Technologie WAN : Frame Relay

Frame Relay :

Frame Relay est un protocole de réseau étendu qui intervient dans les couches physique et liaison de données du modèle de référence OSI.Frame Relay est une norme de l’UIT-T et de l’ANSI. Frame Relay est un service WAN à commutation de paquets orienté connexion. Il fonctionne au niveau de la couche liaison de données du modèle OSI.Frame Relay permet une plus grande bande passante, une fiabilité et une résilience meilleures que celles des lignes privées ou louées. Frame Relay permet de réduire le coût des réseaux par un niveau de complexité moins élevé, par des exigences en équipement plus faibles et par sa mise en œuvre plus simple.

Fonctionnement du protocole Frame Relay :

La connexion entre un équipement terminal de traitement de données (ETTD) et un équipement de communication de données (DCE) comprend un composant de couche physique et un composant de couche liaison de données.

• Le composant physique définit les caractéristiques mécaniques, électriques, fonctionnelles et méthodologiques de la connexion entre les équipements en question. L’une des spécifications d’interface de couche physique les plus répandues est la norme RS-232.
• Le composant de couche liaison définit le protocole qui établit la connexion entre l’ETTD, tel qu’un routeur, et le DCE, tel qu’un commutateur.

Circuits virtuels :

Le terme circuit virtuel désigne la connexion entre deux ETTD par un réseau Frame Relay. De tels circuits sont virtuels du fait qu’il n’existe aucune liaison électrique directe entre leurs extrémités. Grâce aux circuits virtuels, Frame Relay partage la bande passante entre plusieurs utilisateurs. Un site quelconque peut donc communiquer avec n’importe quel autre site sans utiliser plusieurs lignes physiques dédiées.Les circuits virtuels peuvent s’établir de deux manières :

• les circuits virtuels commutés (SVC) sont établis de façon dynamique par l’envoi de messages de signalisation au réseau (CALL SETUP, DATA TRANSFER, IDLE, CALL TERMINATION).
• les circuits virtuels permanents (PVC) sont préconfigurés par l’opérateur et, une fois configurés, fonctionnent uniquement dans les modes DATA TRANSFER et IDLE. Notez que dans certaines publications, les circuits virtuels permanents sont appelés circuits virtuels privés.

Format de trame Frame Relay :

Le routeur CPE encapsule chaque paquet de couche 3 dans un en-tête et une queue de bande Frame Relay avant de l’envoyer dans le circuit virtuel. L’en-tête et la queue sont définis par la norme ITU Q.922-A relative aux services Bearer, intitulée Procédure de liaison d’accès pour Frame Relay (Link Access Procedure for Frame Relay, LAPF). En particulier, l’en-tête Frame Relay (champ d’adresse) contient ce qui suit :

Processus d’encapsulation de Frame Relay
Frame Relay prélève des paquets de données d’un protocole de couche réseau, tel que IP ou IPX, les encapsule en tant que données d’une trame Frame Relay, puis passe cette trame à la couche physique pour la transmettre au câble.Frame Relay reçoit tout d’abord un paquet d’un protocole de couche réseau tel que le protocole IP. Frame Relay l’enveloppe avec un champ d’adresse qui contient l’identificateur DLCI et une somme de contrôle. Des champs d’indicateur sont ajoutés pour indiquer le début et la fin de la trame. Ces champs marquent le début et la fin de la trame et sont toujours les mêmes. Les indicateurs sont représentés soit sous forme hexadécimale 7E, soit sous forme binaire 01111110. Une fois le paquet encapsulé, Frame Relay passe la trame à la couche physique pour le transport.

• DLCI : les 10 bits du DLCI constituent l’essentiel de l’en-tête Frame Relay. Cette valeur représente la connexion virtuelle entre l’équipement ETTD et le commutateur. Chaque connexion virtuelle multiplexée sur le canal physique est représentée par un DLCI unique. Les identificateurs DLCI n’ont qu’une signification locale. En d’autres termes, ils ne sont uniques que sur le canal physique sur lequel ils résident. Les équipements situés à l’autre extrémité d’une connexion peuvent donc faire référence à la même connexion virtuelle par des identificateurs DLCI différents.

• Adresse étendue (EA) : si la valeur du champ EA est 1, l’octet courant est défini par le dernier octet du DLCI. Toutes les mises en œuvres actuelles du protocole Frame Relay utilisent cependant un DLCI de 2 octets, ce qui permet une extension des adresses DLCI dans le futur. Le huitième bit de chaque octet du champ d’adresse sert à indiquer une adresse étendue.

