Frame Relay

Nesse post trago uma compilação das publicações do Thiago (imaster) muito didática sobre Frame Relay. O Frame Relay é uma eficiente tecnologia de comunicação de dados usada para transmitir de maneira rápida e barata a informação digital através de uma rede de dados, dividindo essas informações em frames (quadros) a um ou muitos destinos de um ou muitos end-points. Em 2006, a internet baseada em ATM e IP nativo começam, lentamente, a impelir o desuso do frame relay. Também o advento do VPN e de outros serviços de acesso dedicados como o Cable Modem e o dsl, aceleram a tendência de substituição do frame relay. Há, entretanto, muitas áreas rurais onde o DSL e o serviço de cable modem não estão disponíveis e a modalidade de comunicação de dados mais econômica muitas vezes é uma linha frame relay. Assim, uma rede de lojas de varejo, por exemplo, pode usar frame relay para conectar lojas rurais ou interioranas em sua WAN corporativa. (provavelmente com a adoção de uma VPN para segurança).
O frame-relay é uma técnica de comutação de quadros efetuada de maneira confiável, considerando as seguintes caractéristicas: Redes locais com um serviço orientado a conexão, operando no nivel 2 do modelo OSI, com baixo retardo e com praticamente nenhum controle de erro nos nós.
O Frame Relay é um serviço de pacotes ideal para tráfego de dados IP, que organiza as informações em frames, ou seja, em pacotes de dados com endereço de destino definido, ao invés de coloca-los em slots fixos de tempo, como é o caso do TDM. Este procedimento permite ao protocolo implementar as características de multiplexação estatística e de compartilhamento de portas. Considerando o modelo OSI para protocolos, o Frame Relay elimina todo o processamento da camada de rede (layer 3) do X.25. Apenas algumas funcionalidades básicas da camada de enlace de dados (layer 2) são implementadas, tais como a verificação de frames válidos, porém sem a solicitação de retransmissão em caso de erro. Desta forma, as funcionalidades implementadas nos protocolos de aplicação, tais como verificação de seqüência de frames, o uso de frames de confirmações e supervisão, entre outras, não são duplicadas na rede Frame Relay. Isto permite um trafego de quadros (frames) ou pacotes em alta velocidade (até 1,984 Mbps), com um atraso mínimo e uma utilização eficiente da largura de banda.

Características

É um protocolo WAN de alta performance que opera nas camadas fisica e de enlace do modelo OSI. Esta tecnologia utiliza comutação por pacotes para promover a interface com outras redes através de dispositivos de borda (roteadores), compartilhando dinamicamente os meios de transmissão e a largura de banda disponíveis, de forma mais eficiente e flexível
Protocolo Frame Relay, sendo descendente direto do X-25, utiliza-se das funcionalidades de multiplexação estatística e compartilhamento de portas, porém com a alta velocidade e baixo atraso (delay) dos circuitos TDM. Isto é possível pois o mesmo não utiliza o processamento da camada de rede (layer 3) do X.25. Isto exige redes confiáveis para a sua implementação eficiente, pois em caso de erro no meio de transmissão, ocorre um aumento significativo no número de retransmissões, pois a checagem de erros ocorre somente nas pontas.
O Frame Relay é baseada no uso de Circuitos Virtuais (VC's). Um VC é um circuito de dados virtual bidirecional entre 2 portas quaisquer da rede, que funciona como se fosse um circuito dedicado. Existem 2 tipos de Circuitos Virtuais: O Permanent Virtual Circuit (PVC) e o Switched Virtual Circuit (SVC).
O Frame Relay também possibilita a utilização de múltiplos canais lógicos em uma mesma linha de acesso, o que torna o mesmo ponto-multiponto. Isto significa que podemos, utilizando uma única linha dados em um ponto de concentração (cpd, por exemplo), acessar diversos pontos remotos. Cada ponto remoto é acessado através de um endereço lógico diferente, chamado DLCI.
Outra característica interessante do Frame Relay é o CIR(Commited information rate). O Frame Relay é um protocolo de redes estatístico, voltado principalmente para o tráfego tipo rajada, em que a sua infra-estrutura é compartilhada pela operadora de telefonia e, conseqüentemente, tem um custo mais acessível do que uma linha privada. Isto significa que quando um usuário de serviços de telecomunicações contrata uma linha Frame Relay com 128 Kb/s, não quer dizer que ele tenha alocado na rede da operadora esta banda todo o tempo, pois, já que a infraestrutura é compartilhada, haverá momentos em que ocorrerá congestionamentos. No ato da assinatura do contrato com a operadora, o usuário escolhe uma taxa de CIR, que pode ser de 25%, 50%, a que o usuário escolher, e no momento do congestionamento, a operadora garante que terá disponível a banda correspondente ao CIR. Por exemplo, se um usuário tem um Frame Relay de 128 KB/s com um CIR de 50%, caso a rede não esteja congestionada o mesmo poderá realizar uma rajada de tráfego a até 128 KB/s. Porém, caso haja congestionamento, esta banda vai sendo automaticamente reduzida até o valor de CIR, podendo este usuário no pior caso trafegar a 64 KB/s, que corresponde a 50% de 128 KB/s. Quando maior o CIR, maior o custo da linha 2.

