Tecnología Frame Relay
Frame Relay
Conmutación X.25
%IMAGE_1% La conmutación X.25 permite la conmutación de paquetes entre dispositivos de red compartiendo un circuito virtual permanente (PVC) similar a la conexión punto a punto para transportar paquetes de datos.
Origen: Destino a través de la portadora.
• Frame Relay es un ejemplo de las tecnologías WAN conmutadas por paquetes. Las redes conmutadas pueden transportar tramas (paquetes) de tamaños variables o de tamaño fijo. Tipo de red conmutada por paquetes + común en Frame Relay.
X.25
• Primer servicio estándar público de datos, especificado en 1976.
• Especifica tres niveles inferiores (físico, enlace y red) • Sistema mayoritario de direccionamiento X.121. Interconexión a nivel mundial.
• Diseño de medios físicos poco confiables. 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 servicio) y al tráfico (número de paquetes).
• Velocidades típicas de 96 a 64 kbps. • Servicio poco común en la actualidad.
Frame Relay
• Versión aligrada de X.25. • Permite combinar con otros protocolos como TCP/IP y conexión multiprotocolo de LANs.
• Servicio no fiable y llega a tramas erróneas, descarta y las niveles superiores (normalmente transporte) y asegura la transmisión.
• Tamaño máximo de paquete (trama) de 1 a 8 kb. • Velocidades de acceso hasta 44.736 Mbps, típicas de 64 a 1.984 kb/s.
• QoS definida por CIR (Committed Information Rate) y EIR (Excess Information Rate). Esto forma parte del SLA (Service Level Agreement): acuerdo de nivel de servicio.
• Eficiencia 100% al máximo de X.25, especialmente en altas velocidades. • Habitualmente utiliza PVCs. Los servicios no soportan 2x multiplexores operadores.
• Costo proporcional a la capacidad de la línea física y al circuito.
Comunicaciones X.25 y Frame Relay
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En la figura de la derecha se proporciona la lista de las funciones suministradas a cada uno de los niveles OSI de X.25 y Frame Relay. Gran parte de las funciones de X.25 se eliminan en Frame Relay. La función de direccionamiento se desplaza desde la capa 3 en X.25 a la capa 2 en Frame Relay. Todas las demás funciones del nivel 3 de X.25 no están incorporadas en el protocolo de Frame Relay.
Comunicaciones X.25 y Frame Relay
X.25 Control en cada enlace. Intercambio
De tramas de datos y confirmaciones entre nodos.
Frame Relay Control entre los finales. No existe intercambio de información entre nodos. Solo se envía un reconocimiento desde el sistema final.
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Descripción Frame Relay
• 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 la red de datos públicos (PDN).
• Opera en las capas física y de enlace de datos del modelo de referencia OSI. Depende de los protocolos de capa superior como TCP para la corrección de errores.
• Se basa en la conmutación de paquetes.
Frame Relay utiliza circuitos virtuales para realizar conexiones a través de un servicio orientado a conexión.
• Frame Relay es un protocolo de capa de enlace de datos conmutado de estándar industrial que maneja múltiples circuitos virtuales mediante el encapsulamiento de control de enlace de datos de alto nivel (DLC) entre dispositivos conectados.
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Términos de Frame Relay (1/3)
• Velocidad de acceso: La velocidad medida por reloj (velocidad de puerto) de la conexión (loop local) a la nube Frame Relay. Es equivalente a la velocidad a la que los datos viajan hacia dentro o fuera de la red.
• Identificador de conexión de enlace de datos (DLCI): Es un número que identifica el extremo final en una red Frame Relay. Este número solo tiene importancia para la red local. El switch Frame Relay asigna los DLCI entre un par de routers para crear un circuito virtual permanente.
• Interfaz de administración local (LMI): Estándar de señalización entre el equipo terminal del abonado (CPE) y el switch Frame Relay a cargo del manejo de las conexiones y mantenimiento del estado entre los dispositivos. Se soportan tres tipos de LMI: Cisco, ANSI y Q933A.
• Velocidad de información suscrita (CIR): CIR es la velocidad garantizada, en bits por segundo, que el proveedor del servicio se compromete a proporcionar.
Términos de Frame Relay (2/3)
• Ráfaga suscrita: Cantidad máxima de bits que el switch acepta transferir durante un intervalo de tiempo. (Se abrevia como Bc)
• Ráfaga excesiva: Cantidad máxima de bits no suscritos que el switch Frame Relay intenta transferir más allá de la CIR. La ráfaga excesiva depende de las ofertas de servicio que el distribuidor coloca a disposición, pero se limita generalmente a la velocidad de puerto del loop de acceso local.
