Redes Frame Relay

3.- Conmutación por Paquetes: Frame Relay, RDSI.

APRENDIZAJES ESPERADOS

3.1.- Describir las topologías y tipos de técnicas de conmutación, estableciendo la integración con las redes LAN, WAN y las ventajas sobre la conmutación de circuitos.

3.2.- Asociar y explicar las técnicas de Multiplexación y conmutación abordando los conceptos de encapsulamiento y fragmentación.

3.3.- Distinguir y comparar la conmutación por datagrama y circuito virtual, estableciendo los tamaños de los paquetes, así como las operaciones del proceso.

3.4.- Explicar los diferentes procesos de encaminamiento, estableciendo una descripción de la transmisión continua, fragmentación y ensamblado.

Comparación de las redes de conmutación de paquetes orientadas a conexión.

Red Apogeo Velocidad

típica

Paquete

máximo

Protecc. errores

nivel de enlace

Orientado a

X.25 1985-1996 9,6 - 64 Kb/s 128 bytes CRC del paquete con confirmación

del receptor

Solo Datos

Frame

Relay

1992 - 64 - 2 Mb/s 8192 bytes CRC del paquete Solo Datos

ATM 1996 - 34 - 155 Mb/s 53 bytes CRC de cabecera

solamente

Datos, voz

y vídeo

Características redes de conmutación de paquetes orientadas a conexión (CONS)

• Cada paquete va marcado con una etiqueta identificativa propia• La etiqueta es (puede ser) modificada por cada conmutador por el que

pasa el paquete. • El conmutador tiene una tabla que asigna la nueva etiqueta y la

interfaz de salida en función de la etiqueta vieja y de la interfaz de entrada

• El conjunto de enlaces por los que discurre un paquete forman un camino extremo a extremo que denominamos ‘circuito virtual’

• Los circuitos virtuales permiten que diferentes usuarios, equipos, aplicaciones, etc., compartan enlaces sin que sus paquetes se mezclen (viajan ‘juntos pero no revueltos’).

• La infraestructura se aprovecha mejor y los costos se reducen

El problema de las líneas punto a punto

X

Y

Z

W

•Al añadir un nuevo router hay que instalar líneas e interfaces en todos los nodos

•La velocidad de cada línea es difícil de modificar

Madrid

Zaragoza

Barcelona

Sevilla

256 Kbps2048 Kbps

64 Kbps

SwitchFrameRelay

Línea punto a puntoCircuito Virtual

SwitchFrameRelay

SwitchFrameRelay

SwitchFrameRelay

Topología de una red Frame Relay

Se pueden añadir circuitos sin establecer nuevas líneas en Zaragoza ni modificar las interfaces de su router

concepcion

santiago

osorno

chillan

X

Y

Z

W

El caudal de cada circuito se puede modificar por configuración en los conmutadores

Red del operador que presta el servicio

Circuitos virtuales en Frame Relay• Un circuito virtual entre dos routers equivale a una línea

punto a punto entre ellos• Por un enlace pueden pasar varios circuitos. Cada uno

se identifica mediante un número llamado DLCI (Data Link Connection Identifer)

• Cada circuito de los que comparten un enlace ha de tener un número de DLCI único, pero su número de DLCI puede variar a lo largo de la ruta

• Para configurar varios circuitos sobre una misma interfaz en un router se configuran subinterfaces. Por ejemplo de Serial0 podemos crear Serial0.1, Serial0.2, etc.

X.25

• Primer servicio estándar de red pública de datos. Especificado en 1976.

• Especifica los tres niveles inferiores (físico, enlace y red)

• Sistema jerárquico de direccionamiento X.121. Interconexión a nivel mundial.

• Diseñado para medios físicos poco fiables. Comprobación de datos a nivel de enlace (protocolo de ventana deslizante).

• No apto para tráfico en tiempo real

• Paquetes de hasta 128 bytes normalmente.

• Servicio orientado a conexión. Orden garantizado.

• Costo proporcional al tiempo (normalmente SVC) y al tráfico (número de paquetes).

• Velocidades típicas de 9,6 a 64 Kbps.

