Modelado y simulación de una red ATM en Villa Clara

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(1)Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA “Modelado y simulación de una red ATM en Villa Clara”. Autor: Lorena Isabel Rangel Peral Tutor: Ing. Rafael E. Viego Escandell. Santa Clara 2008 "Año 50 de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA “Modelado y simulación de una red ATM en Villa Clara” Autor: Lorena Isabel Rangel Peral. Tutor: Ing. Rafael E. Viego Escandell Subgerente Datos ETECSA Villa Clara E-mail: [email protected]. Santa Clara 2008 "Año 50 de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. ¨En la tierra hace falta personas que trabajen más y critiquen menos, que construyan más y destruyan menos, que prometan menos y resuelvan más, que esperen recibir menos y dar más, que digan mejor ahora que mañana.¨. Ernesto Guevara de la Serna.

(5) ii. DEDICATORIA. A mi madre, por ser mi mayor fuente de energía e inspiración. A mi padre, por estar siempre a mi lado. A ellos, por haberme dado la vida..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. A mis padres, por el gran apoyo incondicional que me han dado a lo largo de todos estos años, por su inmenso amor. A mi tío Elo, por estar siempre dispuesto a resolver mis problemas y los de todos. A mi hermana, por su preocupación. A mi novio: Yoandy, por estar siempre a mi lado cuando más lo necesitaba. A Yosbel Reyes, por todo el tiempo que me ha dado, por sus sugerencias e ideas de las que tanto provecho he sacado. A mi tutor, por su apoyo y colaboración en la realización de esta investigación. Al personal del Complejo Oftalmológico de Sancti Spíritus, por su ayuda. A todos mis amigos, quienes me han entregado siempre su cariño, apoyo y comprensión. A mis compañeros de aula, con los cuales he compartido incontables horas de estudio, trabajo y diversión. A Dios..

(7) iv. TAREAS TÉCNICAS.  Búsqueda bibliográfica y estudio de trabajos relacionados con la tecnología ATM (Modo de Transferencia Asíncrono).  Búsqueda de información automatizada.  Estudio detallado del lenguaje de simulación OPNET.  Intercambios periódicos con los especialistas de la Filial “Datos ETECSA Villa Clara”.  Selección de un enlace de red como modelo de estudio.  Creación del modelo de red para la simulación.  Preparación y ejecución de las simulaciones.  Análisis de los resultados obtenidos en la simulación.  Escritura del informe del trabajo de diploma.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo.

(8) v. RESUMEN. En esta tesis se realiza una descripción general de la tecnología ATM, fundamentalmente en cuanto a los servicios que ofrece, los parámetros que se establecen en el Contrato de Tráfico y sus categorías de servicio, con el objetivo de establecer un modelo simplificado acorde a la red de Villa Clara, basado en el enlace entre La Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas y el nodo de Transmisión de Datos ETECSA de la provincia. Luego se desarrolla un estudio por simulación de esta red, mostrándose su topología, las características de los enlaces, y el grado de utilización y el rendimiento de los mismos, para ello se emplea la herramienta de modelación/simulación OPNET Modeler versión 8.0, de la cual se realiza una breve descripción. También se muestra el procedimiento para la configuración de la simulación para cada escenario. Se analizan los resultados obtenidos en la simulación y se proponen soluciones técnicas para mejorar el servicio que se brinda a la UCLV. Dentro de los principales resultados se encuentra la obtención de valores favorables en cuanto a la utilización de los enlaces establecidos con los servidores de correo, base de datos, transferencia de archivos e Internet, permitiendo ampliaciones futuras soportadas sobre dicho enlace..

(9) vi. ÍNDICE. PENSAMIENTO................................................................................................................. i DEDICATORIA ................................................................................................................ ii AGRADECIMIENTOS .....................................................................................................iii TAREAS TÉCNICAS ....................................................................................................... iv RESUMEN ........................................................................................................................ v INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1.. FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGÍA ATM ................................... 5. 1.1. Introducción a la tecnología ATM ....................................................................... 5. 1.2. Las celdas de ATM ............................................................................................. 6. 1.3. Servicios de Banda Ancha ................................................................................... 7. 1.4. Contrato de tráfico .............................................................................................. 8. 1.4.1. Descriptores del tráfico. ....................................................................................... 9. 1.4.2. Parámetros de Calidad del Servicio (QoS). ........................................................ 10. 1.5. Clases o Categorías de Servicios (CoS) en ATM. ............................................... 13. 1.6. Conclusiones....................................................................................................... 17. CAPÍTULO 2.. CONFIGURACIÓN DE UNA RED ATM CON OPNET MODELER .. 18. 2.1. Introducción ...................................................................................................... 18. 2.2. Descripción del simulador OPNET 8.0.............................................................. 18. 2.3. Topología de la Red .......................................................................................... 19. 2.4. Procedimiento para la configuración de la red ATM.......................................... 21. 2.4.1 Configuración del escenario 1 ............................................................................ 30 2.4.2 Configuración del escenario 2 ............................................................................ 32.

(10) vii 2.5. Conclusiones ..................................................................................................... 34. CAPÍTULO 3.. SIMULACIÓN Y EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS ............... 35. 3.1. Configuración de la simulación para los escenarios ........................................... 35. 3.2. Análisis de los resultados del escenario 1 .......................................................... 38. 3.3. Análisis de los resultados del escenario 2 .......................................................... 40. 3.4. Análisis de los resultados obtenidos de la red Frame Relay .............................. 41. 3.5. Conclusiones del Capítulo ................................................................................. 43. CONCLUSIONES ........................................................................................................... 44 RECOMENDACIONES .................................................................................................. 45 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................. 46 ANEXOS ......................................................................................................................... 49 Anexo I. Requerimientos de ancho de banda.................................................................. 49. Anexo II. Clasificación de los servicios .......................................................................... 50. Anexo III Estadísticas individuales para la simulación. ................................................... 51 GLOSARIO DE TÉRMINOS Y ABREVIATURAS ........................................................ 52.

(11) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. La actual demanda de aplicaciones relacionadas con información multimedia, como son: videoconferencia, audioconferencia, video bajo demanda o sistemas colaborativos (teletrabajo, telemedicina, etc.) y su coexistencia con aplicaciones más clásicas (bases de datos, transferencias de ficheros, internet, etc.), requiere tecnologías de comunicaciones capaces de ofrecer elevadas prestaciones. Estas elevadas prestaciones están directamente relacionadas con la calidad de servicio (QoS) y concretamente con conceptos claramente parametrizables como el ancho de banda y la velocidad de transmisión (throughput), el retardo de las transferencias (delay); la variabilidad en el retardo (jitter); la fiabilidad (reliability) de las transmisiones; las características de multidifusión a grupos dispersos de usuarios y la posibilidad de gestionar múltiples clases de servicio o flujos de información. Para que las nuevas tecnologías en comunicaciones puedan ofrecer estas características es necesario revisar, potenciar y ampliar las actuales arquitecturas, servicios y protocolos de comunicaciones. Una tecnología que forma parte de esta nueva generación de redes de alta ejecución es el Modo de Transferencia Asíncrono (ATM). Las décadas pasadas tuvieron un gran avance en el desarrollo y estandarización de la tecnología de ATM, desde entonces, se ha vuelto una tecnología de red capaz de integrar diferentes tipos de redes, dentro de una sola y consolidada red de área amplia. La red ATM soporta todo tipo de tráfico, permitiendo la creación y expansión de las aplicaciones multimedia. ATM se basa en el concepto de conmutación rápida de paquetes y posee una fiabilidad muy alta para la tecnología de transmisión digital..

