FRAME RELAY
O Frame Relay é uma eficiente tecnologia de comunicação de dados usada para transmitir de maneira rápida e barata a informação digital através de uma rede de dados, dividindo essas informações em frames (quadros) a um ou muitos destinos de um ou muitos end-points. Em 2006, a internet baseada em ATM e IP nativo começam, lentamente, a impelir o desuso do frame relay. Também o advento do VPN e de outros serviços de acesso dedicados como o Cable Modem e o DSL, aceleram a tendência de substituição do Frame Relay. Há, entretanto, muitas áreas rurais onde o DSL e o serviço de Cable Modem não estão disponíveis e a modalidade de comunicação de dados mais econômica muitas vezes é uma linha Frame Relay. Assim, uma rede de lojas de varejo, por exemplo, pode usar Frame Relay para conectar lojas rurais ou interioranas em sua WAN corporativa. (provavelmente com a adoção de uma VPN para segurança).
O Frame Relay é uma técnica de comutação de quadros efetuada de maneira confiável, considerando as seguintes características: Redes locais com um serviço orientado a conexão, operando no nivel 2 do modelo OSI, com baixo retardo e com controle de erro nos nós.
No fim da década de 80 e início da década de 90, vários fatores combinados demandaram a transmissão de dados com velocidades mais altas como:
- a migração das interfaces de texto para interfaces gráficas.
- O aumento do tráfego do tipo rajada (burst) nas aplicações de dados.
- O aumento da capacidade de processamento dos equipamentos de usuário.
- A popularização das redes locais e das aplicações cliente / servidor.
- A disponibilidade de redes digitais de transmissão.
Os projetistas do Frame Relay visaram um serviço de telecomunicação para a transmissão de dados de alto custo-benefício para tráfego do tipo rajada (burst) nas aplicações de dados entre redes locais (LANs) e entre end-points de uma WAN, a fim de atender a estes requisitos.
COMO FUNCIONA?
É instalado o circuito de acesso na matriz e a partir daí é realizado a interconexão das filiais, criando assim uma Rede Corporativa, com topologia em Estrela.
O Frame Relay é baseado nos Circuitos Virtuais Permanentes (CVP), onde é configurada a rota (ponta A e ponta B), velocidade e garantia de banda. A garantia de banda é obtida através do CIR (Commited Information Rate) e ainda possibilita a transmissão acima da velocidade contratada através de um outro parâmetro de configuração do CVP que é o EIR (Excess Information Rate).
O Frame Relay é baseada no uso de Circuitos Virtuais (VC’s). Um Circuito Virtual é um circuito de dados virtual bidirecional entre 2 portas quaisquer da rede, que funciona como se fosse um circuito dedicado. Existem 2 tipos de Circuitos Virtuais: O Permanente: Permanent Virtual Circuit (PVC) e o Comutado Switched Virtual Circuit (SVC).
O PVC é um circuito virtual permanente configurado pelo operador na rede através de um sistema de Gerência de Rede, como sendo uma conexão permanente entre 2 pontos. A rota através dos equipamentos de rede pode ser alterada ao passo que ocorrem falhas ou reconfigurações, mas as portas de cada extremidade são mantidas fixas. Já o SVC é um circuito virtual comutado, que é disponibilizado na rede de forma automática,conforme a demanda, sendo utilizado principalmente por aplicações de Voz que estabelecem novas conexões a cada chamada.
O Frame Relay também possibilita a utilização de múltiplos canais lógicos em uma mesma linha de acesso, o que torna o mesmo ponto-multiponto. Isto significa que podemos, utilizando uma única linha dados em um ponto de concentração (CPD, por exemplo), acessar diversos pontos remotos. Cada ponto remoto é acessado através de um endereço lógico diferente, chamado DLCI (Data Link Communication Identifier).
Outra característica interessante do Frame Relay é o CIR (Commited Information Rate). O Frame Relay é um protocolo de redes estatístico, voltado principalmente para o tráfego tipo rajada, em que a sua infraestrutura é compartilhada pela operadora de telefonia e, conseqüentemente, tem um custo mais acessível do que uma linha privada. Isto significa que quando um usuário de serviços de telecomunicações contrata uma linha Frame Relay com 128 Kb/s, não quer dizer que ele tenha alocado na rede da operadora esta banda todo o tempo, pois, já que a infra-estrutura é compartilhada, haverá momentos em que ocorrerá congestionamentos.
