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8/7/2019 Tutorial-FrameRelay

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Tutorial: Frame Relay: Redes, Tecnologia e Protocolo

Introduo

Apesar de ser um protocolo relativamente antigo, o Frame Relay ainda muitoutilizado na rea de telecomunicaes. Por suas caractersticas de qualidade e porexistir no Brasil uma rede legada com grande capilaridade, o Frame Relay est presentena composio de diversos servios de Telecom, em geral, como uma opo de acessoa redes de dados corporativas ou Internet.

De uma forma genrica, podemos dizer que a tecnologia Frame Relay implementamecanismos para o envio de informaes por comutao de pacotes, sejam elasprovenientes de servios de dados como de voz. A forma de envio feita por frames(ou quadros), onde cada frame tem um endereo que define o destino de entrega dainformao.

Neste tutorial, iremos apresentar os principais aspectos e caractersticas do FrameRelay, incluindo tecnologia e implementao como rede de acesso.

Caractersticas do Frame Relay

Quando implementamos o Frame Realy, podemos utilizar a tecnologia tanto proveracesso, como para o transporte das informaes. Quando foi concebida, na dcada de1980, a tecnologia era considerada de alta velocidade. Entretanto, a percepo do queseja uma alta ou baixa velocidade de transmisso muda com o tempo, e hoje, ainda uma opo interessante para redes de acesso, pois existem grandes restries ao usodo Frame Relay na implementao de backbones.


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Na figura abaixo, temos uma arquitetura tpica no processo de formao de redescorporativas utilizando frame relay no acesso.

importante ressaltar que a tecnologia Frame Relay apresenta uma srie de vantagenspara a sua utilizao como rede de acesso tais como: custo baixo, alta confiabilidade natransmisso, tecnologia estvel e j testada em diversas situaes, reconhecimentopelo mercado, boa escalabilidade e flexibilidade de configurao, interoperabilidadecom backbones IP e ATM (como mostra a figura anterior), grande capilaridade na redelegada, capacidade de transportar voz e dados com qualidade e baixo overhead no

protocolo.

Porm, como funciona o Frame Relay?

Como dito na introduo, a tecnologia FR utiliza comutao de pacotes, ou ainda,multiplexao estatstica, e de fato, organiza a informao a ser transmitida emframes (quadros), que contm em seus cabealhos o endereo de destino. Ainformao da LAN encapsulada em quadros que so encaminhados atravs deportas sem a necessidade de alocao fixa no tempo, ou seja, so utilizados recursosde rede em funo da demanda apresentada pela aplicao do cliente.

Utilizamos o termo encaminhamento de informaes pois o FR eminentemente umprotocolo de camada 2, e lcito afirmar que um protocolo simples, que nem sequerimplementa todas as funcionalidades previstas para o Layer 2 do modelo OSI. De fato,o FR foi concebido para ser rpido e eficiente, pois as funes suprimidas sogeralmente realizadas pelas aplicaes transportadas. Apenas como exemplo, o FR norealiza pedidos de retransmisso no caso de perda de frames. O FR verifica na recepo


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se um frame chegou corretamente, descartando-o no caso de problemas. Eventuaispedidos de retransmisso devem ser feitos pelos protocolos de camadas mais altas.

Outra caracterstica importante do Frame Relay que implementa o encaminhamento

atravs de Circuitos Virtuais (Virtual Circuits VCs), que funcionam basicamente comoum circuito dedicado durante a transmisso. Falaremos um pouco mais sobre eles nasprximas sees.

Estrutura do Frame (Quadro)

Como dito, o FR utiliza frames para o transporte das informaes. O frame compostode cinco partes como mostra a figura abaixo:

Os campos Flag so apenas para indicar o incio e o final de cada quadro. O Frame Relay Header (FRH) uma parte mais complexa, com diversos

campos utilizados para controle do protocolo (ver explicao a seguir). O campo Information carrega a informao da aplicao do usurio. O campo FCS (Frame Check Sequence) um CRC (Cyclic Redundat Check) de

16 bits utilizado para deteco de erros no receptor, ou seja, caso ocorra algum

erro entre a transmisso e a recepo do frame, com este campo que oprotocolo verifica a integridade do quadro.

Vamos agora ver como o Header:

O FRH tem 2 bytes e composto pelos seguintes campos: DLCI (Data Link Connection Identifier 10 bits) que indica o endereo de destino

do frame. De fato, o nmero do Circuito Virtual Permanente (CVP ou PVC Permanent Virtual Circuit).

C/R (Command / Response 1 bit) que indica se este um frame de comando oude resposta.


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EA (Extended Address 2 bits) que indica se este frame tem um cabealhoestendido, ou seja, com at 2 bytes adicionais. A extenso do cabealho interessante caso se queira ampliar as possibilidades de endereamento.

