- Definición de Frame
Relay - Características
generales - Arquitectura
- Estructura de la
trama - Prevención de
congestión con señalización
explícita - Mecanismos de protección
contra la congestión - Procedimientos aplicados por la
red - Beneficios y
Desventajas - Bibliografía
Frame Relay comenzó como un movimiento a
partir del mismo grupo de
normalización que dio lugar a X.25 y RDSI:
El ITU (entonces CCITT). Sus especificaciones fueron definidas
por ANSI, fundamentalmente como medida para superar la lentitud
de X.25, eliminando la función de
los conmutadores, en cada "salto" de la red (control de
errores y de flujo).
Su existencia se debe a la instalación progresiva
de computadores personales (PCs) y estaciones de trabajo en
instituciones
comerciales, gubernamentales, educativas y de investigación. La instalación de las
PCs es seguida rápidamente por la instalación de
LANs, con la finalidad de unirlas en una red.
A medida que las redes de área local
se hacen cada vez más comunes, existe una creciente
necesidad de interconectarlas para formar las llamadas
"internets". Estas conexiones son voraces en cuanto a ancho de
banda. A las redes de área local les gusta disponer de
enormes anchos de banda durante las transferencias de archivos, pero
necesitan escaso ancho de banda en los periodos ociosos entre
transferencias. Esta naturaleza
espasmódica no encaja bien en las tecnologías de
las redes de área extensa (WAN) tradicionales, las cuales
fueron originalmente diseñadas para manejar un
tráfico a tasa constante, como voz digitalizada o sesiones
de comunicación entre un terminal interactivo
y un computador.
Los protocolos de las
redes de área local como TCP/IP,
DECnet, AppleTakk y muchos otros, asumen una serie de premisas
relativas al medio de enlace, que tienen validez en comunicaciones
locales, pero no en redes de área extendida.
Requerimientos tales como la capacidad de trasmitir con retardo
mínimo o la capacidad de acceder a cualquier computador
central desde cualquier otro complican la conexión de
redes de área local a través de redes de
área extensa.
X.25, el protocolo
conmutado por paquetes usado originalmente en la conexión
de mainframes sobre las redes de área extensa
públicas, está limitado por su historia, pues fue
diseñado para trabajar con medios de
transmisión analógicos propensos a errores, su
sistema de
corrección y recuperación de errores mediante
almacenamiento y
reenvío es excesivo para los enlaces digitales y
ópticos actuales, más inmunes a los
errores.
Las líneas dedicadas tienen su propio conjunto
particular de problemas para
manejar el tráfico de las redes locales. Es complejo y
costoso lograr conectividad tipo malla: típicamente se
requiere de la instalación de un complicado enrutador
multiprocolo, que necesita ajustes para su funcionamiento
adecuado. También resulta muy difícil reconfigurar
las redes de líneas dedicadas para ajustarlas a demandas
de ancho de banda rápidamente cambiantes.
Frame Relay ataca algunos de los problemas más
importantes en la conexión de redes locales, a la vez que
ofrece un ahorro de
costos y una
complejidad menor.
Definición de Frame
Relay.
Frame Relay es un protocolo de acceso que define un
conjunto de procedimientos y
formatos de mensajes para la
comunicación de datos a través de una red,
sobre la base del establecimiento de conexiones virtuales entre 2
corresponsales.
Es un servicio
orientado a conexión, sin mecanismos para la
corrección de errores o el control de flujo, que permite
una asignación dinámica del ancho de banda basada en los
principios de
la concentración y multiplexación estadística empleada en la X.25, pero a la
vez provee la baja demora y alta velocidad de
conmutación que caracteriza a los multiplexores
por división de tiempo (TDM).
Las conexiones virtuales pueden ser del tipo permanente, (PVC,
Permanent Virtual Circuit) o conmutadas (SVC, Switched Virtual
Circuit).
Es una interfaz entre la red y el cliente, que
permite el acceso de este último al servicio en un entorno
público o privado. Hasta el momento actual, solo se
utilizan conexiones virtuales permanentes (PVC) para el transporte de
extremo a extremo, ya que solo estas han sido normalizadas. La
posibilidad de multiplexar varios canales lógicos
empleando una sola conexión física así
como la capacidad de manejar el tráfico en ráfagas
generados por las redes de área local, convierten a este
interfaz en la elección ideal para consolidar el caudal de
múltiples líneas arrendadas de forma muy
económica.
Es un protocolo de señalización. Las
normas de
Frame Relay dividen el nivel de enlace del modelo de
referencia OSI en dos
áreas fundamentales: servicios
centrales o de núcleo y servicios definidos por el usuario
(y elegibles por este). Los servicios centrales incluyen una
serie de funciones
implementadas por la red que garantizan el transporte de las
tramas de extremo a extremo. Los servicios definidos por el
usuario solo se utilizan en los equipos de abonado y comprenden
funciones de corrección de errores, control de flujo y
chequeo de la utilización del enlace. Ambos tipos de
servicios han sido definidos por la UIT y el Comité ANSI.
Algunos fabricantes han escrito interfaces de administración local (LMI), que trabajan
junto a las normalizadas o han sido sustituidas por ellas, a
través de las cuales los equipos terminales pueden conocer
el estado de
las conexiones virtuales (PVC) en cada momento.
El protocolo Frame Relay se ha impuesto gracias
a la habilidad con que asocia su simplicidad con la eficacia de la
transmisión, ya que solo utiliza las dos primeras capas
del modelo de referencia OSI y además, la capa de enlace
fue aligerada de todas las funciones de control de flujo y
recuperación de errores, las cuales pasan a ser responsabilidad de los equipos terminales. Con
ello, las demoras son reducidas al mínimo en cada
conmutador, que ya no necesita efectuar esas funciones en cada
trama antes de reenviarla, y se elimina el tráfico
adicional que generaban los mecanismos de corrección de
errores. La gran ventaja de este protocolo radica en su sencillez
y se puede emplear a velocidades de hasta 34 Mbit/s. Otra ventaja
no menos importante, es la capacidad de compartir el ancho de
banda de forma dinámica, para la consolidación del
tráfico, lo que lo hace económicamente muy
atractivo frente al empleo de
líneas arrendadas.
