Desarrollo de nuevos experimentos para la enseñanza de las Redes de Nueva Generación

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(1)Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA “Desarrollo de nuevos experimentos para la enseñanza de las Redes de Nueva Generación”. Autor: Ernesto Pérez Peláez Tutor: Dr. Félix Alvarez Paliza. Santa Clara 2014 "Año 54 de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA “Desarrollo de nuevos experimentos para la enseñanza de las Redes de Nueva Generación” Autor: Ernesto Pérez Peláez E-mail: [email protected] Tutor: Dr. Félix Alvarez Paliza Prof. Dpto. de Telecomunicaciones y Electrónica. Facultad de Ing. Eléctrica. UCLV. E-mail: [email protected]. Santa Clara 2014 "Año 54 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. “Las ciencias pueden aprenderse de memoria; la sabiduría no”. L. Sterne.

(5) ii. DEDICATORIA. A mi madre Ivonne, por ser mi ejemplo a seguir en la vida..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. A toda mi familia, en especial a mi madre, mis tías y mi abuela, que tanto me han apoyado en toda mi vida, brindándome su confianza y amor. A mis amigos Leandro, Reinier, Daniel, Luis Enrique, Jorge, Sullivan, Juan Carlos, Roberto, Pedro, Alberto y Yoanner, que han sido para mí como hermanos. A Arletty por ser mi apoyo durante mucho tiempo y a su familia por su preocupación en todo momento. A todos los profesores de la carrera de Telecomunicaciones y Electrónica que han influido en mi formación profesional, proporcionándome el logro de ser ingeniero. A mi tutor Félix Alvarez Paliza que me ha apoyado incondicionalmente durante el proceso de la tesis, con consejos oportunos en cada momento. Por ser ejemplo de profesional y persona. A todos los que me han ayudado de una forma u otra a llegar hasta aquí.. Muchas Gracias..

(7) iv. TAREA TÉCNICA. 1. Evaluación de documentos actualizados sobre las Redes de Nueva Generación y en especial de aquellos relacionados con el empleo de la herramienta OPNET Modeler en la enseñanza de las Redes de Nueva Generación. 2. Desarrollo de materiales y experimentos para el apoyo de la enseñanza de las Redes de Nueva Generación en las asignaturas Redes II y Redes III, con la herramienta OPNET Modeler. 3. Preparación y ejecución de las simulaciones utilizando sus diferentes opciones de simulación: DES y el Análisis de Flujo. 4. Evaluación de los resultados obtenidos en los diferentes escenarios y proyectos de investigación. 5. Preparación de las guías de laboratorios de los temas seleccionados para Redes II y Redes III. 6. Elaboración del informe del trabajo de diploma.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. El presente trabajo de diploma se enfoca en el desarrollo de nuevos proyectos experimentales de apoyo tratando las tecnologías y protocolos actuales de las Redes de Nueva Generación, además, se llevan a cabo una serie de simulaciones de los proyectos desarrollados con la herramienta de modelación y simulación OPNET Modeler, utilizando sus variantes de simulación: Simulación de Eventos Discretos y Análisis de Flujo. Para desarrollar el trabajo fue necesario hacer una búsqueda de información que permitiera conformar el marco teórico - conceptual de la investigación y la selección de los nuevos proyectos a desarrollar, haciendo énfasis en las tendencias que se presentan en la enseñanza de las asignaturas de Redes II y Redes III. De este trabajo se obtienen una serie de habilidades relevantes tales como la configuración de protocolos de enrutamiento y dispositivos de un escenario, la asignación de direcciones IPv4 e IPv6 y el uso de herramientas de modelación y simulación para evaluar el comportamiento de las demandas y aplicaciones configuradas en una red. Brindando cada una de ellas aportes para el conocimiento del desempeño de una red en cuanto a tráfico de aplicaciones y protocolos, comportamiento de los enlaces y saltos de conectividad entre nodos según la configuración de la red modelada..

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO ...................................................................................................................................... i DEDICATORIA ...................................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS .......................................................................................................................... iii TAREA TÉCNICA ................................................................................................................................. iv RESUMEN................................................................................................................................................v INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................................1 Organización del informe......................................................................................................................3 CAPÍTULO 1. 1.1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN ........................................................................5. Redes de Nueva Generación (NGN) ..........................................................................................5. 1.1.1. Esquema topológico de una NGN .......................................................................................5. 1.1.2. Arquitectura y protocolos de las NGN ................................................................................6. 1.2. Protocolo de Internet versión 6: IPv6 .........................................................................................8. 1.2.1. Formato de la cabecera IPv6 ...............................................................................................9. 1.2.2. Capacidad de Etiquetas de Flujo .......................................................................................10. 1.2.3. Direccionamiento IPv6 .....................................................................................................10. 1.2.3.1. Tipos de direcciones IPv6 ..........................................................................................11. 1.2.4. Autoconfiguración de direcciones IPv6 ............................................................................11. 1.2.5. ICMPv6 (ICMP para IPv6) ...............................................................................................12.

(10) vii 1.2.5.1. Formato general de un mensaje ICMPv6 ..................................................................12. 1.2.6. Protocolo de Descubrimiento de Vecinos: NDP ...............................................................13. 1.2.7. Principales mecanismos de transición hacia IPv6.............................................................13. 1.3. Conmutación Multiprotocolo mediante etiquetas: MPLS ........................................................14. 1.3.1. Características de la Arquitectura MPLS ..........................................................................15. 1.3.2. Componentes de una red MPLS........................................................................................15. 1.3.3. GMPLS .............................................................................................................................18. 1.3.4. MPLS - TP ........................................................................................................................20. 1.3.4.1. Características principales de MPLS-TP ...................................................................21. 1.3.4.2. Adaptación de servicios nativos de MPLS-TP ..........................................................22. 1.3.5 1.4. Servicios de Transporte Ethernet con MPLS ....................................................................23. IPv6 sobre MPLS. Escenarios de despliegue ...........................................................................24. CAPÍTULO 2.. MODELACIÓN Y SIMULACIÓN DE REDES NGN .............................................28. 2.1. Modos de simulación en OPNET .............................................................................................29. 2.2. Proyectos y Escenarios para Redes NGN.................................................................................31. 2.2.1. Proyecto #1 “Redes IPv6”...............................................................................................31. 2.2.2. Proyecto #2 “Conexión de Dominios IPv6 mediante Nubes IPv4” ..................................35. 2.2.3. Proyecto #3 “Red de Área Local Virtual (VLAN)” ..........................................................39. 2.2.4. Proyecto #4 “Redes Privadas Virtuales (VPN)” ...............................................................42. 2.2.5. Proyecto #5 “Multiprotocolo de conmutación de etiquetas con Calidad de Servicio” .....47. CAPÍTULO 3. 3.1. EVALUACIÓN DE LOS EXPERIMENTOS ...........................................................52. Análisis de los resultados .........................................................................................................52. 3.1.1. Proyecto #1 “Redes IPv6”.................................................................................................52. 3.1.2. Proyecto #2 “Conexión de Dominios IPv6 mediante Nubes IPv4” ..................................55.

(11) viii 3.1.3. Proyecto #3 “Red de Área Local Virtual (VLAN)” ..........................................................59. 3.1.4. Proyecto #4 “Redes Privadas Virtuales (VPN)” ...............................................................62. 3.1.5. Proyecto #5 “Multiprotocolo de conmutación de etiquetas con Calidad de Servicio” .....66. 3.2. Conclusiones del capítulo .........................................................................................................69. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES......................................................................................70 Conclusiones .......................................................................................................................................70 Recomendaciones................................................................................................................................71 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................................................72 ANEXOS ................................................................................................................................................75 Anexo 1. Parámetros y configuraciones del Proyecto #1 .................................................................75. Anexo 2. Parámetros y configuraciones del Proyecto #2 .................................................................85. Anexo 3. Parámetros y configuraciones del Proyecto #3 .................................................................99. Anexo 4. Parámetros y configuraciones del Proyecto #4 ...............................................................112. Anexo 5. Parámetros y configuraciones del Proyecto #5 ...............................................................123. Anexo 6. Resultados del Proyecto #1 .............................................................................................137. Anexo 7. Resultados del Proyecto #2 .............................................................................................138. Anexo 8. Resultados del Proyecto #3 .............................................................................................142. Anexo 9. Resultados del Proyecto #4 .............................................................................................146. Anexo 10. Resultados del Proyecto #5 .........................................................................................149. GLOSARIO ..........................................................................................................................................153.

