5.2 Frame Relay

Servicio de transferencia de información diseñado para optimizar la eficiencia de las trasmisiones de datos. Es especialmente apropiado para interconexiones de redes en base a múltiples circuitos virtuales.

Descripción

 El servicio Frame Relay aprovecha una característica del tráfico de datos (transmisión de datos en ráfagas) para optimizar los recursos utilizados por las empresas y reducir sus costos de comunicación. Se constituye por lo tanto en una herramienta fundamental para mejorar la productividad y rentabilidad de las empresas

- Es un Servicio digital de extremo a extremo soportado sobre la Red de Nodos DataExpress, lo que garantiza los mismos niveles de calidad y confiabilidad que ofrece dicho servicio.

- Incluye el suministro de la Unidad de Terminación de Datos en el domicilio del cliente.

- El Servicio dispone de supervisión centralizada de todos sus enlaces alcanzando la misma hasta el propio terminal del cliente.

- La operación y mantenimiento que se realiza las 24 horas del día los 365 días del año permite ofrecer una asistencia permanente al cliente y una excelente calidad de servicio.

Ventajas

- Frame Relay ofrece la opción de configurar "redes a medida". Cuando se debe implementar una Red para interconectar varios puntos de características diferentes, la facilidad de habilitar circuitos virtuales permanentes (PVC's) entre estos puntos y la disponibilidad de una amplia gama de velocidades (desde 16 Kbps en adelante) permiten optimizar sensiblemente el diseño.

- Debido a que el protocolo Frame Relay fue especialmente diseñado para prestar servicio a los sistemas que transmiten datos en forma de ráfagas, permite optimizar el ancho de banda contratado traduciéndose esto en menores costos.

- Alta disponibilidad del Servicio, debido a las facilidades de reenrutamiento automático que están disponibles y a la redundancia de la Red DataExpress que lo soporta.

- Capacidad de reconfiguración de los enlaces en forma rápida y flexible.

- Servicio de mantenimiento las 24 horas, los 365 días del año.

Aplicaciones

- Interconexión de redes de área local (LAN)

- Comunicación "en línea" (tiempo real) de todos los locales del cliente dentro del territorio nacional.

- Concentración de varios puntos remotos en un punto principal a través de un único enlace, lo que se refleja en la disminución de inversiones en equipos de comunicaciones

- Compartir archivos, gráficas y documentos.

- Transferir archivos con informaciones varias tales como: pago de salarios, ingreso de órdenes de trabajo, trabajo en grupo.

- Acceder en forma remota a bases de datos.

- Correo electrónico, transmisión de voz y datos en la red privada del cliente.

5.2.1 Arquitectura de una Red Frame Relay.

El FRL es un servicio orientado a la conexión para la transmisión de datos en frames de tamaño variable de hasta 8 Kbytes y velocidades de hasta 2 Mbps. Esta velocidad máxima es consecuencia a que el estándar fue especificado dentro de la ISDN, aunque no existe otro motivo que impida el soporte de velocidades superiores.

Una red Frame Relay proporciona los servicios y las facilidades para que los usuarios puedan conectarse con otros usuarios que también utilizan FRL. El servicio ofrecido está dividido en dos planos que utilizan el mismo medio físico.

 Plano de control (C-plane): encargado de realizar las conexiones a lo largo de toda la red y sobre las que se transferirán los datos. El protocolo de señalización utilizado es el Q.933 una extensión del Q.931 utilizado en la ISDN, mientras que en el nivel de enlace utiliza el Q.922, también conocido como LAPF, con controles de error y de flujo que permitan el control completo de los mensajes de señalización.

 Plano de usuario (U-plane): una vez establecida la conexión el FRL utiliza el Q.922 como protocolo de enlace para transferir información entre los usuarios aunque únicamente usa la denominadas funciones núcleo que no proporcionan ni control de errores ni control de flujo funciones que deberá implementar los equipos terminales de los usuarios.