• C/R : bit qui suit l’octet DLCI de poids fort dans le champ d’adresse. Le bit C/R n’est pas défini actuellement.

• Contrôle d’encombrement : contient 3 bits qui contrôlent les mécanismes de notification d’encombrement de Frame Relay. Les bits FECN, BECN, et DE sont les trois derniers bits du champ d’adresse. Le contrôle d’encombrement fait l’objet d’un prochain chapitre.

La couche physique suit généralement les normes EIA/TIA-232, 449 ou 530, V.35 ou X.21. La trame Frame Relay est un sous-ensemble du type de trame HDLC. Par conséquent, elle est délimitée par des champs d’indicateur. L’indicateur de 1 octet utilise la séquence de bits 01111110. La séquence de contrôle de trame (FCS) indique si des erreurs dans le champ d’adresse de couche 2 se sont produites pendant la transmission. La FCS est calculée avant la transmission par le nœud émetteur et le résultat est inséré dans le champ FCS. À l’extrémité distante, une deuxième valeur FCS est calculée et comparée à la FCS de la trame. Si les résultats sont identiques, la trame est traitée. S’ils diffèrent, la trame est abandonnée. Frame Relay n’envoie aucun avertissement à la source en cas d’abandon de trame. Le contrôle d’erreur est à la charge des couches supérieures du modèle OSI.

Topologies Frame Relay :
Dans n’importe quelle topologie Frame Relay, quand une seule interface sert à interconnecter plusieurs sites, des problèmes d’accessibilité peuvent survenir. Ceci est dû à la nature d’accès multiple sans diffusion (NBMA - nonbroadcast multiaccess) de Frame Relay (problème de Split Horizon par exemple).

• Topologie en étoile (Hub and Spoke) : Avec une topologie « hub and spoke », le concentrateur est mis à l’emplacement permettant de réduire au maximum les coûts de la ligne louée. Avec une topologie en étoile pour Frame Relay, chaque site distant dispose d’une liaison d’accès au nuage Frame Relay avec un seul circuit virtuel. Le concentrateur a une liaison d’accès avec plusieurs circuits virtuels, un pour chaque site distant.
• Topologie à maillage globale : représente une topologie à maillage global avec lignes dédiées. Une topologie à maillage global convient dans le cas où l’accès aux services doit être très fiable et que ces services sont dispersés géographiquement. Une topologie à maillage global connecte un site à chacun des autres sites. L’utilisation de lignes louées pour les interconnexions, les interfaces série et les lignes supplémentaires viennent augmenter les coûts.
• Topologie à maillage partiel : Dans le maillage partiel, le nombre d’interconnexions est plus élevé que dans une disposition en étoile, mais moins élevé que dans un maillage global. L’arrangement effectif dépend des besoins en flux de données.

Mappage des adresses Frame Relay :

Pour qu’un routeur Cisco puisse transmettre des données par le protocole Frame Relay, la correspondance entre le DLCI local et l’adresse de couche 3 de destination doit être connue. Les routeurs Cisco prennent en charge tous les protocoles de la couche réseau passant par Frame Relay, comme les protocoles IP, IPX et AppleTalk. Ce mappage entre adresse et DLCI peut être réalisé de manière statique ou dynamique.
ARP inverse : Le protocole de résolution d’adresse inverse (Inverse Address Resolution Protocol, ARP) obtient les adresses de couche 3 d’autres stations à partir des adresses de couche 2, comme le DLCI dans les réseaux Frame Relay. Ce protocole est principalement utilisé dans les réseaux Frame Relay et ATM, où les adresses de couche 2 des circuits virtuels sont parfois obtenues par la signalisation de couche 2. Les adresses correspondantes de couche 3 doivent être disponibles pour pouvoir utiliser ces circuits virtuels. Alors que l’ARP traduit les adresses de couche 3 en adresses de couche 2, l’ARP inverse effectue l’opération dans l’autre sens.
Mappage dynamique : Le mappage d’adresse dynamique s’appuie sur l’ARP inverse pour résoudre l’adresse de protocole réseau du saut suivant en une valeur DLCI locale. Le routeur Frame Relay envoie des demandes d’ARP inverse sur son circuit virtuel permanent pour détecter l’adresse de protocole du périphérique distant connecté au réseau Frame Relay. Le routeur utilise les réponses obtenues pour compléter une table de mappage d’adresse en DLCI sur le routeur Frame Relay ou sur le serveur d’accès. Le routeur établit et entretient cette table de mappage qui contient toutes les demandes d’ARP inverse résolues, y compris les entrées de mappage statique et dynamique.
Mappage statique : L’utilisateur peut décider de remplacer le protocole de résolution inverse dynamique par un mappage manuel statique entre l’adresse de protocole du saut suivant et un DLCI local. Ce mappage statique fonctionne comme la résolution inverse dynamique en associant une adresse de protocole de saut suivant à un DLCI Frame Relay local. Vous ne pouvez pas utiliser le protocole de résolution d’adresse inverse et une instruction de mappage pour le même DLCI et le même protocole.Le cas d’un routeur situé de l’autre côté d’un réseau Frame Relay, et qui ne prend pas en charge la résolution dynamique inverse pour un protocole réseau spécifique, est un exemple d’utilisation du mappage statique. Pour permettre l’accès, un mappage statique est nécessaire pour résoudre l’adresse de couche réseau distante en un DLCI local.Le protocole de résolution d’adresse inverse se base sur la présence d’une connexion directe point à point entre deux extrémités. Dans ce cas, la résolution dynamique inverse ne fonctionne qu’entre le concentrateur et les rayons. L’accès d’un rayon à l’autre nécessite un mappage statique.
Configuration de mappage statique :Pour associer une adresse de protocole de saut suivant à une adresse de destination DLCI, utilisez la commande :frame-relay map {ip, ipx, …} adresse-protocole dlci [broadcast] [ietf] [cisco].[Broadcast] : Permet de diffuser les Broadcast et les multicast sur le circuit virtuel.Utilisez le mot clé ietf si vous vous connectez à un routeur d’une marque autre que Cisco.

