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 utilizando una metodología de conmutación de paquetes . Diseñado originalmente para el transporte a través de la infraestructura de la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI), hoy en día se puede utilizar en el contexto de muchas otras interfaces de red.
Los proveedores de redes comúnmente implementan 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 arrendada ) a un nodo Frame Relay . La red Frame Relay maneja la transmisión a través de una ruta que cambia con frecuencia y es transparente para todos los protocolos WAN ampliamente utilizados por el usuario final. Es menos costosa que las líneas arrendadas y esa es una de las razones de su popularidad. La extrema simplicidad de configurar el equipo de 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.
Los diseñadores de Frame Relay tenían como objetivo proporcionar un servicio de telecomunicaciones para la transmisión de datos rentable para 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 llamadas "marcos" y deja cualquier corrección de errores necesaria (como la retransmisión de datos) en manos de 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 de servicios 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 T-1 o E1 fraccional , o en portadores de sistema T-carrier o E-carrier completos . Frame Relay complementa y proporciona un servicio de rango medio entre la RDSI de velocidad básica , que ofrece un ancho de banda de 128 kbit/s, y el Modo de Transferencia Asíncrona (ATM), que opera de forma algo similar a Frame Relay pero a velocidades de 155,520 Mbit/s a 622,080 Mbit/s. [1]
Frame Relay tiene su base técnica en la antigua tecnología de conmutación de paquetes X.25 , diseñada para transmitir datos a través de 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 rápida de paquetes que opera a través de enlaces con una baja probabilidad 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 la descarta. Los puntos finales tienen la responsabilidad de detectar y retransmitir tramas perdidas. (Sin embargo, las redes digitales ofrecen una incidencia de error extraordinariamente pequeña en comparación con 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 arrendadas sobre líneas T-1. Requiere una conexión dedicada durante el período de transmisión. Frame Relay no proporciona una ruta ideal para la transmisión de voz o video, las cuales requieren un flujo constante de transmisiones. Sin embargo, bajo ciertas circunstancias, la transmisión de voz y video sí utiliza Frame Relay.
Frame Relay se originó como una extensión de la red digital de servicios integrados (ISDN). Sus diseñadores pretendían 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 un conocimiento firme de Frame Relay, es difícil solucionar problemas de rendimiento.
La estructura del 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. [2]
Cada unidad de datos del protocolo (PDU) Frame Relay consta de los siguientes campos:
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 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 la congestión en redes Frame Relay incluye los siguientes elementos:
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 velocidad de información del usuario. Permite a la red imponer la tasa de información del usuario final y descartar información cuando se excede la tasa de acceso suscrita.
Se propone la notificación explícita de la congestión como política para evitar la congestión. Intenta mantener la red funcionando en su punto de equilibrio deseado para que se pueda alcanzar una cierta 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, de modo que informa al destino que se ha producido congestión. BECN significa notificación de congestión explícita hacia atrás. 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, de modo que informa al remitente que se ha producido una congestión.
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 denominada "mejor esfuerzo", mediante la cual la corrección de errores prácticamente no existe y prácticamente no existe garantía de entrega de datos confiable. Frame Relay proporciona una encapsulación estándar de la industria, utilizando los puntos fuertes 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 Norteamérica, nunca lo fue 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. En ocasiones se utilizó como columna vertebral de otros servicios, como X.25 o tráfico IP. Mientras que en EE. UU. se utilizaba Frame Relay también como portador para el tráfico TCP/IP, en Europa los backbones para redes IP a menudo utilizaban ATM o PoS , posteriormente reemplazados por Carrier Ethernet [3]
X.25 fue uno de los primeros protocolos WAN importantes y, a menudo, se lo considera el abuelo de Frame Relay, ya que muchos de los protocolos y funciones subyacentes de X.25 todavía se utilizan hoy (con actualizaciones) en Frame Relay. [5]
X.25 proporciona calidad de servicio y entrega sin errores, mientras que Frame Relay fue diseñado para transmitir datos lo más rápido posible a través de redes con pocos errores. Frame Relay elimina varios de los procedimientos y campos de nivel superior utilizados en X.25. Frame Relay fue diseñado para su uso 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 expandido que permite a los nodos de Frame Relay dirigir tramas a sus destinos con un procesamiento mínimo. La eliminación de funciones y campos en X.25 permite a Frame Relay mover datos más rápidamente, pero deja más espacio para errores y retrasos mayores en caso de que sea necesario retransmitir los datos.
