trabajo de diploma c - dspace.uclv.edu.cu

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


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


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.


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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.


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


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


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.

22


• 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


• 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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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.

40


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.

42


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


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

44


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


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).

46


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


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.

48




49



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


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.

51


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


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


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.

54

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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ALCATEL, Edición Tercer Trimestre -2006, pp. 189.

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2007.

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56

Referencias bibliográficas

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Revision 2004-03-17, Carleton University.

57

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)

59

trabajo de diploma c - dspace.uclv.edu.cu

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