(12) INTRODUCCIÓN. 2. Actualmente en la provincia de Villa Clara la implementación de la tecnología ATM es únicamente en el backbone de la Red de ¨Datos ETECSA¨ como red de transporte. Debido a la dificultad para planificar estas nuevas redes en todas sus vertientes (dispositivos integrantes, red completa y grado de servicio ofrecido), en esta tesis se propone la realización de una simulación que ayude a investigadores e ingenieros de “Datos ETECSA Villa Clara” a planificar y dimensionar los recursos de una red ATM como fase previa a su instalación. Además de que en estos momentos ETECSA, Empresa de Telecomunicaciones de Cuba S.A., como muchas otras operadoras de Telecomunicaciones a escala internacional, no realiza todas las mediciones que deben hacerse con el fin de precalificar correctamente la estructura de la red, debido a que no cuenta con el equipamiento necesario para esta función, generalmente por razones del tipo económicas. Este proyecto pretende resolver estas limitaciones, a partir de la simulación de un modelo de red que integrará todo un conjunto de gráficas, resultados y comparaciones necesarias para ofrecer un servicio confiable y de calidad a los usuarios, con la ventaja fundamental de que se hará un estudio con una herramienta de simulación muy eficaz y de fácil acceso para estos fines. Dicha herramienta de modelación/simulación es OPNET Modeler con la cual habría poco gasto económico y se reduciría el tiempo de comprobación de las deficiencias en los equipos que conforman la red. Ahora bien: -. ¿Hasta qué punto el comportamiento de la red ATM mejora el desempeño del enlace entre La Universidad Marta Abreu de Las Villas y el nodo central de Villa Clara?. -. ¿Cómo es posible modelar y simular con la herramienta OPNET un modelo que represente la red real?. Para dar respuesta a estas interrogantes, en este trabajo se ha propuesto el cumplimiento de los siguientes objetivos:.

(13) INTRODUCCIÓN. 3. Objetivo general: Diseñar un modelo aproximado de una red ATM, basado en la red de Villa Clara utilizando la herramienta de simulación OPNET Modeler, simular y analizar sus resultados. Objetivos específicos: Revisar el estado del arte de la tecnología ATM. Colectar información sobre la arquitectura del enlace entre la UCLV y el nodo de Villa Clara. Estudiar la herramienta de simulación OPNET Modeler. Diseñar un modelo simplificado de la red de Villa Clara y simular el enlace de La Universidad. Obtener y analizar los resultados obtenidos mediante la simulación. A fin de dar cumplimiento a los objetivos propuestos para este trabajo, se han planteado las tareas técnicas y de investigación siguientes: 1. Búsqueda bibliográfica y estudio de trabajos relacionados con la tecnología ATM (Modo de Transferencia Asíncrono). 2. Búsqueda de información automatizada. 3. Estudio detallado del lenguaje de simulación OPNET. 4. Intercambios periódicos con los especialistas de la Filial “Datos ETECSA Villa Clara”. 5. Selección de un enlace de red como modelo de estudio. 6. Creación del modelo de red para la simulación. 7. Preparación y ejecución de las simulaciones. 8. Análisis de los resultados obtenidos en la simulación. 9. Escritura del informe del trabajo de diploma. Los resultados de esta investigación poseen una aplicación práctica y teórica de gran trascendencia para todos los especialistas, investigadores y diseñadores de sistemas de redes, específicamente para los ingenieros de la Filial ¨Datos ETECSA¨ de Villa Clara..

(14) INTRODUCCIÓN. 4. Además de ofrecer una vía de mejorar la calidad del servicio (QoS) ofrecida a los clientes por parte de la Empresa en la provincia. Estructura del Trabajo Este trabajo está estructurado de la siguiente forma: introducción, capitulario, conclusiones, recomendaciones, referencias bibliográficas, anexos y glosario de términos. CAPITULO 1: Se muestran las generalidades de la tecnología ATM, fundamentalmente en cuanto a los servicios que ofrece. CAPITULO 2: Muestra generalidades del simulador OPNET Modeler 8.0 y la configuración de la red sobre la tecnología que se va implementar. CAPITULO 3: Se basa en la simulación y análisis de los resultados de los escenarios construidos en el capítulo anterior. Los anexos contienen información, que sirven de base para la complementación y profundización de diferentes temáticas tratadas en el informe..

(15) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGIA ATM. 5. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGÍA ATM. 1.1. Introducción a la tecnología ATM. Una red Frame Relay, a pesar de su gran rendimiento, presenta dificultades para comunicación de voz y video, debido a sus tramas de longitud variable, retardos, jitter, entre otros. Para solventar este problema se diseñaron protocolos en los que las tramas eran de longitud fija y de tamaño pequeño. A estas tramas se las denominó celdas (cell), y al servicio de transferencia de estas celdas se le denominó conmutación de celdas, más conocido como cell relay. ATM (Asynchronous Transfer Mode) es una tecnología de transmisión de datos que utiliza el principio de Cell Relay [27]. ATM se desarrolló como un servicio portador de todo tipo de comunicaciones [1]. No maneja voz de forma tan eficiente a como lo haría una red isócrona (con una igual velocidad a nivel de bits entre extremos), o video tan fácilmente a como lo haría una transferencia isócrona, o datos tan eficientemente como una red de conmutación de paquetes con longitudes de estos variable, pero es de las pocas tecnologías estándar que integra todos estos servicios y a nuevos que pudieran surgir en el futuro. Es la idea principal de las redes la RDSI-BA (Red Digital de Servicios Integrados de Banda Ancha), definidas por la CCITT (Consultant Committee on International Telephone and Telegraph) (Organismo Internacional para la estandarización y normalización en telecomunicaciones, actualmente se denomina ITU-T) como redes digitales de propósito general con canales de transmisión y que soportan velocidades superiores al acceso primario ISDN (Red Digital de Servicios Integrados) [1, 19]..

(16) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGIA ATM. 6. La característica orientada a la conexión de ATM es uno más de los aspectos diferenciadores con otras tecnologías claramente implantadas. El hecho de ser una tecnología orientada a conexión [21, 29] hace que las transferencias se realicen a través de circuitos virtuales (VP/VC) establecidos extremo-extremo, y los cuales se mantienen abiertos durante todo el tiempo que dura la comunicación. Estos circuitos virtuales son creados en la fase de establecimiento de la conexión que es cuando el usuario de la red puede especificar los parámetros de tráfico que va a generar, o los recursos de red que va a requerir. Así, el usuario negocia la calidad del servicio que espera recibir, de forma que la propia red dispone de mecanismos de gestión de recursos como la función CAC (Control de Admisión de la Comunicación), y como la función UPC (Control de Parámetros de Uso). La función CAC, usada para la negociación de la conexión, actúa a modo de control de flujo impidiendo la entrada de usuarios para los que la red no dispone de recursos, y evitar la sobrecarga de esta [5, 31]. La función UPC se encarga de velar, durante la comunicación, por el buen cumplimiento del contrato de tráfico que los usuarios han negociado con la función CAC en el establecimiento de la conexión [5]. Se observa como ATM no sólo se encarga de atender las necesidades de conexiones concretas, sino también del estado general de la misma, de forma que se intentan evitar situaciones de sobredimensión que conduzcan a congestiones o sobrecargas. 1.2. Las celdas de ATM. ATM tiene celdas pequeñas y de longitud constante. Permiten un tiempo de latencia (retraso) muy bajo, constante y predecible, así como una conmutación por hardware a velocidades muy altas, por lo que en el caso de celdas perdidas por congestión, la pérdida no es muy grande siendo en muchos casos remediable o recuperable; de hecho, el tráfico de voz y video no es muy sensible a pequeñas pérdidas de información, pero sí es muy sensible a retardos variables, sucediéndole lo contrario al tráfico de datos [1]. El tamaño de las celdas es de 53 bytes y están divididas en un campo de información de 48 bytes y uno de encabezado de 5 bytes [4, 8, 22, 29] como se muestra en la Figura 1.1. El campo de información es la parte del paquete donde viaja la información y el encabezado.

