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Frame Relay e i circuiti virtuali

Scritto da Alessio Carta il . Inserito in Livello 2 - collegamento . Visite: 7409

E’ una tecnologia per reti WAN definita come Non Broadcast Multi-Access (NBMA), simile ad Ethernet tranne per il fatto che non inoltra traffico broadcast. Utilizza una commutazione a pacchetto (packet switching), con tecnica STDM (Statistical Time Division Multiplexing).

Una tipica connessione Frame Relay prevede un router, identificato come DTE, connesso ad uno switch Frame Relay del service provider, tramite una connessione che prende il nome di access link. Due router posti agli estremi di un collegamento Frame Relay sono sempre due DTE. Il link che li mette in comunicazione è chiamato circuito virtuale (VC, virtual circuit). Frame Relay utilizza in genere circuiti virtuali permanenti (PVC, permanent virtual circuit), che  prevedono un percorso permanente e preconfigurato dal provider per la trasmissione di dati tra due punti. I circuiti PVC raramente si presentano interrotti o scollegati.

 

Vediamo come si colloca Frame Relay rispetto alle tecnologie WAN più diffuse:

Protocolli

Tecnica di trasmissione

Descrizione

Larghezza di Banda

PPP, ISDN

Circuit Switching

Circuito che crea un percorso dedicato tra due punti. L’esempio migliore è dato dalla rete telefonica tradizionale

da 28Kbps a 144 Kbps

Frame Relay

Packet Switching

Ogni messaggio viene suddiviso in pacchetti, che possono viaggiare su una rete WAN tramite una connessione punto-punto o punto-multipunto. I pacchetti, di lunghezza variabile, sono trasmessi attraverso un Virtual Circuit (PVC) o uno Switched Virtual Circuit (SVC)

da 56Kbps a 45 Mbps

PPP, HDLC, SDLC

Leased Line

Connessione punto-punto

da 56Kbps a 45 Mbps

ATM

Cell Relay

Simile al packet switching, ma usa celle di lunghezza fissa invece di pacchetti a lunghezza variabile. I dati sono quindi trasportati su circuiti virtuali.

da 1,54 Mbps a 622 Mbps

 

Le connessioni Frame Relay richiedono indirizzi di livello 2, chiamati DLCI, data-link connection identifier. Il DLCI viene usato per identificare il circuito virtuale che i dati attraversano per raggiungere una destinazione specifica. Ogni DLCI ha significato solo localmente, ovvero solo sul dispositivo in cui è stato impostato. Ad ogni DLCI corrisponde l’IP del router posto all’altro capo del circuito virtuale. L’indirizzo DLCI è presente nel relativo campo di ogni trama trasmessa. L’associazione tra indirizzo DLCI (indirizzo di livello 2) e indirizzo IP remoto (indirizzo di livello 3) può essere manuale o automatica; in ogni caso si utilizza un processo di ARP inverso, secondo i passi seguenti:

  1. Il dispositivo locale annuncia la propria presenza, inviando il suo indirizzo di livello 3 sul circuito PVC.
  2. Il dispositivo remoto riceve le informazioni e associa l’indirizzo IP ricevuto con l’indirizzo DLCI del circuito.
  3. Lo stesso dispositivo remoto annuncia il suo indirizzo IP sul circuito PVC.
  4. Il dispositivo locale associa l’indirizzo IP ricevuto all’indirizzo DLCI del circuito.

Tra il DTE e lo switch Frame Relay opera uno standard di segnalazione detto LMI (Local Management Interface). LMI ha la responsabilità di gestire la connessione e il mantenimento dello stato tra i dispositivi, permettendo la comunicazione e la sincronizzazione tra la rete e il router DTE. I messaggi LMI verificano periodicamente l'esistenza di nuovi PVC e la soppressione di PVC esistenti, fornendo inoltre informazioni sull’integrità dei PVC stessi: in questo modo si evita che i dati vengano inviati su PVC che non esistono più.

LMI fornisce informazioni sullo stato della connessione VC, mostrandole nella Frame Relay map table. La connessione può trovarsi nelle condizioni seguenti:

  • Active state: indica che il collegamento è attivo e che i Router possono scambiare dati tra loro.
  • Inactive state: indica che il collegamento locale allo switch di Frame Relay sta funzionando, ma il collegamento dal Router remoto allo switch Frame Relay non sta funzionando.
  • Deleted state: indica che nessun LMI è ricevuto dallo switch Frame Relay, o che non c'è servizio tra il Router (DTE) e lo switch Frame Relay (DCE).

Esistono 3 tipi di standard LMI:

  1. Cisco (proprietario);
  2. ANSI (detto anche AnnexD);
  3. Q933a.

Affinché due router possano comunicare tra loro, devono utilizzare lo stesso tipo di LMI.

