Redes de Altas Prestaciones

08/04/2010
Redes de Altas Prestaciones
Tema 4 – Frame Relay – FACENA - Curso 2010
Frame Relay - Fundamentos
Método de comunicación orientado al switching de paquetes para la conexión de
sistemas informáticos, orientado a conexión.
Objetivo: conectar redes LAN y/o WAN sobre redes de datos públicas o privadas.
Otro punto de vista: es una interfaz de usuario dentro de una red de conmutación
de paquetes, ofrece un ancho de banda en el rango de 64kb/s a 4 Mb/s.
Es no fiable, con garantías de caudal mínimo, por lo que se acepta que proveedor
pierda datos (PDUs).
Circuito Virtual Permanente, consiste de un trayecto predefinido a través de la red
FR que conecta dos puntos finales. El servicio brinda PVC’s situados donde hayan
especificados los clientes.
El nivel del servicio es negociado previamente y es garantizado por el proveedor.
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Frame Relay – Historia
Nace como una extensión de ISDN y X.25, gracias a la creciente demanda de PC’s,
a su vez conectadas en Red.
El diseño de nuevos sistemas informáticos posibilitó el avance de nuevas
tecnologías de comunicación (Frame Relay y SMDS).
X.25 es su antecesor. Protocolo conmutado por paquetes, sobre transmisión
analógica propensos a errores frecuentes; su sistema de corrección y recuperación
basado en almacenamiento y re-envío es excesivo para los actuales enlaces
digitales y ópticos. Configurados para trabajar con tamaños de “ventanas”
pequeños; limita la cantidad de datos en tránsito, añadiendo tiempo extra a la
latencia.
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Frame Relay - Estandarización
Redes Dedicadas:
•Costoso y complejo de lograr la conectividad tipo malla;
•Necesidad de routers costosos, con software especial, y mantenimiento adecuado.
•Poco propenso al cambio dinámico de ancho de banda y reconfiguración de los sistemas.
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Frame Relay - Estandarización
Opera sobre las dos primeras capas del modelo OSI, a diferencia de X.25 que operaba sobre
las 3 capas, haciendo que sea más rápido al estar liberado de estos cometidos.
La evolución de la tecnología ha logrado mejorar la calidad de líneas; permitiendo que los
mismos equipos realicen el control de errores.
La fuerza de FR es que el usuario paga únicamente por la velocidad media contratada y no
sobre el tráfico cursado.
A cada usuario se le garantiza una velocidad media, según el parámetro CIR (Committed
Information Rate) en los dos sentidos de la comunicación para cada circuito virtual (CV).
Como no todos los CV’s utilizan en un mismo momento todo su ancho de banda reservado,
puede permitirse que un CV emita parte de su carga hacia otros CV’s.
FR permite dividir estadísticamente el ancho de banda entre diferentes CV.
Los beneficios aportados por FR se analizan según Tarifación, Multiplexación y Tráfico en
ráfagas.
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Frame Relay – Estandarización
Estándares
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1.233
T1.606
Q.922, anexo A
T1.618
Q.933
T1.617
Protocolos
◦
◦
◦
ITU – T
ANSI
NNI: Protocolo de Red-Red
UNI: Protocolo de Red-Usuario
LMI: Protocolo de mensajes entre usuario y nodo de acceso (DLCI=1023)
Tecnología
◦
◦
◦
◦
◦
◦
◦
El equipamiento de usuario se identifica como DTE.
El equipamiento de la red FR se conoce como DCE.
Se comunican datos entre DTE y DCE, mediante protocolos.
“Relay” es porque las tramas generadas en la capa 2, son conmutadas o procesadas en los
puntos extremos de la red.
Interfaces de multiplexación estadística (STDM)
Implementación EMI, encapsulación de protocolos.
Estan previstas una serie de extensiones LMI (Link Management Interface) para la gestión de
redes complejas: Estado del circuito virtual; Multicasting.
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Frame Relay – Estandarización
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Frame Relay – Estandarización
Tramas
El campo Flag delimita el comienzo y fin de la trama. Su valor es siempre el mismo
(01111110)
El campo dirección compuesto por 2,3 ó 4 bytes. Los 10 primeros bits representan el ID
del actual Circuito, denominado DLCI
El campo DATOS es de longitud variable, de hasta 8.189 bytes.
