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Technologie Frame Relay

N. Lebedev

CPE [email protected]

Frame Relay 2006–2007 1 / 36

Plan I

1 Precurseurs : X.25, RNISCommutation de paquets ou circuitsReseau unique, integration des services

2 Concepts de base Frame RelayFonctionnalites et protocolesCircuits Virtuels

3 Debits et controle de flux

4 Architecture et solutions reseau

5 RFC2427 : Multiprotocol Interconnect over Frame Relay

6 LMI—Local Management Interface

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Precurseurs : X.25, RNIS Commutation de paquets ou circuits

Reseau etendu X.25 a commutation de paquets

Precurseur de Frame Relay, ATM, MPLSDefini sur l’interface ETTD—ETCD (UNI)Cicuit Virtuel de bout en bout Permanent (PVC) ou commute (SVC).Avec connexion full-duplex liaison L2 et reseau R3Debit max 64 kb/sCommercialise en France sous le nom TranspacApplications : distributeurs de billets, AX.25 radio amateur en modepaquet.

Modem(DCE)

Modem(DCE)

PSE PSE

Dumb host(DTE)

Host(DTE)

PAD X.25 network

PSTN

(DCE)Modem

PVC2

PVC3

PVC22

SVC100

PVC33Modem(DCE)

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Couche reseau du X.25 de bout en bout

R3 : Etablissement / liberation / affectation des CV sur la couche reseau.

Fiabilisation ⇒ surchagre protocolaire, redondance L2

L2 : couche liaison fiabilise protocole LAPB : CRC + Nseq.

Phy1 : interface serie V.24 (EIA/TIA-232, 64 kb/s), X.21 (8 Mb/s).

Adressage hierarchique 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(debit, Lsegment).

LAPB

(DTE)Host

LAPB framesLAPB

L1 PHy

EIA/TIA−232 (serial)X.21, V35

X.25 Network

X.25 Virtual Circuit

L1 PHy

X.25 PLP

L2L1

X.25 PLP

(DTE)HostModem

(DCE)

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Comparaison X.25 et TCP/IP

X.25

X.25 R3 avec connexion

Fiable sur chaque lien

Liens Phy avec fort BER

Lent—retards de traitement

Mode paquet, blocs fixes.

Mux pls connexions sur le lien Phy

Meme chemin des paquets surPVC/SVC

TCP/IP

IP sans connexion, non fiable

TCP fiabilite de bout en bout

Liens Phy de qualite

Rapide

TCP : mode flux d’octets, blocs var

Mux de pls connexions TCP sur IP

Acheminement :

“Meilleur effort” (IP).

Variantes : IP Over X.25 (RFC1356) ; X.25 over TCP/IP (XOT, RFC1613)

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Precurseurs : X.25, RNIS Reseau unique, integration des services

RNIS—Reseau Numerique a Integration de Services

Voix : parole numerisee a fe = 8 kHz est codee sur 8 bits ⇒ 64 kb/sCanaux trafic : B (64 kb/s) et signalisation : D (16/64 kb/s).

BRI—Basic Rate Interface (UNI) : 2B+DPRI—Primary Rate Interface (UNI/NNI) : 30B+D.

Signalisation telephonique par un protocole LAPD et Q.931.

Lignes numeriques de qualite ⇒ simplification L2 X.25 ⇒ Frame Relay.

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Concepts de base Frame Relay Fonctionnalites et protocoles

Technologie Frame RelayRelais de Trame

Definie la couche L2 liaison serie sur la couche Phy

Synchrone : RNIS BRI (2B+D) ou PRI (30B+D)Asynchrone : EIA/TIA-232, 422

Typiquement sur la boucle locale d’acces entre DTE et DCE

DTE : equipement client, (CPE—Customer Premises Equipement)DCE : commutateur d’acces FR de l’operateur (POP—Point Of Presence)

Protocole LAPF (simplification HDLC) :

Detection d’erreur par CRC, pas de Nb trame, ni reprise sur erreur.

