DISEÑO E IMPLEMETACION DE UNA SOLUCION DE INTERCONECTIVIDAD

Transcripción

1 DISEÑO E IMPLEMETACION DE UNA SOLUCION DE INTERCONECTIVIDAD 7 de abril de 2010

2 1 SEMINARIO DE INVESTIGACIÓN PROFESOR: HERMES ESLAVA AUTOR: BENJAMÍN RAMÍREZ COD: de Abril de 2010

3 Índice general 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO RDSI Red digital de servicios integrados La ISDN de interfaz de acceso basico (BRI, Basic Rate Interface) ACCESO BASICO (2B + D) La ISDN de interfaz de acceso principal (PRI, Primary Rate Interface) SERVICIOS ISDN PROTOCOLOS ADSL Red Que utiliza una última milla de cable coaxial Híbridas Fibra Óptica-Coaxial (HFC) La cabecera (HEAD END) La red troncal La red de distribución La acometida (DROPS) Tecnologías para la telefonía por cable Servicios que podrían ofrecer las redes HFC en un futuro próximo Frame Relay Frame Relay: Una tecnología WAN ecaz y exible WAN Frame Relay Funcionamiento de Frame Relay El proceso de encapsulación Frame Relay MPLS (MultiProtocol Label Switching) ENRUTAMIENTO MPLS RUTA DE PAQUETE MPLS ETIQUETA MPLS ATM (Asynchronous Transfer Mode) FORMATO TRAMA ATM JERARQUIA ATM VPN(VIRTUAL PRIVATE NETWORK)

4 Capítulo 1 TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO ÚLTIMA MILLA La ultima milla es la conexión entre el usuario nal y la estación local/central/hub esta puede ser alámbrica o inalámbrica, se conecta individualmente a los usuarios con la red de conmutación, es una red que puede se más sencilla en cuanto a que necesita menor capacidad de ancho de banda por nodo. En esta parte de la red son frecuentes las etapas de concentración empleando multiplexores o concentradores, con el objeto de ahorrar medios de transmisión, lo que requiere de una perfecta sincronización dentro de la red mediante el empleo de protocolos de señalización adecuados.5 De manera muy general, se pueden considerar cuatro modalidades de acceso en función del medio de conexión: - Las redes de acceso vía cobre, entre las que se destacan las tecnologías xdsl; - Las redes de acceso vía radio, tales como celular, WLL, LMDS, MMDS, WLAN y satélite; - Las redes híbridas bra coaxial HFC; - Las redes de acceso vía bra óptica, como las redes PON y las redes WDM RDSI Red digital de servicios integrados La red digital de servicios integrados (ISDN, Integrated Services Digital Network) es una tecnologia de conmutacion de circuitos que permite al bucle local de una PSTN transportar senales digitales, lo que da como resultado una mayor capacidad de conexiones conmutadas. La ISDN cambia las conexiones internas 1 Estudio de Acceso Última Milla, (sf) [En Línea], p 7, Disponible: 3

