Simulación y análisis del comportamiento de la congestión en una red experimental frame relay

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(1)FFA AC CU ULLTTA AD DD DEE IIN NG GEEN NIIEER RÍÍA A EELLÉÉC CTTR RIIC CA A. Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA “Simulación y análisis del comportamiento de la congestión en una Red Experimental Frame Relay”. Autor: Yosbel Reyes Cruz Tutor: Ing. Rafael E. Viego Escandell. Santa Clara 2008 “Año 50 de la Revolución”.

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA. “Simulación y análisis del comportamiento de la congestión en una Red Experimental Frame Relay”. Autor: Yosbel Reyes Cruz E-mail: [email protected] Tutor: Ing. Rafael E. Viego Escandell Subgerente Datos ETECSA Villa Clara. E-mail: [email protected] Santa Clara 2008 “Año 50 de la Revolución”.

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor. Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Tutor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

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(5) PENSAMIENTO. “Los obstáculos son esas cosas que las personas ven cuando dejan de mirar sus metas”.. E. Joseph Cossman. I.

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(7) DEDICATORIA. Quiero dedicarle esta tesis especialmente, a mi tía Cira Julia, se que le hubiese gustado compartir conmigo estos momentos de alegría, a pesar de que no pude estar junto a ella en sus últimos momentos de vida, siempre la llevaré conmigo en mi corazón. A mis padres, por haber dedicado sus vidas a sus hijos. A mis hermanos, a mi abuela, a mi tía Miosi, por su amor infinito. A mi novia, por su amor, por el ánimo que me imprime y por compartir conmigo tantas dichas y desventuras. A toda mi familia, por su apoyo incondicional. A mis amigos de verdad, los que están cerca, lejos o ya no están. A mi tutor, a mis profesores y compañeros de clases, por las experiencias vividas y todo lo que aprendimos juntos. A las personas que aunque sea una vez preguntaron que cómo me iban las cosas. A las que no menciono y no merecen mi olvido.. “A todos los que persiguen sueños sin pararse a ver las dificultades del camino”. II.

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(9) AGRADECIMIENTOS. A mi padre y a mi madre por su excelente educación y por su sacrificio en todo momento. A mi novia, a mis hermanas, a mi abuela, a mis tías, a mi prima Aleida y a mis amigos, por su apoyo y confianza depositada en mí durante estos cinco años. Al excelente claustro de profesores de la FIE en especial a los integrantes del departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. A mi profesor Pedro Arco Ríos, por su contribución a mi formación como profesional. A mis compañeros de clases, en especial a Osniel, Yoelvis, Duniel ,Erisbel y Aleocha, por su amistad y ayuda durante estos años. A Jorge Luis, Lorena y Lisbet por su apoyo en al realización de la tesis. A mi tutor por su valiosa ayuda brindada y asesoría incondicional. A Julio de la Filial de Datos de ETECSA en Ciego de Ávila, por su ayuda desinteresada. A los trabajadores de la Filial de Datos de ETECSA de Villa Clara. A todos los que me han apoyado en estos años de estudio. A todos lo que de una forma u otra han hecho posible la realización de este trabajo.. A todos, simplemente gracias…. III.

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(11) TAREAS TÉCNICAS. TAREAS TÉCNICAS Las tareas a realizar en este trabajo son: . Búsqueda en la bibliografía primaria existente a la vez que se recabará información de primera mano de operadores importantes de la tecnología Frame Relay.. . Definir y caracterizar la tecnología Frame Relay.. . Profundizar en el conocimiento del Simulador OPNET, sus características, posibilidades, forma de instalarlo y potencialidades que posee, en general.. . Intercambio periódico con los especialistas y operadores de la red de ETECSA.. . Preparación y ejecución de las simulaciones.. . Documentación y análisis de cada proyecto e informe final.. Firma del Autor. Firma del Tutor. IV.

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(13) RESUMEN. RESUMEN En el presente trabajo se realizó un estudio por simulación de una red experimental Frame Relay sobre la base de la variación de algunos de sus parámetros, con el objetivo de analizar la influencia que tienen sobre la congestión; también se hizo un estudio detallado del simulador OPNET para llevar a cabo simulaciones que sirvan para asistir en el diseño, dimensionado y planificación de redes de acceso por donde circulen tráfico de clientes www, correo electrónico y FTP (File Transfer Protocol). Para la realización de este trabajo se revisaron diferentes documentos, se visitó la filial de Cubadata de ETECSA en Villa Clara donde se encuentra implementada esta tecnología. Primeramente se efectuó una descripción general del protocolo Frame Relay y las técnicas de control de la congestión, luego se realizaron y se organizaron las simulaciones. Finalmente como resultado de las simulaciones se hicieron diversas valoraciones, además de entregarse tablas con los resultados de la simulación reflejados.. V.

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(15) TABLA DE CONTENIDOS. TABLA DE CONTENIDOS PENSAMIENTO .................................................................................................................... I DEDICATORIA .................................................................................................................... II AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................III TAREAS TÉCNICAS ......................................................................................................... IV RESUMEN ............................................................................................................................V TABLA DE CONTENIDOS ............................................................................................... VI INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................1 CAPÍTULO 1.. FRAME RELAY ........................................................................................4. 1.1 Frame Relay – Generalidades. ....................................................................................4 1.1.1 Introducción..........................................................................................................4 1.1.2 Terminología.........................................................................................................5 1.1.3 Topología y mapas de direcciones........................................................................6 1.1.4 LMI. ......................................................................................................................7 1.1.5 Principales aplicaciones........................................................................................7 1.1.6 Estándares. ............................................................................................................9 1.1.7 Comparación con X.25. ........................................................................................9 1.1.8 Interoperatividad con ATM. ...............................................................................10 1.1.9 Ventajas y Desventajas de Frame Relay.............................................................11 1.1.10 Tendencias actuales. ..........................................................................................12 1.2 Frame Relay - Control de la congestión. ..................................................................15 1.2.1 Control de la congestión – Introducción.............................................................15 1.2.2 Mecanismos de protección contra la congestión. ...............................................16 1.2.3 Prevención de congestión con señalización explícita. ........................................16. VI.

(16) TABLA DE CONTENIDOS. 1.2.4 Gestión de la tasa de Tráfico. .............................................................................18 1.2.5 Control de la congestión implícita......................................................................19 1.2.6 Procedimientos aplicados por la red. ..................................................................19 1.3 Conclusiones del Capítulo. .......................................................................................20 CAPÍTULO 2.. DISEÑO Y SIMULACIÓN DE LA RED FRAME RELAY ...................21. 2.1 Introducción a la simulación de la red. .....................................................................21 2.2 Simuladores de redes de computadoras. ...................................................................21 2.3 Introducción a la herramienta de simulación OPNET. .............................................22 2.3.1 Ventajas y Desventajas del sistema. ...................................................................23 2.4 Configuración de la simulación. ...............................................................................24 2.4.1 Topología de la red Frame Relay........................................................................25 2.4.2 Procedimiento para aplicar el simulador OPNET a la red Frame Relay. ...........26 2.5 Conclusiones del Capítulo. .......................................................................................34 CAPÍTULO 3.. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN................35. 3.1 Introducción. .............................................................................................................35 3.2 Análisis de los resultados del proyecto FR1, escenario1..........................................35 3.2.1 Análisis de los resultados del proyecto FR1, escenario2 y 3..............................42 3.3 Análisis de los resultados del proyecto FR2, escenario1, 2 y 3................................47 3.4 Conclusiones del Capítulo. .......................................................................................52 CONCLUSIONES ................................................................................................................53 RECOMENDACIONES.......................................................................................................54 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................55 ANEXOS ..............................................................................................................................59 GLOSARIO ..........................................................................................................................71. VII.