Frame Relay proporciona conexiones entre usuarios a
través de una red pública, del mismo modo que lo
haría una red privada con circuitos
punto a punto. De hecho, su gran ventaja es la de reemplazar las
líneas privadas por un sólo enlace a la red. El uso
de conexiones implica que los nodos de la red son conmutadores, y
las tramas deben de llegar ordenadas al destinatario, ya que
todas siguen el mismo camino a través de la
red.
Las redes Frame Relay se construyen partiendo de un
equipamiento de usuario que se encarga de empaquetar todas las
tramas de los protocolos existentes en una única trama
Frame Relay. También incorporan los nodos que conmutan las
tramas Frame Relay en función del identificador de
conexión, a través de la ruta establecida para la
conexión en la red. Estas deben garantizar la
transferencia bidireccional de los datos entre 2 abonados sin
alterar su orden, mediante el intercambio de tramas de información no numeradas. Ello implica que
debe proveerse un servicio orientado a conexión. Estas
conexiones pueden ser de 2 tipos:
Circuito Virtual Permanente (PVC), donde cada
conexión virtual entre dos abonados es establecido por el
operador de la red en el momento de la subscripción y solo
puede ser modificado por este.
Circuito Virtual Conmutado (SVC), en este caso debe
existir un procedimiento de
nivel 3 a fin de que los usuarios puedan establecer y liberar las
conexiones a voluntad.
Al haber sido desarrollado mucho después que la
tecnología
X.25, Frame Relay se adapta mejor a las características de
las infraestructuras de telecomunicaciones actuales. La norma está
descrita sólo sobre las dos primeras capas o niveles del
modelo OSI, a
diferencia de X.25, que llega hasta el Nivel 3 de red, en el cual
se consignan las funciones de control del flujo y la integridad
de los datos. Por tanto, al estar liberado de estos cometidos,
Frame Relay resulta mucho más rápido que X.25, que
como fue concebida inicialmente para operar con circuitos
analógicos, utiliza procedimientos de control de errores,
frecuentemente pesados, lentos y complejos.
La evolución tecnológica ha logrado
mejorar la calidad de las
líneas, permitiendo desplazar el control de los errores a
los propios equipos situados en los extremos de la
comunicación, que pueden interpretar las señales
de control de flujos generadas por la red.
En todos estos aspectos técnicos reside la
fuerza de
Frame Relay, que, además, permite al usuario pagar
sólo por la velocidad media contratada y no sobre el
tráfico cursado.
Nivel de enlace: Se encarga de la transferencia
fiable de información a través del enlace
físico, enviando los bloques de datos (tramas o frames),
con la sincronización, control de errores y control de
flujo necesarios.
La buena calidad de los enlaces digitales empleados para
las conexiones intranodales en una red, hace innecesario el uso
de procedimientos complejos para la detección y
corrección de errores durante el trayecto a través
de ella, además de que estos suelen aumentar las demoras
de tránsito, por lo que solo se utilizarán en los
terminales de abonados con el fin de verificar la integridad de
los datos recibidos "de extremo a extremo".
Al protocolo completo de nivel dos se le conoce como
LAP-F (Link Access
Procedures for Frame mode bearer services) que es utilizado en
Frame Relay para controlar el enlace de datos, y se divide en dos
partes:
La subcapa inferior 2.1, servicios centrales de Frame
Relay, que está presente tanto en los equipos terminales
de abonado (FRAD, router) como
en los conmutadores de red para garantizar una alta velocidad de
conmutación.
La subcapa superior 2.2, fuera de Frame Relay, que se
implementa únicamente en los extremos del circuito
virtual, en los equipos terminales del cliente.
Estas funciones (subcapa 2.1) también son
conocidas como funciones centrales.
Delimitar y conformar las tramas. Garantizar la
transparencia.
Multiplexar/demultiplexar las tramas mediante la
utilización del campo de dirección.
Inspeccionar la trama para verificar que contiene un
número entero de octetos.
Chequear la trama para controlar que no sea muy larga ni
muy corta.
Detectar los errores de transmisión (cálculo
del CRC).
Activar los mecanismos de protección ante una
congestión.
La capa superior de nivel dos esta encargada
principalmente de:
Controlar la secuencia y detectar la pérdida de
tramas.
Reconocer las tramas correctamente recibidas.
Retransmitir las tramas perdidas.
Realizar el control de flujo.
Estas operaciones
pueden llevarse a cabo mediante el empleo de protocolos
normalizados tales como LAP-B (X.25), LAP-D (RDSI), LLC (LAN),
etc.
El protocolo LAP-B es un subconjunto del protocolo HDLC
(High-level Data Link Control), que puede proporciona la
conexión entre el usuario y la red a través de un
enlace simple, por ejemplo en un canal B.
Asimismo, el protocolo LAP-D, derivado del anterior,
proporciona una o más conexiones sobre un mismo canal (D),
y por tanto permite cumplir con los requerimientos de
señalización para múltiples canales B,
asociados a un único canal D. La funcionalidad del
protocolo LAP-D permite:
· Mensajes a un único o múltiples
(broadcast) destinatarios.
· En caso de un único destinatario, se
garantiza que no hay pérdida de ningún mensaje,
así como su transmisión libre de errores, en la
secuencia en que son originados.
· En caso de mensajes tipo "broadcast", LAP-D
garantiza la transmisión libre de errores en la secuencia
original, pero si hay errores durante la transmisión, los
mensajes se pierden.
LAP-D proporciona direccionamiento y chequeo de errores
en la capa 2, mediante una secuencia de verificación de
tramas (FCS o Frame Check Sequence).
Como en otras áreas de ISDN se necesitan
considerar dos planos de operación: un plano de control
(C) que envuelve el establecimiento y terminación de
conexiones lógicas; y un plano de usuario ( U ) que es
responsable de la transferencia de datos de usuario entre los
suscriptores. Entonces los protocolos del plano C son entre un
suscriptor y la red y los protocolos del plano U proveen
funcionalidad de extremo a extremo.