(17) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGIA ATM. 7. se encarga del mecanismo de direccionamiento, son sólo 5 bytes debido a que no se realiza recuperación de errores en los nodos intermedios [14].. Figura 1.1 Celdas de ATM 1.3. Servicios de Banda Ancha. Como ya se ha expuesto anteriormente con la tecnología ATM se busca ofrecer una gran variedad. de. servicios. y. sobre. todo. con. calidad.. La. ITU-T. (International. Telecommunications Union – Telecommunications) (Unión Internacional de Telecomunicaciones - Telecomunicaciones) clasifica estos servicios en: Servicios interactivos: Los mismos se caracterizan por que hay un intercambio de información en las dos direcciones (usuario-usuario/usuario- suministrador). Entre los servicios interactivos se incluyen las categorías de servicios conversacionales, mensajes de almacena-conduce y servicios de mensajes solicitados. Ejemplo de ellos tenemos las videoconferencias y multimedia, la transmisión de imágenes de alta resolución, servicios de archivo, búsqueda de documentos y otras aplicaciones, donde el énfasis está en la transmisión de videos e imágenes [1, 13]. Servicios de distribución: Los que están caracterizados principalmente por un intercambio de información en una sola vía, desde el suministrador al usuario. Estos servicios están relacionados con la distribución desde un suministrador central hacia los usuarios de la red, tales como ficheros, libros, documentos, video clips, películas, imágenes, etc. [1, 13]..

(18) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGIA ATM. 8. Los servicios conversacionales se caracterizan por un diálogo de comunicación bidireccional, en tiempo real (no almacenado ni transferido posteriormente) y con transferencias de extremo a extremo entre dos usuarios o entre un usuario y un suministrador del servicio. Esta categoría abarca una gama amplia de tipos de información y aplicaciones [1]. Para tener algún sentido de los requerimientos de ancho de banda hacia la RDSI, debe considerarse que es lo que ella tiene que satisfacer. Las características de varios tipos de tráfico podemos observarlas en el Anexo1. La ITU-T y otros organismos nacionales e internacionales de estándares han identificado varias categorías o clases de servicios genéricos. Para una mejor comprensión se verán los diferentes parámetros a tener en consideración en un contrato de tráfico ya que ATM tiene varios mecanismos para poder garantizar calidad en el servicio (QoS) a los usuarios finales. En el epígrafe siguiente se describirán los mecanismos básicos que apoyan la calidad en el servicio en las redes ATM. 1.4. Contrato de tráfico. Cuando una conexión ATM es establecida, el usuario y la red entran en un contrato de tráfico que ha sido reconocido por ambos para la duración completa de la conexión. El Contrato de Tráfico tiene dos partes, tal como se muestran en la Tabla 1.1.Una de las partes es el descriptor del tráfico donde se define el patrón de tráfico que la fuente promete no violar. Mientras que la otra de las partes es el descriptor de la QoS donde se define el compromiso de QoS de la red hacia el usuario para esa conexión [1, 5, 15]..

(19) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGIA ATM. 9. Tabla 1.1 Contrato de tráfico Descriptor de tráfico. Descriptor de QoS. (a obedecer por el usuario). (a garantizar por la red ). Parámetros de tráfico. Parámetros de QoS. (PCR, SCR, MCR, MBS, MFS,. (máx.CTD, CDV, CLR). CDVT). 1.4.1. Descriptores del tráfico.. La capacidad de la red para proporcionar los niveles de QoS depende de cómo se generen las celdas a transmitir [1]. Por ejemplo estas se pueden producir a una velocidad baja y constante, o bien a una velocidad alta y de forma impredecible. La capacidad depende de los recursos disponibles, es decir, ancho de banda y memorias temporales que la red proporciona a una determinada conexión. Por lo tanto el contrato de conexión entre el usuario y la red debe especificar cómo el origen generará las celdas. Por ese motivo los estándares han especificado varios parámetros de descripción del tráfico del origen [3]. Los algoritmos de planificación han de ser robustos y capaces de monitorear el tráfico producido por el origen a fin de determinar si se cumple o no el contrato de conexión. La combinación de los seis parámetros siguientes define el patrón de una fuente de tráfico para una conexión [1, 3]: Velocidad Máxima (Peak Cell Rate, PCR): la misma especifica la velocidad en celdas por segundo que el origen nunca podrá exceder sobre esa conexión. El intervalo mínimo permitido entre celdas viene dado por la expresión T= 1/ PCR [1, 3, 5]. Velocidad Continua o Mantenida (Sustainable Cell Rate, SCR): es la velocidad media superior para una determinada conexión, medida en celdas por segundo a la que transmite el origen durante un período de tiempo considerable; o sea, que si la.

(20) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGIA ATM. 10. razón de celdas promedios excede el SCR, la fuente estaría violando el Contrato de Tráfico[1, 3, 5]. Tamaño Máximo de Ráfaga (Maximum Burst Size, MBS): El mismo es medido en número de celdas y especifica el número máximo de celdas consecutivas que el origen puede transmitir durante la velocidad máxima (PCR) [1, 3, 5]. Velocidad Mínima (Minimum Cell Rate, MCR): es la velocidad promedio mínima, medida en celdas por segundo, a la que se le permite transmitir al origen para una conexión [1, 3, 5]. Tamaño Máximo de Trama (Maximum Frame Size, MFS): es el tamaño máximo de una trama que puede ser transportada por ATM. Aunque un origen produzca celdas exactamente a la velocidad PCR, el posterior multiplexado de las mismas y el procesamiento de la capa física (como la inserción de una celda en una cadena de bits) pueden producir cierta variabilidad en dicha medida. Por lo que los mecanismos de planificación deben tener presente esta variabilidad inevitable. De ahí que sea necesario definir un parámetro de tolerancia en cuanto a la variación del retardo de las celdas [1, 3, 5]. Tolerancia a Variación del Retardo (Cell Delay Variation Tolerance, CDVT): especifica el nivel de variación del retardo de celdas a ser tolerado para la conexión. [1, 3, 5]. 1.4.2. Parámetros de Calidad del Servicio (QoS).. La calidad de servicio, o QoS (Quality of Service), se define como “...los resultados globales de funcionamiento de un servicio que determinan el grado de satisfacción del usuario de dicho servicio” [7]. Ahora bien, para nosotros la QoS es la habilidad para definir o predecir el rendimiento de una red y ofrecer mejores servicios a una Clase de Servicio (CoS) específica. La QoS puede ser configurada con un elemento de red que incluya sistema de colas, planificación y caracterización del tráfico. Varias son las técnicas de señalización usadas para coordinar la QoS extremo-extremo entre diferentes redes o elementos de una red. También es destacable el que los criterios de QoS son muy diferentes para cada uno de los tipos de tráfico posibles en ATM, por ejemplo, la QoS para el tráfico multimedia es muy diferente que para el tráfico de datos, voz o video. Incluso, en el caso de.

(21) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGIA ATM. 11. tráfico de datos la QoS es diferente para las diversas clases de tráfico de datos. Además, los parámetros de QoS son dependientes del tipo de red [1]. Este apartado se centrará en los parámetros generales de QoS de la tecnología ATM. Tanto en el caso del tráfico de datos, como en el de las aplicaciones multimedia, la noción de QoS es muy importante y está definida como un conjunto de parámetros que representan las propiedades del tráfico [3, 22]. En general, existen los siguientes cuatro parámetros básicos de QoS: El rendimiento (throughput) especifica cuántos datos (máximo o en media) son transferidos a través de la red. En general, no es suficiente especificar la razón en términos de bits por segundo, sino también en unidades de paquetes, ya que el esquema de calidad de servicio debe ser aplicable a varias redes y sistemas de propósito general [22]. El parámetro retardo (delay) expresa el máximo retardo observado por una unidad de datos en una transmisión extremo-extremo [22]. La variabilidad del retardo (jitter) expresa la variación experimentada entre retardos consecutivos durante la transmisión y procesamiento de datos [22]. Por otro lado, la fiabilidad (reliability) está referida a las pérdidas y corrupciones de datos durante las transferencias [22]. En realidad, estos cuatro parámetros de QoS aportan a ATM grandes ventajas con respecto a otras tecnologías, sin embargo, existen una serie de parámetros que están directamente relacionados con la QoS, los cuales se especifican a nivel de celda y se expondrán a continuación. El Forum ATM ha definido diversos parámetros, primero se verán tres que se utilizan durante el establecimiento de la conexión y son indicadores del funcionamiento intrínseco de la red: Porcentaje de Celdas Erróneas (Cell Error Ratio, CER): es la proporción de celdas con uno o más bits erróneos de una conexión. El mismo depende del medio físico.