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(18) INTRODUCCIÓN. INTRODUCCIÓN Frame Relay (FR) se originó a partir de la interfaz ISDN y se propuso como estándar por el Comité Consultivo Internacional para Telegrafía y Telefonía (CCITT) en 1984. El Comité de Normalización T1S1 de los Estados Unidos, acreditado por el Instituto Americano de Normalización (ANSI), realizó parte del trabajo preliminar sobre Frame Relay. Con la tecnología Frame Relay se encontró gran parte de la solución a las dificultades de comunicación a distancias extensas; Frame Relay o Retransmisión de Tramas es una tecnología de conmutación rápida de tramas, basada en estándares internacionales, que puede utilizarse como un protocolo de transporte y como un protocolo de acceso en redes públicas o privadas proporcionando buenos servicios de comunicaciones. Hoy en día Frame Relay es un estándar que cuenta con una gran aceptación en el mercado mundial, presentando un continuo crecimiento debido a su excelente desempeño y velocidad de transmisión de acuerdo con los requerimientos de la mayoría de los usuarios, fácil configuración, uso y gestión y su interoperabilidad con ATM, junto a precios asequibles para gran parte de los usuarios. Particularmente en Cuba, Frame Relay constituye la alternativa más demandada por los usuarios por alcanzar velocidades de hasta 2 Mbps, además de ser una opción económica y ágil para bajas velocidades. Este trabajo parte del hecho de que el tema no es nuevo, se ha debatido y discutido en diversas ocasiones pero es necesario profundizar sobre las causas por las cuales las redes Frame Relay tienden a desmejorar en su rendimiento o simplemente colapsan a causa de la congestión debido a la variación de algunos de sus parámetros, o la deficiente administración de asignación de la calidad de servicio y el ancho de banda. Por tal motivo se consideró conveniente proponer el presente trabajo, el cual pretende plantear un estudio, revisión bibliográfica y simulación de la tecnología Frame Relay haciendo énfasis en el problema de la congestión. Para ello se hará uso de la herramienta de simulación OPNET. Con este trabajo se pretende elevar el conocimiento sobre Frame Relay, para su posible aplicación por parte de ETECSA y en las asignaturas de pregrado y postgrado del departamento, así como puede utilizarse como elemento de consulta para todos los especialistas que se dedican a trabajar sobre las redes de transmisión de datos, en específico Frame Relay. 1.

(19) INTRODUCCIÓN. En este proyecto se propone fundamentar de manera teórico-práctica la influencia de diversos parámetros sobre la red Frame Relay dando respuestas a las interrogantes siguientes: . ¿Hasta qué punto el comportamiento de una red Frame Relay se ve influenciado por variaciones de parámetros tales como CIR, Bc y Be?. . ¿Cuál es el comportamiento de la red al entrar en estado de congestión?. Es por dicha razones que el trabajo se propuso como objetivo. Objetivo general del trabajo: . Determinar la influencia de los parámetros de diseño sobre el comportamiento y las prestaciones de la red Frame Relay y ver como influyen en la congestión de la red.. Objetivos específicos del trabajo: Analizar las características del protocolo Frame Relay. Analizar aspectos relacionados con la congestión en Frame Relay. Profundizar en el conocimiento del Simulador OPNET, sus características, posibilidades y potencialidades que posee, en general. Crear un modelo experimental que represente la red Frame Relay de Villa Clara para analizar la congestión con el auxilio del OPNET. Para dar cumplimiento a estos objetivos se establecen las siguientes tareas: 1.. Búsqueda en la bibliografía primaria existente a la vez que se recabará información de primera mano de operadores importantes.. 2.. Estudio detallado del lenguaje de simulación.. 3.. Intercambios periódicos con los especialistas y operadores de la red de ETECSA.. 4.. Preparación, ejecución de las simulaciones.. 5.. Análisis de los resultados.. 6.. Escritura y defensa del trabajo.. 2.

(20) INTRODUCCIÓN. Organización del informe Este trabajo está constituido por: tres capítulos. El contenido de los tres capítulos se describe a continuación: El primer capítulo se hace una descripción general del protocolo Frame Relay, sus principales características, topología y mapas de direcciones, principales aplicaciones, estándares, beneficios y desventajas; así como el control de la congestión en Frame Relay. El segundo capítulo contiene una breve descripción de la herramienta de simulación OPNET. Se da una descripción de la red experimental Frame Relay que se va a simular y se muestra el procedimiento realizado para la confección de los escenarios que se utilizarán en la simulación. El tercer capítulo está dedicado ha analizar detalladamente los resultados de la simulación de los proyectos y escenarios de trabajo que se configuraron en el OPNET y se hacen observaciones para posteriormente arribar a conclusiones y recomendaciones. A continuación se recogen las referencias bibliográficas utilizadas y finalmente aparecen los anexos, así como el glosario de términos y acrónimos.. 3.

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(22) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. CAPÍTULO 1. FRAME RELAY 1.1 Frame Relay – Generalidades. 1.1.1 Introducción. Frame Relay (FR) es un servicio WAN de conmutación de paquetes orientado a conexión que opera en la capa de enlace de datos del modelo OSI. Su popularidad se debe a que es relativamente más económico que alquilar una línea dedicada ya que sólo se paga por la cantidad de ancho de banda que se requiere. Ofrece anchos de banda en el rango de 56 Kbps a 2,048 Mbps (en EEUU hasta 1,544 Mbps) [1] [2]. Se creó originalmente como una extensión de la tecnología ISDN y fue diseñada para permitir que la tecnología de conmutación por circuitos (como ISDN) viajara por redes conmutadas por paquetes. Actualmente, Frame Relay es un esquema independiente. Frame Relay es un estándar de la UIT-T (Sector de Estandarización de Telecomunicaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones) y de la ANSI (Instituto Nacional Americano de Estandarización) [3] [4]. Esta tecnología utiliza un subconjunto del Protocolo de Control de Enlace de Datos de Alto Nivel (HDLC) llamado Procedimiento de Acceso a Enlaces para Frame Relay (LAPF, Link Access Procedure for Frame-Relay). El tamaño de la trama es variable, normalmente hasta 4096 octetos (aunque en casos especiales puede ser superior, hasta 8192 octetos) [3] [5] [6] [Ver Anexo 1]. Contrario a lo que se especulaba, el objetivo de Frame Relay no es remplazar a X.25, sino dirigirse a las necesidades de ciertas aplicaciones para las cuales X.25 no es efectivo. Uno de los objetivos de Frame Relay es la interconexión de redes LAN. Es una tecnología que puede utilizarse tanto como protocolo de transporte, como de acceso a redes públicas o privadas, proporcionando servicios de comunicaciones, aunque ha prevalecido el uso como protocolo de acceso. Especifica el método mediante el cual el dispositivo de usuario (ejemplo: router, bridges y hosts) y el equipamiento de la red (ejemplo los nodos de conmutación) interactúan.. 4.

