Technologie Frame Relay

Technologie Frame Relay
N. Lebedev
CPE Lyon
[email protected]
Frame Relay
2006–2007
1 / 36
Plan I
1
Précurseurs : X.25, RNIS
Commutation de paquets ou circuits
Réseau unique, intégration des services
2
Concepts de base Frame Relay
Fonctionnalités et protocoles
Circuits Virtuels
3
Débits et contrôle de flux
4
Architecture et solutions réseau
5
RFC2427 : Multiprotocol Interconnect over Frame Relay
6
LMI—Local Management Interface
Frame Relay
2006–2007
2 / 36
Précurseurs : X.25, RNIS
Commutation de paquets ou circuits
Réseau étendu X.25 à commutation de paquets
Précurseur de Frame Relay, ATM, MPLS
Défini sur l’interface ETTD—ETCD (UNI)
Cicuit Virtuel de bout en bout Permanent (PVC) ou commuté (SVC).
Avec connexion full-duplex liaison L2 et réseau R3
Débit max 64 kb/s
Commercialisé en France sous le nom Transpac
Applications : distributeurs de billets, AX.25 radio amateur en mode
paquet.
PSTN
Modem
(DCE)
PVC22
Modem
(DCE)
SVC100
PVC2
Dumb host
(DTE)
PAD
Modem
(DCE)
PVC3
PSE
Host
(DTE)
PSE
X.25 network
Frame Relay
Modem
(DCE)
PVC33
2006–2007
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Précurseurs : X.25, RNIS
Commutation de paquets ou circuits
Couche réseau du X.25 de bout en bout
R3 : Etablissement / libération / affectation des CV sur la couche réseau.
Fiabilisation ⇒ surchagre protocolaire, redondance L2
L2 : couche liaison fiabilisé protocole LAPB : CRC + Nseq.
Phy1 : interface série V.24 (EIA/TIA-232, 64 kb/s), X.21 (8 Mb/s).
Adressage hiérarchique X.121 :
DCC Country (3 dig) + Network (1 dig) + Terminal Nb (< 10 dig)
Il existe RFC1236 “IP to X.121 Address Mapping for DDN”
Facturation “flat billing” = f(débit, Lsegment ).
X.25 Virtual Circuit
X.25 PLP
LAPB
L1 PHy
LAPB frames
X.25 PLP
L2
L1
LAPB
L1 PHy
X.25 Network
Host
(DTE)
EIA/TIA−232 (serial)
X.21, V35
Modem
(DCE)
Frame Relay
Host
(DTE)
2006–2007
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Précurseurs : X.25, RNIS
Commutation de paquets ou circuits
Comparaison X.25 et TCP/IP
X.25
TCP/IP
X.25 R3 avec connexion
IP sans connexion, non fiable
Fiable sur chaque lien
TCP fiabilité de bout en bout
Liens Phy avec fort BER
Liens Phy de qualité
Lent—retards de traitement
Rapide
Mode paquet, blocs fixes.
TCP : mode flux d’octets, blocs var
Mux pls connexions sur le lien Phy
Mux de pls connexions TCP sur IP
Même chemin des paquets sur
PVC/SVC
Acheminement :
“Meilleur effort” (IP).
Variantes : IP Over X.25 (RFC1356) ; X.25 over TCP/IP (XOT, RFC1613)
Frame Relay
2006–2007
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Précurseurs : X.25, RNIS
Réseau unique, intégration des services
RNIS—Réseau Numérique à Intégration de Services
Voix : parole numérisée à fe = 8 kHz est codée sur 8 bits ⇒ 64 kb/s
Canaux trafic : B (64 kb/s) et signalisation : D (16/64 kb/s).
BRI—Basic Rate Interface (UNI) : 2B+D
PRI—Primary Rate Interface (UNI/NNI) : 30B+D.
Signalisation téléphonique par un protocole LAPD et Q.931.
Lignes numériques de qualité ⇒ simplification L2 X.25 ⇒ Frame Relay.
