Retardo de fotograma

Una red básica de relé de marco

Frame Relay es una tecnología de red de área amplia (WAN) estandarizada que especifica las capas física y de enlace de datos de los canales de telecomunicaciones digitales mediante una metodología de conmutación de paquetes. Diseñado originalmente para el transporte a través de la infraestructura de la red digital de servicios integrados (ISDN), puede usarse hoy en día en el contexto de muchas otras interfaces de red.

Los proveedores de redes suelen implementar Frame Relay para voz (VoFR) y datos como una técnica de encapsulación utilizada entre redes de área local (LAN) a través de una WAN. Cada usuario final obtiene una línea privada (o línea alquilada) a un nodo Frame Relay. La red Frame Relay maneja la transmisión a través de una ruta que cambia con frecuencia y que es transparente para todos los protocolos WAN ampliamente utilizados por el usuario final. Es menos costoso que las líneas arrendadas y esa es una de las razones de su popularidad. La extrema simplicidad de configurar el equipo del usuario en una red Frame Relay ofrece otra razón para la popularidad de Frame Relay.

Con la llegada de Ethernet sobre fibra óptica, MPLS, VPN y servicios de banda ancha dedicados como módem por cable y DSL, Frame Relay se ha vuelto menos popular en los últimos años.

Descripción técnica

Los diseñadores de Frame Relay tenían como objetivo proporcionar un servicio de telecomunicaciones para la transmisión de datos rentable para el tráfico intermitente entre redes de área local (LAN) y entre puntos finales en una red de área amplia (WAN). Frame Relay coloca los datos en unidades de tamaño variable denominadas "fotogramas" y deja cualquier corrección de errores necesaria (como la retransmisión de datos) hasta los puntos finales. Esto acelera la transmisión general de datos. Para la mayoría de los servicios, la red proporciona un circuito virtual permanente (PVC), lo que significa que el cliente ve una conexión continua y dedicada sin tener que pagar por una línea arrendada de tiempo completo, mientras que el proveedor del servicio determina la ruta que recorre cada trama. a su destino y puede cobrar según el uso.

Una empresa puede seleccionar un nivel de calidad de servicio, priorizando algunos marcos y restando importancia a otros. Frame Relay puede ejecutarse en portadoras de sistema T-1 fraccionario o T-carrier completo (fuera de las Américas, E1 o E-carrier completo). Frame Relay complementa y brinda un servicio de rango medio entre ISDN de velocidad básica, que ofrece un ancho de banda de 128 kbit/s, y el modo de transferencia asíncrono (ATM), que opera de manera algo similar a Frame Relay pero a velocidades de 155.520 Mbit/s a 622.080 Mbit/s.

Frame Relay tiene su base técnica en la antigua tecnología de conmutación de paquetes X.25, diseñada para transmitir datos en líneas de voz analógicas. A diferencia de X.25, cuyos diseñadores esperaban señales analógicas con una probabilidad relativamente alta de errores de transmisión, Frame Relay es una tecnología de conmutación de paquetes rápida que opera a través de enlaces con una probabilidad baja de errores de transmisión (generalmente prácticamente sin pérdidas como PDH), lo que significa que el protocolo no intenta corregir errores. Cuando una red Frame Relay detecta un error en una trama, simplemente descarta esa trama. Los puntos finales tienen la responsabilidad de detectar y retransmitir fotogramas perdidos. (Sin embargo, las redes digitales ofrecen una incidencia de error extraordinariamente pequeña en relación con la de las redes analógicas).

Frame Relay a menudo sirve para conectar redes de área local (LAN) con las principales redes troncales, así como en redes públicas de área amplia (WAN) y también en entornos de redes privadas con líneas alquiladas sobre líneas T-1. Requiere una conexión dedicada durante el período de transmisión. Frame Relay no proporciona un camino ideal para la transmisión de voz o video, los cuales requieren un flujo constante de transmisiones. Sin embargo, bajo ciertas circunstancias, la transmisión de voz y video usa Frame Relay.

Frame Relay se originó como una extensión de la red digital de servicios integrados (RDSI). Sus diseñadores tenían como objetivo permitir que una red de conmutación de paquetes se transportara a través de tecnología de conmutación de circuitos. La tecnología se ha convertido en un medio independiente y rentable para crear una WAN.

Los conmutadores Frame Relay crean circuitos virtuales para conectar LAN remotas a una WAN. La red Frame Relay existe entre un dispositivo de borde LAN, generalmente un enrutador, y el conmutador del operador. La tecnología utilizada por el operador para transportar datos entre los conmutadores es variable y puede diferir entre los operadores (es decir, para funcionar, una implementación práctica de Frame Relay no necesita depender únicamente de su propio mecanismo de transporte).