5 CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO 4 de la PSTN de senales portadoras analogicas a senales digitales de multiplexacion por division temporal (TDM). La TDM permite que dos o mas senales o corrientes de bits se transeran como canales secundarios de un canal de comunicacion. Las senales parecen transferirse de manera simultanea, pero sicamente se turnan para utilizar el canal. Un bloque de datos del canal secundario 1 se transmite durante la ranura de tiempo 1, los del canal secundario 2 durante la ranura de tiempo 2, y asi sucesivamente. Una trama de TDM esta compuesta por una ranura de tiempo por canal secundario. En el Capitulo 2, PPP, se describe la TDM con mayor detalle La ISDN convierte el bucle local en una conexion digital TDM. Este cambio permite que el bucle local lleve senales digitales, lo que da como resultado conexiones conmutadas de mayor capacidad. La conexion utiliza canales de portadora de 64 kbps (B) para transportar voz o datos y una senal, canal delta (D) para la conguracion de llamadas y otros propositos. Para las WAN pequenas, la ISDN BRI puede ofrecer un mecanismo de conexion ideal. BRI posee un tiempo de establecimiento de llamada que es menor a un segundo y el canal B de 64 kbps ofrece mayor capacidad que un enlace de modem analogico. Si se requiere una mayor capacidad, se puede activar un segundo canal B para brindar un total de 128 kbps. Aunque no es adecuado para el video, esto permite la transmisión de varias conversaciones de voz simultáneas, además del tráco de datos. Otra aplicación común de ISDN es la de ofrecer capacidad adicional según la necesidad en una conexión de línea arrendada. La línea arrendada tiene el tamaño para transportar el tráco usual mientras que ISDN se agrega durante los periodos de demanda pico. La ISDN también se utiliza como respaldo si la línea arrendada falla. Las tarifas de ISDN se calculan según cada canal B y son similares a las de las conexiones analógicas. Con la ISDN PRI se pueden conectar varios canales B entre dos extremos. Esto permite que se realicen videoconferencias y conexiones de datos de banda ancha sin latencia ni uctuación de fase. Sin embargo, el uso de conexiones múltiples puede resultar muy costoso para cubrir grandes distancias. 2 2 Cisco, (sf). Acceso a la Wan, CCNA Exploration 4.0, Cisco Networking Academy, [En línea]. Disponible: p 29,30

6 CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO 5 El enlace entre la red del usuario y la central puede estar compuesto por una combinación de tres tipos de canales: 1. Canal tipo B: 64 Kbit/s. 2. Canal tipo D: 16 o 64 Kbit/s. 3. Canal tipo H: Ho (384 Kbit/s), H11 (1536 Kbit/s, sólo en USA, Canadá y Japón) y H12 (1920 Kbit/s, en Europa). CANAL B Se utiliza para transportar información (tráco de abonado) ya sean señales de tiempo real (voz, vídeo, etc..), datos o mezclas de ambas. También puede soportar señales que requieran una ancho de banda menor a 64 Kbit/s, multiplexadas según normativa. La selección del ancho de banda de 64 Kbit/s se ha hecho por compatibilidad con la RDl, Es la unidad mínima de conmutación, es decir, que en el caso que soporte señales multiplexadas, todas son encaminadas al mismo destino. Sobre el canal B se pueden realizar tres tipos de comunicaciones: 1. Vía Conmutación de Circuitos. En este caso se establece una conexión punto a punto, al igual que sucede con la RTB. Es decir, el usuario dispone de un canal dedicado de capacidad 64 Kbit/s entre el terminal origen y el destino mientras dure la conexión. El establecimiento, control y liberación de la conexión se realiza a través de señalización propia de la RDSI por canal D. 2. Vía Conmutación de Paquetes. En este caso el usuario es conectado a un nodo X.25 y a partir de este momento puede solicitar el establecimiento de un circuito virtual con el usuario destino. 3. Semipermanente. Es equivalente a disponer de una línea alquilada entre dos puntos geográ- camente distantes. En este caso, la RDSI reserva una parte de su capacidad de transmisión durante un período de tiempo que puede ir desde días hasta años. La cantidad de recursos reservados son función del acuerdo rmado entre el usuario y el operador.