El protocolo del plano U controla la transferencia de
información entre los interfaces de usuario a ambos lados,
dicho protocolo es el Q.922. Q.922 es una nueva versión
del LAPD (link access procedure,
channel D; I.441/Q.921 ). Sólo las funciones
básicas del Q.922 son usadas por frame relay. Estas
son:
- delimitación de tramas, alineación y
transparencia. - multiplexación/ demultiplexación de las
tramas usando el campo de dirección. - inspección de la trama para asegurar que
exista un número entero de octetos antes de la
inserción de bits "0" (relleno). - inspección de la trama para asegurar que no es
demasiado corta ni demasiado larga. - detección de errores de
transmisión. - funciones de control de
congestión.
Las funciones básicas de Q.922 en el plano U
constituyen una subcapa del nivel de enlace. Esta provee el
servicio portador de transferencia de tramas del nivel de enlace
de un suscriptor a otro sin control de flujo o errores. Por
encima de esto el usuario puede escoger seleccionar funciones
adicionales de extremo a extremo en el nivel de enlace o en el
nivel de red, pero esto no es parte del servicio de ISDN. Basado
en las funciones básicas frame relay es un servicio de
nivel de enlace orientado a conexión con las siguientes
propiedades:
- preservación del orden de transferencia de
tramas de un extremo de la red a otro. - no duplicación de tramas.
- muy pequeña probabilidad de
pérdida de tramas.
Fig III.2 Arquitectura de
Protocolos Frame Relay.
* Q.922 es un protocolo que debe ser
usado aunque se pueden usar también otros protocolos
standards o de propietario. Se requieren condiciones
adicionales en los terminales, dependiendo del control de
congestión y requerimientos de rendimiento usados. Un
mecanismo para satisfacer los requerimientos de control de
congestión es que el terminal implemente un
algoritmo de
ventanas deslizantes.
- Pueden ser necesarias funciones
adicionales para monitoreo y obligación de
rendimiento
En el plano de control Q.922 provee un servicio de
control de enlace de datos con control de errores y de flujo,
para la entrega de mensajes de control de llamada
(I.451/Q.931).
Como se puede ver esta arquitectura reduce al
mínimo indispensable la cantidad de trabajo a realizar por
la red. Los datos de usuario se transmiten en tramas con
virtualmente ningún procesamiento por parte de los nodos
intermedios, aparte del chequeo de errores y del enrutamiento
basado en el número de conexión. Una trama
errónea simplemente se desecha, dejando a los protocolos
de niveles superiores la recuperación de
errores.
El protocolo de control de llamada implica el
intercambio de mensajes entre el usuario y un manejador de tramas
sobre una conexión ya creada. Estos mensajes son
transmitidos en una de dos formas:
- caso A: los mensajes se transmiten en tramas frame
relay sobre el mismo canal (B o H) como conexión frame
relay, usando la misma estructura
de trama, con un DLCI=0. - caso B: los mensajes se transmiten en tramas LAPD con
SAPI=0 sobre el canal D.
En cualquier caso el grupo de mensajes es un subconjunto
de los usados en I.451/Q.931. Para frame relay, sin embargo,
estos mensajes se usan para establecer y manejar conexiones frame
relay lógicas en lugar de circuitos. De acuerdo con esto
algunos de los parámetros usados para el control de
llamadas frame relay difiere de los usados por I.451/Q.931, el
cual tiene una serie de funciones como son:
· Verificación de compatibilidad: asegura
que sólo reaccionen a una llamada aquellos equipos
compatibles en una línea RDSI.
· Subdireccionamiento.
· Presentación de
números.
· Establecimiento de la llamada.
· Selección
del tipo de conexión (conmutación de paquetes o de
circuitos).
· Generación de corrientes y tonos de
llamada.
· Señalización usuario a usuario
(de forma transparente a la red).
· Soporte de facilidades y servicios
adicionales.
El cual emplea una serie de mensajes para manipular las
señalizaciones como son:
· SETUP: para iniciar una llamada.
· ALERTING: para indicar el inicio de la fase de
generación del tono.
· CONNECT: para señalizar el comienzo de
la conexión.
· CONNECT ACKNOWLEDGE: reconocimiento local del
mensaje de conexión.
· DISCONNECT: enviado por el terminal cuando va a
colgar.
· RELEASE: respuesta a un mensaje de
desconexión, iniciando la misma.
· RELEASE COMPLETE: reconocimiento local del
mensaje de desconexión, confirmando la liberación
correcta de la llamada.
· CALL PROCEEDING: enviada por la central a un
terminal intentando establecer una llamada una vez ha sido
analizado el numero llamado.
· SETUP ACKNOWLEDGEMENT: confirmación por
la central, de la recepción del mensaje de SETUP, en caso
de precisarse de información adicional para completar la
llamada.
· USER INFORMATION: para la
señalización usuario a usuario.
· INFORMATION: empleado por el terminal para
enviar información adicional a la central en cualquier
momento, durante una llamada.
· NOTIFY: usado por la central para enviar
información a un terminal, en cualquier momento, durante
una llamada.
Nivel Físico: Realiza la
transmisión de cadenas de bits, sin ninguna
estructuración adicional, a través del medio
físico. Tiene que ver con las características
mecánicas, eléctricas, funcionales y los
procedimientos para el acceso al medio físico.
Las funciones del nivel físico
incluyen:
· Codificación de los datos a ser
transmitidos.
· Transmisión de datos en modo full
duplex, a través del canal B.
· Transmisión de datos en modo full
duplex, a través del canal D.
· Multiplexado de los canales para formar la
estructura BRI o PRI.
· Activación y desactivación de los
circuitos físicos.
· Alimentación del
terminador de la red al dispositivo terminal.
· Identificación del terminal.
· Aislamiento de terminales
defectuosos.
· Gestión
de accesos al canal D.
Las que son implementadas por protocolos que deben
proveerse según las recomendaciones y I.430 o
I.431.
El Forum Frame Relay decidió adoptar como
soluciones
para el nivel uno, las interfases físicas ya normalizadas
por la UIT. No obstante, debe señalarse que no existe
ninguna limitación para utilizar cualquier otro
estándar siempre y cuando los equipos a interconectar en
ambos extremos lo soporten. Las interfases más
comúnmente empleadas son: V.35, X.21 y G.703.
