Análisis por simulación de los retardos presentes en una red Frame Relay

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(1)Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA ¨ Análisis por simulación de los retardos presentes en una red Frame Relay¨. Autor: Jorge Luis Obregón Hernández. 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 Análisis por simulación de los retardos presentes en una red Frame Relay. Autor: Jorge Luis Obregón Hernández. [email protected]. Tutor: Ing. Rafael E. Viego Escandell. [email protected] Sub-Gerente Datos Villa Clara. 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.

(4) i. ¨La vida es un hecho que tiene razón de ser, pues constituye un juguete para los imbéciles y a la vez un templo para los verdaderos hombres¨ José Martí..

(5) ii. A mi madre y a mi padre, pilares imprescindibles de mi existencia. Porque se lo merecen y todo esfuerzo es poco para compensar tanta entrega..

(6) iii. A mis padres por apoyarme en todo y mostrarme el buen camino a seguir en la vida. A mi hermana querida por tenerme siempre presente en su corazón. A Naila, por su amor, ayuda y compartir conmigo tantas dichas y desventuras. A mis tíos Gustavo, Marilis y Alberto, que siempre están cuando se les necesita. A mis abuelos, porque les debo cada una de mis virtudes. A la prima Rosa, quien me acompañó en la dura recta final. A Martica, Ricardo, Ale y Richard, por estar presentes todo este tiempo. A Liemer, José, Silvia, Estrellita, Lianet y demás, quienes desde la distancia me han brindado su apoyo. A mis amigos de verdad, los del barrio y los de la escuela. A las muchísimas personas que me tendieron su mano de una forma u otra, en especial a Fernando, Noslén, Israelito, Diley, Camila, Lianet, Yanet, Martín, Ani, Noe, las viejas de Pastorita y por supuesto a Nata quien sigue presente. A Las Breas y todos sus habitantes. A mis profesores de estos cinco años, en especial a mi tutor. A los que no menciono y no merecen mi olvido. A todos… mil veces gracias….

(7) iv. TAREAS TÉCNICAS. ¾ Búsqueda en la bibliografía primaria existente a la vez que se recabará información de primera mano de operadores importantes. ¾ Búsqueda de información automatizada. ¾ Estudio detallado del lenguaje de simulación. ¾ Preparación y ejecución de las simulaciones. ¾ Análisis de los resultados. ¾ Intercambios periódicos con los especialistas y operadores de la red de ETECSA.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. En esta investigación se realiza un estudio del protocolo de transmisión de datos Frame Relay y del programa de simulación Opnet Modeler, con el objetivo de analizar el comportamiento de los retardos presentes en la misma, a través de la simulación de una red experimental Frame Relay. Se hace necesario profundizar sobre el tema ya que en nuestro país constituye la alternativa más demandada por los usuarios. Primeramente en la investigación, se llevó a cabo la descripción general de este protocolo, luego se describe el proceso de control de tráfico por parte de los conmutadores y se explican los tipos de retardos que pueden presentarse en una red de este tipo, para posteriormente pasar a la configuración de las simulaciones y por último mostrar elementos con los resultados alcanzados. De esto se puede concluir que con la deficiente configuración de los parámetros de los PVC, el funcionamiento de la red se ve grandemente afectado, maximizando los efectos de los retardos. Se propone aumentar la capacidad de los enlaces y tener bien en cuenta. la. eficiente. configuración. de. estos,. evitando. así. efectos. indeseados..

(9) vi TABLA DE CONTENIDOS TAREAS TÉCNICAS ...........................................................................................................iv RESUMEN .............................................................................................................................v INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................1 CAPÍTULO 1. 1.1. Frame Relay. ...............................................................................................5. Generalidades..........................................................................................................5. 1.1.1. Aplicaciones....................................................................................................6. 1.1.2. Control de tráfico. ...........................................................................................9. 1.1.3. Beneficios que se lograron con el cambio de X.25 a Frame Relay. .............10. 1.2. Retardos en Frame Relay. .....................................................................................12. 1.2.1. Tipos de retardos. ..........................................................................................12. 1.2.2. Funcionamiento en los conmutadores...........................................................14. 1.3. Servicios de voz y datos sobre Frame Relay. .......................................................15 Retardo en la comunicación. .........................................................................16. 1.3.1. Frame Relay en Cuba. .......................................................................................17. 1.4 1.4.1. CAPÍTULO 2.. Características del servicio en ETECSA. .....................................................18 Modelo de Simulación. .............................................................................19. 2.1. Opnet Modeler. .....................................................................................................19. 2.2. Modelo de red experimental. ................................................................................20. 2.3. Consideraciones generales para las simulaciones. ................................................22. 2.4. Enlace con el MES. ...............................................................................................25. 2.4.1 2.5. Características de las simulaciones. ..............................................................26. Enlace con Internet. ..............................................................................................27. 2.5.1. Características de las simulaciones. ..............................................................28.

(10) vii 2.6. Selección de los reportes.......................................................................................29. 2.7. Conclusiones del capítulo. ....................................................................................34. CAPÍTULO 3. 3.1. Resultados. ................................................................................................35. Enlace con el MES. (Proyecto FR1) .....................................................................35. 3.1.1. Análisis de la comparación de los resultados obtenidos en las simulaciones. realizadas a los escenarios 1 y 2. ..................................................................................36 3.1.2. Análisis de los retardos obtenidos en las simulaciones realizadas a los. escenarios 1 y 2. ............................................................................................................38 3.1.3. Análisis de la comparación de los resultados obtenidos en las simulaciones. realizadas a los escenarios 1, 3 y 4. ..............................................................................39 3.1.4. Análisis de los retardos obtenidos en las simulaciones realizadas a los. escenarios 1, 3 y 4. ........................................................................................................41 3.2. Enlace con Internet. (Proyecto FR2).....................................................................43. 3.2.1. Análisis de la comparación de los resultados obtenidos en las simulaciones. realizadas a los escenarios 1 y 2. ..................................................................................43 3.2.2. Análisis de los retardos obtenidos en las simulaciones realizadas a los. escenarios 1 y 2. ............................................................................................................45 3.2.3. Análisis de la comparación de los resultados obtenidos en las simulaciones. realizadas a los escenarios 1, 3 y 4. ..............................................................................46 3.2.4. Análisis de los retardos obtenidos en las simulaciones realizadas a los. escenarios 1, 3 y 4. ........................................................................................................48 3.3. Conclusiones del capítulo. ....................................................................................50. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................................51 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................52 GLOSARIO DE TÉRMINOS ..............................................................................................56 ANEXOS ..............................................................................................................................60.

(11) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN Frame Relay es un protocolo WAN de alto desempeño que opera en las capas físicas y de enlace de datos del modelo de referencia OSI. Originalmente esta tecnología fue concebida como un protocolo para uso sobre interfaces ISDN (interfaces para La Red Digital de Servicios Integrados). Nació para cubrir necesidades del mercado no satisfechas hasta el momento en el sector de las comunicaciones. Se trataba de una solución transitoria, pero que ha logrado una gran aceptación y su papel en la actualidad es importante. La propuesta inicial para la estandarización de Frame Relay se presentó el CCITT (Comité Consultivo Internacional de Telefonía y Telegrafía) en 1984. Sin embargo, por su falta de interoperabilidad y estandarización, no tuvo gran aceptación a finales de los 80. [1] En 1990 ocurrió un gran desarrollo en la historia de Frame Relay cuando las compañías Cisco, Digital Equipment, Northern Telecom y StrataCom formaron un consorcio para aplicarse al desarrollo de esta tecnología. Dicho consorcio desarrolló una especificación que conformó el desarrollo básico de Frame Relay que se estaba analizando en el CCITT, pero ampliaba el protocolo con características que ofrecían facilidades adicionales en entornos complejos de interconectividad en redes. A estas extensiones se les conoce en conjunto como LMI (Interface de Administración Local). [2] Desde que la especificación del consorcio se desarrolló y publicó, muchos proveedores han anunciado su apoyo a esta definición extendida de Frame Relay. La ANSI y el CCITT estandarizaron, posteriormente, sus propias variaciones a la especificación LMI original y actualmente se aplican con mayor frecuencia que la versión original. Hoy en día, se utiliza también a través de una gran variedad de interfaces en otras redes, es un estándar que cuenta con una gran aceptación en el mercado mundial, prestando 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, su interoperabilidad con ATM, y precios asequibles para gran parte de los usuarios. Particularmente en Cuba, Frame Relay constituye la alternativa más demandada por los.

