Propuesta de implementación de una red NGN para la red de ETECSA en Villa Clara

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(1)UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTA ABREU” DE LAS VILLAS FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES. Propuesta de implementación de una red NGN para la red de ETECSA en Villa Clara. Tesis presentada en opción al Título Académico de Máster en Telemática. Maestría en Telemática. Autor: Ing. Rafael Alejandro Olivera Solís Tutor: Dr. C. Pedro José Arco Ríos Consultante: MSc. Rubén Lucio Camacho Aguilera. Santa Clara, Cuba, 2015.

(2) DEDICATORIA:. Este trabajo se lo dedico a: Mis hijas, la que tengo y la que está por llegar; Mi esposa y mis padres; Mi hermana y familia en general; A todas las personas que cooperaron para que este trabajo fuera posible.

(3) RESUMEN. AGRADECIMIENTOS:. Deseo agradecer a: Mi esposa por su insistencia, Mis padres por su ejemplo Todas las personas que de una forma u otra colaboraron con la materialización del trabajo. Mis tutores, Mi oponente por sus oportunos señalamientos..

(4) RESUMEN. RESUMEN Actualmente la tendencia de las redes de comunicaciones es aglutinar todos los protocolos de comunicaciones alrededor del protocolo IP, y transmitir toda la información a través de redes con medios de transmisión ópticos. Con ello se logra una convergencia total de todos los servicios que un proveedor pudiese brindar a un usuario final, mejorando la calidad de los mismos sustancialmente. Las redes NGN marcan en el mundo desarrollado una pauta en cuanto a su desempeño con respecto a las arquitecturas de las redes tradicionales. Este trabajo está orientado a proponer la implementación de políticas de migración para la red NGN en la provincia de Villa Clara, haciendo énfasis en las capas de acceso y transporte. Esto permitirá en un futuro cercano acceder a los servicios de comunicaciones de banda ancha y garantizar un correcto funcionamiento de los servicios críticos a través de políticas específicas de calidad de servicio. Específicamente se profundiza en la solución de acceso del fabricante Alcatel-Lucent ISAM 7302. En el núcleo de la red se enfatiza en la tecnología IP/MPLS y se proponen técnicas de QoS basadas en el modelo de Servicios Diferenciados. Además se realizan simulaciones en un escenario bajo condiciones bien definidas con el objetivo de certificar que el núcleo de la red es eficiente en cuanto a QoS.. Palabras Clave: NGN, Convergencia, QoS, IP, ISAM.

(5) ÍNDICE DEDICATORIA: ...........................................................................................................................2 AGRADECIMIENTOS: ................................................................................................................3 RESUMEN ...................................................................................................................................4 ÍNDICE .........................................................................................................................................5 INTRODUCCIÓN.........................................................................................................................1 CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN ....................4 1.1. Definición de redes NGN ..............................................................................................4. 1.2. Arquitectura de las redes NGN.....................................................................................7. 1.2.1. Capa de servicios y aplicaciones ..........................................................................8. 1.2.2. La capa de control .................................................................................................9. 1.2.3. La capa de Transporte ........................................................................................12. 1.2.4. La capa de acceso...............................................................................................12. 1.3. Protocolos en redes NGN ...........................................................................................14. 1.3.1. Voz sobre IP ........................................................................................................15. 1.3.2. Protocolos de Transporte ....................................................................................16. 1.3.3. MEGACO/H.248 ..................................................................................................17. 1.3.4. SIP .......................................................................................................................18. 1.3.5. H.323....................................................................................................................19. 1.3.5. SIGTRAN .............................................................................................................20. 1.4. Seguridad en NGN......................................................................................................20. 1.5. QoS en NGN ...............................................................................................................21. 1.5.1. Recomendación Y.1540 ......................................................................................21. 1.5.2. Recomendación Y.1541 ......................................................................................23. 1.5.3. Y.1541 (Amendment 1) .......................................................................................25. 1.5.4. Modelos de QoS ..................................................................................................26. 1.6. Conclusiones del Capítulo ..........................................................................................27. CAPÍTULO 2. SOLUCIÓN NGN PARA LA RED DE ETECSA EN VILLA CLARA ..................28.

(6) ÍNDICE. 2.1. Análisis del estado de la red de telecomunicaciones de ETECSA............................28. 2.2. Elementos a tener en cuenta para el acceso.............................................................30. 2.2.1. Soluciones de acceso. ISAM...............................................................................30. 2.2.2. Arquitectura del ISAM..........................................................................................31. 2.2.3. Características técnico-constructivas..................................................................31. 2.3. ISAM 7330 ..................................................................................................................33. 2.4. Elementos a considerar para el núcleo de la red.......................................................34. 2.4.1 2.5. MPLS ...................................................................................................................34. Mecanismos de encolamiento ....................................................................................37. 2.5.1. FIFO (First in First out) ........................................................................................38. 2.5.2. WFQ (Weight Fair Queueing)..............................................................................38. 2.5.3. Class Based WFQ ...............................................................................................39. 2.5.4. PQ (Priority Queueing) ........................................................................................39. 2.5.5. CQ (Custom Queueing) .......................................................................................40. 2.6. Servicios y aplicaciones..............................................................................................41. 2.6.1. Aplicaciones de datos ..........................................................................................41. 2.6.2. Aplicaciones sensibles al retardo ........................................................................42. 2.7. Conclusiones parciales ...............................................................................................43. CAPÍTULO 3. PROPUESTA DE IMPLEMENTACIÓN DE LA RED NGN................................44 3.1. Propuesta para la red de acceso................................................................................44. 3.1.1 3.1. Conexiones internas y Externas del ISAM .................................................................45. 3.2.1 3.3. Características físicas del gabinete ....................................................................44. Empleo de las tarjetas del ISAM .........................................................................46. Propuesta del núcleo de la red ...................................................................................46. 3.3.1. Protocolo de enrutamiento OSPF .......................................................................46. 3.3.2. BGP......................................................................................................................47. 3.3.3. Configuraciones de las VPN en la red IP/MPLS .................................................47. 3.3.4. Creación de las VRF............................................................................................47. 3.3.5. Familia de direcciones para IPv4 VRF ................................................................48. 3.3.6. Topología del núcleo ...........................................................................................48. 3.4. Escenario de la Simulación ........................................................................................49. 3.5 Resultados de las simulaciones ......................................................................................51.

(7) ÍNDICE. CONCLUSIONES ......................................................................................................................55 RECOMENDACIONES .............................................................................................................56 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS..........................................................................................57 GLOSARIO ................................................................................................................................62 ANEXOS ....................................................................................................................................68.

(8) INTRODUCCIÓN Las redes de Telecomunicaciones en Cuba se han desarrollado a lo largo de los años, con más fuerza a partir del surgimiento de ETECSA en 1994. Desde el inicio de la misma se han implementado nuevos servicios y se ha actualizado la tecnología en correspondencia con las necesidades y exigencias del momento. Ello llevó a la convergencia dentro de la red de comunicaciones de varias formas de transportar la información y de transmitirla, lo que trajo consigo la convivencia de muchos protocolos dentro de las redes de comunicaciones. Algunos más eficientes, otros no tanto, pero todos adecuados al servicio donde mejor cumplían su rol. Actualmente la tendencia de las redes de comunicaciones es aglutinar todos estos protocolos de comunicaciones en torno, al protocolo IP, y transmitir toda la información a través de redes con medios de transmisión ópticos. Con ello se logra una convergencia total de todos los servicios que un proveedor pudiese brindar a un usuario final, mejorando la calidad de los mismos sustancialmente. La arquitectura de red capaz de lograr dicha integración se denomina NGN. Este tipo de arquitectura de red es el camino a seguir en un mundo totalmente informatizado, donde el protocolo IP es el eje central de las comunicaciones actuales. Cuba, por diversas razones, no puede marchar a la par del mundo desarrollado en algunos aspectos de la tecnología, dígase costos de las mismas. En la medida que las posibilidades lo han permitido la tecnología con que se cuenta es cada vez más cercana a la de los países desarrollados. Por tanto, un cambio de concepción en la arquitectura y estructura de redes se impone, en aras de lograr una convergencia e integración de todos los servicios de telecomunicaciones que se brindan en la actualidad. Las redes NGN marcan en el mundo desarrollado una pauta en cuanto a su desempeño con respecto a las arquitecturas de las redes tradicionales. La red de telecomunicaciones que posee ETECSA en Villa Clara cuenta con una diversidad de tecnologías para brindar cada uno de los servicios que ofrece a los usuarios. En ella se funden gran variedad de tecnologías de acceso y de transporte de la información, además de contar con la red PSTN tradicional. El núcleo de red está basado en tec nología IP/MPLS, lo cual resulta ventajoso para la propia red, pero las demás tecnologías de transporte sufren acondicionamientos y modificaciones para lograr que la información llegue a su destino. Los equipos de acceso en cada una de las localidades de la provincia, en su mayoría, son digitales de tecnología obsoleta. La respuesta a cada uno de estos problemas radica en la red capaz de aglutinar todos los servicios y protocolos bajo un mismo lenguaje, el IP. Por ello se plantea el siguiente problema científico: ¿Cómo lograr la convergencia de redes, protocolos, servicios y aplicaciones a través de una solución de Redes de Próxima Generación que permita la actualización de la red de telecomunicaciones de ETECSA en Villa Clara? Objeto de Estudio Las Redes de Próxima Generación..

