PROTOCOLO FRAME RELAY

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1 PROTOCOLO FRAME RELAY Prof : Hugo Santana Lima ( Universidade Santa Cecília ) 1 O que é Frame Relay? Protocolo de nível de enlace com funções adicionais de nível de rede Originado a partir da estrutura do protocolo LAP-D definido pela rec.q.921 do ITU-T para sinalização na RDSI-FE pelo canal D A função de camada de rede são executadas pela camada de enlace através de atribuição de endereços nível dois para canais lógicos 2

2 O que é Frame Relay? Características Básicas: Não pede retransmissão caso o pacote chegue com erro A chamada pode ser feita sem conexão (PVC) ou com conexão (SVC).Maior parte dos casos é PVC. Os frames seguem o mesmo trajeto (circuito virtual) Possui funções de protocolo conectionless, mas é fim a fim a nível de enlace e rede 3 Conceitos Básicos - Arquitetura Frame Relay Camada Plano C Plano U Plano U Plano C 3 Q.931(DSS1) Q.933 SIN. SVC ESPECIFICADO PELO USUÁRIO ESPECIFICADO PELO USUÁRIO Q.931(DSS1) Q.933 SIN. SVC 3 2 LAPD Q.921 Q.922-LAPF Q.922-LAPF LAPD Q I.430 OU I.431 I.430 OU I TERMINAL DO USUÁRIO EQUIPAMENTO DA REDE 4

3 Conceitos Básicos A camada acima do DL-CORE(camada 2) pode ser orientada a conexão (X.25 por exemplo) ou sem conexão como IP O serviço prestado pela camada 2 consiste de 3 fases : Fase de estabelecimento de conexão Fase de transferência de dados Fase de desconexão 5 Conceitos Básicos Os serviços Frame Relay são de dois tipos : PVCs (Permanent Virtual Circuit) São estabelecidos através de programação manual.todos os parâmetros também são programados.estes circuitos são monitorados fim-a-fim na interface com a rede e através da rede pelos protocolos LMI(X.36 do ITU) e pela X.76 respectivamente. SVCs (Switched Virtual Circuit) São estabelecidos sobre demanda usando o protocolo do plano de controle ITU-T Q.933.Os parâmetros como qualidade de serviço são negociados durante o estabelecimento da chamada PVC 6

4 * Conceitos Básicos Características do Serviço da camada DL-CORE Multiplexação e demultiplexação de circuitos lógicos Inspenção de frames para garantir a transmissão com um número inteiro de octetos (se não tem acrescenta-se zeros) O tamanho mínimo dos frames é de 262 octetos e o máximo de 1600 octetos Detecção de erros de quadro Funções de controle de congestionamento 7 Conceitos Básicos DLCI - Data Link Connection Identifier Este número identifica um circuito virtual. É enviado como endereço de destino do pacote Existem duas formas de endereçamento: Local e global 8

5 Conceitos Básicos No endereçamento local até 1024 conexões virtuais podem ser ativadas em cada enlace físico (Porta) Frame Relay (10 bits campo dlci) e seu significado é local As redes públicas utilizam este endereçamento. Na realidade conforme o ITU-T e Frame Relay Forum somente 967 dlcis podem ser alocados para conexões de usuários,sendo 48 para fins de controle e operação da rede 9 Conceitos Básicos No endereçamento Global um endereço DLCI vale para toda rede, não podendo o mesmo ser repetido. Assim, o número de conexões virtuais passa a ser 1024 no total (aplicado para SVC) O plano de endereçamento global é E.164, porém os fabricantes não adotaram e utilizam planos propritários 10

6 Conceitos Básicos Quando uma conexão é estabelecida a informação do dlci (Data link Connection Identifier) local é utilizado no caso de PVC. No caso de conexões SVC o número do usuário a ser chamado é enviado e o dlci é definido durante o processo de sinalização (mensagem SET-UP para o ETD chamado e CALL proceeding para o ETD chamador ) 11 Conceitos Básicos- Exemplo de endereçamento local (Sistema Host para Terminal) Estação Remote 1 Remote 2 Remote 3 Remote 4 Remote 5 ROUTER dlci SWITCHES FRAME RELAY 5 INTERFACE NNI Host - dlci 16 PORTAS DE ACESSO Host - dlci 16 Remote 1 Remote (Vários circuitos lógicos em uma única interface) INTERFACE UNI 5 Host - dlci 16 Host - dlci 16 Remote 5 Remote 4 Remote 3 12