By Thiago Francisco Dias
Voltando ao nosso cotidiano, hoje iniciameremos uma série de estudos sobre Frame Relay com uma visão funcional explicar como configurá-la. Ao término de nosso artigo, você poderá:

• Explicar as operações básicas de Frame Relay;
• Mostrar como configurar o necessário de Frame Relay no roteador Cisco.

Introdução

Frame Relay utiliza-se de circuitos virtuais ao invés de um circuito ponto-a-ponto para conectar cada site.

Normalmente, um usuário paga por cada conexão física que aluga ou adquire. Com Frame Relay, somente uma conexão na nuvem da Infra (tecnicamente falando claro) satisfaz as necessidades de um projeto.

Partindo do princípio de que cada site não possui uma variedade grande de circuitos físicos, o custo final da WAN é muito pequeno.

Circuitos Virtuais

Multipla comunicação entre sites através de um link físico é um exemplo de circuitos virtuais.
Se mais sites gradativamente farão parte da nuvem de Infra, não é necessário adicionar nenhum outro hardware ou adquirir outra conexão física para cada site.

Logo, se você desejar adicionar somente um cuircuito virtual de cada site, então uma única conexão é necessária.

O LMI

O Local Management Interface ou LMI, é o protocolo que o roteador utilize para comunicar-se com o primeiro switch Frame Relay na nuvem.

O LMI é executado somente entre o roteador e o switch Frame Relay, não sendo transportado portanto através da nuvem da Infra. O LMI permite a criação dinâmica de circuitos virtuais através da nuvem Frame Relay.

O DLCI

Um Data Link Connection Identifier ou DLCI define um circuito virtual para um site remoto. Cada site deve possuir um DLCI diferente um do outro.

Os DLCIs são localmente importantes entre o roteador e o switch Frame Relay. O DLCI não pode ser visualizado como um endereço, uma vez nenhum site remoto não pode alcançar seu DLCI. Cada site possui um DLCI que é mapeado.

Confusão com o DLCI

Aqui cada site utilize um DLCI 100 para alcançar o site principal. Isto pode parecer que o endereço do site principal é 100, mas não é.

A mesma configuração de DLCI foi feita em cada um dos sites para alcançar o site principal.

Administrativamente, isto pode parecer fácil de gerenciar, uma vez que todos os sites utilizam um número comum para alcançar o site principal. Mas isto pode distorcer o modo como alguns profissionais vêem as operações Frame Relay.

Lembre-se de que um DLCI é somente conhecido entre o roteador e o switch Frame Relay.

Malha Completa ou Full Mesh

Assim cada site possui uma conexão virtual para cada site parceiro. Este conceito é conhecido como “full mesh” ou malha completa.