• Servicio poco interesante en la actualidad

Frame Relay• Versión aligerada del X.25.• Pensada para combinar con otros protocolos como TCP/IP, y para

interconexión multiprotocolo de LANs• Servicio no fiable; si llega una trama errónea se descarta y el nivel

superior (normalmente transporte) ya se enterará y pedirá retransmisión• Tamaño máximo de paquete (trama) de 1 a 8 KB• Velocidades de acceso hasta 44.736 Mb/s, típicas de 64 a 1.984 Kb/s• QoS definida por CIR (Committed Information Rate) y por EIR

(Excess Information Rate). Puede ser asimétrico. Esto forma parte del SLA (Service Level Agreement): acuerdo de nivel de servicio

• Eficiencia mucho mejor que X.25, especialmente a altas velocidades• Habitualmente utiliza PVCs. SVCs no soportados por muchos

operadores.• Costo proporcional a capacidad de línea física y al CIR

Comparación X.25 y Frame Relay

X.25 Control en cada Enlace. Intercambio de tramas de datos y confirmaciones entre nodos

Frame RelayControl entre hosts finales. No existe intercambio de información entre nodos. Sólo se envía un reconocimiento desde el sistema final.

¿Qué es Frame Relay?

Frame Relay (que es conmutada por paquete y utiliza circuitos virtuales) y RDSI (que es conmutada por circuito y utiliza circuitos físicos).

Frame Relay es un estándar del Comité Consultivo Internacional Telegráfico y Telefónico (CCITT) y del Instituto Nacional Americano de Normalización (ANSI) que define un proceso para el envío de datos a través de una red de datos públicos (PDN).

Frame Relay es una forma de enviar información a través de una WAN dividiendo los datos en paquetespaquetes.

Cada paquete viaja a través de una serie de switches en una red Frame Relay para alcanzar su destino

Frame Relay: Opera en las capas física y de enlace de datos del modelo de referencia OSI, pero depende de los protocolos de capa superior como TCP para la corrección de errores.

Frame Relay utiliza circuitos virtuales para realizar conexiones a través de un servicio orientado a conexión

Velocidad de acceso local, DLCI, LMI, CIR, ráfaga suscrita, ráfaga excesiva, FECN, BECN y DE

A continuación presentamos algunos términos utilizados en este capítulo para describir el concepto de Frame Relay

•Velocidad de acceso: La velocidad medida por reloj (velocidad de puerto) de la conexión (loop local) a la nube Frame Relay

•Identificador de conexión de enlace de datos (DLCI): es un número que identifica el extremo final en una red Frame Relay. Identifica conexiones lógicas

•Interfaz de administración local (LMI): Estándar de señalización entre el equipo terminal del abonado (CPE) y el switch Frame Relay

•Velocidad de información suscrita (CIR): La CIR es la velocidad garantizada, en bits por segundo, que el proveedor del servicio se compromete a proporcionar

•Ráfaga suscrita: Cantidad máxima de bits que el switch acepta transferir durante un intervalo de tiempo.

•Ráfaga excesiva: Cantidad máxima de bits no suscritos que el switch Frame Relay intenta transferir más allá de la CIR

•Notificación explícita de la congestión (FECN): Bit establecido en una trama que notifica a un DTE destino que debe iniciar procedimientos para evitar la congestión

•Notificación de la congestión retrospectiva (BECN): Bit establecido en una trama que notifica a un DTE origen que debe iniciar procedimientos para evitar la congestión.

•Indicador de posible para descarte (DE): Bit establecido que indica que la trama se puede descartar para darle prioridad a otras tramas si se produce congestión.

Operación de Frame Relay

Frame Relay se puede utilizar como interfaz para un servicio ofrecido por portadora disponible públicamente o para una red con equipo de propiedad privada

Al implementar un servicio Frame Relay públicopúblico El proveedor de servicio administra el equipo de la red, así los usuarios obtienen beneficios económicos implícitos en tarifas sensibles al tráfico y no tienen que invertir tiempo y esfuerzo para administrar y mantener el equipo y el servicio de red.

Las líneas que conectan los dispositivos de usuario al equipo de red pueden operar a una velocidad seleccionada de una amplia gama de velocidades de transmisión de datos. Las velocidades entre 56 kbps y 2 Mbps son típicas, aunque Frame Relay puede soportar velocidades inferiores y superiores.