(12) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. Con el desarrollo de las tecnologías de hardware y software, y en especial de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC), se han desarrollado también herramientas profesionales para la Modelación y Simulación de Redes de Comunicaciones del tipo WAN, LAN, WLAN, MAN, WMAN, , WWAN, etc. Entre las más divulgadas mundialmente hay que mencionar: COMNET (CACI), Netcracker, ClickNet, OPNET (Optimized Network Engineering Tool), Network Simulator (NS), OMNET ++, GNS3, etc. Muchas de ellas se desarrollaron por estudiantes universitarios que después fundaron firmas comerciales, elaborando versiones académicas que coadyuvaron a su divulgación y a su vez a la enseñanza. De ahí el interés despertado en las universidades técnicas de utilizar estas herramientas como medio de apoyo para brindar una calidad superior en la formación de habilidades en el campo de los Sistemas de Telecomunicaciones. El empleo de las herramientas de Modelación y Simulación de Redes para la enseñanza de los Sistemas de Telecomunicaciones, exige nuevos retos de actualización ante el desarrollo tecnológico. El desarrollo de los actuales modelos de Intranet e Internet permiten potenciar el uso de diversas plataformas para la Modelación y Simulación, lo que unido al nivel metodológico del profesor, el tiempo de dedicación a su labor, la integración entre el sistema educativo y la sociedad y las políticas de informatización y capacitación del profesorado, constituyen premisas para desarrollar proyectos que permiten sustituir la carencia de laboratorios costosos de telecomunicaciones, y otros elementos de la infraestructura material necesaria para ello. Por la importancia que esto tiene, en la Universidad Central de Las Villas se han desarrollado asignaturas, cursos, trabajos de diploma (pregrado), proyectos finales de diplomado y tesis de maestría (postgrado); abordando diferentes herramientas de modelación y simulación con el paso de los años. Por lo que se han puesto en marcha disimiles proyectos con el objetivo de actualizar e incorporar nuevos métodos que permitan el aprendizaje y la formación del profesional en ambientes presenciales.

(13) INTRODUCCIÓN. 2. y no presenciales. Hoy, el impacto de la Modelación y Simulación de Redes de comunicaciones y de computadoras estriba en el hecho de que apoyada en las potencialidades que le brindan una herramienta mundial como el OPNET Modeler, puede resolver problemas de espacio y/o tiempo llevando el conocimiento hasta quienes lo necesitan. Ante estos nuevos cambios y avances tecnológicos, como respuesta a los nuevos programas de formación universitaria estudio de pregrado (Plan D) y cursos de postgrados puestos en marcha por la Facultad de Ingeniería Eléctrica en su Maestría de Telemática (5 ediciones desde 2002 – 2014) y otros centros del país, se hace necesario el perfeccionamiento de la enseñanza de las redes de comunicaciones haciendo uso de la herramienta OPNET. La tendencia actual de integrar todo tipo de servicios en una única infraestructura de red IP, conocida como modelo “Todo IP” (All-IP), ha puesto de manifiesto las carencias que tienen las soluciones IP clásicas en temas como la capacidad, la calidad de servicio, la seguridad y la fiabilidad. Para solucionar estos problemas han aparecido en el mercado multitud de equipos, técnicas y tecnologías de transporte eficaces como MPLS, MPLS-TP, Carrier Ethernet y protocolos de gran importancia como el Protocolo de Internet Versión 6: IPv6, que combinado de una manera adecuada con las tecnologías antes mencionadas, pueden permitir la realización de modelos de red que proporcionen todo tipo de servicios multimedia. Estos modelos son llamados, en el mundo de las telecomunicaciones, modelos de Red de Nueva Generación. Por tanto, es una dificultad la no existencia de materiales de apoyo para la enseñanza de la disciplina “Sistemas de Telecomunicaciones” mediante la modelación y simulación en el área de las Redes de Próxima Generación. Tomando en cuenta estos antecedentes, para el presente trabajo de diploma se define el siguiente problema de investigación:  ¿Cómo contribuir a la docencia de las asignaturas de Redes II y Redes III con el desarrollo de nuevos materiales que se ajustan a los objetivos del plan de estudio D, utilizando la herramienta de Modelación y Simulación OPNET Modeler? Del problema anteriormente planteado surgieron las siguientes interrogantes científicas: 1. ¿Hacia dónde está dirigido el desarrollo de las Redes de Nueva Generación que requiere de una actualización de la enseñanza de las asignaturas de Redes II y Redes III?.

(14) INTRODUCCIÓN. 3. 2. ¿Cuál es la situación actual que presenta la herramienta de Modelación y Simulación OPNET Modeler en el proceso de enseñanza de las materias correspondientes a la disciplina Sistemas de Telecomunicaciones? 3. ¿De qué forma se deben organizar y estructurar los experimentos para potenciar las habilidades y cumplir los objetivos definidos en el plan de estudio D, en la disciplina Sistemas de Telecomunicaciones? Objeto de la investigación: Redes de Nueva Generación Campo de la Investigación: Enseñanza de las Redes de Nueva Generación con la herramienta de modelación y simulación OPNET Modeler. En este trabajo de diploma se plantea como objetivo general, desarrollar nuevos materiales experimentales para la enseñanza de las Redes de Nueva Generación (NGN), mediante la Modelación y Simulación de Redes. Para dar cumplimiento al anterior objetivo, el mismo se ha subdividido en los objetivos específicos siguientes: 1. Sintetizar la información sobre nuevos protocolos y tecnologías vinculados a las Redes de Nueva Generación. 2. Enumerar las características y facilidades que aporta la herramienta OPNET Modeler, utilizando sus diferentes opciones de simulación: DES y el Análisis de Flujo. 3. Seleccionar experimentos relacionados con las Redes de Nueva Generación y la herramienta OPNET Modeler para la enseñanza de Sistemas de Telecomunicaciones en universidades, centros de investigación, empresas, etc. 4. Desarrollar materiales de apoyo (experimentos) para Redes II y Redes III con el empleo de las herramientas de Modelación y Simulación de Redes. 5. Evaluar las simulaciones de los escenarios seleccionados para las asignaturas de Redes II y Redes III. Organización del informe Este trabajo queda estructurado de la siguiente manera: introducción, capitulario, conclusiones, referencias bibliográficas, bibliografía y anexos..

(15) INTRODUCCIÓN. 4. En la introducción queda definida la importancia, actualidad y necesidad del tema que se aborda y se hace alusión a los elementos del diseño teórico. En el Capítulo I se realiza la evaluación de los temas escogidos de Redes de Nueva Generación, que tienen mayor impacto en asignaturas de Redes II y Redes III. En el Capítulo II se desarrollan los experimentos de apoyo donde se emplea la herramienta de Modelación y Simulación OPNET Modeler, con las técnicas de simulación: DES y Análisis de Flujo. Por último, en el tercer capítulo, se evalúan los resultados alcanzados en cada uno de los temas, escenarios y materiales de apoyo. Así como las habilidades que se adquieren en ellos..

(16) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 5. CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. En el presente capítulo se realiza una valoración de los contenidos relacionados con los nuevos protocolos y tecnologías vinculados a las Redes de Nueva Generación (NGN) que tienen mayor impacto en la enseñanza de las asignaturas Redes II y Redes III. 1.1. Redes de Nueva Generación (NGN). Existen numerosas definiciones de NGN, sin embargo, por su validez internacional, se considera la definición dada por el Grupo de Estudio 13 del Sector de Normalización de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-T) en la Recomendación Y.2001, que define una NGN como: “Red basada en paquetes que permite prestar servicios de telecomunicación y en la que se pueden utilizar múltiples tecnologías de transporte de banda ancha propiciadas por la QoS (Quality of Service), 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”. Esta definición sugiere que tanto las funciones referentes a los servicios como al transporte, se pueden ofrecer separadamente (UIT-T, 2004). 1.1.1. Esquema topológico de una NGN. Las Redes de Nueva Generación requieren de una arquitectura que permita la integración perfecta de servicios de telecomunicaciones tanto nuevos como tradicionales entre redes de paquetes de alta velocidad, inter-operando con clientes que poseen capacidades distintas (Quintana, 2003). Dicha arquitectura generalmente está estructurada en cuatro niveles principales de tecnología: Gestión y Servicio, Control de Red, Núcleo y Acceso del Terminal, tal como se muestra en la Figura 1.1..