La sofisticación de la tecnología requiere una comprensión profunda de los términos utilizados para describir cómo funciona Frame Relay. Sin una comprensión sólida de Frame Relay, es difícil solucionar problemas de rendimiento.

La estructura de trama Frame-Relay esencialmente refleja casi exactamente la definida para LAP-D. El análisis de tráfico puede distinguir el formato Frame Relay del LAP-D por la falta de un campo de control.

Unidad de datos de protocolo

Cada unidad de datos del protocolo Frame Relay (PDU) consta de los siguientes campos:

1. Bandera de campo. La bandera se utiliza para realizar la sincronización de enlaces de datos de alto nivel que indica el comienzo y final del marco con el patrón único 01111110. Para asegurar que el patrón 01111110 no aparezca en algún lugar dentro del marco, se utilizan procedimientos de relleno de bits y desconexión.
2. Address Field. Cada campo de dirección puede ocupar octet 2 a 3, octet 2 a 4, o octet 2 a 5, dependiendo del rango de la dirección en uso. Un campo de dirección de dos puntos comprende los TBI de EA=ADDRESS y el TBI C/R=COMMAND/RESPONSE.
   

   Campo de dirección (2 octets)
   1. DLCI- Enlace de datos Identificador Bits. El DLCI sirve para identificar la conexión virtual para que el extremo receptor sepa a qué conexión de información pertenece un marco. Tenga en cuenta que este DLCI tiene sólo significado local. Un solo canal físico puede multiplexar varias conexiones virtuales diferentes.
   2. FECN, BECN, DE bits. Estos bits reportan congestión:
      • FECN= bit de notificación de congestión de explícito
      • BECN= bit de notificación de la congestión de explícito
      • DE=Descartar Eligibilidad bit
3. Información sobre el terreno. Un parámetro sistema define el número máximo de bytes de datos que un host puede empaquetar en un marco. Los anfitriones pueden negociar la longitud máxima real del marco al tiempo de configuración de llamadas. El estándar especifica el tamaño máximo del campo de información (apoyo por cualquier red) como mínimo 262 octets. Dado que los protocolos de extremo a extremo suelen funcionar sobre la base de unidades de información más grandes, Frame Relay recomienda que la red apoye el valor máximo de al menos 1600 octets para evitar la necesidad de segmentación y reagrupamiento de usuarios finales.
4. Secuencia de verificación del marco (FCS) Field. Puesto que no se puede ignorar completamente la tasa de error del medio, cada nodo de conmutación necesita implementar la detección de errores para evitar la pérdida de ancho de banda debido a la transmisión de la errmarcos de Ed. El mecanismo de detección de errores utilizado en Frame Relay utiliza el control de redundancia cíclica (CRC) como base.

Control de congestión

La red Frame Relay utiliza un protocolo simplificado en cada nodo de conmutación. Logra simplicidad al omitir el control de flujo enlace por enlace. Como resultado, la carga ofrecida ha determinado en gran medida el rendimiento de las redes Frame Relay. Cuando la carga ofrecida es alta, debido a las ráfagas en algunos servicios, la sobrecarga temporal en algunos nodos de Frame Relay provoca un colapso en el rendimiento de la red. Por lo tanto, las redes Frame Relay requieren algunos mecanismos efectivos para controlar la congestión.

El control de congestión en las redes Frame Relay incluye los siguientes elementos:

1. Control de Admisión. Esto proporciona el mecanismo principal utilizado en Frame Relay para garantizar la garantía de los recursos necesarios una vez aceptados. También sirve generalmente para lograr un alto rendimiento de la red. La red decide si aceptar una nueva solicitud de conexión, basada en la relación del descriptor de tráfico solicitado y la capacidad residual de la red. El descriptor de tráfico consiste en un conjunto de parámetros comunicados a los nodos de conmutación en tiempo de instalación de llamadas o en tiempo de suscripción de servicio, y que caracteriza las propiedades estadísticas de la conexión. El descriptor de tráfico consta de tres elementos:
2. Tasa de información comprometida (CIR). La tasa media (en bit/s) a la que la red garantiza la transferencia de unidades de información a través de un intervalo de medición T. Este intervalo T se define como: T = Bc/CIR.
3. Tamaño de Burst comprometido (BC). El número máximo de unidades de información transmisibles durante el intervalo T.
4. Exceso Burst Size (BE). El número máximo de unidades de información no comprometidas (en bits) que la red intentará llevar durante el intervalo.

Una vez que la red ha establecido una conexión, el nodo de borde de la red Frame Relay debe monitorear el flujo de tráfico de la conexión para garantizar que el uso real de los recursos de la red no exceda esta especificación. Frame Relay define algunas restricciones en la tasa de información del usuario. Permite que la red haga cumplir la tasa de información del usuario final y descarte información cuando se excede la tasa de acceso suscrita.

