Frame relay

Frame Relay es un servicio de transmisión de voz y datos especialmente diseñado para cubrir las necesidades de uso e interconexión de Redes de Área Local (LAN), con el fin de eliminar distancias geográficas y aumentar considerablemente el volumen de información a transmitir.

Se trata de una  técnica de comunicación mediante retransmisión de tramas para redes de circuito virtual, introducida por la ITU-T a partir de la recomendación I.122 de 1988.

La propuesta inicial para la estandarización de Frame Relay se presentó el el CCITT (Comité Consultivo Internacional de Telefonía y Telegrafía) en 1984. Sin embargo, por su falta de interoperabilidad y estandarización, Frame Relay no tuvo gran aceptación a finales de los 80.

En 1990 ocurrió un gran desarrollo en la historia de Frame Relay cuando las compañías Cisco, Digital Equipment, Northern Telecom y StrataCom formaron un consorcio para aplicarse al desarrollo de la tecnología Frame Relay. Dicho consorcio desarrolló una especificación que conformó el desarrollo básico de Frame Relay que se estaba analizando en el CCITT, pero ampliaba el protocolo con características que ofrecían facilidades adicionales en entornos complejos de interconectividad en redes. A estas extensiones de Frame Relay se les conoce en conjunto como LMI (Interfase de Administración Local).

La ANSI y el CCIT estandarizaron, posteriormente sus propias variaciones a la especificación LMI original, y actualmente se utilizan dichas especificaciones estandarizadas con mayor frecuencia que la versión original.

Desarrollo

Retransmision de tramas

Frame Relay es un servicio de comunicaciones de datos orientado a la conexión, en la modalidad de conexiones permanentes. Se transmiten bloques de información estructurados en tramas, operando en la subcapa ‘Retransmisión de Tramas’ de la capa 2 del modelo de referencia OSI.

Frame Relay hace uso solamente de la capa física y de parte de la capa de enlace, lo cual le confiere una mayor eficiencia que otros protocolos que operan en una capa superior del modelo OSI, al verse liberado el ancho de banda correspondiente a la sobrecarga del protocolo.

Frame Relay no dispone de la parte de protocolo correspondiente a la corrección de los datos erróneos. La detección de errores se realiza mediante el simple chequeo de un código de redundancia cíclico. No se efectúan retransmisiones en éste nivel del protocolo y las funciones de corrección de datos erróneos se reservan para los niveles superiores del protocolo.

No se realiza a este nivel del protocolo control de flujo por cada circuito individualmente y se evita la redundancia de funciones con los niveles superiores del protocolo donde se suponen instaladas de modo eficiente estas funcionalidades. Se dispone de mecanismos sencillos de notificación al usuario de la congestión de los recursos de la red. Se supone que estas notificaciones activan los mecanismos de control de flujo de los niveles superiores de las aplicaciones de usuario. De no ser así, será la propia red quien active sus mecanismos de control de la congestión.

CVP Y DLCI

Las conexiones que proporciona el servicio se constituyen en la modalidad de

circuito virtual permanente, CVP, y define una conexión lógica permanentemente establecida entre dos entidades, bien a través de la red propia exclusivamente, o bien a través de varias redes Frame Relay, mediante concatenación de diferentes segmentos de CVP para proporcionar la conexión usuario a usuario.

Cada conexión, entre dos redes diferentes, o entre un usuario y la red, se

identifica mediante un Identificador de la Conexión al Enlace de Datos, DLCI, que debe ser único dentro de cada interfaz físico Frame Relay. Este identificador corresponde a un destino particular, y permite establecer varias conexiones lógicas, con destinos diferentes, a través de un único acceso a la red.

La conectividad completa entre N Redes de Área Local sobre líneas dedicadas

exigiría la configuración de N-1 circuitos punto a punto entre cada router y el resto. El  servicio Frame Relay permite obtener la misma conectividad con una sola línea de acceso desde cada router a la Red, mediante la constitución, sobre cada una de las líneas de acceso, de N-1 conexiones virtuales permanentes con cada uno de los otros routers.

Formato de la trama

Las unidades de información que se intercambian a través de la interfaz usuario – red se denominan tramas.

Están delimitadas por los flags de comienzo y de finalización de trama, entre los cuales viaja:

• Un campo de información de usuario

• Un campo de secuencia de verificación de trama, SVT (FCS), formado por octetos que contienen un código de redundancia cíclico para detectar errores en la trama. Se emplea para verificar que una trama no sufrió variación durante su transmisión. El es un campo de 2 octetos que esta a continuación del campo de datos del usuario y precede a la bandera de cierre. El FCS es el resultado de aplicar el polinomio de chequeo de redundancia cíclica del CCITT (CRC) a la trama frame relay desde el primer bit del campo de dirección hasta el último bit del campo de datos del usuario. Si el CRC recalculado en el destino no coincide con el CRC enviado por el lado que originó la información, la trama se descarta. Es importante recordar que en frame relay no hay ningún método para solicitar retransmisión. La retransmisión será manejada si se necesita por el protocolo de un nivel superior como ya se indicó.