No ato da assinatura do contrato com a operadora, o usuário escolhe uma taxa de garantia de banda (CIR), que pode ser de 25%, 75%, em relação a velocidade de acesso que o usuário escolher, e no momento do congestionamento, a operadora garante que terá disponível a banda correspondente ao CIR. Por exemplo, se um usuário tem um Frame Relay de 128 KB/s com um CIR de 50%, caso a rede não esteja congestionada o mesmo poderá realizar uma rajada de tráfego a até 128 KB/s. Porém, caso haja congestionamento, esta banda vai sendo automaticamente reduzida até o valor de CIR, podendo este usuário no pior caso trafegar a 64 KB/s, que corresponde a 50% de 128 KB/s. Quando maior o CIR, maior o custo da linha.
TOPOLOGIA FRAME RELAY
Quais são as suas características?
–Não aloca banda dos circuitos até que os dados sejam realmente enviados pelo meio físico.
–Se houver algum erro num quadro recebido, então o quadro é descartado.
–Não tenta retransmitir informações.
–Não tenta corrigir erros.
–Não perde tempo na entrega dos quadros.
-Permite o transporte de Dados, Voz, Internet* e TEF*.
-Utiliza o protocolo Frame Relay na transmissão.
-Possui garantia de banda através do CIR (Committed Information Rate)
-Sua velocidade máxima de transmissão é 2 Mbps.
-A sua topologia é em estrela.
-Abrangência Local ou interurbana.
-A transmissão é feita através de circuitos virtuais permanentes (CVPs), que possibilitam o tráfego de informações em velocidades iguais ou diferentes nos dois sentidos da transmissão.
COMPONENTES DE UMA REDE FRAME RELAY
Uma rede Frame Relay é composta por:
- Equipamentos de usuários: (PCs, estações de trabalho, servidores, computadores de grande porte, etc.) e suas respectivas aplicações;
- Equipamentos de acesso com interface Frame Relay: (bridges, roteadores de acesso, dispositivos de acesso Frame Relay – FRAD, etc.);
- Equipamentos de rede: (switches, roteadores de rede, equipamentos de transmissão com canais E1 ou ISDN, etc.).
A conversão dos dados para o protocolo Frame Relay é feita pelos equipamentos de acesso. Os frames gerados são enviados aos equipamentos de rede, cuja função é basicamente transportar esse frames até o seu destino, usando os procedimentos de chaveamento ou roteamento próprios do protocolo.
* Os acessos à Internet e a Transferência Eletrônica de Fundos (TEF) é realizada a partir da matriz, através da contratação de links extras para cada serviço.
DLCI
DLCI: Data Link Connection Identifier, possui 10 bits. O DLCI indica a porta em que a rede de destino está conectada.
Normalmente o termo “porta” refere-se a porta física de um roteador. Todavia, as redes frame-relay podem ser implementadas também em switches.
O DLCI desempenha o mesmo papel que os endereços MAC desempenham nas frames Ethernet mas em WAN’s.
Quando um frame é transmitido da interface sérial do roteador, é adicionada informação DLCI no cabeçalho do frame, com a informação de endereçamento onde indicará o PVC e qual é o CIR utilizado.
Endereçamento Frame Relay
CONTROLE DE CONGESTIONAMENTO
O congestionamento numa rede Frame Relay pode acontecer por duas razões:
1.Receiver Congestion:
- Um nó recebe mais quadros do que pode processar.
2.Line Congestion:
- Um nó precisa enviar mais quadros para uma dada linha numa velocidade superior ao que a linha permite.
- Em ambos os casos os nós descartam os quadros por “estouro de buffer”.
CONTROLE DE CONGESTIONAMENTO
A sinalização no Frame Relay define três mecanismos principais:
1.Mecanismos de controle de congestionamento.
2.Controle de estado dos circuitos permanentes (PVC).
3.Sinalização para criação de circuitos comutados (SVC).
Implementação opcional no Frame-Relay
Quando houver a necessidade de um controle efetivo para o congestionamento, temos que lembrar sempre do seguinte:
1.Quando ocorrer o descarte de quadros, devido ao congestionamento, os computadores poderão retransmitir os dados perdidos.