LMI (interface de supervision locale) :
La LMI est essentiellement un mécanisme de test d’activité qui fournit des informations sur les connexions Frame Relay entre le routeur (ETTD) et le commutateur Frame Relay (DCE). Environ toutes les 10 secondes, le périphérique final interroge le réseau pour obtenir soit une simple séquence de réponses, soit des informations sur l’état des canaux. Si le réseau ne fournit pas les informations demandées, le périphérique utilisateur peut considérer que la connexion est coupée. Si le réseau fournit une réponse à la demande FULL STATUS, cette réponse comprend des informations d’état sur les DLCI attribués à la ligne en question. Le périphérique final peut utiliser ces informations pour déterminer si les connexions logiques sont capables de relayer les données.

Extensions LMI :En plus des fonctions protocolaires Frame Relay pour le transfert de données, la spécification Frame Relay comprend des extensions LMI optionnelles très utiles dans un environnement de réseau Internet. Voici quelques-unes de ces extensions :

• Messages d’état des circuits virtuels : ces messages fournissent des informations sur l’intégrité des circuits virtuels par le biais de la communication et de la synchronisation entre périphériques, en signalant périodiquement la suppression de circuits virtuels permanents ou la présence de nouveaux. Ces messages d’état évitent l’envoi de données à des trous noirs (circuits virtuels qui n’existent plus). 

• Multidiffusion : permet à un émetteur de transmettre une même trame à plusieurs destinataires. La multidiffusion prend en charge la transmission efficace de messages protocolaires de routage et de procédures de résolution d’adresse qui doivent être généralement transmis à plusieurs destinataires à la fois.

• Adressage global : donne une signification globale plutôt que locale aux identificateurs DLCI, ce qui permet de les utiliser pour désigner une interface spécifique du réseau Frame Relay. L’adressage global donne au réseau Frame Relay l’apparence d’un réseau local en termes d’adressage et les protocoles ARP fonctionnent exactement comme sur un réseau local.

• Contrôle de flux simple : assure un mécanisme de contrôle de flux XON/XOFF qui s’applique à l’ensemble de l’interface Frame Relay. Cette extension concerne les périphériques dont les couches supérieures ne peuvent pas utiliser les bits de notification d’encombrement, mais qui nécessitent un certain contrôle de flux.

Type de LMI :Il existe plusieurs types d’interfaces LMI, toutes mutuellement incompatibles. Le type de LMI configuré sur le routeur doit correspondre au type utilisé par le fournisseur de services. Trois types d’interfaces LMI sont pris en charge par les routeurs Cisco :

• Cisco : extension LMI d’origine .
• Ansi : correspondant à la norme ANSI T1.617.
• q933a : correspondant à la norme ITU Q933.

