Contribución al estudio de las Redes Metropolitanas

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(1)UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTA ABREU” DE LAS VILLAS Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica.. TRABAJO DE DIPLOMA Contribución al estudio de las Redes Metropolitanas. Autores: Adrian L. Dos Santos Valdés. Yassel Gómez Pérez. Tutor: Ing. Juan Carlos Montero. Consultante: Dr. Félix Álvarez Paliza.. Santa Clara. Curso 2008-2009 “Año del 50 aniversario del triunfo de la Revolución".

(2) 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 publicado 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.

(3) Agradecimientos. A Juan Carlos por su colaboración incondicional. A la Empresa de Telecomunicaciones de Villa Clara, en especial a los compañeros que me brindaron sus valiosos conocimientos para desarrollar esta investigación. A todas aquellas personas que de una forma u otra colaboraron en el presente trabajo.. A todos… Gracias.

(4) Tarea Técnica. •. .. Disponer de un análisis del estándar IEEE 802.17 y los requisitos para implementar redes Ethernet Metropolitanas.. •. Proporcionar un ejemplo de Red Metropolitana para la ciudad de Santa Clara.. •. Contribuir en los estudios y proyecciones que se realicen para el diseño de redes Metropolitanas en el país.. ________________ Firma del Autor. _______________ Firma del Tutor.

(5) Resumen. .. El presente trabajo aborda aspectos relacionados con el desarrollo de diferentes estándares que permiten lograr un despliegue eficaz de las redes Ethernet hacia la zona metropolitana, empleando novedosas tecnologías emergentes que posibilitan la convergencia sobre las topologías de redes actualmente utilizadas y los servicios Ethernet, con fiabilidad adecuada, alta velocidad, costos razonables y elevada interoperabilidad. En especial se enfatiza en el estándar IEEE 802.17 Resilient Packet Ring, para brindar una propuesta de red Ethernet Metropolitana como respuesta al desarrollo de las telecomunicaciones en la ciudad de Santa Clara..

(6) Índice. .. Introducción. 1. Capítulo 1. Redes de área metropolitana. 4. 1.1 Redes Ethernet Metropolitana. 5. 1.2 Características de las redes Ethernet Metropolitana. 8. 1.3 Estructura de una red Ethernet Metropolitana. 9. 1.4 Requisitos para el diseño de una red Ethernet Metropolitana. 9. 1.5 Tendencias de las redes metropolitanas actuales. 12. 1.5.1 10-Gigabit Ethernet. 12. 1.5.2 Redes ópticas ASON. 14. 1.5.3 VPLS (Virtual Private LAN Service). 15. 1.5.4 Resilient Packet Ring (RPR). 17. 1.6 Conclusiones parciales. Capítulo 2. IEEE 802.17 Resilien Packet Ring. 18. 19. 2.1 Estándar 802.17 (RPR). 19. 2.2 Operación del anillo. 20. 2.3 Características generales. 22. 2.4 Estructura de la estación RPR. 24. 2.5 Algoritmo y protocolo de imparcialidad. 26. 2.6 Funciones de OAM. 26. 2.7 Confiabilidad. 27. 2.8 Calidad de servicio. 29. 2.9 Dirección y reutilización espacial. 32. 2.10 Reclamación de ancho de banda. 33. 2.11 Imparcialidad. 36. 2.12 Prioridad de paquetes. 37. 2.13 Resistencia a errores. Operación. 38. 2.14 Compatibilidad con otros protocolos. 39.

(7) 2.15 Descubrimiento de la topología. 40. 2.16 Plug and play. 41. 2.17 Conclusiones parciales. 41. Capítulo 3. Red RPR-Metropolitana para Santa Clara. 42. 3.1 OPNET Modeler. 42. 3.2 Modelación de una red RPR Metropolitana para Santa Clara. 44. 3.3 Resultados obtenidos. 45. 3.4 Alternativas de aplicación. 53. 3.5 Conclusiones parciales. 54. Conclusiones. 55. Referencias bibliográficas. 56. Glosario. 58.

(8) Introducción. Introducción Debido al desarrollo en nuestro país del Programa de Informatización de la Sociedad, es necesario crear una red que soporte todas las aplicaciones existentes en la actualidad, que brinde calidad de servicio, alta velocidad y facilidad de uso unido a un bajo costo. En áreas metropolitanas está concentrado el mayor volumen de tráfico de datos, razón por la cual las redes Metropolitanas (MAN) se convierten en la vía más factible para cubrir la necesidad de transportar más tráfico de datos. La ciudad de Santa Clara cuenta con una estructura de anillos de fibra óptica basada en SDH/SONET que ofrece una posibilidad muy atractiva para proponer una red Metropolitana de tipo RPR. En nuestra investigación abordamos las redes de área Metropolitana Ethernet como la dirección principal para el desarrollo de las redes actuales, dando solución a la necesidad de implementar en nuestra ciudad una red capaz de satisfacer los nuevos servicios de banda ancha y que además posibilite el desarrollo en diferentes aristas esenciales, tales como:. •. Brindar escalabilidad a miles de usuarios residenciales.. •. Disponer de servicios en línea como: televigilancia, videoconferencias y flujo de datos.. •. Solucionar el difícil compromiso entre incremento de ancho de banda y la reducción de los costos.. Objetivo general:. Desarrollar un proyecto de red Metropolitana - RPR en la ciudad de Santa Clara con el fin de incorporar nuevos servicios de banda ancha.. 1.

(9) Introducción. Objetivos específicos:. •. Demostrar que la tecnología E-MAN como medio físico es la opción más económica y eficiente para el desarrollo de las redes metropolitanas.. •. Analizar la compatibilidad del estándar IEEE 802.17 (RPR) con las redes Ethernet atendiendo la capacidad de ofertar servicios de banda ancha.. •. Analizar una arquitectura de las redes Metropolitanas bajo el estándar IEEE 802.17 (RPR).. •. Desarrollar una propuesta de ejemplo de Red Metropolitana para una ciudad como Santa Clara.. Evaluación del impacto económico social:. El despliegue de este tipo de redes se ajusta a las características particulares de la ciudad de Santa Clara, teniendo en cuenta la distribución de los principales nodos, la localización de la fibra óptica existente en forma de anillo y la necesidad de incrementar el ancho de banda. Por estas razones se convierte en la solución más económica y eficiente si tenemos en cuenta los costos operativos para el despliegue con éxito de cualquier estructura de red en áreas metropolitanas.. Los resultados satisfactorios de este trabajo garantizan un aumento en el conocimiento de las tecnologías actuales para la implementación de redes E MAN. Esta propuesta de red posibilita el acceso a los nuevos servicios de banda ancha y ofrece información sobre los diferentes estándares actuales, además reafirma que las redes Ethernet - Metropolitanas se pueden implementar garantizando las ventajas de costo y facilidad de uso del entorno superando los obstáculos que aparecen debido a la propia naturaleza de las zonas urbanas.. 2.

(10) Introducción. Estructura del trabajo: Para satisfacer los objetivos planteados se divide el trabajo en tres capítulos, a continuación se brinda una descripción del contenido en cada uno de ellos:. Capítulo 1. Consiste en una revisión bibliográfica para la construcción del marco teórico general. En su desarrollo se analiza la arquitectura y las principales características de las redes Metropolitanas, además se hace referencia a la evolución de éstas teniendo en cuenta las tendencias actuales.. Capítulo 2. Se crea una base teórica sólida sobre el funcionamiento del estándar IEEE 802.17 Resilient Packet Ring. Basados en este modelo se explican las ventajas de su implementación y se propone como la principal alternativa para las redes Metropolitanas en anillo.. Capítulo 3. Se brinda una propuesta de diseño que cubre todas las necesidades existentes teniendo en cuenta la situación de la red en la ciudad de Santa Clara. Utilizando el software especializado OPNET Modeler validamos nuestra solución realizando simulaciones de casos prácticos, que demuestren la calidad y eficiencia de nuestra propuesta.. 3.