(22) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGIA ATM. 12. subyacente. En el cálculo del CER se excluyen los bloques de celdas severamente erróneos (definidos más adelante) [1, 3]. Porcentaje de Celdas Insertadas (Cell Misinsertion Ratio, CMR): es el número medio de celdas por segundo que se envían erróneamente hacia una conexión de destino dada. El CMR depende principalmente del porcentaje de errores de cabecera no detectados en las celdas. En el cálculo del CMR se excluyen los bloques de celdas severamente erróneos (definidos más adelante). Note que el CMR es un porcentaje expresado en celdas por segundo, dado que el mecanismo que produce las inserciones depende del número de celdas transmitidas [1, 3]. Porcentaje de Bloques de Celdas Severamente Erróneos (Severely-Errored Cell Block Ratio, SECBR): se produce un bloque de celdas severamente erróneo cuando más de M celdas se pierden por error o se encuentran erróneamente en un bloque de N celdas recibidas, donde M y N se definen por el operador de la red [1, 3]. Los siguientes tres parámetros de QoS se pueden negociar entre el usuario y la red durante el establecimiento de la conexión [1, 3, 5]: Porcentaje de Celdas Perdidas (Cell Loss Ratio, CLR): es la proporción de celdas perdidas con respecto al total de celdas transmitidas de una conexión. El valor del CLR se negocia entre el usuario y la red durante el establecimiento de la conexión. El mismo se especifica como un orden de magnitud en el rango de 10-1 a 10-15 [1]. También se puede dejar sin especificar. El CLR objetivo se puede aplicar tanto a flujos de celdas con CLP = 0 (de conformidad) como a flujos de celdas con CLP = 0 + 1 (todas las celdas). El grado de negociación del CLR depende de la sofisticación de las estrategias de almacenamiento en las memorias temporales disponibles en la red. O sea que aunque la primera causa de pérdida de celdas en una red ATM es el desbordamiento del buffer en los conmutadores intermedios, esta no es la causa exclusiva. Las celdas también se pueden perder debido a pérdidas de rutas [1, 5, 18]. Máximo Retardo de Transferencia de Celdas (Cell Transfer Delay, CTD): es el tiempo que transcurre desde el instante en que una celda entra a la red a través de la UNI (Interfaz Red-Usuario) en el origen hasta el instante en que llega a la UNI de.

(23) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGIA ATM. 13. destino. El CTD incluye los retardos de propagación, de procesamiento, y los retardos de las colas de los multiplexores y conmutadores. Generalmente celdas diferentes de una misma conexión experimentan retardos diferentes. Los estándares permiten la negociación del máximo CTD [1, 5, 18]. Variación en el Retardo de las Celdas (Cell Delay Variation, CDV): mide la variación del retardo total de las celdas de una conexión. O sea el CDV es la diferencia entre el mejor caso y el peor caso de CTD. El mejor caso es el retardo fijo y el peor caso es el máximo CTD. La CDV excluye la componente fija D0 del CTD experimentada por todas las celdas de la conexión. Por ejemplo el retardo de propagación y los retardos de procesamiento fijos. Los estándares actuales permiten la negociación de la CDV pico a pico, que es simplemente la diferencia entre el CTD máximo (Dmáx) y la componente fija del retardo (D0). Los conmutadores de la red sólo tienen un control limitado de la amplitud (variación) de los valores del CTD. Como consecuencia, el rango de valores del CDV que se puede negociar en una determinada conexión también está limitado [1, 5, 18]. Los parámetros anteriores son utilizados para definir absolutamente garantías cuantitativas para celdas viajando a través de una determinada conexión VC (Virtual Circuit) [1]. 1.5. Clases o Categorías de Servicios (CoS) en ATM.. Es posible establecer conexiones ATM de propiedades arbitrarias con respecto al tráfico y la QoS. Ello se puede realizar seleccionando los valores para los descriptores y para los parámetros negociables de QoS. En la práctica existen diversas clases de tráficos claramente identificables en términos de propiedades del tráfico y requisitos de QoS. El Forum ATM ha definido cinco categorías de servicio mostradas en la Tabla 1.2. La Categoría de Servicio es especificada por la fuente durante el proceso de establecimiento de la conexión. De ahí que en dependencia del servicio la red reserva los recursos apropiados para satisfacer los requerimientos de QoS. Las dos primeras se aplican a conexiones en tiempo real, en el sentido de contar con fuertes restricciones en cuanto a retardos y temporización. Mientras que el resto se aplican a.

(24) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGIA ATM. 14. conexiones no en tiempo real, los cuales están destinados para aplicaciones que tienen características de tráfico a modo de ráfaga (bursty) y no tienen estrictas restricciones de demora y variación en el retardo [1, 3, 5]. Tabla 1.2 Especificaciones de Tráfico y QoS para las diferentes Categorías de Servicio de ATM Características. CBR. rt-VBR. nrt-VBR. ABR. UBR. Ancho de Banda Garantizado Adecuado para. sí. sí. sí. Opcional. no. si. sí. no. no. no. no. no. sí. sí. sí. no. no. no. sí. no. tráfico tiempo real Adecuado para tráfico a ráfagas Realimentación en congestiones. Velocidad de Bit Constante (Constant Bit Rate, CBR): esta categoría está destinada a los tipos de tráficos con rigurosas restricciones temporales, los cuales requieren una velocidad constante durante toda la transmisión. Es caracterizada por la velocidad máxima del tráfico (PCR). La QoS se especifica mediante el CTD, la CDV y el CLR. Es comúnmente usada para información de audio y video sin comprimir. Ejemplos de aplicaciones CBR incluye videoconferencia, audio interactivo (Ej. telefonía), distribución de audio/video (Ej. televisión y aprendizaje a distancia). [1, 3, 5]. Velocidad de Bit Variable de tráfico en tiempo real (Variable Bit Rate, VBR): esta categoría de servicio de ATM denominada rt-VBR, está destinada al tráfico de velocidad variable con rigurosas restricciones temporales, como el de ciertos tipos de video. El tráfico se describe por la velocidad máxima (PCR), la velocidad.

(25) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGIA ATM. 15. mantenida (SCR) y el tamaño máximo de ráfaga (MBS). Mientras que la QoS se especifica mediante el CLR, el CTD y la CDV [1, 3, 5]. Velocidad de Bit Variable de tráfico no de tiempo real (non-real-time Variable Bit Rate, nrt-VBR): esta categoría de servicio está destinada a las aplicaciones que producen tráfico a modo de ráfagas. No contando estas aplicaciones con restricciones rigurosas de tiempo, como es el caso de las transacciones bancarias. El tráfico se describe mediante la velocidad máxima (PCR), la mantenida (SCR) y el tamaño máximo de ráfaga (MBS). Mientras que la QoS se especifica mediante el CLR y no hay restricciones en cuanto a retardo [1, 3, 5]. Velocidad de Bit Disponible (Available Bit Rate, ABR): esta categoría de servicio está destinada a los orígenes que pueden adaptar dinámicamente su velocidad en función de la realimentación de la red. Este servicio permite a las fuentes explotar el ancho de banda que se encuentra disponible en la red en un momento dado. El tráfico se especifica mediante la velocidad máxima (PCR) y la mínima (MCR), las cuáles pueden ser cero. Los orígenes adaptan su velocidad de transmisión mediante un algoritmo de control de congestión basado en celdas de control (Resource Management, RM) que proporcionan información explícita de la velocidad. Las conexiones que adaptan su tráfico a la realimentación pueden esperar un bajo CLR, así como un reparto justo del ancho de banda. Este servicio fue diseñado para aplicaciones de datos y usos basados en control de la congestión para administrar el tráfico de la red [1, 3, 5]. Velocidad de Bit No Especificada (Unspecified Bit Rate, UBR): Este servicio no proporciona ninguna garantía de QoS. La velocidad máxima (PCR) puede estar o no especificada. Este servicio es apropiado para aplicaciones no críticas que pueden tolerar o adaptarse fácilmente a la pérdida de celdas y a variables retardos. Este servicio es equivalente al servicio del mejor esfuerzo del nivel IP en Internet. Ejemplos de aplicaciones incluye transferencia de imagen, dato y texto, mensajería y distribución. [1, 3, 5]. En ATM las garantías de QoS se proporcionan basándose en la conexión, es decir, cada conexión puede esperar que sus requisitos de QoS se satisfagan. ATM gestiona flujos de.

