Frame Relay Future Technology for Migrations from Traditionals X.25 Networks

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1 Frame Relay Future Technology for Migrations from Traditionals X.25 Networks Karl Karl Bruns Bruns Trainer/Consultant Trainer/Consultant OpenVMS OpenVMS and and Networking Networking OSI, OSI, DECnet, DECnet, X.25 X.25 and and TCP/IP TCP/IP Lessingstr. Lessingstr. 1 1 D D Kissing Kissing Phone Phone +49/8233/ /8233/2938 Mobile Mobile +49/ / karl.bruns@web.de karl.bruns@web.de DECUS IT IT --Symposium April April 2005 Düsseldorf 1 The OSI Architecture Net Mgmt CMIP CMISE V T P Ethernet (CLNS) ISO Internet 8473, IS-IS and ES-IS LLC1 Token Ring F T A M Token Bus FDDI X OSI Presentation OSI Session OSI Transport TP 0, 1, 2, 3, 4 LLC2 DQDB ATM X HDLC ROSE (COTS) Frame Relay Application ACSE... layer (CONS) X.25 PLP Frame Layer (LAPB) X.21, ISDN X.21 bis Presentatio layer Session layer Transport layer Network layer Data Link layer Physical layer 2 1

2 The TCP/IP-Architecture Application layer Simple Mail Transport Protocol r-services: rlogin rsh rcp file transfer protocol BIND/ DNS telnet... Simple Network Management Protocol bootp trivial file transfer protocol Network File System external Data Representation Remote Procedure Call Socket Interface Transport layer Internet layer Transmission Control TCP Protocol COTS Internet Protocol (RIP, EGP, BGP, OSPF,...) IP CLNS ARP Address Resolution Protocol UDP User Datagram Protocol CLTS Internet Control Message Protocol ICMP Network Access layer Ethernet V2 Ethernet Token Bus Logical Link Control Token Ring DQDB FDDI ISO 9314 ATM PPP SLIP Frame Relay X.25 3 Service/Protokoll Jede Schicht muß mindestens einen Service und ein Protokoll anbieten Service kann verbindungslos (connection less) sowie verbindungsorientiert (connection oriented) sein LAN-Protokolle bieten alle einen verbindungslosen Service an, können aber mit LLC2 verbindungsorientiert konfiguriert werden WAN-Protokolle bieten in der Regel einen verbindungsorientierten Service an, aber

3 Connection Less Ein verbindungsloser Service kennt nur einen Pakettyp: das Datenpaket zusätzlich kann eine Fehlererkennung durch CRC durchgeführt werden Bsp.: CSMA-CD, ISO Internet 8473, IP 5 Connection Oriented Ein verbindungsorienter Service muß mindestens die folgenden Pakettypen unterstützen: Verbindungsaufbau, Datenpaket, Verbindungsabbau darüberhinaus optional: Paketnummerierung, Paketbestätigung, Fehlererkennung, Fehlerkorrektur durch Wiederholung, Flußkontrolle, Staukontrolle,... Bsp.: X.25, OSI Transport TP4, TCP 6 3

4 Packet vs. Circuit Switching Packet Switching refers to Protocols in which messages are divided into packets before they are sent. Each packet is then transmitted individually and can even follow different routes to its destination. Once all the packets forming a message arrive at the destination, they are recompiled into the original message. In Circuit Switching Technologies is a dedicated line allocated for the transmission between two parties. 7 HDLC High-level data link control procedures ISO/IEC High-level data link control procedures are designed to permit synchronous or start/stop, code-transparent data transmission HDLC procedures are applicable to unbalanced data links and to balanced data links

5 HDLC Paketaufbau Datenpaket Flag AddressControl Information FCS Flag Kontrollpaket Flag AddressControl FCS Flag 9 Point to Point Protocol

6 PPP Packet Format

7 X.25 Schichtenmodell X.25 Packet Layer Protocol ISO 8208 X.25 Frame Layer Protocol ISO 7776 X.21 X.21bis ISDN (X.31) 13 X.25 Frame Layer Bitorientierte synchrone Datenübertragungsprozedur in Vollduplexbetrieb Garantie einer sicheren Verbindung zweier Knoten CODLS Connection Oriented Data Link Service Paketnummerierung positive sowie negative Quittierung Paketformat wie HDLC Implementiert als LAPB Link Access Control Balanced neu: LAPBE aber nicht für PSDN s vorgesehen

