4.1.6.1 SONET/SDH
4.1.6.1.1 Topología en anillo
Este sistema basado en SONET/SDH ADM ofrece una división del ancho de banda de velocidad de línea entre los usuarios de la red conectados en anillo. En un anillo con tasas de transmisión de portadora óptica OC-48 (2.5 Gb/s) se puede dividir en 4 puertos OC-12 (622.08 Mb/s), 16 puertos OC- 3 (155.52 Mb/s) o alguna convención múltiplo de 2, a causa de esto este tipo de configuración se hace ineficiente para el tráfico basado en paquetes [23].
Lo anterior lleva a cuestionar el uso de topologías en anillo para SONET/SDH. ¿Por qué limitar un puerto OC-3 en un anillo OC-48, a solo su propia porción del ancho de banda si ninguno de los otros usuarios del anillo está utilizando completamente su porción? Parcialmente el problema restringe grandemente a la red, pues su tasa de transmisión se estaría desperdiciando cuando un usuario no haga uso de esta. La solución de los proveedores se respalda en el uso de la multiplexación estadística de datos [2] [23]. Un claro ejemplo es el transporte de paquetes dinámicos (DPT) de CISCO Systems, en donde la protección y supervisión de las líneas SONET/SDH, así como las multiplexación estadística se incorpora a los puertos del enrutador, de ahí el protocolo propicia el uso de las vías activas y de protección en el anillo con el ancho de banda total tasando al valor estándar durante un corte de fibra. Igualmente, el protocolo permite la reutilización espacial de manera fraccionada en el anillo. Dadas las distintas variedades de soluciones y protocolos, estos mejoran considerablemente la eficiencia del ancho de banda en la red de tipo anillo, al parecer el ancho de banda se divide de manera eficiente conectando enrutadores en esta configuración. Respecto a la redirección de datos al momento de que exista un corte o una falla en la fibra, se debe realizar dentro del estándar de 50 ms establecido por SONET/SDH, con las mismas funciones de monitoreo y recuperación [23].
4.1.6.1.2 Tasa de línea del anillo
Claramente la tasa de línea en topología anillo, es la compartida entre todos los usuarios de la red y su rendimiento por nodo es 2 veces la velocidad de línea, dividida por el número de nodos en el anillo multiplicada por el factor de reutilización del ancho de banda. Por ejemplo, un paquete que viaja a la mitad del anillo, presenta un factor de reutilización de ancho de banda de 2 y un rendimiento de nodo de 2x2 B/N, en donde B es la tasa de línea y N es el número de nodos.
4.1.6.2 Anillos Metro Core
Mirando con más detalle la estructura de las redes metropolitanas en su núcleo, la planta central de fibra que en gran parte utilizan los operadores, es sumamente densa, pues su infraestructura se
CA P Í T U L O 4 . DE S A R R O L L O D E L O S O B J E T I V O S
compone en su mayoría de una serie de anillos centrales subterráneos que se ejecutan a través de sus principales ubicaciones (capa central). Los anillos están interconectados por medio de nodos DCS, en topología malla. Estos a su vez (anillos centrales de las redes metros (IOF)) representan un mayor nivel de agregación. No obstante, sus límites están marcados por grandes tasas tributarias. En redes metropolitanas la tasa que ha sido ampliamente utilizada para transporte de trafico robusto es de aproximadamente 2.5 Gb/s (OC-48/STM-16) para sistemas OC-192/STM-64, aunque estas velocidades se consideran como un punto de partida en la transmisión de grandes afluentes, la demanda de estos sistemas está creciendo rápidamente [2].
Los anillos centrales metro interconectan grandes ubicaciones de Core (ADM) y por consiguiente se alimentan de trafico proveniente de redes regionales y de larga distancia. Por otra parte, el tamaño del anillo en promedio es de 40 a 80 km de extensión, aunque comprendan distancias entre los 50 y 250 km. Ahora bien, por la topología que emplea SONET (anillo), esta realiza la regeneración por salto y por lo tanto no hay cabida en cuanto a problemas de degradación en la transmisión se refiere. Debido a la gran extensión geográfica y la cantidad de usuarios que maneja un operador, la demanda en el trafico metropolitano es mucho más mallada que en comparación con los anillos de borde metro. De igual manera, los diseños bidireccionales de anillo de conmutación de ruta (BLSR), respaldan el funcionamiento de la red, brindando una mayor eficiencia del ancho de banda mediante la reutilización de los intervalos en el tiempo. Entre los diseños más comunes para BLSR se encuentran los anillos de 2 (lógicos) y 4 (físicos) fibras, los cuales realizan conmutación de bucle invertido [23]. En una MAN lo más común es encontrar alrededor de 10 IOF anillos, llevando a una interconexión de estos por medio de topología malla. Como consecuencia del alto tráfico, los anillos más holgados (de alta frecuencia) a menudo se conectan por medio de esquemas confiables de interfuncionamiento de doble anillo (Dual Ring Interconecting), que emplean Drop and Continue (Dual Homing), estos esquemas previenen contra posibles cortes que puedan llegar afectar de una manera importante la red de todos los fallos de un solo concentrador/fallas de interface e incluso previene de fallos dobles. El problema del uso de este tipo de esquemas recae en la complejidad de los equipos y en los requisitos de la fibra. Ante estos problemas existen variantes como el uso de un solo DCS (único nodo) entre dos anillos ADM subyacentes [35].