DLCI de Frame Relay

La multiplexión es un término de electrónica que significa combinar varios canales de datos en un extremo del canal físico con un dispositivo denominado multiplexor.

Estos términos se aplican a circuitos digitales lógicos básicos y a circuitos de red más complejos, como los utilizados en Frame Relay. Para ayudar a distinguir con precisión las conexiones de PVC de Frame Relay, se asignan Identificadores de Conexión de Enlace Dinámico (DLCIs), una especie de esquema de direccionamiento simple.

Como interfaz entre el equipo del usuario y de red, Frame Relay proporciona un medio para realizar la multiplexión de varias conversaciones de datos lógicas, denominadas circuitos virtuales, a través de un medio físico compartido asignando DLCIDLCI a cada par de dispositivos DTE/DCE.

Frame Relay permite a los usuarios compartir el ancho de banda a un costo reducido. La compañía telefónica generalmente es propietaria de las rutas y está a cargo de su mantenimiento. Puede elegir arrendar la ruta exclusivamente para su empresa (dedicada), o bien puede pagar menos para arrendar una ruta compartiéndola con otras empresas. Por supuesto, Frame Relay también se puede ejecutar totalmente en redes privadas

Los PVC de Frame Relay son identificados por los DLCI. Los DLCI de Frame Relay tienen importancia localtienen importancia local. Es decir que los valores en sí no son únicos en la WAN Frame Relay

El equipo de conmutación del proveedor de servicios genera una tabla asignando los valores DLCI a puertos salientes. Cuando se recibe la trama, el dispositivo de conmutación analiza el identificador de conexión y entrega la trama al puerto saliente asociado

La ruta completa al destino se establece antes de enviar la primera trama.

Campos del formato de trama FrameRelay

Los siguientes son campos de trama Frame Relay:

•Indicador: Indica el principio y el final de la trama Frame Relay

•Dirección: Indica la longitud del campo de dirección Aunque las direcciones Frame Relay son actualmente todas de 2 bytes de largo, los bits de Dirección ofrecen la posibilidad de extender las longitudes de las direcciones en el futuro. El octavo bit de cada byte de campo Dirección se utiliza para indicar la dirección. La Dirección contiene la siguiente información:

•Valor DLCI: Indica el valor de DLCI. Consiste en los 10 primeros bits del campo Dirección.

•Control de congestión: Los últimos 3 bits del campo de dirección, que controlan los mecanismos de notificación de congestión Frame Relay. Estos son FECN, BECN y bits posibles para descarte (DE)

•Datos: Campo de longitud variable que contiene datos de la capa superior encapsulados.

•FCS: Secuencia de verificación de trama (FCS), utilizada para asegurar la integridad de los datos transmitidos.

En la figura aparece el formato de trama Frame Relay.  Los campos de indicador establecen el principio y el final de la trama. A continuación del campo indicador inicial se encuentran 2 bytes de información de dirección. 10 bits de esos 2 bytes conforman el identificador del circuito real (es decir, el DLCI).

Direccionamiento Frame Relay

El gráfico muestra el esquema de direccionamiento simple de los DLCI Observe que sólo tienen significación local, de manera que es aceptable que San José y Los Angeles tengan el mismo DLCI.

En la figura, supongamos que hay dos PVC, uno entre Atlanta y Los Angeles y uno entre San Jose y Pittsburgh.

Los Angeles utiliza DLCI 12 para referirse a su PVC con Atlanta, mientras que Atlanta hace referencia al mismo PVC como DLCI 82.

De la misma forma, San Jose utiliza DLCI 12 para hacer referencia a su PVC con Pittsburgh y Pittsburgh utiliza DLCI 62.

La red utiliza mecanismos internos para La red utiliza mecanismos internos para diferenciar con precisión a los dos diferenciar con precisión a los dos identificadores de PVC de significación local.identificadores de PVC de significación local.

Direccionamiento Simple

Operación deLMI

La Interfaz de Administración Local (LMI) es un conjunto de extensiones a las funciones del protocolo Frame Relay básico. Son similares a las funciones del protocolo de control de enlace PPP.