(23) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. Los dispositivos de usuario se conocen como equipos terminales de datos (DTE), mientras que los equipos de la red que hacen de interfaz con los DTEs, se conocen como equipos de terminación del circuito de datos (DCE). A esta interfaz se le denomina FRI (Frame Relay Interface) y está basado en la estructura de la trama LAP-D del canal de señalización de la RDSI. Las tramas se envían y entregan desde un DTE a otro DTE utilizando la red de Frame Relay que consiste, en general, de muchos conmutadores Frame Relay esparcidos geográficamente, los cuales se interconectan mediante líneas troncales. Esto quiere decir que todos los clientes de la compañía que provee el servicio de Frame Relay comparten la misma infraestructura [7] [8]. Frame Relay no tiene mecanismos de recuperación de errores, porque fue diseñada para operar en canales digitales de alta calidad. Esto implica que protocolos en capas más altas sean responsables de la recuperación de errores [9]. Estas múltiples ventajas hacen de Frame Relay una buena tecnología para las necesidades de comunicaciones de datos y voz por sus bajos costos de operación, altas velocidades de transmisión y utilización eficiente del ancho de banda. 1.1.2 Terminología. La conexión a través de la red Frame Relay entre dos DTE se denomina circuito virtual (VC). Estos conectan un DTE en una red con un DTE de otra red mediante la infraestructura de la red Frame Relay. Los circuitos virtuales pueden ser de dos tipos: a. Circuitos virtuales conmutados (SVC, Switched Virtual Circuits) - aquellos que se establecen cuando los nodos necesitan comunicarse y se terminan cuando se completa la transmisión. Se establecen dinámicamente mediante el envío de mensajes de señalización a la red. b. Circuitos virtuales permanentes (PVC, Permanent Virtual Circuits) - aquellos previamente configurados por la compañía de servicios. c. El uso de PVC no significa que se cree un enlace dedicado ya que en el contrato con la compañía de servicios se especifican los extremos del circuito y la cantidad de ancho de banda que se requiere, pero no se especifica cómo llegar a los extremos y varios circuitos pueden compartir enlaces entre conmutadores Frame Relay. Los 5.

(24) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. diversos circuitos virtuales en la línea de acceso única se diferencian mediante un Identificador de Canal de Enlace de Datos (DLCI, Data Link Circuit Identifier) para cada circuito. Los DLCI sólo tienen significado local ya que son usados internamente por el proveedor de servicios para la conmutación de tramas entre los conmutadores Frame Relay. 1.1.3 Topología y mapas de direcciones. Es improbable que Frame Relay sea económica cuando sólo se necesita interconectar dos lugares mediante una conexión punto a punto. Frame Relay resulta más atractiva económicamente cuando se requiera interconectar múltiples lugares. Con frecuencia, las WAN de Frame Relay se interconectan mediante una topología en estrella con un enrutador que sirve de nodo central y que aloja los servicios primarios. Cada ubicación remota tiene un enlace de acceso a la nube de Frame Relay mediante un único circuito virtual (VC). El nodo central tiene un enlace de acceso con múltiples VC, uno por cada ubicación remota. La ubicación del nodo central se elige de modo que resulte en el menor costo de líneas arrendadas. Debido a que las tarifas de Frame Relay no se establecen en función de la distancia, el nodo central no necesita estar situado en el centro geográfico de la red. Una alternativa a la topología en estrella es usar la topología de malla. Se elige una topología de malla completa cuando los servicios a los que se debe tener acceso están geográficamente dispersos y se necesita de un acceso altamente confiable a los mismos. Con una malla completa, todos los sitios están interconectados entre ellos. La conexión no se realiza mediante enlaces físicos sino mediante circuitos virtuales. Por lo tanto, cada enrutador tiene un sólo enlace físico a la nube Frame Relay. Hay un límite de 1000 VC por enlace. En las redes de gran tamaño la topología de malla completa rara vez resulta atractiva económicamente porque la cantidad de circuitos virtuales necesarios crece muy rápidamente a medida que se añaden enrutadores a la red. Frame Relay utiliza una técnica llamada Acceso Múltiple Sin Difusión (NBMA, Non-Broadcast Multiple Access) que permite utilizar una sola interfaz para conectar varios lugares.. 6.

(25) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. 1.1.4 LMI. La Interfaz de Administración Local (LMI, Local Management Interface) permite transferir la información del estado de la red de forma dinámica entre el enrutador de una LAN (el DTE) y su conmutador Frame Relay más cercano (el DCE). La trama de Frame Relay tiene un campo de 10 bits para el DLCI usado para identificar los VC. Esto permite de 0 a 1023 valores. LMI utiliza algunos de estos valores para intercambiar información entre los DTE y los DCE. Del 16 al 1007 pueden ser usados para identificar los VCs. Existen varios tipos de LMI, todos incompatibles entre ellos. El tipo de LMI configurado en el enrutador debe coincidir con el utilizado por el proveedor de servicios. Los enrutadores Cisco soportan tres tipos de LMI: a. Cisco. b. ANSI. c. Q933A. Los mensajes LMI se envían a través de una variante de las tramas LAPF pero el campo de dirección lleva uno de los DLCI reservados y hay un campo que indica el tipo de mensaje LMI. Los mensajes LMI comunican información acerca de lo siguiente: a. Keepalives (para verificar que los datos fluyen). b. Multicasting (para la distribución eficiente de la información por la red Frame Relay). c. Direccionamiento Global (para proveer significado global a los DCLI). d. Estado de los circuitos virtuales. 1.1.5 Principales aplicaciones. •. Interconexión de LANs: esto es conectando los enrutadores de dos o más LAN para la transmisión de datos entre ellas. El proceso de conmutación de paquetes, que puede generar retardos variables en las llegadas de las tramas, es tolerable por este tipo de servicio. [10]. •. Mensajería electrónica. 7.

(26) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. •. Acceso de estadísticas del mercado financiero.. •. Centralización de nóminas en oficinas distribuidas.. •. Recolección de información referente a las ventas de oficinas sucursales.. •. Interconexión con redes SNA (Systems Network Architecture): La compatibilidad con la interfaz Frame Relay, y la disponibilidad de equipos de acceso Frame Relay que soportan protocolos como SDLC, propios de SNA, han hecho posible el trasladar el tráfico de estas redes a redes Frame Relay.. •. Soporte de transmisión ideal, en combinación con el protocolo IP, para la explosiva demanda de servicios de los ISP (Internet Service Providers) debido a las altas capacidades de conmutación y rápida recuperación de fallas en los enlaces que provee esta tecnología. Se une a lo anterior la naturaleza preponderante del tráfico en Internet hoy en día: los datos entre los hosts (computadores centrales), por lo cual, Frame Relay es la tecnología adecuada.. •. Videoconferencia e intercambio en tiempo real de cualquier tipo de información entre múltiples ubicaciones.. •. Entretenimiento interactivo a distancia.. •. Soporte eficiente de aplicaciones de tipo comercial como voz, datos, fax y video.. •. Dentro del renglón de datos una parte importante lo constituye la transmisión de imágenes médicas de alta resolución. Se usa también en el acceso de estadísticas del mercado financiero y en el transporte de datos de respaldo ante recuperación de fallas.. En resumen, Frame Relay ha evolucionado, proporcionando la integración en una única línea de los distintos tipos de tráfico de datos, voz y su transporte por una única red que responde a las siguientes necesidades: •. Alta velocidad y bajo retardo.. •. Soporte eficiente para tráficos a ráfagas.. •. Conectividad “todos con todos”. 8.

(27) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. •. Eficiencia.. •. Flexibilidad.. •. Buena relación coste-prestaciones.. •. Transporte integrado de distintos protocolos de voz y datos.. 1.1.6 Estándares. En 1988, el ITU-T (antiguo CCITT) estableció un estándar (I.122), que describía la multiplexación estadística de circuitos virtuales en el nivel 2, conocido como el nivel de “frame” (trama). Esta recomendación fue denominada Frame Relay. ANSI tomo lo anterior como punto de partida y comenzó a definir estándares que iban siendo adoptados por la ITU-T [11] [Ver Anexo 2]. Más tarde se constituyó el Frame Relay Forum (FRF, www.frforum.com), organización mundial que promueve y establece normas para las redes y equipos Frame Relay, de la cual son miembros compañías interesadas en la protección y el desarrollo de esta norma [12] [Ver Anexo 3]. 1.1.7 Comparación con X.25. Frame Relay puede entenderse mejor cuando se compara con la tecnología X.25. La función de direccionamiento se desplaza desde la capa 3 en X.25 a la capa 2 en Frame Relay. Todas las demás funciones de la capa 3 de X.25 no están incorporadas en Frame Relay [13] [14]. Entre las principales características que describen a la X.25 tenemos: •. Los paquetes de control de llamada, utilizados para establecer y terminar los circuitos virtuales son transportados sobre el mismo canal y el mismo circuito virtual que los paquetes de datos. Utilizándose en efecto una señalización dentro de la banda.. •. El multiplexamiento de los circuitos virtuales tiene lugar a nivel 3.. •. Tanto los niveles 2 y 3 incluyen mecanismos de control de error y de flujo.. Las principales diferencias de Frame Relay de X.25 son: 9.