(11) Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.. Capítulo 1. Redes de área Metropolitana. Una red de área metropolitana (MAN) interconecta usuarios en un área mayor que cualquier red de área local (LAN) y a su vez es inferior a una red de área extendida (WAN). Las redes de área metropolitana son una entidad que funciona como interfaz entre los diferentes tipos de redes en un área geográfica extensa. El presente capítulo brinda una panorámica del desarrollo actual de este tipo de redes. El crecimiento del tráfico de datos provocado por el incremento exponencial del empleo de las redes y la migración de los servicios tradicionales hacia este entorno, se traduce en un aumento del ancho de banda y velocidades de conexión superiores. El perfeccionamiento acelerado de estas redes está condicionado por la concentración de los servicios de datos en las áreas metropolitanas, unido al crecimiento constante de la demanda de ancho de banda por los clientes, esto justifica la necesidad de evolucionar a redes de transporte en el área metropolitana más rápidas, robustas, eficientes y a costos razonables [1]. Las redes de área metropolitanas fueron establecidas inicialmente para llevar tráfico de voz entre sedes de proveedores de servicio de un área metropolitana, mayormente basadas en multiplexación por división en tiempo. Con el desarrollo de las telecomunicaciones, estas redes fueron transitando, de redes digitales plesiócronas a redes ópticas síncronas para soportar tráfico TDM (Time Division Multiplexing) sobre fibras ópticas. Estas últimas no sólo proporcionaron un ancho de banda mayor, sino también mayor confiabilidad y flexibilidad. Con el advenimiento de Internet, se estandariza la transmisión de paquetes sobre SONET/SDH para transportar tráfico de datos de los ordenadores originado en una red de área local hacia un área metropolitana. Sin embargo, continuaba siendo ineficaz para manejar grandes volúmenes el tráfico de datos. Este ineficiente manejo del tráfico de datos fue tolerado inicialmente aumentando el ancho de banda de la red, desde Mbps hasta Gbps sobre un único canal óptico e introduciendo luego técnicas de WDM [2]. Estas resultan. 4.

(12) Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.. extremadamente costosas y su implementación solo se justifica si proporcionan altas ganancias. Las redes. Metropolitanas están inmersas en una rápida y. constante evolución, debido a que el volumen de tráfico de datos se mantiene en ascenso, los nuevos diseños tienen un reto importante en el manejo eficiente del transporte de datos voz y video a la vez. Tales redes no sólo proporcionan mejores ganancias para los operadores de red sobre el ancho de banda disponible sino que también aseguran la calidad apropiada del servicio.. 1.1 Redes Ethernet Metropolitana. Conceptualmente, una red MAN es una red que se extiende a través de un área metropolitana establecida por un único proveedor de servicio. Esta se emplea generalmente para transportar el tráfico de voz y datos a través de un área metro. El tráfico que presenta una red LAN puede ser destinado a cualquier otra LAN ubicada tanto dentro como fuera del área metropolitana mediante una MAN o WAN respectivamente. Las redes de área metropolitana han existido durante mucho tiempo. A través de los años se han experimentado muchas transformaciones para resolver las demandas planteadas por los usuarios. Dicha red puede ser geográficamente pequeña, como en muchas ciudades o relativamente grande si consideramos, por ejemplo, las redes metropolitanas de Nueva York o Sao Paulo. Lo mismo puede decirse para el tráfico desarrollado por estas redes.. 5.

(13) Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.. Figura 1.1 Esquema general de una red Metropolitana.. La. explosión. en. la. demanda. de. ancho. de. banda. se. debe. fundamentalmente al crecimiento del tráfico de datos. 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), paquetes IP, o en celdas (ATM). Además se incrementa la proporción del tráfico sensible a los retardos tal como el tráfico de voz sobre IP y el video. En respuesta a este crecimiento explosivo del ancho de banda, junto al surgimiento de 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. 6.

(14) Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.. casos actúan como pasarela entre las LAN y las WAN, experimentan el impacto de la congestión creciente y los requerimientos que demandan una provisión más simple y más rápida. En otros casos se considera que las redes metropolitanas son grandes redes de computadoras que se extienden a través de un campus o de una ciudad [3], o sea, se comporta como una red LAN pero en un área geográfica superior. Realmente una red de área metropolitana es algo más complejo que cualquiera de las definiciones individuales mencionadas. La definición de una red MAN implica una evolución del concepto de red de área local a un ámbito más amplio, tanto geográfico como de servicios, abarcando 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. Esto facilita la capacidad de integración de múltiples servicios mediante el transporte de datos, voz y video sobre medios de transmisión tales como fibra óptica, cable coaxial y par trenzado de cobre a velocidades que varían desde los 2 Mbps hasta 155 Mbps e incluso pueden llegar a los Gbps, cubriendo distancias de hasta 150km. En la mayoría de los casos la implementación de una MAN se justifica por razones de reducción de costos y mejora de los parámetros de calidad de servicio QoS (Quality Of Service) al usuario. La reducción del costo se alcanza minimizando el costo de la transmisión, posible por la integración de voz y datos, así como por la mejora en la eficiencia de los sistemas. Varios tipos de redes 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 como datos, voz y video sobre un área de 150km de diámetro para entornos tanto públicos como privados. En muchos casos las MAN se convierten en la red dorsal de las ciudades donde se implementan dada su capacidad de proveer transporte para todos los servicios de comunicaciones.. 7.

(15) Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.. 1.2 Características de las redes Ethernet Metropolitana. Ethernet ha sido tradicionalmente la tecnología dominante en las redes de área local (LAN) y en la actualidad es la norma más utilizada para la comunicación entre clientes y servidores. Desde sus inicios en el año 1998 ha evolucionado hasta la fecha, en lo que se conoce como el estándar 10 - Gigabit Ethernet (802.3ae), estableciéndose cada día de forma más sólida en el ámbito empresarial sin dejar de adaptarse a las nuevas necesidades de las redes. Una red E-MAN (Ethernet - Metropolitana) puede ser pública o privada. Un ejemplo de MAN privada sería una administración con edificios distribuidos por la ciudad, que transporta todo el tráfico de voz y datos entre edificios por medio de su propia MAN y encamina 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. En estos casos las aplicaciones de video pueden enlazar los edificios para reuniones, simulaciones o colaboración de proyectos conjuntos. Las empresas se conectan a E-MAN mediante interfaces compatibles con Ethernet para evitar las múltiples conversiones entre ATM y SDH/SONET, eliminando la complejidad, el costo asociado y simplificando la configuración. El modelo metropolitano puede cambiar el suministro del ancho de banda entre los nodos y los usuarios, mediante la oferta de LAN virtuales (VLAN). Esto simplifica las cosas considerablemente tanto a los usuarios como al operador. El usuario ya no tiene necesidad de fraccionar el tráfico y encaminarlo por el conducto adecuado hacia los diferentes nodos de red. En lugar de pedir una multitud de conductos internodales, basta con solicitar ancho de banda que cubra las necesidades de cada nodo. Las tareas del suministrador de red se simplifican igualmente, ya que no es necesario gestionar todas las conexiones individuales; es suficiente con supervisar los puntos de entrada de la red.. 8.

(16) Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.. 1.3 Estructura de una red Ethernet metropolitana. La parte de acceso metropolitana concentra el tráfico proveniente de diferentes nodos instalados en la zona metropolitana, la cual está generalmente formada por anillos de fibra. Estos anillos encaminan el tráfico de los usuarios que se interconectan mediante esta arquitectura de la red. 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, también es posible introducir la tecnología WMD para resolver el aumento de demanda de ancho de banda ampliando la capacidad de la fibra y disminuyendo el costo de la transmisión de larga distancia.. 1.4 Requisitos para el diseño de una red Ethernet Metropolitana. Las demandas de una red metropolitana se presentan sobre todo por el tipo y la cantidad de tráfico que manejan en la actualidad, así como el necesario para proyecciones futuras de la red. A continuación enumeramos algunas de las demandas más notorias en estas redes [6].. Servicio integrado - Debe haber una única red de metro que transporte todos los tipos de tráfico (voz, vídeo, y los datos).. Eficiencia - Las redes metro deben poder transportar eficientemente el tráfico, es decir, deben proporcionar. la utilización máxima del ancho de banda. disponible.. Gran capacidad de ancho de banda – Las MANs crecen en la actualidad y continuarán aumentando sus demandas en los años siguientes, ocasionado por el aumento continuo del número y la velocidad de las redes LANs. Una red metropolitana debe ser capaz de disponer del ancho de banda suficiente y de las estaciones de trabajo necesarias, previendo la necesidad de su propia demanda. 9.