Cisco Systems, StrataCom, Northern Telecom y Digital Equipment Corporation se reunieron para concentrarse en el desarrollo de la tecnología Frame Relay.

Este grupo desarrolló una especificación conforme al protocolo Frame Relay básico, pero extendiéndolo con funciones que proporcionaban capacidades adicionales para entornos de internetworking complejosinternetworking complejos

Estas extensiones de Frame Relay se conocen como Estas extensiones de Frame Relay se conocen como LMI (interfaz de administración local) LMI (interfaz de administración local) 

Las principales funciones del proceso LMI son las siguientes:

Determinar el estado operacional de distintos PVC que el router conoce.

Transmitir paquetes de mensaje de actividad para garantizar que el PVC permanezca activo y no se inhabilite por inactividad

Comunicarle al router que los PVC están disponibles

El router puede invocar tres tipos de LMI: ansi, cisco y q933a.

Además de las funciones básicas del protocolo Frame Relay para realizar la transferencia de datos, la especificación Frame Relay incluye extensiones LMIextensiones LMI que permiten soportar más fácilmente internetworks grandes y más fácilmente internetworks grandes y complejacomplejass

Algunas extensiones LMI se denominan comunes y se espera que todos los que adopten la especificación puedan implementarla. Otras funciones LMI se consideran opcionales

A continuación, presentamos un resumen de las extensiones LMI:

Mensajes de estado de circuito virtual (común):Mensajes de estado de circuito virtual (común):Proporcionan comunicación y sincronización entre la red y el dispositivo de usuario, informando periódicamente acerca de la existencia de nuevos PVC y la eliminación de PVC existentes

Los mensajes de estado de circuito virtual evitan el envío de datos a través de PVC que ya no existen

Multicast (opcionalMulticast (opcional): Permite al emisor transmitir una sola trama pero que sea entregada por la red a múltiples receptores

Direccionamiento global (opcional):Direccionamiento global (opcional):Otorga a los identificadores de conexión significación global más que local. . El direccionamiento global hace que la red Frame Relay se parezca a una red de área local (LAN) en términos de direccionamiento. Los protocolos de resolución de direcciones, por lo tanto, ejecutan su función en Frame Relay exactamente de la misma manera que en una LAN

Control de flujo simple (opcional)Control de flujo simple (opcional)::Proporciona un mecanismo de control de flujo XON/XOFF (de conexión/desconexión) que se aplica a toda la interfaz Frame Relay. Está destinado a dispositivos cuyas capas superiores no pueden utilizar los bits de notificación de congestión y que necesitan algún nivel de control de flujo.

Extensiones LMI

Los campos del formato de trama LMI

Se debe observar que el formato de trama LMI es más complejo que el de la trama Frame Relay típica Esto se debe a que LMI posee un conjunto completo de parámetros de control para hacer que Frame Relay funcione más efectivamente

Después del indicador y de los campos DLCI de LMI, la trama LMI contiene 4 bytes obligatorios

Los mensajes LMI se envían en tramas que se distinguen por un DLCI específico DLCI = 1023DLCI = 1023

•Indicador de información sin número

•Discriminador de protocolo

•Referencia de llamada

•TTipo de mensajeipo de mensaje:

Direccionamiento global

LMI permite el direccionamiento global dentro de la nube Frame Relay

Además de las características de LMI comunes, algunas extensiones LMI opcionales son sumamente útiles en un entorno de internetworking

La primera extensión LMI opcionalopcional importante es el direccionamiento globaldireccionamiento global

Con esta extensión, los valores insertados en el campo DLCI de una trama son direcciones de significación global de dispositivos de usuario final individuales (por ejemplo, routers).

la especificación Frame Relay básica (no extendida) soporta sólo los valores del campo DLCI que identifican los PVC con significación local

En este caso, no existen direcciones que identifiquen las interfaces de red ni nodos conectados a estas interfaces .

Como estas direcciones no existen, no pueden ser detectadas mediante técnicas de resolución y descubrimiento de direcciones tradicionales.

Esto significa que con un direccionamiento Frame Relay normal, se deben crear mapas estáticos para comunicar a los routers qué DLCI deben utilizar para detectar un dispositivo remoto y su dirección de internetwork asociada.

