Propuesta de una red de área metropolitana para la ciudad de Santa Clara

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Facultad de Ingeniería Eléctrica. Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica.. Propuesta de una Red de Área Metropolitana para la Ciudad de Santa Clara. Tesis presentada en opción al Título Académico de Máster en Ciencias Telemáticas Maestría de Telemática. Autor:. Ing. Gustavo Ricardo Montesino Reyes.. Tutores:. Dr. Félix Álvarez Paliza. MSc. Vitalio Alfonso Reguera.. Santa Clara, 2004. Año del 45 aniversario del Triunfo de la Revolución..

(2) Resumen.. Resumen. El presente trabajo se dedica al diseño de una Red de Área Metropolitana para la ciudad de Santa Clara. A partir de una solicitud realizada por la dirección del Partido en la provincia a la Empresa de Telecomunicaciones de Cuba resultó evidente la necesidad de reanimar la Red Metropolitana de la Ciudad de Santa Clara, Red Abel, cuyo diseño e implementación son en estos momentos obsoletos si se tienen en cuenta las necesidades y las posibilidades actuales. Para esto se realizó un estudio preliminar acerca de las características generales de las Redes Metropolitanas y un estudio comparativo de los casos típicos de las mismas en cuanto a sus rasgos más importantes. A partir de esto se realiza el análisis de la red que se encuentra instalada en estos momentos, de su estructura y de sus clientes actuales y potenciales. Con los elementos anteriores, y teniendo en cuenta las posibilidades actuales debidas al plan de modernización y ampliación de las telecomunicaciones llevado a cabo por la Empresa de Telecomunicaciones de Cuba y las necesidades de la informatización de la sociedad acometida de manera integral por todas las entidades del territorio, se realiza la propuesta de Red Metropolitana para la ciudad de Santa Clara. Además se realiza la propuesta de la cartera de servicios que debe prestar esta red, que será la que le dará su verdadero valor.. 2.

(3) Tabla de Contenido. Tabla de Contenido Resumen.. 2. Tabla de Contenido. 3. Introducción.. 5. Capítulo 1. 7. Redes de Área Metropolitana.. 1.1. Definiciones.. 1.2. Características de las Redes MAN.. 12. 1.3. Componentes de una red Metropolitana.. 14. 1.4. Estándares.. 16. 1.4.1. DQDB. 17. 1.4.2. FDDI. 17. 1.4.3. ATM. 19. 1.4.4. E-MAN. 20. 1.5. Tecnologías de Transmisión. 9. 28. 1.5.1. SDH/SONET. 28. 1.5.2. WDM. 29. 1.5.3. Redes totalmente ópticas.. 30. 1.6. Equipamiento. 31. 1.7. Sistema de cableado. 33. 1.8. Servicios y Aplicaciones.. 34. 1.9. Integración.. 38. 1.10. Resumen de las características fundamentales.. 42. 1.11. Conclusiones parciales. 43. 3.

(4) Tabla de Contenido Capítulo 2. Caracterización de la Red Abel. 45. 2.1. Origen. 45. 2.2. Características.. 46. 2.2.1. Usuarios.. 46. 2.2.2. Estructura actual. 46. 2.2.3. Servicios. 48. 2.2.4. Usos de la red. 49. 2.2.5. Insuficiencias en la operación. 49. 2.3. Necesidades de los usuarios. 50. 2.4. Conclusiones parciales.. 51. Capítulo 3. MAN para la ciudad de Santa Clara.. 52. 3.1. Premisas de diseño.. 52. 3.2. Variantes de diseño de red.. 57. 3.2.1. MAN ATM. 57. 3.2.2. LAN extendida.. 61. 3.3. Valoración Social. 65. 3.4. Conclusiones parciales. 66. Conclusiones.. 67. Recomendaciones.. 68. Referencias.. 69. Bibliografía.. 71. Glosario de términos.. 74. 4.

(5) Introducción.. Introducción. El desarrollo de la infraestructura tecnológica de las redes de transporte de voz y datos en nuestro país y la acelerada introducción de las nuevas tecnologías de información y de las comunicaciones ha provocado un rápido despegue en la utilización de los servicios prestados por estas, de lo que se ha derivado un conjunto de necesidades nuevas en todos los factores involucrados en el proceso. Por una parte las posibilidades de la Empresa de Telecomunicaciones de Cuba de ofrecer servicios de nuevo tipo relacionados con la transmisión de datos la obliga a encontrar clientes potenciales de los mismos y a crear una cultura de empleo masivo de estos recursos en el sector con más posibilidades de contratarlos. Por otro lado las empresas e instituciones tanto a escala nacional como territorial ven en estas nuevas tecnologías potenciales fuentes de ahorro de recursos, competitividad y de mejora en la velocidad y capacidad de respuesta a eventos comerciales, tecnológicos, naturales, sociales, etc., relacionados con su accionar. Actualmente las entidades gubernamentales y algunas empresas de la ciudad de Santa Clara se encuentran interconectadas mediante un sistema diseñado a mediados de los noventa que ya resulta obsoleto y que no suple las reales necesidades, algunas de ellas todavía no conscientes, de sus clientes. En este sentido un estudio exploratorio inicial realizado, aportó las siguientes consideraciones: •. Es importante, en la Ciudad de Santa Clara, el empleo de una red de transmisión de datos que, enlace las distintas entidades políticas, gubernamentales, económicas, educacionales y de carácter social. Para esto se hace necesario implementar una Red de Área Metropolitana en la ciudad para impulsar, en el contexto actual donde se funden el empleo de las nuevas tecnologías de la información y las telecomunicaciones, la informatización de la sociedad y los proyectos inherentes a la batalla de ideas.. •. En estos momentos se cuenta con una red metropolitana diseñada a mediados de los 90 que no satisface, debido a características técnicas, a los servicios que presta y a las políticas de empleo de esta, las necesidades de las entidades que enlaza.. •. Muchas de estas necesidades se encuentran aún en estado latente o sea no han sido. 5.

(6) Introducción. siquiera asumidas en su gran mayoría como tales por lo que además del diseño e implementación de la red se hace imprescindible incrementar la cultura de comunicaciones y de empleo de estas herramientas. •. Las posibilidades que una red de este tipo proporciona a la gestión de los procesos de gobierno en cuanto a velocidad de transmisión de información, inmediatez en la adquisición y utilización de esta, ahorro de recursos etc, hacen necesario que se cuente con la infraestructura necesaria para que esto se convierta en una realidad.. •. El rediseño físico y conceptual de esta red es de importancia capital para lograr que esta se convierta en el corazón de las comunicaciones de datos entre las entidades a las cuales pretende dar servicio.. Por estas razones el presente trabajo se propuso el siguiente objetivo: Diseñar una red de área metropolitana con una arquitectura moderna, fiable y escalable que pueda convertirse en el núcleo de las comunicaciones de datos entre las entidades involucradas en el proceso. Esta red debe ser capaz de suplir en un futuro cercano las crecientes necesidades del territorio mediante la incorporación a la red de nuevos clientes y tendrá una cartera de servicios que haga de esta una herramienta a la vez útil y atractiva. El presente trabajo se dedica a diseñar la arquitectura de red, necesaria para lograr las mejoras deseadas, y a proponer la cartera de servicios de la misma. Esto se logra a partir de la realización en, el primer capítulo, de un estudio del estado del arte en el tema del diseño de Redes de Área Metropolitana a escala mundial y de una comparación entre los distintos casos típicos de redes metropolitanas. Luego se efectúa, en el segundo capítulo, el análisis de la estructura de la red existente y de los clientes interconectados por ella, así como de las necesidades que tienen estos de servicios que puede brindar la red. En el tercer capítulo se realiza la propuesta de Red Abel que se debe implementar, así como de los servicios que esta debe prestar.. 6.

(7) Redes de Área Metropolitana.. Capítulo 1 Redes de Área Metropolitana. Una red de área metropolitana (MAN) es una red que interconecta usuarios con recursos de computación en un área geográfica mayor que la cubierta por cualquier LAN (local area network) por muy grande que esta sea pero cuyo cubrimiento es inferior al de una red de área extendida. Las redes de área metropolitana son una entidad en si que se encarga de hacer el interfaz entre los diferentes tipos de redes en un área geográfica extensa. En el presente capítulo se presenta una panorámica del desarrollo actual de este tipo de redes. Antes de pasar a una descripción de las MAN conviene revisar las razones que justifican en el entorno actual de las telecomunicaciones el crecimiento en las capacidades o la instalación de este tipo de redes donde no existan.. Figura 1.1.. Evolución del tráfico de datos y de voz.. El crecimiento del tráfico de datos y su predominio sobre el tráfico de voz en los últimos años tal como se muestra en la figura 1 [1] provocado por el incremento exponencial en el empleo de las redes de computadoras, por la explosión en el uso de Internet por clientes tanto residenciales como de negocios y por la migración de los servicios tradicionales hacia este entorno, se ha traducido en un crecimiento la demanda de velocidad de conexión como se muestra en la figura 2. [2] Por otro lado la necesidad de crecimiento acelerado de estas redes está condicionada por el incremento en la concentración de los servicios de datos en las áreas metropolitanas, fundamentalmente en edificaciones que albergan empresas de todo tipo, centros de datos y puntos de presencia. En estos momentos se accede a la mayor parte de los datos dentro del área 7.

