Tecnología FrameRelay.

La tecnología Frame Relay está conquistando cada vez más el mercado ruso de servicios de comunicación. Hoy en día muchos están interesados ​​en las posibilidades y perspectivas de este nuevo estándar de transferencia de datos. El autor del artículo habla sobre qué problemas se pueden resolver utilizando Frame Relay y cómo elegir la mejor opción para construir una red basada en esta tecnología. de desarrollo A finales de los años 80, uno de los pocos métodos de transmisión de datos que cumplía plenamente con el sistema BOS de siete niveles era el protocolo X.25. Esta tecnología fue creada con el fin de garantizar un buen rendimiento de las aplicaciones del usuario al transferir datos, independientemente del tipo de sistema o fabricante del equipo.

Cabe señalar que el estándar preveía la transmisión de datos a través de canales con una alta tasa de error (BER (tasa de error de bits) = 10-5). Para una transmisión confiable y confiable de información, se han desarrollado y estandarizado mecanismos de detección y corrección de errores, así como procedimientos de gestión del flujo de datos. Este enfoque determinó la baja calidad del servicio brindado al suscriptor de la red: bajas tasas de transferencia de datos, así como retrasos significativos e incontrolables en la transmisión de información del usuario a través de la red. Estas características prácticamente no tienen ningún efecto sobre el funcionamiento de las aplicaciones LAN tradicionales, pero limitan drásticamente el uso de tecnología en aplicaciones que son sensibles a los retrasos: la transmisión de información de voz y el tráfico SNA (Arquitectura de red de sistemas). El protocolo Frame Relay logró deshacerse de estas deficiencias.

El estándar Frame Relay describe la interfaz de acceso a redes con conmutación rápida de cuadros y proporciona las funciones del primer, parcialmente segundo y tercer nivel del sistema OSI de siete niveles, incluido un pequeño conjunto de reglas y procedimientos para organizar el intercambio de información.

Una característica distintiva de Frame Relay es la ausencia de los mecanismos de corrección de errores y control de flujo de datos característicos de X. 25. Una trama recibida por un nodo intermedio o terminal con errores es descartada por la red y las funciones de corrección de errores se asignan a niveles superiores. protocolos de nivel, por ejemplo, TCP.

Los mecanismos mediante los cuales se garantiza una transmisión de datos confiable en X.25 incluyen el protocolo de enlace y el almacenamiento en búfer de tramas/paquetes que requieren reconocimiento, la retransmisión de tramas recibidas incorrectamente y varios otros algoritmos. Estos procedimientos introducen retrasos adicionales, cuya magnitud depende de la probabilidad de que se produzcan errores en el nivel de enlace del enlace de transmisión de datos, así como de la carga en la memoria intermedia de los nodos intermedios.

El rechazo de estos algoritmos reduce los retrasos de la red en la transmisión de datos del usuario y, lo más importante, permite predecirlos. Además, varios campos de servicio están excluidos del formato de marco. Por lo tanto, se reduce la redundancia del protocolo y, en consecuencia, aumenta la eficiencia en el uso del ancho de banda del canal. Este enfoque limita el valor BER permitido a 10-7 e impone requisitos más estrictos sobre la calidad del canal.

El acceso del suscriptor a la red Frame Relay está controlado por la interfaz de «red de usuario». (UNI — Interfaz de usuario a red). Su tarea principal es describir las características y prestaciones de las conexiones lógicas de multiplexación PVC (Conexión Virtual Permanente), así como monitorear su estado y configuración. Cada una de estas conexiones lógicas tiene su propio número único: DLCI (Identificador de conexión de enlace de datos).

Como se señaló, los procedimientos Frame Relay no proporcionan control de flujo. En cambio, el estándar incluye mecanismos de notificación de congestión muy simples que informan al dispositivo del usuario que los recursos de la red están casi agotados. El estándar Frame Relay define las características básicas de cada conexión lógica, según las cuales el sistema varía la velocidad de transmisión de tramas a la red por parte del dispositivo del suscriptor.