7 Conceitos básicos - Endereçamento Endereço terminal de acesso Switch estação 1 Estação 2 Dlci 16 Dlci 16 Porta 1 Estação 3 Dlci 17 Dlci 17 Porta2 Link acesso Estação4 Dlci 18 Dlci 18 Porta3 Estação 5 Dlci 19 Dlci 19 Porta4 Estação 6 Dlci 20 Dlci 20 Porta5 13 Formato do Quadro Frame Relay 1 OCT 2 OCTS 2 OCTS N OCTS 2 OCTS 1 OCT LAP-F FLAG ENDEREÇO CONTROLE INFORMAÇÕES FCS FLAG LAP-F -PROTOCOLO DE NÍVEL 2 IMPLEMENTADO COMO DL-CONTROL. NO FRAME RELAY UTILIZADO PARA O PROCESSO DE SINALIZAÇÃO SVC NA UNI FRAME RELAY PODE SER UTILIZADO FIM-A-FIM A CRITÉRIO DO USUÁRIO CORRESPONDE À CAMADA 2 DO DLC-CORE COM CAMPO DE CONTROLE N+2 OCTETOS DL-CORE FLAG ENDEREÇO INFORMAÇÕES FCS FLAG PROTOCOLO DL-CORE - PROTOCOLO LAP-F SEM CAMPO DE CONTROLE O QUAL PODE SER UTILIZADO PARA AUMENTAR O NÚMERO DE CANAIS LÓGICOS (UTILIZAÇÃO DE MAIS DOIS OCTETOS DE CONTROLE COMO ENDEREÇO) 14

8 Formato do quadro Frame Relay Flag : Padrão usado para delimitar a início e fim do quadro. Para evitar que essa sequência se repita no campo de informação, são inseridos bits 0 depois de uma sequência de 5 uns consecutivos na recepção esses 0s são retirados esse processo é chamado zero stuffing. 15 Formato do Quadro Frame Relay Endereço do DL-Core : Este campo é usado para multiplexação de circuitos lógicos e controle de congestionamento. Três formatos de endereço são especificados de acordo com o tamanho do campo de endereço 16

9 Formato do Quadro Frame Relay Endereço default (DLCI - 10 BITS) OCT. 1 DLCI C/R EA=0 OCT. 2 DLCI FECN BECN DE EA=1 17 Formato do Quadro Frame Relay Comando/Resposta (C/R) : Indica a função do frame. Este bit é usado no protocolo X.25 e não função especificada no DL-CORE. Existe um protocolo de controle de congestionamento que quando implementado no DL-CORE utiliza esses bits 18

10 Formato do Quadro Frame Relay Extensão de Endereço (EA) : Usado para definir o tamanho do cabeçalho.se este bit é 0 outro octeto de cabeçalho seguirá,no último octeto este bit é posicionado em 1 19 Formato do Quadro Frame Relay Farward Explicit Congestion Notification : Bit utilizado para evitar a situação de congestionamento.este bit é setado no sentido de transmissão quando a quantidade de informação em fila atinge determinado limiar e é útil quando o destino pode controlar o fluxo da fonte. Este tipo de controle é conhecido como notificação de congestionamento explícita 20

11 Formato do Quadro Frame Relay Backward Explicit Congestion Notification : Bit utilizado para evitar a situação de congestionamento.este bit é setado no sentido de contrário da fonte de congestionamento quando a quantidade de informação em fila atinge determinado limiar. Se não existe fluxo em sentido contrário, mensagems do protocolo CLLM (Consolidate link level Management ) podem ser enviadas 21 Formato do Quadro Frame Relay Quando uma mensagem de notificação de congestionamento é recebida é esperado que o usuário reduza a carga oferecida à rede. Normalmente o dispositivo que esta conectado à rede frame relay é um roteador conectando outras redes à rede frame relay. As mensagens recebidas de notificação devem de ser de alguma forma traduzidas para os usuários. Os roteadores anteriores à implementação do frame relay normalmente não implementam tais controles 22