(17) Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.. Facilidad de la administración - Dado que las MANs son redes grandes, su administración debe ser fácil. La administración incluye agregar, quitar, configurar, y mantener los nodos de una red.. Rentabilidad - Sólo un buen análisis de costo/beneficio justifica el despliegue de una nueva red. Un proveedor de servicios evalúa siempre la instalación así como el costo de amortización de la inversión antes de desplegar cualquier nueva red.. Una red de área Metropolitana que transporta distintos tipos de tráfico al mismo tiempo también realiza un tratamiento diferenciado para cada uno de ellos, por ejemplo: el tráfico de voz tolera muy pequeños niveles de retardos, por lo que tiene que ser transportado dentro del retardo requerido y los límites permisibles de ruido (lo más probable sea con una prioridad más alta que otros). Por otra parte, el tráfico de los datos no tiene las mismas limitaciones y sin embargo no se puede tratar con una prioridad inferior. Por lo tanto, una red metropolitana debe garantizar cierta calidad del servicio a cada clase del tráfico que transporte. El ancho de banda de una MAN típica es alrededor 2.5-10 Gbps, considerando que las MAN se extienden de 10-100km, esto implica que transportan cantidades enormes de tráfico y por ello, es importante contar con una red altamente robusta en el área metropolitana que pueda proporcionar rápidamente un camino alternativo por una falla de la conexión o del nodo sin demasiadas pérdidas de datos. Otra demanda que distingue a una red eficiente es la capacidad de ajustar el ancho de banda dinámicamente con el alto grado de flexibilidad, es decir, si una estación no está empleando por completo su ancho de banda disponible, entonces debe ceder su ancho de banda no usado a otras estaciones. Observando esto desde otro punto de vista, una estación que utiliza demasiado ancho de banda tiende a beneficiarse de otras estaciones que comparten este recurso. Si una red metropolitana se organiza de manera tal que. 10.

(18) Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.. un grupo de estaciones compartan el mismo recurso de ancho de banda, después debe haber un mecanismo entre ellas que proporcione el uso justo de ese recurso. Las redes de área metropolitana se ordenan en la práctica generalmente como anillos buscando una confiabilidad más alta y rentabilidad asociadas a esta topología. Para maximizar el uso del ancho de banda disponible, una red metropolitana (con topología de anillo) debe tener un mecanismo que permita la transmisión simultánea y sin solapamiento en las conexiones del mismo. De acuerdo con este análisis, podemos enumerar 5 nuevas demandas de una red de área metropolitana:. QoS - Una red del metro debe ser capaz de proporcionar la calidad del servicio exigida por cada clase/tipo de tráfico que transporte.. Confiabilidad - Las redes metropolitanas deben garantizar la protección contra la pérdida de datos asegurando una alta confiabilidad.. Ancho de banda dinámico con alta versatilidad - Todas las estaciones dentro de una red metropolitana deben ajustar su ancho de banda dinámicamente con alta versatilidad según sus necesidades.. Imparcialidad - una red de área del metro debe tener un mecanismo para asegurar la imparcialidad en el uso del ancho de banda entre estaciones de la red.. Reutilización espacial - Una red MAN basada en anillo debe tener reutilización de los enlaces sin solapamiento para maximizar el empleo del ancho de banda.. 11.

(19) Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.. 1.5 Tendencias de las redes metropolitanas actuales. 1.5.1 10-Gigabit Ethernet. La creciente popularidad de aplicaciones multimedia que utilizan una combinación de sonido, imagen y video unido al desarrollo de las tecnologías que integran actualmente adaptadores Ethernet Gigabit como estándar, ejercen una presión sobre la infraestructura de red para proporcionar rendimiento, seguridad y fiabilidad. El protocolo 10 Gigabit Ethernet a través de fibra óptica fue publicado como IEEE 802.3ae en el año 2002. El principal objetivo es ampliar la capacidad de las redes troncales o backbone tanto de las redes LAN, MAN, WAN [7]. Dependiendo de la aplicación, se pueden usar diferentes configuraciones o especificaciones. Tales especificaciones dependen de la transmisión óptica que se utilice. Existen tres códigos (W, R y X) que determinan dichas especificaciones. Las nuevas fibras ópticas multimodo (OM3 mejoradas) permiten alcanzar distancias de hasta 500 m sin regeneración, y sobre fibras monomodo es posible alcanzar distancias de hasta 40km sin ningún tipo de regeneración intermedia. Desde hace más de 30 años Ethernet ha ido evolucionando y se ha convertido en el protocolo de transmisión por excelencia. En la actualidad se estima que más del 90% de las redes LAN del mundo trabajan con este protocolo. Por tanto es predominante en los sectores que utilizan redes privadas. En cuanto a redes MAN, Ethernet se está implantando cada vez con más fuerza. Este estándar especifica 10 Gigabit Ethernet a través del uso de la Subcapa de Control de Acceso al Medio (MAC) IEEE 802.3, por medio de Acceso Múltiple con Detección de Portadora y Detección de Colisiones (CSMA/CD), conectada a través de una Interfaz Independiente del Medio Físico de 10 Gbps (XGMII) a una entidad de capa física tal como 10GBASE-SR, 10GBASE-LX4, 10GBASE-LR, 10G BASE-ER, 10GBASE-SW y 10GBASE-EW, permitiendo 10 Gbps hasta 40 km. y garantizando una Tasa de Bits Errados (BER) muy aceptable. Su operación es en modo full dúplex y se encuentra especificada para operar sobre fibra óptica.. 12.

(20) Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.. 10GBASE-R es la implementación más común de 10GBE y utiliza el método de codificación 64B/66B, en el cual 8 octetos de datos se codifican en bloques de 66 bits, los cuales son transferidos en forma serial al medio físico a una velocidad de 10 Gbps. 10GBASE-W es una opción que mediante el encapsulamiento de las tramas 10GBASE-R en tramas compatibles con SONET y SDH permite la conexión a la WAN. Por su parte, 10GBASE-LX4 utiliza el método de codificación 8B/10B, dividiendo las tramas de datos de 32 bits y 4 bits de control en 4 grupos de 10 bits que se transmiten en forma simultánea e independiente, cada uno a una velocidad de 2,5 Gbps, mediante Multiplexación por División de Largo de Onda (Wavelength-Division Multiplexed-Lane, WDM). Las letras "S", "L" y "E" hacen referencia al largo de onda de operación (S=Short Wavelength – 850nm, L=Long Wavelength – 1300/1310nm, E=Extra Long Wavelength – 1550nm). Cabe destacar que en ninguno de estos casos se hace referencia a un tipo de fibra óptica específica. 10GBASE-SR ("short range") - Diseñada para funcionar en distancias cortas sobre cableado de fibra óptica multi-modo, permite una distancia entre 26 y 82 m dependiendo del tipo de cable. También admite una distancia de 300 m sobre una nueva fibra óptica multi-modo de 2000 MHz·km (usando longitud de onda de 850nm). 10GBASE-CX4 Interfaz de cobre que usa cables InfiniBand CX4 y conectores InfiniBand 4x para aplicaciones de corto alcance (máximo 15 m) (tal como conectar un switch a un router). Es el interfaz de menor coste pero también el de menor alcance. 10GBASE-LX4 Utiliza WDM para distancias entre 240 m y 300 m sobre fibra óptica multi-modo. También admite hasta 10km sobre fibra mono-modo. Usa longitudes de onda alrededor de los 1310nm.. 13.