Esta norma, de hecho, comprende tres estándares,
que reflejan los aspectos funcional, eléctrico y
mecánico del interfaz.
La función de los hilos de interconexión
se corresponde con lo definido en la
Recomendación
Dos tipos de señales eléctricas diferentes
se transmiten a través de este interfaz:
Tensiones eléctricas diferenciales definidas en
la Recomendación V.35. Se utilizan para los hilos de
transmisión, recepción y temporización y
emplean pares balanceados. Los voltajes son del orden de +0.55v y
-0.55v.
Tensiones eléctricas no diferenciales de acuerdo
con la Recomendación V.28 para los circuitos de control:
108, 107, 105, 106, 140, 141 y 142. Cada señal es
transmitida por un hilo y el retorno es común por tierra.
Los valores de
voltaje son del orden de +12v y -12v.
El conector utilizado es el definido por la ISO en la
especificación ISO 2593 y consta de 34 pines. (fig.4-2
pag.22)
Define un interfaz sincrónico para redes
públicas de datos. Frame Relay solo la utiliza para el
servicio punto a punto.
Aspecto funcional.
Se ajusta a la Recomendación X.24 de la UIT, la
cual define la función de cada circuito de la unión
(fig. 4-3 pag. 23):
T – Circuito de transmisión utilizado por el
equipo terminal de datos (ETD) para enviar los datos cuando el
hilo C está activo.
C – Circuito de control empleado para establecer el
estado
operacional de la interfase.
R – Circuito de recepción que, cuando el hilo
Indicación (I) se encuentra activo, permite al ETD recibir
los datos emitidos por el ETD distante cuando este tenía
su circuito C activo.
I – Circuito de indicación, cuando está
activo informa al ETD el estado operacional de la interfase. Pasa
al modo inactivo cuando el equipo terminal del circuito de datos
detecta un problema o un lazo de prueba.
S – Circuito de sincronización, suministra al ETD
la temporización generada en el ETCD.
Aspecto eléctrico.
De acuerdo con la Recomendación X.27 (equivalente
a la V.11 de la UIT).
Las señales son tensiones eléctricas
diferenciales con niveles =+0.3v y -0.3v .
Aspecto mecánico.
El conector utilizado es el definido por la ISO bajo la
referencia ISO4903 y posee 15 pines (fig.4-4 pag 24)
Se emplea exclusivamente para velocidades de 64 Kbps o
2.048 Mbps
Esta norma define los aspectos mecánico y
eléctrico de la siguiente forma:
Se conecta mediante cable coaxial
de 75 ohm o empleando par simétrico de 120 ohm.
Impulsos rectangulares con codificación HDB3
(fig.4-5pag.24) y tensiones de 2.37v sobre coaxial y 3v en par
simétrico.
El aspecto funcional se especifica en la
Recomendación G.704.
Todos los intercambios entre pares en la capa de enlace
se hacen mediante envío de tramas.
Bytes 1 2-3-4 Variable 2 1
FLAGS | DIRECCIÓN | DATOS | FCS | FLAGS |
Secuencia de bandera.
Todas las tramas deberán comenzar y terminar por
una secuencia de bandera constituida por un bit 0, seguido de 6
bits 1 contiguos y un bit 0. La bandera que precede al campo de
dirección está definida como la bandera de
apertura. La bandera que sigue al campo de la secuencia de
verificación de trama (FCS, frame check sequence)
está definida como la bandera de cierre.
La bandera de cierre puede también constituir la
bandera de apertura de la trama siguiente, en algunas
aplicaciones. Sin embargo, todos los receptores deben ser capaces
de acomodar la recepción de una o más banderas
consecutivas.
Se recomienda que las banderas se utilicen como relleno
entre tramas en los canales que no sean el canal D.
Con el fin de asegurar la transparencia de las banderas
de la trama, es decir, autorizar la transmisión del
código
correspondiente a una bandera en el interior de una trama (en los
campos de dirección, información o FCS), sin que se
produzca confusión, el emisor deberá insertar un
elemento binario 0 después de cada secuencia de cinco 1
consecutivos si no se trata de una bandera. El receptor de la
trama chequea el valor del
elemento binario situado al final de toda secuencia de cinco 1
consecutivos y reacciona en consecuencia:
si el valor es 0 se trata de un bit de transparencia y
debe suprimir.
si el valor es 1, se trata efectivamente de una
bandera.
Campo de información.
El campo de información transporta los datos
provenientes de la capa superior, que puede ser:
el protocolo de señalización LAP-D Frame
Relay.
una trama LAPB del protocolo X.25.
una trama MAC o LLC de un protocolo de LAN.
una trama perteneciente a cualquier protocolo con
mecanismos de corrección de errores
Secuencia de verificación de trama.
La secuencia de verificación de trama (FCS) es un
campo de dos octetos de control de redundancia cíclica,
que permite comprobar la integridad de las tramas transmitidas.
Se calcula sobre los campos de dirección e
información antes de la inserción de los bits de
transparencia. El polinomio generador es:
x16 + x12 + x5 +
x1
Este polinomio garantiza total confiabilidad para tramas
de longitud igual o inferior a 4096 octetos.
Una trama se considera inválida
cuando:
- No está adecuadamente delimitada por los dos
flags (abortar trama: si el receptor recibe siete o más
bits contiguos a 1 se interpreta como abortar, y la capa de
enlace de datos ignora la trama que está siendo
recibida). - Tiene menos de cinco bytes entre los flags (si no
tiene campo de información, tendrá 4 bytes por lo
que será inválida). - No consiste de un número entero de bytes
más el bit cero insertado o la extracción del
cero por coincidencia del flag. - Contiene un error en el FCS.
- Contiene un campo de dirección de un solo
byte. - Contiene un DLCI que no este soportado por el
receptor.
Campo de dirección.