12 Formato do Quadro Frame Relay Discard Eligibility (DE) : É usado para descartar quadros quando a rede está congestionada. O DE é ajustado para 1 (Maior probabilidade de descarte) ou para zero (menor probabilidade de descarte) pelo equipamento do usuário no caso de PVC e também pode ser manipulado pela rede no caso de SVC. 23 Formato do Quadro Frame Relay Discard Eligibility (DE) :Quando os pârametros de tráfego negociados com o usuário forem ultrapassados o DE é posicionado em 1. O DE pode ser programado por aplicação sendo posicionado em 1 para as que são menos sensíveis a atrasos como por exemplo dados em relação á voz. A switch frame relay descarta os frames com DE=1 tentando diminuir a taxa de envio de quadros. Se esta taxa continua alta os quadros com DE=0 começam a ser descartados. 24

13 Formato do Quadro Frame Relay Discard Eligibility (DE) : Opcionalmente um switch da rede pode posicionar o DE=1 para o próximo switch se a taxa de pacotes está acima da contratada e os bits DE=0 (com baixa probabilidade de descarte) 25 Formato do Quadro Frame Relay Campo de informação : Campo de tamanho variável (1600 octetos máximo) que transporta dados de usuário,ou eventualmente sinalização através do protocolo DL-CONTROL (Q.922) com transferência de dados confiável (baseado no LAP-F) 26

14 Formato do Quadro Frame Relay Frame Check Sequence (FCS) : Utilizado para verificar a integridade da informação recebida. É verificado por toda a rede mas o quadro não é descartado até que atinja o último terminal frame relay antes do pacote ser entregue ao usuário. 27 Controle de Tráfego e de Congestionamento Tem como objetivo evitar congestionamento na rede Caso a rede esteja congestionada ele tem a função de minimizar o congestionamento As recomendações do ITU I.371 e I.555 cuidam do controle de tráfego. 28

15 Controle de Tráfego e de Congestionamento As funções do controle de tráfego são: Policiamento de Tráfego Notificação de Congestionamento A função do controle de congestionamento é descartar por congestionamento com o propósito de assegurar a recuperação da rede 29 Controle de Tráfego e de Congestionamento Policiamento de Tráfego Tem como função o cumprimento de parâmetros de tráfego negociados com o usuário. No caso de PVCs esta negociação ocorre no momento da assinatura do serviço, enquanto no caso de SVCs ela ocorre no momento do estabelecimento do circuito virtual. 30

16 Controle de Tráfego e de Congestionamento Parâmetros de Tráfego Committed Information Rate (CIR)» É a taxa de vazão máxima na entrada de dados de um circuito virtual que é assegurada pela rede. Essa taxa representa uma média de tráfego em um intervalo de tempo Tc calculado pela rede. Committed Burst Size (Bc)» Representa a máxima quantidade de informações, medida em bits, que o usuário pode enviar em um circuito virtual durante um intervalo de tempo Tc, em excesso ao Bc. 31 Controle de Tráfego e de Congestionamento Parâmetros de Tráfego Excess burst size (Be) Representa a máxima quantidade de informações ( em bits) que um usuário pode enviar em um determinado circuito virtual durante um intervalo de tempo Tc, em excesso ao Bc Committed rate measurement interval (Tc) Tc = ( Bc ) : ( CIR ) Obs. O Tc é especificado em um segundo 32

17 Controle de Tráfego e de Congestionamento Funcionamento do Controle de Tráfego Trafego transmitido >Bc+Be Quadros Descartados Bc+Be Bc Quadros aceitos com DE=1 Quadros aceitos com DE=0 tempo 33 Controle de Tráfego e de Congestionamento Notificação Explicita pelos Bits FECN e BECN ETD A Rede de Suporte ao F.D. ETD B QUADRO FECN=0, BECN=0 SENTIDO DO QUADRO CONGESTIONAMENTO FECN=1, BECN=0 SENTIDO DO QUADRO CONGESTIONAMENTO FECN=0, BECN=1 34

