. ANSI T1.617 Annex D NNI Los dos octetos FCS, son utilizados para ITU-T Q.933 Annex A determinar si la trama ha sufrido daño o error durante la transmisión sobre el enlace de comunicaciones. Si 4.4 Capacidades comprometidas. En parámetro de esto sucede, la trama es inmediatamente desechada. configuración de FR más importante es la tasa de información comprometida o CIR, expresada en kilobits, que representa la tasa de transmisión 5. PARAMETROS DE CONFIGURACION más baja de la conexión. Existen otros factores, el Bc y Be, que son la tasa máxima y en exceso Al configurar una conexión frame relay se deben aceptada por el sistema en un tiempo Tc. Como el tener presente los siguientes aspectos: tráfico de data es por ráfagas, se usa la base temporal, sin embargo a los fines de simplificar la 4.1 Mecanismos de señalización. Como FR utiliza configuración posterior de estos parámetros, se protocolos convencionales para sus operaciones busca una base de tiempo de 1 segundo, a fin de por capas, se distinguen tres mecanismos de lograr un CIR de “X” kbps y un Be de “Y” kbps, así señalización (o protocolos de gestión) que definen en condiciones de bajo tráfico de datos el sistema la pila de protocolos a utilizar por FR, ellos son: podrá transportar una tasa de información de LMI (FRF), Anexo-D (ANSI) y Anexo-A (ITU-T). “X+Y” kbps, pero que en condiciones de Las tres vertientes operan de forma similar. congestión se garantiza “X” kbps. Es decir, siempre se tiene un mínimo garantizado “X” y si el 3
  4. 4. ANOTACIONES SOBRE FRAME RELAY Por J.Zamora sistema está desocupado la conexión se acelera a aprovechar mejor el ancho de banda del sistema y “X+Y” de forma automática. Los parámetros CIR y disponer del tiempo ocioso de los usuarios, bajo Be se configuran según los requerimientos del condiciones estadísticas. Es decir, cuando un usuario usuario. tenga ocioso su ancho de banda otro podrá utilizarlo, como velocidad adicional a su ancho de banda 4.5 Ancho de banda Direccional. El tráfico en cada reservado. En otras palabras, un usuario de forma sentido de una conexión FR puede ser temporal podrá duplicar o triplicar, o más, su configurado. Generalmente en las conexiones de velocidad en función de sus parámetros de datos, el promedio de información a bajar es configuración, gracias a la utilización del tiempo mucho más alta que la data a enviar, por lo cual ocioso de los demás usuarios. luce conveniente estudiar estos valores a fin de Los sistemas de transporte (por microondas o por mejorar el uso del ancho de banda, en vez de medios ópticos), traen asociado dispositivos de malgastar ese recurso al configurar las Accesos que disponen en la actualidad de facilidades capacidades de forma simétrica, donde la tasa de de incorporación de FR-SW como parte de su abanico Tx sea igual a la de Rx. de tarjetería de servicios, con lo cual se podría englobar en un solo dispositivo las funciones de multiplexación y conmutación frame relay. 6. DISEÑO DE UNA RED FR Entonces, la red planteada en la Figura #1 (desde en punto de vista de los enlaces de Identificaremos primero los sistemas necesarios Telecomunicaciones), puede ser esquematizada para conformar una red FR: el usuario, el conmutador desde el punto de vista de Frame Relay, como una FR (FR-SW) y el sistema de Telecomunicaciones. nube de conexión. VAL Sistema de FR-SW USUARIO Telecom MCB X Red DMR Mux RoF Frame Relay Transporte Acceso Conmutador Router o CCS M.O. / F.O. Muxing de Tramas FRAT BQT Figura #3. Diagrama en bloques de entidades que conforman una red FR. Figura #4. Esquematización de una red Frame Relay. El usuario (su conexión) generalmente proviene de La Figura #4 indica que todas las localidades un dispositivo de interconexión a redes de datos tienen acceso a cualquiera de las otras. Para lograr (router's) o un equipo terminal de acceso (FRAT). El una red equivalente (totalmente mayada) pero con medio de transporte (sistema de telecomunicaciones) tecnología