Se propone la notificación de congestión explícita como política para evitar la congestión. Intenta mantener la red operando en su punto de equilibrio deseado para que se pueda lograr una determinada calidad de servicio (QoS) para la red. Para ello, se han incorporado bits especiales de control de congestión en el campo de dirección del Frame Relay: FECN y BECN. La idea básica es evitar la acumulación de datos dentro de la red.

FECN significa reenviar notificación de congestión explícita. El bit FECN se puede establecer en 1 para indicar que se experimentó congestión en la dirección de transmisión de la trama, por lo que informa al destino que se ha producido congestión. BECN significa notificación de congestión explícita al revés. El bit BECN se puede establecer en 1 para indicar que se experimentó congestión en la red en la dirección opuesta a la transmisión de la trama, por lo que informa al remitente que se ha producido una congestión.

Origen

Frame Relay comenzó como una versión simplificada del protocolo X.25, liberándose de la carga de corrección de errores más comúnmente asociada con X.25. Cuando Frame Relay detecta un error, simplemente descarta el paquete infractor. Frame Relay utiliza el concepto de acceso compartido y se basa en una técnica conocida como "mejor esfuerzo", en la que la corrección de errores prácticamente no existe y prácticamente no se garantiza la entrega de datos fiables. Frame Relay proporciona una encapsulación estándar de la industria, utilizando las fortalezas de la tecnología de conmutación de paquetes de alta velocidad capaz de dar servicio a múltiples circuitos virtuales y protocolos entre dispositivos conectados, como dos enrutadores.
Aunque Frame Relay se hizo muy popular en América del Norte, nunca fue muy popular en Europa. X.25 siguió siendo el estándar principal hasta que la amplia disponibilidad de IP hizo que la conmutación de paquetes quedara casi obsoleta. A veces se usaba como columna vertebral para otros servicios, como X.25 o tráfico IP. Mientras que Frame Relay se usaba en los EE. UU. también como operador para el tráfico TCP/IP, en Europa las redes troncales para redes IP a menudo usaban ATM o PoS, luego reemplazadas por Carrier Ethernet

Relación con X.25

X.25 fue uno de los primeros protocolos WAN importantes y, a menudo, se considera que es el abuelo de Frame Relay, ya que Frame Relay todavía usa muchos de los protocolos y funciones subyacentes de X.25 (con actualizaciones).

X.25 brinda calidad de servicio y entrega sin errores, mientras que Frame Relay se diseñó para transmitir datos lo más rápido posible a través de redes con pocos errores. Frame Relay elimina una serie de procedimientos y campos de alto nivel utilizados en X.25. Frame Relay fue diseñado para usarse en enlaces con tasas de error mucho más bajas que las disponibles cuando se diseñó X.25.

X.25 prepara y envía paquetes, mientras que Frame Relay prepara y envía tramas. Los paquetes X.25 contienen varios campos utilizados para la verificación de errores y el control de flujo, la mayoría de los cuales no son utilizados por Frame Relay. Las tramas en Frame Relay contienen un campo de dirección de capa de enlace ampliado que permite a los nodos de Frame Relay dirigir las tramas a sus destinos con un procesamiento mínimo. La eliminación de funciones y campos sobre X.25 permite que Frame Relay mueva datos más rápidamente, pero deja más espacio para errores y mayores demoras en caso de que sea necesario retransmitir los datos.

Las redes de conmutación de paquetes X.25 suelen asignar un ancho de banda fijo a través de la red para cada acceso X.25, independientemente de la carga actual. Este enfoque de asignación de recursos, si bien es apto para aplicaciones que requieren calidad de servicio garantizada, es ineficiente para aplicaciones que son altamente dinámicas en sus características de carga o que se beneficiarían de una asignación de recursos más dinámica. Las redes Frame Relay pueden asignar dinámicamente ancho de banda tanto a nivel de canal físico como lógico.

Circuitos virtuales

Como protocolo WAN, Frame Relay se implementa más comúnmente en la capa 2 (capa de enlace de datos) del modelo de siete capas de interconexión de sistemas abiertos (OSI). Existen dos tipos de circuitos: circuitos virtuales permanentes (PVC), que se utilizan para formar enlaces lógicos de extremo a extremo mapeados en una red física, y circuitos virtuales conmutados (SVC). Estos últimos son análogos a los conceptos de conmutación de circuitos de la red telefónica pública conmutada (PSTN), la red telefónica global.