• Un campo de dirección , compuesto por:
  • DLCI (Data Link Connection Identifier) Identificador de la conexión alenlace de datos.Representa el número de circuito virtual de FR correspondiente a una conexión particular (en lugar de una dirección de destino), es decir es el mecanismo de direccionamiento de frame relay. El DLCI tiene validez local. Hay una tabla en cada conmutador asociando un DLCI en uno de sus puertos a otro DLCI en otro de sus puertos. Consta de 10 bits (1024 direcciones) dentro de un campo de dirección de 2 octetos. (los seis bits más significativos del segundo octeto, además de los cuatro bits más significativos del tercer octeto de la trama frame relay. Pueden existir bits adicionales para el campo de dirección dependiendo del valor del bit.

• EA (EA: bit de expansión de dirección: Extended Adress). El campo de dirección puede estar conformado por 2, 3 o 4 octetos. Con el formato básico de 10 bits codifica un número de 0 a 1023. No todos los valores de DLCI pueden ser asignados a conexiones virtuales para datos de usuario; algunos DLCI están reservados para señalización (0: para señalización de control dentro del canal como se define por la recomendación Q.922 del CCITT y T1.606 de ANSI y 1023), otros valores están reservados para definiciones futuras.

• C/R (Command / Response) Bit indicador de comando / respuesta. El protocolo Frame Relay no hace usode él, sólo transporta transparentemente el valor dado por el usuario.

• FECN (Foward Expicit Congestion Notification) Notificación explícita de congestión hacia adelante. Indica al usuario que ha de activar los procedimientos de contención de la congestión en el mismo sentido que la trama que lo transporta.

• BECN (Backward Explicit Congestion Notification) Notificación explícita de congestión hacia atrás. Indica que han de ser activados los procedimientos de usuario para evitar la congestión en sentido contrario al de la trama que lo transporta.

• DE (Discard Eligibility) Bit de descarte preferente. Indica si es o no una trama de descarte preferente. Lo pueden activar tanto el usuario como la red. Si lo activa la red no se desactiva a la entrega al usuario.

• EA (Address Field Extension) Bit de extensión de campo de dirección. El campo de dirección puede extenderse hasta 4 bytes mediante el uso de este bit con el fin de aumentar el campo de direcciones disponibles. Si EA=0 indica que el campo de dirección continua un byte más.

Parametros importantes

Tasa de acceso, AR (Access Rate)

Velocidad binaria del canal de acceso, parámetro físico no negociable. El usuario posee un puerto y un circuito de acceso a cierta velocidad fija

Tráfico garantizado o tasa de información comprometida, CIR ( Committed

Information Rate )

Es la tasa de información comprometida de throughput de los PVC a través de los enlaces lógicos, en bit/s. Es la velocidad binaria según la cual la red transporta informaciones bajo condiciones normales. Permite a la red reservar una cierta capacidad en la planta de interconexión para cada conexión virtual activa, lo que le confiere a este servicio cierto grado de QoS. Un tráfico de datos de usuario por encima de este valor será, o bien marcado como de descarte preferente, o bien directamente descartado en el punto de ingreso a la

red, en función del valor de otro de los parámetros característicos.

Ráfaga de datos garantizada, Bc ( Committed Burst )

Es el número máximo de bits que la red se compromete a transferir en condiciones normales durante el Intervalo de Observación Tc. Permite que la red dimensione un área de memoria que pueda retener, por corto plazo, los datos en espera de despacho por una dada conexión virtual.

Intervalo de Observación del tráfico, Tc

Es el intervalo de tiempo sobre el que se mide el tráfico (velocidad y tamaño) de datos en cada dirección de transferencia del CVP.

Si el valor aprovisionado para el CIR es distinto de cero, no se tendrá en cuenta elvalor aprovisionado para el Tc , pues se deduce de

Tc = Bc / CIR

Este valor, aprovisionado directamente o deducido, es el que se considera para

todas las mediciones de flujos de datos para el DLCI en estudio. Es de destacar la importancia de la asignación de un valor a este parámetro en el

comportamiento de la transferencia, siendo recomendable que se ajuste a la

duración de las ráfagas de datos de usuario. El rango de valores aceptables es

desde 0,001 segundos hasta 25,5 segundos.

Ráfaga de datos en Exceso, Be ( Excess Burst )

Es el número de bits, en exceso respecto al valor Bc, que el usuario puede presentar para su transferencia durante el período de observación Tc siempre y cuando el enlace lógico no esté completamente utilizado. La red no se compromete a transferirlos, pero serán transferidos si se dispone de ancho de banda suficiente. Las tramas correspondientes al tráfico en exceso llevan activo el bit DE.

