TRABAJO DE DIPLOMA
Contribución al estudio de las Redes Metropolitanas.
Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica.
UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTA ABREU” DE LAS VILLAS
“Año
Autores: Adrian L. Dos Santos Valdés. Yassel Gómez Pérez. Tutor: Ing. Juan Carlos Montero. Consultante: Dr. Félix Álvarez Paliza.
del 50
Santa Clara. Curso 2008-2009
aniversario del triunfo de la Revolución"
Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad
Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de
la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando
a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime
conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser
presentado en eventos, ni publicado sin autorización de la Universidad.
Firma del Autor
Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según
acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos
que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.
Firma del Tutor Firma del Jefe de
Departamento donde se
defiende el trabajo
Firma del Responsable de
Información Científico-Técnica
Agradecimientos
A Juan Carlos por su colaboración incondicional.
A la Empresa de Telecomunicaciones de Villa Clara, en especial a los compañeros que me brindaron sus valiosos
conocimientos para desarrollar esta investigación.
A todas aquellas personas que de una forma u otra colaboraron en el presente trabajo.
A todos… Gracias
Tarea Técnica .
• Disponer de un análisis del estándar IEEE 802.17 y los requisitos para
implementar redes Ethernet Metropolitanas.
• Proporcionar un ejemplo de Red Metropolitana para la ciudad de Santa Clara.
• Contribuir en los estudios y proyecciones que se realicen para el diseño de
redes Metropolitanas en el país.
________________ _______________
Firma del Autor Firma del Tutor
Resumen .
El presente trabajo aborda aspectos relacionados con el desarrollo de
diferentes estándares que permiten lograr un despliegue eficaz de las redes Ethernet
hacia la zona metropolitana, empleando novedosas tecnologías emergentes que
posibilitan la convergencia sobre las topologías de redes actualmente utilizadas y los
servicios Ethernet, con fiabilidad adecuada, alta velocidad, costos razonables y
elevada interoperabilidad. En especial se enfatiza en el estándar IEEE 802.17
Resilient Packet Ring, para brindar una propuesta de red Ethernet Metropolitana
como respuesta al desarrollo de las telecomunicaciones en la ciudad de Santa Clara.
Índice .
Introducción 1
Capítulo 1. Redes de área metropolitana 4 1.1 Redes Ethernet Metropolitana 5
1.2 Características de las redes Ethernet Metropolitana 8
1.3 Estructura de una red Ethernet Metropolitana 9
1.4 Requisitos para el diseño de una red Ethernet Metropolitana 9
1.5 Tendencias de las redes metropolitanas actuales 12
1.5.1 10-Gigabit Ethernet 12
1.5.2 Redes ópticas ASON 14
1.5.3 VPLS (Virtual Private LAN Service) 15
1.5.4 Resilient Packet Ring (RPR) 17
1.6 Conclusiones parciales 18
Capítulo 2. IEEE 802.17 Resilien Packet Ring 19 2.1 Estándar 802.17 (RPR) 19
2.2 Operación del anillo 20
2.3 Características generales 22
2.4 Estructura de la estación RPR 24
2.5 Algoritmo y protocolo de imparcialidad 26
2.6 Funciones de OAM 26
2.7 Confiabilidad 27
2.8 Calidad de servicio 29
2.9 Dirección y reutilización espacial 32
2.10 Reclamación de ancho de banda 33
2.11 Imparcialidad 36
2.12 Prioridad de paquetes 37
2.13 Resistencia a errores. Operación 38
2.14 Compatibilidad con otros protocolos 39
2.15 Descubrimiento de la topología 40
2.16 Plug and play 41
2.17 Conclusiones parciales 41
Capítulo 3. Red RPR-Metropolitana para Santa Clara 42 3.1 OPNET Modeler 42
3.2 Modelación de una red RPR Metropolitana para Santa Clara 44
3.3 Resultados obtenidos 45
3.4 Alternativas de aplicación 53
3.5 Conclusiones parciales 54
Conclusiones 55
Referencias bibliográficas 56
Glosario 58
Introducción
1
Introducción
Debido al desarrollo en nuestro país del Programa de Informatización de
la Sociedad, es necesario crear una red que soporte todas las aplicaciones
existentes en la actualidad, que brinde calidad de servicio, alta velocidad y
facilidad de uso unido a un bajo costo.
En áreas metropolitanas está concentrado el mayor volumen de tráfico
de datos, razón por la cual las redes Metropolitanas (MAN) se convierten en la
vía más factible para cubrir la necesidad de transportar más tráfico de datos. La
ciudad de Santa Clara cuenta con una estructura de anillos de fibra óptica
basada en SDH/SONET que ofrece una posibilidad muy atractiva para proponer
una red Metropolitana de tipo RPR.
En nuestra investigación abordamos las redes de área Metropolitana
Ethernet como la dirección principal para el desarrollo de las redes actuales,
dando solución a la necesidad de implementar en nuestra ciudad una red capaz
de satisfacer los nuevos servicios de banda ancha y que además posibilite el
desarrollo en diferentes aristas esenciales, tales como:
• Brindar escalabilidad a miles de usuarios residenciales.
• Disponer de servicios en línea como: televigilancia, videoconferencias y
flujo de datos.
• Solucionar el difícil compromiso entre incremento de ancho de banda y la
reducción de los costos.
Objetivo general:
Desarrollar un proyecto de red Metropolitana - RPR en la ciudad de Santa
Clara con el fin de incorporar nuevos servicios de banda ancha.
Introducción
Objetivos específicos:
• Demostrar que la tecnología E-MAN como medio físico es la opción más
económica y eficiente para el desarrollo de las redes metropolitanas.
• Analizar la compatibilidad del estándar IEEE 802.17 (RPR) con las redes
Ethernet atendiendo la capacidad de ofertar servicios de banda ancha.
• Analizar una arquitectura de las redes Metropolitanas bajo el estándar
IEEE 802.17 (RPR).
• Desarrollar una propuesta de ejemplo de Red Metropolitana para una
ciudad como Santa Clara.
Evaluación del impacto económico social:
El despliegue de este tipo de redes se ajusta a las características
particulares de la ciudad de Santa Clara, teniendo en cuenta la distribución de
los principales nodos, la localización de la fibra óptica existente en forma de
anillo y la necesidad de incrementar el ancho de banda. Por estas razones se
convierte en la solución más económica y eficiente si tenemos en cuenta los
costos operativos para el despliegue con éxito de cualquier estructura de red en
áreas metropolitanas.
Los resultados satisfactorios de este trabajo garantizan un aumento en el
conocimiento de las tecnologías actuales para la implementación de redes E -
MAN. Esta propuesta de red posibilita el acceso a los nuevos servicios de banda
ancha y ofrece información sobre los diferentes estándares actuales, además
reafirma que las redes Ethernet - Metropolitanas se pueden implementar
garantizando las ventajas de costo y facilidad de uso del entorno superando los
obstáculos que aparecen debido a la propia naturaleza de las zonas urbanas.
2
Introducción
Estructura del trabajo:
Para satisfacer los objetivos planteados se divide el trabajo en tres
capítulos, a continuación se brinda una descripción del contenido en cada uno
de ellos:
Capítulo 1. Consiste en una revisión bibliográfica para la construcción del marco
teórico general. En su desarrollo se analiza la arquitectura y las principales
características de las redes Metropolitanas, además se hace referencia a la
evolución de éstas teniendo en cuenta las tendencias actuales.
Capítulo 2. Se crea una base teórica sólida sobre el funcionamiento del estándar
IEEE 802.17 Resilient Packet Ring. Basados en este modelo se explican las
ventajas de su implementación y se propone como la principal alternativa para
las redes Metropolitanas en anillo.
Capítulo 3. Se brinda una propuesta de diseño que cubre todas las necesidades
existentes teniendo en cuenta la situación de la red en la ciudad de Santa Clara.
Utilizando el software especializado OPNET Modeler validamos nuestra solución
realizando simulaciones de casos prácticos, que demuestren la calidad y
eficiencia de nuestra propuesta.
3
Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.
Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.
Una red de área metropolitana (MAN) interconecta usuarios en un área
mayor que cualquier red de área local (LAN) y a su vez es inferior a una red de
área extendida (WAN). Las redes de área metropolitana son una entidad que
funciona como interfaz entre los diferentes tipos de redes en un área geográfica
extensa. El presente capítulo brinda una panorámica del desarrollo actual de
este tipo de redes.
El crecimiento del tráfico de datos provocado por el incremento
exponencial del empleo de las redes y la migración de los servicios tradicionales
hacia este entorno, se traduce en un aumento del ancho de banda y
velocidades de conexión superiores. El perfeccionamiento acelerado de estas
redes está condicionado por la concentración de los servicios de datos en las
áreas metropolitanas, unido al crecimiento constante de la demanda de ancho
de banda por los clientes, esto justifica la necesidad de evolucionar a redes de
transporte en el área metropolitana más rápidas, robustas, eficientes y a costos
razonables [1].
Las redes de área metropolitanas fueron establecidas inicialmente para
llevar tráfico de voz entre sedes de proveedores de servicio de un área
metropolitana, mayormente basadas en multiplexación por división en tiempo.
Con el desarrollo de las telecomunicaciones, estas redes fueron transitando, de
redes digitales plesiócronas a redes ópticas síncronas para soportar tráfico TDM
(Time Division Multiplexing) sobre fibras ópticas. Estas últimas no sólo
proporcionaron un ancho de banda mayor, sino también mayor confiabilidad y
flexibilidad.
Con el advenimiento de Internet, se estandariza la transmisión de
paquetes sobre SONET/SDH para transportar tráfico de datos de los
ordenadores originado en una red de área local hacia un área metropolitana. Sin
embargo, continuaba siendo ineficaz para manejar grandes volúmenes el tráfico
de datos. Este ineficiente manejo del tráfico de datos fue tolerado inicialmente
aumentando el ancho de banda de la red, desde Mbps hasta Gbps sobre un
único canal óptico e introduciendo luego técnicas de WDM [2]. Estas resultan
4
Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.
extremadamente costosas y su implementación solo se justifica si proporcionan
altas ganancias. Las redes Metropolitanas están inmersas en una rápida y
constante evolución, debido a que el volumen de tráfico de datos se mantiene en
ascenso, los nuevos diseños tienen un reto importante en el manejo eficiente del
transporte de datos voz y video a la vez. Tales redes no sólo proporcionan
mejores ganancias para los operadores de red sobre el ancho de banda
disponible sino que también aseguran la calidad apropiada del servicio.