Os updates de roteamento e os pacotes de dados de cada site podem comunicar-se diretamente com outros sites utilizando uma única conexão física na nuvem da Infra. Se você notar bem, verá semelhanças com uma LAN. Cada dispositivo é um salto, ou é participante da mesma subrede lógica.

Neste exemplo de Frame Relay, somente uma subrede é necessária para a nuvem inteira. Cada site possui um número de nó diferente do outro.

Malha Parcial ou Partial Mesh

Neste momento, não são todos os sites que possuem um link virtual direto para com os outros sites. Algumas vezes, mais de um salto é necessário para chegar a um destino.

E difícil acontecer, mas uma vez que você paga pelo número de circuitos virtuais que você possui, e a largura de banda de cada um, pode ser que o preço de se ter uma rede full mesh seja altíssimo para sua nuvem.

Porém, tenha em mente que com uma malha parcial, você vai ter que utilizar mais subredes IP.

Split Horizon
Em uma infra-estrutura de malha completa as atualizações de roteamento de um site podem alcançar cada um dos outros sites em um salto.
Aqui, em nosso exemplo, um update de roteamento do roteador “A” pode alcançar “B” mas não “C”. Os dispositivos que estão atrás do roteador “C” não podem alcançar as redes do roteador “A” a não ser que o roteador “B” libere o update de roteamento.
Nesta situação, o split horizon entra em ação. Uma vez que o update nãopode sair de uma interface da qual ele entrou, “C” não pode pegar os updates de “A” porque eles vieram através de uma mesma interface de “B”.

Subinterfaces
Uma subinterface é uma interface lógica que trabalha em conjunto com uma interface física. Pode haver casos de uma interface física possuir várias interfaces lógicas. O Linux utiliza bem este conceito.
Aqui o roteador “B” está utilizando duas subinterfaces diferentes. Uma conecta ao roteador “A”, a outra para o roteador “C”. Ambas utilizam a mesma inteface física mas o roteador as vê como duas interfaces independentes na tabela de roteamento.
Quanto mais subinterfaces você utiliza, mais subredes você vai utilizar também na nuvem.

Subinterfaces e Split Horizon
Uma vez que o roteador visualiza a subinterface como um novo ponto de origem para update de roteamento, ele pode agora transmitir estes updates que vão chegar em outras subinterfaces.
Isto é similar no modo que vemos isto sendo utilizado através de múltiplas interfaces físicas na LAN.
Com as subinterfaces, uma rede Frame Relay permite uma conectividade de roteamento completa sem, contudo, uma completa conectividade física.
Configuração da Encapsulação Frame-Relay
A configuração de Frame Relay em um roteador Cisco, inicia-se com a alteração da encapsulação serial. O comando encapsulation frame-relay faz isto para você.
Aqui, em nosso exemplo, você está vendo a alteração na interface serial 0.
O comando encapsulation é sempre o comando mestre, não importa o tipo de encapsulação que você selecione.


ARP Inverso
O ARP Inverso é um processo dinâmico que Frame Relay utiliza para descobrir os pontos remotos dos links Frame Relay.
Uma vez que o tipo de encapsulação foi alterado para frame-relay, o roteador imediatamente pergunta para o switch Frame Relay o DLCI que estão em utilização.
Ele então envia um pedido ARP Inverso para o swicth para cada DLCI descoberta. Uma vez que cada DLCI mapeia um site diferente, o ARP Inverso cria um mapa dinâmico para cada localidade para você.