El formato del campo de dirección se compone
de:
bit de extensión del campo de dirección
(EA)
bit de indicación de instrucción/respuesta
(C/R)
bit de notificación de congestión
explícita hacia adelante (FECN)
bit de notificación de congestión
explícita hacia atrás (BECN)
bit indicador de elegibilidad de descarte
(DE)
identificador de conexión de enlace de datos
(DLCI)
BITS 8 7 6 5 4 3 2 1
Parte Superior DLCI | C/R | EA0 | ||
Parte Inferior DLCI | FECN | BECN | DE | EA1 |
Formato del campo de dirección para 2 bytes (por
defecto)
La longitud mínima y por defecto del campo de
dirección es de 2 octetos y puede extenderse a tres o
cuatro octetos para soportar una gama mayor de direcciones DLCI o
para soportar funciones optativas de NUCLEO . Los formatos de
campo de dirección de tres o cuatro octetos pueden ser
soportados en el interfaz usuario-red o en el interfaz red-red
mediante negociación o acuerdos
bilaterales.
Bit de extensión del campo de
dirección.
El bit 1 de cada octeto del campo de dirección
determina si lo que sigue es otro octeto perteneciente al campo
de dirección:
la presencia de un 0 indica que si hay otro octeto de
dirección.
la presencia de un 1 significa que el actual es el
último octeto del campo de dirección.
Aunque la norma prevee campos de dirección de 2,
3 o 4 octetos, el Forum Frame Relay especifica que en el estado
actual se utilizará un campo de dirección con
longitud igual a 2 octetos.
BITS 8 7 6 5 4 3 2 1
Parte Superior DLCI | C/R | EA0 | ||
DLCI | FECN | BECN | DE | EA0 |
Parte Inferior DLCI | D/C | EA1 | ||
Formato del campo de dirección para 3
bytes
BITS 8 7 6 5 4 3 2 1
Parte Superior DLCI | C/R | EA0 | ||
DLCI | FECN | BECN | DE | EA0 |
DLCI | EA0 | |||
Parte Inferior DLCI o control de enlace | D/C | EA1 | ||
Formato del campo de dirección para 4
bytes
El bit D/C señala si los restantes 6 bits (del 3
al 8) utilizables en ese octeto deben interpretarse como los bits
menos significativos del DLCI (D/C=0) o como bits de
instrucción para la capa 2.2 (D/C=1).
Bit de indicación de
instrucción/respuesta.
El bit C/R identifica una trama como una
instrucción o una respuesta. Cuando la trama que ha de
enviarse es una instrucción, el bit C/R deberá
ponerse a cero. Cuando la trama es una respuesta, el bit C/R se
pondrá a uno. Este bit puede ser utilizado por los
protocolos situados por encima de la capa 2.1 y es transportado
de forma transparente por la red.
Bit de notificación de congestión
explícita (FECN y BECN).
El protocolo Frame Relay no dispone de ningún
procedimiento para la regulación del flujo, los bits BECN
(Backward Explicit Congestion Notification) y FECN (Forward
Explicit Congestion Notification) permiten indicar al usuario la
existencia de un estado de congestión dentro de la red y
por lo tanto este debe de adoptar las medidas pertinentes a fin
de evitarla.
FECN se pone a 1 para indicar al terminal en el extremo
receptor que las tramas que él _recibe_ han encontrado
recursos
congestionados en su trayecto. (fig. 5-8 pag.39)
BECN se pone a 1 para indicar al terminal en el extremo
de recepción que las tramas que él _emite_ pueden
encontrar recursos congestionados en su trayecto.
Cuando se activa el bit FECN en una trama significa que
la congestión ha ocurrido en la misma dirección en
la que viajaba esa trama, mientras que el bit BECN
señaliza una congestión que ocurre en la
dirección opuesta a aquella en la que transita la
trama.
La gestión de estos bits por la red o el abonado
es una opción facultativa, sin embargo, toda red Frame
Relay debe ser capaz de transportarlos de forma transparente sin
modificar su valor.
Bit indicador de elegibilidad de descarte.
El bit DE se pone a 1 en una trama (generalmente lo hace
el suscriptor), para indicar que ella es menos importante que
otras y que en caso de congestión de la red, ella
podrá ser desechada con preferencia a otras que tengan el
bit DE igual a 0. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que en
casos severos de congestión, la red puede llegar a
destruir aún aquellas tramas con DE=0.
Identificador de conexión de enlace de
datos.
El DLCI identifica una conexión virtual
particular sobre un interfaz, por lo tiene solamente una
significación local para un abonado o un nodo.
Un ejemplo puede ser cuando el DLCI 24 del subscriptor A
identifica el circuito virtual con el suscriptor B, mientras que
para este último, este mismo circuito está
identificado con el DLCI 61. Cada nodo por los que transita la
conexión, asocia otro DLCI (77 y 52) a ese mismo
circuito.
En una red Frame Relay que emplea circuitos virtuales
permanentes (PVC), la asignación de los DLCI a las
conexiones virtuales se hace en el momento de efectuar la
suscripción. El abonado debe mantener una tabla de
correspondencia entre los DLCI y los receptores del otro extremo.
Cada nodo por el que transita el circuito virtual establece una
ligazón lógica
entre el número de DLCI que arriba por un interfaz y el
que debe salir por otra.
Si el usuario A por ejemplo desea expedir datos hacia B,
por lo que debe poner en el encabezamiento el DLCI 24.
El primer nodo (W) recibe esta trama sobre el enlace L1,
examina su tabla de correspondencia y reenvía la trama por
el enlace L2, teniendo el cuidado de modificar el DLCI que ahora
es 77 en el nuevo interfaz.
El nodo X efectúa la misma operación y
así la trama es transmitida por el enlace L5 con DLCI
igual a 52. En Y se ejecuta un procedimiento similar y finalmente
el usuario B recibe la trama con un DLCI=61, cuya procedencia
determina gracias a la tabla de correspondencia entre DLCI y
abonados. También el abonado B pudiera enviar sus tramas a
A (en el sentido inverso) usando el mismo DLCI.
Los diez bits del DLCI (los 6 más significativos
en el primer octeto y los 4 menos significativos en el segundo)
permiten codificar hasta 1024 DLCI diferentes. En las tablas 4 y
5 se expone la gama de valores que
puede tomar el DLCI para funciones específicas.
