Frame Relay es una tecnología de red de área amplia (WAN) estandarizada que especifica las capas físicas y de enlace de datos de los canales de telecomunicaciones digitales mediante una metodología de conmutación de paquetes . Originalmente diseñada para el transporte a través de la infraestructura de la Red Digital de Servicios Integrados (ISDN), hoy en día se puede utilizar en el contexto de muchas otras interfaces de red.
Los proveedores de red 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 arrendada ) hacia 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 la configuración del 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 el módem de cable y DSL , Frame Relay se ha vuelto menos popular en los últimos años.
Los diseñadores de Frame Relay se propusieron proporcionar un servicio de telecomunicaciones para la transmisión de datos de forma 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 llamadas "tramas" 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 alquilada a tiempo completo , mientras que el proveedor de servicios determina la ruta que recorre cada trama hasta su destino y puede cobrar en función del uso.
Una empresa puede seleccionar un nivel de calidad de servicio , priorizando algunas tramas y haciendo que otras sean menos importantes. Frame Relay puede funcionar en portadoras de sistema T-1 o E1 fraccionales , o de portadora T o E-carrier completas . 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 funciona de manera 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 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 sobre enlaces con una baja probabilidad de errores de transmisión (normalmente 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 las tramas descartadas. (Sin embargo, las redes digitales ofrecen una incidencia de error extraordinariamente pequeña en relación con la de las redes analógicas).
Frame Relay suele servir para conectar redes de área local (LAN) con redes troncales principales , así como en redes de área amplia (WAN) públicas 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, ya que ambas requieren un flujo constante de transmisiones. Sin embargo, en determinadas circunstancias, la transmisión de voz y video sí utiliza Frame Relay.
Frame Relay surgió como una extensión de la red digital de servicios integrados (ISDN). Sus diseñadores se propusieron permitir que una red de conmutación de paquetes transportara datos a través de la 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 redes LAN remotas a una WAN. La red Frame Relay existe entre un dispositivo de borde LAN, normalmente un enrutador, y el conmutador del operador. La tecnología que utiliza el operador para transportar datos entre los conmutadores es variable y puede diferir entre 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 un conocimiento profundo de los términos que se utilizan para describir cómo funciona Frame Relay. Sin un conocimiento sólido de Frame Relay, es difícil solucionar problemas relacionados con su funcionamiento.
La estructura de trama Frame Relay 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 Frame Relay (PDU) consta de los siguientes campos:
La red Frame Relay utiliza un protocolo simplificado en cada nodo de conmutación. Logra la simplicidad omitiendo 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 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 supervisar el flujo de tráfico de la conexión para garantizar que el uso real de los recursos de la red no supere esta especificación. Frame Relay define algunas restricciones sobre la tasa de información del usuario. Permite que la red imponga la tasa de información del usuario final y descarte información cuando se supere la tasa de acceso suscrita.
Se propone la notificación explícita de congestión como política para evitarla. Intenta mantener la red funcionando en su punto de equilibrio deseado para que se pueda alcanzar 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 notificación explícita de congestión hacia adelante. 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 una congestión. BECN significa notificación explícita de congestión 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, por lo 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 ofensivo. Frame Relay utiliza el concepto de acceso compartido y se basa en una técnica denominada "mejor esfuerzo", por la cual la corrección de errores prácticamente no existe y prácticamente no hay garantía de una entrega de datos confiable. Frame Relay proporciona una encapsulación estándar de la industria, que utiliza las fortalezas de la tecnología de conmutación de paquetes de alta velocidad capaz de dar servicio a múltiples circuitos y protocolos virtuales entre dispositivos conectados, como dos enrutadores.
Aunque Frame Relay se volvió muy popular en América del Norte, 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. A veces se usaba como red troncal para otros servicios, como el tráfico X.25 o IP. Mientras que en EE.UU. Frame Relay se utilizaba también como portadora de tráfico TCP/IP, en Europa las redes troncales para redes IP solían utilizar ATM o PoS , posteriormente sustituidos por Carrier Ethernet [3]
X.25 fue un importante protocolo WAN temprano 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 en día (con actualizaciones) mediante 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 bajo nivel de errores. Frame Relay elimina una serie de procedimientos y campos de nivel superior 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 que se utilizan para la comprobación 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 Frame Relay dirigir las 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 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 adecuado para aplicaciones que requieren una calidad de servicio garantizada, es ineficiente para aplicaciones que son muy dinámicas en sus características de carga o que se beneficiarían de una asignación de recursos más dinámica. Las redes Frame Relay pueden asignar dinámicamente el 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 sobre 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 Internacional de Telégrafos y Teléfonos ( 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 conocen como interfaz de gestión local (LMI).
Los identificadores de conexión de enlace de datos ( DLCI ) son números que hacen referencia a rutas a través de la red Frame Relay. Solo tienen importancia local, lo que significa que cuando el dispositivo A envía datos al dispositivo B, lo más probable es que utilice un DLCI diferente del que utilizaría el dispositivo B para responder. Múltiples circuitos virtuales pueden estar activos en los mismos puntos finales físicos (lo que se realiza mediante subinterfaces ).
La extensión de direccionamiento global LMI otorga a los valores de identificador de conexión de enlace de datos (DLCI) de Frame Relay una importancia global en lugar de local. Los valores 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 interconexiones de Frame Relay. Las interfaces de red individuales y los nodos finales conectados a ellas, por ejemplo, se pueden identificar mediante técnicas estándar de descubrimiento y resolución de direcciones. Además, toda la red Frame Relay parece una LAN típica para los enrutadores en su periferia.
Los mensajes de estado de circuito virtual LMI proporcionan comunicación y sincronización entre dispositivos DTE y DCE de Frame Relay . Estos mensajes se utilizan para informar periódicamente sobre el estado de los PVC, lo que evita que se envíen datos 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 suelen tener una tasa de información comprometida (CIR) y una asignación de ancho de banda variable conocida como tasa de información extendida (EIR). El proveedor garantiza que la conexión siempre admitirá la tasa C y, a veces, la tasa PRa si hay un ancho de banda adecuado. Las tramas que se envían por encima de la CIR se marcan como aptas para descartar (DE), lo que significa que se pueden descartar si se produce una congestión dentro de la red Frame Relay. Las tramas enviadas por encima de la EIR se descartan inmediatamente.
Frame Relay tenía como objetivo hacer un uso más eficiente de los recursos físicos existentes, permitiendo que las compañías de telecomunicaciones proporcionaran un exceso de servicios de datos 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 una mala reputación en algunos mercados debido a la sobreventa excesiva de ancho de banda . [ cita requerida ]
Las empresas de telecomunicaciones suelen vender Frame Relay a empresas que buscan una alternativa más barata 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 que fabricaron productos Frame Relay fueron StrataCom (posteriormente adquirida por Cisco Systems ) y Cascade Communications (posteriormente adquirida por Ascend Communications y luego por Lucent Technologies ).
En junio de 2007, AT&T era el mayor proveedor de servicios Frame Relay en los EE. UU., con redes locales en 22 estados, además de redes nacionales e internacionales. [ cita requerida ]
Al multiplexar datos de paquetes 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 una garantía de servicio dada 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 extremo lejano. 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 fragmentación de tramas Frame Relay en tramas más pequeñas. [6] [7] [8] [9] [10]