8 X.25 Frame Layer LAPB Paketaufbau Endflag Address Control Data CRC Endflag 15 X.25 Packet Layer Protocol Multiplexfunktion: mehrere logische Kanäle können gleichzeitig über eine physikalische Verbindung abgewickelt werden. Verwaltung fester virtueller Verbindungen (PVC) und gewählter Verbindungen (SVC) auf den logischen Kanälen. CONS Connection Oriented Network Service Korrekte Reihenfolge der Pakete durch Nummerierung Fehlerkontrolle und Fehlerkorrektur, aber nicht 100 %, durch RESET bzw. DISC können Pakete verloren gehen. Dies müßen höhere Schichten korrigieren

9 X.25 Packet Layer Protocol Logischer Kanal Ein logischer Kanal stellt eine lokale Einrichtung zwischen DEE und DVST_P dar. Nur eine virtuelle Verbindung wird zu ihrer Abwicklung einem logischen Kanal zugeordnet. Ein logischer Kanal ist immer existent und entweder einer virtuellen Verbindung zugeordnet oder frei Jeder log. Kanal hat seine eigene Fehlerkontrolle und seine eigene Überwachung des Paketflusses. Es sind 16 Kanalgruppennummern und 256 Kanalnummern vorgesehen. 17 X.25 Packet Layer Protocol Virtuelle Verbindung Eine virtuelle Verbindung stellt eine Ende-zu-Ende- Verbindung zweier DEE über das Transportnetz dar. Zur Abwicklung können verschiedene logische Kanäle benutzt werden. Eine gewählte virtuelle Verbindung existiert nur nach der Verbindungsherstellung bis zur Verbindungsauslösung; eine feste virtuelle Verbindung gilt als ständig existierend. Achtung: auf einem PVC gibt es kein Call Request Packet, damit kein X.29!

10 Frame Relay Übertragungsverfahren für Weitverkehrsstrecken hoher Übertragungsrate Zusammen mit ISDN entwickelt, ursprünglich als Zubringerdienst für ISDN Frame Relay multiplext die Datenpakete verschiedener Stationen nach statistischen Gesichtspunkten Übertragung verbindungsorientiert zuerst nur PVCs Standard ist verabschiedet auch für SVCs 19 Frame Relay bei PVC nur Signalisierung zur Ermittlung von Betriebsüberwachungsparametern bei SVC wird eine ISDN-Signalisierung benutzt Frame Relay führt keine Fehlerkorrekturen wie X.25 durch, nur Fehlererkennung über FCS Mindestübertragungsbandbreite (Committed Information Rate CIR) wird bei Verbindungsaufbau garantiert, welche auch überschritten werden kann LAP-F Header vereinfacht Data Link Connection Identifier (DLCI) zur Identifizierung eines Benutzerkanals

11 Frame Relay: Performance NNI: Network-to-Network Interface UNI: User-to-Network Interface CIR: Committed Information Rate garantierte Übertragungsrate Bc : Committed Burst Size Datenmenge bezogen auf Messintervall Be : Burst in Excess kann zusätzlich zu Bc in Tc übertragen werden EIR : Excess Information Rate EIR = (Bc + Be) / Tc Rahmen, die > Bc, aber < Bc+Be setzen DE-bit: eligible Tc : Messintervall Tc=Bc/CIR Überlast:... entsteht wenn Benutzerverkehr, der an einer Ressource auftritt, den im Netzdesign vorgesehehen Wert übersteigt 21 ISDN Integrated Services Digital Network geeignet für Übertragung von Daten und Sprache 64kbits/s Benutzerkanäle (B-Kanal) 16kbits/s Signalisierungskanäle (D-Kanal) Basisanschluß 2B+D Primärmultiplexanschluß 30B+D max. Nutzdatenrate 1920kbits/s keine dynamische Bandbreitenverteilung dies führte zur Entwicklung von Frame Relay

12 ISDN Schichtenmodell DSSI Q.930/931 LAP-D Q.920/921 I.430/431 I.430/ ISDN Das ISDN Schichtenmodell legt die Protokollstruktur fest D-Kanal entspricht den unteren 3 OSI-Schichten B-Kanal entspricht dem OSI physical layer also braucht man auf dem B-Kanal ein data link protocol, z.b. PPP, HDLC oder X.25 im D-Kanal können ebenfalls X.25 Pakete übertragen werden