En la figura, observe que cada interfaz tiene su propio identificador. Supongamos que Pittsburgh debe enviar una trama a San Jose El identificador para San Jose es 22, de manera que Pittsburgh coloca el valor 22 en el campo DLCI y envía la trama a través de la red Frame Relay

Multicast y ARP inverso

LMI, mediante multicast y ARP inverso, permite que los LMI, mediante multicast y ARP inverso, permite que los switches y los routers Frame Relay trabajen juntos en switches y los routers Frame Relay trabajen juntos en la generación de tablas de conmutación y mapas Frame la generación de tablas de conmutación y mapas Frame RelayRelay

El multicast es otra función LMI opcional importante. Los grupos de multicast son designados por una serie de cuatro valores DLCI reservados (de 1019 a 1022).

Las tramas enviadas por un dispositivo que utiliza uno de estos DLCI reservados son replicados por la red y se envían a todos los puntos de salida en el conjunto designado.

El mecanismo ARP inverso permite al router generar la asignación de Frame Relay automáticamente, como aparece en la figura.

El router detecta los DLCI que se están utilizando desde el switch durante el intercambio LMI inicial .

El router envía entonces una petición ARP inversa a cada DLCI por cada protocolo configurado en la interfaz si el protocolo es soportado

La información de retorno desde del ARP inverso entonces se utiliza para generar la asignación Frame Relayasignación Frame Relay

Asignación de FrameRelay

Las asignaciones de Frame Relay (que vinculan las direcciones IP del salto de router siguiente a los DLCI y que funcionan en conjunto con las tablas de enrutamiento estándar) se pueden configurar estáticamente o pueden ser creadas dinámicamente invocando ARP inverso

La dirección del router de salto siguiente determinada por la tabla de enrutamiento se debe resolver a un DLCI Frame Relay

Como se ve en la figura. La resolución se realiza mediante una estructura de datos denominada asignación Frame Relay.

La tabla de enrutamiento se utiliza entonces para suministrar la dirección de protocolo del salto siguiente o el DLCI para el tráfico saliente

Esta estructura de datos se puede configurar estáticamente en el router, o bien, la función ARP inverso se puede utilizar para configurar automáticamente la asignación.

Trama de Frame Relay

La tabla de conmutación Frame Relay consta de cuatro entradas.

2 para el puerto y DLCI entrante, y 2 para el puerto y DLCI saliente.

¿Qué son las subinterfaces Frame Relay?

Con el uso de subinterfaces, donde se pueden crear múltiples interfaces lógicas a partir de una interfaz física, Frame Relay puede ser más versátil y menos costoso.

Las subinterfaces son subdivisiones lógicas de una interfaz física. En una configuración de subinterfaz, cada PVC se puede configurar como una conexión punto a punto, que permite a la subinterfaz actuar como línea dedicada, como se ve en la figura 1.

Las primeras implementaciones de Frame Relay requerían que un router (es decir, un dispositivo DTE) tuviera una interfaz serial WAN para cada PVC, como aparece en la figura 2

Dividiendo lógicamente una sola interfaz serial WAN física en varias subinterfaces virtuales, el costo total de la implementación de la red Frame Relay se puede reducir. Como aparece en la figura 3.

Una sola interfaz de router puede prestar servicios a varias ubicaciones remotas a través de subinterfaces individuales únicas. Confiugurando así múltiples DLCI en una sola interfaz del Router.

Entornos de enrutamiento split horizon (horizonte dividido)

El split horizon (horizonte dividido) reduce los loops de loops de enrutamientoenrutamiento evitando que una actualización de enrutamiento recibida en una interfaz física se vuelva a enviar a la misma interfaz.

Como resultado, si un router remoto envía una actualización al router de la sede central que conecta múltiples PVC a través de una sola interfaz física, el router de la sede central no puede publicar esta ruta a través de la misma interfaz física a otros routers remotos.

Resolución de aspectos de alcance punto a punto y multipunto.

Las subinterfaces permiten que Frame Relay sea muy flexible Se soportan las conexiones punto a punto y multipunto

Puede configurar subinterfaces para soportar los siguientes tipos de conexión:

•Punto a puntoPunto a punto: Se utiliza una sola subinterfaz para establecer una conexión de PVC en relación con otra interfaz física o subinterfaz en un router remoto. En este caso, las interfaces estarían en la misma subred y cada interfaz tendría un solo DLCI Cada conexión punto a punto constituye su propia subred. En este entorno, los broadcasts no son un problema porque los routers son punto a punto y actúan como una línea arrendada.