1.1 Redes Ethernet Metropolitana.
Conceptualmente, una red MAN es una red que se extiende a través de
un área metropolitana establecida por un único proveedor de servicio. Esta se
emplea generalmente para transportar el tráfico de voz y datos a través de un
área metro. El tráfico que presenta una red LAN puede ser destinado a cualquier
otra LAN ubicada tanto dentro como fuera del área metropolitana mediante una
MAN o WAN respectivamente.
Las redes de área metropolitana han existido durante mucho tiempo. A
través de los años se han experimentado muchas transformaciones para
resolver las demandas planteadas por los usuarios. Dicha red puede ser
geográficamente pequeña, como en muchas ciudades o relativamente grande si
consideramos, por ejemplo, las redes metropolitanas de Nueva York o Sao
Paulo. Lo mismo puede decirse para el tráfico desarrollado por estas redes.
5
Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.
Figura 1.1 Esquema general de una red Metropolitana.
La explosión en la demanda de ancho de banda se debe
fundamentalmente al crecimiento del tráfico de datos. Al mismo tiempo que el
volumen de tráfico de red se incrementa, la naturaleza de este tráfico se hace
más compleja. El tráfico transportado por una red dorsal puede originarse a
partir de comunicaciones basadas en circuitos (voz y fax TDM), paquetes IP, o
en celdas (ATM). Además se incrementa la proporción del tráfico sensible a los
retardos tal como el tráfico de voz sobre IP y el video.
En respuesta a este crecimiento explosivo del ancho de banda, junto al
surgimiento de IP como el basamento común de todos los servicios, los grandes
proveedores de servicio se separan de los sistemas basados en TDM los cuales
fueron optimizados para el tráfico de voz pero que son costosos e ineficientes en
las nuevas condiciones. Mientras tanto las redes metropolitanas, que en muchos
6
Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.
casos actúan como pasarela entre las LAN y las WAN, experimentan el impacto
de la congestión creciente y los requerimientos que demandan una provisión
más simple y más rápida.
En otros casos se considera que las redes metropolitanas son grandes
redes de computadoras que se extienden a través de un campus o de una
ciudad [3], o sea, se comporta como una red LAN pero en un área geográfica
superior.
Realmente una red de área metropolitana es algo más complejo que
cualquiera de las definiciones individuales mencionadas. La definición de una
red MAN implica una evolución del concepto de red de área local a un ámbito
más amplio, tanto geográfico como de servicios, abarcando áreas de una
cobertura superior, que en algunos casos no se limitan a un entorno
metropolitano sino que pueden llegar a una cobertura regional e incluso nacional
mediante la interconexión de diferentes MANs. Esto facilita la capacidad de
integración de múltiples servicios mediante el transporte de datos, voz y video
sobre medios de transmisión tales como fibra óptica, cable coaxial y par
trenzado de cobre a velocidades que varían desde los 2 Mbps hasta 155 Mbps e
incluso pueden llegar a los Gbps, cubriendo distancias de hasta 150km.
En la mayoría de los casos la implementación de una MAN se justifica por
razones de reducción de costos y mejora de los parámetros de calidad de
servicio QoS (Quality Of Service) al usuario. La reducción del costo se alcanza
minimizando el costo de la transmisión, posible por la integración de voz y datos,
así como por la mejora en la eficiencia de los sistemas.
Varios tipos de redes MAN permiten la transmisión no sólo de datos, sino
también de voz y video. Se recomienda el empleo de una red MAN cuando haya
necesidad de transportar simultáneamente diferentes tipos de tráfico como
datos, voz y video sobre un área de 150km de diámetro para entornos tanto
públicos como privados. En muchos casos las MAN se convierten en la red
dorsal de las ciudades donde se implementan dada su capacidad de proveer
transporte para todos los servicios de comunicaciones.
7
Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.
1.2 Características de las redes Ethernet Metropolitana.
Ethernet ha sido tradicionalmente la tecnología dominante en las redes de
área local (LAN) y en la actualidad es la norma más utilizada para la
comunicación entre clientes y servidores. Desde sus inicios en el año 1998 ha
evolucionado hasta la fecha, en lo que se conoce como el estándar 10 - Gigabit
Ethernet (802.3ae), estableciéndose cada día de forma más sólida en el ámbito
empresarial sin dejar de adaptarse a las nuevas necesidades de las redes.
Una red E-MAN (Ethernet - Metropolitana) puede ser pública o privada.
Un ejemplo de MAN privada sería una administración con edificios distribuidos
por la ciudad, que transporta todo el tráfico de voz y datos entre edificios por
medio de su propia MAN y encamina la información externa por medio de los
operadores públicos. Los datos podrían ser transportados entre los diferentes
edificios, bien en forma de paquetes o sobre canales de ancho de banda fijo. En
estos casos las aplicaciones de video pueden enlazar los edificios para
reuniones, simulaciones o colaboración de proyectos conjuntos.
Las empresas se conectan a E-MAN mediante interfaces compatibles con
Ethernet para evitar las múltiples conversiones entre ATM y SDH/SONET,
eliminando la complejidad, el costo asociado y simplificando la configuración. El
modelo metropolitano puede cambiar el suministro del ancho de banda entre los
nodos y los usuarios, mediante la oferta de LAN virtuales (VLAN).
Esto simplifica las cosas considerablemente tanto a los usuarios como al
operador. El usuario ya no tiene necesidad de fraccionar el tráfico y encaminarlo
por el conducto adecuado hacia los diferentes nodos de red. En lugar de pedir
una multitud de conductos internodales, basta con solicitar ancho de banda que
cubra las necesidades de cada nodo. Las tareas del suministrador de red se
simplifican igualmente, ya que no es necesario gestionar todas las conexiones
individuales; es suficiente con supervisar los puntos de entrada de la red.
8
Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.
1.3 Estructura de una red Ethernet metropolitana.
La parte de acceso metropolitana concentra el tráfico proveniente de
diferentes nodos instalados en la zona metropolitana, la cual está generalmente
formada por anillos de fibra. Estos anillos encaminan el tráfico de los usuarios
que se interconectan mediante esta arquitectura de la red. El área de agregación
es el lugar donde el tráfico de numerosas interfaces de pequeña capacidad
(interfaces de usuario final) es agregado y entregado a la entrada de los equipos
en un número limitado de interfaces de alta capacidad. Hoy día en esta área
predominan los equipos TDM, SONET y SDH, también es posible introducir la
tecnología WMD para resolver el aumento de demanda de ancho de banda
ampliando la capacidad de la fibra y disminuyendo el costo de la transmisión de
larga distancia.
1.4 Requisitos para el diseño de una red Ethernet Metropolitana.
Las demandas de una red metropolitana se presentan sobre todo por el
tipo y la cantidad de tráfico que manejan en la actualidad, así como el necesario
para proyecciones futuras de la red. A continuación enumeramos algunas de las
demandas más notorias en estas redes [6].
Servicio integrado - Debe haber una única red de metro que transporte todos
los tipos de tráfico (voz, vídeo, y los datos).
Eficiencia - Las redes metro deben poder transportar eficientemente el tráfico,
es decir, deben proporcionar la utilización máxima del ancho de banda
disponible.
Gran capacidad de ancho de banda – Las MANs crecen en la actualidad y
continuarán aumentando sus demandas en los años siguientes, ocasionado por
el aumento continuo del número y la velocidad de las redes LANs. Una red
metropolitana debe ser capaz de disponer del ancho de banda suficiente y de las
estaciones de trabajo necesarias, previendo la necesidad de su propia demanda.
9
Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.
Facilidad de la administración - Dado que las MANs son redes grandes, su
administración debe ser fácil. La administración incluye agregar, quitar,
configurar, y mantener los nodos de una red.
Rentabilidad - Sólo un buen análisis de costo/beneficio justifica el despliegue de
una nueva red. Un proveedor de servicios evalúa siempre la instalación así
como el costo de amortización de la inversión antes de desplegar cualquier
nueva red.
Una red de área Metropolitana que transporta distintos tipos de tráfico al
mismo tiempo también realiza un tratamiento diferenciado para cada uno de
ellos, por ejemplo: el tráfico de voz tolera muy pequeños niveles de retardos, por
lo que tiene que ser transportado dentro del retardo requerido y los límites
permisibles de ruido (lo más probable sea con una prioridad más alta que otros).
Por otra parte, el tráfico de los datos no tiene las mismas limitaciones y sin
embargo no se puede tratar con una prioridad inferior. Por lo tanto, una red
metropolitana debe garantizar cierta calidad del servicio a cada clase del tráfico
que transporte.
El ancho de banda de una MAN típica es alrededor 2.5-10 Gbps,
considerando que las MAN se extienden de 10-100km, esto implica que
transportan cantidades enormes de tráfico y por ello, es importante contar con
una red altamente robusta en el área metropolitana que pueda proporcionar
rápidamente un camino alternativo por una falla de la conexión o del nodo sin
demasiadas pérdidas de datos.
Otra demanda que distingue a una red eficiente es la capacidad de
ajustar el ancho de banda dinámicamente con el alto grado de flexibilidad, es
decir, si una estación no está empleando por completo su ancho de banda
disponible, entonces debe ceder su ancho de banda no usado a otras
estaciones. Observando esto desde otro punto de vista, una estación que utiliza
demasiado ancho de banda tiende a beneficiarse de otras estaciones que
comparten este recurso. Si una red metropolitana se organiza de manera tal que
10
Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.
un grupo de estaciones compartan el mismo recurso de ancho de banda,
después debe haber un mecanismo entre ellas que proporcione el uso justo de
ese recurso.
Las redes de área metropolitana se ordenan en la práctica
generalmente como anillos buscando una confiabilidad más alta y rentabilidad
asociadas a esta topología. Para maximizar el uso del ancho de banda
disponible, una red metropolitana (con topología de anillo) debe tener un
mecanismo que permita la transmisión simultánea y sin solapamiento en las
conexiones del mismo.
De acuerdo con este análisis, podemos enumerar 5 nuevas demandas de
una red de área metropolitana:
QoS - Una red del metro debe ser capaz de proporcionar la calidad del servicio
exigida por cada clase/tipo de tráfico que transporte.
Confiabilidad - Las redes metropolitanas deben garantizar la protección contra
la pérdida de datos asegurando una alta confiabilidad.