 

Connessioni multiple

Un vantaggio della connettività Frame Relay è dato dalla possibilità di avere più circuiti virtuali su un’unica interfaccia fisica. Frame Relay attiva una connessione verso la rete packet-switched del provider per fornire connettività a più sedi remote. Questo tipo di accesso WAN multiplo è meno costoso rispetto ad una connessione punto-punto dedicata tra le sedi.

E' importante dire che la condivisione di collegamenti multipli tramite una sola interfaccia fisica causerebbe problemi negli aggiornamenti di routing dei protocolli Distance Vector: a causa dello Split Horizon, già visto su RIP, un router che riceve informazioni su una rete da un router adiacente, non può rispedire indietro informazioni sulla medesima rete. Pertanto, con Frame Relay, se un sito remoto inviasse un aggiornamento di routing, l'aggiornamento non verrebbe inoltrato verso gli altri circuiti virtuali che condividono la stessa interfaccia fisica. Considerando l’esempio qui sotto, il Router1 non potrebbe inoltrare al Router3 informazioni sulle reti collegate al Router2:

Per evitare questo problema, si suddivide l’interfaccia fisica in più sottointerfacce logiche (subinterfaces), permettendo così di definire per ognuna di esse una subnet a se stante: trattandosi di interfacce e reti diverse, la ritrasmissione delle rotte e degli aggiornamenti di routing non viene bloccata dallo Split Horizon.

Le subinterfaces possono essere di 2 tipi:

  • Point-to-point. Un’interfaccia point-to-point è utilizzata per stabilire un circuito virtuale permanente (PVC) verso un router remoto. Ogni coppia di interfacce (quella locale e quella del router remoto) risiede in una specifica sottorete e ogni interfaccia ha un unico DLCI. Con questa configurazione, lo Split Horizon e le trasmissioni di tipo broadcast non sono un problema, perché i router sono collegati in maniera punto-punto.
  • Multi-point: Un’interfaccia multipoint è utilizzata per stabilire più connessioni PVC verso più interfacce di un router remoto. Questa configurazione non risolve i problemi con lo Split Horizon: infatti l’algoritmo deve essere disattivato per i protocolli di routing distance vector che lavorano con collegamenti multipoint. Si usano se non ci sono problemi di raggiungibilità grazie all’adozione di rotte statiche e se è necessario un risparmio di indirizzi IP.

Nell’esempio qui sotto, abbiamo entrambi i tipi di sub-interfaces: la S0.104 configurata come Point-to-Point e la S0.201 configurata come Multi-Point:

 

I livelli di servizio in Frame Relay

Quando un utente finale sottoscrive un servizio Frame Relay, negozia alcuni parametri di servizio con il provider. Uno di questi è il livello minimo di banda garantita, detto CIR (Committed Information Rate). I service provider calcolano il CIR come media totale dei dati trasmessi su un periodo di tempo: il CIR rappresenta la percentuale di trasmissione garantita, in bits al secondo. Per ogni circuito virtuale viene assegnato un CIR: se il cliente tenta di spedire dati con una velocità superiore a quella assegnata dal CIR, il service provider marca alcune trame con l’aggiunta del campo DE, discard eligible, ossia “potenzialmente eliminabile”. La rete tenta comunque di inoltrare tutte le trame, ma in caso di congestione, tutte quelle marcate con il campo DE vengono scartate. Esistono inoltre connessioni Frame Relay di basso profilo che si basano su un CIR pari a zero. Questo significa che ogni trama viene marcata con il campo DE, e quando c’è congestione la rete può scartare ognuna di queste trame. Non vi è alcuna garanzia di servizio con un CIR impostato a zero.

Altri due concetti importanti dei livelli di servizio su Frame Relay sono il FECN e il BECN.

  • Il FECN, Forward Explicit Congestion Notification, permette di notificare a un DTE di destinazione la presenza di congestione di rete. Quando uno switch Frame Relay riconosce una congestione nella rete, spedisce un frame con il bit FECN settato a 1 all'apparecchiatura di destinazione: in questo caso le procedure per evitare la congestione dovrebbero essere iniziate dall'apparecchiatura che spedisce i frame.
  • Il BECN, Backward explicit congestion notification, permette di notificare a un DTE sorgente la presenza di congestione di rete. Quando uno switch Frame Relay riconosce una congestione nella rete, spedisce un frame con il bit BECN settato ad 1 al Router sorgente, in modo che quest’ultimo riduca la velocità alla quale sta spedendo i pacchetti. Se il Router riceve un BECN durante l'intervallo di tempo corrente, diminuisce la percentuale di trasmissione del 25%.

C’è da aggiungere che in Frame Relay:

  • i segnali di controllo chiamata sono su una connessione logica separata da quella per lo scambio dati
  • la multiplessazione e commutazione hanno luogo a livello 2
  • non vi e' controllo di flusso o di errore tra i nodi intermedi; i controlli vengono lasciati a livelli software superiori dei nodi terminali

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