7 CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO 6 CANAL H. Ha sido pensado para soportar servicios que requieran una capacidad superior a 64 Kbits. Se han denido dos tipos de canales H: H0 de una capacidad de 6x64=384 Kbits (6B) H11 de una capacidad de 23x64=1536 Kbit/s (30B) H12 de una capacidad de 30x64=1920 Kbit/s (30B). Al igual que sucedía con el canal B, el canal H forma una unidad de conmutación. El usuario puede dedicarlo a un servicio o bien puede multiplexar servicios de menor capacidad sobre él. El establecimiento, control y liberación de una comunicación a través de este canal se realiza mediante el canal de señalización D. CANAL D Tiene una utilidad doble: l. Transportar señalización asociada a los canales B o H entre el terminal de usuario y la central. 2. Puede utilizarse además, para comunicaciones vía conmutación de paquetes de baja tasa binaria. Existen dos tipos de interfaces ISDN: La ISDN de interfaz de acceso basico (BRI, Basic Rate Interface) ACCESO BASICO (2B + D) Está compuesto por dos canales tipo B que soportan la transferencia de señales de usuario, lo que se denomina tráco de usuario, y un canal tipo D para soportar la transferencia de los mensajes de señalización, lo que se denomina tráco de señalización. Se le conoce comúnmente como 2B+D. Por supuesto, tanto los canales de B como el D son full duplex, es decir, permiten una comunicación bidireccional simultánea entre los usuarios implicados en la conexión. ˆLa tasa binaria agregada es de 192 Kbit/s, de los cuales 144 Kbit/s soportan los canales 2B+D (2 x 64 Kbit/s + 16 Kbit/s) y el resto es información de control decapa sica (por ejemplo sincronización). Este tipo de acceso a la RDSI está pensado para zonas residenciales o pequeñas empresas y puede ser soportado por el bucle de abonado convencional. Algunos proveedores permiten que los canales D transmitan datos a una velocidad de transmision baja como las conexiones X.25 a 9.6 kbps La ISDN de interfaz de acceso principal (PRI, Primary Rate Interface) Tambien esta disponible para instalaciones mas grandes. La PRI ofrece 23 canales B de 64 kbps y un canal D de 64 kbps en America del Norte, lo que

8 CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO 7 da un total de velocidad de transmision de hasta Mbps. Esto incluye una carga adicional de sincronizacion. En Europa, Australia y otras partes del mundo, PRI ISDN ofrece 30 canales B y un canal D para un total de velocidad de transmision de hasta Mbps, incluida la carga de sincronizacion. En America del Norte, PRI corresponde a una conexion T1. La velocidad de PRI internacional corresponde a una conexion E1 o J1. En este caso la capacidad de transporte ofrecida es: Mbit/s en USA, Canadá y Japón (23B+D) Mbit/s en Europa (30B+D). El canal D en este tipo de acceso es de 64 Kbit/s.. ˆ En Europa, el primer nivel de la JDP corresponde al estándar de transmisión denominado El o MIC (Modulación por Impulsos Codicados o PCM) La capacidad de transmisión antes mencionada puede repartirse como canales B independientes o también de otras formas. Por ejemplo, haciendo uso de canales tipo H, son posibles las siguientes combinaciones: 5xHo+D H12 +D Los usuarios que requieran mayor ancho de banda en el acceso, deben utilizar N enlaces 30B+D. En este caso, es posible utilizar un único canal de señalización D para la gestión de los N enlaces SERVICIOS ISDN Los servicios ISDN son las distintas prestaciones que puede ofrecer el sistema, son las capacidades ofrecidas al cliente, las cuales se denen mediante protocolos y funciones normalizadas, estos se encuentran clasicados en tres grupos: Servicios Bearer: Circuit mode bearer: 64 Kbps restringido (voz), y no restringido (384,1.536, y Kbps). Packet mode bearer: Llamadas virtuales permanentes y conmutadas. No orientados a la conexión (Reservados para uso futuro). Señalización del usuario. Frame mode bearer: Este es quien da origen al Frame Relay.

9 CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO 8 Teleservicios: Son los que ve el usuario, son útiles a nivel usuario y se clasican en: Telefonía (G.711 y722). Teletex (F.200). Fax grupo 4 (F.184). Videotex (F.300). Telex (F.59). Videotelefonía (H.261). Videoconferencia. Audio a 7 KHz. Servicios Suplementarios: Son servicios agregados a los básicos, que permiten ser entregados al usuario apoyados en la señalización por canal común. -Identicación de llamada entrante. -Identicación de discado. -Subdireccionamiento (Ubicación dentro del bus pasivo). -Selección directa de extensiones. -Transferencia de llamada dentro del bus pasivo. -Retención y recuperación de llamadas. -Llamada en espera. -Código abreviado. -Número de usuario múltiple. -Grupos cerrados de usuarios. 3 ACCESO A SERVICIOS RDSI El acceso a los servicios de red se consigue a través del canal de señalización D mientras q los datos son transportados a través de los canales B. El acceso al canal D se resuelve mediante un protocolo de contención, mientras que los canales B son asignados por la red a los terminales que han ganado su acceso al canal D y luego han logrado conectarse con otro usuario PROTOCOLOS Modelo de capas de RDSI 3 CORLETTI, ALEJANDRO CESAR. ISDN. [En Línea] Disponible: %20(AlejandroCorletti).pdf, o articulos/rdsi %2520(AlejandroCorletti).pdf +ISDN+es+una+tecnolog %C3 %ADa+de+acceso+en+el+rango+de+las+ telecomuncaciones&hl=es&gl=co&sig=ahietbsruvlykqnoukdmr7tnbjfpqr0ocg p1,2