(8) Redes de Área Metropolitana. metropolitana debido a que: •. Los proveedores de servicios han construido y continúan construyendo sus. centros de datos en las áreas metropolitanas para manejar las demandas de tráfico local y la mayor parte de las compañías más grandes tienen varios emplazamientos con sus respectivos centros de datos, que se comunican uno con otro, dentro del área metropolitana. Estas compañías están incrementando su velocidad de conexión del empleo de DSL, OC-3 y acceso inalámbrico de banda ancha lo que provoca un incremento de la cantidad de datos que circulan entre y hacia sus redes. •. El tráfico B2B (Business to Business) continúa creciendo, muchas. compañías tienen conexiones unas con otras dentro de determinadas áreas metropolitanas y las aplicaciones de negocios se han hecho mucho más ricas en contenido mediante el empleo de gráficos y video. •. Existe un incremento significativo en la cantidad de usuarios residenciales. que contratan servicios de banda ancha.. Figura 1.2.. Velocidad de conexión a Internet de las pequeñas y medianas empresas.. 8.

(9) Redes de Área Metropolitana. Las razones anteriores justifican perfectamente el extraordinario interés en el desarrollo de las redes de área metropolitana que se experimenta en estos momentos.. 1.1 Definiciones. Es difícil llegar a una definición del concepto de red metropolitana capaz de contener todas las entidades que se agrupan bajo este nombre. Dicha red puede ser geográficamente pequeña, como en muchas ciudades europeas. En otros casos, puede ser relativamente grande si consideramos, por ejemplo, las redes metropolitanas de ciudades como Beijing, Nueva York, México o Sao Paulo. Lo mismo puede decirse para el tráfico desarrollado por estas redes. La capacidad de tráfico de una gran red metropolitana puede ser superior al tráfico dorsal de numerosos países de tamaño medio. [3] Como se muestra en la figura 1, la explosión en la demanda de ancho de banda se debe fundamentalmente al crecimiento en el tráfico de datos específicamente al protocolo IP (Internet Protocol). Los principales proveedores de servicio reportan que la demanda de ancho de banda se duplica en sus redes dorsales cada 6 o 9 meses. Fundamentalmente debido al crecimiento de cerca de 300 por ciento en el tráfico de Internet cada año, mientras que el tráfico de voz crece en un ritmo compuesto anual de solo un 13%.[3],[4] Al mismo tiempo que el volumen de tráfico de red se incrementa, la naturaleza de este tráfico se hace más compleja. El tráfico transportado por una red dorsal puede originarse a partir de comunicaciones basadas en circuitos (voz y fax TDM (time division multiplexing)), basado en paquetes (IP), o basado en celdas (ATM (asynchronous transfer mode) o Frame Relay). Además se incrementa la proporción del tráfico sensible a los retardos tal como el tráfico de voz sobre IP y el video.. 9.

(10) Redes de Área Metropolitana.. Figura 1.3.. Jerarquía de las redes.. En respuesta a este crecimiento explosivo del ancho de banda, junto al surgimiento del IP como el basamento común de todos los servicios, los grandes proveedores de servicio se separan de los sistemas basados en TDM los cuales fueron optimizados para el tráfico de voz, pero que son costosos e ineficientes en las nuevas condiciones. Mientras tanto las redes metropolitanas, que en muchos casos actúan como pasarela entre las LAN y las WAN como se muestra en la figura 2, están experimentando el impacto de la congestión creciente así como requerimientos que crecen rápidamente que demandan una provisión más simple y más rápida que la que es posible con los viejos equipamientos y tecnologías. En otros casos se considera que las MAN son grandes redes de computadoras que se extienden de un campus o de una ciudad. Las tecnologías más comúnmente utilizadas para este propósito son ATM, FDDI (fiber distributed data interface), SMDS (switched multimegabit data service) y más recientemente Gigabit Ethernet. Según este criterio la MAN es una red de computadores tal como una LAN que se extiende por un área geográfica superior. Una MAN es una red de alta velocidad (banda ancha) que, dando cobertura en un área geográfica mayor que la cubierta por una LAN; proporciona capacidad de integración de múltiples servicios mediante la transmisión de datos, voz y video sobre medios de transmisión tales como fibra óptica, cable coaxial y par trenzado de cobre a velocidades que van desde los 2 Mbits/seg 10.

(11) Redes de Área Metropolitana. hasta 155 Mbits/seg e incluso pueden llegar a los Gbits/seg, y distancias de hasta 150 km [5]. Este criterio tiene en cuenta para la clasificación tanto los aspectos de extensión como los de la velocidad necesaria para estas al considerar que una MAN: debe proveer conectividad digital de un área regional a una metropolitana, generalmente no tiene elementos de conmutación pues posee un medio de difusión al cual se conectan todas las computadoras (esto simplifica mucho el diseño comparado con otros tipos de redes) y dispone de un estándar especial DQDB (dual queue dual bus) IEEE 802.6(Institute of Electrical and Electronical Engineers).. En realidad una red de área metropolitana es algo más complejo que cualquiera de las definiciones individuales que se presentan más arriba. El concepto de MAN representa una evolución del concepto de red de área local a un ámbito más amplio, tanto geográfico como de servicios, cubriendo áreas de una cobertura superior que en algunos casos no se limitan a un entorno metropolitano sino que pueden llegar a una cobertura regional e incluso nacional mediante la interconexión de diferentes MANs. En muchas ciudades por debajo de las calles corren cables de cobre o fibra óptica. Por encima del suelo encontramos tecnologías inalámbricas microondas y láseres. Estas tecnologías están limitadas a distancias por debajo de los 150 kilómetros. Estas limitaciones son las que describen a las redes de área metropolitana La implementación de una MAN en la mayoría de los casos se justifica por razones de reducción de costos y de mejora de los parámetros de calidad de servicio -QoS (Quality Of Service)- en el usuario. La reducción del costo se alcanza minimizando el costo de la transmisión, posible por la integración de voz y datos y por la mejora en la eficiencia de los sistemas. El servicio al cliente se mejora de facilidades de información disponibles. Adicionalmente, el cliente puede investigar nuevas aplicaciones tales como transmisión de imágenes y videoconferencia. Muchos tipos de MAN permiten la transmisión no sólo de datos, sino también de voz y video. Se recomienda el empleo de una red MAN cuando haya necesidad de transportar simultáneamente diferentes tipos de tráfico tales como datos, voz y video sobre un área del entorno a 150 Km de diámetro para entornos tanto públicos como privados. En muchos casos las MAN se convierten en la red dorsal de las ciudades en que se implementan ya que son capaces de proveer transporte para todos los servicios de comunicaciones.. 11.

(12) Redes de Área Metropolitana.. 1.2 Características de las Redes MAN. Una MAN puede ser pública o privada. Un ejemplo de MAN privada sería un gran departamento o administración con edificios distribuidos por la ciudad, transportando todo el tráfico de voz y datos entre edificios por medio de su propia MAN y encaminando la información externa por medio de los operadores públicos. Los datos podrían ser transportados entre los diferentes edificios, bien en forma de paquetes o sobre canales de ancho de banda fijo. Las aplicaciones de video pueden enlazar los edificios para reuniones, simulaciones o colaboración de proyectos. Un ejemplo de MAN pública es la infraestructura que un operador de telecomunicaciones instala en una ciudad con el fin de ofrecer servicios de banda ancha a sus clientes localizados en esta área geográfica. Cuando se discute la topología de las redes metropolitanas se distingue entre núcleo de red metropolitano y red de acceso. Núcleo de red metropolitano: Anillo de 80 a 150 Km de diámetro y 6 a 8 nodos. Red de acceso: Anillo de 10 a 40 Km de diámetro y 3 a 4 nodos, y ramificaciones a redes distantes. Las razones por las cuales se hace necesaria la instalación de una MAN en el ámbito corporativo o el acceso a una red pública de las mismas características se resumen a continuación: Posibilidad de interconectar gran cantidad de Nodos de red. Las MANs permiten superar los 500 nodos de acceso a la red, lo que las hace muy eficaces para entornos públicos y privados con un gran número de puestos de trabajo.[5] La gran Extensión de la Red. Las redes de área metropolitana permiten alcanzar un diámetro aproximado de 150 Km, dependiendo del alcance entre nodos de red y del tipo de cable utilizado, así como de la tecnología empleada. Este diámetro se considera suficiente para abarcar un área metropolitana. [3][5] Las redes de área metropolitana permiten Distancias entre Nodos de Acceso de varios kilómetros, dependiendo del tipo de cable. Estas distancias se consideran suficientes para conectar diferentes edificios en un área metropolitana o campus privado. [1][6] 12.