(12) INTRODUCCIÓN. 2. usuarios, ya que alcanza velocidades de hasta 2 Mbps, además de ser la opción más económica y ágil para velocidades menores. [3] Este tema no es nuevo, se ha debatido y discutido en diversas ocasiones, pero es necesario profundizar en la influencia que tienen los parámetros de simulación en el comportamiento de la red, por eso el problema científico que aborda esta investigación indaga sobre: • ¿Cómo se comportan los retardos en una red Frame Relay bajo la influencia de variaciones en los parámetros de diseño? Con este fin el objetivo general que se persigue consiste en: • Analizar el comportamiento de los retardos en una red Frame Relay bajo la influencia de variaciones en los parámetros de diseño. Para ello se buscan las siguientes interrogantes científicas: •. ¿Cómo fundamentar teórica y metodológicamente lo relacionado al protocolo Frame Relay?. •. ¿Cómo profundizar en el conocimiento del Simulador OPNET?. •. ¿Qué valores deben ser tomados en cuenta para que el proceso de simulación se corresponda lo más fiel posible a la realidad?. •. ¿Hasta qué punto el comportamiento de los retardos en una red Frame Relay se ven influenciado por variaciones en los parámetros que caracterizan a los PVC?. Los objetivos específicos que sirven de guía para la investigación son: • Establecer los fundamentos teóricos y metodológicos sobre las características del protocolo Frame Relay. • Ampliar sobre las características, general el Simulador OPNET.. posibilidades y potencialidades que posee en.

(13) INTRODUCCIÓN. 3. • Crear un modelo experimental de red Frame Relay para analizar su comportamiento y el de los retardos con el auxilio del OPNET. • Determinar el comportamiento de los retardos en el modelo de red experimental diseñado bajo la influencia de variaciones en los parámetros que caracterizan a los PVC. Con este proyecto se pretende elevar el nivel de conocimientos sobre la red pública Frame Relay, para su posible aplicación por parte de ETECSA y en las asignaturas de pregrado y postgrado del departamento. Además de que puede aplicarse como elemento de consulta para todos los especialistas que trabajen sobre las redes de transmisión de datos, en específico Frame Relay. Así como en aquellas personas que deseen ampliar sus conocimientos sobre el tema. Organización del informe Para dar cumplimiento a los objetivos propuestos, la investigación cuenta con una estructura donde se organiza el contenido de la siguiente forma: Introducción, en la cual se ofrece una panorámica de la problemática. Primer capítulo, en el cual se realiza la descripción general del protocolo Frame Relay. Aplicaciones que soporta, las principales ventajas alcanzadas con respecto a X25, control de tráfico que realizan sus conmutadores, tipos de retardos que se presentan en la misma, soporte de voz sobre Frame Relay, así como las características generales de la red Frame Relay en Cuba y los principales servicios que brinda. Segundo capítulo, el cual 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 de las características de las simulaciones a realizar con el modelo, así como el análisis de los reportes escogidos. Tercer capítulo, el mismo está dedicado a analizar detalladamente los resultados de la simulación de los proyectos y escenarios de trabajo que se configuraron en el.

(14) INTRODUCCIÓN. 4. OPNET, se hacen observaciones para posteriormente arribar a conclusiones y recomendaciones. Conclusiones donde se exponen las consideraciones finales sobre la problemática investigada. Las Recomendaciones que solicitan la profundización y ampliación de los estudios sobre la temática. Las Referencias Bibliográficas que da origen a la conformación del cuerpo investigativo. Los Anexos que dan crédito y validez a los contenidos tratados en la investigación..

(15) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. CAPÍTULO 1. 1.1. 5. Frame Relay.. Generalidades.. Frame Relay es un servicio rápido de conmutación de paquetes, su función es transportar información de datos sobre redes de área extensa, apoyándose en medios digitales de alta velocidad. Es una evolución de X.25 que tiene la ventaja de una transmisión de mejor calidad y rapidez. Adopta velocidades que van desde 64 kbps hasta 34 Mbps, superiores a X.25. [4] Es una técnica orientada a la conexión, donde los paquetes se someten a un mínimo de monitorización a lo largo de su camino a través de la red. Si un paquete resulta defectuoso, no se pide la retransmisión a nivel de conmutadores, sino que el equipo receptor tendrá que detectar el fallo. Esto supone que la velocidad a través de la red se puede incrementar considerablemente. Este servicio, permite la transmisión de datos a altas velocidades basada en protocolos de conmutación de paquetes. En Frame Relay, los datos son divididos en paquetes de longitud variable, los cuales incluyen información de direccionamiento [5] [Anexo 1]. Los paquetes son entregados a la red, la cual los transporta hasta su destino específico sobre una conexión virtual asignada. Además, admite compartir varias conexiones virtuales a través de una misma interface física, con lo cual es posible conectar múltiples localidades remotas entre sí, sin necesidad de equipo adicional ni costosos enlaces dedicados punto a punto. Solamente es necesaria una conexión física entre cada localidad remota y la Red Frame Relay. [6] La elevada velocidad que se puede obtener en las redes Frame Relay las convierte en idóneas para la conectividad de red de área amplia (WAN). Los administradores generalmente utilizan este servicio para conectar dos o más puentes de red de área local (LAN) a grandes distancias. [7].

(16) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. 6. La red Frame Relay necesita enlaces de alta calidad, si no la retransmisión se traduciría en tiempo de respuesta y transferencias mayores. EL tráfico dentro y entre LANs consta de ráfagas de datos, cortas pero intensas, que requieren una alta velocidad de transmisión. Ejemplos de velocidades de transmisión dentro de una LAN son de 10 Mbits en Ethernet, 100 Mbits en FastEthernet etc. Los servicios de Frame Relay ofrecen mayores velocidades y rendimientos, a la vez que proveen un eficiente ancho de banda que viene como resultado de los múltiples circuitos virtuales que comparten un puerto de una sola línea. Son un método económico de enviar datos, convirtiéndolo en una alternativa a las líneas dedicadas. Son ideales para usuarios que necesiten una conexión de mediana o alta velocidad, pues mantienen el tráfico de datos entre localidades múltiples y distantes. Está diseñado fundamentalmente para aplicaciones de entorno de Red de Área Local, es decir, transporte transparente de datos a alta velocidad, bajo retardo y alto caudal, transporte conjunto de diferentes tipos de tráfico y múltiples protocolos; respondiendo a aplicaciones de datos que se caracterizan por un tráfico a ráfagas, como son: transferencia de imágenes y ficheros, acceso a base de datos remotas, CAD/CAM en línea, conexiones interactivas con nodos remotos, correo electrónico, aplicaciones cliente servidor, etc. [8] [9] 1.1.1 Aplicaciones. Tener una idea de las características del tráfico que circulará por la red, requiere el conocimiento de las distintas aplicaciones que serán ejecutadas. Conocer la naturaleza del tráfico generado por las aplicaciones, en qué modelo de tráfico están basadas las mismas, así como los requerimientos en cuanto a retardos, entre otros, son aspectos muy importantes a la hora de analizar las aplicaciones que puede soportar por ejemplo un enlace que utilice tecnología Frame Relay. [10] [11] Las aplicaciones típicas del Servicio Frame Relay son: Intercambio de información en tiempo real, manteniendo instantáneamente actualizadas las redes que se encuentren conectadas, dentro del ámbito empresarial. Correo electrónico..