• Indicador de posible descarte (DE): Bit establecido que indica que la trama se puede descartar para darle prioridad a otras tramas si se produce congestión. Cuando el router detecta congestión de red, el switch Frame Relay descarta en primer lugar los paquetes con el bit DE. El bit DE se establece en el tráfico sobresuscrito (es decir, el tráfico recibido después de alcanzar la CIR).
Términos de Frame Relay (3/3)
• Notificación explícita de la congestión (FECN): Bit establecido en una trama que notifica a un DTE que el dispositivo receptor debe iniciar procedimientos para evitar la congestión. Cuando un switch Frame Relay detecta la existencia de congestión en la red, envía un paquete FECN al dispositivo destino, indicando que se ha producido la congestión.
• Notificación de la congestión retrospectiva (BECN): Bit establecido en una trama que notifica a un DTE que el dispositivo remitente debe iniciar procedimientos para evitar la congestión. Cuando un switch Frame Relay detecta congestión en la red, envía un paquete BECN al router origen, instruyendo al router para que reduzca la velocidad a la cual está enviando los paquetes. Si el router recibe cualquier BECN durante el intervalo de tiempo en curso, reduce la velocidad de transmisión un 25%.
Tecnología Frame Relay (1/2)
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Red Frame Relay
• No existe ningún estándar en la actualidad para la conexión cruzada de equipamiento dentro de una red Frame Relay. Por lo tanto, el soporte de las interfaces Frame Relay no necesariamente implica que se deba utilizar el protocolo Frame Relay entre los dispositivos de red. De esta manera, se puede utilizar la conmutación por circuito tradicional, la conmutación por paquetes o un enfoque híbrido que combine estas tecnologías, como vemos en la figura.
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Multiplexión Frame Relay
• 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 DLCI a cada par de dispositivos DTE/DCE.
• La multiplexión Frame Relay permite un uso más flexible y eficiente del ancho de banda disponible. Por lo tanto, Frame Relay permite a los usuarios compartir el ancho de banda a un costo reducido.
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DLCIs
• Los estándares Frame Relay direccionan circuitos virtuales permanentes (PVC) que se encuentran administrativamente configurados y administrados en una red Frame Relay. Los PVC de Frame Relay son identificados por los DLCI.
• Los DLCI de Frame Relay tienen importancia local. Es decir que los valores en sí no son únicos en la WAN Frame Relay. Dos dispositivos DTE conectados por un circuito virtual podrían utilizar un valor DLCI distinto para referirse a la misma conexión.
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Funcionamiento de la multiplexación.
• Frame Relay proporciona un medio para realizar la multiplexión de varias conversaciones de datos lógicas.
• 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.
Trama Frame Relay
• Señalador: Indica el principio y el final de la trama Frame Relay.
• Dirección: Indica la longitud del campo de dirección. La dirección contiene la siguiente información:
– Valor DLCI: Indica el valor de DLCI. Se compone de 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 capa superior encapsulados.
• FCS: Secuencia de verificación de trama (FCS), utilizada para asegurar la integridad de los datos transmitidos.
Direccionamiento Frame Relay (1/2)
• El espacio de direccionamiento DLCI se limita a 10 bits. (1024 direcciones DLCI posibles).
• La porción utilizable de estas direcciones es determinada por el tipo de LMI utilizada.
– El tipo LMI Cisco soporta un intervalo de direcciones DLCI desde DLCI 16-1007 para el transporte de datos de usuario.
– El tipo LMI ANSI/UIT soporta un intervalo de direcciones desde DLCI 16-992 para el transporte de datos de usuario.
Las direcciones DLCI restantes se reservan para que el distribuidor las pueda implementar. Esto incluye mensajes LMI y direcciones multicast.
Funcionamiento de Frame Relay (2/2)
1. Se ordena el servicio Frame Relay a un proveedor de servicio, o se crea una nube Frame Relay privada.
2. Cada router, ya sea directamente o a través de un CSU/DSU, se conecta al switch Frame Relay.
3. Cuando se habilita el router CPE, este envía un mensaje de información de estado al switch FR. El mensaje notifica al switch acerca del estado del router, e interroga al switch acerca del estado de la conexión de los otros routers remotos.
4. Cuando el switch FR recibe la solicitud, responde con un mensaje de estado que incluye los DLCIs de los routers remotos a los cuales el router local puede enviar datos.
5. Por cada DLCI activo, cada router envía un paquete de solicitud de ARP inverso presentándose y solicitando a cada router remoto que se identifique respondiendo con su dirección de capa de red.
6. Por cada DLCI que conozca el router a través de un mensaje de ARP inverso, se crea una entrada de asignación dentro de la tabla de asignación FR del router. (DLCI local, dirección de red del router remoto y estado de la conexión)
7. Cada 60 segundos, los routers intercambian mensajes ARP inversos.
8. Por defecto, cada 10 segundos el router CPE envía un mensaje de actividad (keepalive) al switch FR (¿sigue activo el Switch FR?).