Ancho de banda dinámico con alta versatilidad - Todas las estaciones dentro
de una red metropolitana deben ajustar su ancho de banda dinámicamente con
alta versatilidad según sus necesidades.
Imparcialidad - una red de área del metro debe tener un mecanismo para
asegurar la imparcialidad en el uso del ancho de banda entre estaciones de la
red.
Reutilización espacial - Una red MAN basada en anillo debe tener reutilización
de los enlaces sin solapamiento para maximizar el empleo del ancho de banda.
11
Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.
1.5 Tendencias de las redes metropolitanas actuales. 1.5.1 10-Gigabit Ethernet.
La creciente popularidad de aplicaciones multimedia que utilizan una
combinación de sonido, imagen y video unido al desarrollo de las tecnologías
que integran actualmente adaptadores Ethernet Gigabit como estándar, ejercen
una presión sobre la infraestructura de red para proporcionar rendimiento,
seguridad y fiabilidad.
El protocolo 10 Gigabit Ethernet a través de fibra óptica fue publicado
como IEEE 802.3ae en el año 2002. El principal objetivo es ampliar la capacidad
de las redes troncales o backbone tanto de las redes LAN, MAN, WAN [7].
Dependiendo de la aplicación, se pueden usar diferentes configuraciones o
especificaciones. Tales especificaciones dependen de la transmisión óptica que
se utilice. Existen tres códigos (W, R y X) que determinan dichas
especificaciones. Las nuevas fibras ópticas multimodo (OM3 mejoradas)
permiten alcanzar distancias de hasta 500 m sin regeneración, y sobre fibras
monomodo es posible alcanzar distancias de hasta 40km sin ningún tipo de
regeneración intermedia.
Desde hace más de 30 años Ethernet ha ido evolucionando y se ha
convertido en el protocolo de transmisión por excelencia. En la actualidad se
estima que más del 90% de las redes LAN del mundo trabajan con este
protocolo. Por tanto es predominante en los sectores que utilizan redes privadas.
En cuanto a redes MAN, Ethernet se está implantando cada vez con más fuerza.
Este estándar especifica 10 Gigabit Ethernet a través del uso de la Subcapa de
Control de Acceso al Medio (MAC) IEEE 802.3, por medio de Acceso Múltiple
con Detección de Portadora y Detección de Colisiones (CSMA/CD), conectada a
través de una Interfaz Independiente del Medio Físico de 10 Gbps (XGMII) a una
entidad de capa física tal como 10GBASE-SR, 10GBASE-LX4, 10GBASE-LR,
10G BASE-ER, 10GBASE-SW y 10GBASE-EW, permitiendo 10 Gbps hasta 40
km. y garantizando una Tasa de Bits Errados (BER) muy aceptable. Su
operación es en modo full dúplex y se encuentra especificada para operar sobre
fibra óptica.
12
Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.
10GBASE-R es la implementación más común de 10GBE y utiliza el
método de codificación 64B/66B, en el cual 8 octetos de datos se codifican en
bloques de 66 bits, los cuales son transferidos en forma serial al medio físico a
una velocidad de 10 Gbps. 10GBASE-W es una opción que mediante el
encapsulamiento de las tramas 10GBASE-R en tramas compatibles con SONET
y SDH permite la conexión a la WAN.
Por su parte, 10GBASE-LX4 utiliza el método de codificación 8B/10B,
dividiendo las tramas de datos de 32 bits y 4 bits de control en 4 grupos de 10
bits que se transmiten en forma simultánea e independiente, cada uno a una
velocidad de 2,5 Gbps, mediante Multiplexación por División de Largo de Onda
(Wavelength-Division Multiplexed-Lane, WDM).
Las letras "S", "L" y "E" hacen referencia al largo de onda de operación
(S=Short Wavelength – 850nm, L=Long Wavelength – 1300/1310nm, E=Extra
Long Wavelength – 1550nm). Cabe destacar que en ninguno de estos casos se
hace referencia a un tipo de fibra óptica específica.
10GBASE-SR ("short range") - Diseñada para funcionar en distancias cortas
sobre cableado de fibra óptica multi-modo, permite una distancia entre 26 y 82 m
dependiendo del tipo de cable. También admite una distancia de 300 m sobre
una nueva fibra óptica multi-modo de 2000 MHz·km (usando longitud de onda de
850nm).
10GBASE-CX4 Interfaz de cobre que usa cables InfiniBand CX4 y conectores
InfiniBand 4x para aplicaciones de corto alcance (máximo 15 m) (tal como
conectar un switch a un router). Es el interfaz de menor coste pero también el de
menor alcance.
10GBASE-LX4 Utiliza WDM para distancias entre 240 m y 300 m sobre fibra
óptica multi-modo. También admite hasta 10km sobre fibra mono-modo. Usa
longitudes de onda alrededor de los 1310nm.
13
Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.
10GBASE-LR (long range) Este estándar permite distancias de hasta 10km
sobre fibra mono-modo (usando 1310nm).
10GBASE-ER (extended range) Este estándar permite distancias de hasta 40km
sobre fibra mono-modo (usando 1550nm). Recientemente varios fabricantes han
introducido interfaces de hasta 80km.
10GBASE-LRM - 10 Gbps sobre cable de FDDI- de 62.5µm.
10GBASE-SW, 10GBASE-LW y 10GBASE-EW. Estas variedades usan el WAN
PHY, diseñado para interoperar con equipos OC-192/STM-64 SONET/SDH
usando una trama ligera SDH/SONET. Se corresponden en el nivel físico con
10GBASE-SR, 10GBASE-LR y 10GBASE-ER respectivamente, y por ello usan
los mismos tipos de fibra y permiten las mismas distancias. (No hay un estándar
WAN PHY que corresponda al 10GBASE- LX4.).
Contrariamente a los primeros sistemas Ethernet, 10 - Gigabit Ethernet
está basado principalmente en el uso de cables de fibra óptica (con la excepción
del CX4). Sin embargo, el IEEE desarrolló un estándar de 10 - Gigabit Ethernet
sobre par trenzado (10GBASE-T), usando cable de categoría 6A. Además este
estándar en desarrollo está cambiando el diseño de half-duplex, con difusión a
todos los nodos, para admitir solamente redes conmutadas full-duplex. Se
asegura que este sistema tiene una alta compatibilidad con las primeras redes
Ethernet y las del estándar IEEE 802.
1.5.2 Redes Ópticas ASON.
La creciente demanda de capacidad de ancho de banda, ocasionada en
gran medida por el incremento de usuarios y los requisitos de transmisión, han
hecho necesario modificar el modelo de tráfico a fin de responder a esta
demanda, desarrollando de esta forma una futura red de transporte óptica
inteligente, conocidas por Automatically Switched Optical Network (ASON) [8].
Este tipo de red es la evolución natural de las redes ópticas actuales. Se
basa en una tecnología que permite la entrega automática de servicios de
14
Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.
transporte. Cada nodo está equipado con un módulo de control que establece e
interrumpe las conexiones y además puede restaurar una conexión en caso de
fallo.
Una red ASON es una red óptica de transporte que tiene una capacidad
de conexión dinámica. Esta funcionalidad se consigue utilizando un plano de
control que realiza el enrutamiento, señalización y descubrimiento de recursos.
Un plano de transporte que representa los recursos funcionales de la red óptica
transporta información de usuario entre localizaciones y un plano de gestión que
se encarga de la supervisión de los planos de transporte además de la
coordinación de la operación del sistema completo [9].
La arquitectura de las redes ASON está determinada por la topología y los
elementos de transmisión que conforman los nodos. Las topologías malladas
facilitan su crecimiento y simplifican la disponibilidad de sus recursos, lo cual
redunda en un mejor aprovisionamiento de servicios; en general, cuando se
establece un enlace entre dos puntos de la red y en particular en procesos de
protección y restauración de enlaces.
1.5.3 VPLS (Virtual Private LAN Service).
Es la tecnología de red para ofrecer servicios Ethernet basados en
comunicaciones multipunto a multipunto encima de redes IP/MPLS [10]. Esto
quiere decir que con un VPLS, la red de área local o LAN llega hasta cada sede
de la empresa a través de la interfaz del proveedor del servicio. La red del
proveedor entonces emula el comportamiento de un conmutador o un puente
creando una LAN compartida por todas las sedes con un único dominio de
broadcast. Un caso muy extendido de este tipo de servicios es el de la
conectividad entre dos sedes con Ethernet, también llamado línea privada
Ethernet. Estas constituyen un potente servicio sustitutivo de las tradicionales
líneas dedicadas de los operadores, puesto que se proporcionan de forma nativa
en Ethernet sin necesidad de equipos adaptadores.
15
Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.
Este tipo de servicios brinda las siguientes ventajas:
• Se reduce la curva de aprendizaje: la tecnología de red es la misma
tanto para LAN como para WAN, luego el cliente no tiene que aprender
tecnologías complejas exclusivas de las redes de operadores.
• Se reduce la inversión y el gasto del cliente: no es necesaria la
utilización de routers en las diferentes sedes, se pueden interconectar con
los mismos conmutadores de la red de área local.
• Los esquemas se simplifican: no es necesario pensar en la topología
de la red porque desde el primer momento existe conectividad entre todas
las sedes y simplifica el esquema de la red del cliente.
• Es posible extender diferentes redes LAN virtuales: muchos
administradores de redes segmentan la red en distintos dominios de nivel
2 por motivos de seguridad y calidad de servicio. A menudo estas
distintas redes obedecen a perímetros de seguridad diferentes separados
por elementos cortafuegos. De esta forma se limita o controla el acceso
local de cualquier usuario a sistemas críticos o información restringida.
• Facilita el acceso a los servicios centralizados a todas las sedes de la empresa: gracias a la ampliación de la conectividad entre las sedes, se
pueden extender todos los servicios y aplicaciones de la sede principal.
• Mejora la flexibilidad y la recuperación de desastres: es posible
trasladar equipos y servidores de una sede a otra sin modificar la
configuración.
• La potencia de Gigabit Ethernet: La tecnología Ethernet no ha parado
de evolucionar a lo largo de los años. Uno de los aspectos más
destacados ha sido el aumento de la velocidad de las interfaces Ethernet
hasta los 10Gb/s.
• Aumenta la disponibilidad de los servicios: En muchos casos, las
redes de las empresas no se pueden permitir una interrupción en su
funcionamiento. Los servicios VPLS que funcionan con una red troncal
MPLS se pueden configurar con redundancia de caminos [11].