La primera de estas características es la tasa de transferencia de datos garantizada CIR (tasa de información comprometida): la velocidad promedio de entrega de mensajes al dispositivo final. La segunda característica es el volumen de ráfaga garantizado de información transmitida Bc (Tamaño de ráfaga comprometido): determina la cantidad de bits que se pueden transmitir a la red a través de PVC c. una velocidad garantizada determinada durante el tiempo T. El último parámetro, el volumen de ráfaga adicional de información transmitida Be (tamaño de ráfaga en exceso), indica la cantidad de bits que se transmiten a la red sin garantía de entrega. Si los recursos de la red lo permiten, además de un mensaje de volumen Bc, se enviará una cantidad adicional de datos menor o igual a Be (a una velocidad superior a CIR). Todas las tramas se marcarán con el bit DE: para cualquier dispositivo de red, este bit significa permiso para descartar la trama si el nodo está sobrecargado. Toda la información transmitida que exceda el volumen igual a (Bc + Be) será restablecida por la red (Fig. 3).

Fig. 3. Mecanismo de control del flujo de datos en tecnología Frame Relay

Sin embargo, descartar cualquier trama implica su retransmisión de acuerdo con los procedimientos de corrección de errores de protocolos de nivel superior, lo que significa que la red seguirá estando congestionada. Para informar al transmisor sobre la necesidad de reducir la velocidad de transmisión de tramas, se crean mensajes de servicio BECN (Notificación de congestión explícita hacia atrás) para terminales de canal virtual (se transmiten a la fuente) y FECN (Notificación de congestión explícita hacia adelante) — se transmiten a el destinatario. Cuando un dispositivo recibe un mensaje de este tipo, significa que necesita reducir la velocidad de transmisión de datos a la red.

Ventajas y desventajas

Las investigaciones muestran que el uso de métodos TDM (Time Division Multiplexing) con asignación rígida de la capacidad del canal físico a conexiones lógicas permite utilizar el recurso del canal de transmisión de datos digitales en no más de 50°. Las aplicaciones no ocupan constantemente el recurso de canal que se les asigna. En cambio, cuando un recurso es gratuito no se puede ceder a otra aplicación.

Las tecnologías de multiplexación estadística, incluido Frame Relay, distribuyen el ancho de banda del canal entre los flujos de datos entrantes según los recursos de red disponibles y las características predeterminadas de las conexiones lógicas, asignando el recurso necesario solo para aplicaciones activas. Además, Frame Relay es ideal para transmitir tráfico en ráfagas, así como para combinar flujos de datos con diferentes características de tiempo, lo que lo distingue de TDM (Fig. 4).

Fig.4. Comparación de las características de temporización de las tecnologías Frame Relay y TDM

Dado que tanto X. 25 como ATM también implementan multiplexación estadística, surge la pregunta: «¿Cuáles son las ventajas de Frame Relay sobre estos métodos de organización de un sistema de transporte?»

Debido a su arquitectura, X.25 no puede proporcionar las características de temporización de las conexiones lógicas requeridas por las aplicaciones sensibles a la latencia. Frame Relay puede combinar diferentes servicios de comunicaciones utilizando el mismo recurso de red para transportar voz y datos. Además, al reducir la cantidad de información general, este protocolo hace un uso más eficiente del ancho de banda del canal disponible.

ATM admite las mismas funciones que Frame Relay, pero esta tecnología no describe estándares que permitan la transmisión de información a velocidades inferiores a 2 Mbit/s. Si tenemos en cuenta, en primer lugar, el coste de un canal digital que proporciona dicho ancho de banda y, en segundo lugar, el precio del propio equipo cajero automático, resulta obvio que los costes de implementar y seguir operando la misma solución técnica en el marco de estos Dos tecnologías diferirán en un orden de magnitud. Además, si tenemos en cuenta la tendencia mundial en la demanda de servicios de comunicaciones, podemos ver que las aplicaciones del 70% de los usuarios primarios requieren velocidades que no superan los 2.048 Mbit/s.

Frame Relay y ATM deben considerarse complementarios. Al organizar el acceso de baja velocidad a la red troncal del cajero automático utilizando el protocolo Frame Relay, un operador de comunicaciones puede crear sistemas de información flexibles y productivos que brinden la calidad de servicio requerida.