(17) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 6. Figura 1.1 Esquema topológico de una Red de Nueva Generación (Quintana, 2003). 1.1.2. Arquitectura y protocolos de las NGN. Para el entendimiento de la arquitectura y protocolos comúnmente utilizados en las NGN, primeramente hay que establecer la relación existente entre el modelo NGN con las distintas capas del modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI). Basándose en este modelo, tal como se muestra en la Figura 1.2, y caracterizándolo con el esquema topológico del modelo NGN se tiene: . Física y Enlace: Nivel de Acceso del Terminal. . Red y Transporte: Borde y Núcleo de Red. . Sesión, Presentación y Aplicación: Control de Red y nivel de Gestión y Servicio.. Como se observa en la figura 1.2, dentro de una infraestructura de red NGN deben entenderse protocolos y tecnologías tanto tradicionales como nuevas para que sea posible la implementación de una red que proporcione servicios convergentes..

(18) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 7. Figura 1.2 Protocolos que intervienen en el modelo de red NGN (Quintana, 2003). El despliegue en infraestructura de las tecnologías tradicionales de transporte tanto a nivel físico como de enlace (ATM, Frame Relay, SDH/SONET, etc.) han requerido de una gran inversión por parte de los proveedores y por tanto estas redes no pueden actualmente dejarse a un lado, por ello uno de los objetivos de las NGN es coexistir con las redes tradicionales a través de la implementación de dispositivos inteligentes en el nivel de control y con el avance tecnológico ir incorporando terminales inteligentes en la parte del acceso del usuario (Quintana, 2003). Para la integración de las redes tradicionales a nivel físico y de enlace es necesario contar con una tecnología que sea capaz de lograr este objetivo para conformar una plataforma de red común. Con la implementación de los mecanismos de transportes MPLS o GMPLS a nivel troncal se obtiene esta integración que proporciona flexibilidad y escalabilidad en cuanto a las aplicaciones que brindan como Ingeniería de Tráfico, Transporte Multiprotocolo, QoS, CoS, Transporte Perfil (TP), etc. En la actualidad la tendencia se basa en redes de transporte a nivel de enlace soportadas sobre fibra óptica como Redes de Transporte Óptico (OTN) o Multiplexación por división en longitudes de onda densas (DWDM), que para este caso, la tecnología adoptada para el núcleo es GMPLS. Esta tecnología es una extensión de MPLS para la integración de redes de conmutación de paquetes IP con las redes ópticas, dando lugar a las redes inteligentes de Siguiente Generación asegurando la provisión de servicios Triple Play y luego Quad Play. La implementación del Softswitch en el nivel de Control permite distinguir las llamadas de voz de otras aplicaciones y para llevar a cabo esta operación además de comunicarse con otros elementos lo hace por medio de protocolos..

(19) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 8. Las Redes de Nueva Generación son la evolución de la actual infraestructura de redes de telefonía fija, móvil y datos a una única red multi-servicio llamada “Todo IP” o “All IP”, la cual permite realizar la convergencia de los nuevos servicios. A nivel de red, en una NGN, prácticamente el funcionamiento de IPv4 ha sido satisfactorio pero el crecimiento de Internet ha provocado la escasez del direccionamiento IP, conjuntamente con la dificultad de transmitir aplicaciones en tiempo real sumada la escasez de mecanismos de seguridad, estas y otras desventajas que presenta IPv4 son resueltas con la sustitución de la actual Internet por una Internet basada en IPv6, eliminándose así la limitación de direccionamiento de IPv4 y soportando movilidad IP de manera eficiente. Teniendo en cuenta estos conceptos, la importancia de usar IPv6 en las Redes de Nueva Generación son: . Capacidad de Servicio Mejorada: IPv6 permite el control de la congestión y del flujo que usa información de QoS adicional. Además, IPv6 soporta mejor movilidad quitando el problema de direccionamiento de triángulo.. . Conectividad IP Any-to-Any: La conectividad de IP será una de las características esenciales para poder con el número creciente de usuarios o dispositivos finales, ventaja que ofrece IPv6.. . Identidad, Organización y descubrimiento del servicio usando autoconfiguración de direcciones: IPv6 puede proveer la capacidad de autoconfiguración usando el protocolo de descubrimiento de vecino.. 1.2. Protocolo de Internet versión 6: IPv6. Debido al crecimiento del Internet y la sofisticación de los dispositivos electrónicos, las soluciones propuestas con el fin de escalar el espacio de direccionamiento de Internet IPv4, no serán suficientes para cubrir la necesidad de las mismas en los próximos años. Como consecuencia de este escenario, el Grupo Especial sobre Ingeniería de Internet (IETF) elaboró una serie de especificaciones para definir un protocolo IP de Siguiente Generación (IPng) que actualmente se conoce como Protocolo de Internet versión 6 (Esaki, 2005). El IP versión 6 (IPv6), definido en la RFC-2460 (Hinden and Deering, 1998), es la nueva versión del Protocolo Internet, diseñado como el sucesor para el IP versión 4 (IPv4) definido en la RFC-791. Los cambios del IPv4 al IPv6 recaen principalmente en las siguientes categorías: Capacidades de Direccionamiento Extendida: El IPv6 incrementa el tamaño de dirección IP de 32 bits a 128 bits, para dar soporte a más niveles de direccionamiento jerárquico, un número mucho mayor de.

(20) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 9. nodos direccionables, y una autoconfiguración más simple de direcciones. La escalabilidad del enrutamiento multidestino se mejora agregando un campo "ámbito" a las direcciones. Y se define un nuevo tipo de dirección llamada "dirección envío a uno de", usado para enviar un paquete a cualquiera de un grupo de nodos (Hinden and Deering, 1998). Simplificación del Formato de Cabecera: Algunos campos de la cabecera IPv4 se han sacado o se han hecho opcional, para reducir el costo del caso común de proceso de tratamiento de paquete y para limitar el costo del ancho de banda, de la cabecera IPv6. Soporte Mejorado para las Extensiones y Opciones: Los cambios en la manera en que se codifican las opciones de la cabecera IP permiten un reenvío más eficiente, límites menos rigurosos en la longitud de opciones, y mayor flexibilidad para introducir nuevas opciones en el futuro. Capacidad de Etiquetado de Flujo: Una nueva capacidad se agrega para permitir el etiquetado de paquetes que pertenecen a "flujos" de tráfico particulares para lo cual el remitente solicita tratamiento especial, como la calidad de servicio no estándar o el servicio en "tiempo real". Capacidades de Autenticación y Privacidad: Extensiones para utilizar autenticación, integridad de los datos, y (opcional) confidencialidad de los datos, se especifican para el IPv6 (Hinden and Deering, 1998). 1.2.1. Formato de la cabecera IPv6. A pesar de que IPv6 extiende IPv4 en muchos sentidos, su formato es en realidad más simple. Esta sencillez es atribuible a un esfuerzo concertado de retirar las funcionalidades innecesarias de la cabecera del protocolo, tal como se muestra en la figura 1.3 (Hinden and Deering, 1998) y (Raicu, 2002).. Figura 1.3 Formato de cabecera IPv6 (Conta et al., 2006).