El CCITT en I.3xx define los objetivos del
control de congestión como sigue:
- rechazo de tramas mínimo
- mantener, con alta probabilidad y mínima
variación, la calidad de
servicio convenida - minimizar la posibilidad de que un usuario final
pueda monopolizar los recursos de la red a costa de otros
usuarios finales - que sea simple de implementar y que ponga poca
sobrecarga tanto a la red como a los usuarios
finales - crear un mínimo de tráfico
adicional - distribuir los recursos de la red equitativamente
entre los usuarios finales - limitar el esparcimiento de la congestión a
otras redes o elementos de la misma red - operar efectivamente sin considerar el flujo de
tráfico en ambas direcciones entre los usuarios
finales - tener poca interacción o impacto sobre otros
sistemas en
la red frame relay - minimizar la variación en la capacidad de los
servicios ofertados a las conexiones frame relay individuales
durante la congestión ( p. ej: las conexiones
lógicas individuales no deben experimentar una
degradación súbita cuando se acerque o ya haya
ocurrido la congestión ).
El control de congestión es particularmente
difícil en frame relay puesto que existen pocas herramientas
para los manipuladores de tramas. El protocolo frame relay ha
sido optimizado para maximizar el rendimiento y la eficiencia. Como
consecuencia de esto, un manipulador de tramas no podrá
usar el mecanismo típico de ventanas deslizantes ( como lo
usa el LAPD ) para controlar el flujo de tramas
entrantes.
El control de congestión es un esfuerzo conjunto
de la red y los usuarios finales. La red está en una mejor
posición de monitorear el grado de congestión
mientras que los usuarios están en una mejor
posición de controlar la congestión limitando el
flujo de tráfico. Con estos planteamientos en vista se
pueden considerar dos estrategias de
control de congestión: prevención de
congestión y recuperación de
congestión.
Los procedimientos de prevención de
congestión serán iniciados en o antes del punto A
para evitar que la congestión pase del punto A al punto B.
Cerca del punto A habrá poca evidencia de que la
congestión va en aumento por lo que debe haber alguna
señalización explícita de la red que dispare
el mecanismo de prevención de
congestión.
Los procedimientos de recuperación se usan para
evitar el colapso de la red cerca de una condición de
congestión severa. Estos procedimientos se inician
típicamente cuando la red ha comenzado a rechazar mensajes
debido a la congestión . Estas tramas rechazadas
serán reportadas por un nivel de software más alto (
Q.922 p.e ) y sirven como mecanismo de señalización
implícito. Estos procedimientos trabajan alrededor del
punto B y bajo condiciones de congestión
severa.
Prevención
de congestión con señalización
explícita.
Para la señalización explícita se
proveen 2 bits en el campo de dirección de cada trama.
Cualquiera de los dos puede ser variado por un manipulador de
tramas que detecte congestión. Si un manipulador de tramas
recibe una trama en la cual uno o ambos de estos bits es "1" no
los debe llevar a "0" antes de retransmitir dicha trama, porque
estos bits implican información de la red al usuario
final.
Los 2 bits son:
- notificación explícita de
congestión atrasada ( BECN ): notifica a usuario que los
procedimientos de prevención de congestión deben
ser iniciados donde sea aplicable en la dirección
opuesta a la de la trama recibida. Esto indica que las tramas
que el usuario transmita sobre esa conexión
lógica van a encontrar recursos
congestionados. - notificación explícita de
congestión atrasada ( FECN ): notifica al usuario que
deben iniciarse donde sea aplicable para el tráfico en
la misma dirección que la trama recibida. Esto indica
que esta trama, en esta conexión lógica,
encontró recursos congestionados.
Cómo son usados estos bits por la red y por el
usuario. Primero para la respuesta de red, es necesario para cada
manipulador de trama monitorear su comportamiento
de colas. Si las longitudes de las colas crecen hasta un nivel
peligroso, entonces se deben activar los bits FECN o BECN o ambos
para tratar de reducir el flujo de tramas a través del
manipulador de tramas. La elección de FECN o BECN debe
estar determinada por si los usuarios finales en una
conexión lógica dada están preparados para
responder a dichos bits. Esto puede ser determinado cuando se
configuran. En cualquier caso el manipulador de tramas tiene
opciones como cuales conexiones lógicas deben ser
alertadas de congestión. Si la congestión se vuelve
muy seria, se debe notificar a todas las conexiones
lógicas del manipulador de tramas. En las etapas tempranas
de la congestión el manipulador de tramas debe notificar a
los usuarios las conexiones que están causando el mayor
tráfico.
En la Recomendación ANSI TI.606 se sugiere un
procedimiento para monitorear las longitudes de las colas. El
manipulador de tramas monitorea la longitud de cada una de sus
colas. Un ciclo comienza cuando un circuito de salida va de un
estado ocioso ( su cola está vacía ) a un estado
ocupado ( tamaño de su cola no nulo incluyendo la trama
actual ). Se calcula el promedio del tamaño actual de la
cola y de la medición anterior, si este promedio excede
cierto valor de umbral, entonces el circuito está en
estado de congestión incipiente y por lo tanto se deben
activar los bits de prevención de congestión en
algunas o todas las conexiones lógicas que usan ese
circuito. El procedimiento del promedio se realiza para evitar
iniciar el procedimiento de prevención de
congestión cuando ocurra un pico súbito de
tráfico.
La respuesta del usuario está determinada por la
recepción de las señales BECN o FECN. El
procedimiento más simple es la respuesta a la señal
BECN.: el usuario reduce la velocidad a la cual está
transmitiendo las tramas hasta que la señal cese. La
respuesta a FECN es más compleja dado que requiere que el
usuario notifique a su igual en esta conexión que se
restrinja el flujo de tramas. Las funciones básicas usadas
en frame relay no soportan esta notificación, esto debe
ser hecho en un nivel superior ( p. e. el nivel de transporte ).
El control de flujo puede ser realizado también por Q.922o
cualquier otro protocolo de control de enlace implementado encima
del subnivel frame relay. Q.922 es especialmente útil dado
que incluye una mejora al LAPD que permite variar el
tamaño de la ventana.
La red Frame Relay garantiza una determinada calidad de
servicio caracterizada por los siguientes parámetros:
caudal de acceso, caudal de información garantizado,
longitud de la ráfaga para el caudal garantizado, longitud
suplementaria de la ráfaga, demoras de tránsito,
etc.