16
Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.
VPLS es una tecnología en proceso de estandarización que permite crear
una red privada virtual de Nivel 2, capaz de soportar múltiples sedes en el
interior de un dominio único sobre una red IP/MPLS (Multiprotocol Label
Switching) gestionada [12]. Diseñada para proporcionar conectividad Ethernet
entre cualquier extremo con altos niveles de granularidad y ancho de banda, su
objetivo es superar las limitaciones de tecnologías anteriores, como ATM y
Frame Relay, proporcionando un servicio WAN mallado e independiente de
protocolos. La clave que explica la creciente popularidad de esta tecnología
radica en su naturaleza de Nivel 2, que no requiere que los usuarios compartan
sus tablas de enrutamiento con el operador.
La posibilidad de cambiar la velocidad de los puertos y la capacidad de
incrementar o reducir el ancho de banda a medida que las necesidades cambian
hacen que sea más fácil soportar las nuevas aplicaciones en tiempo real, como
la videoconferencia y servicos VoIP. Este tipo de redes son una alternativa
efectiva teniendo en cuenta los costos para entornos WAN, sobre todo para las
grandes organizaciones que necesitan conexiones seguras de gran ancho de
banda entre múltiples sedes, nacionales e internacionales.
1.5.4 Resilient Packet Ring (RPR). La solución más extendida ha sido la fuerza bruta, es decir,
sobredimensionar el sistema para que no se congestione. El factor de una rápida
recuperación es vital en redes de área Metropolitana, para lo cual se integra una
tercera tecnología en el intento de converger las redes Ethernet al área
Metropolitana. Dicha tecnología se concibe bajo el grupo de estandarización
IEEE 802.17 Resilient Packet Ring (RPR).
Este protocolo implementa un reparto equitativo del ancho de banda entre
los nodos del anillo y ofrece las funcionalidades eficaces de Clase de Servicio. Al
unir 10 Gigabit-Ethernet en un anillo RPR permite una perfecta integración entre
tramas de tipo MAC en ambos sistemas y extiende sus prestaciones a áreas
geográficas con una extensión de hasta 50 km. A partir de lo cual podemos
pensar en RPR como la alternativa para solucionar el problema de una rápida
17
Capítulo 1. Redes de área Metropolitana.
recuperación ante fallos en el medio físico de comunicación e integrar todas sus
ventajas a la red final.
El grupo de trabajo P802.17 de IEEE estandarizó recientemente la
tecnología Resilient Packet Ring (RPR) [13] como una configuración de red
basada en anillo que se define como un protocolo resistente para el uso en
redes de área metropolitana, el cual posee los requisitos y condiciones
apropiados de la capa física para la transferencia de los paquetes de datos.
1.6 Conclusiones.
Las redes Metropolitanas en la actualidad experimentan un rápido
crecimiento, por consiguiente las tecnologías instaladas quedan necesariamente
sujetas a cambios y transformaciones. En el caso de topologías en anillo de fibra
óptica surge como solución viable el estándar 802.17 (RPR) unido a Ethernet,
para de esta forma perfeccionar las desventajas existentes en las tecnologías:
SDH, ATM y Frame Relay. Desechando así mecanismos obsoletos e ineficientes
como los que se mencionan a continuación:
• Redes conformadas por circuitos fijos y rígidos entre nodos con un ancho
de banda constante que se desperdicia cuando no se utiliza este enlace.
• Redes que hacen uso extremadamente ineficiente del ancho de banda
global de la red para comunicar todos los nodos de topologías totalmente
malladas.
• Redes que en condiciones normales de trabajo (no ocurrencia de eventos
de fallos) el 50% del ancho de banda no se utiliza, sino que es reservado
para garantizar tolerancia a fallos.
18
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
19
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
Tradicionalmente los datos se han transportado sobre redes ATM y SDH
optimizadas para servicios TDM. Actualmente la tendencia es extender la
conexión Ethernet desde la central del proveedor hasta el abonado, ya que
todos los servicios que se ofrecen a los usuarios finales están basados en el
mundo IP. Las redes Ethernet se están haciendo cada vez más grandes y se
espera de éstas mayor ancho de banda, rapidez y fiabilidad. El estándar IEEE
802.17 (RPR) surge como respuesta a las carencias existentes en las redes en
anillos de fibra óptica.
2.1 Estándar IEEE 802.17 (RPR).
Resilient Packet Ring es un protocolo de nivel 2 [13] que proporciona un
servicio de transmisión de paquetes no orientado a conexión entre elementos de
un anillo. Inspirado en Ethernet persigue sus ventajas. Se basa en topología de
doble anillo, denominados interior y exterior, contra-direccionales que
transportan paquetes de datos y control. Ambos anillos transportan tráfico útil,
utilizando técnicas de nivel 2 para la protección del tráfico en lugar de reservar
ancho de banda para estos fines.
Utiliza un algoritmo de descubrimiento de nodos que permite aprender
automáticamente de la red y almacena en cada nodo dos caminos (primario y
secundario) hacia el resto de los nodos de la red. Los datos se enviarán por el
camino óptimo, sólo en caso de fallo de la red se utilizará el camino secundario
de modo automático en un tiempo no superior a 50ms. Otra característica
importante es que los nodos destinatarios de los paquetes los retiran del anillo
(salvo en multicast), por lo que los paquetes no circulan por todo el anillo, sino
en el tramo comprendido entre emisor y receptor, dejando libres el resto de
segmentos, lo que se conoce como “Reutilización espacial”. Todos los nodos en
un anillo RPR comparten el ancho de banda disponible sin necesidad de
aprovisionar circuitos, negociando el acceso de forma equitativa.
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
A fin de garantizar diferentes calidades de servicio, RPR implanta cuatro
clases de servicio (Reservado y Clases A, B y C) con diferentes prioridades en
cuanto a garantías de ancho de banda, retardo y “jitter”. Atendiendo la latencia,
RPR tiene una arquitectura de “camino de paso o en tránsito” que permite a los
paquetes cruzar rápidamente los nodos intermedios entre origen y destino,
consiguiendo valores muy bajos de latencia y “jitter” con el fin de soportar
múltiples servicios y aplicaciones.
Adicionalmente implanta de forma simple la funcionalidad de “multicast” y
“broadcast”, dejando circular estos paquetes por el anillo sin necesidad de
replicarlos. Con este protocolo se permite “sobre-suscripción” (multiplexación
estadística), garantizando la transmisión de paquetes en función del estado de
ocupación de la red. Al emplear RPR se obtiene una gran eficiencia en el uso de
ancho de banda, con una calidad de servicio comparable a la que proporcionan
las redes de transporte SDH. Esto permite un acceso equitativo y diferenciado
por clases de servicio al ancho de banda de la red, facilitando gestión y
escalabilidad (hasta 64 nodos por anillo, ADMs).
2.2 Operación del anillo.
Una red de RPR emplea dos anillos que encaminan el tráfico de trabajo en
direcciones opuestas entre todas las estaciones en una red. Las estaciones
adyacentes se conectan unas con otras por medio de un enlace unidireccional
(figura 2.1). Cada anillo está compuesto de múltiples enlaces en los que el flujo
de datos sigue una sola dirección. Además todas las conexiones en un anillo
tienen la misma velocidad de datos (o ancho de banda).
20
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
Figura 2.1 RPR en redes de área Metropolitana.
Las tramas de RPR llevan datos desde una estación a otra a través de uno
de los dos anillos. Todas las estaciones en una red RPR son identificadas por
una dirección MAC IEEE 802 de 48 bits [14]. Una trama comienza en el anillo de
la estación fuente y viaja alrededor del anillo tratando de encontrar su destino.
Cada estación que recibe esta trama chequea la dirección de destino en la
cabecera. La dirección de destino puede o no corresponder con la dirección de
la estación receptora.
Si la dirección de la estación no corresponde con la dirección de destino de
la cabecera, la trama se remite a la estación siguiente en el anillo. Si la dirección
de la estación corresponde con el destino, el paquete se extrae del anillo y es
enviado al cliente. Resumiendo una trama transita por las estaciones hasta
alcanzar la estación que se corresponda con la dirección de destino.
21
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
Los dos anillos no sólo llevan datos sino también transfieren la información
de control entre las estaciones. Los paquetes de control contienen la información
relacionada con la topología, la protección, y el control del ancho de banda en
una red RPR. Un paquete de control es enviado generalmente en la dirección
opuesta a uno de datos a través de la misma sección. Por ejemplo, si un
paquete de datos se envía desde la estación N1 a N3 por el “anillo 0”, entonces
la trama de control relacionado con ése paquete de datos se envía de la
estación N3 a la estación N1 por el anillo opuesto, es decir el “anillo 1”.
Cada estación usualmente transita las tramas fuentes por la estación en
sentido ascendente, esto hace que de dichas estaciones dependa proveer de un
adecuado ancho de banda a las tramas de tránsito. RPR utiliza un algoritmo
efectivo para asegurar la distribución justa del ancho de banda entre todas las
estaciones. Proporciona además un mecanismo por el cual las clases bajas de
servicio pueden reclamar ancho de banda no usados por las clases altas de
servicio, esto asegura el uso eficiente del ancho de banda disponible.
2.3 Características generales.
• Es una tecnología de transporte de nivel 2 que complementa las
existentes (SDH, ATM, Ethernet).
• Se implementa sobre fibra óptica.
• Soporta múltiples servicios y aplicaciones (datos, voz, vídeo).
• Se basa en paquetes.
• Soporta tramas IP, MPLS o Ethernet (su principal objetivo).
• Topología de red sencilla: doble anillo, interior y exterior, ambos con
tráfico útil.
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Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
• Descubrimiento automático de nodos y topología de red. Cada nodo de
red almacena dos caminos (primario y secundario) hacia el resto de los
nodos.
• Conmutación automática hacia un camino secundario en caso de fallo,
empleando intervalos de tiempo menores de 50 ms.
• Comparte los anillos de fibra, y reutiliza espacio (ancho de banda). Los
paquetes no circulan por todo el anillo, sino simplemente en el tramo
comprendido entre emisor y receptor, esto permite que circulen varios
paquetes por el anillo de forma simultánea.
• Todos los nodos comparten el ancho de banda disponible, sin necesidad
de aprovisionar circuitos, negociando el acceso de forma equitativa.