(13) Redes de Área Metropolitana. Posibilidad de ofrecer Tráfico en Tiempo Real. Las redes de área metropolitana garantizan tiempos de acceso a la red mínimos, lo cual permite la inclusión de servicios síncronos necesarios para aplicaciones en tiempo real, donde es importante que ciertos mensajes atraviesen la red sin retraso, incluso cuando la carga de red es elevada. [7][8][9] Capacidad para la Integración de voz/datos/video. Adicionalmente a los tiempos mínimos de acceso, los servicios síncronos requieren una reserva de ancho de banda; tal es el caso del tráfico de voz y video. Por este motivo las redes de área metropolitana son redes óptimas para entornos de tráfico multimedia, aunque no todas las redes metropolitanas soportan tráficos isócronos. [10] [11][12] Alcanzan una Alta Disponibilidad referida esta al porcentaje de tiempo en el cual la red trabaja sin fallos. Las redes de área metropolitana tienen mecanismos automáticos de recuperación frente a fallos, lo cual permite a la red recuperar la operación normal después de un fallo. Cualquier fallo en un nodo de acceso o cable es rápidamente detectado y aislado. Las redes MAN son apropiadas para entornos como control de tráfico aéreo, aprovisionamiento de almacenes, bancos y otras aplicaciones comerciales donde la indisponibilidad de la red tiene graves consecuencias. [1][5]][14] Tienen Alta Fiabilidad referida a la tasa de error de la red mientras se encuentra en operación. Se entiende por tasa de error el número de bits erróneos que se transmiten por la red en un tiempo determinado. En general la tasa de error para fibra óptica es menor que la del cable de cobre de igual longitud. Esta característica permite a las redes de área metropolitana trabajar en entornos donde los errores pueden resultar desastrosos como es el caso del control de tráfico aéreo. [1][5][14] Obtención de Altos Niveles de Seguridad. La fibra óptica ofrece un medio seguro porque no es posible leer o cambiar la señal óptica sin interrumpir físicamente el enlace. La rotura de un cable y la inserción de mecanismos ajenos a la red implican una caída del enlace de forma temporal. [1][5] [13] Elevada Inmunidad al Ruido. En lugares críticos donde la red sufre interferencias electromagnéticas considerables la fibra óptica ofrece un medio de comunicación libre de ruidos.. 13.

(14) Redes de Área Metropolitana.. 1.3 Componentes de una red Metropolitana. Las redes metropolitanas constan de: •. Red de acceso. Es la conexión entre el terminal de usuario y la red de datos. Se usan pares de cobre, cable coaxial, fibra óptica y radio. La extensa base de pares de cobre instalada desde los abonados hasta la central ha llevado a buscar una tecnología que los capacite para ser utilizados eficazmente para la transferencia de datos. Los avances en las tecnologías de líneas digitales de abonado, junto con técnicas mejoradas de codificación que permiten una gran compresión al tiempo que mantienen la calidad, hacen que ahora sea posible ofrecer servicios aceptables de video por el bucle local[1][2]. Las tecnologías más usadas son[2]: – Par trenzado de cobre (XDSL1 (módem ADSL y ADSL+ y VDSL)). – Cable coaxial (CMTS (Cable Modem Termination System)). – Fibra óptica (FTTB o PON). (Fibre To The Building y Passive Optical Network) – Acceso Radio Fijo (LMDS (Local Multiport Distribution System)). – Acceso móvil (Servicio GPRS/UMTS). (General Packet Radio Service/Unified Mobile Telecommunications Systems) Aunque la FTTH (Fibre To The Home) es difícil de justificar donde exista instalación de cobre en buenas condiciones, hay situaciones en las que el despliegue de las (PON) tiene sentido: – Aplicaciones en campo. – Donde existe instalación de cobre que necesita ser reemplazada. – Comunidad de intereses para invertir en infraestructura de fibra. [3]. 1. DSL: Digital Subscriber Line. Ver el glosario para el resto.. 14.

(15) Redes de Área Metropolitana. Además, un PON puede ser utilizado para alimentar con costo eficaz pequeños núcleos remotos que contienen terminaciones DSL y posiblemente terminaciones de POTS. Una PON proporciona agregación pasiva de fibra, con los siguientes beneficios: – Costo más bajo de inversión en fibra (una simple fibra desde la central puede ser dividida en el terreno para alimentar hasta 32 usuarios). – Eliminación de plantas electrónicas exteriores y de los costos asociados de propiedad. – Reducción de los gastos operativos, puesto que no hay elementos activos que mantener. – Posibilidad de ofrecer servicios de voz, datos y video. •. Red de acceso a metro (agregación). Esta es el área de transmisión que transporta tráfico entre los locales de clientes y los puntos de entrega del servicio. El área de agregación es el lugar donde el tráfico de numerosas interfaces de pequeña capacidad (interfaces de usuario final) es agregado y entregado a la entrada de los equipos en un número limitado de interfaces de alta capacidad. Hoy día en esta área predominan los equipos TDM, SONET y SDH. Sin embargo, el incremento de la demanda de servicios de datos está conduciendo a la utilización de nuevas tecnologías como la WDM. •. Red Metropolitana (principal). Su principal cometido es el encaminamiento / conmutación de tráfico sobre larga distancia entre los puntos de entrega de servicio. Para resolver el aumento de demanda de ancho de banda se introduce la DWDM, que amplía la capacidad de la fibra y reduce el costo de la transmisión de larga distancia.. 15.

(16) Redes de Área Metropolitana.. Figura 1.4.. Componentes de una MAN. 1.4 Estándares. En un inicio la principal razón para distinguir una MAN como una categoría especial era que se había adoptado un estándar para que esta funcione: DQDB. EL DQDB consiste en dos buses (cables) unidireccionales, los cuales se conectan a todas las computadoras. El tráfico destinado a una computadora situada a la derecha del emisor usa el bus superior, el tráfico hacia la izquierda usa el bus inferior. [12] Esta normativa propuso inicialmente velocidades de transferencia desde 34 Mbits/seg a 155 Mbits/seg. El servicio más utilizado dentro de IEEE 802.6 es el SMDS que utiliza técnicas de transmisión y conmutación como producto de evolución de las redes de área local adaptadas a las redes públicas. Estas redes, a las que hasta hace poco se les consideró el principal cuello de botella entre las LAN y las WAN, experimentan un radical incremento en cuanto al ancho de banda en los últimos años. Las dos principales redes de este tipo definen 100 Mbits/seg para FDDI y de 2 a 300 Mbits/seg para el DQDB aunque en la práctica se sugiere para estas últimas hasta 150 Mbps. Estos son valores elevados y en su momento jugaron su rol, pero con el incremento de ancho de banda en las LAN y de los servicios de banda ancha se fueron rezagando. Una primera solución ha sido la implementación de ATM, que permite alcanzar 155 y 622,8 Mbits/seg; más recientemente esto se está resolviendo con la implementación de las E-MAN, lo que permite llevar a las MAN las más 16.