Exemplo de Malha Completa:
Em uma rede de malha completa, tudo o que você precisa configurar no Frame Relay é definir o tipo de encapsulação com o comando encapsulation frame-relay em cada interface serial e atribuir um conjunto de endereços IP comum a esta (s) interface (s). O processo de descoberta DLCI e o ARP Inverso cuidam do restante.
Configuração de Subinterface:
Se sua nuvem não for malha completa, uma malha parcial lógica deve ser criada com o uso das subinterfaces. Uma subinterface deve estar baseada em uma interface física.
Aqui, duas subinterfaces ponto-a-ponto estão configuradas na interface serial 0, cada qual com sua configuração IP, lembrando que o roteador não aceita o mesmo endereçamento IP em suas interfaces, sejam físicas ou lógicas.
Você deve assegurar-se que os outros sites que conectam-se a este roteador utilizam a mesma estrutura IP em seus pontos finais do circuito virtual.
Ponto-a-Ponto versus Multiponto:
As subinterfaces são utilizadas para criar WANs que não são do tipo malha completa. Porém, se todas as subinterfaces fossem ponto-a-ponto, então a nuvem seria um modelo hub-and-spoke, o que nem sempre é o caso.
Aqui, vemos, mas não totalmente, esta nuvem de malha completa. Existem dois tipos de subinterfaces; as ponto-a-ponto conectam um site a outro e possuem somente um DLCI, enquanto as multipontos conectam a mais de um site e possuem um DLCI para cada site.

Multiponto e o ARP Inverso:
Se você utiliza ambas subinterfaces, ponto-a-ponto e multiponto, na mesma interface física, torna-se necessário definir os números DLCI utilizados nas subinterfaces multiponto. Isto ameniza confusão com todos os DLCIs que são informados do switch Frame Relay durante o processo de descoberta.
O comando frame-relay interface-dlci permite mapear um DLCI a uma interface em particular. Este comando pode ser utilizado várias vezes em uma interface multiponto para atribuir quantos DLCI forem necessários.

Exemplo de Hub-and-Spoke:
Como sempre o comando encapsulation frame-relay é utilizado para configurar a interface principal.
Aqui, vemos um exemplo de configuração de rede hub-and-spok. Uma subinterface é criada para cada circuito virtual e um único endereço IP atribuído para cada subinterface. Finalmente, o processo de descoberta DLCI e o ARP Inverso cuidam do restante.

Exemplo de Malha Parcial:
Aqui, neste caso, a rede hub-and-spoke não é utilizada. Em outras situações, há somente um único circuito virtual para um site, enquanto em outras circunstâncias, pode haver vários circuitos. O exemplo dado a seguir mostra como tudo isto trabalha melhor em conjunto.
O Comando show frame-relay lmi:
Uma vez que o Frame Relay foi configurado, o comando show interfaces pode ajudá-lo a confirmar o tipo de encapsulação que foi configurado (e se foi configurado corretamente). A interface Frame Relay não pode tornar-se operacional até que haja troca de pacotes LMI entre o roteador e o switch Frame Relay.
Aqui, o comando show frame-relay lmi mostra que os pacotes foram enviados ("sent") e recebidos ("received") do switch. A partir deste momento, os mapeamentos dinâmicos podem ocorrer normalmente. Este comando não irá retornar com informação alguma caso não haja troca de pacotes LMI.

O Comando show frame-relay map:
Aqui, o comando show frame-relay map indica que o DLCI 100 foi obtido dinamicamente do switch Frame Relay. Este DLCI é aplicável para tráfego IP, IPX e AppleTalk que passam através do link. O status "active" para cada protocolo indica que o Frame Relay foi devidamente configurado para os protocolos exibidos.
A palavra-chave "broadcast" verifica que o tráfego broadcast, como os updates de roteamento, é permitido para passar através desta conexão.

O Comando show frame-relay pvc:
A última tela de verificação, para assegurar-se que o Frame Relay está corretamente configurado, é acessível pelo comando show frame-relay pvc. Esta tela permite a você ver os vários tipos de pacotes que estão passando através do link operacional Frame Relay.
Ele mostra o DLCI em uso para cada PVC e a interface para qual a DLCI mapeia, lembrando que o DLCI tem importâcia local. Por fim, esta tela oferece ainda, além de um contador de pacotes, um contador de byte para os pacotes que entram ou saem e ainda um relatório de erros dos pacotes que foram excluídos.
Um forte abraço e até a próxima.




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