TDM, sería necesario un esquema de permite la conexión entre los nodos conmutadores a interconexión al indicado en la Figura #5. través de enlaces troncales VC’s y, el conmutador FR, Bajo una red dedicada convencional, se deberán es quién se encarga de interpretar el protocolo de la establecer circuitos dedicados entre cada una de las fuente (usuario) y conmutar las tramas hacia sus localidades, reservándose ancho de banda y puertos respectivas direcciones. específicos para ello. Si se dispone de una red de transporte basada en VAL X multiplexación en tiempo (TDM), independientemente de la jerarquía digital utilizada (PDH o SDH), se MCB deberán establecer a través de estos sistemas, enlaces de datos dedicados para definir VC’s o X BQT CCS enlaces troncales entre nodos conmutadores FR. Vale mencionar que, la tecnología TDM no permite X X la multiplexación bajo demanda sino la multiplexación temporal de bits de un solo usuario en una sola ruta. Figura #5. Diagrama de conexión TDM equivalente a la figura #4. Por lo tanto ese ancho de banda es único y exclusivo de cada usuario, úselo o no. Con la adición de FR se Al migrar a una red FR, y establecer los enlaces estaría utilizando la misma infraestructura de troncales VC’s entre los nodos, tan solo se requiere a transporte existente (TDM: PDH ó SDH), para nivel de la red Telemática, establecer las rutas 4
  5. 5. ANOTACIONES SOBRE FRAME RELAY Por J.Zamora virtuales necesarias entre los distintos caminos para 5. Conectar el puerto Pi con el enlace de que los usuario pueda alcanzar cualquier destino, comunicaciones, será este último el que compartiendo para ello el ancho de banda. Esto se establece la velocidad máxima del puerto Pi. logra configurando diversos PVC, que no es más que la interconexión repetida de varios VC’s, identificados Este procedimiento se deberá repetir en cada uno por un DLCI. de los puertos, tanto troncales como conexiones de Desde el punto de vista del usuario, solo se usuario a red. Cada uno de estos puertos/enlaces requerirá entonces, un solo interfaz de conexión con configurados, conformarán los VC’s de la red. la red y es el protocolo quién en función de su DLCI Ahora toca construir la ruta lógica virtual (PVC) por direccionará la trama hacia su destino final. la conexión de los VC’s ya configurados. Para hacerlo se deberá proceder: 7. CONFIGURACION DE UNA RED FR 6. Crossconectar en cada nodo, los puertos involucrados en una conexión a través de un Utilizando como modelo la Figura #1, lo primero es DLCI, es decir en CCS, P1-123 con P2-123. definir los enlaces VC’s, en cada nodo FR-SW. Cada conexión física es identificada por un puerto 7. Configurar los parámetros de la conexión entre denominado “Pi”, y cada puerto se conectará a un puertos, utilizando cualquiera de ellos, tanto P1- enlace de comunicaciones o al usuario final. 21 ó P2-21. Allí configurarle el CIR, el Be y Bc. Por simplificación se recomienda igualar CIR=Bc, lo cual equivale a la unidad de tiempo Tc=1seg. 0&% %47 9$/ &&6 Si esto se cumple, CIR será la capacidad mínima P1 P1 de transferencia de data y CIR+Be, será la P1 capacidad máxima. De no igualarse CIR=Bc, la ecuación anterior no se cumple. Por ejemplo, si P2 CIR=64 kbps, Bc=64 kbps y Be=124 kbps, la P1 P2 velocidad mínima será 64 kbps y la máxima: 192 P2 P3 P3 P2 kbps. 8. Configurar la direccionalidad, es decir, el puerto de usuario (UNI) P2 como simétrico o asimétrico. En el último caso, asimétrico, deberán Figura #6. Enlaces VC’s. configurarse los valores de CIR, Bc y Be por cada sentido: Tx y Rx. Para configurar cada puerto, se deberán seguir los siguientes pasos: En el ejemplo hipotetético, el PVC establecido para el usuario A entre Caracas y Barquisimeto se muestra 1. Designar el número del puerto a utilizar (Pi, con i en la Figura #7. Nótese que la primera crossconexión = 1 hasta la capacidad del nodo 10, 20, 30 o 60 en CCS será: puerto 2 con DLCI 21 (P2-21),con el puertos). puerto 1 DLCI 21 (P1-21). Es decir, las tramas que provengan del usuario A en CCS con DLCI-21, serán 2. Configurar el protocolo de gestión a cada puerto conmutadas al puerto 1 hacia Valencia y luego a (ver Tabla #2). Barquisimeto. Definamos ahora otro PVC, pero para el usuario B, 3. Configurar el tipo de interfaz a cada puerto como: como lo indica la Figura #8. Aquí, se tomó un DLCI usuario, usuario-red ó red-red (troncal). Algunos que va variando en diferentes puntos de la conexión, fabricantes distinguen estas categorías como a fin de ilustrar que los DLCI pueden cambiar, siempre User (usuario final), Network (UNI) y Bidirectional y cuando se mantenga el mismo número entre los (NNI), según la Tabla #2. enlaces NNI y no se podrán repetir en un mismo puerto. 4. Configurar la velocidad de conexión en kilobits x segundos, del enlace de comunicaciones, a la máxima velocidad posible (CIR+Be). 5
  6. 6. ANOTACIONES SOBRE FRAME RELAY Por J.Zamora conmutador cada puerto, a fin de verificar si el 0% %47 9$/ 6 protocolo está o no activo (activo o fuera de servicio). P1-21 P1 P1 Ello señaliza que el puerto en revisión ha identificando P1-21 P1 una conexión FR con él. Esto sucede P1-21 P2-21 automáticamente entre las conexiones NNI, pero en P2 P1 P2 las conexiones UNI si el usuario no está conectado, aunque el puerto esté configurado, señalizará fuera P2-21 de servicio. P2 P3-21 P3 P3 P2 Pero para certificar la conexión, de deberá conectar un equipo analizador FR (equivalente a un medidor de BER), el cual al ser conectado deberá identificar lo siguiente: Figura #7. DLCI del usuario A, que conforman un PVC de este usuario entre CCS-BQT. 9. DCLI activos en el puerto al cual se conecta el equipo. Sin embargo luce recomendable siempre mantener 10. Generación de tráfico de data a un DLCI el mismo número de DLCI a lo largo de toda la identificado con un loop en el extremo opuesto. conexión a objeto de fácil identificación. Desde allí podrá aumentársele o disminuírsele el tráfico de data (según su CIR) a fin de identificar si se encienden los bits de DE, FECN y BECN. NOTA: solo se podrán hacer loops en los interfaces NNI. 0% %47 9$/ 6 P1 P1 P1-21 P1-21 11. Desde el equipo de medición podrá correrse P1-31 P1 P2 pruebas de transmisión de paquetes ICMP, a P2-21 P2-31 través del comando ping a las direcciones IP del P1 P1-21 P1-32 P2 extremo, es decir: desde el equipo de medición P2-32 se verifica la conexión del router instalado en el P2-21 P2-33 P3-21 P3-30 extremo de usuario. P2 P3 P3 P2 CREDITOS Figura #8. DCLI de ambos usuarios, mostando sus respectivos PVC’s. El presente trabajo se pudo realizar por la colaboración de las siguientes personas: Ing. Carlos Ascanio, Ing. Walter Pozada, Ing. George Cedeño, El procedimiento antes descrito, paso a paso, TSU. Pablo Chirinos e Ing. Yuraima Torres. según el sistema de gestión utilizado, podrá simplificarse haciéndose esta operación extremo a extremo de forma automática. BIBLIOGRAFIA Si se deseara implementar una nueva conexión, [1] BLACK, Uyless. Frame Relay Networks. II Edition 1996. p.e. entre A y B, ya con los VC’s configurados, tan solo se requiere configurar las nuevas [2] Frame Relay Forum. The Basic Guide to Frame Relay Networks. crossconexiones con DLCI (procedimiento 6 a 8), por www.frforum.com 1998. lo que no se requerirán nuevos recursos de anchos de [3] NEWBRIDGE, Advanced Frame Relay Solution, Presentation, banda en los enlaces de la red, ni nuevos puertos de 05/1998. conexión, ya que todo el proceso de comunicación se hace por conexiones lógicas virtuales o PVC. Así se [4] ACTERNA, LLC, EDT-135 User Manuals, United Kingdom, demuestra la reducción en el uso de los interfaces y la 07/2001. facilidad de implementación de nuevas conexiones. [5] ALCATEL 3600/3600+, Online Documentation R8.0, Canada, 02/2003. 8. COMPROBACIONES Para comprobar si la conexión ha sido realizada correctamente, se debe revisar desde el nodo 6

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