El protocolo de enlace

Al observar el formato del frame utilizado en la Q.922 reconocemos similitud con otros protocolos de nivel 2 (SDLC, LAPD, LAPB...) excepto en algo fundamental: no tiene campo de control, por lo que podemos empezar constatando lo que el LAPF no puede hacer:

Sólo existen frames de información que transportan datos.

No existen frames de señalización ya que no hay forma material de codificar mensajes especiales para el establecimiento o la liberación de conexiones.

Tampoco existen frames que permitan a la red ejecutar control de flujo, enviar ACKs, o pedir retransmisiones... ¡¡¡ ni siquiera existe un campo que permita numerar los frames!!!

Todas estas funciones deben ser implementadas en los equipos terminales tales como routers, bridges o controladoras de comunicaciones, que deberán disponer de los mecanismos necesarios para el secuenciamiento, el control de flujo, el envío de ACKs y la detección/recuperación de frames erróneos o duplicados, que permitan garantizar la integridad de los datos transmitidos.

El limitado conjunto de funciones núcleo del Q.922 utilizadas para la transferencia de información de los usuarios determinan las principales características de las redes frame relay:

La red detecta pero no recupera errores, los nodos de la red tienen capacidad de detectar errores y en determinados casos de eliminar frames, pero nunca recuperarlos.

La red da avisos de congestión, utilizando dos bits, FECN y BECN (Forward and Backward Explicit Congestion Notification) con los que la red informa si hay congestión en los nodos atravesados. El bit FECN indica que había congestión en el camino atravesado por el frame, mientras que el bit BECN indica que había congestión para los frames que circulaban en la dirección opuesta. Ambos son indicaciones que invitan al generador de tráfico a reducir su velocidad de transmisión para bajar el nivel de congestión de la red. El FECN es útil cuando existen a mecanismos de ventana de nivel superior entre los usuarios finales mientras que el BECN se utiliza si se verifica tráfico en ambas sentidos.

La figura muestra como una red FRL se comporta cuando los requerimientos del tráfico aumentan: al principio el troughput aumenta proporcionalmente al tráfico requerido por los usuarios, pero llega cierto punto A en el que la red no puede gestionar todo el tráfico: ha entrado en congestión. Observar como el throughput ya no es el mismo que el tráfico ofrecido ya que algunos frames empiezan a ser descartados. De continuar incrementándose el tráfico llega un punto B donde el que el throughput llega a disminuir, en esta situación los usuarios deberán reducir su tráfico, de lo contrario un alto porcentaje de sus frames serán desechados.

Gestión de la red

Funciones de Management a través del LMI (Local Management Interface) permite la comunicación con la red que informa del estado de los Circuitos Virtuales Permanentes (PVC). Se está trabajando para que el LMI también sirva para el establecimiento de Conexiones Virtuales Conmutadas (SVC). Para realizar la comunicación entre el dispositivo de datos del usuario (DTE) y la red existe un DLCI reservado a través del cual se realizan las siguientes funciones:

Requerimientos que permiten al DTE preguntar a la red si continúa activa.

Requerimientos que permiten al DTE preguntar por las lista de DLCI definidos para su interface

Requerimientos que permiten conocer el estado de cada DLCI si está o no está congestionado.

En el futuro podrá ser usado para la gestión de más información de la red. En la actualidad los DTE no tienen la obligación de utilizar el LMI ya que sólo se utilizan PVC que tienen unas posibilidades más restringidas a la hora de gestionar los enlaces. 

5.2.2 Parámetros de un circuito

Frame Relay utiliza un circuito virtual (VC), que es una conexión lógica creada entre dos equipos terminales de datos (DTE) a traves de la red del proveedor de servicio. 

El equipo del proveedor, al que se conecta el DTE, se llama DCE y se encarga de dar el reloj y los servicios de conmutacion en la red. 

Cada circuito virtual se identifica con un identificador llamado DLCI. El DLCI del circuito tiene ambito local, ya que los switches de la red podran conmutar el valor del DLCI a lo largo de todo el trayecto del circuito virtual. Cuando se contrata un servicio Frame Relay, para cada circuito virtual se especifica un CIR, que es la velocidad de transmision de datos promedio maxima que la red se compromete a transportar bajo circunstancias normales, es decir, si transmites a una velocidad Superior a CIR los paquetes seran marcados como candidatos a ser descartados en caso de sobrecarga de la red. 