(21) Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.. 10GBASE-LR (long range) Este estándar permite distancias de hasta 10km sobre fibra mono-modo (usando 1310nm). 10GBASE-ER (extended range) Este estándar permite distancias de hasta 40km sobre fibra mono-modo (usando 1550nm). Recientemente varios fabricantes han introducido interfaces de hasta 80km. 10GBASE-LRM - 10 Gbps sobre cable de FDDI- de 62.5µm. 10GBASE-SW, 10GBASE-LW y 10GBASE-EW. Estas variedades usan el WAN PHY, diseñado para interoperar con equipos OC-192/STM-64 SONET/SDH usando una trama ligera SDH/SONET. Se corresponden en el nivel físico con 10GBASE-SR, 10GBASE-LR y 10GBASE-ER respectivamente, y por ello usan los mismos tipos de fibra y permiten las mismas distancias. (No hay un estándar WAN PHY que corresponda al 10GBASE- LX4.). Contrariamente a los primeros sistemas Ethernet, 10 - Gigabit Ethernet está basado principalmente en el uso de cables de fibra óptica (con la excepción del CX4). Sin embargo, el IEEE desarrolló un estándar de 10 - Gigabit Ethernet sobre par trenzado (10GBASE-T), usando cable de categoría 6A. Además este estándar en desarrollo está cambiando el diseño de half-duplex, con difusión a todos los nodos, para admitir solamente redes conmutadas full-duplex. Se asegura que este sistema tiene una alta compatibilidad con las primeras redes Ethernet y las del estándar IEEE 802. 1.5.2 Redes Ópticas ASON. La creciente demanda de capacidad de ancho de banda, ocasionada en gran medida por el incremento de usuarios y los requisitos de transmisión, han hecho necesario modificar el modelo de tráfico a fin de responder a esta demanda, desarrollando de esta forma una futura red de transporte óptica inteligente, conocidas por Automatically Switched Optical Network (ASON) [8]. Este tipo de red es la evolución natural de las redes ópticas actuales. Se basa en una tecnología que permite la entrega automática de servicios de 14.

(22) Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.. transporte. Cada nodo está equipado con un módulo de control que establece e interrumpe las conexiones y además puede restaurar una conexión en caso de fallo. Una red ASON es una red óptica de transporte que tiene una capacidad de conexión dinámica. Esta funcionalidad se consigue utilizando un plano de control que realiza el enrutamiento, señalización y descubrimiento de recursos. Un plano de transporte que representa los recursos funcionales de la red óptica transporta información de usuario entre localizaciones y un plano de gestión que se encarga de la supervisión de los planos de transporte además de la coordinación de la operación del sistema completo [9]. La arquitectura de las redes ASON está determinada por la topología y los elementos de transmisión que conforman los nodos. Las topologías malladas facilitan su crecimiento y simplifican la disponibilidad de sus recursos, lo cual redunda en un mejor aprovisionamiento de servicios; en general, cuando se establece un enlace entre dos puntos de la red y en particular en procesos de protección y restauración de enlaces.. 1.5.3 VPLS (Virtual Private LAN Service). Es la tecnología de red para ofrecer servicios Ethernet basados en comunicaciones multipunto a multipunto encima de redes IP/MPLS [10]. Esto quiere decir que con un VPLS, la red de área local o LAN llega hasta cada sede de la empresa a través de la interfaz del proveedor del servicio. La red del proveedor entonces emula el comportamiento de un conmutador o un puente creando una LAN compartida por todas las sedes con un único dominio de broadcast. Un caso muy extendido de este tipo de servicios es el de la conectividad entre dos sedes con Ethernet, también llamado línea privada Ethernet. Estas constituyen un potente servicio sustitutivo de las tradicionales líneas dedicadas de los operadores, puesto que se proporcionan de forma nativa en Ethernet sin necesidad de equipos adaptadores.. 15.

(23) Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.. Este tipo de servicios brinda las siguientes ventajas: •. Se reduce la curva de aprendizaje: la tecnología de red es la misma tanto para LAN como para WAN, luego el cliente no tiene que aprender tecnologías complejas exclusivas de las redes de operadores.. •. Se reduce la inversión y el gasto del cliente: no es necesaria la utilización de routers en las diferentes sedes, se pueden interconectar con los mismos conmutadores de la red de área local.. •. Los esquemas se simplifican: no es necesario pensar en la topología de la red porque desde el primer momento existe conectividad entre todas las sedes y simplifica el esquema de la red del cliente.. •. Es posible extender diferentes redes LAN virtuales: muchos administradores de redes segmentan la red en distintos dominios de nivel 2 por motivos de seguridad y calidad de servicio. A menudo estas distintas redes obedecen a perímetros de seguridad diferentes separados por elementos cortafuegos. De esta forma se limita o controla el acceso local de cualquier usuario a sistemas críticos o información restringida.. •. Facilita el acceso a los servicios centralizados a todas las sedes de la empresa: gracias a la ampliación de la conectividad entre las sedes, se pueden extender todos los servicios y aplicaciones de la sede principal.. •. Mejora la flexibilidad y la recuperación de desastres: es posible trasladar equipos y servidores de una sede a otra sin modificar la configuración.. •. La potencia de Gigabit Ethernet: La tecnología Ethernet no ha parado de evolucionar a lo largo de los años. Uno de los aspectos más destacados ha sido el aumento de la velocidad de las interfaces Ethernet hasta los 10Gb/s.. •. Aumenta la disponibilidad de los servicios: En muchos casos, las redes de las empresas no se pueden permitir una interrupción en su funcionamiento. Los servicios VPLS que funcionan con una red troncal MPLS se pueden configurar con redundancia de caminos [11].. 16.

(24) Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.. VPLS es una tecnología en proceso de estandarización que permite crear una red privada virtual de Nivel 2, capaz de soportar múltiples sedes en el interior de un dominio único sobre una red IP/MPLS (Multiprotocol Label Switching) gestionada [12]. Diseñada para proporcionar conectividad Ethernet entre cualquier extremo con altos niveles de granularidad y ancho de banda, su objetivo es superar las limitaciones de tecnologías anteriores, como ATM y Frame Relay, proporcionando un servicio WAN mallado e independiente de protocolos. La clave que explica la creciente popularidad de esta tecnología radica en su naturaleza de Nivel 2, que no requiere que los usuarios compartan sus tablas de enrutamiento con el operador. La posibilidad de cambiar la velocidad de los puertos y la capacidad de incrementar o reducir el ancho de banda a medida que las necesidades cambian hacen que sea más fácil soportar las nuevas aplicaciones en tiempo real, como la videoconferencia y servicos VoIP. Este tipo de redes son una alternativa efectiva teniendo en cuenta los costos para entornos WAN, sobre todo para las grandes organizaciones que necesitan conexiones seguras de gran ancho de banda entre múltiples sedes, nacionales e internacionales. 1.5.4 Resilient Packet Ring (RPR). La solución más extendida ha sido la fuerza bruta, es decir, sobredimensionar el sistema para que no se congestione. El factor de una rápida recuperación es vital en redes de área Metropolitana, para lo cual se integra una tercera tecnología en el intento de converger las redes Ethernet al área Metropolitana. Dicha tecnología se concibe bajo el grupo de estandarización IEEE 802.17 Resilient Packet Ring (RPR). Este protocolo implementa un reparto equitativo del ancho de banda entre los nodos del anillo y ofrece las funcionalidades eficaces de Clase de Servicio. Al unir 10 Gigabit-Ethernet en un anillo RPR permite una perfecta integración entre tramas de tipo MAC en ambos sistemas y extiende sus prestaciones a áreas geográficas con una extensión de hasta 50 km. A partir de lo cual podemos pensar en RPR como la alternativa para solucionar el problema de una rápida. 17.