FECN (Foward Explicit Congestion Notification 1 bit) e BECN (Backward ExplicitCongestion Notification 1 bit) quando a rede fica congestionada ao ponto deno conseguir processar novas transmisses, ela comea a descartar frames.Esses frames descartados so retransmitidos, e portanto, podem causar maiscongestionamento. Para prevenir esta situao, os campos FECN e BECN soutilizados para notificar os equipamentos de recepo e transmisso acerca doproblema de congestionamento. O FECN setado (1) para indicar que ocaminho de ida (downstream) da informao est congestionado. O BECN setado (1) para indicar que o caminho de volta do caminho onde trafega ainformao est congestionado.

DE (Discard Eligibility Indicator 1 bit) que indica se este um frame elegvelpara o descarte no caso de congestionamento na rede.

Circuitos Virtuais (VC Virtual Circuits)

Na tecnologia Frame Relay existem dois tipos de VCs (Virtual Circuits CircuitosVirtuais) padronizados: PVC e SVC.

O Permanent Virtual Circuit (PVC), geralmente traduzido para CVP Circuito VirtualPermanente, pode ser configurado pela operadora de servios de telecomunicaes ese comporta para o usurio como uma conexo permanente entre dois pontos.Quando um CVP implementado, existe a criao de uma rota de encaminhamento.Esta rota pode ser alterada durante a operao devido a problemas ou por mudanasde configurao promovidas pela prpria operadora.

O CVP muito utilizado na prtica para a formao de redes corporativas. Por exemplo:imagine uma empresa com filiais em trs estados brasileiros que precisa contratar emuma operadora o servio de telecom, ou seja, quer interligar as trs LANs de tal formaque estas possam compartilhar servidores de aplicao (controle de estoque, sistemafinanceiro, PABX, acesso a Internet etc). Uma topologia simples para solucionar estademanda apresentada na figura seguinte onde cada LAN conectada ao backbone da

operadora atravs de CVPs Frame Relay. Neste caso, a tecnologia Frame Relay no utilizada para levar a informao de uma LAN para outra. De fato, serve apenas comorede de acesso, sendo que cada CVP criado leva a informao de uma LAN at umponto de entrada no backbone.


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O Switched Virtual Circuit (SVC), geralmente traduzido para CVC Circuito VirtualComutado, criado de forma automtica, sob demanda, fazendo a conexopermanente entre dois pontos quando necessrio para atender uma aplicao queexija um circuito temporrio. Um exemplo de aplicao para este tipo de circuito ouso em chamadas de voz onde a conexo s precisa estar feita no perodo de duraoda chamada. O protocolo de sinalizao do SVC especificado na norma ITU-T Q.933.

Note que para o usurio transparente o uso SVC ou PVC, desde que tudo ocorra bem.Porm, para a operadora o SVC permite uma maior flexibilidade na conectividade entreos pontos de origem e destino na rede, resultando em economia no projeto.

Controle de Congestionamento do Frame Relay

A tecnologia FR apresenta alguns mecanismos opcionais de controle e sinalizao paraa situao de congestionamento, verificao do estado das conexes e sinalizao paraformao de um SVC.

Como em toda rede, no caso do FR, vo existir restries de banda. Toda tecnologiacom multiplexo estatstica vai ter este tipo de problema. Na medida em que o trfegoaumenta, aloca-se banda para a realizao das transmisses at que a redecongestione, ou seja, o trfego que chega no consegue mais ser atendido. Uma dasprimeiras conseqncias do congestionamento o aumento no atraso da entrega dosframes e em casos mais extremos, o descarte de pacotes. Note que neste ltimo caso,


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tornam-se importantes os procedimentos de reenvio, as solicitaes de retransmissodas camadas superiores.

A tecnologia FR tem os seguintes mecanismos para gerenciar o problema de

congestionamento:

Explicit Congestion Notification (ECN) neste caso, utiliza-se os bits FECN eBECN do header FR para avisar os equipamentos sobre o problema docongestionamento. Se um equipamento detecta o congestionamento eleseta BECN e FECN no upstream e no downstream (Figura a seguir). Os avisosde BECN e FECN podem ser utilizados pelos protocolos de camada superior parainiciar procedimentos de recuperao de pacotes, diminuio da necessidade debanda etc.

Implicit Congestion Notification neste caso, a deteco do congestionamento feita por um protocolo de camada superior. Os protocolos de aplicao docliente podem por exemplo, monitorar o atraso de chegada de informao, ouseja, deduzem que algo est ocorrendo na rede. Neste caso, os protocolospodem ativar procedimentos que reduzem o envio de frames, diminuindo ocongestionamento.