El estandar de senalizacion entre el router (DTE) y el switch Frame Relay (DCE) se llama LMI y existen varios tipos, luego es necesario que el DCE y el DTE utilicen el mismo tipo para poder comunicarse. 

Una conexion Frame Relay necesita que, en un circuito virtual, el DLCI local este asociado (mapeado) a una direccion de nivel de red, por ejemplo direccion IP. 

Mira el valor de DLCI entrante. 

Consulta (en una tabla que mapea cada DLCI destino con un puerto) el valor correspondiente al DLCI del extremo remoto. 

Transmite la trama al puerto correspondiente incluyendo los dos valores de DLCI en la cabecera Frame Relay. 

Cuando la trama sale por el otro extremo, ya sale etiquetada con el DLCI destino al que es asignada a la entrada de la red. Este metodo permite tener multiples DLCIs sobre un mismo puerto fisico de un switch. 

Flag: Tiene el mismo formato que en LAB-B (01111110), y tambien se utiliza para separar tramas. Cuando no hay tramas que transmitir, se generan guiones continuamente. 

Control: Llamamos campo de control a los bytes que siguen al Flag y que estan por delante de los Datos de usuario: 

E.A.: Extended Address. Puesto que se permiten mas de dos octetos en el campo de control, este primer bit de cada octeto indica (cuando esta marcado con un '0') si detras siguen mas octetos o bien (cuando esta marcado con un '1') si se trata del ultimo del campo de control. Emplear mas de dos bytes resulta bastante infrecuente y se utiliza en el caso de que la direccion de multiplexion (en el campo DLCI) supere los 10 bits. 

C.R.: Bit de Comando / Respuesta. No es un bit utilizado por la red, al igual que ocurria con el bit "Q" de X.25. Se introduce por compatibilidad con protocolos anteriores, como los del tipo HDLC. 

D.E.: Discard Eligibility .Las tramas que tienen este bit a "1" son susceptibles de descarte en situaciones de congestion. 

B.E.C.N.: Notificacion de congestion en el sentido contrario a la transmision. 

F.E.C.N.: Notificacion de congestion en el sentido de la transmision. 

D.L.C.I.: Los diez bits que quedan son el identificador de conexion de enlace de datos. Permite definir hasta 1024 circuitos virtuales. Ya habiamos avanzado que la funcion de multiplexion se realiza en el nivel 2, y con el D.L.C.I se identifica al canal logico al que pertenece cada trama. Los numeros de canal logico se asignan por contratacion. 

La evolucion tecnologica ha logrado mejorar la calidad de las lineas, permitiendo desplazar el control de los errores a los propios equipos situados en los extremos de la comunicacion, que pueden interpretar las senales de control de flujos generadas por la red. 

Datos de Usuario: Esta informacion se mete en la trama y, en recepcion, se pasa directamente al nivel superior. Su longitud maxima no esta definida en el estandar de facto, pues no se pudo llegar a un acuerdo. Normalmente los operadores de redes FR la situan alrededor de 1600 bytes. 

Conviene destacar que el protocolo define tambien el orden de transmision de los bits de la trama por linea. Este orden es, segun se ha querido dar a entender con la figura 4.42 b), de izquierda a derecha (segun estan numerados los bits) y de arriba hacia abajo. La transmision es en serie por la linea y un bit va detras de otro. Un sistema final o intermedio que reciba una trama debe saber el significado de cada bit que le llega, y este significado depende del orden de ese bit dentro de su trama. 

Los sistemas pueden almacenar las tramas de formas diferentes. No olvidemos que la representacion interna de la informacion dentro de un sistema puede tener diferentes significados, segun el convenio que haya adoptado la implementacion de esa maquina. Existen los convenios extremista mayor y extremista menor (Big-Endian y Little- Endian en ingles), y estos, a su vez pueden estar referidos a bits, bytes o palabras. El sistema debe tener esto en cuenta para operar adecuadamente con los bits que tiene almacenados, y al transmitir o recibir bits de tramas, hacerlo en el orden que establece el protocolo. 

