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IT-Symposium 2005
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1
Frame RelayFuture Technology for Migrations from Traditionals X.25 Networks
Karl BrunsTrainer/Consultant
OpenVMS and NetworkingOSI, DECnet, X.25 and TCP/IP
Lessingstr. 1D-86438 Kissing
Phone +49/8233/2938Mobile +49/1717168148
Karl BrunsTrainer/Consultant
OpenVMS and NetworkingOSI, DECnet, X.25 and TCP/IP
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DECUS IT - Symposium
4. April - 8. April 2005
Düsseldorf
DECUS IT - Symposium
4. April - 8. April 2005
Düsseldorf
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The OSI Architecture
NetMgmtCMIP
CMISE
(CLNS)ISO Internet 8473, IS-IS and ES-IS
Ethernet802.3
TokenRing 802.5
FDDIHDLC
VTP
FTAM
X500
X400
FrameRelay
TokenBus
802.4
Application
layer
Presentatiolayer
Sessionlayer
Transportlayer
Networklayer
Data Linklayer
Physicallayer
ROSE
OSI Presentation
OSI Session
OSI Transport TP 0, 1, 2, 3, 4 (COTS)
(CONS)X.25 PLP
Frame Layer(LAPB)
X.21, ISDNX.21 bis
DQDB802.6
LLC1 LLC2
ATM
ACSE ...
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The TCP/IP-Architecturer-Services: rloginrshrcp
filetransferprotocol
BIND/DNS
telnet Simple NetworkManagement Protocol
bootp trivial filetransferprotocol
Socket Interface
NetworkFileSystem
Applicationlayer
eXternalDataRepresentation
RemoteProcedureCall
TransmissionControlProtocol
CLNS
UserDatagramProtocolCLTS
Transportlayer
Internet Protocol (RIP, EGP, BGP, OSPF, ...)
ARP Address Resolution Protocol
Logical Link Control 802.2
Simple Mail Transport Protocol
EthernetV2
Ethernet802.3
TokenBus802.4
TokenRing802.5
DQDB802.6 FDDI
ISO 9314
...
SLIP FrameRelay
X.25
Internetlayer
NetworkAccesslayer
InternetControlMessageProtocol
COTS
PPP
TCP UDP
ICMP
ATM
IP
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Service/Protokoll
Jede Schicht muß mindestens einen Service und ein Protokoll anbietenService kann verbindungslos (connection less) sowie verbindungsorientiert (connection oriented) seinLAN-Protokolle bieten alle einen verbindungslosen Service an, können aber mit LLC2 verbindungsorientiert konfiguriert werdenWAN-Protokolle bieten in der Regel einen verbindungsorientierten Service an, aber ....
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Connection Less
Ein verbindungsloser Service kennt nur einen Pakettyp: das Datenpaketzusätzlich kann eine Fehlererkennung durch CRC durchgeführt werdenBsp.: CSMA-CD, ISO Internet 8473, IP
6
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
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Packet vs. Circuit Switching
Packet Switching refers to Protocols in which messagesare divided into packets before they are sent. Each packet is then transmitted individually and can even followdifferent routes to its destination. Once all the packetsforming a message arrive at the destination, they arerecompiled into the original message.
In Circuit Switching Technologies is a dedicated line allocated for the transmission between two parties.
8
HDLC
High-level data link control proceduresISO/IEC 13239 15.6.1997
„ High-level data link control procedures aredesigned to permit synchronous or start/stop, code-transparent data transmission“„ HDLC procedures are applicable to unbalanceddata links and to balanced data links.“
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PaketaufbauDatenpaket
Kontrollpaket
HDLC
FCSFlag AddressControl
Flag AddressControl Information FCS Flag
Flag
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Point to Point Protocol
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PPP Packet Format
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X.25 Schichtenmodell
X.25 Packet Layer ProtocolISO 8208
X.25 Frame Layer ProtocolISO 7776
X.21 X.21bis ISDN (X.31)
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X.25 Frame Layer
Bitorientierte synchrone Datenübertragungsprozedur in VollduplexbetriebGarantie einer sicheren Verbindung zweier KnotenCODLS Connection Oriented Data Link ServicePaketnummerierungpositive sowie negative QuittierungPaketformat wie HDLCImplementiert als LAPB Link Access Control Balancedneu: LAPBE aber nicht für PSDN‘s vorgesehen
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X.25 Frame Layer
LAPB Paketaufbau
DataEndflag Address Control EndflagCRC
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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.
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X.25 Packet Layer Protocol
Logischer KanalEin 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 freiJeder log. Kanal hat seine eigene Fehlerkontrolle und seine eigene Überwachung des Paketflusses.Es sind 16 Kanalgruppennummern und 256 Kanalnummern vorgesehen.
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X.25 Packet Layer ProtocolVirtuelle VerbindungEine 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 !