Definiciones.
- Caudal de acceso: velocidad del interfaz
físico de acceso del cliente. El caudal de acceso
determina el volumen
máximo de información que el usuario puede
inyectar a la red por segundo. - Longitud garantizada de la ráfaga de datos
(Bc=Burst Committed): Cantidad máxima de
información que un usuario puede enviar hacia la red
durante un intervalo de tiempo Tc (en bits). - Intervalo de medición del caudal garantizado
(Tc): Intervalo de tiempo durante el cual el usuario
está autorizado a enviar solamente la cantidad de
información garantizada Bc y una cantidad suplementaria
(excedente) Be (en segundos). - Caudal de información garantizado
(CIR=Committed Information Rate): Capacidad máxima de
transferencia de información que la red debe garantizar
en condiciones normales. Se toma como el caudal garantizado
(Bc) durante el intervalo de tiempo Tc ( CIR= Bc / Tc ), en
bits/segundo. - Longitud suplementaria de la ráfaga de datos
(Be=Excess Burst): Cantidad máxima adicional de
información que el usuario puede enviar además de
la longitud garantizada Bc durante un intervalo de tiempo Tc
(en bits).
Todos estos parámetros son fijados para cada
circuito virtual al momento de la subscripción y
permanecen invariables durante el tiempo de la
conexión.
Tomemos por ejemplo si un usuario emite 4 tramas durante
el intervalo de tiempo tc, para este ejemplo el subscriptor no ha
fijado el bit indicador de prioridad DE, por lo que es la red la
que pone DE=1 para las tramas recibidas del intervalo de tiempo
Tc después de exceder la longitud garantizada Bc y hasta
alcanzar el umbral Be, lo que significa que en caso de
congestión de la red, serán estas tramas las
primeras en ser descartadas. Además, la red
descartará todas las tramas para las cuales el
número de bits acumulativo desde el comienzo del intervalo
Tc, sobrepasen la longitud Bc + Be.
En el ejemplo anterior, la red marca
aleatoriamente con DE=1 todas las tramas para las cuales la
longitud acumulativa en bits sobrepase el valor Bc,
independientemente de la prioridad que estas tramas susceptibles
de ser descartadas tengan en la aplicación del abonado.
Así, podría ocurrir una situación, donde la
red marca como descartables (DE=1) tramas de mayor importancia
para el abonado, sin embargo, preserva algunas que son
irrelevantes, ya no existe ninguna manera en que la red pueda
evaluar la importancia de cada trama.
Si, por el contrario, en lugar de dejarlo al arbitrio de
la red, el abonado señaliza correctamente la prioridad de
sus tramas, será él quien designe las tramas menos
importantes, que pueden ser destruidas en caso de ocurrir una
congestión.
Mecanismos de protección contra la
congestión.
Una congestión se produce cuando el
tráfico que arriba a un recurso (conmutador) sobrepasa la
capacidad de la red. También puede sobrevenir por otras
razones, por ejemplo, la rotura de un equipo que pone fuera de
servicio o disminuye la capacidad de una ruta.
El objetivo
esencial de los mecanismos de protección contra la
congestión consiste en mantener, con una probabilidad muy
elevada, la calidad de servicio especificada (caudal útil,
demora de tránsito, pérdida de tramas, etc.) para
cada circuito virtual. Para ello deben:
- Minimizar el número de tramas
rechazadas. - Mantener con una probabilidad elevada y variaciones
mínimas la calidad de servicio garantizada. - Minimizar la posibilidad de que un usuario monopolice
los recursos de la red en detrimento de los otros
abonados. - No generar un tráfico adicional en la
red. - Evitar que la congestión se extienda a los
otros elementos constitutivos de la red.
Mecanismos de
protección en los extremos de
abonado.
En caso de congestión, el usuario debe reducir la
carga que inyecta a la red para evitar que esta se agrave. Con
ese procedimiento. el abonado puede perfectamente aumentar su
caudal efectivo durante el período que dura la
congestión, mientras que con una carga mayor puede
provocar un efecto acumulativo que reduzca aún más
su caudal real.
La regulación de la congestión puede ser
obtenida :
- mediante mecanismos para evitar la congestión
(Rec.I.370 de la UIT) que se utilicen al comienzo de la
congestión para reducir lo más posible su
influencia sobre la red y el usuario. - mediante mecanismos de corrección de la
congestión, a fin de evitar un bloqueo
catastrófico de la red.
El abonado debe detectar, siempre que sea posible, el
comienzo de la congestión aún antes que esta sea
indicada por la red. A esta detección se le llama
implícita. Ciertos eventos pueden
alertar la presencia de una congestión incipiente:
recepción de tramas de rechazo, vencimiento del
temporizador de reconocimiento de tramas, etc. La
utilización de este procedimiento es
facultativa
La notificación explícita es parte del
protocolo de transferencia de datos y se provee mediante el
empleo de los bits BECN y FECN. La capacidad del usuario de
reaccionar ante esta notificación es una facilidad
altamente conveniente.
Una de las aproximaciones más comunes a la
reducción de la carga ofrecida a la red en caso de
detección de implícita de una congestión en
la red es la utilización de un tamaño de ventana
dinámico.
Este mecanismo se activa en la capa 2.2 cuando se
reciben tramas de rechazo (REJ) o en caso de que el temporizador
expire sin haber recibido una confirmación del otro
extremo de que la trama fue correctamente recibida y funciona de
la siguiente manera:
- durante la operación en condiciones normales,
la ventana tiene un tamaño k. Al detectarse alguno de
los eventos ya mencionados, el algoritmo de ventana
dinámica reduce el tamaño de la ventana a un
valor entero, fracción de su valor precedente (eg.
¼ ), teniendo en cuenta que este valor en ningún
caso puede ser inferior a 1. Al reducirse el tamaño de
la ventana, también disminuye el numero de tramas que
pueden enviarse antes de recibir una confirmación del
otro extremo y por consiguiente disminuye el tráfico
ofrecido a la red. - si las tramas que siguen son correctamente
transmitidas, y son objeto de acuse de recibo, el tamaño
de la ventana de emisión puede ser progresivamente
incrementado hasta alcanzar su valor normal.