(26) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGIA ATM. 16. celdas provenientes de múltiples conexiones que necesariamente interactúan en los puntos de multiplexado. Por lo tanto vale la pena considerar la naturaleza de las garantías de QoS, así como las estrategias de asignación de recursos para las diferentes categorías de servicios ATM. En las conexiones CBR el origen es libre de transmitir a la velocidad máxima (PCR) negociada en cualquier momento y durante cualquier intervalo. Por lo tanto la red debe contar con suficiente ancho de banda para permitir al origen transmitir a la PCR continuamente. La estrategia de planificación/prioridad de los multiplexores debe asegurar que este ancho de banda se encuentre disponible para la conexión, a fin de que se cumplan las restricciones del CDV. El flujo de información constante de los orígenes CBR implica que sólo ocurra una interacción limitada entre los diferentes flujos. Esencialmente los flujos CBR individuales actúan como si fueran enlaces de transmisión aislados y separados [1]. En las conexiones rt-VBR se espera que la velocidad de transmisión varíe dinámicamente en torno a la SCR, por debajo de la PCR. Por lo tanto el multiplexado estadístico de estos flujos representa un beneficio para el operador de la red a fin de optimizar la utilización actual del ancho de banda. Sin embargo la mezcla de los flujos rt-VBR debe realizarse de forma que se mantenga cierto grado de aislamiento entre estos. En particular es esencial mantener los requisitos de retardo y de CLR de las conexiones. La situación de las conexiones nrt-VBR es similar a las rt-VBR, de nuevo es de interés para el operador de red realizar el multiplexado estadísticamente de los orígenes nrt-VBR. En este caso el grado de multiplexado se encuentra limitado por el acuerdo de proporcionar flujos conforme con el CLR negociado [1]. Las conexiones UBR representan un contraste interesante con respecto a las categorías de servicios anteriores, pues no cuentan con garantía de QoS. Cuando los niveles de tráfico en la red son bajos, las conexiones UBR pueden proporcionar tasas de funcionamiento tan buenas como las de las conexiones con garantía de QoS. Sólo cuando crecen los niveles de tráfico en la red, las garantías de QoS empiezan a ser apreciables. Desde el punto de vista del operador de la red, un bajo nivel de tráfico del servicio UBR permite simular solicitudes de ancho de banda cuando la utilización de los recursos de la red es baja [1]..

(27) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGIA ATM. 17. Esta aproximación es útil para un gran rango de usuarios cuando los niveles de tráfico son bajos, sin embargo es sensiblemente menos útil cuando los niveles de tráfico y el rendimiento de la red experimentado se hace menos consistente. La categoría de servicio ABR cubre un nicho de este contexto. Las conexiones UBR no reciben garantías conforme los niveles de tráfico de la red varían. En cambio se asegura un bajo CLR para las conexiones ABR, siempre que estas respondan a la información de realimentación de la red. La opción de negociar un MCR distinto de cero proporciona además conexiones ABR con garantías de servicio adicionales [1]. En el Anexo 2 se muestra un resumen de las características principales de las distintas clases de servicio. 1.6. Conclusiones. Sin duda alguna, una de las tecnologías con mayor esperanza de crecimiento en la actualidad es ATM. Expandiéndose rápidamente, como espina dorsal de las redes de comunicación de las principales compañías telefónicas del mundo, se espera que ATM siga evolucionando y bajando sus costos, para poder ofrecer en forma competitiva, equipos ATM a nivel de usuario final. ATM ofrece al usuario las ventajas de un sistema que soporta voz con buena calidad, y además las ventajas de un sistema de conmutación de paquetes, aprovechando al máximo el ancho de banda disponible. Para el mayor aprovechamiento de la red ATM, se requieren enlaces de alta velocidad y calidad, ya que la idea de estos nuevos protocolos es la de reducir la redundancia y aumentar la capacidad del canal de transmisión. Cada día son más las empresas que apuntan hacia ATM a nivel de aplicaciones de usuario final en las redes públicas..

(28) CAPÍTULO 2. CONFIGURACIÓN DE UNA RED ATM CON OPNET MODELER. 18. CAPÍTULO 2. CONFIGURACIÓN DE UNA RED ATM CON OPNET MODELER. 2.1. Introducción. En los últimos años se ha observado la aparición de nuevos servicios que realizan un consumo de recursos muy alto, tanto a nivel de la red como de las propias máquinas. Esto puede provocar funcionamientos defectuosos debido a la baja capacidad de las redes y los propios equipos. En algunos casos la implantación de estos servicios podría influir negativamente en partes del sistema que funcionaban correctamente. La realización de un análisis previo que permita determinar el impacto que dichos servicios provocan, evitará los problemas que pudieran surgir y el consecuente descontento de los usuarios de la red, además de evitar grandes pérdidas económicas. 2.2. Descripción del simulador OPNET 8.0. OPNET (Optimized Network Engineering Tool) es un modelador/simulador de redes desarrollado por OPNET Technologies, Inc., el cual proporciona un ambiente de desarrollo comprensivo para la especificación, la simulación y el análisis de rendimiento de las redes de comunicación. OPNET contiene cuatro herramientas llamadas editores para desarrollar la representación del sistema que se desee modelar. Estos editores: de Red, de Nodo, de Procesos y de Parámetros, están organizados en una forma jerárquica. Un modelo de OPNET consiste en tres capas: el Modelo de Red, el Modelo del Nodo y el Modelo de Proceso. El modelo de Red define la topología de red. El Modelo del Nodo.

(29) CAPÍTULO 2. CONFIGURACIÓN DE UNA RED ATM CON OPNET MODELER. 19. determina el contenido de los nodos (transmisores, generadores, receptores, etc.) y como están conectados los elementos. Algunos de estos elementos o módulos ya están predefinidos. No obstante, los usuarios pueden diseñar sus módulos. En el Modelo de Procesos está contenida la funcionalidad de un módulo, definida por una máquina de estado finito, las condiciones de transmisión y la ejecución de entrada y salida de datos, todas escritos en lenguaje de programación C++. Opnet Modeler es capaz de simular una gran variedad de redes. El flujo de mensajes, datos, paquetes perdidos, mensajes de flujo de control y de caídas de los enlaces, son algunas de las opciones que nos permite estudiar este simulador; proporcionando a las universidades e ingenieros la forma más efectiva para demostrar los diferentes tipos de redes y protocolos. Proporciona librerías, y gracias a ellas se consigue la formación de redes de comunicaciones y se facilita el estudio del desarrollo de los modelos mediante la conexión de diferentes tipos de nodos, utilizando diferentes tipos de enlaces, etc. 2.3. Topología de la Red. La red que se representa es un modelo simplificado y experimental entre la red de Villa Clara en su conexión con el enlace a la UCLV. Actualmente la red de esta provincia está formada por tecnología de conmutación de celdas (ATM) como red de transporte y tecnología de conmutación de tramas (Frame Relay) como red de acceso. En este trabajo se analiza una versión con tecnología ATM tanto en la red de transporte como en la ¨última milla¨, basando el análisis en el enlace a La Universidad. La misma se representa como una Red de Área Local (LAN) con aproximadamente 2500 estaciones de trabajo, la cual se conecta por un enlace ethernet duplex a 100 Mbps con un enrutador (R_UCLV) que soporta interconexiones Ethernet y ATM. El R_UCLV se conecta con el conmutador ATM de la Central de Villa Clara (Conmutador_VClara) a través de tres enlaces x.DSL (HDSL) a 2.048 Mbps cada uno. De ellos 1.024 Mbps es para el servicio de Internet, 4.096Mbps para acceder a los servidores que se encuentran en el Ministerio de Educación Superior (MES) y los 1.024 Mbps restantes son para la conexión con las trece Sedes que acceden a la UCLV. Las trece Sedes se establecen en la actualidad con un enlace de 64 Kbps cada una..