(9) INTRODUCCIÓN. Campo de Acción Las tecnologías de Acceso y Transporte Objetivos General: Proponer políticas de migración hacia Redes de Próxima Generación que permitan el acceso en banda ancha y garanticen niveles adecuados de calidad de servicio en la red de telecomunicaciones de ETECSA en la provincia de Villa Clara. Específicos: 1. Describir los fundamentos de las Redes de Próxima Generación. 2.. Analizar el estado de las redes de Telecomunicaciones en Villa Clara.. 3.. Describir los elementos de la red de próxima generación que garantizan acceso en banda ancha y calidad de servicio.. 4.. Evaluar la propuesta mediante simulación.. Tareas Búsqueda de información sobre las Redes de Próxima Generación. Descripción de los aspectos fundamentales de las redes de NGN. Estudio detallado de la situación de las redes de telecomunicaciones de ETECSA. Descripción de los elementos que formarán parte de la propuesta. Elección del software de simulación. Presentación de la propuesta de red NGN. Implementación de la propuesta en el software de simulación. Análisis y discusión de los resultados obtenidos en la simulación. El trabajo está compuesto por la Introducción, tres capítulos, conclusiones, recomendaciones, bibliografía, glosario y anexos. En la introducción se dejará plasmada la importancia que revierte la implementación de una red de Próxima Generación en el ámbito de las comunicaciones en Cuba, así como los aspectos fundamentales de la metodología. En el capítulo 1 se hace referencia a lo relacionado con los fundamentos Redes de Próxima Generación, así como lo relacionado a la Calidad de Servicio en redes IP. El capítulo 2 aborda lo referido a los elementos, dentro de una red NGN, que garantizan el acceso a la red en banda ancha y los que garantizan parámetros adecuados de calidad de servicio para aplicaciones de tiempo real. En el capítulo 3 se realiza la propuesta de la red NGN para la provincia de Villa Clara, haciendo énfasis en la red de acceso y en el núcleo de la red y se analizan los resultados obtenidos a partir de las simulaciones con el software OPNET Modeler 14.5. A continuación aparecen las conclusiones, que están en correspondencia con los objetivos trazados. Las recomendaciones están en función de implementar la propuesta y perfeccionar la propuesta, tomando en cuenta otros elementos de la arquitectura NGN. La 2.

(10) INTRODUCCIÓN. bibliografía es actualizada y de alto rigor científico por la actualidad y vigencia del tema tratado, además está organizada de forma adecuada. Posteriormente aparece el glosario y al final aparecen los anexos.. 3.

(11) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN En este capítulo se muestran los fundamentos de las Redes de Próxima Generación (NGN). Se hace énfasis en sus diferentes definiciones y su arquitectura. Además se tratan los protocolos que intervienen en el funcionamiento de estas redes y de la QoS.. 1.1 Definición de redes NGN La tendencia en el mundo actual de las Telecomunicaciones e Informática permitirá la convergencia de voz, video y datos en una sola red conmutada en paquetes mediante el predominio del protocolo IP y con él surgen las Redes de Próxima Generación (NGN), las cuales facilitan el aumento de la velocidad en el acceso a los servicios de banda ancha, las Redes de Acceso Móviles de voz y datos y finalmente las Redes Óptica Totales [1], [2]. Ha habido en los últimos años una explosión referida a la red de redes más grande del mundo, internet, lo cual ha traído la necesidad de integrar todo tipo de servicios en una única infraestructura de red denominada IP y, a su vez, poniendo de manifiesto las carencias que tienen las diferentes soluciones IP clásicas en el tema como son capacidad, calidad de servicio, seguridad, fiabilidad y la capilaridad. Para poder dar solución a estos problemas aparecen en el mercado multitud de equipos, técnicas, tecnologías y protocolos que, combinados de una manera adecuada, permiten la realización de modelos de red que proporcionen tanto al cliente corporativo como al residencial todo tipo de servicios multimedia y otros servicios, a las mismas se les denominan Redes de Próxima Generación. La implementación de las redes NGN permitirán un cambio de escenarios que posibilitará mayor números de usuarios a las redes y una calidad de servicio superior [1], [3], [4]. Según la UIT las redes NGN se definen como: “Red basada en paquetes que permite pres tar servicios de telecomunicación y en la que se pueden utilizar múltiples tecnologías de transporte de banda ancha propiciadas por la QoS, y en la que las funciones relacionadas con los servicios son independientes de las tecnologías subyacentes relacionadas con el transporte. Permite a los usuarios el acceso sin trabas a redes y a proveedores de servicios y/o servicios de su elección. Se soporta movilidad generalizada que permitirá la prestación coherente y ubicua de servicios a los usuarios” [5]. Esto es lo que se plantea en el marco regulatorio internacional. Dentro del mundo de las telecomunicaciones ha existido hasta fechas recientes una clara separación entre los mundos de la voz y los datos, lo cual ha motivado que los organismos de estandarización hayan sido también diferentes en la mayoría de los casos. Incluso los métodos de trabajo en estos grupos han sido distintos. Por otro lado, mientras que en el mundo de la voz las normas, en su mayor parte, son de obligado cumplimiento, en el mundo de los datos éstas se desarrollaban por consenso entre los propios fabricantes y operadores,.

(12) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. más como recomendaciones que como normas de obligado cumplimiento [6]. Esta situación ha provocado la existencia de dos claros enfoques, según se considere uno u otro mundo, hacia el concepto NGN: El relacionado con los datos e Internet: La red dará soporte de conectividad a un conjunto de elementos terminales inteligentes. El control y establecimiento de las sesiones será responsabilidad de los propios terminales. Los servicios son absolutamente independientes de la red. Todo servicio estará basado en la interacción entre terminales inteligentes. Los servicios tradicionales, también conocidos como legacy, verán disminuir de forma paulatina su importancia a favor de nuevos servicios, muchos de ellos aún desconocidos y, por tanto, de difícil caracterización en el momento de diseñar una red [7].. Fig. 1.1: Representación de internet y los servicios a tener en cuenta [7]. El relacionado con la voz: Los servicios serán provistos a través de redes interconectadas sobre un conjunto combinado de terminales inteligentes y no inteligentes. La red tendrá la inteligencia y el control sobre los servicios y se adaptará a éstos en función de las necesidades que los usuarios finales demanden. La actual red telefónica evolucionará para adaptarse a los servicios multimedia, constituyendo la base de la futura NGN.. 5.

(13) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. Gran parte del desarrollo y provisión de los servicios finales partirá de los operadores públicos de red, soportados por servicios básicos desarrollados sobre interfaces abiertas [7].. Fig. 1.2: Representación de la visión NGN para la voz [7] Según los lineamientos y estándares de la UIT, las características principales de las NGN, incluidas en la Recomendación Y.2001 son: La transferencia estará basada en paquetes. Las funciones de control están separadas de las capacidades de portador, llamada/sesión y aplicación/servicio. Desacoplamiento de la provisión del servicio del transporte y se proveen interfaces abiertas. Soporte de una amplia gama de servicios, aplicaciones y mecanismos basados en construcción de servicios por bloques (incluidos servicios en tiempo real, de flujo continuo en tiempo no real y multimedia). Tendrá capacidades de banda ancha con calidad de servicio (QoS) extremo a extremo. Tendrá interfuncionamiento con redes tradicionales a través de interfaces abiertas. Movilidad generalizada. Acceso sin restricciones de los usuarios a diferentes proveedores de servicios. Diferentes esquemas de identificación. Características unificadas para el mismo servicio, como es percibida por el usuario. Convergencia entre servicios fijos y móviles. 6.