• Implanta de forma simple la funcionalidad de “multicast” y “broadcast”, ya
que los paquetes pueden circular por el anillo sin necesidad de
replicarlos.
• Implanta cuatro clases de servicio (Reservado y clases A, B y C) con
diferentes prioridades en cuanto a garantías de ancho de banda, retardo y
“jitter”.
• Arquitectura de “camino de paso o en tránsito” que permite a los paquetes
cruzar rápidamente los nodos intermedios. Valores muy bajos de latencia.
• Reduce los costos de operación y de construcción de red.
• Reduce la complejidad de la red.
• Reduce los tiempos de dar servicio.
• Escalable.
• Eficiencia en la utilización de fibra.
23
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
• Usa técnicas de nivel 2 para protección de tráfico, no reserva ancho de
banda para este fin.
• Múltiples niveles de calidad de servicio.
2.4 Estructura de la estación RPR.
Una estación RPR consiste en dos interfaces físicas (una para cada tramo),
una MAC y su cliente (figura 2.2). Las interfaces físicas (PHYs) transmiten y
reciben paquetes sobre un tramo de la capa física. Una trama RPR se envía o
se recibe con esta interfaz física usando los primitivos definidos por su interfaz
de servicio. La interfaz física que transmite por el anillo “0” y recibe por el anillo
“1” se llama Interfaz física “Este”, mientras que la que transmite en el anillo “1” y
recibe en el anillo “0” es la interfaz física “Oeste”.
Una MAC RPR consta de dos entidades de Datos, una para cada anillo y una
entidad de Control. Juntos proporcionan servicios al cliente MAC para la
transmisión de los datos. Un cliente MAC transfiere la carga útil de datos, las
direcciones y otra información de control a una MAC RPR donde se prepara un
paquete RPR para transmitirlo.
24
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
Figura 2.2 Arquitectura de la estación RPR.
Un paquete de la estación local puede originarse desde la MAC cliente o la
entidad MAC de Control, éste pasa a una de las entidades del datapath por el
anillo seleccionado. Obsérvese que en el anillo “0” la entidad MAC datapath
puede transmitir solamente en el anillo “0” (vía PHY del este), mientras que el
Anillo “1” la entidad MAC datapath puede transmitir solamente en el anillo “1”.
Por lo tanto, la entidad de selección del anillo pasa un paquete a una entidad del
datapath de acuerdo con el anillo que se propone para enviar el paquete. El
datapath respectivo entonces transmite el paquete usando el interfaz físico de
servicio.
Un paquete que se originó de una estación superior y está en tránsito a
una estación en sentido descendente (paquete de tránsito) se transmite a partir
de un interfaz físico al otro después del tratamiento requerido en la entidad
asociada al datapath MAC. Un paquete cuya dirección de destino corresponde
con la dirección de la estación local se envía conectando al cliente MAC o a la
entidad de Control MAC.
25
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
2.5 Algoritmo y protocolo de imparcialidad.
La subcapa de Control MAC ejecuta un algoritmo de imparcialidad [15] que
trabaja tanto en la red como a nivel de la estación para asegurar el uso justo del
ancho de banda de un anillo. El algoritmo regulador del flujo proporciona
indicaciones claras para controlar la agregación de tráfico. Éste también calcula
la velocidad adecuada para que las estaciones en sentido ascendente
transmitan. La velocidad de transmisión justa se comunica al algoritmo
correspondiente de la imparcialidad en las estaciones en sentido ascendente
utilizando un protocolo. Los algoritmos de la imparcialidad en sentido
ascendente utilizan esta información junto con sus estadísticas de velocidad
local para controlar su tráfico de acceso (por medio de indicaciones precisas).
2.6 Funciones de OAM.
La operación, la administración, y el mantenimiento (OAM) es una parte
importante para una red fácilmente gestionada. OAM es una función de la
subcapa MAC de Control que le otorga a un operador de red la capacidad de
agregar, quitar, configurar o gestionar una estación en el anillo. Esto también
incluye supervisiones rutinarias del funcionamiento y diagnostica incidentes con
los equipos físicos locales. Además genera alarmas en caso de fallo y las
reporta automáticamente. Este servicio reduce los costos de operación de la red
(Opex). Dicha interfaz permite a la entidad de gestión obtener y brindar valor a
los siguientes parámetros:
• Configuración.
• Topología.
• Protección.
26
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
A
2.7 Confiabilidad.
La confiabilidad para una red de área metropolitana es una característica
importante que un proveedor de servicio debe observar antes de su despliegue.
Cualquier pérdida de paquetes afecta directamente el servicio y a su vez los
ingresos.
La red de RPR tiene una topología de doble anillo que porta tráfico de
trabajo. Los dos anillos en RPR son capaces de proporcionar el restablecimiento
del camino en el orden de los 50ms después de ocurrir una falla, que puede
estar relacionada con una conexión o una estación y puede hacer a la estación
(s) en el anillo inaccesible (figura 2.3A).
27
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
B C
Figura 2.3 Protección RPR.
En tal escenario, un mecanismo de la protección en la subcapa MAC
datapath es iniciado. La MAC - RPR es capaz de proporcionar dos tipos de
mecanismos de protección: encaminamiento y puenteo. En el mecanismo de
puente, las estaciones que están adyacentes al punto de falla (conexión u otra
estación), desvían el tráfico al otro anillo. La (figura 2.3B) muestra el mecanismo
del puenteo en acción. En caso de de falla del tramo “N2-N3”, la estación N2
desvía el tráfico del anillo 0 al anillo 1. Si el flujo normal de la estación N1 a N3
es vía N2 en el anillo 0, según muestra la figura 2.3A, entonces sobre la
protección puenteo el flujo cambia a N1 (0) - N2 (0) - N1 (1) - N0 (1) - N254 (1) -
… - N3 (1), donde N1 (0) significa la estación N1 en el anillo 0.
El mecanismo de reencaminamiento trabaja informando a todas las
estaciones en el anillo sobre el punto del evento de falla. Luego las estaciones
actualizan sus correspondencias, mapas de topología y redireccionan sus datos
para evitar el punto de falla. La figura 2.3B también muestra el mecanismo de
reencaminamiento en acción. En este caso, una vez recibida la información
sobre el fallo del tramo “N2-N3”, la estación N1 (estación fuente) reencamina su
28
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
tráfico al anillo 1 para evitar el envío de tráfico a través del punto de falla. El flujo
cambia a N1 (1) - N0 (1) - N254 (1) -… - N3 (1).
Aunque el estándar RPR promete que ambos mecanismos proporcionan
protección dentro de 50ms después de una falla, sería difícil para los ejecutores
conseguir que el tráfico se reencamine dentro de los 50ms. Aunque la mayor
parte de los datos “in flight” que no pueden ser desviados se perderán. Por otra
parte sería mucho más fácil puentear el tráfico dentro de 50ms, puesto que no
requiere la notificación inmediata del incidente a todas las estaciones en el anillo
y la mayor parte de los datos “in flight” no se perderán pues serían desviados al
otro anillo en el punto de la falla. La desventaja de usar la protección de puenteo
radica en las rutas más largas. Como podemos ver en la figura 2.3B, el tráfico
reencaminado entre N1-N3 no sólo está perdiendo ancho de banda en el anillo 0
sino que se enruta por un camino más largo para llegar a N3.
El estándar recomienda el uso de la técnica de puenteo primero y después
la de reencaminamiento, en la cual las estaciones desvían el tráfico
(inicialmente) sobre la interrupción y cambian al mecanismo del encaminamiento
más adelante. Emplear dicha técnica proporciona las ventajas de ambos
mecanismos de protección.
2.8 Calidad de servicio.
La calidad del servicio es una característica esencial en redes de área
metropolitana para un proveedor de servicio que desea satisfacer las
necesidades de diversos tipos de clientes. Muchos proveedores de servicio
creen que pueden proporcionar QoS haciendo redes con excesivo ancho de
banda. El sobredimensionamiento de una red no siempre logra las garantías de
QoS. No tiene sentido que un proveedor de servicio destine dinero extra para
aumentar ancho de banda sin conseguir los niveles deseados de QoS. Además
proporcionar QoS rinde mayores ingresos al proveedor de red, ya que se puede
establecer una calidad convenida de servicio que sea proporcional a lo que
29
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
puede pagar el cliente. Tener tal adaptabilidad integrada en una única red
aumenta la posibilidad de clientes y a su vez los ingresos del proveedor de red.
Una red de RPR proporciona tres clases del servicio a su cliente MAC
(figura 2.6). Cada estación RPR es capaz de distinguir entre estas clases de
servicio en el punto de acceso y de tránsito en una red. En el punto de acceso
del anillo, el cliente pasa sus datos y la clase del servicio que desea para él a
través del interfaz MAC de servicio. La lógica de control de velocidad conforma
el tráfico del cliente sobre la base de la clase de servicio para asegurar que la
misma esté en el rango adecuado a ella. La MAC proporciona indicaciones
adicionales a su cliente para que pueda controlar su tráfico en base a la clase de
servicio.
Después de que las tramas ingresan son conformadas de acuerdo a su
velocidad. La MAC elabora el programa para su transmisión por el anillo, pues
ésta proporciona bajas demora y ruido (Jitter) para las tramas clase A y les
planifica una prioridad más alta sobre las tramas de la clase B o C. De manera
similar, establece una prioridad más alta a las tramas de la clase B sobre tramas
de la clase C.
Las garantías de QoS para una clase no están relacionadas solamente
atendiendo a la forma en que una estación trata el acceso de su tráfico sino
también en cuanto a como es manejado por las estaciones. Una estación que
utiliza una cola simple para las tramas de tránsito no es capaz de diferenciar
tramas de tránsito de acuerdo con su clase de servicio.
30
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
Figura 2.4 Arquitectura de cola doble.
Una estación con la configuración de cola doble es capaz de diferenciar las
tramas. La cola de tramas de tránsito clase A en PTQ mientras que las colas de
las tramas de clase B y de C clasifican en STQ. La MAC otorga a las tramas de
PTQ una prioridad más alta comparada a las tramas de STQ durante la
transmisión. Aunque esta diferenciación no está estrictamente basada sobre el
tipo de clase, funciona mejor para las tramas de la clase A que poseen garantías
de servicio más rígidas. A continuación se ofrece la planificación de la prioridad
para las tramas de acceso y de tránsito en una configuración doble de la cola.