10 CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO 9 CANALES B Protocolos Definibles Libremente MODELO OSI Aplicación Presentación Sesión Por Transporte CANAL D Los Red Q.931 o X.25 Usuarios Enlace Q.921 (LAPD) I.430 BRI I.431 PRI Físico I.430 BRI I.431 PRI ISDN no dene los canales B, sino la interfaz física, LAP - B y las tres entidades S P y T. Entidades: Entidad S: Señalización. Entidad P: Paquetes. Entidad T: Telemetría. PROTOCOLOS CANAL D Nivel 1: Basado en la recomendación I430, describe la conexión física entre el Equipo Terminal (TE) y el Terminal de Red 2 (NT2). Dene las características eléctricas, el tipo de conector, codicación de línea y fráming. La conexión física es síncrona, serie y full-duplex. Los canales B y D son multiplexados en el tiempo sobre la misma línea física en un mismo frame, desde el NT1 en casa del abonado y la central telefónica. Se utiliza el canal de ECO para resolver las colisiones dentro del Bus pasivo por medio de la técnica CSMA / CR (Acceso Múltiple con Escucha de portadora y Resolución de Colisiones), esta técnica permite que a través del canal D, se devuelva parte de la información recibida como ECO, si más de dos TE intentan transmitir a la vez, los bit de ECO responderán a las solicitudes de transmisión de los TE imponiendo un orden de transmisión al cual quien quede autorizado continuará transmitiendo, y quien no deberá dejar de hacerlo. Esta es una diferencia substancial al tiempo aleatorio que impone el algoritmo exponencial binario de Ethernet, pues aquí no es aleatorio, sino que el NT resuelve la colisión gracias al empleo de un canal de señalización que Ethernet no posee.

11 CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO 10 Nivel 2: Basado en la recomendación Q.921, describe los procedimientos que aseguran la comunicación libre de errores sobre el enlace físico y dene la conexión lógica entre el usuario y la red. El protocolo también proporciona las reglas para la conexión de múltiples terminales sobre una misma línea física multipunto -. El protocolo de nivel 2 es el LAPD, una extensión del LAPB del X.25, que mejora la capacidad de direccionamiento. Este nivel queda especicado por el protocolo LAP - D de la familia HDLC, y se encuentra normalizado por ITU T Q.920/1 y I.440/1, el cual es similar al LAP -B de X.25 pero con las siguientes diferencias: LAP -B entiende en la conexión punto a punto entre el ETCD y el DTE. LAP - D entiende en una conexión multipunto hasta 8 aparatos ISDN sobre el bus pasivo. Tienen diferente temporización y dieren en el campo de dirección (LAP - D son 2 octetos y LAP - B uno sólo). LAP -D implementa la trama de información no numerada UI del campo de control. Sólo posee el módulo 128 (SABME), LAP - B implementa también el módulo 8 (SABM). Nivel 3: Basado en la recomendación Q931, dene la interfaz y los mensajes de señalización entre el usuario y la red. El protocolo implementado a este nivel determina las rutas tomadas a través de la red para conectar a los usuarios entre sí, tal y como se muestra en la gura. También puede utilizarse el protocolo X.25 como nivel 3, aunque no está implementado en todas las redes. PROTOCOLOS CANAL B Nivel 1: Tiene exactamente la misma especicación que el canal D ya que comparten la misma línea física donde ambos canales son multiplexados. Niveles 2-7: No está denido ninguno de estos niveles lo que permite al usuario utilizar los protocolos que preera ADSL La tecnología ADSL, "Asymmetric Digital Suscriber Line" o Línea de Abonado Digital Asimétrica es una tecnología que, basada en el par de cobre de su línea telefónica tradicional y normal, la convierte en una línea de alta velocidad. Emplea los espectros de frecuencia que no son utilizados para el transporte de voz, y que por lo tanto, hasta ahora, no se utilizaban. Abriendo de esta forma un canal adicional de datos, que permite el transporte a alta velocidad

