Acceso a la WAN: 3. Frame Relay

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Acceso a la WAN: 3. Frame Relay

  1. 1. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 1. INTRODUCCIÓN  Frame Relay es un protocolo WAN de alto rendimiento que funciona en las capas físicas y de enlace de datos del modelo de referencia OSI. Los proveedores de red comúnmente implementan Frame Relay para voz y datos, como técnica de encapsulación, utilizada entre redes de área local a través de una red de área extensa (WAN, Wide Area Network).  Frame Relay se ha convertido en uno de los protocolos WAN más utilizados, principalmente ya que es económico en comparación con las líneas dedicadas (redes SONET/SDH).  Frame Relay no ofrece corrección de errores, las instalaciones modernas WAN ofrecen servicios de conexión más confiables y un mayor grado de fiabilidad que otras instalaciones. Cualquier corrección de errores necesaria, como la retransmisión de datos, se deja a los puntos finales. De esta forma, se agiliza la propagación de extremo a extremo del cliente a través de la red.  La conexión a través de una red Frame Relay entre dos DTE se denomina circuito virtual (VC, Virtual Circuit). Los circuitos son virtuales dado que no hay una conexión eléctrica directa de extremo a extremo. La conexión es lógica y los datos se mueven de extremo a extremo, sin circuito eléctrico directo.  Hay dos formas de establecer VC:  Los SVC (Switched Virtual Circuit), circuitos virtuales conmutados, se definen dinámicamente mediante el envío de mensajes de señalización a la red por parte del proveedor del servicio Frame Relay. Son temporales.  Los PVC (Permanent Virtual Circuit), circuitos virtuales permanentes, son preconfigurados por el proveedor del servicio Frame Relay.  Frame Relay etiqueta cada tramo de un VC con un DLCI. El DLCI se almacena en el campo de dirección de cada trama transmitida, para indicar a la red cómo se debe enrutar la trama. El proveedor de servicios Frame Relay asigna los números de DLCI. Por lo general, los DLCI 0 a 15 y 1008 a 1023. Se Reservan para fines especiales. Por lo tanto, los proveedores de servicios asignan los DLCI comprendidos entre 16 y 1007.
  2. 2. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 1. INTRODUCCIÓN  Frame Relay se multiplexa estadísticamente. Pueden coexistir muchas conexiones lógicas en una única línea física. El router conectado a la red Frame Relay puede tener varios VC que lo conectan a diversos puntos finales. Los VC múltiples de una única línea física se distinguen, dado que cada VC tiene su propio DLCI.
  3. 3. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 2. TRAMA FRAME RELAY  DLCI: cada conexión virtual multiplexada en el canal físico está representada por un único DLCI. Los valores de DLCI tienen importancia local solamente, lo que significa que son únicos sólo para el canal físico en el que residen.  Dirección extendida (EA): si el valor del campo EA es 1, el byte actual está determinado como el último octeto DLCI.  C/R: el bit que sigue al byte de DLCI más significativo en el campo Dirección. El bit C/R no está definido en este momento.  Control de congestión: incluye 3 bits que controlan los mecanismos de notificación de congestión de Frame Relay. Los bits FECN, BECN y DE son los últimos tres bits en el campo Dirección.  La FCS determina si hubo errores en el campo Dirección de Capa 2 durante la transmisión. La FCS se calcula antes de la transmisión a través del nodo emisor, y el resultado se inserta en el campo FCS. En el otro extremo, un segundo valor de FCS se calcula y compara con la FCS de la trama. Si los resultados son iguales, se procesa la trama. Si existe una diferencia, la trama se descarta. Frame Relay no notifica el origen cuando se descarta una trama. El control de errores tiene lugar en las capas superiores del modelo OSI.