(17) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. 7. Transferencia de ficheros e imágenes. La transferencia de ficheros de gran tamaño, son aplicaciones poco sensibles al retardo aunque con elevados requerimientos de velocidad. Por ejemplo: una organización extensa que necesite enviar actualizaciones de software a toda una red de oficinas. Impresión remota, permitiendo una mayor flexibilidad de trabajo. Aplicaciones host-terminal, cliente-servidor, etc. El tráfico de caracteres interactivos; son el tipo de mensajes que generan los terminales remotos, o su emulación, con bajos requerimientos en cuanto a volumen y retardo, como las instalaciones de host tradicionales que cuentan con un elevado número de terminales entre pantallas e impresoras. Acceso remoto a bases de datos únicas y actualizadas. Posibilidad de construcción de bases de datos distribuidas, ante situaciones en las que la información no esté centralizada y a la que deben tener acceso los usuarios finales. Transferencia interactiva de bloques de información que necesitan intercambiar elevados volúmenes de información y con sensibilidad media en cuanto a retardo, como el video texto en alta resolución o el CAD\CAM. Acceso a redes ATM. Permite a los usuarios finales de dispositivos o redes Frame Relay comunicarse entre sí a través de una red ATM sin necesidad de efectuar ningún cambio de equipamiento. La interoperatividad de red se produce cuando se utiliza un protocolo en cada extremo de la transmisión y otro distinto en el camino entre ambos puntos. En un punto de la red, y de forma totalmente transparente para el usuario, los paquetes Frame Relay son segmentados en celdas ATM, que a su vez, serán reagrupadas en paquetes Frame Relay antes de alcanzar su destino. [12] [13] Multiplexión a baja velocidad; este tipo de aplicación explota la capacidad del FRL para conectar varias aplicaciones, con bajos requerimientos en cuanto a velocidades y retardos, a través de un único acceso..

(18) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. 8. Dado el alto grado de informatización que han alcanzado las empresas en los últimos años, es muy común la convivencia de varias de las aplicaciones citadas y otras similares en el entorno de un mismo cliente, lo que hace aún más provechosa la utilización del servicio Frame Relay como medio de transporte único. Optimización de los costos de telecomunicaciones: Con el servicio Frame Relay los usuarios podrán transportar simultáneamente, compartiendo los mismos recursos de red, el tráfico perteneciente a múltiples comunicaciones y aplicaciones, y hacia diferentes destinos. Solución Personalizada de Red: Según las necesidades del cliente, tras un estudio personalizado de las características del mismo, se realiza el diseño de la red de comunicaciones Frame Relay. Servicio gestionado extremo a extremo: se ocupa de la configuración, administración, mantenimiento, supervisión y control permanente durante las 24 horas del día, los 365 días del año de los elementos de red. Tecnología de punta y altas prestaciones: Frame Relay proporciona alta capacidad de transmisión de datos por la utilización de nodos de red de alta tecnología y bajos retardos como consecuencia de la construcción de la red (backbone) sobre enlaces a 34 Mbps. Flexibilidad del servicio: Frame Relay es una solución adaptable a las necesidades cambiantes del cliente, basada en circuitos virtuales permanentes (PVC). Sobre un interfaz de acceso a la red se pueden establecer simultáneamente múltiples circuitos virtuales permanentes distintos, lo que permite una fácil incorporación de nuevas sedes a la Red del Cliente. Servicio Normalizado: Frame Relay es un servicio normalizado según los estándares y recomendaciones de ITU-T y ANSI con lo que queda garantizada la interoperatividad con cualquier otro producto Frame Relay asimismo normalizado. Se distinguen tres fases en la provisión del servicio: de oferta o preventa, de instalación y de prestación o post-venta. En cada una de estas fases se identifican en unos.

(19) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. 9. procedimientos y unos interlocutores que garantizan la calidad del servicio y una completa atención al cliente. Frame Relay es un servicio de tarifa plana que incluye una cuota de alta inicial y cuotas mensuales fijas independientes del tráfico cursado. 1.1.2 Control de tráfico. Frame Relay realiza medidas de control de tráfico para determinar cuando activar los bits BECN, FECN y DE [Anexo 1], y cuando descartar tramas, así evitando congestión y por consiguiente retardos indeseados. La técnica más relevante para el control de tráfico es la utilización del mecanismo del caudal medio garantizado (CIR). El método se basa en la determinación de una media de tráfico máxima durante un período de tiempo acordado entre la red y el usuario. Para la implementación de este concepto, se necesitan dos valores: volumen de información comprometida (Bc) y volumen de información en exceso (Be). Ambas definen una cantidad de tráfico sobre un período de tiempo prefijado (Tc). El mecanismo funciona de una manera muy simple, la fuente de tráfico envía información a la red a una velocidad que puede variar entre 0 y una velocidad máxima. Si la velocidad de emisión es inferior al CIR, todo el tráfico será cursado con garantías. Si la velocidad supera ese valor, las tramas se marcan como descartables (se activa el bit DE, Discard Elegibility) y por tanto serán transportadas sin seguridad, esto significa que llegaran a destino si durante el recorrido no hay congestiones importantes. Se recuerda que en esa situación se servirán primero todas las tramas prioritarias, las que fueron enviadas con una velocidad inferior al CIR. Fig. 1.1..

(20) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. 10. Fig.1.1 Gestión de tráfico. Mediante la asignación de valores para el caudal medio garantizado (CIR), el período de tiempo acordado (Tc) y el caudal físico de la línea de acceso (C), será posible controlar, para cada circuito virtual, que los usuarios se ajusten a transmitir el volumen de información comprometida y en exceso (Bc y Be, respectivamente), lo que permitirá el no perder datos que no superen el tráfico comprometido. [14] [15] [Anexo 2] [Anexo 3]. 1.1.3 Beneficios que se lograron con el cambio de X.25 a Frame Relay. Frame Relay surge debido a la necesidad de incrementar el ancho de banda, la aparición de diferentes modelos de tráfico y de un crecimiento de usuarios que demandan un servicio eficaz. Es un protocolo emergente del famoso protocolo de paquetes X.25. [16] Define como se direccionan las tramas por una red rápida de paquetes a partir del campo de dirección de estas, aprovechando la fiabilidad de las redes de comunicaciones de datos para minimizar la comprobación de errores efectuada por los nodos de red. Esto proporciona un protocolo de conmutación de paquetes parecido a X.25 pero mucho más rápido. [7] El protocolo X.25 opera en la capa 3 e inferiores del modelo OSI, y mediante la conmutación de paquetes, a través de una red de conmutadores, entre identificadores de conexión. En cada salto de la red X.25 se verifica la integridad de los paquetes y cada conmutador proporciona una función de control de flujo. [17] Frame Relay realiza la misma función, pero partiendo de la capa 2 e inferiores. Para ello, descarta todas las funciones de la capa 3 que realizaría un conmutador de paquetes X.25 y.

(21) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. 11. las combina con las funciones de trama. La trama contiene así al identificador de conexión y es transmitida a través de los nodos de la red en lugar de realizar una "conmutación de paquetes". Los circuitos virtuales son establecidos por el operador de red, además de que elimina la redundancia de funciones entre protocolos. La realización de funciones asociadas en niveles superiores a la subcapa Frame Relay (control de flujo y de errores, retransmisiones, etc.) ya no es responsabilidad de la red (no se realizan nodo a nodo), los mismos se desplazan hacia los terminales que realizan dichas funciones de forma más eficiente mediante protocolos de nivel superior, esto permite un mínimo retardo de red y un elevado porcentaje de información útil respecto a la información de control (cabeceras mínimas). Acelerando además 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, los cuales solamente se realizan en la estación destino, no en los nodos intermedios. El control de congestión es una responsabilidad compartida por la red y los usuarios finales. La red (es decir, el conjunto de conmutadores Frame Relay) está en la mejor posición para monitorear el grado de congestión, mientras que los usuarios finales, están en la mejor posición para controlar la congestión, limitando el flujo de tráfico que ingresa a la red y en caso de congestión o errores descartando las tramas, pero en ningún caso retransmite las perdidas. Es responsabilidad de las capas superiores, en nuestro caso la capa de transporte TCP, el retransmitir los datos perdidos. La desventaja de este método de funcionamiento es que las retransmisiones, si las hay, tienen que atravesar toda la red, y no únicamente el enlace donde tuvo lugar el error. Una mala calidad en el enlace supondrá un gran número de retransmisiones y en consecuencia, retardos indeseados. La gran diferencia entre Frame Relay y X.25 es que X.25 garantiza la integridad de los datos y la red maneja el control de flujo, a costa de algún retraso en la red. Mientras Frame Relay conmuta las tramas mucho más rápido extremo a extremo, aunque no hay garantía de que la integridad de los datos sea total. [18] [Anexo 4]..