18 Fragmentação de Quadros Fragmentação e Remontagem A limitação do tamanho máximo de uma SDU do DL- Core, nem sempre suficiente para conter as PDUs de protocolos superiores, existe a necessidade de fragmentação de quadros do FR para melhor controlar delays de trânsito e variações de delays de trânsito (jitter de quadros) quando uma interface de baixa velocidade (UNI ou NNI) é compartilhada por aplicações com tráfego isócrono ( como voz ) e por aplicações de dados. 35 Fragmentação e Compressão de Quadros Fragmentação e Remontagem O padrão FRF.12, permite a fragmentação de quadros DL-Core com campo de endereço de 2,3 ou 4 octetos, com os seguintes propósitos * Permitir o compartilhamento de interfaces, UNI ou NNI por aplicações de tráfego isócrono e por aplicações de dados, independente do tamanho dos quadros. * Permitir a fragmentação de quadros de todos os possíveis formato. * Definir procedimentos de fragmentação, para outros protocolos por exemplo protocolo de voz sobre frame relay ( FRF.11 ). 36

19 TIPOS DE INTERFACES ETD UNI REDE DE SUPORTE AO FRAME RELAY NNI REDE DE SUPORTE AO FRAME RELAY UNI ETD UNI NNI NNI UNI ETD ETD UNI REDE DE SUPORTE AO FRAME RELAY UNI INTERFACES UNI E NNI DO FRAME RELAY ETD ETD 37 Fragmentação e Remontagem de Quadros Quadros na uni ( ETD - ECD ) UNI REDE DE SUPORTE ETD FFL ETD ETD AO FRAME RELAY Sendo FFL - Função de fragmentação lógica ECD ECD 38

20 Fragmentação e Remontagem de Quadros Fragmentação e Remontagem na NNI NNI ETD REDE DE SUPORTE AO FRAME DELEY FFL FFL REDE DE SUPORTE AO FRAME DELEY ETD SENDO FFL - FUNÇÃO DE FRAGMENTAÇÃO LÓGICA 39 Fragmentação e Remontagem de Quadros Fragmentação e Remontagem fim-a-fim ( ETD - ETD ) UNI UNI ETD FFL REDE DE SUPORTE AO FRAME RELAY FFL ETD SENDO FFL - FUNÇÃO DE FRAGMENTAÇÃO LÓGICA 40

21 Formatação de Fragmentos de quadros Fragmentação Interfaces UNI e NNI CABEÇALHO DE FRAGMENTAÇÃO B E C NÚMERO 1 SEQUENCIAL 2 OCTS. CABEÇALHO DO DL-Core DLCI C/R 0 DLCI F B DE 1 2 OCTS FRAGMENTO N OCTS FCS 2 OCTS 41 Formatação de Fragmentos de quadros Fragmentação Fim-a-Fim B 0 0 E DLCI 0 1 C DLCI 0 1 F 0 0 B 0 0 NÚMERO SEGUENCIAL C/R 0 DE octs 1oct 1 oct 2oct FRAGMENTO N oct FCS 2 oct 42

22 Formação e Fragmentação de Quadro Fragmentação em Interfaces UNI e NNI 1.o Fragmento 1.o Parte Segmentada NÚMERO 1 SEQUENCIAL = 42 DLCI C/R 0 DLCI F B DE 1 CONTROLE = 03 PAD OPCIONAL = 00 NLPID - CAMADAS SUPERIORES INFORMAÇÕES DO 1o FRAGMENTO FCS 43 Formação e Fragmentação de Quadro Fragmentação em Interfaces UNI e NNI ÚLTIMO FRAGMENTO NÚMERO 1 SEGUENCIAL = 42 + n DLCI C/R 0 DLCI F B DE 1 ÚLTIMA PARTE SEGMENTADA INFORMAÇÕES DO ÚLTIMO FRAGMENTO FCS 44

23 Interface de Gerência Local - LMI A LMI esta relacionado com a gerência na interface UNI. A primeira especificação deste protocolo foi pelo Group of Four, baseado nos padrões propostos pela ANSI. Foram emitidos posteriormente a reco. Q.933 da ITU-T e o padrão ANSI T Interface de Gerência Local - LMI Considerações Iniciais Notificação da adição de um CVP. Detecção da desativação de um CVP. Notificação do estado de disponibilidade (ativo ) e de indisponibilidade (inativo) de um CVP configurado. Verificação da integridade de um link físico de acesso. As mensagens utilizadas na LMI adota o DLCI=0 nas versões do ITU-T e do ANSI. A versão do Group of Four, estabelece que a LMI utiliza o DLCI=

