Post on 08-Nov-2014
DESARROLLO DE UNA HERRAMIENTA SOFTWARE DE GESTIÓN / MONITORIZACIÓN PARA UNA RED DE DATOS DE CABLE CATV
Autor:Oscar Romero Argote
Directores del proyecto: Eduardo Casilari PérezEladio Gutiérrez Carrasco
ESTRUCTURA DE LA PRESENTACIÓN
• Introducción y ubicación tecnológica.
• Objetivos.
• Sistema de datos CATV.
• Desarrollo de la aplicación.
• Pruebas realizadas.
• Conclusiones y líneas futuras.
• Demostración práctica.
INTRODUCCIÓN Y UBICACIÓN TECNOLÓGICA
Origen de las redes CATV
Herramientas de control para el buen funcionamiento de su red
Servicios integrales de TV, Internet y Telefonía
OBJETIVOS
• Implantación de una plataforma de gestión / monitorización basada en software libre e instalada sobre una máquina Linux.
• Herramienta útil, fácil de usar, robusta y fiable para el cable operador.
• Desarrollada 100 % en español.
• Capaz de ejecutarse desde cualquier parte del mundo tan sólo con un navegador web.
• Servir como punto de partida para el desarrollo de nuevas funcionalidades
SISTEMA DE DATOS CATV
• Estándares en redes CATV.
• Transmisión de datos.
• Comunicación entre los distintos elementos.
• Protocolo MAC.
Estándares en redes CATV
• Existen estándares que especifican la utilización de redes CATV para la transmisión de datos.
• DOCSIS/EuroDOCSIS y Davic.
frecuencias
modulaciones
velocidades de transmisión
relación señal-ruido
comunicación
QoS (Calidad de servicio)
encriptación de la información
Transmisión de datos en redes CATV
RED DE CABLE
CABECERA
Receptores, moduladores ...
ESQUEMA GENERAL DE UNA RED CATV
TV = Servicio unidireccional
Transmisión de datos en redes CATV
RED DE CABLE
CABECERA
INTERNET
REDTELEFONÍA
CONVENCIONAL
Receptores, moduladores ...
RED CATV TRIPLE PLAY
TV, Voz, Datos = Servicios bidireccionales
Transmisión de datos en redes CATV
• Necesitaremos dos canales de transmisión diferenciados: información bajada
información subida
Transmisión de datos en redes CATV
INFORMACIÓN BAJADA
• Canal TV 8 MHz ó 6 MHz
• la banda alta de frecuencias
• Velocidades de hasta 55 Mbps
INFORMACIÓN SUBIDA
• Canal de diversas anchuras (3.2 KHz)
• frecuencias más bajas
• Velocidades de hasta 10 Mbps
Transmisión de datos en redes CATV
• Rangos de frecuencias utilizados para la transmisión de datos en este tipo de redes:
SENTIDO DE
TRANSMISIÓN
Europa (PAL ó SECAM)
América (NTSC) Relación Señal-Ruido
Ascendente 5-65 MHz 5-42 MHz > 25 dB
Descendente 96-864 MHz 88-860 MHz > 34 dB (típica 46 dB)
Transmisión de datos en redes CATV
• Técnicas de modulación distintas para el canal descendente como el ascendente.