(22) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. 1.2. 12. Retardos en Frame Relay.. La intención del protocolo Frame Relay es operar a altas velocidades, en circuitos digitales de buena calidad, donde la razón de errores es baja. Fue desarrollada para hacer un mejor uso de la característica del ancho de banda compartido del modo trama, e incluso ahorrarse la desventaja de los largos retardos en la red. Frame Relay es una tecnología rápida orientada a paquetes, la cual se basa en tres conceptos básicos: •. Sistemas de usuario finales Inteligentes: Se asume que los dispositivos de los usuarios finales tienen inteligencia y por tanto pueden realizar control de flujo y garantizar la integridad de los datos en caso necesario.. •. Facilidades de transmisión digital fiable: Se asume que las redes son mucho más fiables, y por tanto habrá menos errores. Consecuentemente, tiene menos sentido dedicar recursos a la resolución de los errores.. •. Sistemas de comunicaciones de alta velocidad: capacidades de alto ancho de banda.. Frame Relay tiene dos características que lo hacen atractivo: 1. Poca información de cabeceras, lo que produce un procesado rápido. 2. Capacidad de soportar ráfagas de tráfico (caudal instantáneo elevado). La reducida información de cabeceras se refiere al mínimo proceso que tiene lugar en cada uno de los nodos en una red Frame Relay. El procesado para el control de errores y de flujo no existe, con lo cual se consigue reducir todavía más el retardo. 1.2.1 Tipos de retardos. No hay duda de que Frame Relay transmite los datos más rápido que X.25, provocando esto que haya un menor trabajo para los procesadores y que se reduzca el retardo. Dentro de los tipos de retardos encontrados en Frame Relay, tenemos que el más importante es el retardo extremo a extremo, (el cual es el tiempo que demora una trama que contiene datos en viajar de un usuario de un extremo a otro, incluyendo el tiempo de.

(23) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. 13. procesamiento de retransmisión de trama) [19], que a su vez se ve afectado por determinados factores. Factores que contribuyen al retardo de extremo a extremos: ¾ Retardo de propagación: Este es el tiempo que tarda la señal en transitar un enlace. Es medido desde la salida del primer bit desde del nodo de transmisión, hasta la recepción de este bit en el nodo de recepción. Este tiempo es proporcional a la longitud del enlace y a la velocidad de propagación por el medio en cuestión. Una red Frame Relay bien dimensionada con enlaces de alta calidad (en gran medida por la utilización de la fibra óptica), implicaría que los retardos de propagación introducidos por la red, serían altamente minimizados. ¾ Retardo de transmisión: Este es el tiempo que tarda el paquete o trama en ser transmitido. Es medido desde la salida del primer bit hasta la salida del último bit en el nodo de transmisión. Este tiempo es proporcional a la longitud del paquete y a la velocidad de transmisión en bit/s. Si se altera el tamaño de las tramas y la velocidad de transmisión, se altera este tiempo. ¾ Retardo en Cola: Es el tiempo que tarda un paquete o trama dentro de los buffer. Es medido desde que un paquete o trama se almacena en un buffer hasta que sale de este. En general en un nodo puede haber retardos por este concepto tanto en buffers de entrada como de salida. En ambos casos este retardo depende de la congestión. Para un uso eficiente de la red, hay que tener siempre ciertos niveles de encolado, la falta de una cola muestra que la línea esta disponible, pero que esto no es eficiente. Los principios generales del diseño indican que para que las operaciones en los enlaces sean económicamente viables se requiere que haya siempre al menos una trama o paquete esperando por la transmisión en el buffer. Esto produce un retardo de cola para cada trama o paquete de entre uno dos períodos de retardo de transmisión de una trama o paquete en la cola..

(24) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. 14. Los nodos deben de tratar el tema de la congestión del tráfico a través de ellos. Para ello, disponen de buffers o colas por cada conexión. El sistema debe manejar esas colas de manera eficiente. Para ello, existe el manejador de colas o procesador de paquetes. Cada enlace tiene dos colas, una de entrada y otra de salida. El procesador toma las tramas de entrada y las sitúa en sus correspondientes colas de salida para su envío en cuanto sea posible al destinatario. Si la entrada de datos se produce más rápidamente que el procesado y envío de los mismos, es posible que los buffers se llenen provocando congestión. En este caso se pueden hacer dos cosas: 1. Las tramas que lleguen se descartan; haciendo que el sistema se colapse aún más, ya que habría que retransmitir las tramas que fueron descartadas. 2. Se emplea un mecanismo de control de congestión, consistente en adecuar la velocidad de entrada de tramas a la velocidad de procesado y envío de las mismas a sus destinatarios. ¾ Retardo de procesamiento: es el tiempo que tarda un conmutador en procesar un paquete o tramas para decidir hacia donde encaminar este. Depende de la electrónica y cada vez este tiempo se reduce más, siendo en general despreciable con respecto a los otros tiempos. La conmutación rápida de paquetes aumenta la velocidad de tránsito a través de una red reduciendo el procesamiento efectuado sobre los paquetes en cada uno de los nodos, los cuales simplemente reciben los paquetes y los envían sobre la línea de salida correspondiente. En una trama Frame Relay los campos para los datos de usuario son de longitud variable. El retardo al atravesar los nodos es por tanto impredecible, puede variar de una trama a otra. Esto significa que Frame Relay no se adapta bien a transferencias de servicios isoncrónicos (como telefonía y video en tiempo real), que requieren que el retardo sea lo menor posible y, sobre todo, constante, aunque existen mecanismos para hacer esto posible. 1.2.2 Funcionamiento en los conmutadores. El funcionamiento de un conmutador Frame Relay es similar al algoritmo del cubo o goteo de escape. Si un cubo tiene un pequeño agujero en su parte inferior, el agua deja el cubo a.

(25) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. 15. una velocidad constante mientras haya agua en el cubo. La velocidad de entrada puede variar, no pasando lo mismo con la velocidad de salida ya que esta es constante. Si la velocidad de entrada es muy superior el cubo se desbordará. [20] [Anexo 5]. Esta misma situación ocurre en una red de conmutación como Frame Relay que no emplea control de flujo. Cada conmutador puede enviar datos a una velocidad determinada. Si se reciben más datos de los que se pueden transmitir, el conmutador puede congestionarse y descartar tramas, provocando la retransmisión de las mismas y por consiguiente mayores retardos en la red. En los conmutadores Frame Relay se utilizan buffers, donde se almacenan los datos llegados en ráfagas que saldrán a velocidades constantes siguiendo una cola. Se utiliza un contador y un reloj. En cada pulso de reloj, el contador se fija a la cantidad de datos que pueden ser sacados por unidad de tiempo. El algoritmo comprueba el tamaño de la trama situada en frente de la cola. Si el tamaño es menos o igual que el valor del contador, se envía el paquete; sino se espera al próximo pulso de reloj para ser enviada. Para que el algoritmo funcione correctamente el tamaño de la trama debe ser más pequeño que el valor máximo del contador. Así nunca se sobrepasa la cantidad máxima por unidad de tiempo. 1.3. Servicios de voz y datos sobre Frame Relay.. La integración de servicios comporta una serie de beneficios, como la gestión única y el compartimiento de ancho de banda entre servicios. El hecho de integrar en una sola red servicios que antes eran proporcionados por redes diferentes posibilita gestionar una única red en lugar de varias. Los servicios Frame Relay de voz y datos se componen de cuatro elementos: equipo multiplexor instalado en el domicilio del cliente, línea de acceso a la red de datos, facilidades de transporte dentro de la red Frame Relay y servicio de gestión. El multiplexor es un equipo tipo FRAD (Frame Relay Access Device) con capacidad para el tratamiento de voz. [21] [Anexo 6] [Anexo 7].