(21) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 10. . Versión: Número = 6 de versión del Protocolo Internet de 4 bits.. . Clase de Tráfico: Campo clase de tráfico de 8 bits.. . Etiqueta de Flujo: Etiqueta de flujo de 20 bits.. . Longitud de la Carga Útil: Entero sin signo de 16 bits. Longitud de la carga útil IPv6, es decir, el resto del paquete que sigue a esta cabecera IPv6, en octetos. Cualquiera de las cabeceras de extensión presente es considerada parte de la carga útil, es decir, incluida en el conteo de la longitud.. . Cabecera Siguiente: Selector de 8 bits. Identifica el tipo de cabecera que sigue inmediatamente a la cabecera IPv6. Utiliza los mismos valores que el campo Protocolo del IPv4.. . Límite de Saltos: Entero sin signo de 8 bits. Decrementado en 1 por cada nodo que reenvía el paquete. Se descarta el paquete si el Límite de Saltos es decrementado hasta cero..  . Dirección Origen: Dirección de 128 bits del originador del paquete. Dirección Destino: Dirección de 128 bits del destino pretendido del paquete (posiblemente no el último destino, si está presente una cabecera Enrutamiento) (Hinden and Deering, 1998) y (Raicu, 2002). 1.2.2. Capacidad de Etiquetas de Flujo. Este campo puede ser utilizado por un origen para etiquetar secuencias de paquetes para solicitar un manejo especial por los enrutadores como: calidad de servicio no estándar o servicio en tiempo real. Los nodos que no dan soporte a las funciones de este campo deben poner este campo a cero al originar un paquete, no deben alterar el campo cuando se transmite el paquete y deben ignorar el campo al recibir un paquete. Una Etiqueta de Flujo se asigna a un flujo en el nodo origen del flujo. Deben escogerse nuevas etiquetas de flujo aleatoriamente y uniformemente entre el rango 1-FFFFF en Hexadecimal (Hinden and Deering, 1998) y (Prakash, 2004). El objetivo de la asignación al azar es tener cualquier conjunto de bits del campo Etiqueta de Flujo, el cual será utilizado como clave por los enrutadores para buscar el estado asociado con el flujo. Deben enviarse todos los paquetes que pertenecen al mismo flujo con la misma dirección origen, dirección destino, opciones de cabecera y etiqueta de flujo. 1.2.3. Direccionamiento IPv6. El Protocolo de Internet versión 6 incrementa el tamaño de la dirección IP de 32 a 128 bits, es decir, 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456 direcciones (67 mil billones de direcciones.

(22) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 11. por cada milímetro cuadrado de superficie del planeta), lo que supone un margen suficiente amplio de maniobra durante bastante tiempo para así soportar más niveles en la jerarquía de direccionamiento y un número mucho mayor de nodos direccionables (Hagen, 2006). Una dirección IPv6 puede ser clasificada en tres tipos: Unicast, Multicast y Anycast (Hinden and Deering, 2006). Las cuales puede ser representada de varias formas, como por ejemplo: 1234 : 5678 : 90AB : CDEF : FFFF : FFFF : FFFF : FFFF, :: ffff : C0A8 : 5909, etc. 1.2.3.1 Tipos de direcciones IPv6  Unicast. Se utiliza únicamente para identificar una interface de un nodo IPv6. Un paquete enviado a una dirección unicast es entregado a la interface identificada por esa dirección.  Multicast. Se utiliza para identificar a un grupo de interfaces IPv6. Un paquete enviado a una dirección multicast es procesado por todos los miembros del grupo multicast.  Anycast. Se asigna a múltiples interfaces (usualmente en múltiples nodos). Un paquete enviado a una dirección anycast es entregado a una de estas interfaces, usualmente la más cercana (Hinden and Deering, 2006). 1.2.4. Autoconfiguración de direcciones IPv6. Uno de los aspectos más útiles de IPv6 es su capacidad para auto-configurarse automáticamente, aun sin el uso de un protocolo de configuración de direcciones tal como DHCPv6. Un host IPv6 puede automáticamente configurar una dirección de enlace local para cada interface, además, por el uso de descubrimiento de enrutadores, un host puede determinar las direcciones de sus enrutadores vecinos, direcciones adicionales de configuración sin estado, prefijos de enlace, y otros parámetros de configuración. En los mensajes de advertencia de los enrutadores se incluyen banderas que indican cuando un protocolo de configuración de direcciones (tal como DHCPv6) debe ser usado para configuración adicional (Peterson and Davie, 2012). Existen tres tipos de autoconfiguración: . Autoconfiguración sin estado (IPv6 Stateless Address Autoconfiguration). . Autoconfiguración con estado (Stateful) o DHCPv6. . Ambas. Para todos los tipos de autoconfiguración, una dirección de enlace local es siempre configurada automáticamente (IPv6Forum, 2014). El proceso de autoconfiguración abarca crear una dirección de.

(23) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 12. Enlace Local y verificar su unicidad sobre un enlace, determinando que información debe ser autoconfigurada (direcciones, otra información o ambas). 1.2.5. ICMPv6 (ICMP para IPv6). El Protocolo de Mensajes de Control de Internet Versión 6 (ICMPv6), definido en la RFC-4443 (Conta et al., 2006), se utiliza para transferir mensajes de información y de error entre dos nodos y es parte importante de la arquitectura IPv6 debido a que debe estar completamente soportada por todas las implementaciones y nodos IPv6 (Narten et al., 2006). Estos mensajes se utilizan generalmente para determinar la accesibilidad de un nodo y si hay errores en la longitud del paquete o la formación del mismo. También son utilizados como parte del Protocolo de Descubrimiento de Vecinos (NDP) y como parte del Protocolo de Descubrir Escuchas Múltiples (MLD) (Postel, 1981). 1.2.5.1 Formato general de un mensaje ICMPv6 Todo mensaje ICMPv6 está precedido por una cabecera IPv6 y cero o más cabeceras de extensión (Conta et al., 2006). El encabezamiento de ICMPv6 es identificado por un próximo valor de encabezamiento de 58 en el encabezamiento inmediatamente precedente, tal como se muestra en la figura 1.4.. Figura 1.4 Formato general de un mensaje ICMPv6 (Conta et al., 2006). . Campo Tipo: indica el tipo de mensaje, su valor determina el formato del resto de los datos.. . Campo Código: depende del tipo de mensaje, el mismo es utilizado para crear un nivel adicional de granularidad de los mensajes.. . Campo Suma de Comprobación: es utilizado para detectar la corrupción de los datos en el mensaje ICMPv6 y parte de la cabecera de IPv6 (Conta et al., 2006)..

(24) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 1.2.6. 13. Protocolo de Descubrimiento de Vecinos: NDP. El Protocolo de Descubrimiento de Vecinos (NDP), definido en la RFC-5492 (T. Narten et al., 2007), es utilizado por IPv6 para ayudar a los nodos a que se descubran el uno al otro en una red, establecer rutas y recibir información de la subred de la red (T. Narten et al., 2007). Es un protocolo de IPv6 que comprende un conjunto de mensajes y procesos, con el cual un nodo que se incorpora a una red descubre la presencia de otros nodos en su mismo enlace. ND reemplaza al protocolo ARP e incorpora las funcionalidades de otros protocolos. También se ocupa de mantener la consistencia de la caché de vecinos, donde se almacena la información relativa al contexto de la red a la que está directamente conectado un nodo (Davies, 2012). Este protocolo define una serie de mecanismos y procesos usados para resolver el problema relacionado con la interacción entre los nodos de un mismo enlace. Los tipos de mensajes específicos ICMPv6 usados para NPD se encuentran en el rango 133-137 y son solicitud de enrutador, anunciación de enrutador, solicitud de vecino, anunciación de vecino y redirección de mensajes, tal como se muestra en la figura 1.5.. Figura 1.5 Interacción NDP (Davies, 2012). 1.2.7. Principales mecanismos de transición hacia IPv6. En la RFC-4213 (Nordmark and Gilligan, 2005), se especifican los mecanismos que pueden ser implementados por las estaciones IPv6 y los enrutadores, declarando obsoleta la RFC-2893. En la.