  4. 4. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 3. TOPOLOGÍAS FRAME RELAY  El hub de Chicago tiene un enlace de acceso con varios VC, uno por cada sitio remoto. Las líneas que van desde la nube representan las conexiones de un proveedor de servicios Frame Relay y terminan en las instalaciones del cliente. Por lo general, son líneas cuya velocidad varía de 56 000 bps a E-1 (2048Mbps) y más. Se asigna uno o más números DLCI a cada punto final de la línea.
  5. 5. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 3. TOPOLOGÍAS FRAME RELAY  Ejemplo de red completamente mallada
  6. 6. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 4. FRAME RELAY  Antes de que un router Cisco pueda transmitir datos a través de Frame Relay, necesita conocer los mapas de DLCI locales en la dirección de Capa 3 del destino remoto. Los routers Cisco admiten todos los protocolos de capa de red a través de Frame Relay, como IP, IPX y AppleTalk. Esta asignación de dirección a DLCI puede lograrse a través de la asignación estática o dinámica.  El protocolo de resolución de direcciones inverso (ARP) obtiene direcciones de Capa 3 de otras estaciones de direcciones de Capa 2, como el DLCI en las redes Frame Relay. Se usa principalmente en redes Frame Relay y ATM, donde las direcciones de Capa 2 de VC a veces se obtienen de la señalización de Capa 2 y las direcciones de Capa 3 correspondientes deben estar disponibles antes de poder usar estos VC. Mientras ARP traduce las direcciones de Capa 3 a direcciones de Capa 2, ARP inverso efectúa el proceso opuesto.  El router Frame Relay envía solicitudes de ARP inverso en su PVC para descubrir la dirección del protocolo del dispositivo remoto conectado a la red Frame Relay. El router crea y mantiene esta tabla de asignación, que incluye todas las solicitudes ARP inverso resueltas, incluidas las entradas de asignación dinámica y estática.  En los routers Cisco, el ARP inverso está habilitado de forma predeterminada para todos los protocolos habilitados en la interfaz física. Los paquetes de ARP inverso no se envían para los protocolos que no están habilitados en la interfaz.
  7. 7. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 4. FRAME RELAY  El usuario puede elegir sobrescribir la asignación dinámica de ARP inverso especificando una asignación estática manual para la dirección de protocolo del próximo salto a un DLCI local. Un mapa estático funciona de igual forma que un ARP inverso dinámico mediante la asociación de una dirección de protocolo de próximo salto a un DLCI Frame Relay local. No puede usar el ARP inverso y una sentencia de asignación para el mismo DLCI y protocolo.  Un ejemplo del uso de la asignación de direcciones estática es una situación en la que un router situado en el otro extremo de la red Frame Relay no admite el ARP inverso dinámico para un protocolo de red específico. Para proporcionar accesibilidad, se requiere una asignación estática para completar la dirección de capa de red remota a la resolución de DCLI local.  Cuando los fabricantes implementaron la Frame Relay decidieron que era necesario que los DTE pudieran obtener información sobre el estado de la red de forma dinámica. No obstante, el diseño original no incluía esta función. Un consorcio formado por Cisco, Digital Equipment Corporation (DEC), Northern Telecom y StrataCom extendió el protocolo Frame Relay para proporcionar capacidades adicionales para entornos de internetworking complejos. En conjunto, se hace referencia a estas extensiones como LMI.  Básicamente, la LMI es un mecanismo activo que proporciona información de estado sobre las conexiones Frame Relay entre el router (DTE) y el switch Frame Relay (DCE). Cada 10 segundos aproximadamente, el dispositivo final sondea la red en busca de una respuesta de secuencia no inteligente o información de estado de canal. Si la red no responde con la información solicitada, el dispositivo del usuario puede considerar que la conexión está inactiva.