(30) CAPÍTULO 2. CONFIGURACIÓN DE UNA RED ATM CON OPNET MODELER. 20. El Conmutador_VClara se enlaza a las Sedes (200 estaciones de trabajo) a través de un enrutador (R_Sedes) con velocidad de 1.024 Mbps, aproximadamente (64 Kbps x 13), hasta este dispositivo y de este a las sedes con un enlace ethernet a 100Mbps. El enlace principal es un STM-1 (155.52 Mbps), este enlace se realiza a través de dos conmutadores, el de Villa Clara y el de Ciudad Habana (Conmutador_Hab). El acceso a los servidores se subdivide en dos enlaces fundamentalmente: uno para el servicio de Internet y el otro con el MES, donde se encuentran los servidores de correo, transferencia de archivos y bases de datos.. Figura 2.1 Topología de la Red.

(31) CAPÍTULO 2. CONFIGURACIÓN DE UNA RED ATM CON OPNET MODELER. 2.4. 21. Procedimiento para la configuración de la red ATM . Confección de la red ATM.. Abrimos el Opnet Modeler y desde el menú File/New/Project completamos: Nombre del nuevo proyecto: tesis Nombre del nuevo escenario: escenario-real Seguidamente escogemos: Create Empty Scenario/Campus/Specify Size (350 Km x 350 Km), no especificamos opción de tecnología pues después la podemos seleccionar según nuestra conveniencia desde la Paleta de Objetos, para avanzar siempre utilizamos el botón Next y por último OK.. Figura 2.2 Interfaz inicial de OPNET Modeler.

(32) CAPÍTULO 2. CONFIGURACIÓN DE UNA RED ATM CON OPNET MODELER. 22. Seguidamente seleccionamos de la Paleta de Objeto los nodos y los enlaces que vamos a utilizar.. Icono del botón de Paleta de Objetos. En la red utilizamos los siguientes nodos:  2 redes LAN 100BaseT.  4 servidores ethernet (ethernet_server).  1 conmutador ethernet de 16 puertos que soporta 100 Mbps (ethernet16_switch) llamado Conmutador_Hab_0.  2 conmutadores ATM (atm8_crossconn) llamados Conmutador_Hab y Conmutador_VClara.  4 enrutadores ATM-Ethernet (atm4_ethernet2_gtwy) llamados R_MES, R_internet, R_UCLV, R_Sedes.  1 nodo de ¨ Configuración de Aplicaciones ¨ ATM llamado Aplicaciones.  1 nodo de ¨ Configuración de Perfiles ¨ ATM llamado Profile.  1 nodo de ¨ Configuración de PVC ¨ de ATM llamado Configuración VC. Y los siguientes enlaces:  enlace 100BaseT  enlaces x.DSL a una razón de 1.024 Mbps, 2.048 Mbps.  enlace ATM/STM1 (155.52 Mbps). . Configuración de los nodos. Los nodos Aplicaciones, Profile, servidores y estaciones de trabajo, se configuran de la siguiente forma:.

(33) CAPÍTULO 2. CONFIGURACIÓN DE UNA RED ATM CON OPNET MODELER. 23. Configuración de aplicaciones. Figura 2.3 Configuración de las aplicaciones La definición de las aplicaciones se realiza editando las propiedades del nodo (clic derecho), en este caso las seleccionaremos por defecto, puntualizando las características del tráfico y la magnitud del mismo en el nodo Profile. Se escoge la opción por defecto, puesto que se ha verificado que el OPNET incluye en esta los parámetros estándares de los equipos de la tecnología. Configuración de Perfiles La definición de los perfiles se realiza editando las propiedades del nodo (clic derecho) y en el cuadro Profile Configuration se selecciona edit/Rows: 4, puesto que son cuatro los servicios que se prestan y se completan con el nombre de los mismos como aparece en la Figura 2.4..

(34) CAPÍTULO 2. CONFIGURACIÓN DE UNA RED ATM CON OPNET MODELER. 24. Figura 2.4 Configuración de los perfiles El cuadro de Operation Mode se completa con Simultaneous porque de esta forma todas las estaciones de trabajo pretenden acceder a la red al mismo tiempo y de esta forma opera en condiciones extremas; aunque podría escogerse Serial y sería menos el tráfico que transitaría por los enlaces. Luego pasamos a editar las aplicaciones para cada servidor que se declararon por defecto en el nodo anterior. Para la configuración del servidor de la Figura 2.5 se escoge en el cuadro Rows: 1, pues el mismo ofrece un solo servicio. Seleccionamos Email [Heavy] con el tráfico exponencial. De manera similar procedemos para las restantes aplicaciones. (Ver Figuras 2.6, 2.7 y 2.8).

(35) CAPÍTULO 2. CONFIGURACIÓN DE UNA RED ATM CON OPNET MODELER. Figura 2.5 Configuración del perfil de las aplicaciones del servidor de correo.. Figura 2.6 Configuración del perfil de las aplicaciones del servidor de base de datos.. 25.

(36) CAPÍTULO 2. CONFIGURACIÓN DE UNA RED ATM CON OPNET MODELER. Figura 2.7 Configuración del perfil de las aplicaciones del servidor de transferencia de archivos.. Figura 2.8 Configuración del perfil de las aplicaciones del servidor de Internet.. 26.

(37) CAPÍTULO 2. CONFIGURACIÓN DE UNA RED ATM CON OPNET MODELER. 27. Configuración de los servidores Para configurar los servidores se procede de forma similar a los demás nodos: se editan las propiedades (clic derecho), se selecciona en el cuadro Application: Supported Services/ edit, Rows: 1 y se escoge la aplicación que el servidor soporta (Email [Heavy]) (Database Access [Heavy]) (File Transfer [Heavy]) (Web Browsing [Heavy HTTP1.1]) para los servidores de correo, base de datos, transferencia de archivos e Internet respectivamente.. Figura 2.9 Configuración de los servidores. El procedimiento se repite para cada uno de los servidores. Configuración de las estaciones de trabajo Las estaciones de trabajo se configuran editando los atributos de los nodos UCLV y Sedes. Para el nodo de red de la UCLV se escoge en el cuadro Application: Client Supported Services/edit/Rows: 4 y se selecciona un servidor para cada casilla..

(38) CAPÍTULO 2. CONFIGURACIÓN DE UNA RED ATM CON OPNET MODELER. 28. Figura 2.10 Configuración de los perfiles de las estaciones de trabajo. Para este caso escogemos en Number of Clients (Número de clientes) a toda la red, lo cual representa que se acceden a los servidores a la misma vez, lo que representa el caso extremo.. Figura 2.11 Configuración del número de estaciones en la LAN..

(39) CAPÍTULO 2. CONFIGURACIÓN DE UNA RED ATM CON OPNET MODELER. 29. Procedemos después a escoger el número de estaciones de trabajo que para la universidad son 2500 estaciones. (Ver figura 2.11). De igual forma de procede para la LAN Sede, en lo único que difiere es en el número de estaciones que serían 200. . Configuración de los Circuitos Virtuales Permanentes (PVC). La configuración del PVC define los enlaces virtuales entre enrutadores y se establecen entonces los parámetros de Calidad de Servicio y del Contrato de Tráfico que se expusieron en el Capítulo 1. En las Figuras 2.13 y 2.15 se observa la configuración de los parámetros. Primeramente asignamos la cantidad de circuitos virtuales de los que va a disponer la red, para este caso se muestran tres. (Ver figura 2.12). Figura 2.12 Configuración de los PVC..