2.A retransmissão aumentará o congestionamento da rede.
3.A rede entra num estado de redução de “througput real”, pois parte significativa do tráfego que circula na rede é retransmissão.
CONTROLE DE CONGESTIONAMENTO
A) Fase em que deve ser iniciado o controle de congestionamento
B) Nesta fase a rede não pode mais garantir a banda dos circuitos virtuais.
Mecanismos associados ao controle de congestionamento:
–Explicit Congestion Notification – ECN
–Implicit Congestion Notification – ICN
–Discard Eligibility – DE
Para isso ele utiliza os seguintes bits para informar em qual sentido está ocorrendo o congestionamento:
–FECN (forward explicit congestion notification)
–BECN (backware explicit congestion notification)
Suponha que o nó B está entrando em congestionamento:
1.O nó B determina que está entrando em congestionamento
- seu buffer está ficando cheio.
2.O nó B informa ao nó C que está entrando em congestionamento
- setando o bit FECN dos quadros que são enviados na direção de C.
3.O nó B informa ao nó A que está entrando em congestionamento
- setando o bit BECN dos quadros que são enviados na direção de A.
–O bits FECN e BECN são setados nos quadros de todas as DLCI’s que estão passando pelo nó saturado.
Ao receber as mensagens FECN e BECN:
–Todos os dispositivos de rede deverão reduzir a geração de informações para evitar o congestionamento.
–Os equipamentos terminais deverão reduzir a geração de tráfego para evitar congestionamento na rede local.
Os equipamentos terminais que não falam FR, eles irão reduzir o tráfego por um controle de congestionamento implícito, implementado por protocolos de alto nível, como o TCP.
Implicit Congestion Notification
No TCP os computadores podem transmitir apenas uma quantidade limitada de dados sem receber confirmação. Quando a confirmação não é recebida, o emissor assume que o buffer do receptor está cheio e reduz a velocidade de transmissão.
FRAME RELAY
Frame Relay foi desenvolvida para solucionar problemas de comunicação, que outros protocolos não resolveram, com eficiência das larguras de banda amplas para tráfego por picos (“explosivos”), com processamento de protocolo mais baixo e velocidade mais altas. Opera com o conceito de garantia de banda (CIR) e com links de no máximo de 2 Mbit/s.
Foi desenvolvido para realizar a interligação de filiais no conceito de matriz/filial (árvore) é baseada no uso de Circuitos Virtuais (VC’s). Um VC é um circuito de dados virtual bidirecional configurado entre 2 portas quaisquer da rede, que funciona como um circuito dedicado. Existem 2 tipos de VC’s, conforme descrito a seguir:
Permanent Virtual Circuit (PVC)
O PVC foi primeiro tipo de circuito virtual padronizado para o Frame Relay a ser implementado. Ele é configurado pelo operador na rede através do sistema de Gerência de Rede, como sendo uma conexão permanente entre 2 pontos. Seu encaminhamento através dos equipamentos da rede pode ser alterado ao longo do tempo devido à falhas ou reconfigurações de rotas, porém as portas de cada extremidade são mantidas fixas e de acordo com a configuração inicial.
A configuração dos PVC’s requer um planejamento criterioso para levar em consideração o padrão de tráfego da rede e o uso da banda disponível. Sua utilização é destinada a aplicações permanente e de longo prazo e são uma alternativa aos circuitos dedicados dos sistemas TDM com boa relação custo / benefício.
Switched Virtual Circuit (SVC)
O SVC também foi padronizado para o Frame Relay desde o princípio, mas só foi implementado mais recentemente, quando surgiram novas demandas de mercado. Ele é disponibilizado na rede de forma automática, sem intervenção do operador, como um circuito virtual sob demanda, para atender, entre outras, as aplicações de Voz que estabelecem novas conexões a cada chamada. O estabelecimento de uma chamada usando o protocolo de sinalização do SVC (ITU-T Q.933) é comparável ao uso normal de telefone, onde a aplicação de usuário especifica um número de destinatário para completar a chamada, e o SVC é estabelecido entre as portas de origem e destino.