  8. 8. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 4. FRAME RELAY  Algunas de las extensiones LMI son:  Mensajes de estado de VC: proporcionan información sobre la integridad de PVC a través de la comunicación y la sincronización entre dispositivos, así como de informes periódicos sobre la existencia de nuevos PVC y la eliminación de los PVC ya existentes. Los mensajes de estado de los VC impiden que se envíen datos a agujeros negros (PVC que ya no existen).  Multicasting: permite que el emisor transmita una única trama que se entrega a varios destinatarios. El multicasting admite la entrega eficaz de mensajes de protocolo de enrutamiento y procedimientos de resolución de direcciones que generalmente se envían a muchos destinos simultáneamente.  Direccionamiento global: otorga a los identificadores de conexión una importancia global, más que local, lo que permite que se puedan usar para identificar una interfaz específica en relación con la red Frame Relay. El direccionamiento global hace que la red Frame Relay se asemeje a una LAN en relación con el direccionamiento, y los ARP se desempeñen exactamente igual que a través de una LAN.  Control de flujo simple: proporciona un mecanismo de control de flujo XON/XOFF (de conexión/desconexión) que se aplica a toda la interfaz Frame Relay. Está destinado a los dispositivos cuyas capas superiores no pueden utilizar los bits de notificación de congestión y que necesitan algún nivel de control de flujo.  Existen varios tipos de LMI, todos incompatibles entre sí. El tipo de LMI configurado en el router debe coincidir con el utilizado por el proveedor de servicios. Los routers Cisco admiten tres tipos de LMI:  Cisco: extensión LMI original  Ansi: las correspondientes al estándar ANSI T1.617 Anexo D  q933a: las correspondientes al estándar UIT Q933 Anexo A
  9. 9. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 4. FRAME RELAY  Si es necesario configurar el tipo de LMI, use el comando de configuración de interfaz frame-relay lmi-type [cisco | ansi | q933a]. La configuración del tipo de LMI deshabilita la función de detección automática.  La siguiente figura muestra el formato de trama LMI
  10. 10. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 4. FRAME RELAY  Los mensajes de estado de LMI combinados con los mensajes de ARP inverso permiten al router asociar direcciones de capa de red y de enlace de datos.  Cuando R1 se conecta con la red Frame Relay, envía un mensaje de consulta de estado LMI a la red. La red contesta con un mensaje de estado LMI que contiene detalles de cada VC configurado en el enlace de acceso.
  11. 11. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 4. FRAME RELAY  Si el router necesita asignar los VC a las direcciones de capa de red, envía un mensaje de ARP inverso desde cada VC. El mensaje de ARP inverso incluye la dirección de capa de red del router, de modo que el DTE o el router remoto puedan realizar la vinculación. La respuesta de ARP inverso permite al router hacer los registros necesarios en su tabla de asignaciones de direcciones a DLCI. Si el enlace soporta varios protocolos de capa de red, se envían mensajes de ARP inversos para cada uno de ellos.
  12. 12. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 4. FRAME RELAY
  13. 13. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 5. INTERFAZ FRAME RELAY  Configurar una IP en la interfaz (ip address)  Configurar encapsulación frame relay en la interfaz (encapsulation frame-relay)  Establecimiento del ancho de banda para los protocolos de enrutamiento EIGRP y OSPF en la interfaz (bandwidth)  Configuración del tipo de trama LMI en la interfaz (frame-relay lmi)  Configuración de un mapa estático Frame Relay en la interfaz: La asignación dinámica se efectúa a través de la función ARP inverso. Dado que ARP inverso está habilitado de forma predeterminada, no se requieren comandos adicionales para configurar la asignación dinámica en una interfaz. La asignación estática se configura manualmente en un router. Establecer la asignación estática depende de sus necesidades de red. Para asignar entre una dirección protocolo de próximo salto y una dirección destino de DLCI, use el comando frame-relay map protocol protocol-address dlci [broadcast]  Frame Relay, ATM y X.25 son redes de acceso múltiple sin broadcast (NBMA, Non-Broadcast Multiple Access). Las redes NBMA permiten sólo la transferencia de datos de un equipo a otro a través de un VC o de un dispositivo conmutado. Las redes NBMA no admiten el tráfico multicast ni broadcast, de modo que un único paquete no puede llegar a todos los destinos. Esto requiere enviar un broadcast para replicar los paquetes manualmente a todos los destinos.