El estándar Frame Relay proporciona transmisión de tráfico de los protocolos IP, IPX, SNA y X.25, organización de conexiones puente de redes Ethernet/Token Ring, transmisión de información de voz y datos de vídeo.

Cuando se habla de aplicaciones multimedia, no se puede dejar de mencionar el concepto de «calidad de servicio». Este término se refiere a proporcionar características específicas de conexiones lógicas para diversas aplicaciones.

Por ejemplo, el tráfico de voz es sensible a los retrasos, lo que significa que el almacenamiento en búfer de tramas que contienen información de voz debe ser mínimo. A diferencia del tráfico de voz, los datos de vídeo permiten un retraso importante en el canal y son insensibles a los cambios en su valor, sin embargo, son muy exigentes con la capacidad del canal, por lo que es necesario asegurar su reserva.

Garantizar la calidad del servicio es una tarea difícil, especialmente cuando se transmite tráfico heterogéneo. Cabe señalar que, a diferencia de la tecnología ATM, los comités de estandarización de Frame Relay — en particular, el Foro Frame Relay — no proporcionan herramientas QoS (Calidad de Servicio) para este protocolo. En esta materia, el Foro Frame Relay ofrece a los fabricantes de equipos total libertad de acción.

Algunos desarrolladores creen que los parámetros de servicio garantizados deben proporcionarse mediante equipos de conmutación de redes de datos distribuidas geográficamente, pero la mayoría de los fabricantes proporcionan en sus equipos funciones que garantizan la priorización y reserva de ancho de banda para varios tipos de tráfico, protocolos y conexiones lógicas individuales.

Sin embargo, no hay forma de optimizar el rendimiento del sistema si la red Frame Relay está sobrecargada o los parámetros del canal virtual se seleccionan incorrectamente. Por lo tanto, al adquirir un servicio Frame Relay de un operador de telecomunicaciones, es necesario saber de antemano entre qué aplicaciones se distribuirá el ancho de banda del canal virtual y qué requisitos específicos impone cada una de estas aplicaciones a los parámetros de conexión (incluidos CIR y Bc).

La tecnología se basa en el hecho de que, habiéndose conectado una vez a los recursos de la red digital, el suscriptor podrá recibir cualquier número (dentro de la capacidad de la línea física y el recurso asignado) de nuevos canales de transmisión de datos creando conexiones lógicas. Además, el operador que proporciona servicios Frame Relay proporciona control total sobre el estado de la red, sobrecargas y fallas, y garantiza una rápida recuperación y redireccionamiento de las conexiones lógicas en caso de una interrupción.

No importa cuán poderosa ofrezca cualquier nueva tecnología, el usuario no podrá apreciarla si resulta demasiado costosa de implementar y operar. La simplicidad, el alto nivel de estandarización y la flexibilidad de la tecnología Frame Relay reducen significativamente los costos de creación y operación de sistemas de información. Al dar preferencia a Frame Relay, el usuario se beneficia de lo siguiente:

• al proporcionar multiplexación de casi todos los tipos de tráfico, Frame Relay le permite abandonar el funcionamiento de varios sistemas de telecomunicaciones paralelos (redes IP, X. 25, red telefónica conmutada) y pasar a una red digital unificada con integración de servicios;

• la multiplexación estadística garantiza el uso eficiente de la capacidad del canal combinando flujos entrantes, cuya capacidad total puede exceder el recurso del canal físico;

• la reducción de la redundancia del protocolo da como resultado costos mínimos por bit de información transmitida;

• gracias a la tecnología simple de organización del entorno de transporte, se reducen los costos de equipo y operativos, se garantiza una mayor confiabilidad y rendimiento del sistema, y ​​​​un procedimiento simple para reconfigurar los parámetros de la red no requiere la participación de especialistas altamente cualificados.