Le type cisco est utilisé par défaut sur les routeurs cisco.
La commande : frame-relay lmi-type [cisco | ansi | q933a]
Par défaut, l’intervalle de test d’activité est de 10 secondes sur les interfaces série Cisco. Vous pouvez changer cet intervalle à l’aide de la commande de configuration d’interface (config-if)# keepalive {0 >  30 en seconde}

Format de trame LMI :

Processus de configuration Frame Relay :

Activation de l’encapsulation Frame Relay : 
Cette première figure montre comment Frame Relay a été configuré sur les interfaces série. Les opérations comprennent l’attribution d’une adresse IP, la définition du type d’encapsulation et l’allocation d’une bande passante.
Étape 1. Définition de l’adresse IP sur l’interface :Sur un routeur Cisco, le protocole Frame Relay est généralement pris en charge sur des interfaces série synchrones. Pour définir l’adresse IP de l’interface, utilisez la commande ip address.
Étape 2. Configuration de l’encapsulation :La commande de configuration d’interface encapsulation frame-relay active l’encapsulation Frame Relay et permet le traitement du protocole Frame Relay sur l’interface prise en charge.
Étape 3. Définition de la bande passante :Pour définir la bande passante de l’interface série, utilisez la commande bandwidth. La bande s’exprime en Kbits/s. Cette commande indique au protocole de routage que la bande passante est définie de manière statique sur la liaison. Les protocoles de routage EIGRP et OSPF utilisent la valeur de la bande passante pour calculer et déterminer la mesure de la liaison.
Étape 4. Définition du type de LMI (facultatif) :Cette étape est facultative, étant donné que les routeurs Cisco détectent le type d’interface LMI. Le type de LMI par défaut pour les routeurs Cisco est « cisco ».
Options d’encapsulation :Sur un routeur Cisco, le type d’encapsulation par défaut d’une interface série est la version propriétaire Cisco de la procédure HDLC. Pour passer de l’encapsulation HDLC à Frame Relay, on utilise la commande encapsulation frame-relay [cisco | ietf].

La forme no de la commande encapsulation frame-relay supprime l’encapsulation Frame Relay de l’interface et rétablit l’encapsulation HDLC par défaut.
Show interfaces serial ( ) : permet d’afficher des informations sur l’encapsulation       et l’état des couches 1 et 2.
Elle affiche également les informations ci-dessous :

• Le type d’interface LMI.
• L’identificateur DLCI de l’interface LMI.
• Le type d’équipement (ETTD/ETCD).

Show frame-relay lmi :  pour afficher les statistiques relatives au trafic sur l’interface LMI.Les sous-interfaces :

Les sous-interfaces Frame Relay peuvent être configurées en mode point à point ou multipoint :

• Point à point : une sous-interface point à point établit une connexion par circuit virtuel permanent à une interface physique ou à une sous-interface d’un routeur distant. Dans ce cas, chaque paire de routeurs point à point réside sur son propre sous-réseau et chaque sous-interface point à point ne dispose que d’un identificateur DLCI. Dans un environnement point à point, chaque sous-interface agit comme une interface point à point. En général, chaque circuit virtuel point à point correspond à un sous-réseau séparé. Par conséquent, le trafic des mises à jour du routage n’est pas soumis à la règle du découpage d’horizon.
• Multipoint : une seule sous-interface établit plusieurs connexions de circuit virtuel permanent à plusieurs interfaces physiques ou sous-interfaces sur des routeurs distants. Toutes les interfaces participantes se trouvent dans le même sous-réseau. La sous-interface fonctionne comme une interface Frame Relay NBMA, de telle sorte que le trafic des mises à jour du routage est soumis à la règle du découpage d’horizon. Tous les circuits virtuels multipoint appartiennent généralement au même sous-réseau.

Processus de configuration des sous-interfaces :

Pour configurer les sous-interfaces d’une interface physique, procédez comme suit :

Étape 1. Supprimez l’adresse de couche réseau attribuée à l’interface physique. Si cette dernière comporte une adresse, les sous-interfaces locales ne pourront pas recevoir de trames.Étape 2. Configurez l’encapsulation Frame Relay sur l’interface physique au moyen de la commande encapsulation frame-relay.Étape 3. Pour chacun des circuits virtuels permanents définis, créez une sous-interface logique. Indiquez le numéro de port, suivi d’un point (.) et du numéro de sous-interface. Pour faciliter le dépannage, il est conseillé d’utiliser l’identificateur DLCI comme numéro de sous-interface.Étape 4. Configurez une adresse IP pour l’interface et définissez la bande passante.Étape 5. Configurez le DLCI local de la sous-interface à l’aide de la commande frame-relay interface-dlci.