(17) Redes de Área Metropolitana. altas velocidades logradas por Ethernet (1 y 10 Gbit Ethernet). A continuación se presenta una descripción general de los diferentes tipos de redes de área metropolitana más importantes. Durante la realización del estudio se encontraron múltiples implementaciones de redes de área metropolitana. Sin embargo, realizar una descripción exhaustiva de todas conduciría en ocasiones a redundar y en otras a discutir tecnologías que por su poca aplicación perspectiva no son de interés para los fines del trabajo. Se escogieron por tanto solamente aquellos tipos de redes que por su interés histórico o metodológico constituyen un elemento importante. Se realizará una explicación de las redes tipo DQDB, FDDI, ATM y E-MAN y luego se procederá a una breve comparación entre estas.. 1.4.1 DQDB. 1.4.1.1 Características Generales Es una tecnología de transmisión de paquetes entre MAN y WAN a alta velocidad bajo fibra óptica. [12] Fue desarrollado como una tecnología de distribución rápida de paquetes por la universidad de Western Australia en 1985. En 1987, la unidad comercial de la universidad (Unicom Research) se vinculó con Telecom Australia (Telstra) para desarrollar y comercializar la tecnología QPSX. QPSX fue sometido a consideración por la IEEE por los términos de referencia de la norma 802.6. Casi inmediatamente la IEEE cambió el nombre de la tecnología por DQDB.. 1.4.2 FDDI. 1.4.2.1 Características Generales FDDI no es más que una evolución de las LAN FDDI gracias a las características de la fibra óptica que ofrece el ancho de banda y las distancias necesarias en este entorno. (Aunque con arquitectura LAN). [12] FDDI es una red de alta velocidad basada en un medio de transmisión de fibra óptica con una estructura de red en doble anillo que permite transmisiones de hasta 100 Mbits/seg y distancias de hasta 200 Km 17.

(18) Redes de Área Metropolitana. El cableado de la FDDI está constituido por dos anillos de fibras, uno transmitiendo en el sentido de las agujas del reloj y el otro en dirección contraria. El primero funciona como anillo principal y el segundo como respaldo o back up. El hecho de poseer dos anillos hace que la red FDDI sea altamente tolerante a fallas. El control de la red es distribuido, razón por la cual si falla un nodo real, el resto recompone la red automáticamente. Su principal utilidad es la interconexión entre ordenadores de alta velocidad y periféricos de todas las clases. Además, el FDDI se aplica como una red primaria o dorsal o anillo de alta velocidad de redes de cualquier tipo.. Figura 1.5.. Red FDDI. Sus características fundamentales son las siguientes[12][13]: – Protocolo MAC basado en el estándar IEEE 802.5 (token ring). – Protocolo LLC del estándar IEEE 802.5 utilizado para redes de área local. – Tiene doble anillo para soportar las fallas. – La velocidad es de 100 Mbps. – Se pueden conectar hasta 500 dispositivos por anillo, es decir, se pueden tener hasta 1000 conexiones físicas. – La longitud máxima es de 200 Km para el anillo y 2 Km entre nodos. – Permite ofrecer servicios de datos síncronos y asíncronos, es decir, servicios de ancho de banda asegurado y servicios no asegurados.. 18.

(19) Redes de Área Metropolitana. – Los datos son codificados en símbolos (4B5B).. 1.4.3 ATM. 1.4.3.1 Características Generales ATM surge por la demanda de redes con aplicaciones de imágenes que requieren una velocidad más rápida. Lo que se buscó fue una red capaz de brindar un ancho de banda suficiente, y que fuera conmutado, para que su costo fuera compartido. El secreto de la tecnología ATM para transmitir cualquier tipo de tráfico como voz, video y datos digitales es la descomposición de los paquetes de las capas superiores en celdas de tamaño pequeño y fijo. ATM es una técnica de transporte de telecomunicaciones, y se diferencia de STM (Synchronous Transfer Mode) en que no se transmite la información en paquetes de información repetitiva y sincronizadamente con algún contador de tiempo. En una red ATM, las celdas de información son nada más transmitidas cuando el usuario está accediendo o manipulando la información, al contrario de una red sincronizada, que transmitiría celdas, todo el tiempo, a veces vacías. Lo conveniente de las redes ATM es que también pueden contener en sus celdas todo tipo de información. ATM está orientado a conexiones, es decir, dos usuarios en diferentes equipos pueden establecer un canal simultáneo, pero a diferencia de redes de conmutación de circuito —como en la red telefónica— no se establecen apartando líneas físicas o anchos de banda particulares, sino por medio de multiplexado estadístico, que combina todos los canales y anchos de banda en la misma conexión física. Para los usuarios utilizando la red, esta función es transparente y les brinda canales o "circuitos virtuales" separados.. 19.

(20) Redes de Área Metropolitana.. Figura 1.6.. Red ATM. No le asigna un ancho de banda fijo a los usuarios ya que trabaja solamente cuando los usuarios envían información. Esta tecnología consiste en un protocolo en el cual la información a transmitir es almacenada en celdas de 53 bytes de largo de los cuales cinco se usan en el control de la transmisión y los restantes para el envío de la información útil (datos usuario). En cuanto a la seguridad es una red muy segura debido a que su conexión es punto a punto, o punto a multipunto. ATM es una de las tecnologías sumamente atractiva por sus características, pues soporta velocidades de 1.54, 6.3, 25.6, 51.8, 100, 155.5y 622 Mbits/seg. Estos anchos de banda permiten manejar sin problema alguno cualquier tipo de aplicación que sea incluso sensible al tiempo (como el video y el audio).. 1.4.4 E-MAN. 1.4.4.1 Características Generales. Ethernet ha sido tradicionalmente la tecnología más usada en las (LAN) de empresas gracias a su simplicidad y gran capacidad de ancho de banda (se prevé que dentro de dos años se alcanzarán los 100 Gbps) a un precio muy competitivo, no ha parado de evolucionar para adaptarse a las nuevas necesidades de las redes. Los conmutadores Ethernet, ahora con la capacidad de crear las VLAN, han demostrado ser una excelente herramienta para escalar las redes de empresa Ethernet.[15][16] 20.

(21) Redes de Área Metropolitana. Una evolución similar se ha visto en los usuarios particulares que, al adoptar las tecnologías de acceso de banda ancha, como el DSL, con interfaces Ethernet, han permitido que Ethernet penetre en sus hogares. Por otro lado, el aumento de su alcance —más de 70 Kilómetros—, unido a las capacidades de alto rendimiento en conmutación y enrutamiento, más los mecanismos avanzados de QoS para soportar tráfico en tiempo real de voz y video, le sitúa en una posición privilegiada para dar el salto a las redes MAN. E-MAN está concebida para suministrar la mejor solución posible para la interconexión de empresas o de otros nodos que tienen que transportar grandes volúmenes de datos IP o Ethernet. Es menos adecuada para el transporte de la TDM y se basa sobre todo en que el conjunto de los servicios migre hacia IP. La falta de funcionalidad multiservicio se compensa, en gran medida, porque la E-MAN efectúa una mejor agregación de los datos y porque representa una solución más económica que la SDH/SONET para la interconexión de las LAN/Ethernet. Superponer una E-MAN sobre una red metropolitana SDH/SONET (o WDM) existente es un medio económico y fiable de hacer frente al crecimiento del tráfico; mientras que estas últimas transportan todo el tráfico tradicional, la nueva E-MAN superpuesta se encarga del tráfico creciente, es decir, principalmente del tráfico de datos sobre IP, ideal para las E-MAN. Para que tenga lugar esta evolución, Ethernet debe probarse como una tecnología de calidad de operador.. 1.4.4.2 Nuevos Estándares Implementar las E-MAN requerirá de muchas actualizaciones. Primero, necesita que las capas físicas de Ethernet se extiendan hasta el bucle local y a las conexiones entre oficinas dentro de la MAN. Segundo, es necesario actualizar la capa de conmutación de Ethernet. Estas dos mejoras están ligadas principalmente a la escalabilidad de las grandes MAN, a exigencias de seguridad y a la necesidad de una creciente robustez frente a los fallos. Nuevas elecciones en las capas físicas de Ethernet.. 21.

(22) Redes de Área Metropolitana. En la actualidad, están en curso trabajos de normalización para definir una capa física Ethernet, tanto para el bucle local como para interconectar nodos en la red metropolitana. El bucle local se caracteriza por una variedad de medios sobre los cuales los operadores pueden ofrecer servicios de banda ancha. El grupo de trabajo EFM del IEEE ha iniciado la normalización de una capa física Ethernet para una amplia variedad de medios físicos del bucle local. Este grupo está definiendo una capa física Ethernet para el par trenzado, para interfaces ópticas punto a punto y para una topología PON. Se espera que una norma esté disponible para finales de este año. En el caso de acceso por cable, se ha definido una capa física Ethernet en la especificación de la DOCSIS.[16] Extensiones de la capa física Ethernet PHY. En las redes metropolitanas. El entorno metropolitano impone diferentes requisitos a la capa física Ethernet que los del bucle de acceso. En las redes metropolitanas, la PHY debe proporcionar generalmente una operación punto a punto fiable a largas distancias, así como compatibilidad con el equipo TDM/WDM ya instalado en la WAN. Para superar esto se han normalizado, en el marco de la norma IEEE 802.3ae, interfaces Ethernet a 1 Gigabit y últimamente 10 Gigabit para interfaces ópticas monomodo. El desarrollo se ha dividido en tres PHYs distintas, definidas para alcances de 10 Km y 40 Km sobre una fibra monomodo: [16] PHY con cuatro longitudes de onda a 3, 1, 2, 5 Gbits/s y codificación 8B/10B Ethernet clásica (LAN PHY). PHY con una única longitud de onda y con codificación 64B/66B más eficaz desde el punto de vista del ancho de banda (LAN PHY). PHY con una única longitud de onda, que incluye una WIS para proporcionar una salida compatible con SONET/SDH (WAN PHY). . El WIS asegura una función simplificada de generación de tramas SONET, y puede por tanto realizar ciertas funciones como la localización de fallos, que es importante para asegurar una. 22.