(40) CAPÍTULO 2. CONFIGURACIÓN DE UNA RED ATM CON OPNET MODELER. . 30. Configuración de las estadísticas de los resultados. Presionando Simulation/Choose Individual Statistics se obtienen un grupo de estadísticas que haciendo clic sobre ellas se visualizan después de la simulación. En el OPNET se definen 3 tipos de estadísticas: 1. Estadísticas Globales. 2. Estadísticas de los Nodos. 3. Estadísticas de los Enlaces. En nuestro proyecto trabajaremos con las Estadísticas del Enlace por ser las que nos permiten conocer el grado de utilización de los enlaces. En el Anexo 3 se muestran algunas de esas estadísticas para que al ocurrir la corrida de la simulación sean recopiladas y procesadas. 2.4.1. Configuración del escenario 1. En este escenario se analiza el enlace a Internet, este se considera el de mayor importancia debido a que es el que presenta mayores congestiones. Para analizar este caso se duplicó el escenario anterior en Scenarios/Duplicate Scenario, y se realizaron los siguientes cambios: -Se colocó únicamente un enlace a 1.024 Mbps entre la UCLV y el Nodo de Villa Clara. -Luego se procede con los PVC. Se configura solamente VC1 (ver figura anterior), en el cual se utiliza ABR como categoría de servicio, puesto que está pensada para aplicaciones elásticas que puedan ajustarse al ancho de banda disponible. El único parámetro que se varió fue el PCR el cual se puso a un valor de 1 Mbps, valor igual a la velocidad del canal, todos los demás se dejaron configurados por defecto. (Figura 2.13). -Seguidamente se configuran los atributos en la LAN de la UCLV, el único cambio radica en la configuración de los servicios soportados por la LAN. (Ver Figura 2.14).

(41) CAPÍTULO 2. CONFIGURACIÓN DE UNA RED ATM CON OPNET MODELER. Figura 2.13 Configuración de los parámetros de VC1.. Figura 2.14 Configuración de la LAN UCLV (Internet). 31.

(42) CAPÍTULO 2. CONFIGURACIÓN DE UNA RED ATM CON OPNET MODELER. 2.4.2. 32. Configuración del escenario 2. Se procede de forma similar al anterior, lo que en este caso vamos a analizar el enlace a los demás servidores. Para esto se establece únicamente un enlace a 4.096 Mbps. Y se configura solamente VC2 y VC3, con UBR como clase de servicio, porque está pensada para aplicaciones sin necesidades de tiempo real, ni de bajo retardo, ni variaciones de retardo. Y como velocidad máxima de las celdas 2 Mbps. (Figura 2.15) Posteriormente se configura la LAN de la UCLV, lo que para este escenario el servicio no soportado es el del servidor de Internet. (Ver Figura 2.16).. .. Figura 2.15 Configuración de los parámetros de VC2 y VC3..

(43) CAPÍTULO 2. CONFIGURACIÓN DE UNA RED ATM CON OPNET MODELER. 33. Figura 2.16 Configuración de la LAN de la UCLV. (MES). Tanto para el escenario 1, como para el escenario 2 la configuración de las estadísticas y de la simulación es igual a las de primer escenario. Es importante siempre guardar los cambios que se realicen. Es importante destacar además, que para el servicio de Circuitos Virtuales Permanentes (PVC) no se requiere de ninguna señalización, por lo que no se utiliza ningún protocolo de este tipo dado que el procedimiento de establecimiento del circuito virtual se realiza manualmente en el momento que se quiere establecer el servicio..

(44) CAPÍTULO 2. CONFIGURACIÓN DE UNA RED ATM CON OPNET MODELER. 2.5. 34. Conclusiones. En este capítulo se demuestra a través de la configuración de los escenarios que el simulador estudiado proporciona un ambiente de desarrollo comprensible para la especificación, la simulación y el análisis de las redes de comunicación..

(45) CAPÍTULO 3. SIMULACIÓN Y EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS. 35. CAPÍTULO 3. SIMULACIÓN Y EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS. En este capítulo se observan los resultados arrojados por cada escenario mostrándose en gráficos sencillos, haciéndose énfasis en el porciento de utilización del canal y el flujo que experimenta el enlace de la UCLV con el nodo de Santa Clara. 3.1. Configuración de la simulación para los escenarios. Una vez que se definan las estadísticas que se desean recolectar, se simula el modelo. La corrida de la simulación puede realizarse con todos los escenarios a la misma vez, pero no es recomendable debido que tomaría amplia memoria virtual y demasiado tiempo real. Para lo anterior se selecciona Simulation/Configure Simulation y en Duration se le introduce el tiempo de simulación, en el caso de estudio se toma como tiempo de simulación 5 minutos debido a que la misma en general requiere mucho tiempo y amplia memoria, como se planteó anteriormente. Posteriormente se oprime Run. Es importante mencionar que se deben rectificar los enlaces antes de la corrida, puesto que la mayoría de las veces los errores los constituyen las conexiones físicas. Para esta verificación se selecciona Topology/Verify Links..

(46) CAPÍTULO 3. SIMULACIÓN Y EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS. Figura 3.1 Configuración de la simulación.. Figura 3.2 Interfaz de la corrida de la simulación.. 36.

(47) CAPÍTULO 3. SIMULACIÓN Y EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS. 37. Obtención de los resultados Para obtener los resultados pueden utilizarse varias variantes: View Results para gráficas solamente, Compare Results para comparar los resultados gráficos de los distintos escenarios, Find Top Results, en este se muestran los resultados numéricos del valor máximo, mínimo y el promedio en tablas y en gráficas y en Web Report se muestran los valores picos y promedios. En la Figura 3.3 se muestran las estadísticas de todos los enlaces que existen en el proyecto. En nuestro caso se hace énfasis en el enlace establecido entre el Nodo de Villa Clara y la UCLV para conocer el grado de utilización que pudiera existir en el mismo.. Figura 3.3 Estadística de los resultados producto de la corrida de la simulación..

(48) CAPÍTULO 3. SIMULACIÓN Y EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS. 3.2. 38. Análisis de los resultados del escenario 1. Las particularidades de este escenario se abordaron en el Capítulo II, Epígrafe 2.4.1, aunque de forma general este escenario se caracteriza por el enlace de Internet, en el cual se presentan síntomas de saturación y navegación relativamente lenta en la red real según datos ofrecidos por especialistas de la red de la UCLV. Este escenario fue simulado durante 5 minutos, generando una cantidad de eventos igual a 22679436 con una velocidad promedio de 14283 eventos/seg. A continuación se muestran los resultados obtenidos de la simulación de este escenario en la Figura 3.4 y en la Figura 3.5.. Figura3.4 Tráfico del enlace (bit/seg) entre el Conmutador de Villa Clara y el Router de la UCLV. (Internet).

(49) CAPÍTULO 3. SIMULACIÓN Y EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS. 39. Figura 3.5 Porciento de utilización del enlace entre el Conmutador de Villa Clara y el Router de la UCLV. (Internet) En la Figura 3.4 y en la Figura 3.5 se identifica, con el gráfico de color rojo el tráfico que entrega el nodo de Villa Clara al enrutador de la UCLV y el cual se nombra tráfico de bajada. Esta observación es válida para el escenario 2. El tráfico de bajada que se aprecia en la Figura 3.4 (gráfico rojo) es de alrededor de 750 Kbps y el porciento de ocupación del enlace de 1.024 Mbps que está analizándose y que es mostrado en la Figura 3.5, es alrededor del 45%. Algo similar ocurre con la velocidad de subida que se aprecia en la Figura 3.4 (gráfico azul) y que es alrededor de 300 Kbps para un 20% de ocupación del enlace que se está analizando..

(50) CAPÍTULO 3. SIMULACIÓN Y EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS. 3.3. 40. Análisis de los resultados del escenario 2. En este escenario haremos un análisis similar al hecho en el escenario 1. Los cambios de un escenario a otro se muestran en Capítulo 2, epígrafe 2.4.2. Este escenario se caracteriza por el análisis del enlace con el MES. Este escenario se simuló durante 5 minutos, generando una cantidad de eventos igual a 10485000 con una velocidad promedio de 502 eventos/seg. Los resultados de la simulación, se muestran en la Figura 3.6 y en la Figura 3.7.. Figura 3.6 Tráfico del enlace (bit/seg) entre el Conmutador de Villa Clara y el Router de la UCLV. (MES) Tráfico del enlace (bit/seg) entre el Conmutador de Villa Clara y el Router de la UCLV. (MES).