13 ISDN LAP-D 25 ISDN Q

14 ISDN Q Frame Relay

15 Frame Relay vs. Mietleitungen 29 Frame Relay: Mietleitungen

16 Frame Relay vs. Mietleitungen Mietleitungsnetze erfordern eine dedizierte Leitung zu jedem gewünschten kommunikationsziel Jede Leitung belegt zwei Routerports => grosse Router Sterntopologie ist günstigste Variante, aber keine Ausfallsicherheit ohne Ersatzwege Weitere Mietleitungen oder Wählbackup notwendig Damit können hohe Telefonkosten entstehen Übertragungsraten kleiner 2 Mbit/s Anzahl der Leitungen bei n Lokationen: (n*n n ) / 2 31 Frame Relay

17 Frame Relay vs. Mietleitungen Beim Frame Relay teilen sich durch statistisches Multiplexing mehrere virtuelle Verbindungen (VC) eine physikalische Leitung (port sharing) Damit ist pro Router-Lokation nur eine Zuleitung zum Frame Relay Netz notwendig Für neue Verbindung ist nur eine Anweisung im Netzmanagement des Betreibers nötig Backup-Leitungen sind keine Ende-zu-Ende, sondern nur zum Standort des Betreibers Benutzer steht die gesamte Bandbreite der Anschlußleitung zur Verfügung, wenn kein anderer sendet 33 Frame Relay: Mietleitung

18 Frame Relay: Mehrfachnutzung 35 Frame Relay Entwicklung CCITT (ITU-T) ANSI Frame Relay Forum : Digital Equipment, Cisco, Nothern Telecom, Stratacom IETF

19 ITU-T I.122 Wurzeln von Frame Relay liegen im ISDN I.122 beschreibt 4 Methoden in einem ISDN zusätzliche Packet Mode Bearer Services anzubieten: Frame Relaying 1 Frame Relaying 2 Frame Switching X.25-based additional Packet Mode 37 Frame Relay ITU-T

20 Frame Relay ITU-T 39 Frame Relay ITU-T

21 Frame Relay ANSI 41 Frame Relay ANSI

22 Frame Relay Forum Aufbauend auf I.122: Frame Relay Specification with Extensions (FRF.1.0) 1990: 17 weitere Firmen kamen dazu 1996: 300 Mitglieder FRF.5 und FRF.8 wurden auch vom ATM Forum verabschiedet 43 Frame Relay Forum

23 Frame Relay Forum 45 Frame Relay Forum

24 Frame Relay IETF 47 Protokollstacks

25 Frame Relay Schichtenmodell Layer-2 transportiert die Benutzerdaten, die direkt in Q.922 verpackt werden ISDN hat eigene Kanäle für Signalisierung und Benutzerdaten X.25 verpackt Benutzerdaten auf layer-3 (PLP) Q.933 nur für SVC notwendig, nicht für PVC Layer-1 ist im FRF.14 beschrieben 49 Frame Relay: Physical Layer X.21 bzw. X.21bis HSSI (High Speed Serial Interface) (bis 52Mbit/s) Plesiochronen Digitalen Hierarchien (PDH, G703): E1 (2Mbit/S), E3 (34Mbit/s), DS1 (T1) (1,544 Mbit/s), DS3 (T3) (44,736 Mbits/s) SONET/SDH (Synchrone Digitale Hierarchie): STM-1 Synchroner Transfer Mode) (155 Mbit/s)

26 Frame Relay Frame : LAP-F 51 Frame Relay: LAP-F Die Kernfunktionen von Frame Relay sind in Q.922 Annex A beschrieben Frame-Abgrenzung durch Endflag Bildung der logischen Kanäle mit Hilfe der DLCI Überwachung der maximalen Frame-Länge Erkennung von Übertragungsfehlern Explizite Staumitteilung Sicherungen sind erst in den Q.922 Erweiterungen spezifiziert durch ein Kontrollfeld ähnlich LAP-B bzw. LLC

27 Frame Relay: LAP-F DLCI sind Kanalnummern für Teilstrecken auf layer-2 Ähnlich wie in X.25 verlaufen über eine phys. Verbindung mehrere virtuelle Verbindungen Bei einer Grösse von 10 bit stehen 1024 DLCI zur Verfügung 0 In-Channel-Signalisierung 1-15 reserviert Benutzer Datenverkehr layer-2 Management reserviert 1023 In-Channel-Signalisierung DLCI hat nur lokale Bedeutung 53 Frame Relay ITU-T