ATM – Arquitectura y Servicios
16.1 Aspectos Generales A continuación tratamos los aspectos generales del ATM tales como su historia, una visión panorámica general, las organizaciones normativas y los factores impulsores de su desarrollo.
16.1.1 Historia
El trabajo inicial del desarrollo del ATM se remonta a finales de los años 60, cuando los científicos de los laboratorios Bell empezaron los trabajos experimentales con la conmutación de celdas. La idea era combinar la conmutación basada en etiquetas (label switching), que es la base de las redes de conmutación de paquetes, con el multiplexaje por división de tiempo (TDM). Como ya hemos visto, el TDM es un mecanismo para combinar múltiples canales en uno solo. Este utiliza ranuras o intervalos (slots) de tiempo y sincronización para identificar a los trens de tráfico en un canal. En la tecnología PCM/TDM, un período de tiempo llamado “una trama” es dividido en un número fijo de intervalos (slots) de igual duración. El multiplexaje por división de tiempo es eficiente para tráfico de voz, asignando a cada usuario un intervalo del canal. El ancho y la velocidad de repetición del intervalo de tiempo están diseñados para soportar las características de la voz promedio con una razonable fidelidad. Si se le da a un usuario dos intervalos no se mejorará apreciablemente la calidad de la comunicación. Sin embargo, en las comunicaciones de datos las fuentes de tráfico varían enormemente en requerimientos y es ineficiente el tratar de acomodar a todos los tipos en un intervalo de longitud fija. Esta técnica asigna un intervalo de tiempo a cada usuario, sin tener en cuenta si lo necesita o no.
Los documentos que formaron la base para la B-ISDN fueron ratificados en 1988. En este tiempo los siguientes aspectos fueron definidos:
ƒ El formato de la celda ATM, compuesto por 48 octetos de datos (payload) y cabecera de 5 octetos.
ƒ La capa física, que describe los mecanismos para colocar los bits en el canal de transmisión para su envío y su recuperación en el receptor.
ƒ La capa ATM, que maneja el multiplexaje de celdas y funciones de mantenimiento interno (housekeeping).
ƒ Las capas de adaptación ATM (AALs) las cuales son protocolos de subcapas que paquetizan diferente tipo de tráfico de alto nivel dentro de las celdas de 48 octetos.
En octubre de 1991 se forma el ATM Forum, que trabajó con las especificaciones del ITU-T para el ATM de área amplia y los adaptó para ser usados en el ambiente LAN. El ATM Forum representa a los fabricantes, vendedores y usuarios de los productos y servicios del ATM. Actualmente, las normas ATM continúan desarrollándose e implementándose. Existen dos clases de organizaciones involucradas activamente en el desarrollo de las normas B-ISDN y ATM: instituciones normativas formales y forums de la industria. Entre las instituciones normativas formales tenemos:
ƒ ANSI: American National Standards Institute (EE.UU.).
ƒ ETSI: European Telecommunications Standards Institute (Europa).
ƒ ITU-T: International Telecommunications Union-Telecommunications Standardization Sector.
En adición, los cuatro forums activos más grandes de la industria en el desarrollo del ATM son:
ƒ ATM Forum.
ƒ Internet Engineering Task Force (IETF).
ƒ Frame Relay Forum.
ƒ The Switched Multimegabit Data Service (SMDS) Interest Group (SIG).
16.1.2 Panorama General
ATM es un conjunto de normas, definidas originalmente por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU-T), que establecen las especificaciones básicas para los protocolos e interfaces ATM. Las normas ITU-T para ATM especifican la estructura, el tamaño de la celda y la interfaz usuario a red (User-to-Network Interface – UNI). Nótese que hay dos clases de UNI: una para acceder a redes públicas y otra denominada Private UNI (P-UNI) para acceder a redes privadas ATM (especialmente a un hub, router o switch). Para la UNI pública la capa física está definida para velocidades de 1.544 Mbps, 2.048 Mbps, 45 Mbps y 155 Mbps) y para la P-UNI se definen diferentes velocidades y medios (UTP, STP, fibra monomodo y fibra multimodo).
El ATM puede describirse como un modo de transferencia de conmutación de paquetes basado en un multiplexaje por división de tiempo asíncrono y el uso de pequeñas unidades de datos de longitud fija conocidas como celdas. ATM provee un servicio orientado a la conexión (aunque en teoría este puede ser usado para soportar servicios no orientados a la conexión). Nótese que una red LAN, tal como Ethernet, Token Ring o FDDI soportan un servicio no orientado a la conexión (ConnectionLess service – CL). Cada conexión ATM tiene asignado su propio conjunto de recursos de transmisión, sin embargo estos recursos han sido tomados de un medio compartido que es generalmente menor que la máxima necesidad requerida para soportar a la población completa de usuarios.