(25) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 14. RFC-4213 se especifica que los mecanismos fueron diseñados para ser empleados por Estaciones y Enrutadores IPv6 que necesiten inter-operar con estaciones IPv4 que utilicen infraestructuras de enrutamiento IPv4. Debido a que se esperaba que muchos de los nodos en Internet requerirán compatibilidad por largo tiempo y quizás de forma indefinida. Los mecanismos especificados fueron: . Nivel IP Doble, también conocido como doble pila. Una técnica que ofrece soporte completo para ambos protocolos IPv6 e IPv4 tanto en estaciones como en Enrutadores.. . Configuración de Túneles IPv6 sobre IPv4. Una técnica que permite establecer túneles punto a punto mediante el encapsulado de paquetes IPv6 dentro del encabezado IPv4 que permiten su transporte sobre infraestructuras de enrutamiento IPv4.. Estos mecanismos han sido el núcleo del cajón de herramientas de la transición, aunque ha crecido la colección de herramientas y su diversidad. Decidiendo los usuarios finales y los ISP cuál técnica es apropiada acorde a sus necesidades específicas. En la RFC-4215 (Wiljakka, 2005), se analiza la transición y los mecanismos de transición de IPv4 a IPv6 en las redes basadas en la tecnología 3GPP. De forma general los mecanismos de transición pueden ser clasificados en tres direcciones: . Nodos duales o de doble pila: Servidores y estaciones trabajando con ambos protocolos IPv4 e IPv6.. . Túneles: Utilizados para conectar las redes IPv6, mediante mecanismos para encapsular paquetes IPv6 sobre IPv4. Esto ya ha cambiado y es necesario enviar paquetes IPv4 que atraviesen redes IPv6.. . 1.3. Traductores de protocolos: traducen paquetes IPv6 a IPv4 y viceversa. Conmutación Multiprotocolo mediante etiquetas: MPLS. La Conmutación Multiprotocolo mediante etiquetas (MPLS), es un método para transmitir paquetes a través de una red usando información contenida en etiquetas añadidas a los paquetes de IP. MPLS se basa en el etiquetado de los paquetes en base a criterios de prioridad y/o Calidad de Servicio (QoS). La idea de MPLS es realizar la conmutación de los paquetes o datagramas en función de las etiquetas añadidas en la capa 2 y etiquetar dichos paquetes según la clasificación establecida por la QoS (R, 2005). Por tanto el etiquetado en la capa 2 permite ofrecer servicio multiprotocolo y ser portable sobre multitud de tecnologías de capa de enlace: ATM, Frame Relay, Ethernet, líneas dedicadas, LANs, etc..

(26) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 1.3.1. 15. Características de la Arquitectura MPLS. En el envío de paquetes tradicional, con los ambientes de red no orientados a conexión típicos del protocolo IP, el enrutamiento de cada paquete se analiza salto por salto, se chequea su encabezamiento de capa 3, y se toma una decisión de envío independiente basada en la información extraída desde algoritmos de enrutamiento de la capa de red. En MPLS, al ser una arquitectura orientada a conexión, la transmisión de los datos ocurre en las trayectorias establecidas por la operación de intercambio de etiquetas denominadas caminos de etiquetas conmutados (LSPs) (XIPENG, 1999). Para distribuir las etiquetas en una red que emplee MPLS se emplea el protocolo de distribución de etiqueta (LDP) (J.M, 2006) o el protocolo de reserva de recursos (RSVP) (J.M, 2006) y (Duda, 2008). Cada paquete encapsula y porta las etiquetas durante su transporte dentro de la red. Es posible alcanzar altas velocidades en la conmutación de datos porque las etiquetas, que poseen una longitud fija, son insertadas al comienzo del paquete o celda y son usadas para la conmutación y reenvío con acciones exclusivas de la capa 2, que en caso de ATM son ejecutadas por hardware. Las redes MPLS poseen tres aplicaciones principales, las cuales es posible que dos o tres de estas se utilicen simultáneamente, entre ellas podemos mencionar: Ingeniería de Tráfico (TE), Clase de Servicio y Redes Privadas Virtuales (VPN). 1.3.2. Componentes de una red MPLS. En una red MPLS se debe tener en cuenta que como sistema comprende tres conceptos fundamentales: Enrutador de Conmutación de Etiquetas (LSR), Caminos de etiquetas conmutados (LSP) y Paquetes Etiquetados. En su forma más simple un sistema MPLS es un conjunto de LSR que envían paquetes etiquetados a través de los LSP. Los Enrutadores de Conmutación de Etiquetas (LSR) y los Enrutadores de Etiqueta de Borde (LER) son los nodos principales que componen una red MPLS. Los dos son físicamente el mismo dispositivo, un enrutador o un conmutador de red troncal que incorpora el software MPLS, siendo el administrador el que lo configura para cualquiera de los dos modos de trabajo. A continuación se realiza la descripción de los conceptos, componentes y protocolos que integran la arquitectura MPLS, tal como se muestra en la figura 1.6..

(27) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 16. Figura 1.6 Componentes de una red MPLS (COIMBRA, 2010). Dominio MPLS: Es la porción de la red donde los procedimientos de enrutamiento y de envío están acorde al protocolo MPLS (COIMBRA, 2010). Enrutador de borde, de entrada o salida (LER): Es un dispositivo que opera en la periferia de la red de acceso y la red MPLS, el cual se encarga de insertar y quitar las etiquetas en base a la información de enrutamiento, en el momento que el paquete entra o sale de la red (ROB, 2002). Como otro elemento básico aparece la Clase de Equivalencia de Reenvío (FEC) el cual define un conjunto de paquetes que comparten los mismos atributos y reciben el mismo tratamiento durante su transporte, aun cuando el destino final de cada paquete sea diferente (J, 2002) y (E. Rosen et al., Jan 2001). Enrutador de conmutación de etiquetas (LSR): Es un enrutador de alta velocidad en el núcleo de la red MPLS, el cual debe soportar los protocolos de enrutamiento IP debido a que reciben los paquetes etiquetados correspondientes a una FEC y mediante tablas de etiquetado conmutan estos paquetes desde una interfaz de entrada hacia una de salida, asignándole al paquete de salida una nueva etiqueta correspondiente a la FEC seleccionada por la entrada. Caminos de etiquetas conmutados (LSP): Nombre genérico de un camino MPLS (para cierto tráfico o FEC), es decir, un túnel MPLS establecido entre los extremos. Teniendo en cuenta que un LSP, en una red MPLS tradicional, es unidireccional. Componentes de Envío y Control: La arquitectura de un nodo MPLS está basada en la separación de los componentes de control y de envío en un Plano de Control y un Plano de Envío, tal como se muestra en la figura 1.7 (R, 2005)..

(28) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 17. Componente de control: Es donde se realiza el intercambio de la información de control (llevado a cabo por protocolos de enrutamiento (por ejemplo OSPF o IS-IS) funcionando en conjunto con procedimientos MPLS de asignación y distribución de etiquetas entre un grupo de LSR interconectados (J.M, 2006). Componente de envío (Forwarding): El componente de envío utiliza la información de la componente de control para la construcción de las tablas de envío de etiquetas, en las cuales se realiza el envío de los paquetes. Este componente se basa en el intercambio de etiquetas (J.M, 2006). MPLS permite varios protocolos de enrutamiento y de señalización para la distribución de etiquetas entre LSRs, el uso de cada uno de ellos depende del hardware de la red MPLS y de las políticas de administración de la misma (J.M, 2006) y (Duda, 2008).. Figura 1.7 Representación de las componentes de envío y control en MPLS (R, 2005). Protocolo de Distribución de Etiquetas (LDP): Es un protocolo creado específicamente para la distribución e intercambio de etiquetas entre los LSRs de una red MPLS. Protocolo de Compuerta de Interior (IGP): Es un protocolo para el intercambio de información de enrutamiento entre puertas de enlace o enrutadores dentro de una red autónoma. Protocolo de Reservación de Recursos (RSVP): Especifica los requerimientos de ancho de banda y condiciones de tráfico para una trayectoria definida y para funcionar sobre cualquier protocolo de enrutamiento. No es un protocolo de transporte ni de enrutamiento..