(14) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. Independencia de las funciones relativas al servicio con respecto a las tecnologías subyacentes de transporte. Soporte de las múltiples tecnologías de última milla. Cumplimiento de todos los requisitos reglamentarios, por ejemplo en cuanto a comunicaciones de emergencia, seguridad, privacidad, interceptación legal [5], [8], [9]. 1.2. Arquitectura de las redes NGN. De manera general, la arquitectura está definida teniendo en cuenta los elementos necesarios para la realización de los servicios telefónicos tradicionales, n u e vo s servicios multimedia basados en banda ancha y otros servicios que aparecerán en un futuro. Para NGN, la arquitectura funcional debe incorporar principios fundamentales como: Soporte para múltiples tecnologías de acceso: La arquitectura funcional debe ofrecer la configuración flexible necesaria para soportar múltiples tecnologías de acceso. El C o n t r o l distribuido: Esto permitirá la adaptación a la naturaleza del proceso distribuido de las redes IP y soportar transparencia de localización para informática distribuida. El Control abierto: Las interfaces de control de red deben ser abiertas para soportar la creación de servicios, actualización y Aprovisionamiento independiente de servicios: El proceso de aprovisionamiento de servicios debe estar separado del funcionamiento de la red. Soporte para servicios en una red convergida: Esto es necesario para generar flexibilidad, servicios multimedia fáciles de usar penetrando el potencial técnico de la convergencia fijo-móvil en la arquitectura funcional de NGN. Protección y seguridad reforzadas: Este es el principio básico de una arquitectura abierta. Es indispensable proteger la infraestructura de la red manteniendo los mecanismos de seguridad en las capas pertinentes. Las redes de próxima generación son redes de alcance global, están divididas en cuatro capas o niveles: Capa de Acceso, Capa de Transporte, Capa Control y Capa de Aplicación/Servicios, tal y como se muestra en la figura 1.3. Estas capas están separadas entre sí e interactúan por medio de interfaces y protocolos abiertos. El control de llamada y servicios radica en el softswitch, quien es el cerebro de esta estructura y el cual está lógica y físicamente separado de los dispositivos de conmutación y de acceso. Este tipo de redes soporta diferente QoS, para diferentes servicios, pues además de transportar voz, datos y multimedia en tiempo real, también transporta datos en tiempo no real y brinda servicios a una amplia variedad de dispositivos cableados e inalámbricos. [1], [9], [10].. 7.

(15) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. Fig. 1.3: Arquitectura NGN por capas [12].. 1.2.1 Capa de servicios y aplicaciones La administración y gestión en este nivel se basan generalmente en aplicaciones de software sobre plataformas abiertas como UNIX, LINUX o Windows en configuración cliente-servidor, para gestionar, por una parte los diferentes elementos de red y por otra, las interfaces para sistemas informáticos u otros de jerarquía superior como los de facturación y los de distribución de servicios finales. Es la capa de mayor diferencia entre los distintos operadores. Proporciona los servicios y aplicaciones disponibles en la red, estos servicios serán ofrecidos por toda la red sin importar donde esté ubicado el usuario y serán tan independientes como sea posible de la tecnología de acceso. Se brinda a los abonados todos los tipos de servicios como Redes Inteligentes, Video en demanda, Correo electrónico, Correo de voz, Servicio Web y otros. La capa la componen los servidores de aplicaciones y de medios, los que se encargan de proveer las funciones y características de la red, como son el establecimiento de las conexiones, el encaminamiento, la facturación, los servicios avanzados que son posibles de implementar por medio de la señalización y la información que se deduce de esta [11], [12]. En la figura 1.4 se muestra una visión general de esta capa.. 8.

(16) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. Fig. 1.4: Capa de servicios/aplicación [12] A continuación se muestran las funciones de algunos de los dispositivos que aparecen en la figura anterior: Sistema de Soporte de Operación integrado (SSOi): Está formado por dos elementos, Sistema de Gestión de Red (NMS) y el Sistema de tarificación integrado. Servidor de Políticas: Utilizado para gestionar las políticas de los usuarios, como las listas de control de acceso, ancho de banda utilizado, tráfico y QoS. Servidor de Aplicaciones: Es responsable de generar y gestionar la lógica de los servicios de valor agregado y los servicios de Red Inteligente (IN), además de proveer una plataforma innovadora para el desarrollo de servicios de terceras partes a través de APIs. Los servidores de Aplicaciones son independientes del equipamiento del softswitch que reside en el plano de control, esto contribuye a la separación de los servicios del control de llamada y es por tanto beneficioso para la introducción sencilla de nuevos servicios. Servidor de Localización: Utilizado para gestionar dinámicamente las rutas entre el MGC y la NGN. Provee información sobre el estado de las rutas de establecimiento de las llamadas, asegura la eficiencia de la tabla de enrutamiento de llamadas y previene que la misma se haga excesivamente grande. Servidor RADIUS: Utilizado para controlar y supervisar la autenticación de los usuarios, encriptación de contraseñas, selección y filtrado de servicios, así como los cobros de llamadas. Servidor de Recursos de Media: Utilizado para permitir las funciones de procesamiento de media. Estas funciones incluyen: generación de tonos, servicios de conferencia, IVR, anuncios grabados, etc. [7], [13], [14].. 1.2.2 La capa de control La capa de control es la más importante dentro de la arquitectura de la NGN. En esta capa se encuentra los dispositivos que controlan todo el transporte de los datos en la red, así como el acceso a la misma. Estos dispositivos son los llamados softswitch [15]–[17], controlador de pasarelas de medios o Agente de Llamada. El softswitch es un dispositivo que utiliza estándares abiertos para crear redes integradas de última generación, en las que la inteligencia asociada a los servicios está 9.

(17) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. desligada de la infraestructura de red. Se considera la pieza central en las primeras implementaciones de las NGN. Este dispositivo, combinación de hardware y software, provee control de llamada y servicios inteligentes para redes de conmutación de paquetes y puede conmutar el tráfico de voz, datos y video de una manera eficiente. Los componentes principales del softswitch son el MG, MGC y SG. Aunque muchas veces estos componentes se encuentran integrados, pueden estar separados, lo que requiere el uso de protocolos de comunicación entre los mismos. Es precisamente el cambio de plataforma el que proporciona las mejoras del sistema de conmutación, puesto que el control y las funciones se realizan a través de software que emulan circuitos. Esto trae consigo otras facilidades como son la gestión y mantenimiento automatizados, menos espacio para la implementación y fácil actualización del sistema. El softswitch disminuye dramáticamente el costo del equipamiento en general e incrementa las facilidades y posibilidades de los usuarios y proveedores. Una característica clave del softswitch es su capacidad de proveer a través de la red IP un sistema telefónico tradicional, confiable y de alta calidad en todo momento. Si la confiabilidad de una red IP llega a ser inferior al nivel de la calidad de la red tradicional, simplemente el tráfico se desvía a esta última. Las interfaces de programación permitirán que los fabricantes independientes de software creen rápidamente nuevos servicios basados en IP que funcionen a través de ambas redes: la tradicional y la IP [12]. El softswitch debe soportar las siguientes funciones: Control de llamada. Protocolos de establecimiento de llamadas: H.323, SIP. Protocolos de Control de Media: MGCP, MEGACO H.248 Control sobre la Clase y Calidad de Servicio. Protocolo de Control SS7: SIGTRAN (SS7 sobre IP). Procesamiento SS7 cuando usa SIGTRAN. El enrutamiento incluye:  Componentes de enrutamiento: Plan de marcado local.  Translación digital soportado para IP, Frame Relay, ATM y otras redes. Detalle de las llamadas para facturación. Control de manejo del Ancho de Banda. Provee para la Pasarela Multimedia:  Asignación y tiempo de configuración de los recursos DSP.  Asignación de Canal DS0 (canal básico de 64 kbps).  Transmisión de Voz (codificación, compresión y paquetización). Provee para la Pasarela de Señalización: 10.