(25) Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.. recuperación ante fallos en el medio físico de comunicación e integrar todas sus ventajas a la red final. El grupo de trabajo P802.17 de IEEE estandarizó recientemente la tecnología Resilient Packet Ring (RPR) [13] como una configuración de red basada en anillo que se define como un protocolo resistente para el uso en redes de área metropolitana, el cual posee los requisitos y condiciones apropiados de la capa física para la transferencia de los paquetes de datos.. 1.6 Conclusiones. Las redes Metropolitanas en la actualidad experimentan un rápido crecimiento, por consiguiente las tecnologías instaladas quedan necesariamente sujetas a cambios y transformaciones. En el caso de topologías en anillo de fibra óptica surge como solución viable el estándar 802.17 (RPR) unido a Ethernet, para de esta forma perfeccionar las desventajas existentes en las tecnologías: SDH, ATM y Frame Relay. Desechando así mecanismos obsoletos e ineficientes como los que se mencionan a continuación: •. Redes conformadas por circuitos fijos y rígidos entre nodos con un ancho de banda constante que se desperdicia cuando no se utiliza este enlace.. •. Redes que hacen uso extremadamente ineficiente del ancho de banda global de la red para comunicar todos los nodos de topologías totalmente malladas.. •. Redes que en condiciones normales de trabajo (no ocurrencia de eventos de fallos) el 50% del ancho de banda no se utiliza, sino que es reservado para garantizar tolerancia a fallos.. 18.

(26) Capítulo 2. Estándar2. 802.17 Resilient802.17 Packet Ring. Capítulo Estándar Resilient Packet Ring.. Tradicionalmente los datos se han transportado sobre redes ATM y SDH optimizadas para servicios TDM. Actualmente la tendencia es extender la conexión Ethernet desde la central del proveedor hasta el abonado, ya que todos los servicios que se ofrecen a los usuarios finales están basados en el mundo IP. Las redes Ethernet se están haciendo cada vez más grandes y se espera de éstas mayor ancho de banda, rapidez y fiabilidad. El estándar IEEE 802.17 (RPR) surge como respuesta a las carencias existentes en las redes en anillos de fibra óptica. 2.1 Estándar IEEE 802.17 (RPR). Resilient Packet Ring es un protocolo de nivel 2 [13] que proporciona un servicio de transmisión de paquetes no orientado a conexión entre elementos de un anillo. Inspirado en Ethernet persigue sus ventajas. Se basa en topología de doble. anillo,. denominados. interior. y. exterior,. contra-direccionales. que. transportan paquetes de datos y control. Ambos anillos transportan tráfico útil, utilizando técnicas de nivel 2 para la protección del tráfico en lugar de reservar ancho de banda para estos fines. Utiliza un algoritmo de descubrimiento de nodos que permite aprender automáticamente de la red y almacena en cada nodo dos caminos (primario y secundario) hacia el resto de los nodos de la red. Los datos se enviarán por el camino óptimo, sólo en caso de fallo de la red se utilizará el camino secundario de modo automático en un tiempo no superior a 50ms. Otra característica importante es que los nodos destinatarios de los paquetes los retiran del anillo (salvo en multicast), por lo que los paquetes no circulan por todo el anillo, sino en el tramo comprendido entre emisor y receptor, dejando libres el resto de segmentos, lo que se conoce como “Reutilización espacial”. Todos los nodos en un anillo RPR comparten el ancho de banda disponible sin necesidad de aprovisionar circuitos, negociando el acceso de forma equitativa.. 19.

(27) Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.. A fin de garantizar diferentes calidades de servicio, RPR implanta cuatro clases de servicio (Reservado y Clases A, B y C) con diferentes prioridades en cuanto a garantías de ancho de banda, retardo y “jitter”. Atendiendo la latencia, RPR tiene una arquitectura de “camino de paso o en tránsito” que permite a los paquetes cruzar rápidamente los nodos intermedios entre origen y destino, consiguiendo valores muy bajos de latencia y “jitter” con el fin de soportar múltiples servicios y aplicaciones. Adicionalmente implanta de forma simple la funcionalidad de “multicast” y “broadcast”, dejando circular estos paquetes por el anillo sin necesidad de replicarlos. Con este protocolo se permite “sobre-suscripción” (multiplexación estadística), garantizando la transmisión de paquetes en función del estado de ocupación de la red. Al emplear RPR se obtiene una gran eficiencia en el uso de ancho de banda, con una calidad de servicio comparable a la que proporcionan las redes de transporte SDH. Esto permite un acceso equitativo y diferenciado por clases de servicio al ancho de banda de la red, facilitando gestión y escalabilidad (hasta 64 nodos por anillo, ADMs).. 2.2 Operación del anillo. Una red de RPR emplea dos anillos que encaminan el tráfico de trabajo en direcciones opuestas entre todas las estaciones en una red. Las estaciones adyacentes se conectan unas con otras por medio de un enlace unidireccional (figura 2.1). Cada anillo está compuesto de múltiples enlaces en los que el flujo de datos sigue una sola dirección. Además todas las conexiones en un anillo tienen la misma velocidad de datos (o ancho de banda).. 20.

(28) Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.. Figura 2.1 RPR en redes de área Metropolitana.. Las tramas de RPR llevan datos desde una estación a otra a través de uno de los dos anillos. Todas las estaciones en una red RPR son identificadas por una dirección MAC IEEE 802 de 48 bits [14]. Una trama comienza en el anillo de la estación fuente y viaja alrededor del anillo tratando de encontrar su destino. Cada estación que recibe esta trama chequea la dirección de destino en la cabecera. La dirección de destino puede o no corresponder con la dirección de la estación receptora. Si la dirección de la estación no corresponde con la dirección de destino de la cabecera, la trama se remite a la estación siguiente en el anillo. Si la dirección de la estación corresponde con el destino, el paquete se extrae del anillo y es enviado al cliente. Resumiendo una trama transita por las estaciones hasta alcanzar la estación que se corresponda con la dirección de destino.. 21.

(29) Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.. Los dos anillos no sólo llevan datos sino también transfieren la información de control entre las estaciones. Los paquetes de control contienen la información relacionada con la topología, la protección, y el control del ancho de banda en una red RPR. Un paquete de control es enviado generalmente en la dirección opuesta a uno de datos a través de la misma sección. Por ejemplo, si un paquete de datos se envía desde la estación N1 a N3 por el “anillo 0”, entonces la trama de control relacionado con ése paquete de datos se envía de la estación N3 a la estación N1 por el anillo opuesto, es decir el “anillo 1”. Cada estación usualmente transita las tramas fuentes por la estación en sentido ascendente, esto hace que de dichas estaciones dependa proveer de un adecuado ancho de banda a las tramas de tránsito. RPR utiliza un algoritmo efectivo para asegurar la distribución justa del ancho de banda entre todas las estaciones. Proporciona además un mecanismo por el cual las clases bajas de servicio pueden reclamar ancho de banda no usados por las clases altas de servicio, esto asegura el uso eficiente del ancho de banda disponible. 2.3 Características generales. •. Es una tecnología de transporte de nivel 2 que complementa las existentes (SDH, ATM, Ethernet).. •. Se implementa sobre fibra óptica.. •. Soporta múltiples servicios y aplicaciones (datos, voz, vídeo).. •. Se basa en paquetes.. •. Soporta tramas IP, MPLS o Ethernet (su principal objetivo).. •. Topología de red sencilla: doble anillo, interior y exterior, ambos con tráfico útil.. 22.

(30) Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.. •. Descubrimiento automático de nodos y topología de red. Cada nodo de red almacena dos caminos (primario y secundario) hacia el resto de los nodos.. •. Conmutación automática hacia un camino secundario en caso de fallo, empleando intervalos de tiempo menores de 50 ms.. •. Comparte los anillos de fibra, y reutiliza espacio (ancho de banda). Los paquetes no circulan por todo el anillo, sino simplemente en el tramo comprendido entre emisor y receptor, esto permite que circulen varios paquetes por el anillo de forma simultánea.. •. Todos los nodos comparten el ancho de banda disponible, sin necesidad de aprovisionar circuitos, negociando el acceso de forma equitativa.. •. Implanta de forma simple la funcionalidad de “multicast” y “broadcast”, ya que los paquetes pueden circular por el anillo sin necesidad de replicarlos.. •. Implanta cuatro clases de servicio (Reservado y clases A, B y C) con diferentes prioridades en cuanto a garantías de ancho de banda, retardo y “jitter”.. •. Arquitectura de “camino de paso o en tránsito” que permite a los paquetes cruzar rápidamente los nodos intermedios. Valores muy bajos de latencia.. •. Reduce los costos de operación y de construcción de red.. •. Reduce la complejidad de la red.. •. Reduce los tiempos de dar servicio.. •. Escalable.. •. Eficiencia en la utilización de fibra.. 23.