Frame Relay
2006–2007
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Concepts de base Frame Relay
Fonctionnalités et protocoles
Technologie Frame Relay
Relais de Trame
Définie la couche L2 liaison série sur la couche Phy
Synchrone : RNIS BRI (2B+D) ou PRI (30B+D)
Asynchrone : EIA/TIA-232, 422
Typiquement sur la boucle locale d’accès entre DTE et DCE
DTE : équipement client, (CPE—Customer Premises Equipement)
DCE : commutateur d’accès FR de l’opérateur (POP—Point Of Presence)
Protocole LAPF (simplification HDLC) :
Détection d’erreur par CRC, pas de Nb trame, ni reprise sur erreur.
Mux pls VC sur une liaison de données, adressage local DLCI.
Contrôle de flux (admission, congestion).
Raccordement des sites distants au bureau central, interconnexion LAN.
LAPF—normes IUT-T Q.922a et ANSI T1.618 pour les données
Frame Relay
2006–2007
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Concepts de base Frame Relay
Fonctionnalités et protocoles
Normes relatives au Frame Relay
Description
Architectural Framework
Data Link Layer Signaling LAPF
Network Layer Signaling (Call)
Congestion Management
Network to Network Interface
ITU-T
I.233
Q.922
Q.933a
I.370
I.372
ANSI
T1.606
T1.602
T1.617
T1.606
T1.617
RFCs :
RFC 1973 PPP in Frame Relay
RFC 2390 Inverse Address Resolution Protocol
RFC 2427 Multiprotocol Interconnect over Frame Relay
RFC 3070 Layer Two Tunneling Protocol (L2TP) over Frame Relay
Frame Relay
2006–2007
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Concepts de base Frame Relay
Fonctionnalités et protocoles
Réseau Relais de Trames
Frame Relay
Customer Equipment
Cloud (any carrier)
on local loop
LAN
DTE
Router
DCE
PC
Non LAN device
FRAD
DTE :
Routeur (de frontière) du réseau d’extrémité, interconnection LAN.
FRAD—Frame Relay Access Device :
Association trame LAN ↔ DLCI du VCs.
Encapsulation de plusieurs protocoles réseau.
Frame Relay
2006–2007
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Concepts de base Frame Relay
Fonctionnalités et protocoles
Fonctionnalités
Commutation de paquets, orienté connexion.
Encapsulation des données des couches sups (Cisco et IETF).
Rajoute un champ d’adresse DLCI et FCS.
Simple : gestion reportée dans les couches sups.
Pas de correction/reprise sur erreur : abandon des trames erronées.
Pas de séquencement, ni notification de la source par le destinataire.
Frame Relay
2006–2007
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Concepts de base Frame Relay
Fonctionnalités et protocoles
Comparaison X.25 et Frame Relay
X.25
Frame Relay
3 couches : PHy, Liaison, Réseau.
Switchs L2, traitement ↓
Switchs cœur R3, traitement ↑
L2 est découpée en 2 :
Contrôle d’erreur sur L2 et L3.
L2 réseau cœur (LAPF), ctrl
congestion
L2 d’accès, QoS et admission
Pas de QoS.
Signalisation dans la bande.
VC du (plan) contrôle séparé.
LCI—Logical Channel Id.
DLCI—Data Link Channel Id.
Débit 64 kb/s.
Débit jusqu’au 2 Mbit/s.
Frame Relay
2006–2007
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Concepts de base Frame Relay
Fonctionnalités et protocoles
Comparaison X.25 et Frame Relay—II
Frame Relay
2006–2007
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Concepts de base Frame Relay
Fonctionnalités et protocoles
Signalisation FR : plan utilisateur
Les nœuds intermédiaires sont simples
Norme UIT-T Q.922 Annexe A, ANSI T1.618 pour les données
Délimitation, alignement (taille), transparence.
Multiplexage de trames sur PHy (DLCI).
Commutation rapide.
User process
User process
LAPF Q.922 Core
LAPF Q.922 Core
LAPF Q.922 Core
PHy (ISDN, serial)
PHy (ISDN, serial)
PHy (ISDN, serial)
Frame Relay
2006–2007
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Concepts de base Frame Relay
Fonctionnalités et protocoles
Signalisation FR : plan contrôle
Norme UIT-T Q.933 + Q.931
Frame Relay : Service Access Point Identifier (SAPI) in LAPD = 0.