24 Recomendações para Voz e Vídeo No caso de voz os documentos básicos de referência são as recomendações G.764 do ITU-T e o padrão FRF.11 do Frame Relay Forum. Nas aplicações de vídeo, que incorporam sinais de voz, os padrões de referência são as recomendações H.320 e H.261 do ITU-T. 47 Considerações Preliminares. Em sua concepção inicial o frame relay é um tecnologia de transferência de informações de modo pacote destinada ao atendimento de aplicações de dados. Essas aplicações não se caracterizam pelo isocronismo de tráfego, e sim pela ocorrência variável de rajadas de tráfego e de vazios. 48

25 Considerações Preliminares. As redes de telecomunicações ideais para o tráfego isó- crono devem apresentar valores de jitter de quadros(vari- ção de delay de trânsito) iguais a zero, embora possam apresentar delays de trânsito até um certo limite. A solução adotada em diversas redes públicas e privadas com aplicação de tráfego isócrono mediante o uso de equipamentos externos denominados FRADs (Frame Relay Access Devices ). 49 Voz Sobre Frame Relay No caso de transmissão exclusiva para voz, pode ser utilizados FRADs específicos, denominados VFRADs (Voice FRADs). Os sinais de voz devem ser digitalizados, codificados e comprimidos antes de alcançarem os VFRADs que se realiza através do uso de VOCODERs ( codificador e decodificador ). 50

26 Voz Sobre Frame Relay * Configuração de uso de VFRADs e VOCODERs TERMINAL DE VOZ VOCODER VFRAD REDE FRAME RELAY VFRAD VOCODER TERMINAL DE VOZ 51 Voz Sobre Frame Relay * Arquitetura do Protocolo PVP G.764 G.764 Q DL-Core Q DL-Core Q DL-Core Q DL-Core FÍSICA FÍSICA FÍSICA FÍSICA VFRAD A REDE REDE VFRAD B 52

27 Vídeo Sobre Frame Relay FRADs CODECs de Vídeo. * Existe diferentes tipos de FRAD, em função das combinações de protocolos envelopados. * Um FRAD que atende á totalidade dos protocolos envelopáveis denomina-se IFRAD ( integrating FRAD). * Entre os terminais de vídeo ( e áudio ) e os FRADs se situam os CODECs ( codificadores / decodificadores ) de vídeo e de áudio. 53 Vídeo Sobre Frame Relay. Problemas Técnicos. Jitter de quadros. Descartes de quadros pela rede. 54

28 Vídeo Sobre Frame Relay. Problemas Técnicos. Jitter de Quadros.» A principal função é retardar, por um determinado tempo, os quadros de uma rajada que lograram obter menores valores de delay de trânsito na rede de suporte ao frame relay, para reconstruir a estrutura temporal do sinal de entrada na rede antes de sua entrega ao terminal de destino. 55 Vídeo Sobre Frame Relay. Problemas Técnicos. * Descarte de quadros pela rede " A perda esporádica de um quadro não afeta seriamente a qualidade da transmissão. " Como medida de precaução, o usuário deve dimensionar um elevado CIR o que reduz a possibilidade de descarte de quadros. 56

29 Jitter de Quadros. A principal função de um FRAD de voz ou de vídeo associado a voz é retardar, por um determinado de tempo, os quadros de uma rajada que lograram obter menores valores de delay de trânsito na rede de suporte ao frame relay. A latência de transmissão de um quadro apresenta valores inferior a 200 milisegundos. 57 A latência de transmissão de um quadro é da ordem de 250 milisegundos via satélite. A latência de transmissão em uma rede telefônica é aproximadamente de 30 milisegundos. Para que não ocorra degradação mais crítica na qualidade de transmissão, o tempo de resposta não deve exceder de 400 milisegundos 58

30 Descarte de Quadros pela Rede. A perda de quadro na rede de suporte ao frame relay torna-se mais crítica na transmissão de vídeo. Esse problema pode ser contornado superdimensionando a rede de suporte ao frame relay. Como medida de precaução, o usuário pode negociar um elevado valor do parâmetro CIR (Committed Information Rate ). 59 Protocolos de Tratamento de Vídeo e Áudio Codificação / Decodificação Compressão / Descompressão Armazenamento Transmissão Protocolos JPEG ( Joint Photografic Experts Group ) Mpeg ( Moving Picture Experts Group ) Recomendações H.261 e H.263 do ITU-T 60