MODULACIÓN SENTIDO Bits / Simb S/R mínima
QPSK Ascendente 2 > 21 dB
16 QAM Ascendente 4 > 24 dB
64 QAM Descendente 6 > 25 dB
256 QAM Descendente 8 > 33 dB
Transmisión de datos en redes CATV
• El caudal en bits por segundo a compartir por todos los abonados en la red de cable:
Tipo de canal Anchura(KHz)
Caudalsímbolos
CaudalQPSK
Caudal16 QAM
Caudal64 QAM
Caudal256 QAM
Ascendente 200 160 Ksym/s 320 Kb/s 640 Kb/s
Ascendente 400 320 Ksym/s 640 Kb/s 1280 Kb/s
Ascendente 800 640 Ksym/s 1280 Kb/s 2560 Kb/s
Ascendente 1600 1280 Ksym/s 2560 Kb/s 5120 Kb/s
Ascendente 3200 2560 Ksym/s 5120 Kb/s 10240 Kb/s
Descendente 6000 5057 Ksym/s 30342 Kb/s
Descendente 6000 5361 Ksym/s 42888 Kb/s
Descendente 8000 6952 Ksym/s 41712 Kb/s
Descendente 8000 6952 Ksym/s 55616 Kb/s
Transmisión de datos en redes CATV
• El caudal en bits por segundo a compartir por todos los abonados en la red de cable:
Tipo de canal Anchura(KHz)
Caudalsímbolos
CaudalQPSK
Caudal16 QAM
Caudal64 QAM
Caudal256 QAM
Ascendente 200 160 Ksym/s 320 Kb/s 640 Kb/s
Ascendente 400 320 Ksym/s 640 Kb/s 1280 Kb/s
Ascendente 800 640 Ksym/s 1280 Kb/s 2560 Kb/s
Ascendente 1600 1280 Ksym/s 2560 Kb/s 5120 Kb/s
Ascendente 3200 2560 Ksym/s 5120 Kb/s 10240 Kb/s
Descendente 6000 5057 Ksym/s 30342 Kb/s
Descendente 6000 5361 Ksym/s 42888 Kb/s
Descendente 8000 6952 Ksym/s 41712 Kb/s
Descendente 8000 6952 Ksym/s 55616 Kb/s
INTERNET
RED CATV
CABLE MODEM ( CM )
Comunicación en un sistema de datos CATV
CMTS Servidor de gestión de red y abonados
Red del abonado
Comunicación en un sistema de datos CATV
dos CM no pueden comunicarse directamente aunque se encuentren en la misma zona.
las redes CATV son broadcast pero solo en el sentido descendente.
La información viaja cifrada para evitar que usuarios malintencionados capturen tramas no dirigidas a él.
Existen mecanismos para controlar el número máximo de hosts que se pueden conectar a través del mismo cable modem.
CARACTERÍSTICAS DE LA COMUNICACIÓN EN ESTE TIPO DE REDES
Comunicación en un sistema de datos CATV
FLUJO DE INFORMACIÓN - BAJADA
Comunicación en un sistema de datos CATV
FLUJO DE INFORMACIÓN - SUBIDA
Sistema ajuste vía retorno
Protocolo MAC en un sistema de datos CATV
• Comunicación asimétrica
Necesidad de un mecanismo de control de acceso al medio compartido
Descendente: sólo el CMTS puede transmitir. No hay conflicto.
Ascendente: Todos los CM pueden transmitir, pero sólo el CMTS recibe. Todos los CM comparten el canal.
Protocolo MAC en un sistema de datos CATV
FUNCIONAMIENTO DEL PROTOCOLO MAC
• Basado en créditos.
• El canal ascendente se divide en intervalos de tiempo de duración constante (mini-slots).
• El CMTS asignará tiempos en el canal ascendente a los CM que lo soliciten.