(18) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN.  Cronómetro de procesos  Variantes SS7 Registro de Gatekeeper (controlador de acceso) [12], [15]. Además los conmutadores por software permiten ofrecer servicios de voz avanzados, así como nuevas aplicaciones multimedia, las cuales se caracterizan por: 1. Su inteligencia. La cual les permite controlar los servicios de conexión asociados a las pasarelas de medios y los puntos terminales que utilizan IP como protocolo nativo. 2. La posibilidad de seleccionar los procesos, los cuales se pueden aplicar a cada llamada. 3. El enrutamiento de las llamadas en función de la señalización y de la información almacenada en la base de datos de los clientes. 4. La capacidad para transferir el control de una llamada a otro elemento de red. 5. Interfaces con funciones de gestión como los sistemas de facturación y provisión. 6. Puede existir con las redes tradicionales de redes conmutadas, así como puede proveer los servicios de la tecnología de conmutación de paquetes. 7. Los servicios que pueden soportar incluyen Voz, Fax, vídeo, datos y nuevos servicios que serán ofrecidos en el futuro. 8. Los dispositivos finales incluyen teléfonos tradicionales, teléfonos IP, computadores, beepers, terminales de videos conferencia y más. 9. Separar los servicios y el control de llamadas, de los servicios de la red de transporte subyacente es una característica esencial de las redes basadas en softswitch. Esto permite que los operadores pueden elegir en todas las capas de la red los mejores productos de cada categoría de distintos fabricantes. Los beneficios que el softswitch ofrece son: Bajo Costo de desarrollo. Fácil integración de redes diversas. Mejora los servicios para el cliente, lo cual reduce el tiempo para mercadear. Mensajes unificados. Flexibilidad al soportar el desarrollo de equipos de telefonía de gran nivel. Mejores ingresos para los proveedores de servicios y operadores. Además con la implementación de esta plataforma también se logran ventajas como: 1. Los operadores se vuelven independientes de los vendedores de la tecnología y de los protocolos que los soportan. 2. Los proveedores ganarán más control sobre la creación de servicios, en donde la verdadera guerra telefónica se peleará, y el software reducirá el costo total del servicio. 3. Un softswitch es generalmente 40 ó 45% menos costoso que un conmutador de circuitos. 11.

(19) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. 4. Los vendedores pronostican una embestida de la industria de desarrolladores, quienes crearán servicios basados en estándares que podrán encajar en cualquier red, fácil y rápidamente. 5. Un softswitch puede ser distribuido por toda la red o de manera centralizada. En redes grandes se pueden distribuir varios softswitch para administrar diferentes dominios o zonas. También se puede tener acceso a servicios desde la plataforma de manera local o desde otras regiones. Las redes más pequeñas pueden requerir solamente dos softswitch (para redundancia). Los adicionales se agregan para mantener baja la latencia cuando la demanda de los clientes aumenta. Esto también permite a los operadores utilizar softswitch en nuevas regiones cuando construyen sus redes sin tener que comprar conmutadores de circuitos. 6. Esta tecnología permite una transición pacífica de circuitos a paquetes, con servicios diferenciados e interoperabilidad a través de redes heterogéneas [7], [14]–[16], [18], [19].. 1.2.3 La capa de Transporte Esta capa no es más que el backbone (red dorsal) de alta velocidad, de transmisión óptica, el cual soportará el tráfico de paquetes para todos los servicios, es decir, voz, datos, video y otros. Es responsable de la QoS de extremo a extremo. Mantendrá conectividad entre todos los componentes y la separación física entre las funciones dentro de NGN. El equipamiento que lo compone son enrutadores y conmutadores que permitirán la conmutación de las señales por la red asegurando alta capacidad y confiabilidad. Este nivel adopta tecnología de conmutación de paquetes IP o ATM, pero el IP se reconoce como la tecnología de transporte más prometedora para NGN. La figura 1.5 muestra una representación de esta capa [6], [14], [20], [21].. Fig. 1.5: Capa de Transporte [21].. 1.2.4 La capa de acceso Esta capa incluye una diversidad de tecnologías usadas para llegar al cliente. Está compuesta por una variedad de dispositivos que permiten a los usuarios finales tener conectividad con la NGN, estos pueden ser MGs, AMG, TMG o SMG, IADs y puntos de acceso inalámbrico. Además, existen los dispositivos que realizan las funciones de pasarelas universales, los cuales realizan funciones tanto de acceso como señalización, entre el mundo IP y el TDM. Estos son conocidos como UMG. A continuación se analizan brevemente cada uno por separado. La figura 1.6 muestra una representación de esta capa [7], [13], [22], [23]. 12.

(20) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. Fig. 1.6: Capa de Acceso [7] Los IADs son dispositivos que permiten la conversión de señales de datos, audio, video y otros servicios a flujos de datos empaquetados. Las interfaces pueden ser FxO, FxS, 10/100BT y xDSL. Además soportan códecs para audio y video sobre IP. Estos dispositivos de acceso pueden tener interfaces TDM y/o analógicas para los terminales que pueden ser teléfonos analógicos, digitales, PBX, u otros y además poseen interfaces de paquetes para la conexión con la red IP, ATM o SDH. Estas últimas pueden ser GbE, FE, ATM 155 o POS 155 (Paquetes sobre SDH a 155 Mbps), en dependencia de la red de paquetes que se vaya a interconectar. El SMG o pasarela de señalización es la interfaz que permite la conversión de señalización SS7 sobre TDM a SS7 sobre IP o ATM para ser entregada al softswitch. Esto se realiza mediante protocolos SIGTRAN, el cual describe un método de encapsular la información de señalización SS7 sobre IP, de manera tal que los beneficios de SS7 se mantengan. El AMG o pasarela de acceso, son los equipos que proveen conectividad a los terminales analógicos, estos pueden ser teléfonos o PBX, el acceso puede ser a través de RDSI, xDSL, V.5, entre otros. Su función es empaquetar las señales provenientes de los terminales para transmitirlas a la red de paquetes. Para esto utilizan protocolos como MGCP/H.248, H.323 o SIP. Los TMG son pasarelas que se encargan de trasladar flujos troncales. Poseen interfac es TDM, IP y/o ATM. En general pueden usar MGCP/H.248 para la comunicación con el softswitch y H.323 o SIP para la transmisión de los datos. Los UMG, que implementan las funciones de conversión de flujos de medios y de señalización, pueden actuar como TMG, AMG o SMG [7], [18]. Las NGN se caracterizan por una arquitectura que desacopla redes y servicios, con múltiples capas y planos, donde hay una separación clara entre las funciones de transporte y las funciones de servicios. Tienen capacidad para la creación, el despliegue y la gestión de cualquier tipo de servicio conocido y por venir, combinando cualquier tipo de medio. Las entidades funcionales pueden estar distribuidas sobre la infraestructura comunicándose a través de interfaces abiertas controlando las políticas, secciones, medios, recursos, entrega de servicios, seguridad, etc. Se caracterizan además por la interoperabilidad con las redes actuales a través de las puertas de enlace. 13.

(21) __. 1.3. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. Protocolos en redes NGN. La arquitectura y ejecución de las redes de próxima generación deberán partir de interfaces y protocolos basados en normas. Esto es esencial para obtener el interfuncionamiento de productos de diferentes proveedores y para acelerar el ritmo de las innovaciones. Las NGNs necesitan soportar una gran variedad de funciones de red, incluyendo los tradicionales protocolos orientados a datos y los más recientes protocolos orientados a la convergencia. Uno de los desafíos más importantes de lo que se supone constituirá la nueva generación de redes, será la provisión de servicios de multi-conferencia multimedia. Con esta idea, aparte de tener que tratar los problemas típicos asociados a los servicios en tiempo real o todo lo relativo a la seguridad en entornos IP, se debe tener en cuenta la necesidad de buscar mecanismos de señalización y control que permitan un despliegue eficaz de los servicios. Para el correcto funcionamiento de una red NGN es necesario el uso de normas y protocolos de señalización estandarizados, que permitan el funcionamiento adecuado de todos sus componentes en la red. Esos protocolos son la llave para consolidar la convergencia de las redes [24]. La pila de protocolos de NGN es bastante amplia, los cuales trabajan en los diversos niveles de su arquitectura como se muestra en la figura 1.7. Estos se pueden clasificar en dependencia de la función que realizan: Protocolos de control de transporte: TCP, UDP, SCTP. Protocolos de control de llamada: ISUP, SIGTRAN, BICC, SIP-T, SIP-I, H.323. Protocolos de control de media: H.248, MGCP, SIP. Protocolos de aplicaciones: PARLAY, JAIN, XML, INAP, LDAP, RADIUS. Protocolos de Gestión: SNMP, DHCP, HTTP, TELNET. Media: RTP, RTSP.. 14.