(51) CAPÍTULO 3. SIMULACIÓN Y EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS. 41. Figura 3.7 Porciento de utilización del enlace entre el Conmutador de Villa Clara y el Router de la UCLV. (MES) De igual forma, en la Figura 3.6 y en la Figura 3.7 se aprecia, con el gráfico de color rojo el tráfico de bajada, el cual oscila alrededor de 870 Kbps, con un porciento de utilización de alrededor del 20%, el cual es mostrado en la Figura 3.7. El tráfico de subida (Figura 3.6) (gráfico azul), está alrededor de 350 Kbps para un 10% de ocupación del enlace. Aquí se muestra un poco inestable en un breve tiempo, pero después se estabiliza. 3.4. Análisis de los resultados obtenidos de la red Frame Relay. Los siguientes resultados fueron obtenidos del trabajo investigativo “Simulación y análisis del comportamiento de la congestión en una red Frame Relay”, los cuales se usan como complemento para nuestras conclusiones..

(52) CAPÍTULO 3. SIMULACIÓN Y EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS. Figura 3.8 Utilización del enlace de Internet en la red Frame Relay.. Figura 3.9 Utilización del enlace con el MES en la red Frame Relay.. 42.

(53) CAPÍTULO 3. SIMULACIÓN Y EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS. 43. Tanto en la Figura 3.8 como en la Figura 3.9 se observa que los enlaces que se establecen con el MES y el servidor de Internet presentan un porciento de utilización muy elevado. Esta utilización del 100% conlleva a congestiones y a navegación lenta. Estos resultados fueron obtenidos con una configuración de los PVC con un CIR, un Bc y un Be igual a 2Mbps, 2Mbps y 0 respectivamente, para el enlace con el MES y 1Mbps, 1Mbps y 0, con el enlace a Internet, datos reales y actuales implementados en la red. 3.5 Conclusiones del Capítulo Como se puede observar, quedó demostrado mediante la simulación que con el simple hecho de implementar tecnología ATM en la UCLV se produce un descenso significativo en el porciento de utilización de los enlaces estudiados, por lo que de aplicarse esta variante, se podría aumentar la velocidad de conexión de los mismos con un mejor servicio. Con el análisis de los resultados de los dos escenarios simulados quedó demostrada la importancia de la Simulación para determinar futuras inversiones de la Empresa al permitir aprovechar al máximo los recursos técnicos instalados en la provincia..

(54) CONCLUSIONES. 44. CONCLUSIONES.  La modelación y simulación de escenarios de redes utilizando la herramienta OPNET Modeler, es una excelente ayuda para los ingenieros y especialistas en la materia puesto que permite estudiar y analizar dichas redes en condiciones cercanas a la realidad previo a su posible instalación y evaluar posibles ampliaciones u ofertas a nuevos usuarios.  Con el OPNET se evidencia el uso de los canales virtuales y su aprovechamiento eficiente en las redes ATM.  Se deben hacer los escenarios que se necesiten en un mismo proyecto con el objetivo de facilitar el análisis de los resultados obtenidos.  Dentro de los principales resultados están que la utilización de los enlaces establecidos con los servidores de correo, base de datos y transferencia de archivos nunca excede el 25%, mientras que para el servicio de Internet no excede el 45% siendo un valor que permite ampliaciones futuras.  Con el OPNET se evidencia que la incorporación de tecnología ATM en la red de acceso a la UCLV evitaría las congestiones provocadas por los flujos del tráfico..

(55) RECOMENDACIONES. 45. RECOMENDACIONES.  Profundizar en el estudio de la herramienta OPNET Modeler en las asignaturas de postgrado y la investigación.  Realizar un trabajo investigativo utilizando una versión más moderna del simulador, ya que estos ofrecen familias de tecnologías de dispositivos más modernas en correspondencia con los equipos que se están adquiriendo en ETECSA.  Que las inversiones de la Filial Datos de ETECSA Villa Clara estén fundamentadas por los resultados de la aplicación de un simulador como el OPNET, realizándose un estudio de los nodos en los que se vaya a invertir.  Realizar una inversión para implementar tecnología ATM en el nodo de la UCLV.  Incentivar el estudio de otros simuladores específicamente confeccionados para la tecnología ATM como “NIST ATM Network Simulator” y el “Broadband ISDN Simulation Testbed”, este último elaborado por la National Taiwán University, puesto que los simuladores de propósito general consumen demasiado tiempo en la simulación..

(56) REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 46. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 1. Álvarez, F. P. (2004) Red digital de Servicios Integrados de Banda Ancha B-ISDN. Dpto. Telecomunicaciones UCLV. Disponible en: \\neumann\Telecom y Electronica\Redes de Telecomunicaciones\Conferencias\TemaIV 2. Arco, P. (2008) ATM y Frame Relay. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas, Cuba. Disponible en: \\neumann\Telecom y Electronica\Redes de Telecomunicaciones\Conferencias\TemaV 3. ATM Forum (1996) Traffic Management Specification. [En línea] Disponible en: www.atmforum.com [Accedido en marzo del 2008] 4. ATM Protocols. En: ISDN and Broadband ISDN with Frame Relay and ATM. Capítulo 16. Fourth Edition. 5. ATM Traffic and Congestion Control. En: ISDN and Broadband ISDN with Frame Relay and ATM. Capítulo 17. Fourth Edition. 6. Björnerbäck, T. (2001). Analysis of a Network Simulation Tool for Advance Courses in Computer Communication. 7. CCITT. (1988). ____ Rec. E.800 Terms and Definitions Related to the Quality of Telecommunications Services. [En línea]. Disponible en: http://www.ccitt.com/rec. [Accedido en marzo del 2008] 8. Cisco Systems, Inc. (2002). ATM Cell Structures. Disponible en: http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/product/atm.

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(58) REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 48. 22. Martínez, J. (2002) Conceptos Básicos de Redes ATM. En: Redes de Comunicaciones. Capítulo 8. [En línea] Disponible en: www.books.google.com.cu [Accedido en abril del 2008] 23. Minoli, D. (1992) ATM: The Future of Local and Wide Area Networks. Revista Network Compiling. 24. Newman, P. ATM Technology for Corporate Network. IEEE Communication Magazine. 25. OPNET Technologies, Inc. (2001) OPNET Modeling Concepts. Disponible en: http://www.opnet.com/products/modeler 26. OPNET Technologies, Inc. (2001) OPNET Modeler Tutorial. Disponible en: http://www.opnet.com/products/modeler 27. Prycker, M. & Horwood, E. (Alcatel - Bell) (1993) Asynchronous Transfer Mode: Solution for Broadband ISDN. 28. Rodríguez, Omar A. (2004) Metodología para aplicar el simulador OPNET a los nodos de. Infocom. en. la Filial Habana. Dpto. Telemática. ISPJAE Ciudad de La Habana,. Cuba. 29. Tanenbaum, A.S. (2003) Redes Orientadas a la conexión. En: Redes de Computadoras. Capítulo 1. Ed. Pearson Educación. [En línea] Disponible en: www.books.google.com.cu [Accedido en abril del 2008] 30. Wieland, Ken. (2003) The ATM show must go on. Telecommunications Magazine. International Edition. 31. Zamorano, M. L. & Millán, P. F. (1999) Control de Congestión y Enrutamiento en Redes ATM. Revista facultad de ingeniería. Enero-diciembre. Vol.-6. Universidad de Tarapacá Arica, Chile..

(59) ANEXOS. ANEXOS Anexo I. Requerimientos de ancho de banda. 49.

(60) ANEXOS. Anexo II. Clasificación de los servicios. 50.

(61) ANEXOS. Anexo III Estadísticas individuales para la simulación.. 51.