(31) Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.. •. Usa técnicas de nivel 2 para protección de tráfico, no reserva ancho de banda para este fin.. •. Múltiples niveles de calidad de servicio.. 2.4 Estructura de la estación RPR. Una estación RPR consiste en dos interfaces físicas (una para cada tramo), una MAC y su cliente (figura 2.2). Las interfaces físicas (PHYs) transmiten y reciben paquetes sobre un tramo de la capa física. Una trama RPR se envía o se recibe con esta interfaz física usando los primitivos definidos por su interfaz de servicio. La interfaz física que transmite por el anillo “0” y recibe por el anillo “1” se llama Interfaz física “Este”, mientras que la que transmite en el anillo “1” y recibe en el anillo “0” es la interfaz física “Oeste”.. Una MAC RPR consta de dos entidades de Datos, una para cada anillo y una entidad de Control. Juntos proporcionan servicios al cliente MAC para la transmisión de los datos. Un cliente MAC transfiere la carga útil de datos, las direcciones y otra información de control a una MAC RPR donde se prepara un paquete RPR para transmitirlo.. 24.

(32) Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.. Figura 2.2 Arquitectura de la estación RPR. Un paquete de la estación local puede originarse desde la MAC cliente o la entidad MAC de Control, éste pasa a una de las entidades del datapath por el anillo seleccionado. Obsérvese que en el anillo “0” la entidad MAC datapath puede transmitir solamente en el anillo “0” (vía PHY del este), mientras que el Anillo “1” la entidad MAC datapath puede transmitir solamente en el anillo “1”. Por lo tanto, la entidad de selección del anillo pasa un paquete a una entidad del datapath de acuerdo con el anillo que se propone para enviar el paquete. El datapath respectivo entonces transmite el paquete usando el interfaz físico de servicio. Un paquete que se originó de una estación superior y está en tránsito a una estación en sentido descendente (paquete de tránsito) se transmite a partir de un interfaz físico al otro después del tratamiento requerido en la entidad asociada al datapath MAC. Un paquete cuya dirección de destino corresponde con la dirección de la estación local se envía conectando al cliente MAC o a la entidad de Control MAC.. 25.

(33) Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.. 2.5 Algoritmo y protocolo de imparcialidad. La subcapa de Control MAC ejecuta un algoritmo de imparcialidad [15] que trabaja tanto en la red como a nivel de la estación para asegurar el uso justo del ancho de banda de un anillo. El algoritmo regulador del flujo proporciona indicaciones claras para controlar la agregación de tráfico. Éste también calcula la velocidad adecuada para que las estaciones en sentido ascendente transmitan. La velocidad de transmisión justa se comunica al algoritmo correspondiente de la imparcialidad en las estaciones en sentido ascendente utilizando un protocolo. Los algoritmos de la imparcialidad en sentido ascendente utilizan esta información junto con sus estadísticas de velocidad local para controlar su tráfico de acceso (por medio de indicaciones precisas). 2.6 Funciones de OAM. La operación, la administración, y el mantenimiento (OAM) es una parte importante para una red fácilmente gestionada. OAM es una función de la subcapa MAC de Control que le otorga a un operador de red la capacidad de agregar, quitar, configurar o gestionar una estación en el anillo. Esto también incluye supervisiones rutinarias del funcionamiento y diagnostica incidentes con los equipos físicos locales. Además genera alarmas en caso de fallo y las reporta automáticamente. Este servicio reduce los costos de operación de la red (Opex). Dicha interfaz permite a la entidad de gestión obtener y brindar valor a los siguientes parámetros: •. Configuración.. •. Topología.. •. Protección.. 26.

(34) Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.. 2.7 Confiabilidad. La confiabilidad para una red de área metropolitana es una característica importante que un proveedor de servicio debe observar antes de su despliegue. Cualquier pérdida de paquetes afecta directamente el servicio y a su vez los ingresos. La red de RPR tiene una topología de doble anillo que porta tráfico de trabajo. Los dos anillos en RPR son capaces de proporcionar el restablecimiento del camino en el orden de los 50ms después de ocurrir una falla, que puede estar relacionada con una conexión o una estación y puede hacer a la estación (s) en el anillo inaccesible (figura 2.3A).. A. 27.

(35) Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.. B. C. Figura 2.3 Protección RPR.. En tal escenario, un mecanismo de la protección en la subcapa MAC datapath es iniciado. La MAC - RPR es capaz de proporcionar dos tipos de mecanismos de protección: encaminamiento y puenteo. En el mecanismo de puente, las estaciones que están adyacentes al punto de falla (conexión u otra estación), desvían el tráfico al otro anillo. La (figura 2.3B) muestra el mecanismo del puenteo en acción. En caso de de falla del tramo “N2-N3”, la estación N2 desvía el tráfico del anillo 0 al anillo 1. Si el flujo normal de la estación N1 a N3 es vía N2 en el anillo 0, según muestra la figura 2.3A, entonces sobre la protección puenteo el flujo cambia a N1 (0) - N2 (0) - N1 (1) - N0 (1) - N254 (1) … - N3 (1), donde N1 (0) significa la estación N1 en el anillo 0. El mecanismo de reencaminamiento trabaja informando a todas las estaciones en el anillo sobre el punto del evento de falla. Luego las estaciones actualizan sus correspondencias, mapas de topología y redireccionan sus datos para evitar el punto de falla. La figura 2.3B también muestra el mecanismo de reencaminamiento en acción. En este caso, una vez recibida la información sobre el fallo del tramo “N2-N3”, la estación N1 (estación fuente) reencamina su 28.

(36) Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.. tráfico al anillo 1 para evitar el envío de tráfico a través del punto de falla. El flujo cambia a N1 (1) - N0 (1) - N254 (1) -… - N3 (1). Aunque el estándar RPR promete que ambos mecanismos proporcionan protección dentro de 50ms después de una falla, sería difícil para los ejecutores conseguir que el tráfico se reencamine dentro de los 50ms. Aunque la mayor parte de los datos “in flight” que no pueden ser desviados se perderán. Por otra parte sería mucho más fácil puentear el tráfico dentro de 50ms, puesto que no requiere la notificación inmediata del incidente a todas las estaciones en el anillo y la mayor parte de los datos “in flight” no se perderán pues serían desviados al otro anillo en el punto de la falla. La desventaja de usar la protección de puenteo radica en las rutas más largas. Como podemos ver en la figura 2.3B, el tráfico reencaminado entre N1-N3 no sólo está perdiendo ancho de banda en el anillo 0 sino que se enruta por un camino más largo para llegar a N3. El estándar recomienda el uso de la técnica de puenteo primero y después la de reencaminamiento, en la cual las estaciones desvían el tráfico (inicialmente) sobre la interrupción y cambian al mecanismo del encaminamiento más adelante. Emplear dicha técnica proporciona las ventajas de ambos mecanismos de protección. 2.8 Calidad de servicio. La calidad del servicio es una característica esencial en redes de área metropolitana para un proveedor de servicio que desea satisfacer las necesidades de diversos tipos de clientes. Muchos proveedores de servicio creen que pueden proporcionar QoS haciendo redes con excesivo ancho de banda. El sobredimensionamiento de una red no siempre logra las garantías de QoS. No tiene sentido que un proveedor de servicio destine dinero extra para aumentar ancho de banda sin conseguir los niveles deseados de QoS. Además proporcionar QoS rinde mayores ingresos al proveedor de red, ya que se puede establecer una calidad convenida de servicio que sea proporcional a lo que. 29.