Plan de contrôle dans les extrémités du réseau : Q.922 = LAPD (Q.921)
+ Contrôle de congestion.
User process
User process
Q.931 RNIS
Q.931 RNIS
LAPF Q.922 Core
LAPF Q.922 Core
LAPF Q.922 Core
PHy (ISDN, serial)
PHy (ISDN, serial)
PHy (ISDN, serial)
Frame Switching
Frame Relay
2006–2007
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Concepts de base Frame Relay
Fonctionnalités et protocoles
LAPF—format de trame de base
1
2
3
4
5
6
7
8
Flag
Address
field
2−4 octets
DLCI
C/R
DLCI extend
FECN BECN DE
0
1
Information
1−4096 octets
F C S
2 octets
Flag
Format de trame dérivé de la famille HDLC
Adressage multipoint.
Adressage au niveau trame / routage.
Frame Relay
2006–2007
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Concepts de base Frame Relay
Circuits Virtuels
Circuit Virtuel et DLCI
DTE↔DTE : Circuit Virtuel (VC) de bout en bout :
SVC—Switched VC, commuté.
PVC—Permanent VC, brassé en permanence par destination.
Mux de plusieurs VCs par interface.
DLCI—Data Link Connection Identifier unique pour VC sur un lien
Table de commutation par port : (Portin , VCin ) − (Portout , VCout )
NB :
DLCI sont locaux sur chaque lien : identifié par le couple (Port, N o VC )
Frame Relay
2006–2007
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Concepts de base Frame Relay
Circuits Virtuels
Table de commutation des CV
DLCI=300
DLCI=203
DLCI=200
DLCI=100
DLCI=102
Portin 0
DLCIin
200
Portout
1
DLCI=200
Portin 0
DLCIout
203
DLCIin
203
Portout
1
DLCIout
300
DLCI est sur 10 bits—court, faible perte de la BP.
Certains DLCI sont réservés.
L’acheminement des trames est géré en local : Table
Frame Relay
2006–2007
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Débits et contrôle de flux
Nature de trafic données
Burstiness—trafic sporadique ou en rafales.
Partage dynamique de la BP entre les utilisateurs.
Allocation à le demande, réservation / rénégociation.
Normes pour le contrôle : FR1 (terminal) et FR2 (comm. d’accès FR).
Client dispose d’un débit variable dans le temps avec un minimum
garanti et un maximum pouvant théoriquement aller jusqu’au Dlink .
Frame Relay
2006–2007
18 / 36
Débits et contrôle de flux
Gestion des débits
Dline
Dmax (PIR)
Dmax ≤ Dline
CIRi + EIRi = Dmax
EIRi
CIR-Committed Info Rate
EIR-Excess Info Rate
PIR-Peak Info Rate
CIRi
Chaque PVC sur le lien a une BP garantie—contrat de trafic CIRi
Possible : CIR1 + CIR2 + . . . + CIRN > Dline .
MUX statistique car trafic en rafales (burst).
Bit DE = 1 pour les trames à CIR < D < Dmax . Typiquement :
P
i CIR i
≈ 5.
Dline
Frame Relay
(1)
2006–2007
19 / 36
Débits et contrôle de flux
Exemple
Bits
Dline
Dmax (PIR)
CIRi
EIRi
Time
DE=0
DE=1
Frame Relay
Drop
2006–2007
20 / 36
Débits et contrôle de flux
Politique d’admission
Example
Dlink
=
64 Kbit/s
CIR
=
32 Kbit/s, Tc = 0.5 s ⇒ Bc = CIR · Tc = 16000 Kbit
Nf
=
3200 bits, taille d’une rafale (trame)
Frames
on VCn
0
RX bit
counter
Br
Other VCs OK !
F1
F2
F3
0.05 0.1
3200
F4
DE=1
F6
F5
0.25
Bc = 16000
DE=1
F7
t, s
Tc = 0.5
bits
z
}|
{
Bc + Be = 22400
Br − Bc = 6400
Frame Relay
2006–2007
21 / 36
Débits et contrôle de flux
Multiplexage statistique
U3
U2
U1
T
Les trames transmises simultanément par les utilisateurs différents sont
perdues.