(29) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 18. Protocolo de Distribución de Etiquetas con Ruta Restringida (CR-LDP): Contiene extensiones para incrementar las funcionalidades de LDP, lo cual permite la configuración de trayectorias más allá de lo que permite el protocolo de enrutamiento. Protocolo de Reservación de Recursos con Ingeniería de Tráfico (RSVP-TE): Es una extensión del protocolo RSVP original, que fue diseñado para ejecutar la distribución de etiquetas sobre MPLS. RSVP-TE soporta además la creación de rutas explícitas con o sin reserva de recursos. Protocolo Sistema Intermedio-Sistema Intermedio (IS-IS): Protocolo de enrutamiento de estado de enlace jerárquico del modelo OSI. La extensión del protocolo IS-IS fue propuesta por el IETF con el objetivo principal de añadir más información sobre las características del enlace a un LSP del tipo IS-IS. Protocolo de camino más corto primero (OSPF): Protocolo de enrutamiento de estado de enlace jerárquico, que se basa en la información de estado de enlace acumulada por los enrutadores para calcular la trayectoria más corta hacia un destino. Según la RFC-3630 este protocolo puede ser utilizado para crear una base de datos con información de estado de los enlaces con atributos adicionales de ingeniería de tráfico (J.M, 2006). 1.3.3. GMPLS. La Conmutación de Etiquetas Multiprotocolo Generalizada corresponde al siguiente desarrollo evolutivo desde MPLS con ingeniería de Tráfico (MPLS-TE) encaminado a proporcionar características de redes orientadas a entornos no orientadas a conexión. Debido a la necesidad de asignar el tráfico IP directamente sobre la capa óptica para reducir la complejidad de las conexiones y permitir la rápida asignación del ancho de banda y flexibilidad IP, el grupo de trabajo de MPLS continuó sus investigaciones y en octubre de 2004 publican la RFC-3945 en la que se describe GMPLS (Mannie, 2004). GMPLS extiende MPLS para abarcar división de tiempo (por ejemplo, SONET / SDH, PDH), longitud de onda (lambda) y la conmutación en el espacio. GMPLS abarca, además de los enrutadores IP y los conmutadores ATM, dispositivos como, conmutadores de longitudes de onda con conversión electroóptica (OXC), sistemas por multiplexación por división en longitudes de onda (DWDM), interconexiones fotónicas (PXC), etc. Para ello, GMPLS extiende ciertas funciones base del tradicional MPLS y, en algunos casos, añade nueva funcionalidad (R.Millán, 2008). Estas adaptaciones han supuesto la extensión de los mecanismos de etiqueta y de LSP para caminos de etiquetas generalizados (Generalized LSP o G-LSP, por sus siglas en inglés);.

(30) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 19. afectando también los protocolos de encaminamiento y señalización para actividades tales como la distribución de etiquetas, la ingeniería del tráfico, la protección y restauración de enlaces.. Figura 1.8 Arquitectura GMPLS (R.Millán, 2008). El enfoque de la arquitectura GMPLS, mostrado en la figura 1.8, ejemplifica su primera diferencia en la manera de cubrir tanto la señalización como el enrutamiento desde un plano de control (Solé, 2009) totalmente separado del plano de datos, tal como se muestra en la figura 1.9, a través del uso de unas reglas de gestión de enlace (LMP). Estos planos de control están compuesto de enrutadores MPLS-TP LSR, OXC, etc. Entre sus funciones principales se encuentran: Descubrimiento de vecinos: Con el fin de gestionar el núcleo de la red, cada componente conectado debe ser reconocido. Entre otros dispositivos se incluye conmutadores, enrutadores y multiplexores. Difusión de estado del enlace: En GMPLS, los protocolo de enrutamiento OSPF e IS-IS son modificados para tal fin, añadiéndose vínculos de tipo TE. Gestión de rutas: El protocolo CR-LDP y RSVP-TE se encargan del proceso de señalización. Gestión de enlaces: Necesaria para desarrollar y lanzar un total de canales ópticos con el fin de aumentar la escalabilidad. Protección y recuperación: Se puede crear una estructura malla que permita la aparición de un número de caminos diferentes..

(31) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 20. Figura 1.9 Separación del Plano de Control y el Plano de Datos de la arquitectura GMPLS (Solé, 2009). GMPLS ofrece un panel de control único e integrado y extiende la disponibilidad de recursos y gestión del ancho de banda a lo largo de todas las capas de la red; es decir, los equipos dejan de estar separados en diferentes capas y todos los elementos pueden tener información sobre el resto (R.Millán, 2008). Debido a que está diseñado para soportar diferentes tipos de tráfico, las redes presentan escalabilidad y simplicidad mediante el desarrollo de una nueva clase de elemento diseñado para manejar diferentes tipos de flujos simultáneamente (Banerjee, Jan 2001). El principal beneficio que GMPLS ofrece actualmente a los operadores es una rápida provisión de servicios de cualquier tipo, con garantías de QoS, con cualquier grado de disponibilidad. Esta provisión tiene además un coste operativo muy bajo, por utilizar las ampliamente disponibles herramientas de gestión IP y apoyarse en un plano de control idéntico para gestionar la estructura óptica. Pero GMPLS permite también evolucionar gradualmente de una compleja red de transporte de datos de varias capas, a un modelo formado únicamente por dos. Esto es debido a que la funcionalidad proporcionada actualmente por las capas ATM y SONET/SDH, como la TE, la QoS, o las VPN serán progresivamente proporcionadas por las redes fotónicas DWDM mediante GMPLS. 1.3.4. MPLS - TP. La IETF y la ITU-T se unieron con la intención de estandarizar un nuevo perfil de transporte para la tecnología MPLS, con fines de proporcionar la base para la próxima generación de redes de transporte de paquetes. La idea fundamental de esta actividad es extender MPLS donde sea necesario con herramientas de Operación, Administración y Mantenimiento (OAM), que actualmente son aplicadas en tecnologías de redes de transporte existentes, tales como, SONET/SDH u OTN (Beller and Sperber,.

(32) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 21. 2012). El objetivo de esta nueva estandarización es desarrollar extensiones de MPLS con fines de satisfacer los requerimientos de la red de transporte, tal como se muestra en la figura 1.10. Según los requerimientos establecidos en la RFC-5654 (Niven-Jenkins et al., 2009), el plano de datos MPLS-TP constituye un subconjunto del plano de datos MPLS definido por la IETF, y selecciona solo la parte necesaria y suficiente para que sea aplicable a las redes de transporte; en su diseño se reúsan hasta donde es posible, los estándares existentes de MPLS; los mecanismos y capacidades son capaces de inter-operar con las existentes arquitecturas MPLS y supuestas conexiones de extremo a extremo (PWE3) establecidas por la IETF en la RFC-3031 (E. Rosen et al., Jan 2001) y RFC-3985 (Bryant and Pate, Marzo 2005) respectivamente; además de que es operado y configurado sin ninguna capacidad de reenvío IP. Todas estas exigencias se encuentran estandarizadas y normalizadas por los diferentes organismos.. Figura 1.10 Requerimientos de las redes de transporte (Beller and Sperber, 2012). 1.3.4.1 Características principales de MPLS-TP . Es estrictamente orientado a la conexión.. . Es cliente agnóstico (puede llevar servicios en las capas 1, 2 y 3).. . Es agnóstico en la capa física (puede correr sobre IEEE Ethernet, SONET/SDH y OTN, usando, WDM, etc.)..