Desarrollo de la aplicación
• Análisis de requisitos
Satisfacer necesidades de un pequeño colectivo de pequeños-medianos cable operadores
robusta, intuitiva y fácil de utilizar
español
funcionalidades relevantes
Desarrollo de la aplicación
• Diseño de la aplicación
uso software libre
protocolos estándar
restricciones tecnológicas
experiencia anterior en otras aplicaciones
Desarrollo de la aplicación
CMCMTS
MONITORIZACIÓN
GESTIÓN
DISPOSITIVOS DISPOSITIVOS GESTIONADOSGESTIONADOS
SISTEMA GESTORSISTEMA GESTOR
DE REDDE RED
APLICACIÓN
Navegador web
Desarrollo de la aplicación
MÓDULO DE MONITORIZACIÓN
• Consulta y representación en GRAFICAS
• Datos específicos
Desarrollo de la aplicación
DISPOSITIVO DISPOSITIVO GESTIONADOGESTIONADO
SISTEMA GESTORSISTEMA GESTOR
DE REDDE REDUso de la implementación de SNMP incluida en MRTG
MÓDULO DE MONITORIZACIÓN
GRAFICAS
Desarrollo de la aplicación
MÓDULO DE MONITORIZACIÓN
• SNMP – protocolo a nivel de aplicación para consultar y ó modificar el estado de los distintos elementos dentro de una red de datos CATV (CMTS, CM, routers, swiches ...).
DISPOSITIVO DISPOSITIVO GESTIONADOGESTIONADO
SISTEMA GESTOR SISTEMA GESTOR DE REDDE RED
Desarrollo de la aplicación
Elementos en la arquitectura SNMP
agentes
sistema gestor de red
información de red de los distintos dispositivos gestionados
protocolo para la transmisión de dicha información entre agentes y sistema de gestión.
AGENTESNMP
Protocolo
Desarrollo de la aplicación
MÓDULO DE MONITORIZACIÓN - SNMP
Funcionamiento SNMP
PREGUNTA: El sistema de gestión envía una solicitud a un agente pidiéndole información.
RESPUESTA: La información recibida del agente es la respuesta ó confirmación a la acción solicitada
Desarrollo de la aplicación
SISTEMA GESTION DE RED
DISPOSITIVO GESTIONADO
AGENTE
MIB
UDP 161UDP 161??
UDP 161UDP 161
Los comandos básicos que ejecuta son:
• OBTENER (GET), el sistema de gestión recupera datos del agente
• COLOCAR (PUT), el sistema de gestión establece los valores de los objetos en el agente
• CAPTURAR (TRAP), el agente notifica al sistema de gestión acerca de los sucesos de importancia por interrupción
Desarrollo de la aplicación
MÓDULO DE MONITORIZACIÓN -MRTG
• MRTG – Herramienta de monitorización.
• Genera páginas HTML con imágenes PNG que ofrecen gráficas en tiempo real del tráfico.
• Escrito en Perl y C, trabaja tanto en sistemas Unix como bajo Windows.
• Utiliza un algoritmo de consolidación – base de datos circular.
Desarrollo de la aplicación
BROWSERHTTP
DISPOSITIVOS DE RED DISPOSITIVOS DE RED GESTIONADOSGESTIONADOS
DISPOSITIVOS DE RED DISPOSITIVOS DE RED GESTIONADOSGESTIONADOS
DISPOSITIVOS DE RED DISPOSITIVOS DE RED GESTIONADOSGESTIONADOS
SNMP
Generación gráficas
Scripts
SERVIDOR WEB
Monitorización GRAFICAS
Gráficas
Desarrollo de la aplicación
DISPOSITIVO DISPOSITIVO GESTIONADOGESTIONADO
SISTEMA GESTORSISTEMA GESTOR
DE REDDE RED
AGENTESNMP
MONITORIZACIÓN – Datos específicos
Librería específica de PHP para el manejo de SNMP
DATOS ESPECIFICOS
• Nivel de salida
• Estado de un interfaz
• modulación empleada
• frecuencia
Desarrollo de la aplicación
LIBRERÍA PHP PARA EL MANEJO DE SNMP
• Multitud de primitivas
string snmpget ( string hostname, string community, string object_id)
Es usada para leer el valor de un objeto SNMP especificado por el object_id.
El agente SNMP es especificado por el hostname y la comunidad lectora es especificada por el parámetro community.