(26) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. 16. Por la línea de acceso a la red, única para cada oficina del cliente, viajan las tramas Frame Relay de voz y datos. El equipo multiplexor resulta imprescindible para insertar tráfico de diferentes servicios en una sola línea física. La velocidad de esta línea, se dimensiona de acuerdo con los requerimientos de canales de voz y velocidades de datos del cliente. Pero no es necesario reservar una parte de esa capacidad para la voz; todo el ancho de banda está a disposición de quien lo necesite. Una vez que las tramas llegan a la red de datos, son transportadas a su destino a través de circuitos virtuales definidos en el momento de la contratación del servicio. Para asegurar la calidad de la voz, las tramas de voz viajan por circuitos virtuales diferentes a los de las tramas de datos. [22] [Anexo 7] 1.3.1 Retardo en la comunicación. La calidad de la voz es extremadamente susceptible a los retardos. Estos, a su vez, se ven influidos por varios factores, como el número de saltos entre conmutadores, cuatro se considera como el número máximo antes de que la calidad de la voz se deteriore, el tipo de troncal desplegada (Frame Relay, ATM), de la distancia (regional, nacional, internacional), da la actividad de red y su congestión (pocos usuarios, muchos usuarios, tipo de tráfico) y del mecanismo de compresión de voz (la codificación/decodificación incrementa el retraso). El retardo de extrema a extremo, caracterizado porque los paquetes de voz llegan tras largas interrupciones fijas, provoca conversaciones interrumpidas parecidas a las experimentadas en las comunicaciones por satélite. En casos extremos conduce además al fenómeno conocido como "hablar doble". El retardo diferencial, donde el retardo entre paquetes de voz es variable, produce conversaciones entrecortadas y un deterioro perceptible de la calidad de la voz. El retardo es menos problemático en las redes privadas. Cuando los FRADs están conectados por líneas arrendadas en una red mallada, sin conmutadores en medio, el retardo es causado por el mecanismo de prioridad de acceso y la codificación/decodificación de la compresión de voz de los FRADs. Todo ello crea un retardo aceptable de extremo a extremo..

(27) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. 17. Si la topología de la red incluye conmutadores centrales, el gestor de red puede priorizar la voz en el conmutador. Como las variables de saltos entre conmutadores, distancia y congestión son conocidas y controlables, el retardo es más o menos constante y deja de ser un factor crítico. Dependiendo de las variables ya mencionadas, los retardos de extremo a extremo pueden ser de entre 25 y 250 milisegundos. Y a medida que el tráfico de la red se incrementa y aparecen situaciones de congestión, el retardo diferencial puede llegar a ser un verdadero problema. Por esas razones, los operadores no quieren comprometerse en garantizar un retardo constante como parte de su contrato de calidad de servicio. Para compensar los efectos del retardo fijo de extremo a extremo, los fabricantes incorporan canceladores de eco a sus FRAD. El retardo diferencial es tratado por la memoria intermedia (buffer) de fluctuación de fase (jitter) del FRAD, y se puede establecer manualmente a través de pruebas y errores, o automáticamente, basándose en la medida del retardo diferencial actual. Para ayudar a minimizar el retardo de extremo a extremo y mitigar los efectos del retardo diferencial es preciso aplicar algún tipo de priorización a las tramas de voz y datos que entran en la red. Los fabricantes de FRAD implementan la priorización permitiendo a los usuarios la opción de definir niveles de prioridad (de 1 a 4 ó de 1 a 8) por DLCI (Data Link Connection Identifier). [23] [Anexo 8]. 1.4. Frame Relay en Cuba.. En estos momentos Frame Relay es el servicio de datos de mayor demanda en el acceso de usuarios en Cuba, al no brindarse accesos de usuarios ATM, Frame Relay constituye la única alternativa para circuitos virtuales permanentes de velocidades de 2Mb/s y la más económica y ágil para velocidades menores. Su excelente desempeño, velocidades de transmisión acordes con los requerimientos de la mayoría de los usuarios, su fácil configuración, uso y gestión, y su interoperabilidad con ATM, junto a su moderado costo han determinado la gran aceptación de este servicio en el mercado mundial y su continuo crecimiento..

(28) CAPÍTULO 1. FRAME RELAY. 18. Los servicios Frame Relay en la interfaz UNI presentan hoy un alto crecimiento en el planeta, siendo esta la solución de interconexión de redes de mayor demanda en el País. Frame Relay está dirigido al entorno corporativo, permite acceder de manera simultánea a sistemas informáticos geográficamente dispersos desde un terminal, red local u ordenador personal. Ofrece soluciones de gran ancho de banda con baja tasa de error, menores retardos y procesadores de alto rendimiento. [3] [24] 1.4.1 Características del servicio en ETECSA. 9 Cobertura con alcance local y nacional. 9 Servicios con velocidades desde 19.2 hasta 2 Mbps. 9 Constituye soporte tecnológico para: . Interconexión de redes de área local.. . Accesos a redes ATM.. . Accesos a redes de datos y aplicaciones remotas, transferencia masiva de ficheros e imágenes.. . Conexión a Internet.. . Aplicaciones interactivas que requieran alto ancho de banda y poco retardo. [25]. Toda esta gama de servicio posibilita compartir el ancho de banda de manera dinámica, garantizando el tráfico a altas velocidades de transmisión con bajos retardos, además flexibilizando el dimensionamiento de la red y simplificando la gestión de la misma..

(29) CAPÍTULO 2. MODELO DE SIMULACIÓN. CAPÍTULO 2.. 19. Modelo de Simulación.. En el presente capítulo se describen las diferentes variantes a utilizar, para la realización del estudio mediante la simulación. La misma se efectuará atendiendo a cada uno de los enlaces con que cuenta La UCLV por separado, o sea, se simulará teniendo en cuenta la variación de los parámetros de cada PVC y de la cantidad de usuarios que acceden a los servicios, manteniendo la configuración de los mismos. De esta forma se analizará el comportamiento de la red Frame Relay, haciendo énfasis en los retardos presentes en la misma. 2.1. Opnet Modeler.. La ejecución de pruebas reales sobre una red de transmisión de datos, para analizar el comportamiento de la misma bajo ciertas y determinadas situaciones que se pudiesen dar, resulta extremadamente difícil. Por ello la vía más factible, para la realización de dicho estudio, es la utilización de un programa de simulación, propiciando observar ciertas características, sin necesidad de acudir al sistema real, nos bastará con el análisis del modelo que lo representa. En la realización de este proyecto, se utilizó una de las principales herramientas para la simulación de modelos y aplicaciones de red (OPNET Modeler). OPNET Modeler es un modelador/simulador de redes desarrollado por OPNET Technologies, Inc. que dispone de los perfiles de gran cantidad de tecnologías (Ethernet, ATM, Frame Relay etc.) y dispositivos (Router, Modem, Switch etc.). Además de operar sobre el programa C++, posibilitando el análisis de una amplia gama de redes. [26] Es ampliamente utilizado para modelar y simular sistemas de comunicaciones. Permite diseñar y estudiar redes, dispositivos, protocolos y aplicaciones, brindando escalabilidad y flexibilidad, facilitando además el análisis del desempeño de redes de servicios. A partir de la definición de la topología y la selección de indicadores estadísticos, el programa simula la dinámica de los flujos de información en un intervalo de tiempo. [27].