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Frame Relay
Übertragungsverfahren für Weitverkehrsstrecken hoher ÜbertragungsrateZusammen mit ISDN entwickelt, ursprünglich als Zubringerdienst für ISDNFrame Relay multiplext die Datenpakete verschiedener Stationen nach statistischen GesichtspunktenÜbertragung verbindungsorientiertzuerst nur PVCsStandard ist verabschiedet auch für SVCs
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Frame Relay
bei PVC nur Signalisierung zur Ermittlung von Betriebsüberwachungsparameternbei SVC wird eine ISDN-Signalisierung benutztFrame Relay führt keine Fehlerkorrekturen wie X.25 durch, nur Fehlererkennung über FCSMindestübertragungsbandbreite (Committed Information Rate CIR) wird bei Verbindungsaufbau garantiert, welche auch überschritten werden kannLAP-F Header vereinfachtData Link Connection Identifier (DLCI) zur Identifizierung eines Benutzerkanals
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Frame Relay: Performance
NNI: Network-to-Network InterfaceUNI: User-to-Network InterfaceCIR: 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) / TcRahmen, die > Bc, aber < Bc+Be setzen DE-bit: eligibleTc : Messintervall Tc=Bc/CIRÜberlast: ... entsteht wenn Benutzerverkehr, der an einer Ressource auftritt, den im Netzdesign vorgesehehen Wert übersteigt
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ISDN
Integrated Services Digital Networkgeeignet für Übertragung von Daten und Sprache64kbits/s Benutzerkanäle (B-Kanal)16kbits/s Signalisierungskanäle (D-Kanal)Basisanschluß 2B+D Primärmultiplexanschluß 30B+Dmax. Nutzdatenrate 1920kbits/skeine dynamische Bandbreitenverteilungdies führte zur Entwicklung von Frame Relay
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ISDN
Schichtenmodell
DSSIQ.930/931
I.430/431 I.430/431
LAP-DQ.920/921
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ISDN
Das ISDN Schichtenmodell legt die Protokollstruktur festD-Kanal entspricht den unteren 3 OSI-SchichtenB-Kanal entspricht dem OSI physical layeralso braucht man auf dem B-Kanal ein data link protocol, z.B. PPP, HDLC oder X.25im D-Kanal können ebenfalls X.25 Pakete übertragen werden
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ISDN LAP-D
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ISDN Q.931
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ISDN Q.931
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Frame Relay
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Frame Relay vs. Mietleitungen
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Frame Relay: Mietleitungen
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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
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Frame Relay
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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 Anschlußleitungzur Verfügung, wenn kein anderer sendet
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Frame Relay: Mietleitung
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Frame Relay: Mehrfachnutzung
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Frame Relay Entwicklung
• CCITT (ITU-T)• ANSI• Frame Relay Forum : Digital Equipment,
Cisco, Nothern Telecom, Stratacom• IETF
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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 1Frame Relaying 2Frame SwitchingX.25-based additional Packet Mode
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Frame Relay ITU-T
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Frame Relay ITU-T
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Frame Relay ITU-T
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Frame Relay ANSI
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Frame Relay ANSI
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Frame Relay Forum
• Aufbauend auf I.122: Frame Relay Specificationwith Extensions (FRF.1.0)
• 1990: 17 weitere Firmen kamen dazu• 1996: 300 Mitglieder• http://www.frforum.com• FRF.5 und FRF.8 wurden auch vom ATM Forum
verabschiedet
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Frame Relay Forum
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Frame Relay Forum
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Frame Relay Forum
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Frame Relay IETF
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Protokollstacks
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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
50
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-1Synchroner Transfer Mode) (155 Mbit/s)
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Frame Relay Frame : LAP-F
52
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. LLC2
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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• 16-991 Benutzer Datenverkehr• 992-1007 layer-2 Management• 1008-1022 reserviert• 1023 In-Channel-Signalisierung• DLCI hat nur lokale Bedeutung
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Frame Relay ITU-T
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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 DLCI1 DL-Core Information
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Frame Relay: IETF RFC 2427- 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
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Frame Relay: RFC 2427 Frame Format
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Frame Relay: Frame Format
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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 IPv4gleiche Werte wie im X.25 optional user data field(Benutzerangaben)
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Frame Relay: Frame Format
• SNAP Header wie in 802.2: 3 byte OUI + 2 byte ProtocolIdentifier
• Daten haben variable Länge: mindestens 262 bytes, normalerweise 1600 bytes
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Frame Relay: SNAP Header
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Frame Relay: IP Datagram
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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 -> BB 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
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Frame Relay ITU-T
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Frame Relay: DLCI
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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 64000
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
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FR Konfiguration: Back-to-Back
• RouterA:
• INTERFACE S0NO IP ADDRESSENCAPSULATION FRAME-RELAYNO KEEPALIVECLOCKRATE 64000INTERFACE S0.1 POINT-TO-POINTIP ADDRESS 170.1.1.1 255.255.0.0FRAME-RELAY INTERFACE-DLCI 101
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FR Konfiguration: Back-to-Back
• RouterB:
• INTERFACE S0NO IP ADDRESSENCAPSULATION FRAME-RELAYNO KEEPALIVEINTERFACE S0.1 POINT-TO-POINTIP ADDRESS 170.1.1.2 255.255.0.0FRAME-RELAY INTERFACE-DLCI 101
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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
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Frame Relay Subinterfaces
• # interface type number.subinterface-number point-to-point# encap frame-relay# frame-relay interface-dlci dlci
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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 64000
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)
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FR Konfiguration: Back-to-Back HYBRID
• RouterA:
• FRAME_RELAY SWITCHING• INTERFACE S0
ENCAPSULATION FRAME-RELAYCLOCKRATE 64000IP ADDRESS 170.1.1.1 255.255.0.0FRAME-RELAY MAP IP 170.1.1.2 101 BROADCASTFRAME-RELAY INTF-TYPE DCE
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FR Konfiguration: Back-to-Back HYBRID
• RouterB:
• INTERFACE S0ENCAPSULATION FRAME-RELAYIP ADDRESS 170.1.1.2 255.255.0.0FRAME-RELAY MAP IP 170.1.1.1 101 BROADCAST
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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)
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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
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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
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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
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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 E164 1234 dest 5678# ip ...... class peter# appletalk 1000.2 class rainbow# map-class frame-relay peter# frame-relay cir in 64000# frame-relay cir out 64000
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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.