(28) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. •. La señalización de control de llamadas es transportada sobre una conexión lógica separada de la de los datos del usuario. Por lo que en los nodos intermedios no necesita tener tablas de datos o mensajes de procesamiento relacionados con el control de llamadas por cada conexión individual.. •. El multiplexamiento y la conmutación de conexiones lógicas tiene lugar en el nivel 2, en vez del nivel 3, por lo que se elimina un nivel de procesamiento.. •. No hay control de error ni de flujo en cada salto, estos controles son responsabilidad de los extremos de las entidades de niveles superior, si lo implementan.. Más información sobre la comparación o relación de Frame Relay frente a otras tecnologías se puede ver en el Anexo 4. 1.1.8 Interoperatividad con ATM. Inicialmente, ATM y Frame Relay existían como redes separadas, pero los Forums Frame Relay y ATM han establecido ya algunas normas cuya importancia no sólo reside en ayudar a proteger las inversiones en equipos Frame Relay actuales, sino también en proporcionar un método adecuado de migración a ATM. Dichos estándares también facilitan accesos de bajo costo a usuarios de Frame Relay remotos a las redes troncales corporativas basadas en ATM. Exactamente existen dos tipos de interoperatividad: de red y de usuario. Ambas son el campo respectivo de atención de los estándares Frame Relay/ATM Network interworking y Frame Relay/ATM Service Interworking, ratificados en diciembre de 1994 y abril de 1995, también respectivamente, en otras palabras el primer escenario permite el transporte de un extremo Frame Relay a otro a través de una nube ATM, cuya especificaciones se encuentran en el estándar FRF5; el segundo escenario permite transmitir desde un extremo ATM a uno Frame Relay, encontrándose las especificaciones de este último en el estándar FRF8. Más reciente la norma Frame UNI (FUNI) representa una tercera alternativa [15] [16].. 10.

(29) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. 1.1.9 Ventajas y Desventajas de Frame Relay. Ventajas. •. La multiplexación y conmutación de conexiones lógicas tiene lugar en la capa 2 en lugar de la 3 eliminando una capa entera de proceso.. •. No hay control de flujo ni control de error de salto. Este control se realiza extremo a extremo es responsabilidad de una capa más alta, si se emplea.. •. Tiene la característica de implementar una multiplexación estadística de muchas conversaciones lógicas de datos sobre un simple enlace de transmisión físico. Esto permite un uso más flexible del ancho de banda disponible.. •. Acelera el proceso de enrutamiento de paquetes a través de una serie de conmutadores a una localización remota, eliminando la necesidad de que cada conmutador chequee cada paquete que recibe antes de retransmitirlo al siguiente conmutador. Con esto se destaca que el chequeo de errores y control de flujo solamente se realiza en la estación destino, no en los nodos intermedios.. •. Soporta mecanismos de notificación de congestión muy simples para permitir a una red informar a un dispositivo de usuario que los errores de la red están agotados cuando se alcanza el estado de congestión.. •. Proporciona conexiones entre usuarios a través de una red pública, del mismo modo que lo haría una red pública con circuitos punto a punto. Es decir que permite reemplazar las líneas privadas por un sólo enlace de red.. •. Permite poner en servicio varios circuitos virtuales sobre una misma interfaz física.. •. Existe una independencia entre el coste y la distancia.. •. Se adapta perfectamente al tráfico en ráfagas, propio de las aplicaciones cliente/servidor o de interconexión de redes locales.. •. Con la integración de servicios se puede gestionar una única red en lugar de varias, además el ancho de banda contratado se pone a disposición en cada momento de quien lo necesite. 11.

(30) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. •. Transporte integrado de distintos protocolos de voz y datos.. Desventajas. •. Dado que Frame Relay está orientado a conexión, todas las tramas siguen la misma ruta a través de la red, basadas en un identificador de conexión. Pero las redes orientadas a conexión son susceptibles de perderla si el enlace entre el nodo conmutador de dos redes falla. Aún cuando la red intente recuperar la conexión, deberá ser a través de una ruta diferente, lo que cambia el retardo extremo a extremo y puede no ser lo suficientemente rápido como para ser transparente a las aplicaciones.. •. Frame Relay no fue diseñada originalmente para aplicaciones de tráfico de tasa de bits constante como voz y video y no tiene la capacidad de asegurar que las tramas perdidas no superen un umbral.. •. Pérdida de la calidad del sonido como resultado de la compresión de la voz.. 1.1.10 Tendencias actuales. La clave para que Frame Relay sea aceptado con facilidad, al igual que ocurrió con X.25 y con la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI, Integrated Services Digital Network (ISDN)), es su gran facilidad, como tecnología, para ser incorporado a equipos ya existentes, tales como, enrutadores, conmutadores, multiplexores, etc., y que éstos pueden, con Frame Relay, realizar sus funciones de un modo más eficiente. Por tanto, Frame Relay es una solución ampliamente aceptada, especialmente para evitar la necesidad de construir mallas de redes entre enrutadores, y en su lugar multiplexando muchas conexiones a lugares remotos a través de un sólo enlace de acceso a la red Frame Relay. En la actualidad cuando toda la divulgación de las nuevas tecnologías se centra en Gigabit Ethernet y las VPN IP, los servicios Frame Relay siguen satisfaciendo las necesidades de telecomunicaciones de un creciente número de empresas. Y las posibilidades aumentan gracias a desarrollos como “Frame Relay to MPLS Interneworking”, “Multilink Frame Relay” y acceso DSL a Frame Relay [17] [18].. 12.

(31) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. Más de una década después de su aparición, miles de empresas de todo el mundo siguen confiando en Frame Relay (FR). ¿La razón? Está siendo capaz de evolucionar al mismo ritmo que lo hacen las necesidades corporativas. Esta tecnología se mantiene aún hoy gracias a la aparición de nuevas opciones más veloces y flexibles. Un ejemplo de la evolución de FR es que ahora los usuarios pueden establecer redes de este tipo totalmente malladas y a un precio más competitivo. Varios operadores y proveedores de servicios ya están ofreciendo servicios Frame Relay basados en MPLS (Multi-Protocol Label Switching) que permiten a los usuarios crear redes totalmente malladas, sin necesidad de cambiar las conexiones ya desplegadas. Si bien con los servicios Frame Relay convencionales también es posible montar redes totalmente malladas, el precio generalmente resulta prohibitivo. Establecer conexiones punto a punto dedicadas entre todos los emplazamientos de la red no está al alcance de todas las empresas. Ahora, los servicios FR en MPLS permiten a los usuarios acceder a todos los sitios de la red desde cualquier otro punto sin necesidad de pasar por un emplazamiento central. Para muchos expertos, estos nuevos servicios basados en IP son claves para el futuro desarrollo de esta tecnología, ya que proporciona un modo óptimo de ampliar su conectividad [19]. Nuevas especificaciones. Frame Relay Forum está trabajando, entre otras muchas cosas, en la definición de un “acuerdo de implementación” que permita a fabricantes y operadores hacer convivir estrechamente a FR y MPLS. La especificación, denominada Frame Relay to MPLS Internetworking, soportará encapsulación de tramas sobre MPLS [20]. Junto a la disponibilidad de nuevas opciones más flexibles, los usuarios pueden ahora contratar mayores velocidades, rompiendo la idea tan generalizada como infundada de que FR es esencialmente un servicio de baja capacidad, cuando en realidad la tecnología puede soportar velocidades de transmisión ópticas. Multilink Frame Relay ofrece a los usuarios la posibilidad de ir añadiendo incrementos de 2 Mbps en función de sus necesidades. Se trata de un acuerdo de implementación que. 13.