(30) CAPÍTULO 2. MODELO DE SIMULACIÓN. 20. OPNET proporciona un ambiente que ayuda a comprender mejor el funcionamiento de las redes de comunicaciones, desarrollando simulaciones discretas sobre los modelos. El ambiente de OPNET incorpora las herramientas por todas las fases de un estudio, incluyendo el diseño, la simulación, la colección y el análisis de datos. Ver más en: [28] [29] 2.2. Modelo de red experimental.. Fig. 2.1 Modelo general. La Fig. 2.1 muestra el modelo sobre el cual se realizarán las simulaciones, como se puede ver el mismo representa los enlaces que posee la UCLV con los diferentes servicios a los que tiene acceso. La representación de las velocidades aquí mostradas no es más que la capacidad de estos enlaces. La distribución de los mismos se muestra a continuación: •. 4 Mbps para la conexión con el Ministerio de Educación Superior (MES).. •. 1 Mbps para el acceso a Internet.. •. 1 Mbps para las conexiones con las Sedes Universitarias de la provincia..

(31) CAPÍTULO 2. MODELO DE SIMULACIÓN. 21. Es importante aclarar que en Villa Clara existe una Sede Universitaria en cada uno de sus municipios, las cuales se enlazan por separado con la UCLV a 64 Kbps. En la Fig. 2.1 se representa en un solo enlace de 1 Mbps para simplificar un poco el modelo y así ayudar a una mejor comprensión del mismo. El enlace troncal Santa Clara-Habana, se estableció con una velocidad de 34 Mbps, no es un dato real, pero en si esto no afecta el resultado de las simulaciones, ya que los usuarios representados, no harán en ningún momento un uso total del enlace, provocando congestión sobre el mismo. El enlace UCLV-Santa Clara está compuesto en la realidad por tres enlaces físicos HDSL a 2 Mbps cada uno (Fig.2.2). Dos de estos enlaces se destinan para la conexión con el MES, el restante se divide a la mitad para la conexión con las Sedes Universitarias y el acceso a Internet.. Fig. 2.2 Representación general de los enlaces reales con La UCLV. Se puede ver que a todos los usuarios de la UCLV se les autoriza el acceso a todos los tipos de servicios aquí representados: Correo, Transferencia de Ficheros (FTP), Bases de Datos y Acceso a Internet (HTTP) (Fig.2.3). La ubicación de dichos servicios se realizó convenientemente para poder dirigir el tráfico a través de los enlaces. Para el modelo de simulación creado, se trató que se acercara lo más posible a la realidad, de modo tal que los resultados alcanzados estén en correspondencia con los datos reales..

(32) CAPÍTULO 2. MODELO DE SIMULACIÓN. 22. Fig.2.3 Configuración de los servicios y del número de estaciones. La Fig.2.3 muestra además el número de estaciones configuradas para la LAN de la UCLV, estimado que se acerca bastante a la realidad. 2.3. Consideraciones generales para las simulaciones.. El enlace sobre el cual se situará la mayor atención será en el UCLV-Santa Clara, el cual es el que realmente interesa y el único en el modelo de red experimental que tiene bien definida la velocidad física. Las simulaciones, como se dijo anteriormente, serán realizadas teniendo en cuenta todos aquellos PVC que estén implicados en cada una de las conexiones. Las primeras simulaciones serán realizadas enfocándose en el enlace UCLV-MES, posteriormente se pasará a simular el enlace con Internet, para estos dos grupos de simulaciones solo estarán activos los servidores a los que se accede por sus respectivos enlaces. Es importante aclarar que los enlaces establecidos con las Sedes Universitarias no se tendrán en cuenta en las simulaciones. Simplemente fueron representados en el modelo para tener una idea general de lo que realmente existe en nuestra provincia..

(33) CAPÍTULO 2. MODELO DE SIMULACIÓN. 23. Las dos primeras simulaciones, tanto para el MES como para el acceso a Internet, se realizarán configurando los PVC como se muestra a continuación: 9 El CIR se configurará con un valor igual a la velocidad física del enlace. 9 Bc=CIR. Lo que trae consigo que Tc=1 seg. [Anexo 2] 9 Be=0. Tiene este valor ya que la suma de Bc y Be no puede exceder la velocidad del enlace físico para Tc=1 seg. La diferencia entre estas dos simulaciones está determinada por la cantidad de usuarios que accederán a los servicios, la primera se realizará configurando el acceso simultáneo de las 2500 estaciones establecidas para la LAN de la UCLV, mientras que la segunda se configurará también accediendo simultáneamente a los servicios, pero disminuyendo a la mitad el número de estaciones (Fig. 2.4) , de modo que se analice el comportamiento de la red y de los retardos manteniendo la misma configuración de parámetros, pero con un menor número de estaciones accediendo a los servicios, lo que implicaría una disminución del tráfico entrante a la red.. Fig. 2.4 Configuración del número de clientes para el acceso en la segunda de las simulaciones..

(34) CAPÍTULO 2. MODELO DE SIMULACIÓN. 24. Luego se centrará el análisis para el caso en que el acceso a los servicios se realice de manera simultánea, teniendo en cuenta el número total de estaciones configuradas desde un inicio, el cual es considerado un caso crítico de pocas probabilidades de ocurrencia pero que hay que tener en cuenta. Se parte del análisis de la primera simulación realizada para cada enlace y en caso de que dichos resultados no demuestren un buen comportamiento de la red, se realizarán todas aquellas que sean necesarias bajo nuevas combinaciones de parámetros y siempre manteniendo el acceso simultáneo a los servicios, hasta alcanzar un mejoramiento sustancial. Dicho análisis se realizará con el objetivo de ver el comportamiento de la red y de los retardos, pero ahora variando la configuración de los parámetros para cada PVC y manteniendo la simultaneidad en el acceso a los servicios por parte del total de usuarios, buscando mejorías sin tener que limitar el número de estaciones de trabajo para la LAN. A continuación se presentan los iconos por los que se puede tener acceso a la configuración de las aplicaciones que soportará la red (servicios que pueden usarse utilizando la red), las características del acceso a dichos servicios y por último la configuración de los parámetros de cada PVC.. APLICATION DEFINITION: Por aquí configuramos las aplicaciones que soportará la red.. El PROFILE DEFINITION define el perfil de las aplicaciones. Por aquí definimos como será el acceso por parte de los usuarios a los mismos.. El PVC CONFIG define como se configuran los PVC. Por aquí definimos los parámetros de los PVC a utilizar para cada una de las simulaciones..

(35) CAPÍTULO 2. MODELO DE SIMULACIÓN. 25. La Fig. 2.5 muestra la interfaz que ofrece Opnet Modeler para configurar el acceso a los servicios por parte de los usuarios. Se puede acceder a los servicios de tres maneras diferentes: . Al azar (Serial (Random)).. . Ordenado (Serial (Ordered)).. . Simultáneo (Simultaneous).. Para las simulaciones que se llevarán a cabo en este trabajo se tendrá en cuenta que el acceso a los servicios por parte de los usuarios se realizará de manera simultánea, con el objetivo de tener en cuenta que para los cambios que se realicen en cada simulación por separado los resultados obtenidos sean los peores.. Fig. 2.5 Configuración del acceso a los servicios. 2.4. Enlace con el MES.. El enlace de la UCLV con el MES posee una capacidad total de 4 Mbps, en el tramo UCLV-Santa Clara se divide en dos enlaces físicos de 2 Mbps anteriormente explicado. Para dicha conexión se establecieron previamente dos PVC, uno por cada conexión física y con idénticas características..

(36) CAPÍTULO 2. MODELO DE SIMULACIÓN. 26. La conexión con el MES se utiliza entre otras cosas, para acceder a los portales Web de cada una de las Universidades del país, a servicios de transferencia de ficheros (FTP), bases de datos, entre otros; además de que los correos de carácter tanto nacional como internacional hacen uso de este enlace para alcanzar sus respectivos destinos. En estas simulaciones el enlace con el MES se utiliza para acceder desde la UCLV a los servicios de correo electrónico, base de datos y transferencia de ficheros, con el objetivo de dirigir tráfico a través del enlace (Fig. 2.1). 2.4.1 Características de las simulaciones. Las dos primeras de las simulaciones se realizaron configurando los parámetros como se muestra en la Fig. 2.6. La configuración aquí mostrada es la que realmente existe. Actualmente dicha conexión no presenta problemas, debido a que la mayoría del tiempo los usuarios UCLV utilizan los servicios internos, haciendo que el tráfico que realmente cursa por este enlace no se asemeje al expuesto en la primera de estas simulaciones, en la cual las 2500 estaciones utilizan el enlace para acceder a los servicios aquí representados.. Fig.2.6 Configuración de los PVC para las dos primeras simulaciones..