Un algoritmo de reacción ante la
notificación explícita de una congestión
funciona de la siguiente manera:
- si al recibir una trama con el bit BECN=1, el caudal
generado por el abonado es superior al CIR, este deberá
reducir su caudal hasta el valor garantizado. - si se reciben S o más tramas consecutivas con
el bit BECN=1, el usuario deberá disminuir su caudal al
valor escalón precedente más cercano al caudal
garantizado (0.675) y eventualmente al escalón inferior
(0.5) si las S tramas subsiguiente aún mantuvieran el
bit BECN=1. Finalmente, existe un último escalón
(0.25), que es raramente alcanzado. - tras la recepción de S/2 tramas consecutivas
con el bit BECN=0, el caudal podrá ser aumentado en
0.125 hasta alcanzar su valor normal.
Es recomendable utilizar un mecanismo de arranque
progresivo al iniciar una conexión o tras un largo
período de inactividad a fin de no imponer una sobrecarga
puntual a la red.
Todos los mecanismos de reabsorción de la
congestión tienen como finalidad asegurar el retorno al
estado de funcionamiento normal de la red.
Procedimientos
aplicados por la red.
Para la red se definen tres niveles de
congestión:
- Congestión débil. La red aún es
capaz de garantizar el servicio demandado. Deberá
advertir la presencia de la congestión a los abonados
involucrados mediante el posicionamiento
de los bits BECN y FECN en 1 antes de que resulte necesario
comenzar a destruir tramas.. - La congestión se agrava. La red comienza a
descartar las tramas adicionales emitidas por encima del caudal
garantizado, preferentemente aquellas marcadas con DE=1.
Durante este estado de red moderadamente congestionada, se
continua señalizando a los abonados mediante el empleo
de los bits BECN y FECN. - La congestión continua agravándose
hasta el punto en que la red comienza a descartar aún
las tramas emitidas dentro del CIR o con DE=0, lo que puede
desembocar en la aparición de un estado inactivo para la
conexión virtual (PVC).
Resulta evidente que la red no puede depender
únicamente del comportamiento de los usuarios para
protegerse de la congestión, ella debe, así mismo,
ser capaz de protegerse en situaciones límite de una
congestión catastrófica y el mecanismo que emplea
para ello es la vigilancia estricta del caudal aportado por cada
comunicación y la supresión de tramas en caso de
congestión para aquellos canales virtuales cuyo
tráfico esté por encima del valor del CIR o
aún cuando estén entro de este, sobrepasen la
capacidad disponible en ese momento.
- La multiplexación y conmutación de
conexiones lógicas tiene lugar en la capa 2 en lugar de
la 3 eliminando una capa entera de proceso. - No hay control de flujo ni control de error de salto.
Este control se realiza extremo a extremo es responsabilidad de
una capa más alta, si se emplea. - Tiene la característica de implementar una
multiplexación estadística de muchas
conversaciones lógicas de datos sobre un simple enlace
de transmisión físico. Esto permite un uso
más flexible del ancho de banda disponible. - Acelera el proceso de routing de paquetes a
través de una serie de switches a una
localización remota, eliminando la necesidad de que cada
switch
chequee cada paquete que recibe antes de retransmitirlo al
siguiente switch. Con esto se destaca que el chequeo de errores
y control de flujo solamente se realiza en la estación
destino, no en los nodos intermedios. - Soporta mecanismos de notificación de
congestión muy simples para permitir a una red informar
a un dispositivo de usuario que los errores de la red
están agotados cuando se alcanza el estado de con
gestión. - Proporciona conexiones entre usuarios a través
de una red pública, del mismo modo que lo haría
una red pública con circuitos punto a punto. Es decir
que permite reemplazar las líneas privadas por un solo
enlace de red. - Permite poner en servicio varios circuitos virtuales
sobre una misma interfaz física. - Existe una independencia entre el coste y la
distancia. - Se adapta perfectamente al tráfico en
ráfagas, propio de las aplicaciones cliente/ servidor o de
interconexión de redes locales. - Con la integración de se servicios se puede
gestionar una únicaºred en lugar de varias,
demás el ancho de banda contratado se pone a
disposición en cada momento de quien lo
necesite. - Transporte integrado de distintos protocolos de voz y
datos.
Desventajas
- Dado que Frame Relay está orientado a
conexión, todas las tramas siguen la misma ruta a
través de la red, basadas en un identificador de
conexión. Pero las redes orientadas a conexión
son susceptibles de perderla si el enlace entre el nodo
conmutador de dos redes falla. Aún cuando la red intente
recuperar la conexión, deberá de ser a
través de una ruta diferente, lo que cambia el retraso
extremo a extremo y puede no ser lo suficientemente
rápido como para ser transparente a las
aplicaciones. - Frame Ralay no fue diseñada originalmente para
aplicaciones de tráfico de tasa de bits constante como
voz y video y no
tiene la capacidad de asegurar que las tramas pérdidas
no superen un umbral. - No puede sincronizar relojes entre la
aplicación trasmisora y la receptora para aplicaciones
en tiempo real. - Pérdida de la calidad de l sonido como
resultado de la compresión de la voz.
- Wandemberg Usbeck Carlos "Introducción a Frame Relay". Sunrise
Telecom. Complementos Electrónicos S.A. Ecuador.
Noviembre, 1998. - Salvucci Gustavo. "Voz sobre Frame Relay".
Arquitectura de Redes. 2003. - URL:
http://www.cinsulintel.es/Html/Tutoriales/Artículos/tutorial_fr.html - URL:
http://www.cinsulintel.es/Html/Tutoriales/Artículos/frame_relya.html - URL:
https://www.monografías.com/trabajos12/framerelay/framerelay.html - URL:
http://www.sunrisetelecom.com/espanol/frame_relay.pdf - URL: http://www.ibw.com.ni/~alanb/frame_relay/
- URL: http://www.telefonicapr.com/prtc/portal/channel2/0,1045,2108_224293,00.html
Autor:
Marcos Díaz Bastida
Alumno de la maestría de Computación Aplicada