(22) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. Fig. 1.7: Protocolos más usados en NGN [12].. 1.3.1 Voz sobre IP El crecimiento y fuerte implantación de las redes IP, tanto en local como en remoto, el desarrollo de técnicas avanzadas de digitalización de voz, mecanismos de control y priorización de tráfico, protocolos de transmisión en tiempo real, así como el estudio de nuevos estándares que permitan la calidad de servicio en redes IP, han creado un entorno donde es posible transmitir telefonía sobre IP. El concepto original es relativamente simple: se trata de transformar la voz en "paquetes de información" manejables por una red IP. Gracias a otros protocolos de comunicación, como el RSVP, es posible reservar cierto ancho de banda dentro de la red que garantice la calidad de la comunicación [25]–[27]. El estándar H.323 del ITU-T cubre la mayor parte de las necesidades para la integración de la voz. El VoIP/H.323 comprende a su vez una serie de estándares y se apoya en un conjunto de protocolos que cubren los distintos aspectos de la comunicación [28], [29]: 1. Direccionamiento RAS: Protocolo de comunicaciones que permite a una estación H.323 localizar otra estación H.323 a través del Gatekeeper. DNS: Servicio de resolución de nombres en direcciones IP con el mismo fin que el protocolo RAS, pero a través de un servidor DNS.. 15.

(23) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. 2. Señalización Q.931 Señalización inicial de llamada H.225 Control de llamada: señalización, paquetización/sincronización del flujo (Stream) de voz.. registro. y. admisión,. y. H.245 Protocolo de control para especificar mensajes de apertura y cierre de canales para flujos de voz. 3. Compresión de Voz Requeridos: G.711 y G.723 Opcionales: G.728, G.729 y G.722 4. Transmisión de Voz UDP: La transmisión se realiza sobre paquetes UDP, pues aunque UDP no ofrece integridad en los datos, el aprovechamiento del ancho de banda es mayor que con TCP. RTP: Maneja los aspectos relativos a la temporización, marcando los paquetes UDP con la información necesaria para la correcta entrega de los mismos en recepción.. 1.3.2 Protocolos de Transporte En la capa de transporte de una red NGN predominan dos protocolos fundamentales, el TCP orientado a la conexión y el UDP no orientado a la conexión. TCP: es un protocolo de comunicación orientado a conexión y fiable del nivel de transporte. Como IP se basa en método transporte al mayor esfuerzo (sin garantías) TCP añade las funciones necesarias para prestar un servicio que permita que la comunicación entre dos sistemas se efectúe: libre de errores, sin pérdidas y con seguridad [30], [30], [31]. TCP usa el concepto de número de puerto para identificar a las aplicaciones emisoras y receptoras. Los puertos son clasificados en tres categorías: bien conocidos, registrados y dinámicos/privados. Los puertos bien conocidos son asignados por la IANA, van del 0 al 1023 y son usados normalmente por el sistema o por procesos con privilegios. Las aplicaciones que usan este tipo de puertos son ejecutadas como servidores y se quedan a la escucha de conexiones. Algunos ejemplos son: FTP (21), SSH (22), Telnet (23), SMTP (25) y HTTP (80). TCP es un protocolo muy desarrollado y complejo. Sin embargo, mientras mejoras significativas han sido propuestas y llevadas a cabo a lo largo de los años, ha conservado las operaciones más básicas sin cambios desde el RFC 793, publicado en 1981. UDP: es un protocolo del nivel de transporte basado en el intercambio de datagramas. Permite el envío de datagramas a través de la red sin que se haya establecido previamente una conexión, ya que el propio datagrama incorpora suficiente información de 16.

(24) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. direccionamiento en su cabecera. Tampoco tiene confirmación ni control de flujo, por lo que los paquetes pueden adelantarse unos a otros; y tampoco se sabe si ha llegado correctamente, ya que no hay confirmación de entrega o recepción[32], [33]. Su uso principal es para protocolos como DHCP, BOOTP, DNS y demás protocolos en los que el intercambio de paquetes de la conexión/desconexión son mayores, o no son rentables con respecto a la información transmitida, así como para la transmisión de audio y vídeo en tiempo real, donde no es posible realizar retransmisiones por los estrictos requisitos de retardo que se tiene en estos casos. Ya que tanto TCP como UDP circulan por la misma red, en muchos casos ocurre que el aumento del tráfico UDP daña el correcto funcionamiento de las aplicaciones TCP. Por defecto, TCP pasa a un segundo lugar para dejar a los datos en tiempo real usar la mayor parte del ancho de banda. El problema es que ambos son importantes para la mayor parte de las aplicaciones, por lo que encontrar el equilibrio entre ambos es crucial [34].. 1.3.3 MEGACO/H.248 Megaco es la generación siguiente del MGCP, desarrollado por Telcordia y Level 3 Communications, fue uno entre algunos estándares de señal y control propuestos para competir con el estándar H.323 para la conversión de señales de audio, transportadas en los circuitos telefónicos, en paquetes de datos transportados por Internet o por otras redes de conmutación de paquetes [35]. La razón principal de la necesidad de desarrollo de este estándar fue la creciente popularidad de voz sobre IP. Los teléfonos tradicionales, ya sean digitales o analógicos, son relativamente baratos porque no necesitan ser complejos, ellos son fijados a un conmutador específico de una central de conmutación local. Los primeros dispositivos y teléfonos IP no son fijados a un conmutador específico, entonces ellos deben de tener procesadores que le permitan funcionar y ser inteligentes por ellos mismos, independiente de una central de conmutación local. Esto hace el terminal (teléfono o dispositivo) más complejo, y por lo tanto más caro. El MGCP trata de simplificar estándares para esta nueva tecnología eliminando la necesidad de complejidad y procesamiento intensivo de dispositivos de telefonía IP, de esta manera se simplifican y se disminuyen los costos de los dispositivos anteriormente mencionados. MEGACO retoma la posición anterior además de permitir al MG comunicarse con el MGC no solo a través de una red IP, sino también a través de una red ATM. Esto permite a los proveedores de servicios y a las organizaciones la flexibilidad de usar las redes ATM e IP existentes como el backbone para su voz sobre una red IP o ATM. MEGACO informa al MGC cuando un receptor de teléfono IP, es descolgado, y el MGC, a través de MEGACO, le dice al MG que le dé tono de discar a ese teléfono IP y que espere por los tonos duales de multifrecuencia (DTMF). Una vez marcado un número, el MGC determina la ruta. Todos los cálculos son realizados dentro del MGC, entonces MEGACO inicia los comandos entre los dispositivos: maestro (MGC) y esclavo (MG). Una vez que el MGC decide que tiene que enrutar la llamada hacia otro MGC, como un PBX o un servidor. 17.