Al final se agrega el campo FCS, de control de errores y el FLAG.
Tramas inválidas
No contener los dos flags.
Si tiene menos de cinco bytes entre flags.
No consiste de un número entero de bytes mas el bit cero insertado o eliminado por
concidencia con el flag.
Contener un error en el FCS.
Contener un campo de dirección de 1 solo byte.
Contener un DLCI no soportado.
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Frame Relay – Formato de Trama
F=Flag; H=Header; FCS= Frame Check Secuence; DLCI=Identificador de conexión
de enlace de datos EA= Extensión de Dirección; CIR= Tasa de información
ejecutada; FECN= Notificación de Congestión Explícita hacia delante; BECN=
Notificación de Congestión explícita hacia atrás; DE= Elección de Descargo
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Frame Relay - Señalización
Redes PVC:
◦ Los circuitos se configuran de manera permanente por los operadores.
◦ La información de señalización consiste de actualización del estado de los
circuitos desde la red a los nodos.
◦ La información de Estado es distribuída a través de un “heartbeat polling”.
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Frame Relay - Señalización
Redes SVC:
Pensadas para redes de mayor tamaño que las PVC.
Consiste en 2 capas, enviadas sobre la dirección 0 de la DLCI. El protocolo LAPF asegura
en la capa 2 la entrega de los mensajes de señalización. Se basa en el manejo de un único
bit. Es un protocolo basado en estado que reconoce la recepción de todos los mensajes y
puede regular el tráfico.
Los PVC’s son sencillos de implementar en redes simples. Al crecer la complejidad de la
red se incrementa el trabajo y los recursos de conmutación necesarios.
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Frame Relay - Señalización
Tarifación:
◦
◦
◦
◦
Tiene que ver con el diseño y el bit DE (descarte). Relacionan el precio del enlace al concepto CIR.
Es la cantidad de datos cuya entrega esta garantizada por la red sin descartes en un período de
tiempo.
Si se transmiten mas datos que la CIR especificada en el mismo intervalo, este exceso es marcado con
el bit DE al entrar a la red. La red intentará entregar el exceso hasta un cierto punto (Tasa de
Información), despues del cual los datos serán descartados hasta el inicio del próximo intervalo de
medición.
La capacidad de un enlace de enviar mas datos es Excess Burst Capacity.
Congestión
◦
◦
◦
Tres bits en la DLCI se destinan a la notificación y el manejo de la congestión.
Ausencia de mecanismos de corrección de errores y de control de flujo.
La red responde al fenómeno enviando la notificación de congestión y descartar parte de los datos.
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Frame Relay – Control de Flujo
Control de flujo y ancho de banda
La conexión serial o el enlace de acceso a la red Frame Relay se hace, generalmente, mediante una
línea arrendada. La velocidad de la línea es la velocidad de acceso o velocidad de puerto. Las
velocidades de puerto por lo general son de 64 Kbps y 4 Mbps. Algunos proveedores ofrecen
velocidades de hasta 45 Mbps.
En general, hay varios PVC operando en el enlace de acceso y cada VC tiene disponibilidad de
ancho de banda dedicada. Esto se denomina velocidad de información suscrita (CIR). La CIR es la
velocidad a la que el proveedor del servicio acuerda aceptar bits en el VC.
Las CIR individuales son por lo general menores a la velocidad del puerto. Sin embargo, la suma de
las CIR, en general, será mayor que la velocidad del puerto. Algunas veces, este factor es de 2 o 3.
La multiplexión estadística aprovecha el hecho de que las comunicaciones en computación son
usualmente por ráfagas, lo que hace improbable que los diversos canales estén a su máxima
velocidad de transmisión de datos al mismo tiempo
El switch acepta las tramas del DTE a velocidades que exceden al CIR. Esto efectivamente brinda a
cada canal un ancho de banda por demanda, cuyo máximo es la velocidad del puerto. Algunos
proveedores de servicio imponen un máximo a cada VC, el cual es inferior a la velocidad del puerto.
La diferencia entre la CIR y la velocidad máxima, ya sea que el máximo corresponda a la velocidad
de puerto o sea menos, se llama Velocidad de información excesiva (EIR).