Control de congestion de la informacion. El indicador de eligibilidad de descarte (DE) proporciona un mecanismo de prioridad de dos niveles, en el cual la mas baja prioridad de trafico es descartada primero en caso de congestion en la red. El bit forward explicit congestion notification (FECN) y el bit backward explicit congestion notification (BECN) notifican al usuario final de la congestion que hay en la red. 

El paquete frame relay consiste de un byte de flag, seguido de 2-4 bytes de direccion, 2 bytes de CRC, y un ultimo byte de flag. 

Los bytes de flag al comienzo y al final de la trama son los mismos que usan LAP-B y LAP-D. El campo direccion esta descrito debajo. El campo iinformacióncontiene los datos de usuario. La secuencia de control de trama (FCS) es generada usando el polinomio de 16-bit estandar de CCITT (CRC). 

La longitud del campo direccion es determinada por el bit de direccion extendida (E/A). Si el E/A bit es 0, sigue otro byte de direccion. El byte final de direccion tiene E/A puesto a 1. El bit mandato/respuesta (commando/response) (C/R) esta definido para alineamiento con paquetes LAP-D, pero no es usado para frame relay. Los bits FECN y BECN son usados para notificar que hay congestion en la red. El bit de eligibilidad de descarte, DE , puede ser usado o por el usuario o por la red para proporcionar un mecanismo de prioridad a dos niveles. En caso de congestion las tramas con DE = 1 seran descartadas primero. El bit indicador de control/DLCI (D/C) determina si los seis bits de menor orden deben ser interpretados como bits DLCI de menor peso o como bits de control. 

La mayoria de los campos de direccion constan del identificador de conexion de enlace de datos (DLCI). El DLCI es equivalente al identificador de circuito virtual (VCI) usado en redes X.25. La direccion completa de 23 bit sirve como modo de direccionamiento global. Los modos mas compactos de direccionamiento sirven para limitar la generalidad de la trama cabecera cuando el usuario no utiliza direccionamiento global; por ejemplo cuando un usuario solo conecta con otros usuarios locales dentro de una misma organizacion. Esto es analogo al uso de las extensiones cortas de telefonos. 

5.2.3 Gestión de tráfico

El propio control de tráfico de Frame Relay ya es un primer mecanismo de control de la congestión, ya que suaviza las ráfagas que podrían introducir los usuarios. A pesar de eso la congestión es aún posible por lo que Frame Relay incorpora diversos mecanismos para el control de la congestión.

Cuando se produce congestión en una red Frame Relay se aplica la técnica de paquetes de asfixia que vimos en el apartado 2.3.5; de esta forma se advierte a los hosts emisores de la situación para que adopten medidas correctoras. En caso de que dichos avisos no sean atendidos, o no lleguen con la suficiente rapidez, la red empezará a descartar tramas, primero las que tengan a 1 el bit DE, y si esto no es suficiente también las demás.

Para detectar cuando hay peligro de congestión los conmutadores Frame Relay monitorizan constantemente el tamaño de cada una de sus colas; cuando algún valor es superior al valor considerado el umbral de peligro el conmutador correspondiente deberá identificar la conexión o conexiones causantes del problema, y enviar avisos a los hosts respectivos. Cualquier conmutador de la red puede tomar la iniciativa de enviar avisos de congestión a los hosts que considere responsables de la situación.