31 Protocolos de Tratamento de Vídeo e Áudio Recomendação H.261 e H.263 Correspondem, respectivamente, ao Padrão dos CODECs de vídeo para serviços audiovisuais nas RDSI-FE (velocidades equivalentes a múltiplos de 64Kbps) e ao padrão dos CODECs de vídeo para serviços audiovisuais na GSTN ( General Switched Telephone Network). A H.261 e H.263 é membro da família de padrões definida pela recom. H.320 do ITU-T, cujo o bjetivo é a especificação dos dos serviços de videoconferência e de videotelefonia sobre a RDSI-FE. 61 Protocolos de Tratamento de Vídeo e Áudio Recomendação H.320 do ITU-T EQUIPAMENTO DE VÍDEO EQUIPAMENTO DE ÁUDIO (1) CODEC DE ÁUDIO Série T e Série H.200 EQUIPAMENTOS TERMINAIS H.261 CODEC DE VÍDEO RETARDO FRAD Rede de suporte ao frame delay H.242, H.230 e H.221 CONTROLE DO SISTEMA Obs.: (1) - série H.200, G.711 e G.728 MCU H.231 CONSTITUIÇÃO DA RECOM. H.320 PARA O FRAME RELAY 62

32 * Rede, Protocolo & Serviços * PADRÕES PADRÕES PADRÕES DE PROPÓSITO * DE ÁUDIO DE VÍDEO CONTROLE * G ÁUDIO A 64 Kbps * G ÁUDIO A 48, 56 OU 64 Kbps * G ÁUDIO A 16 Kbps * H EQUIVALENTE Á G.728 COM MAIOR QUALIDADE * H PADRÃO DE CODEC DE VÍDEO * H.221 EXTRUTURA DE QUADRO, PROTOCOLO E MULTIPLEÇÃO * DE VÍDEO * H.230 MULTIPLEXAÇÃO DE QUADRO DE VÍDEO, DE ÁUDIO, DE * DADOS E DE SINALIZAÇÃO. 63 * Rede, Protocolo & Serviços * PADRÕES PADRÕES PADRÕES DE PROPÓSITO * DE ÁUDIO DE VÍDEO CONTROLE * H.231 DESCRIÇÃO DA UNIDADE DE CONTROLE * ( MCU ) * H.242 PROTOCOLO PARA ESTABELECIMENTO DE * CONEXÕES, OPERAÇÃO DENTRO DE FAIXA, * RECUPERAÇÃO DE FALTAS E DE CONTROLE * H.243 CONTROLE ENTRE A MCU ( H.231 ) E OS CO- * DECS DA H.320 NA RDSI-FE * H.233 CRIPTOGRAFIA. * H.234 CONDUÇÃO DE CHAVE CRIPTOGRÁFICA * 64

33 Formato do Quadro Frame relay Faixas de Valores de DLCIs VALORES DE DLCIs CAMPO DE CAMPO DE CAMPO DE FUNÇÕES 2 octs 3 octs 4 octs LMI E SINALIZAÇÃO 1 a 15 1 a a RESERVADO 16 A A a CVPs e CVCs 992 a a a GERÊNCIA DE REDE E CLLM a a a RESERVADO GERÊNCIA DE CANAIS, MESAGEM E CLLM 65 Wordwide Frame Relay Service - Ports USA CANADA EUROPA ASIA

34 Hybrid Networks 256 K 1.5 M 768 K Frame Relay ATM 45 M 45 M DS-3 56 K ISDN DS-3 DIAL ACCESS Hybrid Networks Combine Frame Relay, ATM, and Private Lines to Optimize Price/Performace. 67 Understanding Public Frame Relay Services DS-0 DS-1/E-1 DS-3/E-3 ISDN ATM X.25 DIAL ACCESS Public Frame Relay International FR INTERNET ACCESS IP FR ACCESS Management Report 68

35 Frame Relay Complements Other Technologies Application LAN LAN / SNA Data On-net Voice Packetized Vídeo Technology FR / SMDS / ATM FR / ATM FR / ATM FR / ATM Speeds Technology < 1,5 M bps FR 1,5 a 45 Mbps > 45 Mbps FR / ATM ATM Interworking FR / ATM Agreement FRF-5 and FRF-8 FR / SMDS SIP 69