28 Frame Relay: LAP-F Vergrösserung des Frame-Formates zur Erweiterung des DLCI-Wertebereiches sowie zusätzlicher Steuerinformationen (momentan nicht spezifiziert) D/C Bit (DL-Core Control Identicator): 0 lower DLCI 1 DL-Core Information 55 Frame Relay: IETF RFC Multiprotocol Interconnect over Frame Relay - Betrachtet die Verbindung zwischen DTE und privaten bzw. öffentlichen Frame Relay Netzwerken (DCE) - Betrachtet nicht das Frame Relay Netzwerk selbst - Sichtweise wie in X.25 - Sämtliche Spezifikationen gelten für SVC wie PVC - Jeder VC ist eindeutig durch einen DLCI gekennzeichnet - DLCI haben nur lokale Bedeutung

29 Frame Relay: RFC 2427 Frame Format 57 Frame Relay: Frame Format

30 Frame Relay: Frame Format Beschrieben in Q.922 Annex A (ITU ISDN Data Link Layer Specification for Frame Mode Bearer Services 1992) Control Field entweder %x03 oder es wird verhandelt über XID mit %xaf oder %xbf PAD-Feld zum Auffüllen auf 2 Byte-Grenze NLPID Network Level Protocol ID dient als Service Access Point für den Network layer, wird verwaltet von ISO (ITU) Bsp.: %x80 SNAP, %x81 ISO CLNS, %x82 ISO ESIS, %x83 ISO ISIS, %x8e IPv6, %xcc IPv4 gleiche Werte wie im X.25 optional user data field (Benutzerangaben) 59 Frame Relay: Frame Format SNAP Header wie in 802.2: 3 byte OUI + 2 byte Protocol Identifier Daten haben variable Länge: mindestens 262 bytes, normalerweise 1600 bytes

31 Frame Relay: SNAP Header 61 Frame Relay: IP Datagram

32 Frame Relay: ARP Dynamische Auflösung einer Protokolladresse über einen Frame Relay PVC mit Hilfe von ARP Wird eingepackt in ein SNAP Frame Relay Header Ar$sha Q.922 Source hardware address Ar$tha Q.922 Target hardware address Siehe Bsp.: A -> B B sieht A über DLCI 70, gibt Adresse zurück, die A mit DLCI 50 sieht Reverse ARP arbeitet in gleicher Weise Ohne geeigneten Broadcast wird ARP an jede Station gesendet 63 Frame Relay ITU-T

33 Frame Relay: DLCI 65 FR Konfiguration: Back-to-Back 2 Router sind mit DTE/DCE Kabel direkt verbunden Für LMI Statusmeldungen muss ein Router ein DCE oder FR Switch sein: Back-to-Back Frame Relay Hybrid Switching Router mit DCE-Kabel muss mit clock-rate konfiguriert sein Ein Subinterface wird erzeugt und mit Frame Relay Parameter konfiguriert NO KEEPALIVE unterdrückt LMI Meldungen Beide Seiten verwenden gleiche DLCI SHOW FRAME_RELAY MAP SHOW FRAME-RELAY PVC

34 FR Konfiguration: Back-to-Back RouterA: INTERFACE S0 NO IP ADDRESS ENCAPSULATION FRAME-RELAY NO KEEPALIVE CLOCKRATE INTERFACE S0.1 POINT-TO-POINT IP ADDRESS FRAME-RELAY INTERFACE-DLCI FR Konfiguration: Back-to-Back RouterB: INTERFACE S0 NO IP ADDRESS ENCAPSULATION FRAME-RELAY NO KEEPALIVE INTERFACE S0.1 POINT-TO-POINT IP ADDRESS FRAME-RELAY INTERFACE-DLCI

35 Frame Relay: Cisco Subinterfaces Split Horizon verbietet Routinginformationen über die gleiche Schnittstelle zu senden von wo sie gelernt wurden Wenn aber mehrere DLCI über eine Schnittstelle konfiguriert sind, müssen die Netze propagiert werden, also z. B.: NO IP SPLIT HORIZON Bestimmte Protokolle wie AppleTalk und Transparent Bridging benötigen Split Horizon Frame Relay Subinterfaces erlauben eine physikalische Schnittstelle als multiple virtual interfaces zu betrachten Pakete die von einem virtuellen Interface empfangen werden können an andere weitergeleitet werden, die auch am gleichen physikalischen Interface konfiguriert sind 69 Frame Relay Subinterfaces # interface type number.subinterface-number point-to-point # encap frame-relay # frame-relay interface-dlci dlci