(23) Redes de Área Metropolitana. fiabilidad comparable a la de SDH/SONET. Hay que resaltar que una PHY SONET a 10 Gbit/s es compatible con los equipos TDM/WDM ya instalados en la red metropolitana y en la WAN. De hecho, la PHY está normalizada para las longitudes de onda de 1310 nm y 1550 nm, lo que da la posibilidad de desplegarla junto con el WDM que multiplexa numerosos canales ópticos en una sola fibra. Finalmente, el IEEE ha definido una funcionalidad suplementaria, conocida como agregación de enlaces (IEEE 802.3ad), que acerca Ethernet a la calidad de operador. La agregación de enlaces posibilita el tener una única conexión lógica entre dos nodos con diferentes enlaces físicos para llevar a cabo el equilibrado de carga y la rápida protección del enlace físico. Esta funcionalidad se puede utilizar por encima de todas las PHY Ethernet. Se puede, por tanto, decir que las extensiones de la capa física Ethernet, necesarias para estas MAN, están disponibles, y hasta cierto punto intentan ser compatibles con los equipos de transmisión existentes.. 1.4.4.3 Partes de una E-MAN Red de acceso: Representa la "ultima milla" entre la red y los diferentes edificios. En muchos casos, la XDSL de cobre será suficiente, pero para los sitios que producen mucho tráfico será necesaria la fibra. Red de acceso metro: Concentra el tráfico proveniente de diferentes edificios instalados en la zona metropolitana, está formada generalmente por anillos de fibra y cada uno de ellos tiene entre cinco y diez nodos. Red principal: Cubre a muchas ciudades o a una región con una gran densidad de empresas. Contiene los POPs, los cuales se interconectan mediante la arquitectura de la red y aseguran el acceso a la red dorsal Internet y centros de datos, generalmente situados en la proximidad de los nodos principales de estas redes. Estos centros de proceso sirven principalmente para alojar el contenido próximo al usuario. 23.

(24) Redes de Área Metropolitana.. 1.4.4.4 Flexibilidad en las E-MAN Los cortes en los cables suponen un serio problema en las redes metropolitanas, Ethernet siempre se ha basado en el STP para restablecer los fallos en los enlaces, pero pueden pasar hasta 30 segundos antes que la red se reconfigure. En las EMAN la totalidad del tráfico está en forma de paquetes y no hay circuitos entre los nodos, por lo que las técnicas SDH/SONET —tradicionalmente utilizadas para asegurar la resistencia frente a los cortes de los cables y a los fallos de los nodos, ya que son capaces de restablecer el tráfico en 50 mseg después de un fallo— no son factibles, pues presentan el inconveniente de que protegen la carga útil a nivel de contenedor. En consecuencia, hace falta organizar la protección a nivel de paquete. El IEEE está considerando dos opciones para mejorar esto. La primera optimiza el árbol de recubrimiento, mientras que la segunda introduce una nueva capa MAC específica para arquitecturas metropolitanas en anillo, que se llama RPR, y que está en curso de normalización como IEEE 802.17.[16] El RPR se considera la norma futura de protección a nivel de paquete. El RPR tiene la misma capacidad de protección que SDH/SONET, pero no exige que el tráfico esté organizado en contenedores. Además, el RPR permite proteger sólo las clases de servicios que lo necesitan, quedando el resto desprotegidas. El RPR se utiliza igualmente para asegurar un reparto equitativo del ancho de banda entre los nodos del anillo. Esto es importante ya que el ancho de banda del anillo será compartido por todos los nodos. Por último, el RPR ofrece las funcionalidades eficaces de CoS que se pueden utilizar para realizar una solución de QoS de extremo a extremo. El RPR suministrará a Ethernet la funcionalidad de anillo.. 1.4.4.5 Seguridad en las E-MAN En una red metropolitana, el operador debe poder asegurar la conectividad básica entre dos usuarios, o entre un número de usuarios por una VPN. Sin embargo, es esencial que el tráfico de clientes entre los que no se demanda conectividad de capa 2 esté segregado para eliminar la posibilidad de pirateo entre ellos.. 24.

(25) Redes de Área Metropolitana. En una red metropolitana se puede usar un principio similar al usado en las LAN (VLAN), como se define en la norma IEEE 802.1q. para separar diferentes clientes marcando los paquetes de los clientes A y B con el mismo identificador de VLAN. Sin embargo, aplicar este principio en la red metropolitana no resuelve realmente todos los problemas. Además, los usuarios pueden querer utilizar el etiquetado VLAN Ethernet para la separación de sus datos administrativos internos. Para no perturbar al etiquetado VLAN establecido por el cliente, la red metropolitana debería añadir un identificador similar, llamado identificador VMAN, a los paquetes Ethernet. La limitación de esta solución es que el identificador de VMAN sólo tiene 12 bits, lo que limita el número de VMAN a 4096. Mientras que esto puede ser suficiente para las redes metropolitanas de acceso, esta solución es muy limitada para el núcleo de la red metropolitana donde se necesita dar soporte a más de 4096 clientes. Para resolver este problema, se podría introducir la conmutación multiprotocolo con etiquetado MPLS. La idea principal es que las tramas Ethernet se encapsulen en el MPLS, según lo describe el PWE3 del IETF.[15]. Figura 1.7.. MPLS y Ethernet.. MPLS aumenta los numerosos beneficios de Ethernet con las capacidades de fácil aprovisionamiento, SLTs y QoS garantizada de extremo a extremo; reduce el Overhead IP y resuelve los problemas de manejo de rutas de las grandes redes. Ofrece, además, la potencia y escalabilidad de los túneles IP y permite aprovisionar de manera dinámica los túneles MPLS, conocidos como LSPs. Los LSPs pueden ser empleados para proporcionar QoS y establecer grupos 25.

(26) Redes de Área Metropolitana. de usuarios privados, además de garantizar los SLAs comprometidos. Debido a que la información de forwarding de MPLS está separada del contenido de la cabecera IP, puede trabajar junto con otros mecanismos de enrutamiento y mejorar así sus prestaciones y los de la red. MPLS mejora las funciones de Ethernet sin afectar a todo lo bueno de éste. EoMPLS implica dotar a una tecnología de Nivel 2 de capacidades de Nivel 3. MPLS aporta las capacidades orientadas a conexión que necesita Ethernet, centrada en el transporte, creando así servicios complejos con posibilidades de SLAs. El MPLS también se utiliza como tecnología de conmutación en la red metropolitana. Esto implica establecer LSP entre los nodos de acceso y los puntos periféricos de la red metropolitana. Variantes de uso de MPLS. Encapsulado MPLS y conmutación MPLS en la MAN: esto implica establecer LSP entre los nodos de acceso y los puntos periféricos de la red metropolitana. Se podrían utilizar LSPs apiladas para realizar una solución extensible, con la etiqueta exterior referida al túnel entre dos nodos metropolitanos y la etiqueta interior identificando al cliente. Sólo las etiquetas exteriores deberán ser interpretadas en el núcleo de la red metropolitana. Encapsulado MPLS y conmutación Ethernet en la MAN: consiste en utilizar el MPLS como un modo sencillo de encapsular los paquetes de LAN Ethernet en paquetes Ethernet conmutados en la MAN (es decir, con las direcciones MAC de origen y de destino de los nodos MAN). Esto reduciría considerablemente las tablas MAC de los nodos MAN. Podría ser una solución viable en el caso de pequeñas redes metropolitanas, o en el caso de conmutadores Ethernet ya desplegados en partes de la red.[15] La solución basada en MPLS tiene la ventaja de ofrecer no sólo conectividad punto a punto pura, como indica el grupo de trabajo PWE3 de l’IETF, sino que también puede soportar un VPLS. VPLS necesita la red metropolitana para emular un conmutador Ethernet que conecta las LAN Ethernet de empresa. Para implementar el conmutador Ethernet/MPLS se necesita una funcionalidad suplementaria en la periferia de la red metropolitana: además de las funciones de puente de capa 2 (aprendizaje de MAC, inundación, protocolo de árbol recurrente) se necesitan funciones de. 26.