(37) Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.. puede pagar el cliente. Tener tal adaptabilidad integrada en una única red aumenta la posibilidad de clientes y a su vez los ingresos del proveedor de red. Una red de RPR proporciona tres clases del servicio a su cliente MAC (figura 2.6). Cada estación RPR es capaz de distinguir entre estas clases de servicio en el punto de acceso y de tránsito en una red. En el punto de acceso del anillo, el cliente pasa sus datos y la clase del servicio que desea para él a través del interfaz MAC de servicio. La lógica de control de velocidad conforma el tráfico del cliente sobre la base de la clase de servicio para asegurar que la misma esté en el rango adecuado a ella. La MAC proporciona indicaciones adicionales a su cliente para que pueda controlar su tráfico en base a la clase de servicio. Después de que las tramas ingresan son conformadas de acuerdo a su velocidad. La MAC elabora el programa para su transmisión por el anillo, pues ésta proporciona bajas demora y ruido (Jitter) para las tramas clase A y les planifica una prioridad más alta sobre las tramas de la clase B o C. De manera similar, establece una prioridad más alta a las tramas de la clase B sobre tramas de la clase C. Las garantías de QoS para una clase no están relacionadas solamente atendiendo a la forma en que una estación trata el acceso de su tráfico sino también en cuanto a como es manejado por las estaciones. Una estación que utiliza una cola simple para las tramas de tránsito no es capaz de diferenciar tramas de tránsito de acuerdo con su clase de servicio.. 30.

(38) Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.. Figura 2.4 Arquitectura de cola doble. Una estación con la configuración de cola doble es capaz de diferenciar las tramas. La cola de tramas de tránsito clase A en PTQ mientras que las colas de las tramas de clase B y de C clasifican en STQ. La MAC otorga a las tramas de PTQ una prioridad más alta comparada a las tramas de STQ durante la transmisión. Aunque esta diferenciación no está estrictamente basada sobre el tipo de clase, funciona mejor para las tramas de la clase A que poseen garantías de servicio más rígidas. A continuación se ofrece la planificación de la prioridad para las tramas de acceso y de tránsito en una configuración doble de la cola. 1. Trama de control 2. Tramas PTQ 3. Tramas STQ (cuando es casi completo) 4. Tramas de cliente clase A 5. Tramas de cliente clase B 6. Tramas de cliente clase C 7. Tramas STQ (bajo condiciones normales). 31.

(39) Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.. Puesto que a las tramas de STQ se les da menos prioridad en la transmisión, puede originarse una situación como: cambios en local o régimen ascendente; cuando STQ podría ser casi completo. Para evitar el desborde de STQ y posteriormente la pérdida de datos en tránsito, RPR altera las prioridades para liberar espacio en STQ. Esta inversión de la prioridad puede introducir “jitter” y afectar las garantías en una estación de la clase A. Una desventaja de tener dos colas de tránsito es que el tráfico en tránsito de la clase B y de la clase C es tratado de igual forma. El tráfico de la clase B consigue una prioridad menor de planificación que el tráfico clase C de un cliente local, o sea, una trama clase B puede tener demora para transmitirse mientras que es enviado el tráfico del mejor esfuerzo de un cliente local. 2.9 Dirección y reutilización espacial. El mecanismo de direccionamiento de una red afecta directamente la eficiencia de su ancho de banda. Como una red eficiente es equivalente a una red confiable, el mecanismo de direccionamiento es otro aspecto que un proveedor de servicio debe observar, antes de desplegar una Red de área Metropolitana.. Figura 2.5 Reutilización Espacial en RPR.. 32.

(40) Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.. El estándar RPR utiliza tres formularios de dirección - unicast, multicast, y difusión. Todos los paquetes unicast circundan el anillo y son extraídos en sus estaciones de destino. El destino fundamenta la eliminación, habilitando la reutilización espacial del ancho de banda de un anillo. Las estaciones pueden transmitir sin solapamiento en partes de un anillo al mismo tiempo. La figura 2.5 ilustra la reutilización espacial. Las estaciones N1 y N4 pueden enviar simultáneamente razón de tráfico completa, sus flujos no se solaparán. Todos los bastidores que se originan en N4 se eliminan en su estación de destino N6, permitiendo la reutilización del ancho de banda en la parte restante del anillo. A diferencia de los bastidores unicast, los multicast (bastidores de difusión) no se eliminan en sus destinos, se les permite circundar todo el anillo. 2.10 Reclamación de ancho de banda. La idea de la reclamación de ancho de banda parte del hecho de que incluso el tráfico de la clase más alta, en el que el ancho de banda es normalmente reservado, puede no utilizarlo completamente. Una red que garantice la máxima utilización del ancho de banda debe ser capaz de reasignar ese ancho de banda disponible a otras clases que lo necesiten [16]. Aunque el ancho de banda de la clase A y clase B es reservado, se permite que el mismo sea reclamado por tráfico del mejor-esfuerzo. Facilita a proveedores de servicio la adaptabilidad de mantener una porción del ancho de banda de la clase A sin reservas para poderlo reclamar por el tráfico que no sea Clase A. También permite que todo el ancho de banda de la clase B pueda ser reclamado. La porción del ancho de banda de la clase A mantenida como reclamable (ancho de banda Clase-A1) y la cantidad de ancho de banda de la clase B, está limitado por la circunferencia del anillo y el tamaño de la cola de tránsito secundario (STQ) de una estación de cola doble. Esta limitación puede ser comprendida por un escenario simple.. 33.

(41) Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.. Ejemplo: digamos que el cliente de una estación no utiliza todo su ancho de banda asignado para la clase A, de tal manera que parte de él es tomado por el tráfico oportunista de la estación por aguas arriba. En otro momento, cuando la estación del cliente comienza a utilizar su ancho de banda de la clase A1, el tráfico oportunista de la estación de arriba tendría que ser protegido en STQ hasta que ésta se informe sobre el cambio (a través de bastidores de la imparcialidad). Por lo tanto la cantidad de ancho de banda que puede ser reclamada, se relaciona directamente con la cantidad de tráfico que se puede proteger en STQ hasta que el tiempo del efecto de este cambio de ancho de banda sea considerado en el tráfico oportunista que transita. La estación de cola simple no puede permitirse tener cualquier ancho de banda de la clase A reclamable. La razón es que los paquetes PTQs en tránsito preceden a los paquetes de clientes locales incluyendo paquetes clase A, así que si el ancho de banda de clase A se hiciera reclamable, una parte de él sería tomada por el tráfico oportunista de las estaciones de arriba. Sin embargo, cuando el tráfico de la clase A del cliente local desea tomar este ancho de banda anterior, no podría hacerlo de inmediato, puesto que los paquetes de la clase C del nodo de arriba en PTQ tendrán prioridad más alta para. transmitirse. El. ancho de banda no estará disponible hasta que el nodo de arriba retorne a su régimen original. Esta demora podría introducir “jitter” de manera significativa en el tráfico clase A del cliente local, afectando las garantías de QoS del nodo o estación. Sin embargo, los nodos de cola simple pueden tener ancho de banda de la clase B reclamable, ya que las garantías de QoS de esta clase son más justas que las de la clase A. Una MAC RPR ofrece tres clases del servicio principales a sus clientes para enviar paquetes de datos. Los servicios se distinguen sobre la base de conveniar el ancho de banda a utilizar, minimizar la latencia y la demora “jitter”. La figura 2.6 resume las clases del servicio utilizadas por RPR.. 34.