(33) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. . 22. Proporciona funciones de operaciones robustas, administración y mantenimiento (OAM), las cuales funcionan de forma similar a las redes de transporte ópticas disponibles (SONET/SDH, OTN); estas funciones de OAM son parte esencial del Plano de Datos de MPLS-TP y son independientes del Plano de Control.. . Permite administración de red centralizada.. . Proporciona diferentes esquemas de protección similar a aquellos disponibles en redes de transporte ópticas tradicionales.. . El plano de control GMPLS es aplicable a las capas cliente o servidor MPLS y permiten al usuario usar un método común para la administración y control de redes de transporte multicapas (Beller and Sperber, 2012).. 1.3.4.2 Adaptación de servicios nativos de MPLS-TP Un servicio nativo es el servicio de red de la capa cliente que es transportado por la red MPLS-TP, en otras palabras, es el tráfico perteneciente al cliente de dicha red (Bryant and Pate, Marzo 2005); se utiliza para su adaptación dos tipos de mecanismo de emulación de conexiones punto a punto: Supuestas conexiones de extremo a extremo (PWE3): En general, los mecanismos de emulación de conexiones punto a punto, denominados supuestos alambres (PWs), en MPLS-TP trabajan de igual forma que en redes IP/MPLS. MPLS-TP utiliza estos mecanismos de emulación de conexiones punto a punto, definidos por la IETF, para emular servicios particulares como Ethernet, Frame Relay o PPP/HDLC.. Además se utilizan para proporcionar Servicio de Cable Privado Virtual (VPWS),. Servicio de LAN Privada Virtual (VPLS), Servicio de Multidifusión Privado Virtual (VPMS) y Servicio de LAN IP (IPLS). Caminos de etiquetas conmutados (LSP): Un trayecto LSP de MPLS-TP es un LSP que reutiliza un subconjunto de las capacidades de un LSP MPLS con el propósito de que sea apropiado con las características de una red de transporte MPLS. El LSP es contenido en un túnel, puede estar protegido o no, y cada uno posee OAM. Las características principales de un LSP MPLS-TP son el uso del subconjunto de herramientas OAM MPLS definidas en (Busi, 2010), como el soporte de funciones de protección 1+1, 1:1 y 1:N; el soporte de ingeniería de tráfico; el establecimiento y mantenimiento por el plano de gestión o el uso de protocolos GMPLS. cuando se usa plano de control; la. configuración punto-a-punto o punto-a-multipunto; además de que se pueden configurar de forma unidireccional o bidireccional ya sea asociados o co-enrutados (Zhang, 2012)..

(34) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 1.3.5. 23. Servicios de Transporte Ethernet con MPLS. Tomando como base las definiciones del MEF existen dos formas esenciales de difundir los servicios de Transporte Ethernet, punto a punto referidos a servicios E-Line (Ethernet line) y multipunto a multipunto referidos a servicios E-LAN y E-Tree. Tanto los servicios E-Line, E-LAN y E-Tree están provistos con múltiples clases de servicios (CoS), donde una Conexión Virtual Ethernet (EVC) puede transportar tráfico con una o más clases de servicios (Cheung, Enero 2009). En términos de implementación de los servicios de Transporte Ethernet en MPLS, E-Line es mapeado a Ethernet Pseudo Wire (Ethernet PW), E-LAN y E-Tree son mapeados con VPLS, además se adiciona para los servicios de Transporte Ethernet basados en MPLS la implementación IP Virtual Private Network (IPVPN) para ofrecer al cliente una calidad de servicio adecuada. Estos mapeos e implementaciones consiste en: Ethernet PW: Esto es un servicio de capa 2 el cual permite extender una misma red a dos sitios diferentes a través de una red WAM MPLS, tal como se muestra en la figura 1.11.. Figura 1.11 Emulación Ethernet Pseudo Wire (Cheung, Enero 2009). IP-VPN: IP-VPN es el primero de los servicios ofrecidos por las redes basadas en MPLS, el mismo se rige por la RFC-4364 (Rosen, Feb. 2006). Este es un modelo punto a punto donde las direcciones de los clientes son encaminadas a través de BGP. Con este servicio se implementa un enrutador de borde cliente (CE) con cada uno de los redes clientes para interconectar estas con los centros de datos, usando para ello una red de núcleo MPLS. Otra característica importante es que cada instancia del enrutador PE provee un tráfico independiente por cada conexión VPN que se establezca, lo que significa que cada cliente puede adoptar un esquema de direccionado IP sin preocupación de que exista conflicto con otro..

(35) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 24. Servicio de LAN Privada Virtual (VPLS): Similar a Ethernet PW, VPLS es un servicio de Transporte Ethernet de capa dos exceptuando que este soporta múltiples conexiones de puntos Ethernet sobre redes WAN MPLS. La implementación de VPLS es muy simple pues es una tecnología de capa dos. Sin embargo su escalabilidad es limitada pues es muy poco común ver una implementación de VPLS para una VPN con más de 200 sitios. Para la implementación de grandes redes se recomienda la implementación de IP_VPN (MEF-CECP). 1.4. IPv6 sobre MPLS. Escenarios de despliegue. Existen múltiples técnicas para desplegar IPv6 sobre un núcleo IPv4/MPLS, donde los cambios necesarios en la infraestructura de la red son mínimos, debido a que el encaminamiento está basado en etiquetas en lugar de utilizar la cabecera IP. Estas técnicas permiten que los dominios aislados, que soportan IPv6, puedan comunicarse mutuamente. IPv6 sobre Túneles IPv4 Esta estrategia no requiere cambios en los enrutadores de borde ni en los que se encuentran dentro de la red MPLS, porque se emplean túneles IPv4 para encapsular el tráfico IPv6; de tal manera que aparecería como tráfico IPv4 dentro de la red (Guichard et al., 2005). Sin embargo este método adolece de los constantes retos de escalabilidad que presentan las técnicas de tunelización (la creación y el manejo de túneles, así como el enrutamiento de cada enrutador (CE) hacia otro enrutador CE). IPv6 empleando “Circuitos sobre MPLS” Esta técnica evita cualquier actualización IPv6 en el núcleo, acarrea retos de escalabilidad y permite que sean emulados circuitos ATM, Frame Relay, punto a punto sobre Ethernet, VLANs entre otros. Además, es necesario que los enrutadores de borde de la red MPLS soporten “Circuit_over_MPLS” (Guichard et al., 2005). IPv6 Provider Edge Router (6PE) La solución 6PE (Clercq, 2007) utiliza el mismo paradigma transparente de enrutamiento y transporte para lograr accesibilidad global con IPv6 sobre núcleo IPv4/MPLS que no conoce de IPv6. La diferencia clave es que la información de accesibilidad que se anuncia entre los enrutadores de borde de la red MPLS (PE) vía MP-BGP ya no emplea prefijos VPN con IPv4, sino que utiliza prefijos IPv6. De manera que los enrutadores PE deben ser actualizados a Dual-Stack, y en lo adelante se denominarán 6PE, tal como se muestra en la figura 1.12. Estos soportarán IPv6 (y típicamente IPv4).

(36) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 25. en las interfaces de acceso, pero soportarán solamente IPv4 en las interfaces que apuntan al núcleo (Guichard et al., 2005). Los enrutadores dentro de la red MPLS permanecen ajenos a IPv6, y tienen en funcionamiento el enrutamiento y distribución de etiquetas IPv4 (Guichard et al., 2005). Una manera de entender la solución 6PE consiste en considerar que el núcleo IPv4/MPLS transporta eficazmente el tráfico de una VPN adicional, cuyo tráfico y espacio de direcciones en este caso es IPv6.. Figura 1.12 Arquitectura 6PE (Guichard et al., 2005). IPv6 VPN Provider Edges (6VPE) Además de los servicios de conectividad global que pueden ser ofertados por la estrategia 6PE, los Proveedores de Servicios son cuestionados por sus clientes acerca de la posibilidad de ofrecer servicios IPv6 VPN. Al mecanismo mediante el cual se ofrecen estos servicios se le denomina 6VPE (Clercq, 2006). La estrategia 6VPE combina “el manejo de IPv6” de 6PE con “el manejo de VPN” de IPv4/MPLS VPNs; para soportar tales servicios IPv6 VPN sobre un núcleo IPv4/MPLS (Guichard et al., 2005)..