12 CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO 11 de información sin perder las características para la comunicación telefónica tradicional. A través del servicio de ADSL se podrán desarrollar aplicaciones desde, la navegación por Internet a alta velocidad, video por demanda, transferencia de archivos, transmisión de datos, telefonía en Internet, comercio electrónico, entretenimiento y muchas mas aplicaciones que se fundamentan en acceso de banda ancha. El término DSL (Digital Subscriber Line), acuñado por Bellcore en el año 1989 designa un módem o un modo de transmisión, no una línea ya que éstas existen (el bucle de abonado, constituido por un par de cobre) y se convierten en digitales al aplicarles el par de módems. DSL se emplea sobre todo para proporcionar el acceso básico a la RDSI y transformar el bucle de abonado en un circuito con dos líneas. ADSL se encuadra dentro de un conjunto de tecnologías denominadas xdsl para la transmisión a través de las líneas de cobre actuales, que permite un ujo de información asimétrico y alta velocidad sobre el bucle de abonado. Las demás tecnologías dentro de la familia xdsl son: Conexiones Asimétricas ADSL: una nueva tecnología para módems, convierte el par de cobre que va desde la central telefónica hasta el usuario en un medio para la transmisión de aplicaciones multimedia, transformando una red creada para transmitir voz en otra útil para cualquier tipo de información, sin necesidad de tener que reemplazar los cables existentes, lo que supone un benecio considerable para los operadores, propietarios de los mismos. RADSL: una variante de ADSL que automáticamente ajusta la velocidad en función de la calidad de la señal. Muchos operadores funcionan con esta tecnología. VDSL/VHDSL: también llamada al principio VADSL y BDSL, permite velocidades más altas que ninguna otra técnica pero sobre distancias muy cortas, estando todavía en fase de denición. Alcanza una velocidad descendente de 52 Mbit/s sobre distancias de 300 metros, y de sólo 13 Mbit/s si se alarga hasta los metros, siendo en ascendente de 1,5 y 2,3 Mbit/s respectivamente. En cierta medida VDSL es más simple que ADSL ya que las limitaciones impuestas a la transmisión se reducen mucho dadas las pequeñas distancias sobre la que se ha de transportar la señal; además, admite terminaciones pasivas de red y permite conectar más de un módem a la misma línea en casa del abonado. VDSL está pensada para el último tramo de hilo de cobre que llega hasta el abonado, siendo una alternativa válida para el despliegue de las redes híbridas bra-coaxial (HFC), en donde desde la central hasta el vecindario se utiliza bra óptica y desde la Unidad Óptica de Red (ONU) se lleva la señal hasta cada usuario utilizando el par de cobre ya tendido por el edicio. Mediante división en frecuencia se separan los canales ascendente y descendente de la banda usada para los propios telefónicos (RTB y RDSI), por lo que, al igual que sucede con ADSL, se puede superponer este servicio al actual telefónico.