1. Trama de control
2. Tramas PTQ
3. Tramas STQ (cuando es casi completo)
4. Tramas de cliente clase A
5. Tramas de cliente clase B
6. Tramas de cliente clase C
7. Tramas STQ (bajo condiciones normales)
31
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
Puesto que a las tramas de STQ se les da menos prioridad en la
transmisión, puede originarse una situación como: cambios en local o régimen
ascendente; cuando STQ podría ser casi completo. Para evitar el desborde de
STQ y posteriormente la pérdida de datos en tránsito, RPR altera las prioridades
para liberar espacio en STQ. Esta inversión de la prioridad puede introducir
“jitter” y afectar las garantías en una estación de la clase A.
Una desventaja de tener dos colas de tránsito es que el tráfico en
tránsito de la clase B y de la clase C es tratado de igual forma. El tráfico de la
clase B consigue una prioridad menor de planificación que el tráfico clase C de
un cliente local, o sea, una trama clase B puede tener demora para transmitirse
mientras que es enviado el tráfico del mejor esfuerzo de un cliente local.
2.9 Dirección y reutilización espacial.
El mecanismo de direccionamiento de una red afecta directamente la
eficiencia de su ancho de banda. Como una red eficiente es equivalente a una
red confiable, el mecanismo de direccionamiento es otro aspecto que un
proveedor de servicio debe observar, antes de desplegar una Red de área
Metropolitana.
Figura 2.5 Reutilización Espacial en RPR.
32
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
El estándar RPR utiliza tres formularios de dirección - unicast, multicast,
y difusión. Todos los paquetes unicast circundan el anillo y son extraídos en sus
estaciones de destino. El destino fundamenta la eliminación, habilitando la
reutilización espacial del ancho de banda de un anillo. Las estaciones pueden
transmitir sin solapamiento en partes de un anillo al mismo tiempo. La figura 2.5
ilustra la reutilización espacial. Las estaciones N1 y N4 pueden enviar
simultáneamente razón de tráfico completa, sus flujos no se solaparán. Todos
los bastidores que se originan en N4 se eliminan en su estación de destino N6,
permitiendo la reutilización del ancho de banda en la parte restante del anillo. A
diferencia de los bastidores unicast, los multicast (bastidores de difusión) no se
eliminan en sus destinos, se les permite circundar todo el anillo.
2.10 Reclamación de ancho de banda.
La idea de la reclamación de ancho de banda parte del hecho de que
incluso el tráfico de la clase más alta, en el que el ancho de banda es
normalmente reservado, puede no utilizarlo completamente. Una red que
garantice la máxima utilización del ancho de banda debe ser capaz de reasignar
ese ancho de banda disponible a otras clases que lo necesiten [16].
Aunque el ancho de banda de la clase A y clase B es reservado, se permite
que el mismo sea reclamado por tráfico del mejor-esfuerzo. Facilita a
proveedores de servicio la adaptabilidad de mantener una porción del ancho de
banda de la clase A sin reservas para poderlo reclamar por el tráfico que no sea
Clase A. También permite que todo el ancho de banda de la clase B pueda ser
reclamado.
La porción del ancho de banda de la clase A mantenida como reclamable
(ancho de banda Clase-A1) y la cantidad de ancho de banda de la clase B, está
limitado por la circunferencia del anillo y el tamaño de la cola de tránsito
secundario (STQ) de una estación de cola doble. Esta limitación puede ser
comprendida por un escenario simple.
33
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
Ejemplo: digamos que el cliente de una estación no utiliza todo su ancho de
banda asignado para la clase A, de tal manera que parte de él es tomado por el
tráfico oportunista de la estación por aguas arriba. En otro momento, cuando la
estación del cliente comienza a utilizar su ancho de banda de la clase A1, el
tráfico oportunista de la estación de arriba tendría que ser protegido en STQ
hasta que ésta se informe sobre el cambio (a través de bastidores de la
imparcialidad). Por lo tanto la cantidad de ancho de banda que puede ser
reclamada, se relaciona directamente con la cantidad de tráfico que se puede
proteger en STQ hasta que el tiempo del efecto de este cambio de ancho de
banda sea considerado en el tráfico oportunista que transita.
La estación de cola simple no puede permitirse tener cualquier ancho de
banda de la clase A reclamable. La razón es que los paquetes PTQs en tránsito
preceden a los paquetes de clientes locales incluyendo paquetes clase A, así
que si el ancho de banda de clase A se hiciera reclamable, una parte de él sería
tomada por el tráfico oportunista de las estaciones de arriba. Sin embargo,
cuando el tráfico de la clase A del cliente local desea tomar este ancho de banda
anterior, no podría hacerlo de inmediato, puesto que los paquetes de la clase C
del nodo de arriba en PTQ tendrán prioridad más alta para transmitirse. El
ancho de banda no estará disponible hasta que el nodo de arriba retorne a su
régimen original. Esta demora podría introducir “jitter” de manera significativa en
el tráfico clase A del cliente local, afectando las garantías de QoS del nodo o
estación. Sin embargo, los nodos de cola simple pueden tener ancho de banda
de la clase B reclamable, ya que las garantías de QoS de esta clase son más
justas que las de la clase A.
Una MAC RPR ofrece tres clases del servicio principales a sus clientes para
enviar paquetes de datos. Los servicios se distinguen sobre la base de
conveniar el ancho de banda a utilizar, minimizar la latencia y la demora “jitter”.
La figura 2.6 resume las clases del servicio utilizadas por RPR.
34
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
El servicio Clase A: provee la transferencia del tráfico con una garantía de
ancho de banda y una baja demora “jitter”. Aunque el ancho de banda para el
tráfico Clase A es conveniado, algo de este ancho de banda podrá ser utilizado
para las clases inferiores cuando se necesite. Dicho tráfico no es afectado por el
algoritmo de control de justicia (FCU). La MAC rechaza cualquier tráfico de
Clase A que se extienda más allá del rango contratado. Sin embargo,
proporciona al servicio clase A las indicaciones para sus clientes, que puede ser
utilizado para conformar o limpiar el tráfico clase A antes de darlo al MAC.
Figura 2.6 Clases de Servicio y QoS Conveniada.
El servicio Clase B: proporciona a la transferencia del tráfico conforme a
la velocidad de información convenida (CIR) con limitada latencia y “jitter”. Todo
el ancho de banda de la clase B puede ser reclamado por las clases inferiores
si no se está utilizando. A diferencia del tráfico para la clase A, MAC no rechaza
ningún exceso de tráfico para la clase B, sino que lo entrega como tráfico bajo la
categoría del Mejor Esfuerzo.
El servicio de Clase C: proporciona un servicio con la categoría del Mejor-
Esfuerzo sin ancho de banda convenido o rangos de demora “jitter”. Esta clase
de tráfico es oportunista y utiliza cualquier ancho de banda disponible para la
transmisión.
35
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
2.11 Imparcialidad.
Cuando un recurso de la red se comparte entre un grupo de nodos, la
imparcialidad se convierte en característica indispensable para la red, pues
incide directamente en la utilización del anillo.
El ancho de banda del anillo es el recurso compartido más propenso a la
utilización por los nodos en la red. RPR utiliza un mecanismo regulador del flujo
de retroalimentación que logra la imparcialidad entre sus estaciones. Obsérvese,
que dicho mecanismo no se aplica al tráfico para el cual el ancho de banda se
afecta, nunca se puede predecir que tal tráfico (rango no permitido) vaya más
allá del ancho de banda afectado. El mecanismo de la imparcialidad se aplica al
tráfico que es oportunista por naturaleza, clase C y clase B-EIR (Imparcialidad
elegible).
Figura 2.7 Imparcialidad del ancho de banda.
36
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
Cada estación vigila la cantidad de tráfico que agrega y los tránsitos en el
anillo. De acuerdo con la velocidad de la información de adición y de tránsito,
una estación decide si está sufriendo congestión. Si es así, entonces calcula una
velocidad justa basado en las condiciones del tráfico y lo envía a las estaciones
por arriba en el anillo opuesto. Sobre la recepción del mensaje de la
imparcialidad, las estaciones por arriba reducen sus velocidades de acceso. El
efecto de la rampa hacia abajo se considera después de una cierta hora en la
estación. Si la estación continúa todavía congestionada, entonces recalcula y
envía a una velocidad justa menor por arriba. Este proceso continúa hasta que la
estación sale de la congestión. La idea completa es controlar el tráfico en los
nodos donde se origina.
2.12 Prioridad de paquetes.
Se proporciona prioridad de paquetes mediante tres niveles o clases de
servicios. El objetivo de este esquema de transporte es dar a la clase A baja
latencia y bajo “jitter”, a la clase B latencia y jitter predecibles, y a la C un mejor
esfuerzo (Best Effort). No se descartan tramas para solucionar la congestión.
Las tramas de la clase A se pueden dividir en A0 y A1 y las tramas de clase B
se dividen a su vez en B-CIR (commited information rate) y B-EIR (Excess
information rate). Las clases C y B-EIR son denominadas «FE» (fairness
elegible), debido a que este tipo de tráfico es controlado por el algoritmo
«fairness». Para garantizar los servicios de las clases A0, A1 y B-CIR, se asigna
ancho de banda. El ancho de banda asignado a la clase A0 se denomina
«reservado» y solamente puede ser utilizado por la estación que lo tiene
asignado. El ancho de banda preasignado a A1 o B-CIR se denomina
«reclamable». El ancho de banda reservado que no se utiliza se desperdicia,
pero el tráfico reclamable no utilizado puede ser reutilizado por el tráfico FE.
Cuando una estación quiere reservar ancho de banda A0 envía una reserva
mediante broadcast al resto de las estaciones. Una vez recibida la misma
información del resto de estaciones, cada estación hace el cálculo de ancho de
37
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
banda no reservado disponible, que puede ser utilizado por el resto de clases
de tráfico. Cada estación del anillo tiene un formateador de tráfico por cada A0,
A1 y B-CIR, ya preconfigurados, y también uno para FE. Existe otro formateador
para todo el tráfico diferente a A0, llamado «downstream shaper». El
downstream shaper asegura que el ancho de banda utilizado por el tráfico no
reservado no exceda el ancho de banda no reservado. Los otros formateadores
se encargan de limitar la inserción de tráfico del resto de clases de tráfico.