(37) CAPÍTULO 2. MODELO DE SIMULACIÓN. 27. Las siguientes simulaciones se realizaron teniendo en cuenta nuevas configuraciones para los parámetros de estos PVC, con el objetivo de buscar mejoras en el comportamiento de la red, en específico de este enlace. Las nuevas configuraciones se muestran en las Figuras 2.7 y 2.8. Aquí se puede ver que dichas configuraciones se caracterizan por tener nuevos valores de CIR y Bc.. Fig. 2.7 Configuración de los PVC para la 3ra simulación.. Fig. 2.8 Configuración de los PVC para la 4ta simulación. 2.5. Enlace con Internet.. El enlace de la UCLV con Internet posee 1 Mbps de capacidad total, utilizando la mitad del enlace físico restante del tramo UCLV-Santa Clara, el cual está dividido en varios PVC, uno dedicado para el acceso con Internet, mientras que los demás PVC se ocupan de atender las conexiones con cada una de las Sedes Universitarias de la provincia..

(38) CAPÍTULO 2. MODELO DE SIMULACIÓN. 28. 2.5.1 Características de las simulaciones. Las dos primeras simulaciones se realizarán bajo la configuración de los parámetros del PVC como realmente está implementado. Fig. 2.9. El tráfico que cursa bajo esta configuración de parámetros se asemeja bastante a lo que realmente pasa. Actualmente este enlace presenta problemas, ya que no es lo suficientemente grande como para satisfacer las necesidades de todos los usuarios, los cuales sí demandan un buen uso de este servicio.. Fig.2.9 Configuración del PVC para las dos primeras simulaciones. Posteriormente se realizarán dos simulaciones, teniendo en cuenta nuevas configuraciones para los parámetros de este PVC y manteniendo la simultaneidad del acceso, con el objetivo de buscar mejoras en el comportamiento de la red. Dichas simulaciones se caracterizan principalmente por la variación del CIR y del Bc inicialmente establecido para el PVC. La Fig. 2.10 representa la configuración de los parámetros del PVC para la primera de estas dos simulaciones. Se toman estos parámetros con el objetivo de controlar un poco más el tráfico saliente de la UCLV, esperando así obtener mejorías en el funcionamiento de la red..

(39) CAPÍTULO 2. MODELO DE SIMULACIÓN. 29. Fig. 2.10 Configuración de los PVC para la 3ra simulación. La Fig. 2.11 representa la configuración de los parámetros para la segunda de estas simulaciones. Se puede ver como se reduce a la mitad el CIR inicialmente establecido, esperando obtener una mejoría total en el funcionamiento de la red.. Fig. 2.11 Configuración de los PVC para la 4ta simulación. 2.6. Selección de los reportes.. Antes de echar a andar las simulaciones, se hace necesaria la selección de los reportes que nos interesan para posteriormente realizar el análisis de los resultados. Opnet Modeler entre sus opciones ofrece posibilidades por donde se puede configurar los reportes, entre ellas está: 9 Choose Individual Statistics..

(40) CAPÍTULO 2. MODELO DE SIMULACIÓN. 30. A las cual se accede pinchando con el botón secundario del Mouse en cualquier parte del escenario que esté libre de objetos. (Fig.2.12). Aunque se puede acceder también por la barra de herramienta del programa (Simulation / Choose Individual Statistics).. Fig.2.12 Acceso a la configuración de los reportes. Se puede ver además en la Fig. 2.12 como la opción Record Animation está activa, la misma se utiliza para ver de manera animada el funcionamiento de la red, posibilitando a su vez comprobar si los enlaces y equipos utilizados en el modelo de simulación funcionan correctamente. Fig. 2.13.. Fig. 2.13 Animación de la comunicación UCLV-MES. La Fig. 2.13 representa la interfaz gráfica que ofrece el Opnet al activar la opción Record Animation y ejecutarla después de la simulación, aquí se observa específicamente el funcionamiento del enlace UCLV-MES tomado de una de las simulaciones que se realizó..

(41) CAPÍTULO 2. MODELO DE SIMULACIÓN. 31. El tiempo de corrida establecido para cada simulación fue de 5 minutos, o sea, los resultados que se analizarán serán aquellos alcanzados del análisis del comportamiento de la red durante 5 minutos virtuales de trabajo. Fig. 2.14.. Fig. 2.14 Interfaz gráfica para la configuración de las simulaciones. La opción Choose Individual Statics ofrece la posibilidad de escoger de manera individual aquellos reportes estadísticos que sean de nuestro interés. Los mismos están divididos en tres grupos: globales, por nodos y por enlaces. Fig. 2.15.. Fig. 2.15 Interfaz gráfica para la configuración de los reportes estadísticos individuales..

(42) CAPÍTULO 2. MODELO DE SIMULACIÓN. 32. Las figuras 2.16, 2.17 y 2.18 muestran la selección de los reportes escogidos para las diferentes simulaciones realizadas, aunque no todos fueron utilizados para la explicación de los resultados, es importante señalar que fueron de gran ayuda para el análisis y comprensión del funcionamiento de la red. Aquí también se pueden ver enmarcados con fondo gris los diferentes tipos de reportes de retardos que Opnet Modeler brinda.. Fig.2.16 Configuración de los reportes estadísticos globales..

(43) CAPÍTULO 2. MODELO DE SIMULACIÓN. 33. Fig.2.17 Configuración de los reportes estadísticos por nodos.. . Fig. 2.18 Configuración de los reportes estadísticos por enlaces..

(44) CAPÍTULO 2. MODELO DE SIMULACIÓN. 34. La Fig. 2.19 representa la selección de retardo de procesamiento en los nodos la cual no estaba incluida en las gráficas anteriores.. Fig. 2.19 Selección de la opción retardo de procesamiento en los nodos. 2.7. Conclusiones del capítulo.. En este capítulo se pudieron apreciar las potencialidades ofrecidas por el programa de simulación Opnet Modeler en cuanto al diseño del modelo de red, a la configuración de las características de cada una de las simulaciones y la selección de los reportes, facilitando el análisis y comprensión de los resultados, comprobándose la utilización que tiene el mismo actualmente en el campo de la ingeniería..

(45) CAPÍTULO 3. RESULTADOS. CAPÍTULO 3.. 35. Resultados.. En el siguiente capítulo se analizarán los resultados alcanzados. El análisis de los mismos se realizará teniendo en cuenta a cada grupo de simulaciones por separado, primero se tratarán las efectuadas con el MES y luego las de acceso a Internet. Se verán los resultados alcanzados por cada simulación para posteriormente pasar al análisis del comportamiento de la red y de los retardos, estableciendo comparaciones. 3.1. Enlace con el MES. (Proyecto FR1). Para el enlace UCLV-MES se realizaron cuatro simulaciones bajo diferentes configuraciones de los parámetros de cada uno de los PVC implicados (Tabla 3.1). La Tabla 3.1 tiene en cuenta el valor correspondiente a la suma de Bc y Be, la cual representa el volumen de información comprometida y en exceso que la red se compromete a respetar en caso de que no exista congestión en la misma. Si el volumen de información enviado por los usuarios para cada PVC supera esta suma, la red puede entrar en estado de congestión, afectando grandemente su funcionamiento. Tabla 3.1. Parámetros establecidos en los PVC para cada simulación. #. CIR. Bc. Be. Bc+Be. Cantidad de. Simulaciones. (Mbps). (Mbit). (Mbit). (Mbit). estaciones.. 1 (escenario1). 2,048. 2,048. 0. 2,048. 2500. 2 (escenario2). 2,048. 2,048. 0. 2,048. 1250. 3 (escenario3). 1,024. 1,024. 0,512. 1,536. 2500. 4 (escenario4). 0,768. 0,768. 0,256. 1,024. 2500.