Frame Relay
2006–2007
22 / 36
Débits et contrôle de flux
Contrôle de flux
Interface de sortie occupée
⇒ trame en file d’attente
⇒ délai : pas de rx d’ACK par la source
⇒ retransmission
⇒ congestion du réseau
4 étapes :
1
2
3
4
Transmission normale des trames
Congestions : indication par FECN/BECN
Congestions + dépassement du contrat (D > CIRi ) : FECN/BECN
positionnés dans les trames transmises.abandon de trames avec DE = 1.
Réseau totalement congestionné—toutes les trames rejetées.
Frame Relay
2006–2007
23 / 36
Débits et contrôle de flux
Forward/Backward-ECN
ECN = Explicite Congestion Notification.
Congestion dans un nœud ⇒ marquage de toutes les trames sur tous les
VCs.
DTEs informés réduisent leur débit (ex. mise en tampon).
Deux types :
FECN—Forward Excplicit Congestion Notification
FECN = 1 : DTE récepteur est avérti de congestions.
BECN—Backward Explicit Congestion Notification
BECN = 1 : DTE émetteur est avérti de congestions.
Frame Relay
2006–2007
24 / 36
Architecture et solutions réseau
Topologie étoile FR
Avantages FR :
Tarifs FR ne dépendent pas de la distance. Facturation au contrat CIR
Sécurité : serveurs au cœur d’étoile (pare-feu, DMZ).
Partage de la LL (boucle locale), mux pls VC / dest.
Multiprotocole over FR (IP, Ethernet,...).
Faibles : délai, gigue, pertes, surcharge entêtes.
Inconvénient : goulot d’étranglement sur la LL cœur d’étoile.
Nuage FR ≈ hub/switch distribué sur L2 liaison
Frame Relay
2006–2007
25 / 36
Architecture et solutions réseau
Topology FR point-à-point
Fiabilité
Couverture des zones étendues
avec le même équipement ! (sinon
N(N−1)
2
Frame Relay
liens)
2006–2007
26 / 36
Architecture et solutions réseau
Connectivité point à multipoint
FR est NBMA—Non-Broadcast Multiple Access
“Split horizon” : pb avec PVCs multiples sur la même interface
Faire une correspondance DLCI ↔ IP distant
manuellement
Inverse ARP
Solution : utilisation des sous-interfaces serial 0/0.1
Frame Relay
2006–2007
27 / 36
RFC2427 : Multiprotocol Interconnect over Frame Relay
Format de trame et encapsulation
Concerne le fonctionnement des DTEs.
Trafic réseau sur la dorsale FR : pontage et commutation.
1
2
3
4
5
6
7
8
NLPID
0x08
0x80
0x81
0x8E
0xCC
0xCF
Flag
Address
field
2−4 octets
DLCI
C/R
DLCI extend
FECN BECN DE
0
1
Control (UI=0x03)
PAD (if required) (0x00)
Protocole encapsulé
Q.933
SNAP
ISO CLNP
IPv6
IPv4
PPP in Frame Relay
NLPID
Information
1−4096 octets
F C S
2 octets
Flag
Frame Relay
2006–2007
28 / 36
RFC2427 : Multiprotocol Interconnect over Frame Relay
Commutation et pontage
Besoin : transit des paquets ”routés”
(couches sups) et ”pontés” (conversion de
trames). Pb : pas de NLPID pour tous les
protocoles.
Entête complémentaire Sub-Network Access
Protocol (SNAP=OUI+PID). OUI du
gestionnaire des PID protocoles encapsulés.
Routage : Ethertype OUI=0x00-00-00
Pontage : 802.1 organization code
OUI=0x00-80-C2
Exemple Ethernet over Frame Relay.
Frame Relay
Bridged Ethernet/802.3 Frame
+-------------------------------+
|
Q.922 Address
|
+---------------+---------------+
| Control 0x03 | pad
0x00 |
+---------------+---------------+
| NLPID
0x80 | OUI
0x00 |
+---------------+
--+
|
OUI
0x80-C2
|
+-------------------------------+
|
PID 0x00-01 or 0x00-07
|
+-------------------------------+
|
MAC destination address
|
:
:
|
|
+-------------------------------+
|
(remainder of MAC frame)
|
+-------------------------------+
| LAN FCS (if PID is 0x00-01) |
+-------------------------------+
|
FCS
|
+-------------------------------+
2006–2007
29 / 36
RFC2427 : Multiprotocol Interconnect over Frame Relay
Résolution d’adresses dynamique sur PVCs
Problème :
Encapsulation d’un message ARP sur une trame FR avec entête SNAP.