Una cola es suficiente para realizar el «buffering » de tramas en tránsito de
cada estación. Puede estar definida como una cola con prioridades, donde las
tramas con prioridades más altas son desencoladas antes que las de prioridades
más bajas. Opcionalmente se considera la utilización de dos colas, una principal
PTQ (primary transit queue) y otra secundaria STQ (secondary transit queue).
Las tramas de clase A son encoladas en la cola PTQ, mientras que las tramas
de clases B y C son encoladas en STQ. El envío desde la cola PTQ tiene
prioridad sobre STQ y sobre la mayor parte de tipos de inserción de tráfico.
2.13 Resistencia a errores. Operación.
El mapa de topología contiene información sobre la estación local. La
estación escucha los mensajes Broadcast de otras estaciones. Cada estación
envía a las demás su información de topología periódicamente o al detectar un
cambio en la misma.
El protocolo 802.17 MAC protege el tráfico seleccionado contra fallos de
fibra y estación en menos de 50 ms. El mecanismo de protección también
soporta la adición y extracción de estaciones en el anillo. Las estaciones
intercambian mensajes para comunicar el estado de «salud» del anillo y para
comunicar el funcionamiento normal de la estación. Todas las estaciones dentro
de un mismo anillo deben utilizar el mismo mecanismo de protección.
38
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
Características de protección:
• Protección en menos de 50 ms tanto para tráfico unicast como multicast.
• Soporta mecanismo como «Steering» y «Wrapping».
• Soporta adición y extracción dinámica de estaciones en el anillo.
• Cada estación funciona independientemente, sin un nodo Master.
• Escalable a mayor número de estaciones.
2.14 Compatibilidad con otros protocolos.
RPR es un complemento a las tecnologías SDH, ATM Y ETHERNET que
aprovecha lo mejor de todas ellas. Optimiza las redes públicas para transportar
datos e interconecta eficientemente las redes LAN con las redes SDH actuales.
Siendo una tecnología de capa 2 (nivel de enlace), su funcionamiento es
independiente de las capas superiores e inferiores, o sea, es compatible con
cualquier tecnología a nivel físico, por ejemplo SONET o Ethernet PHYs,
aplicando protocolos físicos de transporte como Gigabit-Ethernet, 10-Gb-Eth,
SDH, WDM, DWDM, etc.
En cuanto al tipo de tráfico que puede ser transportado en sus capas
superiores figuran: IP, MPLS y tramas Ethernet. Al transportar estos tipos de
tráfico, es capaz de soportar múltiples servicios y aplicaciones en las capas
superiores, como vídeo, VoIP, IPx, etc. ya que todos los servicios que se ofrecen
a los usuarios finales están basados en IP.
RPR puede ser desplegado en tres escenarios fundamentales (figura 2.8):
1. Directamente sobre fibra óptica oscura, utilizando regeneradores para
aumentar la distancia entre nodos. En este caso la interfaz física puede ser
SONET/SDH o Ethernet.
39
Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
2. En infraestructuras WDM con nodos OADM “trasladadores de longitud de
onda”.
3. En infraestructuras SONET/SDH con nodos ADM “Multiplexor de adición /
sustracción”.
Figura 2.8. Conexión RPR a ADM, OADM (WDM) y FO Oscura.
2.15 Descubrimiento de la topología.
La entidad MAC RPR posee un mecanismo de descubrimiento de topología
sencillo. Los mensajes de topología son enviados desde cada estación a las
demás estaciones en el anillo. Cada estación construye un mapa de topología,
recopilando información sobre la localización, capacidades y estado de los
nodos en el anillo.
Características de la topología:
• Conectividad de la estación y orden.
• Proporciona rápidamente una imagen consistente del anillo.
• Funcionamiento independiente, sin una estación Master.
• Soporta la inserción y extracción dinámica de estaciones.
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Capítulo 2. Estándar 802.17 Resilient Packet Ring.
2.16 Plug - and - play.
El anillo funciona como un medio compartido con cada nodo que forma
parte de la topología actual del mismo y de la capacidad disponible en el anillo.
Cualquier cambio en la topología de la red (debido a interrupción u otra causa)
se puede conocer por el operador de red a través de la base de datos de la
topología que RPR mantiene. Todas las estaciones o nodos se ajustan
rápidamente a cualquier cambio en la distribución del ancho de banda del anillo.
Estas propiedades establecen la característica plug-and-play en las redes,
donde una estación se puede introducir en un anillo sin reajustar o configurar
nuevamente el anillo por completo. La nueva estación se inicializa a sí misma,
después de unirse a un anillo y enviar a todas las estaciones su mensaje de
topología. Una vez detectado el cambio, los otros nodos del anillo envían sus
mensajes de topología para conformar las nuevas tablas de rutas.
2.17 Conclusiones.
En el presente capítulo se evidencia la superioridad del estándar 802.17
sobre las demás tendencias analizadas anteriormente. Este estándar no se
limita a copiar los beneficios de estas tecnologías, sino que incorpora una serie
de funcionalidades adicionales. El algoritmo de justicia permite administrar de
forma equitativa el ancho de banda del anillo, obteniéndose niveles más
adecuados de calidad de servicio.
41
Capítulo 3. Red RPR-Metropolitana para Santa Clara
Capítulo 3. Red RPR – Metropolitana para Santa Clara.
Para el diseño de redes existen metodologías que indican las pautas y
procesos necesarios que deben cumplirse para crear una red. Esto proporciona
en gran medida cierta confianza en lo que se realiza, aunque no es
completamente fiable. Como complemento de estas metodologías existen
herramientas de simulación que nos brindan los posibles resultados. El propósito
de un simulador es plasmar en una herramienta de software alguna realidad,
para de esta manera explotar los resultados obtenidos. En el campo de las
telecomunicaciones existen varios programas de este tipo con el propósito de
diseñar modelos, simular datos y analizar diversos tipos de redes.
3.1 OPNET Modeler.
Desarrollado por el Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) e
introducido al mercado en 1987 como el primer simulador comercial, este se
basa en la teoría de redes de colas e incorpora librerías para facilitar el
modelado de un gran número de topologías de redes. El desarrollo de los
modelos se realiza mediante la conexión de nodos, utilizando diferentes tipos de
enlaces.
Fig. 3.1 OPNET Modeler.
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Capítulo 3. Red RPR-Metropolitana para Santa Clara
OPNET proporciona un entorno virtual que modela el comportamiento de
una red por completo, incluyendo routers, switches, protocolos, servidores y
aplicaciones en red, lo que resulta de gran utilidad para todos los diseñadores,
operadores y personal de mantenimiento de red porque permite diagnosticar
problemas de una forma eficiente, validar cambios en la red antes de
implementarlos y preveer el comportamiento de la red ante futuros escenarios.
Principales ventajas de OPNET Modeler.
• Permite simular casos prácticos y concretos.
• El programa incluye librerías que permiten acceder a un extenso grupo de
protocolos y aplicaciones.
• Las librerías de modelos de red estándar incluyen dispositivos
comerciales y genéricos.
• Maneja topologías de red complejas con subredes anidadas ilimitadas.
• Brinda resultados mediante gráficos estadísticos que muestran el tráfico
existente en la red mediante animaciones, durante y después de la
simulación.
El uso de este simulador ha experimentado un crecimiento ascendente
por sus potentes herramientas para diseñar modelos, simular datos y analizar
distintos escenarios. Opnet Modeler opera sobre C++ y posee la capacidad de
analizar conceptos como el flujo de datos, caída de enlaces y paquetes
perdidos. Estas características lo convierten en una herramienta muy eficiente e
indispensable para el diseño de una extensa gama de redes.
43
Capítulo 3. Red RPR-Metropolitana para Santa Clara
3.2 Modelación de una red RPR Metropolitana para Santa Clara.
Como estrategia tecnológica para la evolución de las redes en la ciudad
de Santa Clara, se propone una red RPR – Metropolitana. El modelo adoptado
para dicho diseño esta conformado por cuatro nodos situados estratégicamente
en centros dotados con la infraestructura requerida, cubriendo prácticamente el
100% de las necesidades en todo el territorio que abarca el término municipal.
Figura. 3.2 Distribución de nodos en el área metropolitana.
Los puntos de coincidencia con el anillo de fibra óptica instalado en la
ciudad permiten reducir en gran medida los costos de implementación, haciendo
de este modelo la decisión idónea para el futuro a corto y medio plazo.
Dada la gran variedad de clientes y sus distintas necesidades es
indispensable utilizar una estructura de anillo de protección compartida que
permita dirigir el tráfico simultáneamente en ambas direcciones, reduciendo al
mínimo la pérdida de servicio en caso de que se dañe o se produzca un fallo en
alguno de los nodos.
IEEE 802.17 (RPR) utiliza un mecanismo de descubrimiento de topología
de red que permite crear y mantener en cada nodo una base de datos o mapa
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Capítulo 3. Red RPR-Metropolitana para Santa Clara
topológico que contiene la información de estado, capacidad y localización de
los demás nodos en el anillo doble de fibra óptica. Cada nodo almacena dos
caminos (primario y secundario) al resto de los demás nodos y en caso de fallo
se conmuta automáticamente en menos de 50 ms. Razones por las cuales este
estándar se convierte en la principal variante para solucionar el caso objeto de
estudio.
Figura 3.3 Modelo de red RPR - Metropolitana.
3.3 Resultados obtenidos.
Este epígrafe se enfoca en el análisis de los resultados obtenidos a partir
de la simulación de un modelo de red metropolitana utilizando la herramienta
OPNET. Este trabajo se basa en el Draft IEEE 802.17/D3.3 y en el modelo de
simulación desarrollado por la Universidad de Carleton. [17]
Entre los conceptos básicos necesarios para estudiar el comportamiento
de una red encontramos: Razón de transferencia, Delay, Traffic recived y
45
Capítulo 3. Red RPR-Metropolitana para Santa Clara
Traffic Sent. El óptimo desempeño de una red depende proporcionalmente del
comportamiento de dichos parámetros. Los cuales se describen a continuación:
Razón de transferencia (Throughtput): Cantidad de datos que pueden ser
transferidos exitosamente a través de un canal en un período de tiempo.
Delay: Retardo entre origen y destino de todos los paquetes en general. Este
retardo se ve afectado por las pérdidas en la red, cuando existe congestión en
una red el retardo tiende a ser infinito.
Traffic received: Número de paquetes recibidos por segundo en todas las
estaciones de destino.
Traffic Sent: Número de paquetes enviados por segundo en todas las
estaciones de origen.