O estabelecimento de SVC’s na rede é mais complexo que os PVC’s, embora seja transparente para o usuário final. A conexões devem ser estabelecidas de forma dinâmica na rede, atendendo as solicitações de destino e banda das diversas aplicações de usuários, e devem ser acompanhadas e cobradas de acordo com o serviço fornecido.
Enquanto o PVC oferece o ganho relativo ao uso estatístico de banda do Frame Relay, o SVC propicia a conectividade entre quaisquer pontos de origem e destino, o que resulta em flexibilidade e economia para o projeto da rede.
CIR
Para determinar quais quadros devem ser descartados utiliza-se o CIR (Committed Information Rate).
–O CIR é a informação da capacidade média do circuito virtual em bits por segundo.
–A média é calculada num intervalo mínimo.
Quando um usuário contrata um canal junto a uma operadora, ela configura um CIR de acordo com a sua aplicação.
No cabeçalho dos quadros frame relay existe um bit denominado Discard Eligibility (DE). Os quadros com DE=1 serão os primeiros a serem descartados em caso de congestionamento.
Discard Eligibility
Quando a taxa de bits transmitida por uma rede superar o seu CIR contratado, o próprio roteador da rede do usuário ou o switch da rede frame relay devem setar DE=1.
- Os quadros com DE = 1 são os primeiros a serem descartados.
- Se o descarte dos quadros com DE=1 não for suficiente, os quadros com DE=0 são descartados indiscriminadamente.
Na configuração de um acesso Frame Relay há dois parâmetros que devem ser considerados na configuração do Circuito Virtual Permanente (CVP): O primeiro é o CIR (Committed Information Rate), que é o volume mínimo de informação que a rede se compromete a transmitir (que corresponde ao tráfego normal ou médio da rede).
O segundo parâmetro é o EIR (Informantion Rate), que é a quantidade de informação que excede o CIR contratado e que a rede é capaz de transmitir, e que depende diretamente da ocupação estatística dos canais virtuais que compartilham o meio.
Freqüentemente, no dia-a-dia de uma grande operadora, situações de dimensionamento inadequado destes parâmetros são confundidas com desempenho ruim da rede. Os tempos de latência serão diretamente influenciados pelo dimensionamento do CIR e EIR.
As Redes Frame Relay podem ainda serem configuradas com garantia de banda de 100% através do PIR (Peak Information Rate), onde o CIR possui o mesmo tamanho do EIR. Geralmente essa configuração é utilizada pelas operadoras para entregar acessos de Redes com IP Dedicado, através da tecnologia Frame Relay.
CIR: Committed Information Rate – É a largura de banda garantida dentro da Rede Frame Relay da Operadora.
EIR: Excess Information Rate – É a largura de banda excedente que podem ser transmitidas além do valor do CIR contratado, quando a Rede Frame Relay da operadora não estiver congestionada. O seu valor geralmente é igual ao CIR.
TOPOLOGIA CLÁSSICA
Fluxo das informações
O fluxo básico das informações em uma rede Frame Relay é descrito a seguir:
1.As informações são enviadas através da rede Frame Relay a partir do roteador da ponta “B” que estará usando o endereço DLCI, que especifica o destinatário do frame.
2.Os pacotes são encaminhados através dos Circuito Virtual Permanente configurado previamente no roteador, através do DLCI. Se a rede tiver algum problema ao processar o frame devido à falhas ou ao congestionamento nas linhas de dados, os frames são simplesmente descartados. A rede Frame Relay não executa a correção de erros, pois ela considera que o protocolo da aplicação de usuário executa a recuperação de falhas através da solicitação de retransmissão dos frames perdidos. A recuperação de falhas executada pelo protocolo da aplicação, embora confiável, apresenta como resultado o aumento do atraso (delay), do processamento de frames e do uso de banda, o que torna imprescindível que a rede minimize o descarte de frames. A rede Frame Relay requer circuitos da rede de transmissão com baixas taxas de erros e falhas para apresentar boa eficiência. Em redes de transmissão de boa qualidade, o congestionamento é de longe a causa mais freqüente de descarte de frames, demandando da rede Frame Relay a habilidade de evitar e reagir rapidamente ao congestionamento como forma de determinar a sua eficiência.