La conexión entre la red metropolitana (anillos) y los anillos de borde (núcleo) es establecida por medio de SONET BLSR-UPSR, de igual manera los nodos DCS (W-DSC) son utilizados para la interconexión de anillos de núcleos metropolitanos en topologías de red de malla. Las redes de malla se dan cuando la conectividad entre la fibra de internodo es significativamente más alta que en los anillos.
Por consiguiente, las redes de malla DCS proporcionan capacidades de restauración/protección (recuperación de la capa lógica). Este tipo de esquema al operador le es mucho más rentable en termino de uso de la capacidad de reserva debido al aumento de la demanda por parte de sus usuarios [2] [34] [36].
46 Figura 4.13 Arquitectura de hoy en día tomado de [35].
Los esquemas de recuperación de malla DCS son mucho más complejos en comparación a los anillos de autocurado ya que requieren de una planificación de la capacidad de la red. La gran desventaja se le atribuye a la complejidad que presenta el hardware pues cada vez está en aumento, haciendo que la multiplexación intermedia sea ineficiente para grandes afluentes de tráfico. El aumento del tráfico variable ha llevado a que las escalas de tiempo de recuperación en la malla de anillos sean muy largas (cercana a los segundos y en casos extremos a minutos) y a que los servicios más estrictos deban confiar aún en la protección del anillo. Sin duda alguna, no resulta conveniente el uso de esta tecnología, ya que no cumple con el tiempo de failover. Estas desventajas traen como consecuencia una jerarquía de supervivencia para el funcionamiento de las grandes MAN. Los puntos a tener en cuenta a la hora de la mejora en las redes metropolitanas son:
Protección del anillo
Recuperación (Restauración) de la Malla DSC
CA P Í T U L O 4 . DE S A R R O L L O D E L O S O B J E T I V O S
Figura 14 Transmisión en SONET UPSR y BLSR obtenido de [35].
4.1.6.3 Problemas de SONET
Debido a la operación de multiplexación por división de tiempo, el lapso de configuración del circuito, está cercano al orden de semanas o incluso meses.
Alta variabilidad, la adaptabilidad del tiempo es ineficiente. Dando lugar a la denominada brecha metropolitana (“metropolitan gap”), la cual se ve agravada por diversos inconvenientes. Como resultado cuello de botella en el nivel MAN (por la conmutación de circuitos). EL cuello de botella del ancho de banda es el encargado de generar la brecha metro “metro Gap”. En donde se pierde la mayor cantidad de velocidad por la conversión. La solución para esto fue el Cache proxy el cual se encarga de reducir la latencia en la red y así balancea la carga en el servidor para mejorar la disponibilidad e incrementarlas direcciones IP traffic [25].
4.1.6.4 Limitaciones de SONET
En un comienzo esta tecnología fue diseñada para manejar tráfico TDM por medio de la conmutación de circuitos, a medida que transcurría el tiempo y nuevos servicios se fueron desarrollando, incorporando y expandiendo. Así como el tráfico IP e incluso servicios soportados en Ethernet incrementaban desmesuradamente. Se encontró, que el tráfico de paquetes era un gran problema, fue el talón de Aquiles de SONET. Por una parte, la subutilización del ancho de banda de protección, puesto que el 50% del ancho de banda total se reserva para el control de fallas en la red y para garantizar una tolerancia a fallos con tiempos de recuperación menores a 50 ms (failover), el tráfico multidifusión en donde se reserva un circuito por cada comunicación, creando copias en cada nodo del anillo de la información disminuyendo el ancho de banda aún más. La rigidez de cada nodo puesto que lleva consigo circuitos fijos con un ancho de banda constante No variable que muy probablemente la mayor parte del tiempo es desperdiciado cuando no se utiliza el enlace [25].
48
Los operadores presionados por la competencia se han visto en la tarea de impulsar el proceso de modernización de su infraestructura. Es así como, han llegado al punto de modificar su infraestructura para que su respuesta sea altamente dinámica mezclando distintos protocolos (Heredados y asíncronos) como por ejemplo IP, ATM (modo de transferencia asíncrono), SONET/SDH, Ethernet (10/100 Mb/s, 1.0/10 Gb/s), TDM. Igualmente, protocolos más avanzados como FDDI (Fiber Distributed Data Interface, ESCON (Enterprise System Conectivity), FICON (Fiber Connnectivity Channel), Fiber Channel, etc [2].