Mux pls VC sur une liaison de donnees, adressage local DLCI.

Controle 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 donnees

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Normes relatives au Frame Relay

Description ITU-T ANSI

Architectural Framework I.233 T1.606Data Link Layer Signaling LAPF Q.922 T1.602Network Layer Signaling (Call) Q.933a T1.617Congestion Management I.370 T1.606Network to Network Interface I.372 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

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Reseau Relais de Trames

LAN

Router

PC

Non LAN device

on local loopFrame Relay Cloud (any carrier)Customer Equipment

DCE

DTE

FRAD

DTE :

Routeur (de frontiere) du reseau d’extremite, interconnection LAN.

FRAD—Frame Relay Access Device :

Association trame LAN ↔ DLCI du VCs.Encapsulation de plusieurs protocoles reseau.

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Fonctionnalites

Commutation de paquets, oriente connexion.

Encapsulation des donnees des couches sups (Cisco et IETF).

Rajoute un champ d’adresse DLCI et FCS.

Simple : gestion reportee dans les couches sups.

Pas de correction/reprise sur erreur : abandon des trames erronees.Pas de sequencement, ni notification de la source par le destinataire.

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Comparaison X.25 et Frame Relay

X.25

3 couches : PHy, Liaison, Reseau.

Switchs cœur R3, traitement ↑

Controle d’erreur sur L2 et L3.

Pas de QoS.

Signalisation dans la bande.

LCI—Logical Channel Id.

Debit 64 kb/s.

Frame Relay

Switchs L2, traitement ↓

L2 est decoupee en 2 :

L2 reseau cœur (LAPF), ctrlcongestionL2 d’acces, QoS et admission

VC du (plan) controle separe.

DLCI—Data Link Channel Id.

Debit jusqu’au 2 Mbit/s.

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Comparaison X.25 et Frame Relay—II

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Signalisation FR : plan utilisateur

Les nœuds intermediaires sont simples

Norme UIT-T Q.922 Annexe A, ANSI T1.618 pour les donneesDelimitation, alignement (taille), transparence.Multiplexage de trames sur PHy (DLCI).Commutation rapide.

PHy (ISDN, serial)

User process User process

LAPF Q.922 Core

PHy (ISDN, serial)

LAPF Q.922 CoreLAPF Q.922 Core

PHy (ISDN, serial)

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Signalisation FR : plan controle

Norme UIT-T Q.933 + Q.931

Frame Relay : Service Access Point Identifier (SAPI) in LAPD = 0.

Plan de controle dans les extremites du reseau : Q.922 = LAPD (Q.921)+ Controle de congestion.

PHy (ISDN, serial)

LAPF Q.922 Core

PHy (ISDN, serial)

LAPF Q.922 Core

PHy (ISDN, serial)

User process User process

Q.931 RNIS Q.931 RNIS

LAPF Q.922 CoreFrame Switching

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LAPF—format de trame de base

1 2 3 4 8765

DE

0

1

2 octets

C/R

2−4 octets BECNFECNDLCI extend

DLCIfieldAddress

Flag

Flag

1−4096 octets

F C S

Information

Format de trame derive de la famille HDLC

Adressage multipoint.

Adressage au niveau trame / routage.

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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, commute.PVC—Permanent VC, brasse 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 : identifie par le couple (Port,NoVC )

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Concepts de base Frame Relay Circuits Virtuels

Table de commutation des CV

Portin 0

DLCIin Portout DLCIout

203 1 300

DLCI=300

DLCI=200DLCI=100 DLCI=102

DLCI=200

DLCI=203

Portin 0

DLCIin Portout DLCIout

200 1 203

DLCI est sur 10 bits—court, faible perte de la BP.

Certains DLCI sont reserves.