A pesar de todas sus ventajas, la tecnología Frame Relay no está exenta de desventajas. Uno de los más significativos es la falta de un mecanismo desarrollado para establecer conexiones virtuales conmutadas (SVC — Switched Virtual Circuit) en equipos de los principales fabricantes. La tecnología de conexión SVC tiene una serie de ventajas obvias sobre las conexiones tradicionales de PVC:

• Las soluciones basadas en SVC son más flexibles y las implementa el suscriptor sin la participación del operador de red;

• se requieren menos conexiones lógicas dentro de la red corporativa superpuesta;

• se proporciona una transición a la operación PVC en el caso de grandes volúmenes de información transmitida y una combinación flexible de estos dos métodos;

• el usuario tiene la oportunidad de establecer una conexión «a petición», es decir, sólo cuando necesita acceder a los recursos de la red. De este modo, él ahorra su dinero y el proveedor ahorra los recursos de su red.

Ahora ya se ha adoptado el estándar que describe la conmutación de conexiones virtuales a través de la red Frame Relay y solo queda implementarlo en los equipos y comenzar a brindar servicios basados ​​​​en él.

Normalmente el operador de red Frame Relay cobra por los siguientes parámetros básicos y características de los servicios:

• la velocidad de acceso es el rendimiento máximo que se puede obtener en la interfaz física proporcionada por el proveedor del servicio;

• tasa de información consistente (CIR);

•características de impulso del tráfico (Bc y Be);

• la tarifa portuaria determina la tarifa de alquiler del puerto proporcionada por el proveedor para el acceso a la red;

• Alquiler de equipos terminales. El equipo puede ser proporcionado por un operador de servicios de comunicaciones e instalado en la oficina del cliente; en este caso, el operador resuelve todos los problemas relacionados con el funcionamiento del dispositivo. Sin embargo, este servicio rara vez se practica y, por regla general, el usuario utiliza su propio equipo terminal;

• eliminación entre puntos de acceso a la red del operador de red Frame Relay. Si una conexión lógica garantiza la interacción de objetos significativamente remotos, entonces la tarifa depende de la distancia entre los puntos de acceso;

• tarifas de conexión. Se paga el costo de transmitir una unidad de información. La unidad de medida más común es 1 MB.

Para seleccionar correctamente los parámetros del canal de comunicación y no pagar de más por el exceso de ancho de banda, es necesario conocer las características y prestaciones de aquellas aplicaciones cuyo tráfico se transmitirá a través de la red Frame Relay. La valoración más cualificada la pueden realizar los expertos técnicos de la empresa que suministra los equipos de acceso a las redes Frame Relay. Sin embargo, las recomendaciones más generales se pueden formular de la siguiente manera.

• Para aplicaciones que son sensibles a retrasos, pérdida de tramas y se caracterizan por una intensidad de tráfico constante a lo largo del tiempo, es necesario seleccionar un CIR igual al rendimiento total dentro de una conexión lógica y el valor mínimo de Be.

• Es mejor organizar la transmisión de tráfico pulsado, por ejemplo redes de área local, sobre la base de conexiones virtuales con un CIR igual a cero y un Be máximo.

Características de la selección de equipos

Los equipos Frame Relay modernos son producidos por muchas empresas conocidas, incluidas Northern Telecom, Motorola ISG, Cisco y Memotec. La gama de funciones de los equipos de diferentes fabricantes es casi la misma. Por lo tanto, el énfasis principal del capítulo estará en las características de implementación de tecnologías específicas en dispositivos FRAD.

Debido a las demandas de sincronización del tráfico de voz, el equipo terminal que proporciona transmisión de voz debe realizar algunas funciones adicionales.

Durante la transferencia de datos a la red, puede surgir una situación en la que aparece un cuadro de datos grande delante de un cuadro con información de voz en el búfer del dispositivo. Procesar una trama larga llevará mucho tiempo, por lo que habrá un retraso en la transmisión de la trama de información de voz. Si esta situación se repite y la duración de los fotogramas grandes varía, aparecerán pausas extrañas y desvanecimientos en la sesión de comunicación de voz. Para evitar un efecto tan indeseable, se utiliza un mecanismo de segmentación del tráfico. Este algoritmo tiene un inconveniente: en el formato de cuadro único, la relación entre información de servicio e información útil cuando se incluye la segmentación aumenta, lo que significa que la eficiencia del uso del ancho de banda del canal de transmisión de datos disminuye. Por lo tanto, el dispositivo terminal debe reconocer la información de voz en el flujo de datos, activando la segmentación cuando sea necesario y deshabilitándola cuando no haya voz.