Las redes SONET han llegado al punto de ser altamente restrictivas. Al no avituallar soluciones concisas, han demostrado tener procedimientos de provisión complejos y costosos, incluyendo la ineficiencia en el manejo del ancho de banda. De esta manera se están explorando nuevos horizontes para solventar los problemas y traer consigo alternativas que ofrezcan una relación entre precio/rendimiento superior a la heredada por SONET/SDH [2].
Podemos decir que las nuevas tecnologías deben suministrar una gran escalabilidad en cuanto al ancho de banda, el manejo de múltiples protocolos a través de una infraestructura común para la reducción de costos, como también servicios rápidos inteligentes y la capacidad de la supervivencia (mantenimiento) de la red de manera mucho más afables. Si bien, los operadores compiten para obtener una mayor cuota del mercado jugando con los precios, el factor de diferenciación de servicios resulta ser mucho más importante para presidir de la competencia [23] [2]. La nueva tecnología debe soportar las tecnologías heredadas y por supuesto esta debe ser capaz de proporcionar migraciones escalonadas más rentables [2].
4.16.5 ¿El porqué de la desconexión de SONET/SDH es una realidad?
Como consecuencia del aumento en el tráfico de la red, es un hecho la desconexión progresiva de SONET/SDH. De igual manera, las aplicaciones en internet han dado la pauta para desatar el desbordamiento colosal en el flujo de los datos. En gran parte por:
Los hogares y crecimiento de la demanda
Las aplicaciones que hacen uso intenso del ancho de banda
Los servicios suministrados a través de IP y el video-OnDemand.
Diferentes servicios que han surgido en las últimas décadas como la telemedicina con una alta confiabilidad en la operabilidad de la red (garantizada).
La conducta asimétrica de internet, que se contrasta de manera ecuánime con las redes de larga distancia por su nivel de agregación siendo esta mayor.
Lo anterior ha sido un estandarte para desafiar a las actuales redes de área metropolitanas y han llevado a cuestionar la premisa principal de la escalabilidad orientada a una actualización de la red por causa de la intransitividad del tráfico y del crecimiento de este. Las redes de almacenamiento (SAN), juegan un papel muy importante dado que a medida que se expanden los grandes volúmenes de información. Los operadores buscan nuevas redes de almacenamiento que minimicen los tiempos
CA P Í T U L O 4 . DE S A R R O L L O D E L O S O B J E T I V O S
de conexión y de recuperación de la información, para un acceso dinámico de la red. La competencia en este tipo de mercado ha llevado a que este servicio disminuya los costos de almacenamiento y de arrendamiento del ancho de banda.
Las SAN hacen uso de varios protocolos para registro de la información (almacenamiento) como: Fibre Channel y Gigabit Ethernet. El fin de las SAN es el de proporcionar conectividad compatible y de alta velocidad en grandes sitios (servidores) de almacenamiento en el área metropolitana. Pese a los diversos protocolos los operadores buscan servicios independientes a la tasa de bits, denominados “Servicios Lambda” los cuales ofrecen un atractivo para las empresas que pretenden construir VPN ópticas para interconectar múltiples ubicaciones a través de una variedad completa de interfaces/protocolos (Gigabit Ethernet, SONET, ATM, etc.) [2].
4.1.6.6 Migración a WDM
4.1.6.6.1 En la actualidad
La fibra metropolitana se basa en SONET, que es la implementación de longitud de onda única de 1310nm. Las redes SONET se construyen generalmente como una serie de anillos protegidos que permiten conmutación por error rápido “Failover” a la rotación alternativa de la dirección del mensaje o del paquete en caso de un corte de fibra. Estos anillos están unidos por multiplexores ópticos de adicción y sustracción (ADM). Ya con la aparición de nuevas tecnologías como la multiplexación por división de longitud de onda WDM (gruesa o densa) extendido en el rango de los 1550nm ha incorporado versatilidad a las redes metro ópticas al proporcionar diversos caminos ópticos “Lightpaths” e inclusive aumentar en gran manera la capacidad de un filamento de fibra. La conmutación de paquetes, la cual presentaba problemas en su transmisión en redes SONET/SDH ha cambiado radicalmente el perfil del “tráfico” para la futura red metro [37]. Respecto al futuro de las redes MAN, hoy en día se piensa que es altamente probable que Ethernet sea la capa eléctrica planificada y WDM la óptica. Lo que está causando el cambio en el equilibrio de las funciones de los componentes eléctricos y ópticos, para el despliegue de esta futura red MAN.
Lo anillos SONET pueden ser reutilizados en la migración a WDM y replicados en la Ethernet metropolitana, con el simple hecho de usar la fibra existente es posible ejecutar múltiples rutas SONET en WDM. De igual manera, el trafico TDM al estar presente en la casi todas las redes metropolitanas, no es la excepción, por esa causa los operadores propenden a utilizar híbridos de las tecnologías actuales como es el caso de SONET/SDH y Ethernet.