Desarrollo de la aplicación
BROWSERHTTP
DISPOSITIVOS DE RED DISPOSITIVOS DE RED GESTIONADOSGESTIONADOS
DISPOSITIVOS DE RED DISPOSITIVOS DE RED GESTIONADOSGESTIONADOS
DISPOSITIVOS DE RED DISPOSITIVOS DE RED GESTIONADOSGESTIONADOS
SNMP
Ficheros PHP
Funciones PHP para el manejo de SNMP
SEVIDOR WEB
Monitorización con una librería especifica de PHP para el manejo de SNMP
Datos específicos
Desarrollo de la aplicación
MÓDULO DE GESTIÓN
Desarrollo de la aplicación
DISPOSITIVO DISPOSITIVO GESTIONADOGESTIONADO
SISTEMA GESTORSISTEMA GESTOR
DE REDDE RED
SERVIDORTELNET
CLIENTETELNET
Conexión a hosts remotos vía TELNET
Net::Telnet
MÓDULO DE GESTIÓN
Gestión efectuada vía línea de comandos
Desarrollo de la aplicación
MÓDULO DE GESTIÓN
• Net::Telnet – Uso de Perl para la conexión a hosts remotos via Telnet.
use Net::Telnet ();
$t = new Net::Telnet (Timeout => 10, Prompt => '/bash\$ $/');
$t->open($dispositivo_gestionado); $t->login($username, $passwd); $t->cmd(“cambiar_frecuencia");
$t->close(); Ejemplo – Cambio de frecuencia
Desarrollo de la aplicación
BROWSERHTTP
DISPOSITIVOS DE RED DISPOSITIVOS DE RED GESTIONADOSGESTIONADOS
Ficheros HTML
Ejecutan Scripts PERL
(Net::Telnet)
SEVIDOR WEB
Establecen
sesión
TELNET
Gestión a través de conexión TELNET
Desarrollo de la aplicación
OTRAS ALTERNATIVAS EN MONITORIZACIÓN
• C++, Java, VisualBasic.
• RRDtool, Ntop.
OTRAS ALTERNATIVAS EN GESTIÓN
• Sockets
PRUEBAS
Pruebas realizadas
ENTORNO PASIVO
• 1 CMTS Cisco uBR7114e.
• 3 cable modems de distintos fabricantes EURODOCSIS 1.0, 1.1.
• Servidor de Provisioning DELL.
• Portátil donde reside la aplicación.
• ADSL 4 Mbps.
• Diplexor, taps, cable, atenuadores.
Pruebas realizadas
ENTORNO REAL
• Cable operador en Benalmádena.
• 2 días.
• 1 CMTS Cisco uBR7114e.
• 10 cable modems de ScientificAtlanta.
• Cabecera de TV.
• Red 100% coaxial
• Servidor de Provisioning
• Portátil donde reside la aplicación.
• Acceso LMDS 1 Mbps.
Conclusiones
• Se ha desarrollado una herramienta de gestión / monitorización para una red de datos de cable CATV basada en software libre e instalada sobre una máquina Linux.
• Satisfacer las necesidades de un colectivo de pequeños cable operadores con las funciones elementales para todo administrador en este tipo de redes.
• Herramienta web robusta, flexible y fácil de usar.
• Desarrollada 100 % en español
• Permitirá un exhaustivo control de los factores que afectan al buen funcionamiento de su red de datos .
Líneas futuras
• Alarmas ante determinados eventos.
• Actuación y toma de decisiones.
• Gestión / Monitorización otros elementos en la red CATV (UPS, amplificadores ...).
• Funciones avanzadas de comunicaciones.
• Monitorización otros parámetros.
• Herramientas de diagnóstico de red.
• Sistema de “provisioning” integrado.
• ...
DEMOSTRACIÓN
PRÁCTICA
DEMOSTRACIÓN PRÁCTICA
RED DE CABLE
CABLE MODEM
CMTS
AMPLIFICADOR
APLICACIÓN
PROVISIONING
172.26.0.8
192.168.1.1192.168.1.2
172.16.30.0 CM172.16.32.0 HOST