(27) Redes de Área Metropolitana. distribución de etiquetas, descubrimiento automático de pertenencia a VPLS y multiplexado de túneles. Con EoMPLS, los operadores pueden ofrecer conectividad con servicios LAN transparentes garantizados, escalables y seguros. Además con el aprovisionamiento dinámico de MPLS, se mejora la gestión y manejabilidad de los túneles, reduciendo los problemas relacionados con su despliegue a gran escala. EoMPLS permite, además, ofrecer gran ancho de banda a un costo menor lo que, unido a los mecanismos de QoS extremo a extremo, garantiza el rendimiento de las nuevas aplicaciones críticas que necesitan y demandan los clientes. Las redes IP multiservicio tienen la capacidad de establecer contenidos y servicios personalizados; y MPLS permite a los operadores explotar estas redes para ofrecer niveles previsibles de QoS, latencia y fiabilidad para todo tipo de aplicaciones. IETF y OIF dirigen el desarrollo en curso de la GMPLS, una extensión de la MPLS para añadir soporte a la conmutación TDM, a SONET/SDH, a la conmutación de longitud de onda WDM y a la conmutación de puertos físicos (fibra). GMPLS promete crear un plano de control unificado que reducirá el número de capas en las redes de transmisión e IP. Para verificar que el tráfico de usuario va etiquetado con las informaciones de la VLAN y Para aplicar el SLA es necesario instalar un equipo controlado por la red en la periferia de la E-MAN. Este equipo llamado CLE está en el edificio y también asegura la terminación de la conexión por fibra óptica entre el primer nodo de la red y el edificio. Para que Ethernet se convierta en una tecnología de conmutación de calidad de operador tiene que ofrecer funcionalidades de segregación, flexibilidad, multiservicio y OAM. En la actualidad, Ethernet presenta ciertas insuficiencias en todos estos campos; la principal es su limitada escalabilidad y la lentitud de los restablecimientos. Además, los conmutadores Ethernet metropolitanos son muy sensibles al precio y, en consecuencia, el coste de añadir funciones de calidad de operador jugará un importante papel en la adopción de la Ethernet metropolitana.. 27.

(28) Redes de Área Metropolitana.. Tabla 1.1 Ethernet pasado y presente.. 1.5 Tecnologías de Transmisión Estas redes, según la tecnología de transmisión, se clasifican en dos tipos fundamentales: las SDH/SONET (Synchronous Digital Hierarchy/Synchronous Optical Network) y las WDM(wavelength division multiplexing), por lo que se reconocen las MAN SDH/SONET, (estas son las más utilizadas) y las MAN WDM, que están en un momento de efervescencia y constituyen la tecnología del futuro.. 1.5.1 SDH/SONET La tecnología más usada en las redes metropolitanas es la SDH/SONET gracias a su naturaleza multiservicio, Las características de esta tecnología se presentan a continuación: Puede transportar cualquier tipo de servicio, en especial el tráfico telefónico de las Centralitas Privadas (PBX), el tráfico conmutado por Frame Relay o el tráfico en ATM. La mayoría de las ventajas de las redes SDH se basan en su probada fiabilidad y capacidad de restauración.[17] Está perfectamente adaptado a los requisitos de servicios garantizados con SLA (service level agreements), muy estrictos entre operadores y clientes y presenta altas velocidades de transmisión de hasta 10 Gbits/seg. Es capaz de realizar una función simplificada de inserción / extracción: resulta mucho más fácil extraer o insertar canales de menor velocidad en las señales compuestas SDH de alta velocidad si se le compara con los sistemas PDH (Plesiochronous Digital 28.

(29) Redes de Área Metropolitana. Hierarchy) tradicionales. Alta disponibilidad, grandes posibilidades de ampliación y permite a los proveedores de redes reaccionar rápida y fácilmente a las demandas de sus clientes. Fiabilidad: Las modernas redes SDH incluyen mecanismos automáticos de protección y recuperación ante fallos. Plataforma a prueba de futuro: SDH es una plataforma excelente para multitud de servicios, pej. la telefonía tradicional, las redes RDSI(red digital de servicios integrados), la telefonía móvil, las comunicaciones de datos, y los servicios más recientes, como el VOD(Video On Demand) o la transmisión de video digital vía ATM. Interconexión: Con SDH es mucho más fácil crear pasarelas entre los distintos proveedores de redes y hacia los sistemas SONET. Las interfaces SDH están normalizadas, lo que simplifica las combinaciones de elementos de redes de diferentes fabricantes. Por esta razón los gastos en equipamiento son menores en los sistemas SDH que en los sistemas PDH.. Tabla 1.2 Jerarquía SONET/SDH. El problema fundamental que tiene que enfrentar la tecnología SDH/SONET consiste en que la demanda impuesta a la infraestructura de transporte por aplicaciones que necesitan un elevado ancho de banda y el crecimiento explosivo del Internet ha excedido los límites del TDM tradicional. La fibra óptica a quien se consideró como el medio que prometía un ancho de banda ilimitado se está agotando y el costo, la complejidad y las limitaciones para la escalabilidad de SONET se están convirtiendo en un problema a corto plazo.. 1.5.2 WDM La WDM ha sido una de las tecnologías clave que ha permitido la rápida expansión de 29.

(30) Redes de Área Metropolitana. Internet en todo el mundo durante los últimos cinco años.[1][4][18][19][20][21] Desde un principio, las redes de fibra han utilizado un sistema de TDM con una sola portadora óptica. Los sistemas TDM actuales han alcanzado una velocidad de 10 Gbits/seg, siendo la velocidad más habitual en sistemas comerciales de 2,5 Gbits/seg. El aumento de esta velocidad hacia sistemas de 40 Gbits/seg y superiores supone grandes inconvenientes tecnológicos a causa de las limitaciones impuestas por la velocidad de la electrónica. Por otra parte, el uso de TDM aprovecha únicamente unos pocos GHz de ancho de banda de los aproximadamente 30 THz que ofrece la fibra óptica. La WDM, basada en la multiplicación de la capacidad de transmisión de las fibras ópticas, es capaz de combinar hasta 160 canales en la misma fibra. La WDM tiene la ventaja de ser una tecnología abierta, capaz de adaptarse a cualquier señal digital y trasponerla en el dominio óptico para garantizar una transmisión con pocas pérdidas, inmunidad frente a interferencias electromagnéticas y alta capacidad de transporte de la señal agregada; esto es algo importante en las redes metropolitanas que deben soportar formatos, protocolos y velocidades de transmisión muy diversos, mezclando tráficos de SONET/SDH (STM-1/OC-3, STM-4/OC- 12 y STM-16/OC-48) y servicios de transmisión de datos, como los formatos ESCON(Enterprise Systems CONnection), Fast Ethernet, FDDI, Gigabit Ethernet, Canal de Fibra, FICON(FIbre CONnection) y vídeo numérico.. 1.5.3 Redes totalmente ópticas. La utilización de técnicas WDM en los enlaces ópticos supone el primer paso hacia las futuras AON (All Optical Networks). Las actuales redes que incluyen WDM utilizan la tecnología óptica para realizar enlaces punto a punto de larga distancia, el uso de WDM en los enlaces punto a punto permite que la capa óptica soporte transmisiones de señal de varios protocolos diferentes, aunque el encaminamiento se realiza en el dominio electrónico y de forma separada para cada uno de ellos, utilizando equipos específicos para cada tipo de transmisión. El paso siguiente es permitir la conexión sin reconversión electrónica de enlaces ópticos formando estructuras más complejas, como anillos o buses. Para ello son necesarios dispositivos 30.