16.1.3 Organizaciones Normativas
A continuación describiremos las organizaciones normativas del ATM.
16.1.3.1 FORUM ATM
Esta entidad está conformada por un grupo de vendedores de equipos de usuarios y de equipos públicos, operadores de telecomunicaciones y usuarios. Este forum fue fundado en octubre de 1991 por cuatro compañías – Northern Telecom, Sprint, Sun Microsystems y Digital Equipment Corporation (DEC) – para definir aún más y clarificar las especificaciones ATM. En enero de 1992, la membresía fue abierta a otras organizaciones industriales.
El objetivo del ATM Forum fue alinear los objetivos de los diseñadores con las necesidades de los usuarios para acelerar el desarrollo e implantación de sus productos y servicios. Sus primeras especificaciones para las interfaces de las redes pública y privada se emitieron en junio de 1992. Desde entonces, sigue desarrollando especificaciones adicionales, las que incluyen:
ƒ Interfaz de usuario a red (User Network Interface – UNI).
ƒ Interfaz de intercambio de datos (Data Exchange Interface – DXI).
ƒ Interfaz de interportadores de banda ancha (B-ICI).
ƒ Encapsulación de protocolos múltiples sobre ATM.
ƒ Administración, control de tráfico y pruebas.
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16.1.4.1 Aparición de gran número de teleservicios
ƒ Televisión de alta definición HDTV.
ƒ Videoconferencia.
ƒ Educación en los hogares.
16.1.4.2 Interconexión de redes LAN a muy alta velocidad
ƒ Videobibliotecas.
ƒ Videotelefonía.
ƒ Video sobre demanda.
16.1.4.3 Evolución rápida de la tecnología de los semiconductores
La densidad de los circuitos integrados se incrementa año tras año y su costo está disminuyendo.
16.1.4.4 Progreso en la concepción de los sistemas de comunicaciones
ƒ Necesidad de una gran flexibilidad.
ƒ Necesidad de transportar servicios distintos a los de puramente de datos.
ƒ No repetir funciones en la red varias veces, implementándolas en las fronteras de la red.
ƒ Transparencia de temporización: garantiza la entrega a tiempo de la información al receptor.
ƒ Transparencia semántica: garantiza la correcta entrega de los bits en el destino con muy pequeña probabilidad de errores.
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16.2.2 ATM COMO TECNOLOGÍA
Cuando nos referimos al ATM como tecnología, este se entiende como un hardware y software que conforman las normas de dicho protocolo. Hardware y software unidos proveen funciones de multiplexaje y de conmutación en una red. Esta tecnología toma forma de tarjeta de interfaz de red (llamados adaptadores ATM), multiplexores, banco de canales (crossconnect) y switches.
16.2.3 ATM COMO ACCESO DE RED INTEGRADO
Los servicios basados en ATM son ahora ofrecidos por los proveedores de circuitos. El desarrollo de la tecnología de emulación de circuitos basado en ATM permitirá a los usuarios beneficiarse de un acceso integrado a los servicios. Las organizaciones con acceso a tales circuitos portadores serán capaces de añadir aplicaciones ATM con un costo incremental mínimo.
16.2.4 ATM COMO UNA INFRAESTRUCTURA
El hardware y software asociados del ATM proveen la tecnología para una red de comunicaciones sofisticada, especialmente en el backbone. El ATM provee una estructura muy escalable que puede crecer desde aplicaciones dentro de un edificio a ambientes de campos y luego a conexiones entre localidades remotas. La escalabilidad se encuentra en el rango disponible de velocidades de interfaz, tamaño de los switches, alcance de red y direccionamiento.
16.2.5 ATM COMO SERVICIO
ATM en sí mismo no es un servicio, sin embargo, los servicios pueden ser ofrecidos sobre la arquitectura ATM. Tales servicios pueden incluir aquellos que proveen la entrega directa de las celdas ATM – Servicio de Relay de Celdas (Cell Relay Services – CRS) – así como aquellos que permiten a otro tipo de tráfico de red ser paquetizado en celdas ATM.
El ATM funciona –equivalentemente– en el nivel de la subcapa de Control de Acceso al Medio (Media Access Control – MAC) de la capa de enlace de datos del modelo OSI. De allí, este es independiente de los protocolos de capas superiores y evita las funciones asociadas con la capa de red del modelo OSI. Debido a que los servicios de ATM operan sobre la capa física, cualquier tipo de protocolo de nivel superior puede ser encapsulado en las celdas ATM y transportado usando una variedad de protocolos de capa física. Empezando desde el nivel inferior, estos son:
ƒ Capa física
ƒ Capa ATM
ƒ Capa de Adaptación ATM (AAL)
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ƒ Capa de servicios
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