(32) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. permite adoptar múltiples conexiones T-1/E-1 a medida que aumenta la necesidad de dotarse de mayores anchos de banda [21]. Incluso antes de aparecer Multilink Frame Relay, las empresas podían optar por Frame Relay to ATM Internetworking, especificación en la que trabajaron conjuntamente Frame Relay Forum y ATM Forum para que los usuarios pudieran interoperar redes híbridas, aprovechando las grandes capacidades de ATM. Durante algún tiempo, fue la única opción disponible para aquellas empresas que necesitaban 45 Mbps o más en sus centros de datos o en sus sedes centrales, pero sólo velocidades fraccionales de E-1 en el resto de sus oficinas y delegaciones [22]. Nuevos accesos. La cuestión de los costes está despertando mucho interés por nuevas opciones de acceso a los servicios FR. Las VPN basadas en Internet se ven a menudo como uno de los principales competidores a los servicios FR, debido a que el acceso se basa en marcación, DSL o cable módem, opciones más baratas que las conexiones FR dedicadas. Sin embargo, pese a que el actual momento económico no ha propiciado precisamente esta posibilidad, hay operadores que están explorando opciones de acceso DSL o cable módem a FR [23]. Finalmente, FR ha de vérselas también con los incipientes servicios Gigabit Ethernet, que ofrecen conectividad local de bajo coste. Es una atractiva posibilidad que habrá que ir mejorando, pero no hay que olvidar que FR ya proporciona larga distancia, fiabilidad y una tecnología muy probada. En definitiva, sin restar méritos y posibilidades a otras opciones, y aunque el marketing se haya olvidado de esta tecnología, FR tiene unos precios adecuados y en constante bajada y permite a los clientes interconectar emplazamientos remotos y hacer crecer sus redes incrementalmente. Se viene hablando desde hace mucho tiempo de que la llegada de nuevos servicios hundirá a FR; puede ser, pero eso todavía no ha sucedido.. 14.

(33) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. 1.2 Frame Relay - Control de la congestión. 1.2.1 Control de la congestión – Introducción. Una de las características de Frame Relay reside en su gran sensibilidad respecto a las situaciones de congestión, motivo por el cual conviene conocer en profundidad cómo se comporta esta tecnología al operar con grandes volúmenes de tráfico. Como, a diferencia de la conmutación de datos X.25, Frame Relay no posee mecanismos de control local del flujo, cuando la congestión aumenta hasta alcanzar niveles considerables, el retardo de la red se incrementa en gran medida. El análisis de las transmisiones y el establecimiento de líneas básicas de actividad contribuyen en gran medida a mantener la integridad de los circuitos Frame Relay. Si los datos han de ser transmitidos de nuevo, la velocidad de proceso (troughput) del circuito sufre considerablemente, puesto que la retransmisión se producirá de un extremo a otro de la red [24] [25] [Ver Anexo 5]. El control de congestión es un esfuerzo conjunto de la red y los usuarios finales. La red está en una mejor posición de monitorear el grado de congestión mientras que los usuarios están en una mejor posición de controlar la congestión limitando el flujo de tráfico. Con estos planteamientos en vista se pueden considerar dos estrategias de control de congestión: “prevención de congestión” y “recuperación de congestión”. Los procedimientos de prevención de congestión serán iniciados en o antes del punto A para evitar que la congestión pase del punto A al punto B. Cerca del punto A habrá poca evidencia de que la congestión va en aumento por lo que debe haber alguna señalización explícita de la red que dispare el mecanismo de prevención de congestión. Los procedimientos de recuperación se usan para evitar el colapso de la red cerca de una condición de congestión severa. Estos procedimientos se inician típicamente cuando la red ha comenzado a rechazar mensajes debido a la congestión. Estas tramas rechazadas serán reportadas por un nivel de software más alto (p. e. Q.922) y sirven como mecanismo de señalización implícito. Estos procedimientos trabajan alrededor del punto B y bajo condiciones de congestión severa.. 15.

(34) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. 1.2.2 Mecanismos de protección contra la congestión. Una congestión se produce cuando el tráfico que arriba a un recurso (conmutador) sobrepasa la capacidad de la red. También puede sobrevenir por otras razones, por ejemplo, la rotura de un equipo que pone fuera de servicio o disminuye la capacidad de una ruta. El objetivo esencial de los mecanismos de protección contra la congestión consiste en mantener, con una probabilidad muy elevada, la calidad de servicio especificada (caudal útil, demora de tránsito, pérdida de tramas, etc.) para cada circuito virtual. Para ello deben: •. Minimizar el número de tramas rechazadas.. •. Mantener con una probabilidad elevada y variaciones mínimas la calidad de servicio garantizada.. •. Minimizar la posibilidad de que un usuario monopolice los recursos de la red en detrimento de los otros abonados.. •. No generar un tráfico adicional en la red.. •. Evitar que la congestión se extienda a los otros elementos constitutivos de la red.. Ver tabla con las diferentes técnicas de control de la congestión definidas por la ANSI y la UIT-T [Ver Anexo 6]. 1.2.3 Prevención de congestión con señalización explícita. Para la señalización explícita se proveen 2 bits en el campo de dirección de cada trama. Cualquiera de los dos puede ser variado por un nodo o manipulador de tramas que detecte congestión. Si un manipulador de tramas recibe una trama en la cual uno o ambos de estos bits es "1" no los debe llevar a "0" antes de retransmitir dicha trama, porque estos bits implican información de la red al usuario final. Los 2 bits son: 1. Notificación de congestión explícita atrás (BECN): notifica al usuario que los procedimientos de prevención de congestión deben ser iniciados donde sea aplicable en la dirección opuesta a la de la trama recibida. Esto indica que las tramas que el usuario transmita sobre esa conexión lógica van a encontrar recursos 16.

(35) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. congestionados. 2. Notificación de congestión explícita adelante (FECN): notifica al usuario que deben iniciarse donde sea aplicable para el tráfico en la misma dirección que la trama recibida. Esto indica que esta trama, en esta conexión lógica, encontró recursos congestionados. ¿Cómo son usados estos bits por la red y por el usuario? Primero para la respuesta de red, es necesario para cada nodo o manipulador de trama monitorear su comportamiento de colas. Si las longitudes de las colas crecen hasta un nivel peligroso, entonces se deben activar los bits FECN o BECN o ambos para tratar de reducir el flujo de tramas a través del manipulador de tramas. La elección de FECN o BECN debe estar determinada por si los usuarios finales en una conexión lógica dada están preparados para responder a dichos bits. Esto puede ser determinado cuando se configuran. En cualquier caso el nodo o manipulador de tramas tiene opciones. como cuales conexiones lógicas deben ser alertadas de. congestión. Si la congestión se vuelve muy seria, se debe notificar a todas las conexiones lógicas del manipulador de tramas. En las etapas tempranas de la congestión el manipulador de tramas debe notificar a los usuarios las conexiones que están causando el mayor tráfico [26] [27]. En la Recomendación ANSI TI.606 se sugiere un procedimiento para monitorear las longitudes de las colas. El manipulador de tramas monitorea la longitud de cada una de sus colas. Un ciclo comienza cuando un circuito de salida va de un estado ocioso (su cola está vacía) a un estado ocupado (tamaño de su cola no nulo incluyendo la trama actual). Se calcula el promedio del tamaño actual de la cola y de la medición anterior, si este promedio excede cierto valor de umbral, entonces el circuito está en estado de congestión incipiente y por lo tanto se deben activar los bits de prevención de congestión en algunas o todas las conexiones lógicas que usan ese circuito. El procedimiento del promedio se realiza para evitar iniciar el procedimiento de prevención de congestión cuando ocurra un pico súbito de tráfico. La respuesta del usuario está determinada por la recepción de las señales BECN o FECN. El procedimiento más simple es la respuesta a la señal BECN.: el usuario reduce la velocidad a la cual está transmitiendo las tramas hasta que la señal cese. La respuesta a 17.