(31) Redes de Área Metropolitana. selectivos en longitud de onda, como los OADM (Optical Add Drop Multiplexers), que ya son comerciales. Los OADM extraen la información que llega en su longitud de onda de trabajo y transmiten una nueva señal en el mismo canal, eliminando la necesidad de reconvertir al dominio eléctrico.[18][19][20] El último paso para lograr la flexibilidad completa de las redes es la aparición de los OXC (Optic Crossconnects), que redireccionan los canales entre varias fibras de entrada y salida en función de la longitud de onda. Estos componentes permitirán implementar redes totalmente reconfigurables en las que las distintas longitudes de onda podrán ser encaminadas y trasladadas.. 1.6 Equipamiento El desarrollo de los productos actuales se hace en dos direcciones: Plataformas de multiservicios y multitecnologías, en las que tecnologías tales como la WDM con enlaces ópticos para transporte escalable, SONET/SDH como capa robusta de agregación y gestión de servicios, y las tecnologías de conmutación de paquetes —ATM, MPLS(Multiprotocol Labeled Switching), IP, etc.— para una utilización más eficaz de la banda ancha respecto a los servicios de datos, se integrarán bajo la misma gestión común, permitiendo una evolución modular y controlada de la red [4] Productos altamente integrados que tienen como objetivo el mercado emergente de la E-MAN(Ethernet MAN), la cual incorpora nuevas tecnologías de paquetes compatibles con una nueva Calidad de Servicio —Ethernet, MPLS, RPR(Resilient Packet Ring)—, para conseguir, a bajo costo, un conjunto de soluciones adecuadas para los servicios emergentes de paquetes [4] Entre las principales tecnologías se encuentran OMSN (Optic Multi Services Node) y OADM. – OMSN: Dispositivos SDH con capacidades ATM y Ethernet integradas. Las tarjetas de datos de los OMSN se llaman módulos ISA (Integrated Services Adapters). Los OMSN convierten a SDH en el conducto de transporte multiservicio ideal para aplicaciones de acceso metropolitano, eliminando así la necesidad de redes múltiples superpuestas. 31.

(32) Redes de Área Metropolitana. para soportar diferentes tipos de servicios. – OADM: Sus principales características son: Utiliza WDM. Consta de: – Transponders universales: Para soportar diversidad de formatos y protocolos. – Concentrador universal (multivelocidad): Para dar mejor solución a canales de bajas velocidades. – Transponedores de 10 Gbit. Ethernet: Para integrar a las interfases WAN 10 Gbit Ethernet. – Amplificadores ópticos. Otras tecnologías son: – OMSG (Optic Multi Services Gateway). – BRAS (Broadband Remote Access Server): Proveen la gestión apropiada de los servicios (por ejemplo, acceso a Internet). – Conmutadores telefónicos. – DSLAM (DSL Access Multiplexers): Se colocan generalmente junto a los equipos de transmisión SDH en los POP del operador y proveen señales de 34 Mbit/seg ó 155 Mbit/seg. – Routers periféricos de IP. – ADM (Add Drop Multiplexer): Dedicados y optimizados para la operación en anillos. – DXC (Digital Cross Connect): Dedicados a la conmutación de tráfico e interconexión de ubicaciones. La distinción entre los ADM y los DXC ha conducido a ineficiencias y limitaciones: los ADM eran incapaces de soportar más de un anillo y tenían un comportamiento asimétrico; la protección de la red estaba normalmente disponible sólo en el lado de los agregados y no en el de los tributarios. En cambio, los DXCs eran máquinas grandes que no podían terminar los anillos o, cuando 32.

(33) Redes de Área Metropolitana. podían, hacían conmutación de protección en tiempos bastante largos. Las redes metropolitanas actuales necesitan sistemas flexibles capaces de soportar varios anillos y ofrecer una protección rápida. La tabla 1.3 muestra los principales suministradores de equipamiento para MAN en la actualidad. Última Milla Óptica SONET/SDH/DWDM Appian OSAP 4800. Cisco ONS 15304. Dynarc 2000. Riverstone RS 3000. Extreme Alpine 3800. LuxN WavPortal. Ethernet Luminous PacketWave M1000 PON Quantum Bridge QB100 IOT. Terawave TW-100/TW-300. Borde Optico Concentradores de última milla Alcatel 1660 SMC. Ciena Metro 1. Net Insight Nimbra 290. ONI ONLINE7000. Zaffire Z3000. Redback SmartEdge 800. Sycamore SN 3000. Lucent WaveStar OLS 40G. Sycamore SN 8000. SX Ciena Core Director CI. Ciena Cyras K2. Copper Mountain CopperEdge 200. Lucent Stinger. Alcatel 7470 MSP. Cisco 7500. Lucent B-STDX. Riverstone RS 8600. Amber ASR2000. Juniper M5. Nortel Passport 7000. Unisphere ERX-1400. CoSine IPSX 9000. Nortel Shasta 5000. Redback SMS 10000. Cisco uBR7200. Com21 DOXcontroller CMTS. Terayon Broadband Edge 2000. Juniper M40. Lucent GX550. Nortel Passport 15000. Airspan AS4000. BreezeCom BreezeACCESS. Lucent WaveAccess 3500. Acceso óptico multiservicio Astral Point ON 2000 Conmutación Cisco 15454 Núcleo Óptico Transporte Cisco ONS 15190. Tellabs Focus 6200. Conmutación Alcatel OPTINEX 1664 DSLAMS Alcatel ASAM. Paradyne GranDSLAM. Routers and Switches. Routers de servicios a cliente Celox SCx192 CMTS ADC Cuda 12000 Routers y Switches Cisco 12000 Broadband Wireless Base Stations Adaptive Broadband Access. Tabla 1.3 Proveedores de equipamiento para MAN. 1.7 Sistema de cableado El cableado de las MAN está basado en fibra óptica. Las fibras ópticas utilizadas en las. 33.

(34) Redes de Área Metropolitana. aplicaciones metropolitanas deben ser compatibles con la segunda y tercera ventana de transmisión, es decir, 1310 nm y 1550 nm. La fibra que predomina en las redes metropolitanas actuales es la SMF (Single Mode Fiber)[19], que tiene un mínimo de dispersión a 1310 nm y un mínimo de atenuación en la región de 1550 nm. La fibra SMF es compatible con las bandas (O, S, C y L); su mayor atenuación es en la región de 1383 nm, debido a la absorción de la luz por los iones residuales de agua, esto hace que la fibra SMF no sea la elección más ideal para utilizar en la banda E. Para abrir la banda E a la transmisión de la fibra se ha desarrollado una E-SMF que reduce significativamente el pico de atenuación debido a la absorción del agua sin afectar la curva característica de dispersión. Consecuentemente, la fibra E-SMF es compatible con todas las bandas desde 1260 nm a 1625 nm (bandas O, E, S, C y L), lo que permite disponer de un 30 % más de longitudes de onda que las típicamente disponibles con la fibra SMF convencional. La característica de dispersión de la familia de fibras SMF limita su utilización a aplicaciones cuyas distancias sean menores que 70 Km. Estas fibras no son la elección ideal para distancias superiores debido al mayor costo y a las pérdidas introducidas por los dispositivos DCM (Dispersión Compensation Module); en este caso la NZDSF (Non Zero Displaced Single Fibre) constituye una mejor alternativa. Para la red de acceso se prefiere, en los casos en que no se justifique plenamente la instalación de capacidades de fibra óptica, utilizar la red de cobre existente mediante enlaces XDSL.. 1.8 Servicios y Aplicaciones. A continuación se presenta una clasificación de los servicios que ofrecen las redes de área metropolitana: – Servicios "No orientados a Conexión": Permite el transporte de datos sin establecer conexión previa. – Servicios "Orientados a Conexión": Es necesario establecer una conexión previa al transporte de los datos del usuario.. 34.

(35) Redes de Área Metropolitana. – Servicios Isócronos: Se utilizan cuando se tienen requisitos estrictos de ancho de banda como son los casos de transmisión de determinados servicios de audio y video. Determinadas aplicaciones requieren la transferencia constante de información a intervalos definidos (isócronos). En este caso no todas las tecnologías soportan dichas aplicaciones, tal es el caso de FDDI, si bien existe una nueva norma FDDI-II que soporta el tráfico isócronos. [19] Los servicios que presta una MAN son: – Aplicaciones en tiempo real de voz y video – Servicios telefónicos – Comercio electrónico – Entretenimiento en línea – Operaciones bancarias electrónicas – Televisión por cable – Internet De importancia capital en el área metropolitana es el crecimiento de las SANs[22]. Las redes de área de almacenamiento (Storage area networks) representan el último estadio de la evolución del almacenamiento masivo de datos para las empresas y las grandes instituciones. En los ambientes centralizados el almacenamiento y las aplicaciones estaban centralizados y eran administrados desde un punto único. Con el surgimiento de los ambientes cliente servidor la información que estaba previamente centralizada se distribuyó de la red. Los problemas de almacenamiento creados por esta descentralización se enfrentan de dos maneras fundamentales: mediante el almacenamiento conectado a la red (Network Attached Storage), donde el almacenamiento está directamente conectado a la LAN y mediante las SAN. Compuesta por servidores, dispositivos de almacenamiento tales como cintas magnéticas o arreglos de discos y dispositivos de red tales como multiplexores, hubs, routers, switches, etc, una SAN constituye una red completamente separada de la LAN. Como una red aparte la SAN puede aliviar los cuellos de botella en la LAN mediante la provisión de recursos para aplicaciones tales como data mirroring, procesamiento de transacciones, respaldo y restauración.. 35.