(37) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 26. En la figura 1.12 se muestra un ejemplo donde dos clientes que emplean IPv6 nativa, pretenden establecer una comunicación a través de una arquitectura IPv4/MPLS; empleando el mecanismo 6VPE. Los enrutadores de borde manejan la dualidad de protocolos, la información de cómo alcanzar las subredes IPv6 se obtienen en función IGPv4 quien es informado por MP-BGP sobre las subredes IPv6; IGPv4 intercambia información con el núcleo de MPLS basado en las IPv4 de lazo cerrado (loopback) de los PE involucrados; y en función de esta información se actualizan las tablas de etiquetas basadas en el funcionamiento del Protocolo de distribución de etiquetas (LDP).. Figura 1.13 Distribución de Rutas y Etiquetas en el núcleo IPv4, para 6VPE (Clercq, 2006). Despliegue de IPv6 utilizando un núcleo Dual Stack El empleo del núcleo en modo Dual Stack es una estrategia básica para encaminar tráfico tanto IPv4, como IPv6. Para ello todos los enrutadores de la red necesitan ser actualizados con la funcionalidad Dual Stack. Los requerimientos principales consisten en que cada sitio posea un prefijo global de unidifusión y entradas apropiadas en el DNS que almacena al mapeo entre los hosts y las direcciones IP de ambos protocolos. Las aplicaciones seleccionarán si emplearán IPv4, o IPv6; en dependencia de la respuesta del DNS. Este tipo de estrategia es válido para algunas infraestructuras de red donde coexisten aplicaciones IPv4 e IPv6. Por otra parte, resulta necesario actualizar todos los enrutadores de la red para que soporten el modo Dual Stack, con los consiguientes costos que esto acarrea; además existen otras limitaciones, por ejemplo: se requiere que se predefina un esquema de direccionamiento.

(38) CAPÍTULO 1. REDES DE NUEVA GENERACIÓN. 27. dual; se requiere gestión dual para los protocolos de enrutamiento; se requiere que los enrutadores tengan suficiente memoria para soportar tanto las tablas de rutas IPv4, como la IPv6 (System, 2005)..

(39) CAPÍTULO 2. MODELACIÓN Y SIMULACIÓN DE REDES NGN. 28. CAPÍTULO 2. MODELACIÓN Y SIMULACIÓN DE REDES NGN. La Modelación y Simulación de sistemas de Telecomunicaciones utilizando herramientas de Software, son desde hace años de gran utilidad en los diferentes campos. Dada la facilidad de poder observar el comportamiento o funcionamiento de los sistemas, sus características, parámetros, propiedades, etc. Se han desarrollado diferentes herramientas de software, pero una de las más utilizadas es la denominada Optimización de Redes (OPNET), la misma fue desarrollada en 1986 por un grupo de estudiantes de ingeniería del Instituto Tecnológico de Massachussets, convirtiéndola posteriormente en una empresa multimillonaria conocida como OPNET Technologies Inc. La misma posee sucursales en varios países del mundo y tiene un programa académico de apoyo a las universidades (Zheng and Yang, 2012). Desde el pasado año OPNET Technologies fue comprada por una empresa más poderosa en el campo de las redes de comunicaciones, denominada Riverved Technology Inc (Riverberd, 2014). La herramienta OPNET Modeler tiene la capacidad de simular redes enteras con varios nodos. Este incluye todos los niveles del modelo de referencia OSI, desde los enlaces físicos hasta demandas de aplicaciones. Su función primaria, de acuerdo al sitio web de OPNET, es de soportar grupos de planificación de redes y el desarrollo de aplicaciones. OPNET Modeler permite un ambiente para el diseño y análisis de protocolos de comunicación, equipos de red y sistemas de extremo a extremo. También es capaz de simular grandes cantidades de tráfico y rendir informes detallados al final de cada simulación, incluyendo tablas de ruta para una multitud de protocolos en varios puntos al mismo tiempo, informes de carga de red y tiempos de convergencia..

(40) CAPÍTULO 2. MODELACIÓN Y SIMULACIÓN DE REDES NGN. 2.1. 29. Modos de simulación en OPNET. Dos de los modos de simulación que posee el OPNET Modeler son: Simulación de Eventos Discretos (DES) y Análisis de flujo, los cuales presentan características y facilidades totalmente diferentes. La Simulación de Eventos Discretos ofrece modelos altamente detallados, que explícitamente simula los mensajes de protocolos y paquetes. Los modelos DES ejecutan el protocolo en la misma forma que en un ambiente de producción. Aunque DES ofrece buenos resultados, las corridas de la simulación demoran más que las corridas del método análisis de flujos. En una simulación DES se utilizan eventos para describir sucesos o acciones que tienen lugar en un determinado momento. Cada uno de estos eventos tiene un instante de incidencia puntual en la escala temporal. Esta escala, al igual que el resto de magnitudes, es discreta. Durante la simulación, se puede distinguir entre el tiempo real y el tiempo de simulación, por ello se utilizan variables contador para representar el momento actual y las cantidades de tiempo. También se utilizan varias variables de estado para representar la fase del sistema simulado. Por lo que se refiere al sistema, evoluciona en la memoria del ordenador, produciéndose diferentes eventos que edifican las variables de estado, y estas a su vez determinan los futuros eventos. Cada evento tiene un instante de incidencia puntual, es decir, pueden ser representados sobre la escala temporal discreta de la simulación ocupando una única posición. De este modo, dichos eventos logran ser ordenados cronológicamente, según su instante de incidencia, para ser procesados. En este tipo de simulación el evento es la unidad de ejecución. Cada uno describe una acción, y el resultado de esta es la modificación de las variables de estado. Esta característica está especialmente soportada por los lenguajes OOP (Programación orientada a objetos). Cuando se ejecuta la simulación de eventos discretos de una red modelada, posteriormente, existen una serie de facilidades que se pueden visualizar a partir de los resultados de las simulaciones. A continuación se mencionan algunas de ellas: . Permite conocer el retardo, de forma general, que existe en una red.. . Permite conocer el tráfico recibido y enviado, tanto en bytes/s como en packets/s, de diferentes tipos de aplicaciones y protocolos, como por ejemplo: Email, FTP, HTTP, Voz, Videoconferencia, etc.. . En los nodos de la red, permite conocer el tráfico de una interfaz determinada, así como la representación gráfica de mecanismos de encolamiento de calidad y servicio usados en la red..

(41) CAPÍTULO 2. MODELACIÓN Y SIMULACIÓN DE REDES NGN. . 30. Permite conocer la actividad de convergencia de los protocolos de enrutamiento, las tablas de rutas y la cantidad de saltos entre los nodos seleccionados.. . Brinda la facilidad de conocer la cantidad de conexiones TCP que existen o el tráfico UDP que presenta la red modelada.. . Permite ver estadísticas de enlace como el retardo de colas, el promedio de bits transmitidos o recibidos y la utilización de los enlaces en la red.. Por otro lado, el modo de simulación análisis de flujo permite analizar IP, ATM, Frame Relay, MPLS y Redes de conmutación de circuitos. Cuando se analiza una red con este modo de simulación se considera tanto el tráfico de flujo en la red como los modelos detallados para el direccionamiento IP y la implementación de los protocolos de enrutamientos asignados. Generalmente este modo de simulación se utiliza para diagnosticar los problemas de la red o ayudar a pronosticar el futuro rendimiento de la misma. Cuando se corre el análisis de flujo, Modeler calcula las rutas, la utilización, y otras informaciones de rendimiento para un escenario estático específico sobre la base del tráfico de flujo configurado en el modelo de red. Solamente el tráfico analítico y el tráfico de flujo son considerados. Tanto el tráfico discreto como el tráfico de los modelos de aplicaciones estándares y personalizadas no afectan los resultados del análisis de flujo. Con este tipo de simulación se pueden ver los efectos del volumen de tráfico, los tipos de tráfico, las fallas de los equipos y la configuración de dispositivos sobre la operación de la red. A continuación se desglosan las facilidades que ofrece el modo de simulación análisis de flujo:  Permite hacer un estudio de las relaciones de enrutamiento lo cual ayuda a visualizar la ruta tomada por cada circuito virtual o flujo de tráfico y el resultado de la carga de tráfico en el enlace.  Permite correr múltiples escenarios fallidos para identificar riesgos tales como el tráfico sin enrutamiento, e insuficiente o incorrecta configuración de las copias de seguridad que pueden resultar en la cogestión.  Permite analizar la tolerancia a fallas y las características de la calidad de servicio en el diseño de la red diseñada.  Permite determinar si una red puede dar servicio de acuerdo con lo establecido o niveles de servicio propuestos cuando se añaden tráficos de voz a una existente carga de tráfico..