(36) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. FECN es más compleja dado que requiere que el usuario notifique a su igual en esta conexión que se restrinja el flujo de tramas. Las funciones básicas usadas en Frame Relay no soportan esta notificación, esto debe ser hecho en un nivel superior (p. e. el nivel de transporte). El control de flujo puede ser realizado también por Q.922 o cualquier otro protocolo de control de enlace implementado encima del subnivel Frame Relay. Q.922 es especialmente útil dado que incluye una mejora al LAPD que permite variar el tamaño de la ventana. 1.2.4 Gestión de la tasa de Tráfico. La red Frame Relay garantiza una determinada calidad de servicio caracterizada por los siguientes parámetros: [24] [27] [28] 1. Caudal de acceso: velocidad del interfaz físico de acceso del cliente. El caudal de acceso determina el volumen máximo de información que el usuario puede inyectar a la red por segundo. 2.. Commited rate measurement interval. (Tc) (Intervalo de medición del caudal garantizado): Intervalo de tiempo durante el cual el usuario está autorizado a enviar solamente la cantidad de información garantizada Bc y una cantidad suplementaria (excedente) Be (en segundos).. 3. Committed information rate. (CIR) (Tasa de información comprometida): Capacidad máxima de transferencia de información que la red debe garantizar en condiciones normales. Se toma como el caudal garantizado (Bc) durante el intervalo de tiempo Tc (CIR= Bc / Tc), en bits/segundo. 4. Commited burst size (Bc). (Volumen de información comprometida): Cantidad máxima de información que un usuario puede enviar hacia la red durante un intervalo de tiempo Tc (en bits). 5. Excess burst size (Be). (Volumen de información en exceso): Cantidad máxima adicional de información que el usuario puede enviar además de la longitud garantizada Bc durante un intervalo de tiempo Tc (en bits).. 18.

(37) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. Cuando una trama se envía dentro de la región entre Bc y Bc+Be, el bit DE es puesto a 1. En caso de congestión estas tramas son las primeras en descartarse en un manipulador de tramas. Propiedad: la suma de las CIR de un nodo, debe ser menor o igual que la velocidad de acceso por esa línea. Todos estos parámetros son fijados para cada circuito virtual al momento de la suscripción y permanecen invariables durante el tiempo de la conexión. Un ejemplo de cómo influyen estos parámetros en la red Frame Relay se describe en el [Anexo 7]. 1.2.5 Control de la congestión implícita. La señalización implícita ocurre cuando se descarta una trama y esto es detectado a un nivel superior en el usuario final, tal como el protocolo de control Q.922. Cuando esto ocurre el software del usuario final puede deducir que congestión existe. Para el caso de Q.922 donde hay control de flujo y técnicas de control de error, el protocolo detecta la pérdida de tramas en una de las dos formas siguientes: 1. Cuando una trama es sacada de la red, la siguiente trama generará una trama de rechazo REJ desde el punto extremo de recepción. 2. Cuando una trama es sacada de la red, ningún reconocimiento es retornado proveniente del otro sistema final. Eventualmente la fuente del sistema extremo pasado un tiempo (time out) trasmitirá un comando con el bit P fijado a uno “1”. Lo que la respuesta siguiente con el bit F fijado a 1 indicará el número de secuencia N(R) y verá que es inferior. Una vez que la congestión es detectada, el protocolo utilizará el control de flujo para recuperarse de la congestión, para ello se variará el tamaño de la ventana [24] [27]. 1.2.6 Procedimientos aplicados por la red. Para la red se definen tres niveles de congestión: 1. Congestión débil. La red aún es capaz de garantizar el servicio demandado. Deberá advertir la presencia de la congestión a los abonados involucrados mediante el. 19.

(38) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. posicionamiento de los bits BECN y FECN en 1 antes de que resulte necesario comenzar a destruir tramas. 2. La congestión se agrava. La red comienza a descartar las tramas adicionales emitidas por encima del caudal garantizado, preferentemente aquellas marcadas con DE=1. Durante este estado de red moderadamente congestionada, se continúa señalizando a los abonados mediante el empleo de los bits BECN y FECN. 3. La congestión continua agravándose hasta el punto en que la red comienza a descartar aún las tramas emitidas dentro del CIR o con DE=0, lo que puede desembocar en la aparición de un estado inactivo para la conexión virtual (PVC). Resulta evidente que la red no puede depender únicamente del comportamiento de los usuarios para protegerse de la congestión, ella debe, así mismo, ser capaz de protegerse en situaciones límites de una congestión catastrófica y el mecanismo que emplea para ello es la vigilancia estricta del caudal aportado por cada comunicación y la supresión de tramas en caso de congestión para aquellos canales virtuales cuyo tráfico esté por encima del valor del CIR o aún cuando estén dentro de este, sobrepasen la capacidad disponible en ese momento. 1.3 Conclusiones del Capítulo. En este capítulo después de un análisis general de la tecnología Frame Relay se puede llegar a la conclusión de que la simplicidad de este protocolo, lo hace ágil y rápido, permitiendo desarrollar redes rápidas de conmutación de paquetes a no muy alto costo, debido a la simplicidad requerida en sus nodos. Frame Relay permite la optimización e incremento de la eficiencia de las redes al utilizar una única línea de transmisión compartida por diferentes canales, mediante dispositivos o equipos de acceso adecuados, evitando la duplicidad de las redes, además de tener una gran sensibilidad respecto a las situaciones de congestión.. 20.

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(40) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN DE LA RED FRAME RELAY. CAPÍTULO 2.. DISEÑO Y SIMULACIÓN DE LA RED FRAME RELAY. 2.1 Introducción a la simulación de la red. La simulación de la red permite probar los diseños propuestos antes de implementarlos, con lo cual se pueden detectar no sólo errores en el propio diseño sino también, lo más importante, comprobar suposiciones, evitando sobredimensionar, con gastos excesivos en equipos y enlaces. De igual modo, se puede predecir la respuesta de una red ante un crecimiento de la misma, algo muy común en estos momentos, sin dejar de mencionar los aspectos de calidad de servicio. En resumen, diseñar con más calidad y menos costos. 2.2 Simuladores de redes de computadoras. En la actualidad existen diferentes simuladores que permiten realizar el análisis del comportamiento de redes de computadoras de forma general ó específica. No todos los simuladores tienen las mismas ventajas, pero es indiscutible que tienen un papel importante dentro del estudio de las redes de computadoras [29]. A continuación, se mencionan algunos de los simuladores de redes, actualmente disponibles: •. FLAN.. •. SIMURED.. •. REAL.. •. COMNET III.. •. OMNET ++.. •. NETRULE Y NEETRULE VIEWER.. •. NETCRACKER DESIGNER Y NETCRACKER PROFESSIONAL.. •. NETWORK SIMULATOR. 21.