3.Os pacotes são entregues no endereço de destino (matriz Porto Alegre), através de um circuito de acesso (link), que conecta este endereço ao ponto de presença (POP) mais próximo da operadora. Observe que neste trecho não é necessária a definição de CIR, pois ele só se faz necessário dentro da nuvem Frame Relay.
Dimensionamento Frame Relay
Critérios para dimensionamento da Rede Frame Relay
Pontos remotos:
A velocidade do CIR é determinada de acordo com o perfil de tráfego das estações (PDV, leve,médio e pesado).
O valor do circuito de acesso poderá ser o dobro do CIR.
Ponto concentrador:
A velocidade do circuito de acesso deve ser definida de acordo com o somatório dos CIR, podendo ser igual ou superior a 1,5 vezes.
Quais são as suas aplicações?
– Interligação de Redes Locais:
A interligação das redes LAN de vários escritórios compondo uma rede WAN, é uma aplicação típica para o uso da tecnologia Frame Relay. O tráfego usual das redes de dados é normalmente de 2 tipos: interativo (comando – resposta), ou seja, solicitação de usuários e aplicações clientes e respostas de aplicações servidoras, e por rajadas (bursty), quando grandes quantidades de dados são transferidas de forma não contínua. É bem apropriado para empresas que precisam Interligar mais de 3 filiais.
– Interligação de Redes Locais com Redes SNA (mainframe IBM).
A tecnologia Frame Relay possui facilidades de encapsulamento de múltiplos protocolos. O protocolo da tecnologia SNA pode ser utilizado sobre o Frame Relay para interligar computadores de grande porte com escritórios, agências bancárias e outras aplicações onde o acesso a esses computadores de missão crítica se faz de forma remota.
O tempo de latência (delay), as taxas de transferência de dados, a disponibilidade e o gerenciamento de rede oferecidos pelo Frame Relay, torna esse tipo de aplicação de missão crítica viável e com custos aceitáveis.
Estas funcionalidades permitem aos roteadores e dispositivos de acesso Frame Relay (FRAD), que fornecem a conectividade de rede, suportarem o tráfego de sistemas SNA, sensíveis a atrasos (delays), e de redes LAN simultaneamente com o desempenho adequado.
Ainda nesse mesmo ambiente, os equipamentos Frame Relay possuem interfaces prontas para o protocolo SDLC, e para sistemas BSC.
– Interligação de redes VoIP com vários pontos com interesse de tráfego interurbano.
– Empresas que precisam fazer uma integração das Redes ATM, Internet e TEF em ambientes corporativos.
LMI: Local Management Interface
–O mecanismo de monitoramento do estado das conexões (Status of Connection) PVC e SVC é opcional.
Define como os dois lados de uma interface frame relay podem se comunicar sobre o estado dos circuitos virtuais na interface.
–UNI: User Network Interface
- Exemplo: roteador do usuário e a rede do provedor.
–NNI: Network Network Interface
- Exemplo: dois switches da rede do provedor.
A informação de status é passada através de quadros especiais de gerenciamento, que utilizam endereços DLCI reservados.
Essas quadros transportam as seguintes informações:
–Se a interface está ativa (através de sinais “heartbeat”).
–Os DLCI válidos na interface.
–O status de cada circuito virtual (se ele está congestionado ou não).
- Roteador do Usuário:
–Status Request
- Rede Frame-Relay:
–Status (Respota) ou Status Update (Não Solicitada).
O mecanismo de controle de status é definido através de um protocolo padronizado, chamado genericamente de LMI. Existem três versões do protocolo:
–LMI
- Frame Relay Forum Implementation Agreement (IA)
- Definida antes da criação de padrões oficiais.
–Annex D
- ANSI T1.617
- Suportada pela maioria dos fabricantes
–Annex A
- ITU Q.933 referenciado em FRF.1.1
- Mandatória
VERSÕES DE LMI
- LMI
–Funciona apenas para UNI
–Mensagens Unidirecionais:
- Apenas o equipamento do usuário pode interrogar a rede.
–Usa DLCI 1023
- Annex D
–Funciona para UNI e NNI
–Mensagens bidirecionais.
–Usa DLCI 0
- Annex A
–Funciona para UNI e NNI
–Mensagens bidirecionais
–Usa DLCI 0