Interfaz de administración local

Las propuestas iniciales para Frame Relay se presentaron al Comité Consultivo de Teléfonos y Telégrafos Internacionales (CCITT) en 1984. La falta de interoperabilidad y estandarización impidió cualquier implementación significativa de Frame Relay hasta 1990, cuando Cisco, Digital Equipment Corporation (DEC), Northern Telecom y StrataCom formaron un consorcio para centrarse en su desarrollo. Produjeron un protocolo que proporcionaba capacidades adicionales para entornos complejos de interconexión de redes. Estas extensiones de Frame Relay se denominan interfaz de administración local (LMI).

Los identificadores de conexión de enlace de datos (DLCI) son números que se refieren a rutas a través de la red Frame Relay. Solo son significativos localmente, lo que significa que cuando el dispositivo A envía datos al dispositivo B, lo más probable es que use un DLCI diferente al que usaría el dispositivo B para responder. Múltiples circuitos virtuales pueden estar activos en los mismos puntos finales físicos (realizados mediante el uso de subinterfaces).

La extensión de direccionamiento global de LMI otorga a los valores del identificador de conexión de enlace de datos (DLCI) de Frame Relay un significado global en lugar de local. Los valores de DLCI se convierten en direcciones DTE que son únicas en la WAN de Frame Relay. La extensión de direccionamiento global agrega funcionalidad y capacidad de administración a las interredes de Frame Relay. Las interfaces de red individuales y los nodos finales adjuntos a ellas, por ejemplo, pueden identificarse utilizando técnicas estándar de detección y resolución de direcciones. Además, toda la red Frame Relay parece ser una LAN típica para los enrutadores en su periferia.

Los mensajes de estado del circuito virtual LMI proporcionan comunicación y sincronización entre los dispositivos Frame Relay DTE y DCE. Estos mensajes se utilizan para informar periódicamente sobre el estado de los PVC, lo que evita que los datos se envíen a agujeros negros (es decir, a través de PVC que ya no existen).

La extensión de multidifusión LMI permite asignar grupos de multidifusión. La multidifusión ahorra ancho de banda al permitir que las actualizaciones de enrutamiento y los mensajes de resolución de direcciones se envíen solo a grupos específicos de enrutadores. La extensión también transmite informes sobre el estado de los grupos de multidifusión en mensajes de actualización.

Tasa de información comprometida

Las conexiones de Frame Relay a menudo reciben una tasa de información comprometida (CIR) y una asignación de ancho de banda ampliable conocida como tasa de información extendida (EIR). El proveedor garantiza que la conexión siempre soportará la tarifa C, y en ocasiones la tarifa PRa en caso de haber un ancho de banda adecuado. Las tramas que se envían por encima del CIR se marcan como elegibles para descartar (DE), lo que significa que se pueden descartar en caso de congestión dentro de la red Frame Relay. Las tramas enviadas por encima del EIR se eliminan inmediatamente.

Reputación en el mercado

Frame Relay pretendía hacer un uso más eficiente de los recursos físicos existentes, lo que permitía que las empresas de telecomunicaciones aprovisionaran en exceso los servicios de datos a sus clientes, ya que era poco probable que los clientes utilizaran un servicio de datos el 45 % del tiempo. En años más recientes, Frame Relay ha adquirido una mala reputación en algunos mercados debido a la excesiva sobreventa de ancho de banda.

Las empresas de telecomunicaciones suelen vender Frame Relay a empresas que buscan una alternativa más económica a las líneas dedicadas; su uso en diferentes áreas geográficas dependía en gran medida de las empresas gubernamentales y de telecomunicaciones' políticas Algunas de las primeras empresas en fabricar productos Frame Relay incluyeron StrataCom (más tarde adquirida por Cisco Systems) y Cascade Communications (más tarde adquirida por Ascend Communications y luego por Lucent Technologies).

En junio de 2007, AT&T era el proveedor de servicios Frame Relay más grande de EE. UU., con redes locales en 22 estados, además de redes nacionales e internacionales.

FRF.12

Al multiplexar paquetes de datos de diferentes circuitos o flujos virtuales, a menudo surgen problemas de calidad de servicio. Esto se debe a que una trama de un circuito virtual puede ocupar la línea durante un período de tiempo lo suficientemente largo como para interrumpir la garantía de servicio otorgada a otro circuito virtual. La fragmentación de IP es un método para abordar esto. Un paquete largo entrante se divide en una secuencia de paquetes más cortos y se agrega suficiente información para volver a ensamblar esa trama larga en el otro extremo. FRF.12 es una especificación del Foro de retransmisión de tramas que especifica cómo realizar la fragmentación en el tráfico de retransmisión de tramas principalmente para el tráfico de voz. La especificación FRF.12 describe el método de fragmentación de tramas Frame Relay en tramas más pequeñas.