(42) Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.. El servicio Clase A: provee la transferencia del tráfico con una garantía de ancho de banda y una baja demora “jitter”. Aunque el ancho de banda para el tráfico Clase A es conveniado, algo de este ancho de banda podrá ser utilizado para las clases inferiores cuando se necesite. Dicho tráfico no es afectado por el algoritmo de control de justicia (FCU). La MAC rechaza cualquier tráfico de Clase A que se extienda más allá del rango contratado. Sin embargo, proporciona al servicio clase A las indicaciones para sus clientes, que puede ser utilizado para conformar o limpiar el tráfico clase A antes de darlo al MAC.. Figura 2.6 Clases de Servicio y QoS Conveniada.. El servicio Clase B: proporciona a la transferencia del tráfico conforme a la velocidad de información convenida (CIR) con limitada latencia y “jitter”. Todo el ancho de banda de la clase B puede ser reclamado por las clases inferiores si no se está utilizando. A diferencia del tráfico para la clase A, MAC no rechaza ningún exceso de tráfico para la clase B, sino que lo entrega como tráfico bajo la categoría del Mejor Esfuerzo. El servicio de Clase C: proporciona un servicio con la categoría del MejorEsfuerzo sin ancho de banda convenido o rangos de demora “jitter”. Esta clase de tráfico es oportunista y utiliza cualquier ancho de banda disponible para la transmisión.. 35.

(43) Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.. 2.11 Imparcialidad. Cuando un recurso de la red se comparte entre un grupo de nodos, la imparcialidad se convierte en característica indispensable para la red, pues incide directamente en la utilización del anillo. El ancho de banda del anillo es el recurso compartido más propenso a la utilización por los nodos en la red. RPR utiliza un mecanismo regulador del flujo de retroalimentación que logra la imparcialidad entre sus estaciones. Obsérvese, que dicho mecanismo no se aplica al tráfico para el cual el ancho de banda se afecta, nunca se puede predecir que tal tráfico (rango no permitido) vaya más allá del ancho de banda afectado. El mecanismo de la imparcialidad se aplica al tráfico que es oportunista por naturaleza, clase C y clase B-EIR (Imparcialidad elegible).. Figura 2.7 Imparcialidad del ancho de banda.. 36.

(44) Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.. Cada estación vigila la cantidad de tráfico que agrega y los tránsitos en el anillo. De acuerdo con la velocidad de la información de adición y de tránsito, una estación decide si está sufriendo congestión. Si es así, entonces calcula una velocidad justa basado en las condiciones del tráfico y lo envía a las estaciones por arriba en el anillo opuesto. Sobre la recepción del mensaje de la imparcialidad, las estaciones por arriba reducen sus velocidades de acceso. El efecto de la rampa hacia abajo se considera después de una cierta hora en la estación. Si la estación continúa todavía congestionada, entonces recalcula y envía a una velocidad justa menor por arriba. Este proceso continúa hasta que la estación sale de la congestión. La idea completa es controlar el tráfico en los nodos donde se origina. 2.12 Prioridad de paquetes. Se proporciona prioridad de paquetes mediante tres niveles o clases de servicios. El objetivo de este esquema de transporte es dar a la clase A baja latencia y bajo “jitter”, a la clase B latencia y jitter predecibles, y a la C un mejor esfuerzo (Best Effort). No se descartan tramas para solucionar la congestión. Las tramas de la clase A se pueden dividir en A0 y A1 y las tramas de clase B se dividen a su vez en B-CIR (commited information rate) y B-EIR (Excess information rate). Las clases C y B-EIR son denominadas «FE» (fairness elegible), debido a que este tipo de tráfico es controlado por el algoritmo «fairness». Para garantizar los servicios de las clases A0, A1 y B-CIR, se asigna ancho de banda. El ancho de banda asignado a la clase A0 se denomina «reservado» y solamente puede ser utilizado por la estación que lo tiene asignado. El ancho de banda preasignado a A1 o B-CIR se denomina «reclamable». El ancho de banda reservado que no se utiliza se desperdicia, pero el tráfico reclamable no utilizado puede ser reutilizado por el tráfico FE. Cuando una estación quiere reservar ancho de banda A0 envía una reserva mediante broadcast al resto de las estaciones. Una vez recibida la misma información del resto de estaciones, cada estación hace el cálculo de ancho de. 37.

(45) Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.. banda no reservado disponible, que puede ser utilizado por el resto de clases de tráfico. Cada estación del anillo tiene un formateador de tráfico por cada A0, A1 y B-CIR, ya preconfigurados, y también uno para FE. Existe otro formateador para todo el tráfico diferente a A0, llamado «downstream shaper». El downstream shaper asegura que el ancho de banda utilizado por el tráfico no reservado no exceda el ancho de banda no reservado. Los otros formateadores se encargan de limitar la inserción de tráfico del resto de clases de tráfico. Una cola es suficiente para realizar el «buffering » de tramas en tránsito de cada estación. Puede estar definida como una cola con prioridades, donde las tramas con prioridades más altas son desencoladas antes que las de prioridades más bajas. Opcionalmente se considera la utilización de dos colas, una principal PTQ (primary transit queue) y otra secundaria STQ (secondary transit queue). Las tramas de clase A son encoladas en la cola PTQ, mientras que las tramas de clases B y C son encoladas en STQ. El envío desde la cola PTQ tiene prioridad sobre STQ y sobre la mayor parte de tipos de inserción de tráfico. 2.13 Resistencia a errores. Operación. El mapa de topología contiene información sobre la estación local. La estación escucha los mensajes Broadcast de otras estaciones. Cada estación envía a las demás su información de topología periódicamente o al detectar un cambio en la misma. El protocolo 802.17 MAC protege el tráfico seleccionado contra fallos de fibra y estación en menos de 50 ms. El mecanismo de protección también soporta la adición y extracción de estaciones en el anillo. Las estaciones intercambian mensajes para comunicar el estado de «salud» del anillo y para comunicar el funcionamiento normal de la estación. Todas las estaciones dentro de un mismo anillo deben utilizar el mismo mecanismo de protección.. 38.

(46) Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.. Características de protección: •. Protección en menos de 50 ms tanto para tráfico unicast como multicast.. •. Soporta mecanismo como «Steering» y «Wrapping».. •. Soporta adición y extracción dinámica de estaciones en el anillo.. •. Cada estación funciona independientemente, sin un nodo Master.. •. Escalable a mayor número de estaciones.. 2.14 Compatibilidad con otros protocolos. RPR es un complemento a las tecnologías SDH, ATM Y ETHERNET que aprovecha lo mejor de todas ellas. Optimiza las redes públicas para transportar datos e interconecta eficientemente las redes LAN con las redes SDH actuales. Siendo una tecnología de capa 2 (nivel de enlace), su funcionamiento es independiente de las capas superiores e inferiores, o sea, es compatible con cualquier tecnología a nivel físico, por ejemplo SONET o Ethernet PHYs, aplicando protocolos físicos de transporte como Gigabit-Ethernet, 10-Gb-Eth, SDH, WDM, DWDM, etc. En cuanto al tipo de tráfico que puede ser transportado en sus capas superiores figuran: IP, MPLS y tramas Ethernet. Al transportar estos tipos de tráfico, es capaz de soportar múltiples servicios y aplicaciones en las capas superiores, como vídeo, VoIP, IPx, etc. ya que todos los servicios que se ofrecen a los usuarios finales están basados en IP. RPR puede ser desplegado en tres escenarios fundamentales (figura 2.8): 1. Directamente sobre fibra óptica oscura, utilizando regeneradores para aumentar la distancia entre nodos. En este caso la interfaz física puede ser SONET/SDH o Ethernet.. 39.

(47) Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.. 2. En infraestructuras WDM con nodos OADM “trasladadores de longitud de onda”. 3. En infraestructuras SONET/SDH con nodos ADM “Multiplexor de adición / sustracción”.. Figura 2.8. Conexión RPR a ADM, OADM (WDM) y FO Oscura. 2.15 Descubrimiento de la topología. La entidad MAC RPR posee un mecanismo de descubrimiento de topología sencillo. Los mensajes de topología son enviados desde cada estación a las demás estaciones en el anillo. Cada estación construye un mapa de topología, recopilando información sobre la localización, capacidades y estado de los nodos en el anillo. Características de la topología: •. Conectividad de la estación y orden.. •. Proporciona rápidamente una imagen consistente del anillo.. •. Funcionamiento independiente, sin una estación Master.. •. Soporta la inserción y extracción dinámica de estaciones.. 40.