Además, para garantizar una latencia mínima para las tramas de voz, los dispositivos FRAD deben poder priorizar diferentes tipos de tráfico.

Otra característica importante del funcionamiento de los equipos de acceso en una red Frame Relay es la capacidad de multiplexar conexiones de voz y tráfico de datos dentro de un PVC (circuito virtual permanente). Algunos fabricantes de dispositivos FRAD separan el tráfico de voz y datos a través de diferentes conexiones lógicas, a cada una de las cuales se le asigna un DLCI independiente. Esto aumenta significativamente el costo del sistema, ya que el operador cobra por cada conexión lógica. La multiplexación de datos dentro de un PVC proporciona beneficios económicos adicionales. Además, los equipos modernos que realizan funciones FRAD tienen mecanismos de compresión de voz incorporados que proporcionan un uso aún más eficiente de la capacidad del canal de transmisión de datos. Para transmitir voz, el dispositivo FRAD debe tener la funcionalidad de supresión DSI (Interpolación digital del habla). El algoritmo de su funcionamiento determina la presencia de actividad del habla y luego las tramas de información de voz se transmiten a la red. En ausencia de voz, el recurso de ancho de banda se puede utilizar para otro mensaje de voz o transmisión de datos.

Cuando se habla de tecnologías para transmitir tráfico heterogéneo a través de redes Frame Relay, no se puede dejar de abordar una cuestión como la organización de la interacción de las redes locales. El método más sencillo, organizar conexiones puente, resulta no ser el mejor. Esto se debe al hecho de que la naturaleza de transmisión del tráfico, así como la información de servicio de los protocolos LAN, reducen significativamente los recursos disponibles del canal de transmisión de datos. Por tanto, la opción más aceptable para solucionar este problema es organizar la interacción LAN a nivel de red. Este enfoque le permite reducir drásticamente la cantidad de mensajes de transmisión, así como eliminar la información de servicio de los protocolos de nivel de enlace.

Pronósticos y perspectivas A pesar de que los estándares para la transmisión de voz a través de redes Frame Relay existen desde hace mucho tiempo, no todos los fabricantes de equipos los admiten en sus productos, implementando algoritmos propietarios para procesar la información de voz1. Por lo tanto, un paso importante en el desarrollo de Frame Relay será la creación de mecanismos unificados para la interacción entre dispositivos de red durante la transmisión de voz, independientemente del modelo de equipo. Según las previsiones de Vertical System Group, la transmisión de información de voz (VoFR — Voice over Frame Relay) seguirá siendo uno de los servicios de más rápido crecimiento en el mercado de Frame Relay (Fig. 5).

Fig.5. Arroz. 5. Crecimiento proyectado de los servicios VoFR

En general, basándonos en la experiencia global en el desarrollo de la tecnología Frame Relay, podemos observar su fluida convergencia con las soluciones basadas en ATM. Esta integración se debe al hecho de que las redes corporativas que operan sobre la base de canales virtuales de redes digitales tienen una topología en «estrella». Con esta configuración, las oficinas remotas no necesitan mucho ancho de banda para satisfacer todas sus necesidades de aplicaciones. Al mismo tiempo, en el nodo central de la red se concentran todas las conexiones lógicas, que ocupan la mayor parte de los recursos del canal de interacción del usuario con la red. Lo más eficaz en este caso es el uso del protocolo Frame Relay para conexiones de baja velocidad y ATM para concentrar el tráfico en el nodo central. Los operadores de telecomunicaciones resuelven problemas similares al brindar a los clientes acceso a diversos recursos de la red.

El principal problema del proceso de combinación de tecnologías es que Frame Relay no ha desarrollado estándares similares a los estándares ATM para garantizar la «calidad de servicio». Una posible salida a esta situación es combinar los mecanismos QoS de la tecnología Frame Relay, implementada en los equipos de algunos fabricantes, y soluciones técnicas basadas en equipos ATMO. Este enfoque para construir redes de datos le permite obtener soluciones flexibles y escalables, que admiten toda la gama de posibles aplicaciones y servicios de comunicación.