(46) CAPÍTULO 3. RESULTADOS. 36. 3.1.1 Análisis de la comparación de los resultados obtenidos en las simulaciones realizadas a los escenarios 1 y 2. Los resultados que se presentan a continuación corresponden a la comparación establecida entre las dos primeras simulaciones. (FR1: escenario1 y escenario 2). o Acceso simultáneo del total de estaciones de la UCLV (escenario 1). o Acceso simultáneo reduciendo a la mitad el número de estaciones de la UCLV (escenario 2).. Fig. 3.1 Utilización del enlace UCLV-Santa Clara. La Fig. 3.1 representa gráficamente la comparación en cuanto a utilización del enlace UCLV-Santa Clara, obtenida de los resultados alcanzados en estas simulaciones. Se puede ver que de una utilización a otra, la diferencia es mínima, concluyendo que para ambas posibilidades el enlace estará saturado, provocando por consiguiente que la red se congestione..

(47) CAPÍTULO 3. RESULTADOS. 37. Fig. 3.2 Grado de congestión en la red. La Fig. 3.2 representa la comparación del grado de congestión presente en la red entre ambas simulaciones. A pesar de que la utilidad del enlace para ambos casos es similar, se ve en la Fig. 3.2 que el grado de congestión obtenido para la primera simulación es considerablemente grande con respecto al obtenido en la segunda simulación. La reducción del número de estaciones a la mitad, hace que el flujo de información que circule por la red disminuya considerablemente (Fig. 3.3).. Fig. 3.3 Flujo de información..

(48) CAPÍTULO 3. RESULTADOS. 38. La Fig. 3.3 representa la comparación en cuanto a flujo de información que circula por la red, se puede ver la gran diferencia entre ambas simulaciones, lo cual es la causa de los diferentes niveles de congestión. 3.1.2 Análisis de los retardos obtenidos en las simulaciones realizadas a los escenarios 1 y 2. La disminución del número de estaciones manteniendo la configuración de los parámetros para cada uno de los PVC, demuestra que la red experimenta una considerable mejoría en cuanto a retardo extremo-extremo, a continuación se presenta las estadísticas del retardo extremo-extremo para cada simulación. Tabla 3.2 Estadísticas del retardo extremo-extremo experimentado por la red. Promedio (mseg) Máximo (mseg) Escenario 1. 18. 53. Escenario 2. 11. 35. La Fig. 3.4 representa gráficamente la diferencia en cuanto al retardo extremo-extremo experimentado por la red para ambas simulaciones, corroborando la disminución mostrada en la tabla 3.2. Con estas simulaciones se demuestra que para una misma configuración de los parámetros de los PVC, la relación congestión-retardos es proporcional, mientras el estado de congestión en la red sea mayor, los usuarios de la misma se verán afectados en mayor medida por los retardos..

(49) CAPÍTULO 3. RESULTADOS. 39. Fig. 3.4 Retardo extremo-extremo experimentado por la red. 3.1.3 Análisis de la comparación de los resultados obtenidos en las simulaciones realizadas a los escenarios 1, 3 y 4. Los resultados que se presentan a continuación corresponden a la comparación establecida entre las simulaciones que tienen en cuenta la variación de los parámetros de los PVC. (FR1: escenario1, escenario3 y escenario 4). La Fig. 3.5 representa gráficamente la comparación de la utilización del enlace UCLVSanta Clara obtenida de los resultados alcanzados en cada una de estas simulaciones. Se observa como a medida que se reconfiguran los parámetros para los PVC, específicamente disminuyendo el CIR y por consiguiente Bc, la utilización en el enlace UCLV-Santa Clara disminuye hasta adquirir un valor de aproximadamente el 50 porciento de la capacidad total del enlace..

(50) CAPÍTULO 3. RESULTADOS. 40. Fig. 3.5 Utilización del enlace UCLV-Santa Clara. La suma de Bc y Be nunca debe sobrepasar la capacidad física del enlace, ni tampoco resulta recomendable que la iguale o adquiera valores que superen el 80 porciento aproximadamente. La Fig. 1.1 muestra los niveles adecuados de configuración de los parámetros para los PVC.. Fig. 3.6 Grado de congestión en la red. La Fig. 3.6 representa la comparación del grado de congestión presente en la red entre estas simulaciones. Se puede ver que con la disminución del CIR el comportamiento de la red.

(51) CAPÍTULO 3. RESULTADOS. 41. mejora sustancialmente. Para el caso de la primera simulación donde el valor configurado para el CIR iguala la velocidad física del enlace, se puede ver que la congestión adquiere valores muy superiores a los alcanzados en las demás simulaciones, debido a que los paquetes fácilmente superan esta velocidad. 3.1.4 Análisis de los retardos obtenidos en las simulaciones realizadas a los escenarios 1, 3 y 4. La Tabla 3.3 muestra las estadísticas del retardo extremo-extremo para cada una de las simulaciones. Tabla 3.3 Estadísticas del retardo extremo-extremo experimentado por la red. Promedio (mseg) Máximo (mseg) Escenario 1. 18. 53. Escenario 3. 30. 70. Escenario 4. 30. 70. La Fig. 3.7 muestra gráficamente los resultados expuestos en la Tabla 3.3. Los valores promedios en los escenarios 3 y 4 tienen igual valor, aunque se puede ver en la gráfica que el escenario 4 tiende a estabilizarse sobre un valor superior al del escenario 3. Este aumento observado en los retardos, se debe a que buscando un mejoramiento en el funcionamiento de la red, se disminuyen los valores de CIR y Bc, limitando a los usuarios la velocidad en que pueden transmitir la información y por consiguiente que los paquetes viajen a través de los PVC a menores velocidades..

(52) CAPÍTULO 3. RESULTADOS. 42. Fig. 3.7 Retardo extremo-extremo experimentado por la red. Con el análisis de este grupo de simulaciones se puede concluir, que en el funcionamiento de la red en general, se observa una mejoría sustancial con la nueva reconfiguración de parámetros, pero a cambio, los usuarios tendrían que pagar sufriendo los efectos adversos de mayores retardos, además se verían limitado en cuanto a flujo de información a transmitir. Fig. 3.8.. Fig. 3.8 Flujo de información..

(53) CAPÍTULO 3. RESULTADOS. 3.2. 43. Enlace con Internet. (Proyecto FR2).. Para analizar la conexión con el acceso a Internet se realizaron también cuatro simulaciones. Las características de las mismas se presentan en la Tabla 3.4. Esta tabla incluye también la suma de Bc y Be. Los resultados que se observen en cada una de estas simulaciones se asemejan al comportamiento del enlace en la realidad. Tabla 3.4 Parámetros establecidos en el PVC para cada simulación. #. CIR. Bc. Be. Bc+Be. Acceso a los. Simulaciones. (Mbps). (Mbit). (Mbit). (Mbit). servicios.. 1 (escenario1). 1,024. 1,024. 0. 1,024. Simultaneo. 2(escenario2). 1,024. 1,024. 0. 1,024. Al azar. 3(escenario3). 0,768. 0,768. 0,256. 1,024. Simultaneo. 4(escenario 4). 0,512. 0,512. 0,128. 0,640. Simultaneo. 3.2.1 Análisis de la comparación de los resultados obtenidos en las simulaciones realizadas a los escenarios 1 y 2. Los resultados que se presentan a continuación corresponden a la comparación establecida entre las dos primeras simulaciones. (FR2: escenario1 y escenario 2). o Acceso simultáneo del total de estaciones de la UCLV (escenario 1). o Acceso simultáneo reduciendo a la mitad el número de estaciones de la UCLV (escenario 2)..