(25) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. de VoIP, entonces usa SIP, H.323 o BICC como el protocolo de señalización entre MGCs. Por lo tanto MEGACO permanece sólo en comunicaciones entre MG y MGC [36], [37].. 1.3.4 SIP SIP es un protocolo de control de nivel de aplicación desarrollado para el establecimiento, modificación y finalización de sesiones multimedia (conferencias) tales como llamadas telefónicas sobre Internet. SIP también puede invitar a los participantes de las sesiones ya existentes, tales como conferencias de multidifusión. Los medios se pueden agregar y quitar de una sesión existente. SIP transparentemente admite la asignación de nombre y servicios de redirección, lo cual soporta movilidad personal. Los usuarios pueden mantener un único identificador visible externamente, independientemente de su ubicación de red. SIP se desarrolló siguiendo los procedimientos del IETF, identificado inicialmente en febrero de 1996 en la RFC 2543, ahora obsoleta con la publicación de la nueva versión RFC 3261 que se publicó en junio de 2002 [38]. SIP no es un protocolo que proporcione de forma integrada comunicaciones multimedia y por ello se utiliza en conjunción con otros protocolos como SDP para la especificación del medio, RTP para transmisión de Voz y Video sobre IP y RTCP para el control de la transmisión de paquetes RTP. Un usuario SIP utiliza un Agente de Usuario (UA) para enviar y recibir mensajes SIP. Hay dos tipos de UA: Agente de Usuario de Cliente (UAC) que crea peticiones SIP y Agente de Usuario Servidor (UAS) que interactúa con el usuario recibiendo una petición SIP y contestando a ella. El protocolo SIP soporta los servicios fundamentales de seguridad: Autenticación. Control de Acceso. Confidencialidad. Integridad Existen tres tipos de servidores SIP: 1. Servidor Proxy: Retransmiten solicitudes y deciden a qué otro servidor deben remitir, alterando los campos de la solicitud en caso necesario. Es una entidad intermedia que actúa como cliente y servidor con el propósito de establecer llamadas entre los usuarios. Este servidor tiene una funcionalidad semejante a la de un Proxy HTTP que tiene una tarea de encaminar las peticiones que recibe de otras entidades más próximas al destinatario. 2. Servidor de Registro: es un servidor que acepta peticiones de registro de los usuarios y guarda la información de estas peticiones para suministrar un servicio de localización y traducción de direcciones en el dominio que controla.. 18.

(26) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. 3. Servidor de Redireccionamiento: es un servidor que genera respuestas de redirección a las peticiones que recibe. Este servidor reencamina las peticiones hacia el próximo servidor. SIP cumple cinco funciones en el establecimiento y finalización de sesiones multimedia: localización de usuarios, determinación de su disponibilidad, enumeración de las capacidades de su terminal, configuración de la llamada y gestión de la sesión (incluyendo transferencia y terminación de llamadas) [15], [38], [39].. 1.3.5 H.323 La Recomendación H.323 de la UIT-T trata sobre la forma en que los teléfonos PC o los teléfonos existentes pueden conectarse mediante adaptadores, a redes de paquetes e interfuncionar con redes telefónicas públicas conmutadas a través de pasarelas. Conocida como H.32X, dicha serie incluye la H.320 para la RDSI-BE, la H.321 para la RDSI-BA y la H.324 para la red telefónica conmutada. Las comunicaciones conforme a la H.323 son una combinación de señales de audio, video, datos y control [12].. Fig. 1.8: Pila de protocolos H.323 [12]. Como se aprecia e la figura 1.8, la serie H.323 incluye otras recomendaciones tales como el empaquetado y sincronización (H.225.0), el Control (H.245), los códecs de video H.261 y H.263, los códecs de audio G.711, G.722, G.728, G.729 y G.723 y la serie de protocolos de comunicaciones multimedia T.120. Todas estas especificaciones juntas definen un número de nuevos componentes de redes (terminal, unidades de control multipunto, controlador multipunto, procesador multipunto, controlador de acceso, pasarela y proxy H.323), los cuales interoperan en el extremo final del usuario con otros estándares amigables y redes, mediante la Pasarela H.323 [7], [40].. 19.

(27) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. 1.3.5 SIGTRAN SIGTRAN es el nombre del grupo de trabajo de la IETF que desarrolló una serie de protocolos que permiten transportar señalización SS7 por redes IP [41]. La Figura 1.9 muestra la pila de protocolos de SIGTRAN.. Fig. 1.9: Pila de Protocolos SIGTRAN [12]. Esta pila de protocolos soporta la transmisión de la señalización para la red de conmutación de circuitos (SCN) sobre redes IP. El mismo soporta una interfaz primitiva del estándar entrecapas, definida en el modelo de jerarquías del protocolo de señalización SCN para asegurar la utilización de las aplicaciones basadas en SCN sin modificaciones. Esto es también utilizado por el protocolo IP en la capa inferior de transmisión y cumple con los requerimientos esenciales de la señalización SCN añadiendo las propias funciones. M3UA: MTP3- Capa de Adaptación de Usuario. M2UA: MTP2- Capa de Adaptación de Usuario. V5UA: V5.2- Capa de Adaptación de Usuario. SCTP: Es un protocolo de comunicación de capa de transporte que fue definido por el grupo SIGTRAN de IETF en el año 2000 y especificado en la RFC 2960. SCTP es una alternativa a los protocolos de transporte TCP y UDP pues provee confiabilidad, control de flujo y secuenciación como TCP. Sin embargo, SCTP opcionalmente permite el envío de mensajes fuera de orden y a diferencia de TCP, SCTP es un protocolo orientado al mensaje (similar al envío de datagramas UDP) [41]–[43].. 1.4. Seguridad en NGN. La seguridad en la provisión de servicios es uno de los aspectos claves en la NGN. Desafortunadamente existen numerosas amenazas que conciernen a las redes VoIP; muchas de las cuales no resultan obvias para la mayoría de los usuarios. Los dispositivos de redes, los servidores y sus sistemas operativos, los protocolos, los teléfonos y su software, todos son vulnerables. Los niveles de seguridad se pueden estructurar en dos apartados diferentes siendo sus objetivos principales la integridad, la disponibilidad y la confiabilidad en: Seguridad de red. Seguridad de clientes e información.. 20.

(28) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. Los requerimientos de seguridad van a tener un impacto en la arquitectura de Internet, incluyendo los elementos que la red necesita para administrar la identidad digital PKI, así como los protocolos SSL/TLS e IPSec que permiten autenticar usuarios y proteger sus operaciones a través de la red [44], [45].. 1.5. QoS en NGN. Se entiende por Calidad de Servicio a la capacidad de una red para sostener un comportamiento adecuado del tráfico que transita por ella, cumpliendo a su vez con los requerimientos de ciertos parámetros relevantes para el usuario final. Esto puede entenderse también como el cumplimiento de un conjunto de requisitos estipulados en un c ontrato (SLA) entre un ISP y sus clientes. A continuación se hace referencia a las principales recomendaciones internacionales referentes a la evaluación de la QoS en redes IP.. 1.5.1 Recomendación Y.1540 Esta Recomendación define parámetros que se pueden utilizar para especificar y evaluar la calidad de funcionamiento en cuanto a velocidad, exactitud, seguridad de funcionamiento y disponibilidad de la transferencia de paquetes IP del servicio de comunicación de datos con protocolo Internet. Los parámetros definidos se aplican al servicio IP de extremo a extremo, punto a punto, y a tramos de la red, que proporcionan o contribuyen a la prestación de ese servicio. Las definiciones de esta recomendación plantean el transporte sin conexión como uno de los aspectos diferenciadores del servicio IP [46]. La utilización prevista de los parámetros de calidad de funcionamiento Y.1540 constituye la planificación y la oferta del servicio IP internacional. Entre los usuarios a los que va dirigida la presente Recomendación figuran los proveedores de servicios IP, los fabricantes de equipos y los usuarios de extremo. Esta Recomendación puede ser utilizada por los proveedores de servicios para planificar, desarrollar y estimar un servicio IP que satisfaga las necesidades de los usuarios en materia de calidad de funcionamiento, por los fabricantes de equipos como fuente de información respecto a esa calidad de funcionamiento que influirá en el diseño de los equipos y por los usuarios de extremo para evaluar la calidad del servicio IP. Los parámetros de calidad de funcionamiento definidos en esta recomendación describen la velocidad, exactitud, seguridad de funcionamiento y disponibilidad de la transferencia de paquetes IP que proporciona el servicio de comunicación de datos IP. La calidad de funcionamiento de extremo a extremo de los servicios IP internacionales que proporcionan las funciones de acceso y desvinculación (por ejemplo, el servicio de nombre de dominio) y las capacidades de transporte de capas superiores (por ejemplo, el protocolo de control de la transmisión) se pueden tratar en otras recomendaciones.. 21.