Aún sin haber agotado el valor de la ráfaga de datos garantizada Bc, el usuario

puede marcar sus tramas con el bit de descarte preferente, DE, activo, y serán

consideradas por la red como Tráfico en Exceso. Esta característica permite al

usuario establecer dos tipos de aplicaciones simultaneas por un mismo CVP.

Tráfico en Exceso EIR ( Excess Information Rate )

Se deduce de:

EIR = Be / Tc

Basandonos en los parametros, podemos definir cuatro grados de calidad de servicio:

• Solo EIR: también llamado Best Effort. Todas las tramas son marcadas como descartables en caso de congestión y la red realiza su “mejor esfuerzo” para su transporte.

• Solo CIR: También denominado Guaranteed Service. El cliente contrata una determinada cantidad de tráfico que la red se compromete a transportar sin marcarlas como descartables.

• CIR más EIR: El cliente contrata una determina cantidad de tráfico, que en condiciones normales es mayor al CIR, marcando la red como descartables aquellas que se comprenden dentro del EIR.

• Sin EIR y CIR: En este caso las tramas son consideradas todas como CIR. Esta modalidad es apta para velocidades pequeñas de línea donde un solo DLCI es configurado y usa todo el ancho de banda disponible en el acceso.

Control de la congestion

Aún cuando el usuario pudiera percibir implícitamente las situaciones de congestión en la red a partir de los incrementos del retardo o la pérdida de tramas en la transmisión (notificación implícita de congestión), la red señaliza de manera explícita al usuario las situaciones de congestión. Si los usuarios no disponen los procedimientos de contención de la congestión, o lo hacen sin la prontitud suficiente, es la propia red quien interviene haciendo uso de diferentes mecanismo para el tratamiento de las situaciones de congestión. El principal objetivo es mantener la calidad del servicio minimizando el número de tramas descartadas y asegurar el tráfico reservado para cada usuario, impidiendo que algunos monopolicen los recursos de la red en detrimento del resto.

Los procesos que gestionan los recursos de la red tienen establecidos unos umbrales (de porcentaje de ocupación de CPU, recursos de memoria, tamaño de las colas de mensajes, etc.) con los que se definen los niveles de congestión siguientes:

• Débil (notificación de congestión): En éste nivel la red únicamente activa los bits de notificación explícita de congestión hacia el usuario, en las tramas que atraviesan los recursos de red congestionados.

• Moderado: Se comienza a descartar tramas, pero sólo de entre las que tienen el bit de descarte preferente activo, DE=1, en circuitos con prioridad de descarte normal, NDP.

• Fuerte: Se descartan todas las tramas que llevan activo el bit de descarte preferente, DE=1, tanto en circuitos con prioridad de descarte normal como alta, NDP y HDP. Además, se descartan tramas con bit de descarte preferente inactivo, DE=0, sobre circuitos con prioridad de descarte normal, NDP.

• Severo: Se descartan todas las tramas que llegan al elemento de red congestionado.

Algunas funciones de Frame Relay

• Posee funcionalidad de nivel de red.

• Puede conectar distintas LANs entre sí de una manera rápida y eficiente.

• Proporciona conexiones entre usuarios a través de una red pública, del mismo modo que lo haría una red privada con circuitos punto a punto.

• Puede reemplazar las líneas privadas por un sólo enlace a la red.

• El uso de conexiones implica que los nodos de la red son conmutadores (control que alterne entre dos estados), y las tramas deben de llegar ordenadas al destinatario, ya que todas siguen el mismo camino a través de la red, puede manejar tanto tráfico de datos como de voz

Aplicaciones y Beneficios de Frame Relay

• Reducción de complejidad en la red:  Las conexiones virtuales múltiples son capaces de compartir la misma línea de acceso.

• Equipo a costo reducido:  Se reducen las necesidades del “hardware” y el procesamiento simplificado ofrece un mayor rendimiento por su dinero.

• Mejoramiento del desempeño y del tiempo de respuesta: Debido a que permite la conectividad directa entre localidades con pocos atrasos en la red.

• Mayor disponibilidad en la red:  Las conexiones a la red pueden redirigirse automáticamente a diversos cursos cuando ocurre un  error.

• Tarifa fija: Los precios no son sensitivos a la distancia – lo que significa que los clientes no son penalizados por conexiones a largas distancias.

• Mayor flexibilidad:  Las conexiones son definidas por los programas.  Los cambios hechos a la red son más rápidos y a menor costo si se comparan con otros servicios.

Conclusiones

Frame Relay se convierte en la solución ideal para aquellas empresas que necesitan transferir datos a alta velocidad entre sus distintas oficinas o sucursales y que con frecuencia precisan tiempos de respuesta muy cortos.