El intervalo de tiempo con el cual se calculan las velocidades se llama tiempo suscrito (Tc). El
número de bits suscritos durante un período Tc es la ráfaga suscrita (Bc). El número adicional de
bits que exceda la ráfaga suscrita, hasta la velocidad máxima del enlace de acceso, es la ráfaga
excesiva (Be).
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Frame Relay – Control de Flujo
Control de flujo y ancho de banda
Aunque el switch acepta el tráfico de tramas que excede la CIR, el switch activa (es decir, coloca en
"1") el bit elegible de descarte (DE) en el campo de la dirección a todas las tramas que se excedan.
El switch mantiene un contador de bits para cada VC. Cualquier trama entrante que lleve al
contador mayor a la Bc se marca como DE. Una trama entrante se descarta si lleva el contador
mayor a la suma de Bc + Be. Después de cada Tc segundos se reinicia el contador. El contador no
puede ser negativo, de modo que no es posible acumular el tiempo de inactividad.
Las tramas que entran a un switch se ponen en cola en un buffer de memoria antes de su envío.
Como en cualquier sistema de colas, es posible que haya una acumulación excesiva de tramas en el
switch. Eso causa retardos. Los retardos acarrean retransmisiones innecesarias que tienen lugar
cuando los protocolos de las capas superiores no reciben acuses de recibo dentro de un tiempo
determinado. En casos severos esto puede provocar un descenso importante en la velocidad de la
red.
Para evitar este problema, los switches Frame Relay incorporan una política de descarte de tramas
para acortar las colas. Las tramas con el bit DE activo son las primeras en eliminarse.
Cuando un switch detecta el crecimiento de su cola, trata de reducir el flujo de tramas hacia él.
Esto lo hace notificando a los DTE de la existencia del problema, al activar los bits de la notificación
explícita de congestión (ECN) en el campo de dirección de las tramas.
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Frame Relay – Voz sobre FR
Compartimiento de ancho de banda
◦
◦
Con la integración de servicios, al ancho de banda contratado se pone en cada momento
a disposición de quien lo necesite. Por ejemplo, en los momentos en que no haya
conversaciones vocales todo el ancho de banda contratado puede ser usado para la
transmisión de datos. De esta forma el cliente siempre obtiene el máximo rendimiento de
la capacidad que paga.
Multiplexor, la línea de datos, el servicio de gestión y el servicio de ruteo en el FRAD.
Priorización de tramas
◦
◦
◦
◦
Los fabricantes de FRAD implementan la priorización permitiendo a los usuarios la
opción de definir niveles de prioridad ( de 1 a 4 ó de 1 a 8) por DLCI (Data Link Connection
Identifier).
Mecanismo de nivelación para equilibrar paquetes de distintos tamaños.
Una solución sencilla sería asignar un DLCI por cada puerto del FRAD y fijar diferentes
niveles de prioridad para los puertos de voz y los de datos
Lo mejor sería combinar todo el tráfico de voz y datos en un sólo PVC (DLCI), pero los
conmutadores de red sólo priorizan por PVC (DLCI)
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Frame Relay – Voz sobre FR
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Frame Relay – Voz sobre FR
Formato de las tramas
El trafico de voz y de datos es multiplexado dentro de un enlace de conexión de datos VoFR. Cada carga
útil es empaquetada en una subtrama dentro del campo de información de la trama. Las subtramas son
combinadas dentro de una única trama para incrementar la eficiencia de procesamiento y de
transporte.
Cada subtrama contiene un encabezado y una carga útil , el encabezado identifica el subcanal de
voz/datos y cuando se requiere , el tipo de carga útil y el tamaño.
Codificación de la voz
En el caso en que se este transmitiendo trafico de voz, el VFRAD es el encargado de digitalizar la voz.
Usando la codificación PCM se obtiene una tasa de bits de 64 Kbps , la cual es muy alta para transmitir
muchos flujos de voz simultáneos, es por eso que se usan otros codificadores de voz que permiten
reducir la tasa de bits sin degradar la calidad de la voz. (ITU G.729, G.711, G.726, G.727, G.764, G.728,
G.723.1)
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