L’acheminement des trames est gere en local : Table

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Debits et controle de flux

Nature de trafic donnees

Burstiness—trafic sporadique ou en rafales.

Partage dynamique de la BP entre les utilisateurs.

Allocation a le demande, reservation / renegociation.

Normes pour le controle : FR1 (terminal) et FR2 (comm. d’acces FR).

Client dispose d’un debit variable dans le temps avec un minimumgaranti et un maximum pouvant theoriquement aller jusqu’au Dlink .

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Gestion des debits

Dline Dmax ≤ Dline

CIRi

EIRiCIRi + EIRi = Dmax

CIR-Committed Info Rate

EIR-Excess Info Rate

Dmax(PIR)

PIR-Peak Info Rate

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 a CIR < D < Dmax . Typiquement :

∑

i CIR i

Dline≈ 5. (1)

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Exemple

Dline

CIRi

Dmax(PIR)

Bits

Time

DE=0 DE=1 Drop

EIRi

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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)

0.05 0.10 0.25

Frames

RX bitcounterBr 3200

DE=1 DE=1

F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7t, s

bits

Bc = 16000

Tc = 0.5

Br − Bc = 6400

︷︸︸︷

Bc + Be = 22400

Other VCs OK !

on VCn

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Multiplexage statistique

U1

U2

U3

T

Les trames transmises simultanement par les utilisateurs differents sontperdues.

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Controle de flux

Interface de sortie occupee

⇒ trame en file d’attente

⇒ delai : pas de rx d’ACK par la source

⇒ retransmission

⇒ congestion du reseau

4 etapes :1 Transmission normale des trames2 Congestions : indication par FECN/BECN3 Congestions + depassement du contrat (D > CIRi ) : FECN/BECN

positionnes dans les trames transmises.abandon de trames avec DE = 1.4 Reseau totalement congestionne—toutes les trames rejetees.

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Forward/Backward-ECN

ECN = Explicite Congestion Notification.

Congestion dans un nœud ⇒ marquage de toutes les trames sur tous lesVCs.

DTEs informes reduisent leur debit (ex. mise en tampon).

Deux types :

FECN—Forward Excplicit Congestion Notification

FECN = 1 : DTE recepteur est averti de congestions.

BECN—Backward Explicit Congestion Notification

BECN = 1 : DTE emetteur est averti de congestions.

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Architecture et solutions reseau

Topologie etoile FR

Avantages FR :Tarifs FR ne dependent pas de la distance. Facturation au contrat CIRSecurite : serveurs au cœur d’etoile (pare-feu, DMZ).Partage de la LL (boucle locale), mux pls VC / dest.Multiprotocole over FR (IP, Ethernet,...).Faibles : delai, gigue, pertes, surcharge entetes.

Inconvenient : goulot d’etranglement sur la LL cœur d’etoile.

Nuage FR ≈ hub/switch distribue sur L2 liaison

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Topology FR point-a-point

Fiabilite

Couverture des zones etendues

avec le meme equipement ! (sinon N(N−1)2 liens)

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Connectivite point a multipoint

FR est NBMA—Non-Broadcast Multiple Access

“Split horizon” : pb avec PVCs multiples sur la meme interface

Faire une correspondance DLCI ↔ IP distant

manuellementInverse ARP

Solution : utilisation des sous-interfaces serial 0/0.1

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RFC2427 : Multiprotocol Interconnect over Frame Relay

Format de trame et encapsulation

Concerne le fonctionnement des DTEs.Trafic reseau sur la dorsale FR : pontage et commutation.

2 octets

1 2 3 4 8765

DE

0

1

C/R

2−4 octets BECNFECN

Control (UI=0x03)

PAD (if required) (0x00)

NLPID

Flag

1−4096 octets

F C S

Information

DLCI extend

DLCIfieldAddress

FlagNLPID Protocole encapsule

0x08 Q.9330x80 SNAP0x81 ISO CLNP0x8E IPv60xCC IPv40xCF PPP in Frame Relay

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Commutation et pontage

Besoin : transit des paquets ”routes”(couches sups) et ”pontes” (conversion detrames). Pb : pas de NLPID pour tous lesprotocoles.