(36) Redes de Área Metropolitana. La interfaz más utilizada aunque no la única para conectar los servidores a los dispositivos en una SAN es el Enterprise System CONection (ESCON) de IBM un protocolo semiduplex a 17MBps sobre fibra óptica. El canal de fibra (Fiber Channel) sobre el que se basa el FICON de IBM también se emplea en las SAN y tiene una capacidad mucho más alta que el ESCON. Ambas tecnologías sin embargo tienen importantes limitaciones en cuanto a la distancia a la cual pueden ser operadas. Por ejemplo la distancia estándar máxima sin repetidores es de cerca de 3 Km para el ESCON semiduplex y de cerca de 100km para el Fibre Channel fullduplex a 100MBps. Existe una degradación a medida que incrementa la distancia más allá de esos valores. La limitación en cuanto a la distancia puede ser solucionada trasportando datos entre una o más locaciones de la misma empresa y una o más SANs sobre la capa óptica empleando DWDM. La distancia que separa el sitio donde se encuentra localizada la empresa y los sitios de las SAN puede extenderse grandemente. El acceso al anillo es mediante OADM con interfaces ESCON o Fibre Channel en cada lugar una de las cuales pudiera ser un espejo de datos. Las aplicaciones más frecuentemente implementadas en las MAN son las siguientes: – Gestión, Acceso y Transferencia de Ficheros – Interconexión de LAN. – Interconexión de PBX y PABX. – Interconexión ordenador a ordenador – Acceso a base de datos – Transmisión de video e imágenes – Transmisión CAD/CAM. – Pasarelas para WANs. – Acceso a la Red Digital de Servicios Integrados, ofreciendo grandes capacidades necesarias para transferencia de tráfico multimedia. El ámbito de aplicación más importante de las redes de área metropolitana es la Interconexión de Redes de Área Local sobre un área urbana, pero son posibles otros usos, como la Interconexión de redes de área local sobre un complejo privado de múltiples edificios.. 36.

(37) Redes de Área Metropolitana. El objetivo de las redes de área metropolitana es ofrecer sobre el área urbana el nivel de ancho de banda requerido para tareas tales como: aplicaciones cliente-servidor, intercambio de documentos, transferencia de mensajes, acceso a bases de datos y transferencia de imágenes. Cuando las LANs que han de ser conectadas están dispersas por un área urbana, la Red de Área Metropolitana está bajo el control de un operador público por razones legales, el cliente no puede comprar, instalar y hacer propias las facilidades de transmisión (cableado entre edificios) necesarias para construir una MAN. Este es el caso de una MAN pública propiedad de un operador, el cual ofrece un servicio sobre toda la ciudad, en este caso, el cliente ha de tener en cuenta que diferentes instituciones podrían estar conectadas a la misma MAN pública, en consecuencia ciertos requisitos adicionales de seguridad, privacidad y gestión de red deben ser satisfechos por el operador público. Los usuarios finales son conectados a la MAN de nodos de acceso públicos, con lo cual los datos de una organización llegan sin pasar de dispositivos de otras empresas. Estos mecanismos permiten que las MAN públicas ofrezcan seguridad en la transmisión de datos desde el punto de vista de la privacidad. Las redes de área metropolitana públicas en diferentes ciudades son usualmente interconectadas por elementos de conmutación para formar una red de área extensa, por lo tanto, no es necesario que el cliente instale nodos de acceso independientes para MAN y WAN. Otra variante existente son las redes MAN privadas utilizadas por grandes compañías, este tipo de redes presenta ciertas ventajas sobre las WAN como son: – Los gastos de explotación de una red privada de área metropolitana son inferiores que los de una WAN, debido a la técnica soportada y la independencia con respecto al tráfico demandado. – Una MAN privada es más segura que una WAN. – Una MAN es más adecuada para la transmisión de tráfico que no requiere asignación de ancho de banda fijo. – Una MAN ofrece un ancho de banda superior que redes WAN tales como X.25 o RDSI-BE (RDSI Banda Estrecha). Las posibles desventajas son: 37.

(38) Redes de Área Metropolitana. – Limitaciones legales y políticas podrían desestimular al cliente la instalación de una red privada de área metropolitana. En esta situación, se podría usar una red pública de área metropolitana. – La MAN no puede cubrir grandes áreas superiores a los 160 Km de diámetro.. 1.9 Integración. En el futuro cercano en el entorno de las redes de área metropolitana se verá una integración entre las distintas redes que paulatinamente evolucionará hacia el estándar Gigabit Ethernet. Esta evolución se hará de forma gradual en la medida en que las exigencias de ancho de banda impuestas por el crecimiento del tráfico de datos e Internet previsto para los próximos años no puedan ser suplidas por las redes actuales incluso con las mejoras previstas para cada una que se han visto más arriba. ATM proveyó múltiples ventajas a quienes lo implementaron. Permitió la existencia de múltiples servicios en la misma red (voz y datos), ofrece verdaderos QoS e hizo posible la existencia de conexiones tanto punto a punto como punto a multipunto para conectar diferentes lugares. Aun cuando ATM ha sido un gran éxito, esta implementado en la mayoría de las más grandes redes en el mundo y ha alcanzado una reputación de fiabilidad, muchos proveedores de transporte y organizaciones militares están interesados en migrar de sus antiguas redes ATM hacia la moderna MetroEthernet. La llegada de la Ethernet con capacidad metropolitana y de MPLS ha permitido a los proveedores de transporte desplegar redes con todas las características y beneficio de ATM sobre Ethernet el cual es mucho más barato y más fácil de desplegar y manejar. Sin embargo, aun cuando muchos estarían de acuerdo en que el hecho de migrar hacia Metro Ethernet es una ganancia, diferentes productores de tecnología recomiendan caminos distintos. Algunos sugieren que la mejor manera de realizar la migración es de la construcción de una red Ethernet nueva y una vez que él tráfico haya sido cortado hacia la nueva red, simplemente descartar la vieja. Este es un punto de vista que no esta muy de moda en los países pobres por supuesto. Este enfoque aun cuando es conveniente cuando se realiza la migración hacia equipamiento que carece de capacidad de integración entre IP y ATM puede ser menos conveniente para el cliente que quisiera tener una migración suave e incremental sin un tiempo de. 38.

(39) Redes de Área Metropolitana. adaptación elevado o quisiera mantener algunas funciones o áreas soportadas sobre ATM. En otros casos los productores necesitan proponer soluciones multiplataforma ya que no tienen un solo producto que soporte a la vez a Gigabit Ethernet y ATM. Sin embargo, la integración la interoperabilidad y la diversidad de interfaces es la clave para una migración exitosa, de costo aceptable y de bajo impacto. Existen muchas razones tanto técnicas como políticas por las cuales una organización pudiera no desear la migración completa fuera de ATM y escogería en su lugar suplementar o mejorar la red ATM existente con Metro Ethernet. Para entender mejor las opciones disponibles para una organización que desee migrar hacia Metro Ethernet exploremos el proceso de migración. La figura 10 muestra la red ATM clásica. Nótese que la voz, el TDM, IP y Frame Relay coexisten todos en esta red lo cual testifica la versatilidad de ATM. Uno de los primeros pasos en la migración hacia la Metro Ethernet seria la introducción del acceso Ethernet hacia la red ATM. Una solución ideal proveería la conectividad punto a multipunto preservando las VLANs, suministraría QoS de principio a fin, mantendría la fiabilidad crítica de la cual hace gala ATM y suministraría las características que hacen a Ethernet una solución que no puede esperar. Un enfoque como este permite que comience la migración hacia Ethernet con nuevas áreas de red o con desarrollos selectivos en algunas partes de la red. Esto permitiría por ejemplo que algunos edificios en algún lugar sean migrados hacia Ethernet manteniendo otros con la red ATM antigua si fuera esto deseable o necesario. El próximo paso seria la introducción de servicios de valor añadido hacia la red combinada. Mapeando VLANs Ethernet múltiples o individuales hacia circuitos virtuales de ATM y utilizando el RFC 1483 para encapsular el trafico, los proveedor de transporte u otras organizaciones tendrían la capacidad de ofrecer servicios de extensión de LAN punto a punto mapeando la VLAN en múltiples circuitos virtuales de ATM entre dos sitios y/o ofrecer servicios de extensión de LAN punto a multipunto mapeando una VLAN en múltiples circuitos virtuales ATM entre varios sitios.. 39.