DLCIs local au lien (non au DTE) ⇒ toutes les @HW src/dest dans la
requête ARP sont invalides !
Solution :
CV est de bout en bout ⇒ prendre DLCI comme @HW.
Dans la réponse la source identifie la destination associée.
ARP response
ar$op
ar$sha
ar$spa
ar$tha
ar$tpa
from B as modified by A
2 (response)
0x0C21 (DLCI 50)
pB
0x1061 (DLCI 70)
pA
Frame Relay
2006–2007
30 / 36
LMI—Local Management Interface
FR LMI—Local Management Interface
Défini par ANSI T1.617 Annexe D et ITU-T Q.933 Annexe A.
Adressage global : DLCI global = ID du DTE (Routeur)
Contrôle du status de la boucle locale et des PVCs par keepalives
Multicast : MAJ du routage et résolution d’adresses groupées.
Local loop
DTE
Router
Local loop
DCE
DCE
LMI
Access
Switch
Cloud (any carrier)
Frame Relay
DTE
LMI
2006–2007
31 / 36
LMI—Local Management Interface
DLCI utilisables et réservés
DLCI
0
1–15
16–991
992–1007
1008–1018
1019-1022
1023
Type de VCs
LMI (ANSI, ITU)
Reservé à l’usage futur
Utilisables
CLLM
Reservé à l’usage futur (ANSI, ITU)
Cisco multicast
LMI Cisco
NB :
Requête du status vers le SwFR pour 3 types LMI : ANSI, ITU, Cisco.
Ecoute sur DLCI 0 et 1023 ar défaut (mode auto-sensing)
Frame Relay
2006–2007
32 / 36
LMI—Local Management Interface
Limitations sur un nombre de CV (et DLCI) utilisables
Théoriquement ≈ 1000 DLCI (sur 10 bits) sur un lien physique
En pratique—beaucoup moins. Facteurs limitants :
Nombre d’IDB (Interface Descriptor Blocks) supportés par l’IOS.
”LMI status report” doit être contenu dans un seul packet :
Ex : MTU par défaut 1500 octets = 20o (entête LMI) + 5o par DLCI pour
le message de statut. Bilan : (1500 - 20) / 5 ≈ 296 DLCIs
Type de commutation de trame (supposé par défaut ”fast switching”).
Routage dynamique qui consomme de la CPU / mémoire.
...
Frame Relay
2006–2007
33 / 36
LMI—Local Management Interface
Formats de trame LAPD et LMI
Bytes
1
Flag
01111110
1
Flag
01111110
2
Address
2
Address
Variable
Data
1
Control
2
FCS
1
Flag
01111110
1
1
1
PD CR MT
Variable
LMI message
2
FCS
1
Flag
01111110
Compatible avec LAPD (RNIS)
Address : DLCI 10 bit
Contrôle : UI (Unnumbered Info), trame de supervision
Protocol Discriminator (PD) : 0x09
Call Reference (CR) : 0
Message Type (MT) : Status Enquiry 0x75, Status Update 0x7D. Keepalive pour
vérifier intégrité des couches phy / liaison (routage !)
Frame Relay
2006–2007
34 / 36
LMI—Local Management Interface
LMI : PVCs configurés sur la boucle locale
Inverse ARP : mapping DLCI ⇒ IP distant
requête est envoyé sur chaque VC !
pour chaque protocole couche 3 supporté.
Frame Relay
2006–2007
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LMI—Local Management Interface
Références
[Reseaux HD]
D. Kofman et M. Gagnaire, Réseaux Haut Débit, 2ème édition, Dunod, Paris,
1999
[MFA Forum]
www.mfaforum.org MPLS, Frame Relay et ATM forum.
[RFCs :]
1101, 1122, 1123, 1183, 1713, 1794, 1912, 1995, 1996, 2010, 2136, 2137, 2181,
2308, 2317, 2535-2541, 2606.
Frame Relay
2006–2007
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