36 FR Konfiguration: Back-to-Back HYBRID 2 Router sind mit DTE/DCE Kabel direkt verbunden Für LMI Statusmeldungen muss ein Router ein DCE oder FR Switch sein Router mit DCE-Kabel muss mit clock-rate konfiguriert sein Frame Relay PVC Switching muss eingeschaltet sein Frame Relay Interface Type DCE agiert als Switch Beide Seiten verwenden gleiche DLCI SHOW FRAME_RELAY LMI SHOW FRAME-RELAY PVC DEBUG FRAME-RELAY LMI (EVENTS bzw. PACKET) 71 FR Konfiguration: Back-to-Back HYBRID RouterA: FRAME_RELAY SWITCHING INTERFACE S0 ENCAPSULATION FRAME-RELAY CLOCKRATE IP ADDRESS FRAME-RELAY MAP IP BROADCAST FRAME-RELAY INTF-TYPE DCE

37 FR Konfiguration: Back-to-Back HYBRID RouterB: INTERFACE S0 ENCAPSULATION FRAME-RELAY IP ADDRESS FRAME-RELAY MAP IP BROADCAST 73 Frame Relay: LMI PVC Status Management mit Local Management Interface (LMI) Überwachen der physikalischen Verbindung zwischen Endgerät und Netz Mitteilen aller verfügbaren PVCs bzw. DLCIs und deren Status an das Endgerät LMI ist ein lokales Protokoll zwischen DTE und DCE DTE übernimmt die Rolle des Fragenden (Status-Enquiry) DCE reagiert mit Statusantworten (Polling! ) T391 Link Integrity Verification Polling Timer (10 sec) T392 Polling Verification Timer (15 sec)

38 Frame Relay: LMI Es gibt 3 Varianten des LMI, die nicht untereinander kompatibel sind: ITU Q.933 Annex A, ANSI T1.617 Annex D und Group of Four ITU und ANSI verwend Signalisierungskanal DLCI 0, Group of Four DLCI 1023 Group of Four hat zusätzliche Funktionalitäten 75 Frame Relay: SVC Ein PVC wird administrativ im Netz eingerichtet Der Aufbau eines SVC erfolgt von den Endgeräten Dazu braucht man Signalisierungs- und Routing Software PVC und SVC können gleichzeitig eingesetzt werden Signalisierungsprotokoll Q.933 ( ISDN Q.931) auf layer 3 Signalisierungsnachrichten in DLCI 0 Benötigen erweiterte Funktionen von LAP-F wie gesicherte Übertragung der Protokollnachrichten Nur DLCI 0 wird gesichert, alle anderen Verbindungen bleiben ungesichert

39 Frame Relay: SVC Auf dem Interface muss DLCI ausgehandelt werden Im Setup müssen alle Parameter, die für die Beschreibung der Verbindung notwendig sind, enthalten sein SVC braucht zum Aufbau eine Adressierung: X.121 oder E.164 Sicherung durch Kontrollfeld wie in LAPBE (LLC2) Verbindungsaufbau durch SABME auf layer 2 9 SVC Signalisierungs-frames: Setup, Call Proceeding, Connect, Connect Ack, Disconnect, Release, Release Complet, Status Enquiry, Status 77 Frame Relay SVC Konfigurationsbeispiel # inter s0 # ip address... # encap frame-relay # map-group hugo # frame-relay lmi-typ q933a # frame-relay svc # map-list hugo source E dest 5678 # ip... class peter # appletalk class rainbow # map-class frame-relay peter # frame-relay cir in # frame-relay cir out

40 Frame Relay Switched PVC FRF.10 und X.76 Draft beschreiben Switched PVCs Ein Endgerät sieht PVCs, die z.b. mit dem LMI nach Q.933 Annex A überwacht werden. Intern werden allerdings SVCs aufgebaut. Dieses Prinzip läßt sich auch netzwerkübergreifend umsetzen. Dazu müssen die internen Signalisierungsformate an den NNIs in standardkonforme Signalierungsnachrichten umgewandelt werden. So kann in einen Frame Relay Netzwerk 1 ein Benutzer A über einen PVC durch weitere Netze als SVC durchgeschaltet werden und kommt als PVC an Wenn ein NNI ausfällt, können die darüberlaufenden SPVCs automatisch auf redundante NNIs umgeschaltet werden