(41) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN DE LA RED FRAME RELAY. •. SILVERCREEK.. •. NETSIM 3.1 de MIT.. •. OPNET.. Para el presente trabajo se escogió OPNET por ser el líder en el desarrollo de soluciones de software predictivos para los profesionales de redes y por constituir el estado del arte de las herramientas de simulación de redes para la modelación, simulación y análisis del funcionamiento de: • Redes de Comunicación, Sistemas Distribuidos. • Sistemas de Computadoras y Aplicaciones. Además, asimila las nuevas tecnologías, soporta casi todas las plataformas de simulación, es fácil de usar y es apropiado para la investigación [29]. 2.3 Introducción a la herramienta de simulación OPNET. El simulador OPNET fue lanzado en 1987 como la primera herramienta comercial de simulación disponible para las redes de comunicaciones. OPNET es una herramienta de simulación de eventos discretos, basada en el lenguaje de programación C. Esta brinda una interfaz gráfica para los usuarios, la cual puede usarse en varios modos, facilitando el desarrollo de nuevos modelos y programas de simulación. Ofrece gran variedad de escenarios de simulación para el trabajo y es la parte central del proceso de análisis de resultados. OPNET ha sido diseñado para soportar el modelado y simulación de un gran rango de sistemas de comunicaciones, desde una simple LAN (Local Area Network, Red de Área Local) hasta una red global satelital [30] [31] [32]. OPNET permite, por medio de un editor gráfico, la construcción del modelo de la red y la fijación de las características de cada uno de los elementos del modelo. Posee una biblioteca con información de equipos de diversos fabricantes y es posible hacer el diseño con aquéllos que pudieran utilizarse posteriormente [33] [34] [35]. Un modelo de OPNET consiste en tres capas: el Modelo de Red, el Modelo del Nodo y el Modelo de Proceso. El Modelo de Red define la topología de red. El Modelo del Nodo 22.

(42) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN DE LA RED FRAME RELAY. determina el contenido de los nodos (transmisores, generadores, receptores, etc.) y como están conectados los elementos. Algunos de estos elementos o módulos ya están predefinidos. No obstante, los usuarios pueden diseñar sus módulos. En el Modelo de Procesos está contenida la funcionalidad de un módulo, definida por una máquina de estado finito [30] [36]. 2.3.1 Ventajas y Desventajas del sistema. Mediante el uso de OPNET MODELER es posible acceder a una amplia gama de beneficios, sin embargo presenta algunas desventajas. A continuación se resumen: Ventajas: • El programa incluye las librerías para acceder a un extenso grupo de aplicaciones y protocolos como: HTTP, TCP, IP, OSPF, BGP, EIGRP, RIP, RSVP, Frame Relay, FDDI, Ethernet, ATM, LANs 802.11 (Wireless), aplicaciones de voz, MPLS, PNNI, DOCSIS, UMTS, IP Multicast, Circuit Switch, MANET, IP Móvil; entre otras. • Interfaz para la visualización del modelo en 3D. • Los APIs de simulación permiten acceder libremente al código fuente, lo cual facilita la programación de nuevos protocolos de red. • Las librerías de modelos de red estándar, incluyen dispositivos de red comerciales y genéricos. • Modelos de red jerárquicos. • Maneja topologías de red complejas con subredes anidadas ilimitadas. • Permite mostrar el tráfico por la red a través de una animación, durante y después de la simulación. Los resultados se exhiben mediante gráficos estadísticos. Desventajas: • Es un software propietario, lo cual lo hace costoso para ambientes universitarios. • Es necesario obtener la licencia para poder utilizar el software, ya que no existen versiones académicas o de prueba. • El tiempo de aprendizaje es elevado. 23.

(43) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN DE LA RED FRAME RELAY. Para tener una mayor información sobre esta herramienta de simulación ver la documentación que trae la ayuda del OPNET 8. 2.4 Configuración de la simulación. Una vez interpretado lo explicado en los epígrafes anteriores ya se puede alistar el modelo para ser simulado, definiendo de cuales recursos de la red se desean obtener reportes estadísticos, globales, por nodos, y en los enlaces después de la simulación. Dentro de estos recursos, a grandes rasgos están las Estadísticas Globales (demoras de las respuestas, los tráficos transmitidos y recibidos por cada nodo en bits/segundos y/o paquetes por segundo, cantidad de paquetes transmitidos y/o recibidos por los nodos de la red, etc.). Las Estadísticas de los Nodos muestran las cargas de tráfico en cada nodo, ofrecidas por una aplicación específica, operación o protocolo. En las Estadísticas de los Enlaces están representadas las demoras por propagación, demoras en las colas, utilización del canal, errores de bits y paquetes, entre otras [37] [38]. Luego se ejecuta la corrida de la simulación definiendo con antelación los parámetros: tiempo real en que desea se chequear la red, la hora en que se hará, que la identificará dentro de un grupo de simulaciones, para poder visualizar en un momento determinado la deseada (es posible hacer más de una simulación con un mismo modelo), además se permite definir si se desea, generar todos los resultados en un ambiente Web, etc. Pero en este caso las estadísticas que interesan en este trabajo son las relacionadas con la congestión de la red Frame Relay. Antes de comenzar a definir los parámetros para la configuración se deben tener en cuenta algunas consideraciones de epígrafes anteriores, como son: • El bit DE se activa cuando las tramas superen Bc, es decir las tramas que se encuentren entre Bc y Be. • Las tramas que superen Bc+Be serán descartadas por la red. • Velocidad CIR muy baja: puede causar congestión y tiempos de respuestas muy lentos.. 24.

(44) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN DE LA RED FRAME RELAY. •. Velocidad CIR muy alta: puede causar congestión y resultar innecesariamente costosa, el costo de Frame Relay no depende de la distancia sino de las velocidades CIR contratada [ver en Anexo 8 las tarifas de servicios de la Unidad de Negocios de Datos ETECSA].. • Cuando se llenan los Buffer se activan los bits BECN y FECN que indican congestión en el sentido opuesto a la transmisión o en el mismo sentido de la transmisión respectivamente. Cuando esto ocurre el usuario debe reducir las velocidades de transferencia hasta que la red los desactive. • Existen cuatro situaciones distintas en una comunicación entre A y B: 1.. Sin congestión: [-> (FECN=0, BECN=0), < -(FECN=0, BECN=0)].. 2.. Congestión en A-B: [ > (FECN=0, BECN=1), < -(FECN=1, BECN=0)].. 3.. Congestión en B-A: [ > (FECN=1, BECN=0), < -(FECN=0, BECN=1)].. 4.. En ambos: [-> (FECN=1, BECN=1), < -(FECN=1, BECN=1)].. 2.4.1 Topología de la red Frame Relay. Obsérvese la pequeña red experimental que se desea simular, se asemeja a un modelo simplificado de la red real de Villa Clara que está formada en la actualidad por tecnología de conmutación de celdas (ATM) como red de transporte y tecnología de retransmisión de tramas (FR) como red de acceso. La red a simular en este trabajo es de tecnología Frame Relay en su totalidad, el diagrama topológico de la red se muestra en la figura 2.1, Se trata de una red formada por dos conmutadores Frame Relay de ocho puertos, representando los nodos Frame Relay de Villa Clara y de Ciudad de la Habana conectados mediante un enlace E3 (34,368 Mbps), un conmutador Ethernet de dieciséis puertos usando enlaces 100baseT (100 Mbps) para conectar los servidores que están en el MES (Ministerio de Educación Superior), cuatro enrutadores Frame Relay/ Ethernet con cuatro puertos Frame Relay y dos Ethernet, dos redes LAN, una de ella nombrada UCLV compuesta por 2500 computadoras y la otra LAN representa las trece sedes universitarias con las que cuenta hoy la UCLV. El enlace en el cual se centrará este trabajo es el de la UCLV con el nodo Frame Relay de ETECSA en Villa Clara, por lo que es necesario explicar que este enlace está compuesto en realidad por tres enlaces xDSL (HDSL) a 2,048 Mbps, de estos tres enlaces 25.