Entete complementaire Sub-Network Access

Protocol (SNAP=OUI+PID). OUI du

gestionnaire des PID protocoles encapsules.Routage : Ethertype OUI=0x00-00-00Pontage : 802.1 organization codeOUI=0x00-80-C2

Exemple Ethernet over 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 |+-------------------------------+

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Resolution d’adresses dynamique sur PVCs

Probleme :

Encapsulation d’un message ARP sur une trame FR avec entete SNAP.

DLCIs local au lien (non au DTE) ⇒ toutes les @HW src/dest dans larequete ARP sont invalides !

Solution :

CV est de bout en bout ⇒ prendre DLCI comme @HW.

Dans la reponse la source identifie la destination associee.

ARP response from B as modified by A

ar$op 2 (response)

ar$sha 0x0C21 (DLCI 50)

ar$spa pB

ar$tha 0x1061 (DLCI 70)

ar$tpa pA

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LMI—Local Management Interface

FR LMI—Local Management Interface

Defini par ANSI T1.617 Annexe D et ITU-T Q.933 Annexe A.

Adressage global : DLCI global = ID du DTE (Routeur)

Controle du status de la boucle locale et des PVCs par keepalives

Multicast : MAJ du routage et resolution d’adresses groupees.

Router

DCE

AccessSwitch

Local loop Local loop

LMILMI

DTE DTEDCE

Cloud (any carrier)

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DLCI utilisables et reserves

DLCI Type de VCs

0 LMI (ANSI, ITU)1–15 Reserve a l’usage futur

16–991 Utilisables992–1007 CLLM1008–1018 Reserve a l’usage futur (ANSI, ITU)1019-1022 Cisco multicast

1023 LMI Cisco

NB :

Requete du status vers le SwFR pour 3 types LMI : ANSI, ITU, Cisco.

Ecoute sur DLCI 0 et 1023 ar defaut (mode auto-sensing)

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Limitations sur un nombre de CV (et DLCI) utilisables

Theoriquement ≈ 1000 DLCI (sur 10 bits) sur un lien physique

En pratique—beaucoup moins. Facteurs limitants :

Nombre d’IDB (Interface Descriptor Blocks) supportes par l’IOS.”LMI status report” doit etre contenu dans un seul packet :

Ex : MTU par defaut 1500 octets = 20o (entete LMI) + 5o par DLCI pourle message de statut. Bilan : (1500 - 20) / 5 ≈ 296 DLCIs

Type de commutation de trame (suppose par defaut ”fast switching”).Routage dynamique qui consomme de la CPU / memoire....

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Formats de trame LAPD et LMI

Address FCSLMI messageFlag

01111110Flag

01111110

2 21 1Variable1 1 1 1

Address FCS01111110Flag Flag

01111110

Bytes1 12 2Variable

Control PD CR MT

Data

Compatible avec LAPD (RNIS)

Address : DLCI 10 bit

Controle : UI (Unnumbered Info), trame de supervision

Protocol Discriminator (PD) : 0x09

Call Reference (CR) : 0

Message Type (MT) : Status Enquiry 0x75, Status Update 0x7D. Keepalive pourverifier integrite des couches phy / liaison (routage !)

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LMI : PVCs configures sur la boucle locale

Inverse ARP : mapping DLCI ⇒ IP distantrequete est envoye sur chaque VC !

pour chaque protocole couche 3 supporte.

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References

[Reseaux HD]

D. Kofman et M. Gagnaire, Reseaux Haut Debit, 2eme edition, 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.

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technologie frame relayjulien.chafraix.free.fr/02-framerelay.pdfconcepts de base frame relay...

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