5.3 ATM

Tres letras - ATM - se repiten cada vez más en estos días en los ambientes Informáticos y de Telecomunicaciones. La tecnología llamada Asynchronous Transfer Mode (ATM) Modo de Transferencia Asíncrona es el corazón de los servicios digitales integrados que ofrecerán las nuevas redes digitales de servicios integrados de Banda Ancha (B-ISDN), para muchos ya no hay cuestionamientos; el llamado tráfico del "Cyber espacio", con su voluminoso y tumultuoso crecimiento, impone a los operadores de redes públicas y privadas una voraz demanda de anchos de banda mayores y flexibles con soluciones robustas. La versatilidad de la conmutación de paquetes de longitud fija, denominadas celdas ATM, son las tablas más calificadas para soportar la cresta de esta "Ciberola" donde los surfeadores de la banda ancha navegan. Algunos críticos establecen una analogía de la tecnología ATM con la red digital de servicios integrados o ISDN por sus siglas en inglés. Al respecto se escuchan respuestas de expertos que desautorizan esta comparación aduciendo que la ISDN es una gran tecnología que llegó en una época equivocada, en términos de que el mercado estaba principalmente en manos de actores con posiciones monopolísticas. Ahora el mercado está cambiando, la ISDN está encontrando una gran cantidad de aplicaciones. De toda forma la tecnología ATM se proyecta para diferentes necesidades, a pesar de su estrecha relación con ISDN, en términos de volúmenes de datos, flexibilidad de conmutación y facilidades para el operador. Los conmutadores ATM aseguran que el tráfico de grandes volúmenes es flexiblemente conmutado al destino correcto. Los usuarios aprecian ambas cosas, ya que se cansan de esperar los datos y las pantallas de llegada a sus terminales. Estas necesidades cuadran de maravilla para los proveedores de servicios públicos de salud, con requerimientos de videoconferencias médicas, redes financieras interconectadas con los entes de intermediación y validación, o con las exigencias que pronto serán familiares como vídeo en demanda para nuestros hogares con alta definición de imágenes ycalidad de sonido de un CD, etc. Para el operador, con la flexibilidad del ATM, una llamada telefónica con tráfico de voz será tarifado a una tasa diferente a la que estaría dispuesto a pagar un cirujano asistiendo en tiempo real a una operación al otro lado del mundo. Ese es una de las fortalezas de ATM usted paga solamente por la carga de celdas que es efectivamente transportada y conmutada para usted. Además la demanda por acceso a Internet ha tomado a la industria de telecomunicaciones como una tormenta. Hoy día los accesos conmutados a Internet están creando "Cuellos de Botella" en la infraestructura. Para copar este problema los fabricantes no solo han desarrollado sistemas de acceso sino aplicaciones para soluciones de fin a fin con conmutadores ATM, con solventes sistemas de administración de la red (Network Management). En varios aspectos, ATM es el resultado de una pregunta similar a la de teoría del campo unificada en física ¿Cómo se puede transportar un universo diferente de servicio de voz, vídeo por un lado y datos por otro de manera eficiente usando una simple tecnología de conmutación y multiplexación?. ATM contesta esta pregunta combinando la simplicidad de la multiplexación por división en el tiempo (Time Division Multiplex TDM) encontrado en la conmutación de circuitos, con la eficiencia de las redes de conmutación de paquetes con multiplexación estadística. Por eso es que algunos hacen reminiscencias de perspectivas de conmutación de circuitos mientras que otros lo hacen a redes de paquetes orientados a conexión.

 MULTIPLEXACION EN ATM:

Un examen más cercano del protocolo ATM y cómo opera ayudará a explicar cómo los circuitos virtuales, las rutas virtuales, los conmutadores y los servicios que ellos acarrean se afectan entre sí. La figura No.1 muestra un formato básico y la jerarquía de ATM. Una conexión ATM, consiste de "celdas" de información contenidos en un circuito virtual (VC). Estas celdas provienen de diferentes fuentes representadas como generadores de bits a tasas de transferencia constantes como la voz y a tasas variables tipo ráfagas (bursty traffic) como los datos. Cada celda compuesta por 53 bytes, de los cuales 48 (opcionalmente 44) son para trasiego de información y los restantes para uso de campos de control (cabecera) con información de "quién soy" y "donde voy"; es identificada por un "virtual circuit identifier" VCI y un "virtual path identifier" VPI dentro de esos campos de control, que incluyen tanto el enrutamiento de celdas como el tipo de conexión. La organización de la cabecera (header) variará levemente dependiendo de sí la información relacionada es para interfaces de red a red o de usuario a red. Las celdas son enrutadas individualmente a través de los conmutadores basados en estos identificadores, los cuales tienen significado local - ya que pueden ser cambiados de interface a interface.