(29) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. Fig. 1.10: Alcance de la Recomendación Y.1540 [46]. Conjunto de parámetros de calidad de funcionamiento de la transferencia de información de paquetes IP: Poblaciones de interés: Para el caso extremo a extremo, la población de interés es normalmente el conjunto total de paquetes que se envía de un SRC a un DST. Los puntos de medición en el caso extremo a extremo son el MP del SRC y el DST. IPTD (IP Packet Transfer Delay): Es el tiempo que demora un paquete, satisfactoriamente o con errores, en atravesar un componente de red, ya sea un switch, host o una sección de red. Este es uno de los parámetros principales y críticos para todas las aplicaciones que utilicen una red convergente. IPDV (IP Packet Delay Variation): Es el jitter o el tiempo esperado de llegada de cada paquete. Las variaciones del retardo IP provocarán el aumento de los umbrales del temporizador de retransmisión TCP y quizás den lugar también a que se retarden las retransmisiones de paquetes o se retransmitan paquetes innecesariamente. IPLR (IP Packet Loss Ratio): Se refiere a la razón de pérdidas de paquetes, la cual se obtiene entre el total de paquetes perdidos sobre el total de paquetes transmitidos en un flujo de datos determinado. IPER (IP Packet Error Ratio): Hace referencia a la tasa de paquetes con errores, la cual se obtiene entre el total de paquetes con errores sobre el total de paquetes sin errores transmitidos en flujo de datos determinado [3], [10], [22]. 22.

(30) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. La Tasa de paquetes IP espurios en un MP de egreso: Es el número total de paquetes IP espurios observados en ese MP de egreso durante un intervalo de tiempo especificado, dividido por la duración del intervalo de tiempo (equivalente al número de paquetes IP espurios por segundo de servicio). La Tasa de Bloques de Paquetes IP con Muchas Pérdidas (IPSLBR): Es la relación entre los bloques resultantes de paquetes IP con muchos errores y el número total de bloques en una población de interés. Tasa de paquetes reordenados (IP Packet Reordered Ratio, IPRR): Es la relación entre el total de paquetes reordenados que resultan y el total de paquetes que son transferidos exitosamente, en una población de interés. Tasa de paquetes replicados (RIPPR, Replicated IP Packet Ratio): Es la relación entre el total de paquetes replicados resultantes y el total de paquetes transmitidos exitosamente, menos los paquetes replicados resultantes, en una población de interés [4], [40], [47].. 1.5.2 Recomendación Y.1541 En la Recomendación UIT-T Y.1541 se especifican los valores de calidad de funcionamiento del IP aceptables en todo el mundo para cada uno de los parámetros de calidad de funcionamiento definidos en la Rec. UIT-T Y.1540. Los valores que se muestran en la Tabla 1.1 dependen de la clase de calidad de servicio de red acordada entre los usuarios de extremo y los proveedores de servicios de red [48]. En la Tabla 1.2 se definen seis diferentes clases de QoS de red, las clases de QoS de red definidas aquí tienen por objetivo establecer las bases de los acuerdos entre los usuarios de extremo y los proveedores de servicios de red, y entre los proveedores de servicio. Estas son aplicables a una gran variedad de aplicaciones de tráfico, entre ellas la telefonía de punto a punto, la transferencia de datos, y las conferencias con multimedios, ya para aplicaciones que exigen una calidad de funcionamiento mayor que otras es posible que se necesite una clasificación nueva o más actualizada para las aplicaciones futuras. El número limitado de clases coincide con la condición requerida de una implementación viable, particularmente con respecto a la escala de las redes mundiales. En algunas clases de QoS de red se le designa el valor de “U” a algunos parámetros de calidad de funcionamiento. En estos casos, la UIT-T no establece objetivos con relación a estos parámetros. Los operadores de red pueden elegir arbitrariamente asegurar algún nivel mínimo de calidad para los parámetros no especificados, aunque la UIT-T no recomienda ningún mínimo de este tipo.. 23.

(31) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. Tabla 1.1 Definiciones de clases de QoS y calidad de funcionamiento de redes IP [48]. Parámetro de calidad de funcionamiento de red. Tipo de objetivo de calidad de funcionamiento de red. IPTD. Clases de QoS. Clase 0. Clase 1. Clase 2. Clase 3. Clase 4. Clase 5*. Límite superior en el IPTD medio. 100 ms. 400 ms. 100 ms. 400 ms. 1s. U. IPDV. Límite superior en el cuantil 1x10 -3 de IPTD menos el IPTD mínimo. 50 ms. 50 ms. U. U. U. U. IPLR. Límite superior en probabilidad de pérdida de paquetes. 1x10 -3. 1x10 -3. 1x10 -3. 1x10 -3. 1x10 -3. U. IPER. Límite superior. “U” Significa no especificado o sin límites. 1x10. -4. U. * Clase no especificada. Tabla 1.2: Clases QoS IP [48]. Clase de QoS. Aplicaciones (ejemplos). 0. Tiempo real, sensibles a la fluctuación de fase, alta interacción (VoIP, videoconferencia).. 1. Tiempo real, sensibles a la fluctuación de fase, alta interacción (VoIP, videoconferencia).. 2. Datos transaccionales, altamente interactivos (señalización).. Mecanismos de nodo. Cola separada en servicio preferencial, preparación del tráfico.. Cola separada, prioridad por supresión.. Técnicas de red. Encaminamiento y distancia limitados.. Encaminamiento y distancia menos limitados. Encaminamiento y distancia limitados Encaminamiento y distancia menos limitados.. 3. Datos transaccionales interactivos.. Cola larga, prioridad por supresión.. Cualquier ruta/trayecto. 4. Solo pérdida baja (transacciones cortas, datos en grandes cantidades, flujo continuo de video). Aplicaciones tradicionales de redes IP por defecto.. Cola separada (prioridad inferior. Cualquier ruta/trayecto. 5. 24.

(32) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. 1.5.3 Y.1541 (Amendment 1) Los objetivos de calidad de servicio en la UIT-T Y.1541 se consideran aplicables cuando las velocidades de los enlaces de acceso están en el orden de los T1, E1 y superior. Hoy en día, muchos proveedores de la red utilizan tecnologías donde ofrecen enlace de acceso a velocidades mucho menores que T1 o E1. En una MGW, los buffers limitan el jitter, a una magnitud de 100 ms, y se sugiere que la fluctuación total no debe exceder de 80 ms con el fin de dejar un poco de espacio adicional para la sincronización del reloj [49].. Fig. 1.11: Ejemplo de configuración de redes de acceso de baja velocidad [49] En el contexto de tales velocidades bajas de acceso, la atención se centra en los detalles de la fluctuación de fase introducida por elementos de red, causadas por limitaciones en el ancho de banda de acceso en escenarios de conexión similares al de la figura anterior. Los objetivos previstos son un requisito previo para que los operadores de red puedan proporcionar conexiones de buena calidad percibida por el usuario. Por ejemplo, caminos UNI-UNI con 384 kbit/s de enlace ascendente tendrán al menos un tiempo de 32 ms (para un paquete de 1.543 octetos), incrementándose a 40 ms por la sobrecarga adicional de la capa de enlace, nominalmente es el tiempo de inserción de un paquete, o 40 ms de variación máxima de retardo para tráfico en tiempo real. Cuando se combina con la variación del núcleo de la red y el retardo de salida, el UNI-UNI IPDV podría exceder de 50 ms, pero algunos equipos de pasarela de medios permiten un jitter de 80 ms. Es evidente que si el flujo de subida de 384 kbit/s inserta más de un paquete delante del tráfico en tiempo real, la asignación de pasarela de medios de 80 ms será excedida. Por lo tanto, la vía deseada hacia adelante es establecer la cola de enlace por hardware en un paquete, o proporcionar el intercalado de enlace u otras mitigaciones para acercarse a un IPDV de 40 ms (99,9 %) para un enlace ascendente DSL. Con un búfer de hardware que contiene un paquete, la variación máxima del retardo introducido en un paquete de servicio en tiempo real de VoIP (debidamente priorizada) es de 40 ms. Esta es una parte importante de los 50 ms del objetivo IPDV objetivo en la UIT-T Y.1541 de Clase 0, y también una parte importante de los 100 ms del objetivo IPTD[49]. Orientación sobre la variación del retardo: El límite sugerido para el IPDV de enlaces de acceso (de TE a SBC), que tienen tasas / s 384 kbps (inferiores a las tasas de T1 o E1 que se cubren en el cuerpo de la Recomendación) es el siguiente: Tabla 1.3: Límite de IPDV en enlaces de bajas velocidades 25.