  14. 14. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 5. INTERFAZ FRAME RELAY  Dado que NBMA no admite tráfico de broadcast, el uso de la palabra clave broadcast es una forma simplificada de enviar actualizaciones de enrutamiento. La palabra clave broadcast en el comando para asignaciones estáticas permite enviar broadcast y multicast a través del PVC y, de hecho, convierte al broadcast en un unicast de modo que el otro nodo obtenga las actualizaciones de enrutamiento.
  15. 15. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 5. INTERFAZ FRAME RELAY  Frame Relay puede partir una interfaz física en varias interfaces virtuales denominadas subinterfaces. Una subinterfaz es simplemente una interfaz lógica directamente asociada con una interfaz física. Por lo tanto, se puede configurar una subinterfaz Frame Relay para cada uno de los PVC que ingresan a una interfaz serial física.  Las subinterfaces Frame Relay pueden configurarse en modo punto a punto y en modo multipunto:  Punto a punto: una única subinterfaz punto a punto establece una conexión de PVC a otra interfaz física o subinterfaz en un router remoto. En este caso, cada pareja de routers punto a punto está en su propia subred y cada subinterfaz punto a punto tiene un solo DLCI. En un entorno punto a punto, cada subinterfaz actúa como interfaz punto a punto. En general, hay una subred separada para cada VC punto a punto. Entonces, el tráfico de actualización de enrutamiento no está sujeto a la regla del horizonte dividido.  Multipunto: una única subinterfaz multipunto establece varias conexiones de PVC a varias interfaces físicas o subinterfaces de routers remotos. Todas las interfaces involucradas se encuentran en la misma subred. La subinterfaz actúa como interfaz NBMA Frame Relay de modo que el tráfico de actualización de enrutamiento está sujeto a la regla de horizonte dividido. En general, todos los VC multipunto pertenecen a la misma subred.  En entornos de enrutamiento con horizonte dividido, es posible reenviar las actualizaciones de enrutamiento recibidas en una subinterfaz a través de otra subinterfaz. El comando encapsulation frame-relay está asignado a la interfaz física. Todos los demás aspectos de la configuración, tales como la dirección de capa de red y los DLCI se asignan a cada subinterfaz.
  16. 16. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 5. INTERFAZ FRAME RELAY  Puede usar configuraciones multipunto para conservar las direcciones. Puede resultar especialmente útil si no se usa la Máscara de subred de longitud variable (VLSM). Sin embargo, las configuraciones multipunto podrían funcionar mal, dadas las consideraciones de tráfico de broadcasts y del horizonte dividido. La opción de subinterfaz punto a punto se creó para evitar esos problemas. 6. CONGESTIÓN FRAME RELAY  Velocidad de acceso o velocidad de puerto: desde la perspectiva del cliente, el proveedor de servicios proporciona una conexión serial o un enlace de acceso a la red Frame Relay a través de una línea arrendada. La velocidad de la línea es la velocidad de acceso o velocidad de puerto.  Velocidad de información suscrita (CIR): los clientes negocian la velocidad de información suscrita (CIR, Committed Information Rate) con proveedores de servicios para cada PVC. La CIR es la cantidad de datos que una red recibe del circuito de acceso. El proveedor de servicios garantiza que el cliente pueda enviar datos a la CIR. Todas las tramas recibidas a la CIR o por debajo de ella son aceptadas.  La CBIR es una velocidad negociada superior a la CIR que el cliente puede usar para transmitir durante una ráfaga breve. Permite que el tráfico se transmita por ráfagas a velocidades más altas, según el ancho de banda disponible de la red. No obstante, no puede exceder la velocidad de puerto del enlace. Un dispositivo puede transmitir por ráfagas equivalentes a la CBIR y suponer la correcta transmisión de los datLa duración de una transmisión por ráfaga debe ser breve, menos de tres o cuatro segundos. os. Si persiste una larga ráfaga, se debe comprar una CIR más alta.