Las redes de conmutación de paquetes X.25 normalmente asignan 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 una 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.
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.
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 formó un consorcio para centrarse en su desarrollo. Produjeron un protocolo que proporcionó capacidades adicionales para entornos complejos de interconexión de redes. Estas extensiones de Frame Relay se conocen como 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 utilice un DLCI diferente al que usaría el dispositivo B para responder. Se pueden activar varios circuitos virtuales en los mismos puntos finales físicos (realizados mediante subinterfaces ).
La extensión de direccionamiento global LMI proporciona valores de identificador de conexión de enlace de datos (DLCI) de Frame Relay de importancia global en lugar de local. Los valores DLCI se convierten en direcciones DTE que son únicas en la WAN Frame Relay. La extensión de direccionamiento global agrega funcionalidad y capacidad de administración a las redes Frame Relay. Las interfaces de red individuales y los nodos finales conectados a ellas, por ejemplo, se pueden identificar utilizando técnicas estándar de resolución y descubrimiento de direcciones. Además, toda la red Frame Relay parece ser una LAN típica para los enrutadores de su periferia.
Los mensajes de estado del circuito virtual LMI proporcionan comunicación y sincronización entre 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.
Las conexiones Frame Relay a menudo reciben una velocidad de información comprometida (CIR) y una asignación de ancho de banda ampliable conocida como velocidad de información extendida (EIR). El proveedor garantiza que la conexión siempre admitirá la tarifa C y, en ocasiones, la tarifa PRa si hay un ancho de banda adecuado. Las tramas que se envían por encima del CIR se marcan como elegibles para descarte (DE), lo que significa que pueden descartarse en caso de que se produzca congestión dentro de la red Frame Relay. Las tramas enviadas por encima del EIR se descartan inmediatamente.
Frame Relay tenía como objetivo hacer un uso más eficiente de los recursos físicos existentes, permitiendo el suministro excesivo de servicios de datos por parte de las empresas de telecomunicaciones a sus clientes, ya que era poco probable que los clientes utilizaran un servicio de datos el 45 por ciento del tiempo. En años más recientes, Frame Relay ha adquirido mala reputación en algunos mercados debido al exceso de overbooking de ancho de banda . [ cita necesaria ]
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 políticas gubernamentales y de las empresas de telecomunicaciones. Algunas de las primeras empresas en fabricar productos Frame Relay incluyeron StrataCom (luego adquirida por Cisco Systems ) y Cascade Communications (luego adquirida por Ascend Communications y luego por Lucent Technologies ).
En junio de 2007, AT&T era el mayor proveedor de servicios Frame Relay de EE. UU., con redes locales en 22 estados, además de redes nacionales e internacionales. [ cita necesaria ]
Al multiplexar datos en paquetes de diferentes circuitos o flujos virtuales, a menudo surgen problemas con la calidad del servicio . Esto se debe a que una trama de un circuito virtual puede ocupar la línea durante un período de tiempo suficientemente largo como para interrumpir una garantía de servicio otorgada a otro circuito virtual. La fragmentación de IP es un método para abordar este problema. 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 Frame Relay Forum que especifica cómo realizar la fragmentación en el tráfico de Frame Relay principalmente para el tráfico de voz. La especificación FRF.12 describe el método de fragmentar tramas Frame Relay en tramas más pequeñas. [6] [7] [8] [9] [10]