•Multipunto:Multipunto: Se utiliza una sola subinterfaz para establecer múltiples conexiones de PVC a múltiples interfaces físicas o subinterfaces en routers remotos. En este caso, todas las interfaces participantes estarían en la misma subred y cada interfaz tendría su propio DLCI local. En este entorno, como la subinterfaz funciona como una red Frame Relay común, las actualizaciones de enrutamiento están sujetas a un split horzion (horizonte dividido).

Secuencia de comandos de IOS para configurar completamente Frame Relay.

Una configuración de Frame Relay básica da por sentado que se desea configurar Frame Relay en una o más interfaces físicasinterfaces físicas y que el LMI y ARP inversoLMI y ARP inverso son soportados por el/los router(s) remoto(s).router(s) remoto(s).

Con la versión 11.2 ó posterior de Cisco IOS, el tipo LMI se establece por defecto (en forma automáica.

Secuencia de comandos de IOS para configurar completamente Frame Relay.

En este tipo de entorno, el LMI notifica al router acerca de la disponibilidad de los DLCI. ARP inverso se activa por defecto, de manera que no aparece en el resultado de la configuración. Siga estos pasos para la configuración básica de Frame Relay

Comandos para verificar laoperación de Frame Relay

Después de configurar Frame Relay, puede verificar que las conexiones estén activas utilizando los comandos show que aparecen en la figura.

El comando show interfaceshow interface muestra información de DLCI e infoemación de los LMI, además indica si la onexión (frame relay) está enviando o recibiendo datos.

Pasos para confirmar que la línea Frame Relay está activada.

Siga los pasos que aparecen en la figura para confirmar que la línea esté activada.

Router# show interface

Pasos para confirmar que la línea Frame Relay está activada. (continuación)

Pasos para confirmar las asignaciones de Frame Relay

Siga los pasos que aparecen en la figura para confirmar las asignaciones de Frame Relay.asignaciones de Frame Relay. (tablas Frame relay.(tablas Frame relay.

Router# show frame-relay map Router# show frame-relay map

Pasos para confirmar la conectividad con el router de sitio central

Siga los pasos que aparecen en la figura para confirmar la conectividad con el router de sitio central.

Pasos para configurar la interfaz serial para una conexiónFrame Relay

Siga los pasos que aparecen en la figura para configurar la interfaz serial para el encapsulamiento de paquete Frame Relay.

Router(config-if)# encapsulation frame relayRouter(config-if)# encapsulation frame relay 

Pasos para la verificación de una configuración Frame Relay  

Como se ve en la figura, puede verificar su configuración hasta este punto confirmando que un PVC activo esté activado en la línea Frame Relay.

Pasos para configurar las subinterfaces Frame Relay  

Para configurar las subinterfaces en una interfaz física como en la figura 1.

Siga los pasos que aparecen en la figura 2.

Se hace referencia a las figuras 3 y 4, en la figura 2

Figura 1

Figura 2

Pasos para configurar las subinterfaces Frame Relay   (continuación)

Figura 3 Figura 4

Comandos Frame Relay opcionales

Frame Relay es una tecnología tan versátil que todavía existen más comandos opcionales para ayudarlo con la configuración y el monitoreo

En Frame Relay, puede aumentar o disminuir el intervalo de actividad.

Puede extender o reducir el intervalo durante el cual la interfaz de router envía mensajes de actividad al switch Frame Relay.

El valor por defecto es de 10 segundos y a continuación presentamos la sintaxis:

router(config-if)# keepalive number

SwitchFR

Control de Congestión en Frame Relay

Tráfico incontrolado

BECN FECN

SwitchFR

SwitchFR

3: Descarto tramascon DE=1

2: Situación de congestión

4: Identificar VCs afectados (DLCI) y sentido

5: Poner a 1 bit FECN en tramas de ida

6: Poner a 1 bit BECN en tramas de vuelta

1: Monitorizar colas

SwitchFR

SwitchFR