(45) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN DE LA RED FRAME RELAY. se utilizan dos para conectar la Universidad con el MES, el enlace que queda se divide en 1,024 Mbps para conectarse con Internet y 1,024 Mbps para la conexión con las trece sedes (enlaces de 64 Kbps por cada sede). En el presente trabajo se analizará el comportamiento de la congestión en los enlaces con el MES y Internet por ser los de mayor importancia y los de mayor tráfico.. Fig. 2.1. Diagrama Topológico de la red. 2.4.2 Procedimiento para aplicar el simulador OPNET a la red Frame Relay. 1. Abrir un proyecto nuevo en el Simulador OPNET para dibujar la topología de la red. Se le nombra FR1.. 26.

(46) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN DE LA RED FRAME RELAY. Fig. 2.2. Creación del nuevo proyecto. 2. Después de tener creado el nuevo proyecto es necesario configurar la red a simular. • Una vez seleccionado el dispositivo de la paleta de configuración del OPNET que se desea copiar en el área de trabajo (se seleccionan uno a uno), dando clic izquierdo encima de él y luego se va para el área de trabajo y se da clic izquierdo nuevamente para fijarlo. Mientras se da clic izquierdo, se está copiando el mismo dispositivo tantas veces como clic izquierdo se de. Para finalizar la copia del dispositivo se le da clic derecho. • Algo similar a lo descrito anteriormente se ejecuta para seleccionar los distintos tipos de enlaces que existen, tipos de PC, de servidores, etc. que aparecen en la paleta de configuración del OPNET clasificados, en algunos casos, hasta por tipos de fabricantes, por velocidades, si se le da clic derecho al enlace en el segmento “Data Rate” se puede especificar la velocidad real del enlace que se quiere simular.. 27.

(47) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN DE LA RED FRAME RELAY. • El OPNET da la posibilidad de ir verificando los enlaces que se van realizando a medida que se van configurando, esto permite cambiar o corregir los mismos. Eso se verifica si se va a Topology y se le da clic a Verify Links o se accionan las teclas Ctrl+L. • Para eliminar un dispositivo ya fijado en el área de trabajo, se coloca el cursor encima del dispositivo, se da clic izquierdo para marcarlo, luego se va a editar y se elimina. 3. Configuración de los servicios que van a tener los usuarios de esa red. • Para habilitar las aplicaciones anteriores es necesario configurar el “Application Configure” que se obtiene de la paleta de configuración del OPNET. Se da un nombre al servicio que se va a configurar (por ejemplo: FTP) y se define si el tráfico que generará ese servicio es bajo, medio o alto (en este trabajo se consideró el tráfico alto en todos los servicios). En este caso se puso por (Default), puntualizando estas características en Profile Configuration. • Posteriormente se configura el “Profile Configuration” que se obtiene de la paleta de configuraciones del OPNET. Se le da clic derecho sobre Profile Configuration, aparece la ventana trasera y seleccionando edit en la casilla correspondiente surge la delantera. En la casilla Rows se coloca el número de servicios brindados por los servidores existentes. Los nombres E-Mail, HTTP, FTP y Base de Datos corresponden a los servidores que se colocaron en el plano y los escribe el usuario manualmente. La otra característica de la tabla que fue cambiada es Operation Mode, se lleva a Simultaneous porque de esta forma todas las estaciones de trabajo pretenden acceder a la red al mismo tiempo y así esta opera en condiciones extremas; aunque podría escogerse Serial y sería menos el tráfico por los nodos (Ver fig. 2.3).. 28.

(48) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN DE LA RED FRAME RELAY. Fig.2.3. Configuración del Profile del proyecto FR1 (MES). • Se configuran todos los servidores que existen en la topología de la red, se le da clic derecho encima del servidor y se selecciona la casilla ¨Aplication: Suporte Service¨ donde se define el nombre de la aplicación que el servidor va a soportar. • Se configuran las redes de PC habilitándole los servicios que soportaran cada uno.. Fig. 2.4. Configuración de las LANs del proyecto FR1 (MES). 29.

(49) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN DE LA RED FRAME RELAY. En este caso se configuran las LANs para que toda las PCs que con forman la red puedan tener acceso a E-mail, FTP y Base de Datos (esto es dependiendo de los servidores que sean usados en cada proyecto a simular). 4. Fijar las estadísticas de la corrida. Con el objetivo de fijar las estadísticas de la corrida se seleccionan las estadísticas con las que se quieren trabajar. En el OPNET se definen tres tipos de estadísticas: • Estadísticas Globales • Estadísticas de los Nodos • Estadísticas de los Enlaces. En esta simulación se definen en Estadísticas Globales las que tienen que ver con la congestión de la red como son:. Fig. 2.5. Configuración de las Estadísticas Globales. 30.

(50) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN DE LA RED FRAME RELAY. Network Congestion Status: Un valor estadístico de 0 indica no congestión y un valor de 1 indica congestión. En Estadísticas de los Nodos se configura lo siguiente:. Fig. 2.6. Configuración de las Estadísticas de los Nodos. Estas estadísticas permite ver el comportamiento de la red de acuerdo a los bits BECN, FECN y DE. Luego en Estadísticas de los Enlaces se configura lo siguiente:. 31.

(51) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN DE LA RED FRAME RELAY. Fig. 2.7. Configuración de las Estadísticas de los Enlaces. Estas estadísticas muestran el porciento de utilización de los enlaces configurados en la simulación y el flujo en bits/s o paquetes/s que pasan por ellos. Al finalizar se editan los PVCs del primero de los dos proyectos a analizar. El primer proyecto se nombra FR1 donde se analizan los dos enlaces que tiene la universidad con el MES, en este proyecto sólo se configuran los servicios que prestan los servidores que se encuentran en el MES. En Profile Configuration, se establece una velocidad CIR igual a la velocidad física del enlace (2,048 Mbps), Bc=2,048 Mbits y Be=0, para realizar esto se da clic derecho sobre PVCs y en PVC Configuration se editan los circuitos virtuales que se van a utilizar. 32.

(52) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN DE LA RED FRAME RELAY. La configuración del PVC (Permanent Virtual Circuits), define los enlaces virtuales entre enrutadores. En este caso se utiliza un circuito virtual por enlace. Es importante destacar que para el servicio de circuitos virtuales permanente (PVC) no se requiere de ninguna señalización, por lo que no se utilizó ningún protocolo, dado que el establecimiento del circuito virtual se hace manualmente.. Fig. 2.8. Configuración de los circuitos virtuales del proyecto FR1, escenario1. Luego de confeccionado el proyecto FR1, se confecciona el segundo proyecto con nombre FR2 que define el enlace de la UCLV con Internet, para ello, es necesario ir a OPNET y en File crear un nuevo proyecto y darle por nombre FR2. 5. Posteriormente se fija bajo que condiciones se van a realizar las simulaciones de los dos proyectos. En la ventana configure simulation se fija el tiempo de simulación en 5 minutos y se marca la opción de obtener un reporte Web (Ver Figura 2.9). 33.

(53) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN DE LA RED FRAME RELAY. Fig. 2.9. Configuración de la Simulación. 6. Finalmente se observan los resultados de la simulación. En este caso se hace énfasis en el grado de congestión que pudiera existir en la red Frame Relay tanto en el proyecto FR1 como en el proyecto FR2. 2.5 Conclusiones del Capítulo. En este capítulo se puede concluir explícitamente que el simulador de redes OPNET constituye una referencia necesaria cuando se habla de simuladores, por presentar una serie de herramientas que permiten el desarrollo de escenarios los cuales se le pueden editar y fijar características lo más cercano a la realidad, mediante la utilización de un editor gráfico. 34.

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