Discard Eligibility (DE) quando ocorre congestionamento, a rede FR podedecidir descartar frames para diminuir o problema. A funo DE fornece um

sinal para determinar quais quadros podem ser descartados caso necessrio. Noheader FR, o bit DE pode ser colocado em 1 para indicar que aquele umquadro eleito para descarte. Um ponto interessante a ser discutido mais parafrente neste tutorial : como a definio de elegibilidade para descarte?Veremos na prxima seo.

Sinalizao com DLCI (Data Link Connection Identifier) especfico no FR possvel a comunicao do status das portas e dos circuitos virtuais utilizando


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DLCIs especficos. Nesses frames podem ser passadas informaes do estado decada porta ou circuito virtual (por exemplo: se est congestionado ou no).

Eligibilidade para Descarte e CIR (Commited Information Rate)

No padro Frame Relay, existe um parmetro chamado CIR Commited InformationRate que representa algo como uma garantia de banda na contratao de um circuitovirtual. A CIR especificada como um percentual da capacidade mxima da portacontratada e este valor define a partir de quando o bit DE (Discard Elegibility) serativado. Quando um equipamento do cliente ultrapassa o valor da CIR no uso da bandado seu circuito, os frames passam a ter o bit DE em 1.

Voz sobre Frame Relay (VoFR)

Uma das aplicaes que a tecnologia Frame Relay lida com excelente qualidade otransporte de voz telefnica. O padro Frame Relay consegue atender o QoS exigidopara a aplicao permitindo ao usurio ter acessos com voz e dados integradosdiminuindo custos empresariais. Muitas empresas adotam o FR como tecnologia deacesso justamente por saberem que a sua qualidade muito boa. Abaixo uma figuramostrando uma topologia tpica de VoFR.


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Frame Relay e ATM

As tecnologias ATM e FR, atravs de seus fruns, desenvolveram diversos IAs(Implementation Agreements) para possibilitar a integrao de equipamentos em uma

mesma rede. Uma IA se chama Frame Relay/ATM Network InterworkingImplementation Agreement (FRF.5) que explica como encapsular frames em clulasATM. Os endereos FR so mapeados para endereamentos ATM quando a informaopassa por um ncleo da nova tecnologia. Veja a figura seguinte.


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Outra forma de interoperabilidade est descrita na IA FRF.8 Frame Relay/ATM PVCService Interworking Implementation Agreement. Neste caso feito um processo deconverso dos protocolos permitindo que redes FR se liguem a redes ATM . Veja afigura seguinte.

Especificaes e Normas Frame Relay

Existem dois rgos internacionais que se envolveram fortemente na padronizao doFrame Relay: ANSI e ITU-T. Cada rgo publica as normas com uma numeraodiferente:

Especificao: Service Description ANSI T1.606 ou I.233 Especificao: Core Aspects ANSI T1.618 ou Q.922 (Anexo A) Especificao: Access Signaling ANSI T1.617 ou Q.933


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Consideraes Finais e Concluses

Neste tutorial foi apresentada uma viso geral da tecnologia Frame Relay que por suaqualidade e capilaridade uma opo comum de clientes de telecomunicaes quando

contratando servios de formao de redes corporativas.

Foram apresentados os seguintes tpicos: caractersticas do FR, estrutura de quadro,CVP, CVC, controle de congestionamento, elegibilidade para descarte, VoFR einteroperabilidade com ATM.

Sobre 0 autor

Dr. Csar Kyn d'vila obteve sua graduao em Engenharia Eltrica em 1992 pela

Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), onde tambm completou sua formaoacadmica com o Mestrado e Doutorado na rea de Telecomunicaes, nos anos de1995 e 1998 respectivamente. Seus trabalhos acadmicos se concentram em estudossobre os sistemas celulares com tecnologia CDMA (UMTS, CdmaOne, 1xRTT, 1xEVDO)aplicada s Comunicaes sem Fio. Desde a sua formao como doutor, atua nomercado de telecomunicaes, como consultor em diversas empresas operadoras,fabricantes de equipamentos e prestadoras de servio. Possui grande experinciadidtica e ministrou inmeros treinamentos em empresas como Samsung, Motorola,Nortel, Ericsson, Instituto Eldorado, Flextronics, Brasil Telecom, Telemar, Vivo, Claro eoutras, bem como cursos de ps-graduao em faculdades. Atualmente ocupa aposio de Diretor de Tecnologia do Centro de Desenvolvimento Profissional e

Tecnolgico (CEDET) empresa com projetos com as tecnologias GSM, UMTS e Wi-MAXe atua como pesquisador independente tendo orientado teses e trabalhos cientficosem instituies de renome como Unicamp e Inatel.

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Entre em contato pelo e-mail: [email protected]

Autor: Csar Kyn d'vilaltima atualizao em 24/03/2010

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