  17. 17. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 6. CONGESTIÓN FRAME RELAY  A través del ejemplo , la figura muestra una velocidad de acceso en el puerto serial S0/0/0 del router R1 de 64 kbps. Esta velocidad es más alta que las CIR combinadas de los dos PVC. En circunstancias normales, los dos PVC no deben transmitir más de 32 kbps y 16 kbps, respectivamente. Siempre y cuando la cantidad de datos de los dos PVC que se envíen no excedan su CIR, deben transmitirse por la red.
  18. 18. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 6. CONGESTIÓN FRAME RELAY  Frame Relay reduce la sobrecarga de red mediante la implementación de mecanismos simples de congestión-notificación en lugar de control de flujo explícito por VC. Estos mecanismos de congestión-notificación son la Notificación explícita de congestión hacia adelante (FECN, Forward Explicit Congestion Notification) y la notificación explícita de congestión hacia atrás (BECN, Backward Explicit Congestion Notification).  FECN y BECN están controlados por un único bit que se encuentra en el encabezado de la trama. Permiten que el router sepa que hay congestión y que debe detener la transmisión hasta revertir esta situación. BECN es una notificación directa. FECN es una notificación indirecta.  El encabezado de la trama también incluye un bit Elegible para descarte (DE), que identifica tráfico menos importante que puede perderse durante períodos de congestión. Los dispositivos DTE pueden establecer el valor del bit DE en 1, para indicar que la trama tiene menor importancia que otras tramas. Cuando la red se congestiona, los dispositivos DCE descartan las tramas con el bit DE configurado en 1, antes de descartar aquellas sin esta configuración. De esta forma se reducen las posibilidades de que se pierdan datos críticos durante períodos de congestión.  En períodos de congestión, el switch Frame Relay del proveedor aplica las siguientes reglas lógicas a cada trama entrante en función de si se excede la CIR:  Si la trama entrante no excede la CIBR, la trama se transmite  Si una trama entrante excede la CIBR, se marca como DE.  Si una trama entrante excede la CIBR además de la BE, se descarta.
  19. 19. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 6. CONGESTIÓN FRAME RELAY
  20. 20. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 7. SUBINTERFAZ FRAME RELAY  Si la subinterfaz se configura como punto a punto, se debe configurar también el DLCI local para la subinterfaz, para distinguirla de la interfaz física. También se requiere el DLCI para las subinterfaces multipunto en las que se habilita el ARP inverso. No es necesario para las subinterfaces multipunto configuradas con mapas de rutas estáticas.
  21. 21. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 7. SUBINTERFAZ FRAME RELAY  En la figura, R1 tiene dos subinterfaces punto a punto. La subinterfaz s0/0.0.102 se conecta con R2, y la subinterfaz s0/0/0.103 se conecta con R3. Cada subinterfaz está en una subred diferente.
  22. 22. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 8. VERIFICACIÓN FRAME RELAY
  23. 23. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 8. VERIFICACIÓN FRAME RELAY  Use el comando show frame-relay map para mostrar las entradas de las asignaciones actuales y la información sobre las conexiones.
  24. 24. Acceso a la WAN: Frame Relay Francesc Pérez Fdez 8. VERIFICACIÓN FRAME RELAY  El resultado muestra la siguiente información:  10.140.1.1 es la dirección IP de un router remoto, que se aprende de forma dinámica a través de un proceso de ARP inverso.  100 es el valor decimal del número DLCI local.  0x64 es la conversión hexadecimal del número DLCI, 0x64 = 100 decimal.  0x1840 es el valor tal como se mostraría en el cable, debido a la forma en la que los bits de DLCI se reparten en el campo de dirección de la trama Frame Relay.  La capacidad broadcast/multicast está habilitada en el PVC.  El estado del PVC es activo.

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