Para el modelo de simulación se consideró una red RPR-MAN de 4 nodos
interconectados mediante enlaces duales de fibra óptica, a su vez cada nodo
cuenta con 2 enlaces de ingreso y 2 enlaces de egreso (inter ring, outer ring)
para transporte de tramas en direcciones opuestas (figura 3.4). Cada uno de los
enlaces que unen a los nodos corresponden al tipo OC-192, por lo que el
modelo soporta velocidades de transmisión de hasta 10 Gigabit por segundo. La
circunferencia total del anillo se consideró de 30 km y la velocidad de
propagación se establece a 2 ms. Todos los nodos se configuraron para trabajar
en modo conservativo bajo el algoritmo de equidad y todos los datos estadísticos
fueron tomados del anillo exterior (outer ring).
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Capítulo 3. Red RPR-Metropolitana para Santa Clara
Figura 3.4 Conformación de los nodos.
Escenario 1
En esta simulación analizamos el comportamiento del rendimiento
(throughput) de una red metropolitana basada en el protocolo Resilient Packet
Ring. El tipo de tráfico utilizado se considera de prioridad baja (Clase C) y es
utilizado normalmente en aplicaciones tipo Web, Mail, FTP, etc. Con un tamaño
de trama de 4 400 bits, cada nodo de la red genera la mayor cantidad de tráfico
posible (aproximadamente un 95% de la taza total del ancho de banda) y es
dirigido en este caso hacia el Nodo1. El propósito de esta simulación es inundar
de tráfico los enlaces dobles de este nodo y analizar el comportamiento del
algoritmo de asignación equitativa de ancho de banda.
En los resultados se aprecia la utilización del 100% del ancho de banda al
inicio del período de la simulación y se observa que inmediatamente la
47
Capítulo 3. Red RPR-Metropolitana para Santa Clara
utilización decrece aproximadamente hasta una taza de 110 Mbps, ancho de
banda requerido por el volumen de tráfico establecido.
Figura 3.5 Rendimiento throughput en el nodo 1.
Todos los nodos de la red metropolitana tienen un comportamiento
similar, por lo que se deduce que el algoritmo de asignación de caudal de ancho
de banda (algoritmo de equidad o fairness) está reservando equitativamente el
ancho de banda a cada uno de los nodos, proporcionando de esta forma calidad
de servicio a la red metropolitana.
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Capítulo 3. Red RPR-Metropolitana para Santa Clara
Figura 3.6 Rendimiento throughput en el nodo 2.
Figura 3.7 Rendimiento throughput en el nodo 3.
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Capítulo 3. Red RPR-Metropolitana para Santa Clara
Figura 3.8 Rendimiento throughput en el nodo 4.
Estas gráficas muestran el proceso de descubrimiento de topología
utilizado para determinar la conectividad del anillo, el cual se inicia al comienzo
de la simulación. Cada nodo envía un mensaje en ambas direcciones (Este y
Oeste físicos), preguntando a los nodos vecinos su ubicación, los que a su vez
añaden su dirección y lo transmiten al próximo nodo. Cuando el mensaje retorna
al nodo de origen utiliza esta información para construir un mapa topológico que
le permite determinar el camino idóneo, por esta razón se aprecia en las gráficas
un ligero incremento en el tiempo de estabilización a medida que nos alejamos
del nodo principal.
Escenario 2
El objetivo de esta simulación es identificar el comportamiento de tráfico
recibido y tráfico reenviado, generando tráfico background tipo streaming
50
Capítulo 3. Red RPR-Metropolitana para Santa Clara
multimedia e interative voice por todos los nodos de la red, en modo
conservativo bajo el algoritmo de equidad.
A continuación sólo se analiza el Nodo 1 como caso práctico, dado que
los demás nodos poseen un comportamiento similar a este. La siguiente gráfica
(figura 3.9) muestra la carga de tráfico del nodo en cuestión. La misma presenta
tazas medias de 300, 000, 000 bits/s que corresponden al tipo de tráfico
streaming multimedia e interative voice asignado con anterioridad.
Figura 3.9 Carga de tráfico.
Al comparar estas tazas con los valores del tráfico de reenvío del nodo se
aprecian valores promedios de taza cercanos a los 310, 000, 000 bits/s (figura
3.10). Esto demuestra que el nodo es capaz de reenviar tráfico dentro de sus
parámetros establecidos con un rendimiento adecuado.
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Capítulo 3. Red RPR-Metropolitana para Santa Clara
Figura 3.10 Carga de tráfico reenviado.
Para estudiar el retardo (Delay) es necesario apreciar la red de manera
global. El registro del retardo (figura 3.11) muestra que en el instante que inicia
la simulación hay un incremento brusco del retardo, debido a la inicialización de
los eventos en los router. Inmediatamente después del instante de tiempo 0.2s
se aprecia una estabilización del retardo en valores promedio próximos a los
0.5µs.
Los datos analizados anteriormente demuestran que el modelo de red
RPR – Metropolitana propuesto cuenta con una asignación de recursos (ancho
de banda) equitativa y que además posee un tiempo promedio de retardo
mínimo, mostrando el desempeño eficiente de dicho modelo.
52
Capítulo 3. Red RPR-Metropolitana para Santa Clara
Figura 3.11 Retardo
3.4 Alternativas de aplicación.
Las redes de telecomunicaciones en Cuba están actualmente inmersas
en un plan de perfeccionamiento y renovación que tiene en cuenta el desarrollo
de las nuevas tecnologías mundiales. Todo este trabajo de análisis y
planeamiento se hace en base a escoger las mejores arquitecturas que permitan
satisfacer las necesidades de nuevos servicios requeridos por la economía y la
sociedad cubana. En nuestro país existe una estructura nacional de transporte de datos
ampliamente desarrollada, lo cual hace necesario evolucionar el concepto de
redes metropolitanas actual para llevar los servicios de banda ancha a los
usuarios finales.
53
Capítulo 3. Red RPR-Metropolitana para Santa Clara
Como parte de la programación de estos planes, es posible combinar la
tecnología de red SDH existente con los nuevos estándares propuestos en este
trabajo, elevando así sus posibilidades para ofrecer prestaciones superiores y
buscando la vía más económica para un mejoramiento sustancial de las
telecomunicaciones en la región metropolitana.
Figura 3.12 RPR sobre SDH.
Con el objetivo de utilizar las facilidades instaladas en la red existente de
la ciudad de Santa Clara se propone, para el backbone de la red, implementar
RPR sobre SDH utilizando la disponibilidad del anillo de fibra que interconecta
las URAS de la ciudad para migrar de forma paulatina hacia una infraestructura
de redes de telecomunicaciones moderna.
3.5 Conclusiones. Finalmente se demostró mediante los resultados obtenidos en las
simulaciones efectuadas que este modelo de red RPR-Metropolitana se
desempeña de manera eficiente. Por tanto la utilización del estándar IEEE
802.17 es una estrategia factible para el establecimiento de calidad de los
servicios en sistemas de transporte de altas prestaciones.
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Conclusiones
A partir de la realización de las tareas técnicas y el cumplimiento de los
objetivos específicos de la presente investigación concluimos que:
• La tecnología E-MAN como medio físico es la opción más
económica y eficiente en el desarrollo de las redes para dar
respuesta a la creciente demanda de ancho de banda y mejorar
los parámetros de calidad de servicio (QoS).
• La superioridad del estándar 802.17 (RPR) sobre las demás
tendencias actuales lo convierte en la estrategia más factible para
el establecimiento de calidad de los servicios (QoS) en sistemas de
transporte de altas prestaciones en redes RPR - Metropolitanas.
• Mediante el uso del software especializado OPNET Modeler se
aprecia que el modelo de red RPR – Metropolitana propuesto se
desempeña de manera eficiente. Este cuenta con enlaces OC-192
soportando velocidades de transmisión de (9,953,280,000 Bps) y
reserva equitativamente el ancho de banda a cada nodo en
intervalos de tiempo menores a 0.2s. Además posee valores
promedios de retardo inferiores a 0.5µs proporcionando
rendimientos (throughput) excelentes y de esta forma calidad de
servicio a la red metropolitana.
55
Referencias bibliográficas Referencias bibliográficas
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Glosario
58
ADM ASON ATM BER CIR EIR E-MAN ETECSA: FCU FDDI FE FO FR GMII IP LAN MAC MAN
Glosario
Multiplexor de adición y sustracción de flujos SONET/SDH (Add Drop Multiplexer) Red óptica de conmutación automática (Automatically Switched Optical Network) Modo de transferencia asincrónico (Asynchronous Transfer Mode) Tasa de bits errados (Bit Error Rate) Velocidad de información convenida (Commited information rate) Velocidad de información en exceso (Excess information rate) Red MAN Ethernet ETECSA Empresa de Telecomunicaciones de Cuba S.A. Unidad de control de justicia de RPR (Fairness Control Unit) Interfaz de datos distribuida por fibra (Fiber Distributed Data Interface) Imparcialidad elegible (Fairness Elegible) Fibra óptica (Fiber Optical) Frame Relay Interfaz independiente del medio de 1 GbE (Gigabit Media Independent Interface) Protocolo de Internet (Internet Protocol) Red de área local (Local Area network) Control de acceso al medio (Medium Access Control) Red de área metropolitana (Metropolitan Area Network)
Glosario
MPLS OADM OAM OM3 Opex PTQ SLA SMDS SONET STQ TDM VLAN VoIP VPLS WAN WDM
Multiprotocolo de conmutación de etiquetas (Multiprotocol Label Switching) Multiplexor óptico de adición y sustracción de flujos SONET/SDH (Optical Add Drop Multiplexer) Operación, Administración y Mantenimiento (Operation, Administration and Maintenance) Fibras ópticas multimodo mejoradas Costes de operación de la red (Operation Expensive) Cola de tránsito primario (Primary Transit Queue) Acuerdos de nivel de servicio (Service Level Agreement) Servicio de datos multimegabit conmutados (Switched Multimegabit Data Service) Red óptica sincrónica (Synchronous Optical Network) Cola de tránsito secundario (Secondary Transit Queue) Multiplex por division de tiempo (Time Division Multiplexing) LAN virtual Voz sobre IP (Voice over IP) Servicio de red de área local privada virtual (Virtual Private LAN Service) Red de área amplia (Wide Area Network) Multiplexación por división de longitud de ondas (Wavelength Division Multiplexing)
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