(33) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. Parámetro. Valor. Red de Acceso (lado emisor). < 40 ms. 1.5.4 Modelos de QoS IntServ (Integrated Services) o modelo de Servicios Integrados: El modelo de Servicios Integrados provee a las aplicaciones de un nivel garantizado de servicio, negociando parámetros de red, de extremo a extremo. La aplicación solicita el nivel de servicio necesario para ella con el fin de operar apropiadamente, y se basa en la QoS para que se reserven los recursos de red necesarios antes de que la aplicación comience a operar. Estas reservaciones se mantienen en pie hasta que la aplicación termina, o hasta que el ancho de banda requerido por ésta sobrepase el límite reservado para dicha aplicación. El modelo IntServ se basa en el Protocolo de Reservación de Recursos (RSVP) para señalizar y reservar la QoS deseada para cada flujo en la red. Debido a que la información de estados para cada reserva necesita ser mantenida por cada enrutador a lo largo de la ruta, la escalabilidad para cientos de miles de flujos a través de una red central, típicos de una red óptica, se convierte en un problema. DiffServ (Differentiated Services) o modelo de Servicios Diferenciados del IETF: Proporciona calidad de servicio e intenta evitar los problemas encontrados en IntServ, únicamente se encarga del marcado del paquete, mas no en la reserva de recursos como en el anterior modelo, también este modelo elimina la información sobre cada flujo de tráfico de los routers, evitando la congestión en el núcleo de la red, ya que el marcado de los paquetes se realiza solo en los nodos del borde. DiffServ se basa en la división del tráfico en diferentes clases mediante la asignación de una cabecera DSCP a los paquetes para distinguirlos, clasificarlos y darles el tratamiento necesario con un código específico que indica el comportamiento de los paquetes, esta cabecera es compatible con IPv4 e IPv6 [10], [50]. Este modelo incluye un conjunto de herramientas de clasificación y mecanismos de cola que proveen a ciertas aplicaciones o protocolos con determinadas prioridades sobre el resto del tráfico en la red. Cuenta con los enrutadores de bordes para realizar la clasificación de los distintos tipos de paquetes que circulan por la red. El tráfico de red puede ser clasificado por dirección de red, protocolo, puertos, interfaz de ingreso o cualquier tipo de clasificación que pueda ser alcanzada mediante el uso de listas de acceso, en su variante para la implementación de QoS. Al utilizar el modelo DiffServ se obtienen varias ventajas. Los enrutadores operan más rápido, ya que se limita la complejidad de la clasificación y el encolado, se minimizan el tráfico de señalización y el almacenamiento. En DiffServ, se definen clases de servicio, cada flujo particular de datos es agrupado en un tipo de clase, donde son tratados idénticamente. Los enrutadores internos sólo están interesados del comportamiento por salto (PHB), marcado en la cabecera del paquete. Esta arquitectura. 26.

(34) __. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LAS REDES DE PRÓXIMA GENERACIÓN. permite a DiffServ rendir mucho mejor en ambientes de bajo ancho de banda, y provee de un mayor potencial que una arquitectura IntServ [51].. 1.6. Conclusiones del Capítulo. En este capítulo se ha abordado de forma profunda lo referente a las redes NGN desde su definición, arquitectura, los protocolos que rigen el funcionamiento de cada una de las capas y la calidad de servicio, factor este muy importante, que es fundamental mencionar cuando se hable de Redes de Próxima Generación.. 27.

(35) CAPÍTULO 2. SOLUCIÓN NGN PARA LA RED DE ETECSA EN VILLA CLARA En este capítulo se abordan temas tales como la descripción de la red de Comunicaciones que posee ETECSA y que brinda sus servicios en la provincia de Villa Clara. Además se caracterizarán los elementos que formarán parte de la propuesta de Red NGN.. 2.1. Análisis del estado de la red de telecomunicaciones de ETECSA. El escenario actual de la red fija de telecomunicaciones de ETECSA está caracterizado por los siguientes elementos: 1. Red de Conmutación integrada por centrales de tecnología TDM. En este momento ya todas las capitales provinciales cuentan con una central digital que comanda la red de conmutación provincial. 2. Se han digitalizado algunos municipios, en otros casos se cuenta con tecnología digital alemana (ATZ-64) y en escasos lugares se mantienen en servicio centrales analógicas de pequeña capacidad ubicadas en municipios y poblados. 3. La red de transporte nacional está integrada por el backbone de Fibra Óptica Nacional. La seguridad del mismo se completó al terminarse el cierre de los anillos a finales del año 2008. 4. Las redes de transporte provinciales avanzan en su proceso de digitalización, llegando a la mayoría de las cabeceras municipales con el uso principalmente de fibra óptica. Una parte de los poblados se mantienen con soportes analógicos [12]. Las centrales de usuario (SGU) de la zona occidental encaminan las llamadas al 50% por las centrales Tándem de Águila y Luz, las cuales asumen todo el tráfico de tránsito que se genera en esta zona, mientras que las SGU de la zona centro-oriental encaminan las llamadas al 50% por las Tándem de Villa Clara y Holguín, las cuales asumen todo el tráfico que se genera en esta zona. Por otro lado, se pueden apreciar segmentos de red NGN en la Habana y Guantánamo, esta última digitalizada completamente con tecnología NGN HUAWEI, e incorporan cada vez más nodos de acceso, haciendo más flexible y eficiente la red [12]. El tránsito entre las dos redes (TDM-VoIP) se realiza a través de la Pasarela de Medios Universal (UMG 8900), de tecnología Huawei. En la provincia de Villa Clara se encuentra instalada una UMG 8900 que brinda servicios de SGT para diversas provincias donde aún no están instaladas estas pasarelas. Tal es el caso, por ejemplo, de Ciego de Ávila, Camagüey, Santi Spíritus y Cienfuegos. Además, se cuenta con un UMG 7510 de Alcatel para la salida del tráfico TDM de la provincia. El control de toda la red NGN del país se realiza a través de.

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Fig. 1.1: Representación de internet y los servicios a tener en cuenta [7].
Fig. 1.1: Representación de internet y los servicios a tener en cuenta [7]. p.12
Fig. 1.2: Representación de la visión NGN  para la voz [7]
Fig. 1.2: Representación de la visión NGN para la voz [7] p.13
Fig. 1.5: Capa de Transporte [21].
Fig. 1.5: Capa de Transporte [21]. p.19
Fig. 1.8: Pila de protocolos H.323 [12].
Fig. 1.8: Pila de protocolos H.323 [12]. p.26
Fig. 1.9: Pila de Protocolos SIGTRAN  [12].
Fig. 1.9: Pila de Protocolos SIGTRAN [12]. p.27
Fig. 1.11: Ejemplo de configuración de redes de acceso de baja velocidad [49]
Fig. 1.11: Ejemplo de configuración de redes de acceso de baja velocidad [49] p.32
Fig 2.1: Topológico de Villa  Clara

Fig 2.1:

Topológico de Villa Clara p.36
Fig. 2.2: Red Básica MPLS [21].
Fig. 2.2: Red Básica MPLS [21]. p.41
Fig. 2.3: Encolamiento FIFO [51].
Fig. 2.3: Encolamiento FIFO [51]. p.45
Fig. 2.4: Funcionamiento de PQ [75].
Fig. 2.4: Funcionamiento de PQ [75]. p.47
Fig 2.5: Funcionamiento de CQ [51]

Fig 2.5:

Funcionamiento de CQ [51] p.48
Fig. 3.2: Red NGN  para Villa  Clara
Fig. 3.2: Red NGN para Villa Clara p.56
Fig 3.3: IPTD para la VoIP.

Fig 3.3:

IPTD para la VoIP. p.58
Fig. 3.5. Comportamiento del Jitter para la VoIP
Fig. 3.5. Comportamiento del Jitter para la VoIP p.59
Fig 3.6: Demora en la VPN de VoIP

Fig 3.6:

Demora en la VPN de VoIP p.60

Referencias

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