5.3.1 CELDAS: ATM

Es una tecnología utilizada en telecomunicaciones a unas desarrolladas para hacer frente a la demanda de capacidad de transmisión para servicios y aplicaciones. Sin embargo el ATM no se hizo popular más en 1988, cuando el CCITT decidió que será la tecnología de conmutación de las futuras redes ISDN en banda ancha.

Descripción del proceso ATM

A fin de aprovechar al máximo la capacidad de los sistemas de transmisión, sean estos de cable o radioeléctrico, la información no es transmitida y conmutada a través de Canals asignados en permanencia, sino en forma de cortos paquetes (celdas ATM) de longitud constante y que pueden ser enrrutadas individualmente mediante el uso de los denominados canales virtuales y trayectos virtuales.

Formatos de las celdas ATM

Son estructuras de datos de 53 bytes compuestas por dos campos principales:

· Header.

· Payload.

El estándar define el protocolo orientado a conexión que las transmite y dos tipos de formatos de celdas.

NNI (network to network interface o interfaz red a red) el cual se refiere a la conexión de switches ATM en redes privadas.

UNI (user to network interface o interfaz usuario a red) se refiere a la conexión de un swuitch ATM de una empresa pública o privada con una terminal ATM de un usuario normal, siendo este el más utilizado.

Campos del estándar ATM

· GFC (control de flujo genérico).

· UPI (identificador de ruta virtual)

· PT (tipo de información de usuario).

· CLP (prioridad).

· HEC (corrección de error de cabecera).

Perspectiva de la tecnología ATM

Es el modo de transferencia asíncrona fue la apuesta de la industria tradicional de las telecomunicaciones por las comunicaciones de banda ancha.

5.3.2 Circuitos virtuales

Un circuito virtual (VC por sus siglas en inglés) es un sistema de comunicación por el cual los datos de un usuario origen pueden ser transmitidos a otro usuario destino a través de más de un circuito de comunicaciones real durante un cierto periodo de tiempo, pero en el que la conmutación es transparente para el usuario. Un ejemplo de protocolo de circuito virtual es el ampliamente utilizado TCP (Protocolo de Control de Transmisión).

Es una forma de comunicación mediante conmutación de paquetes en la cual la información o datos son empaquetados en bloques que tienen un tamaño variable a los que se les denomina paquetes. El tamaño de los bloques lo estipula la red. Los paquetes suelen incluir cabeceras con información de control. Estos se transmiten a la red, la cual se encarga de su encaminamiento hasta el destino final. Cuando un paquete se encuentra con un nodo intermedio, el nodo almacena temporalmente la información y encamina los paquetes a otro nodo según las cabeceras de control. Es importante saber que en este caso los nodos no necesitan tomar decisiones de encaminamiento, ya que la dirección a seguir viene especificada en el propio paquete. Las dos formas de encaminación de paquetes son: datagrama y circuitos virtuales. 

En los circuitos virtuales, al comienzo de la sesión se establece una ruta única entre las ETD (entidades terminales de datos) o los host extremos. A partir de aquí, todos los paquetes enviados entre estas entidades seguirán la misma ruta.

Las dos formas de establecer la transmisión mediante circuitos virtuales son los circuitos virtuales conmutados (SVC) y los circuitos virtuales permanentes (PVC).

Los circuitos virtuales conmutados (SVC) por lo general se crean ex profeso y de forma dinámica para cada llamada o conexión, y se desconectan cuando la sesión o llamada es terminada. Como ejemplo de circuito virtual conmutado se tienen los enlaces ISDN. Se utilizan principalmente en situaciones donde las transmisiones son esporádicas. En terminología ATM esto se conoce como conexión virtual conmutada. Se crea un circuito virtual cuando se necesita y existe sólo durante la duración del intercambio específico.