13 CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO 12 Conexiones Simétricas HDSL: es simplemente una técnica mejorada para transmitir tramas T1 o E1 sobre líneas de pares de cobre trenzados (T1 requiere dos y E1 tres), mediante el empleo de técnicas avanzadas de modulación, sobre distancias de hasta 4 kilómetros, sin necesidad de emplear repetidores y aprovechando el bucle de abonado. Alcanza velocidades de 1,5 Mb/s o 2 Mb/s en función de las tramas utilizadas. HDSL2: igual que la tecnología HDSL, solo que permite alcanzar distancias mayores. SDSL: es la versión de HDSL para transmisión sobre un único par, que soporta simultáneamente la transmisión de tramas T1 y E1 y el servicio básico telefónico, por lo que resulta muy interesante para el mercado residencial. Alcanza velocidades máximas de 1,5Mb/s. IDSL: es una versión mejorada del servicio ISDN (RDSI) que permite alcanzar velocidades de 144kbps a 6-7Km. Resumen de Conexiones Conexiones Asimétricas Tipo Velocidad de subida Velocidad de bajada Distancia máxima máxima máxima ADSL 1 Mbps 8 Mbps 5 Km RADSL 1 Mbps 7 Mbps 7 Km VDSL 1,6 Mbps 13 Mbps 1,5 Km 3,2 Mbps 26 Mbps 0,9 Km 6,4 Mbps 52 Mbps 0,3 Km Conexiones Simétricas Tipo Velocidad de bajada/subida máxima Distancia máxima HDSL 2 Mbps 3,5 Km HDSL2 2 Mbps 5,4 Km SDSL 1,5 Mbps 2,7 Km 160 Kbps 6,9 Km IDSL 144 Kbps 8 Km 4 4 Estudio de Acceso Última Milla, (sf) [En Línea], p 9, Disponible:

14 CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO 13 Arquitectura ADSL Dentro de la arquitectura ADSL se encuentran 3 elementos principales que hacen posible esta tecnología: un Modem ADSL, un Filtro y el DSLAM (Digital Suscriber Line Access Multiplexer). El servicio de voz y datos viajan dentro del par de cobre en frecuencias independientes (lo cual hace posible utilizar simultáneamente ámbos), el ltro tiene la función de separar las frecuencias de la línea para entregar la voz al aparato telefónico y los datos al modem ADSL. El modem (modulador / demodulador) ADSL toma los datos y los entrega a la computadora o red LAN del cliente.dentro de la central Telmex un equipo denominado DSLAM separa las frecuencias entregando el servicio de voz a la red telefónica tradicional y los datos a la velocidad contratada a la red de datos o Internet directamente. Al ser la tecnología ADSL una tecnología sobre líneas de cobre, no aplica para casos de clientes servidos con accesos de bra óptica Red Que utiliza una última milla de cable coaxial Híbridas Fibra Óptica-Coaxial (HFC). Antes de mostrar como esta red puede integrar esta gran cantidad de servicios y en especial el de telefonía es necesario comprender como se encuentra diseñada esta y sus distintos componentes. Una red HFC es una red de cable que combina en su estructura el uso de la bra óptica y el cable coaxial. Este tipo de redes representa la evolución natural de las redes clásicas de televisión por cable (CATV). Una red de CATV está compuesta básicamente por una cabecera de red, la red troncal, la red de distribución, y el último tramo de acometida al hogar del abonado La cabecera (HEAD END) Es el órgano central desde donde se gobierna todo el sistema. Suele disponer de una serie de antenas que reciben los canales de TV y radio de diferentes sistemas de distribución (satélite, microondas, etc.), así como de enlaces con otras cabeceras o estudios de televisión y con redes de otro tipo que aporten información susceptible de ser distribuida a los abonados a través del sistema de cable. Las redes de CATV originalmente fueron diseñadas para la distribución unidireccional de señales de TV, por lo que la cabecera era simplemente un centro que recogía las señales de TV y las adaptaba a su transmisión por el medio cable. Actualmente, las cabeceras han aumentado considerablemente en complejidad para satisfacer las nuevas demandas de servicios interactivos y de datos a alta velocidad. 5 Adminttd para ADSLZone, (sf), Manual sobre ADSL y xdsl. Tipos de conexiones y diferencias, [En Línea] Disponible:

15 CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO La red troncal Es la encargada de repartir la señal compuesta generada por la cabecera a todas las zonas de distribución que abarca la red de cable. El primer paso en la evolución de las redes clásicas todo-coaxial de CATV hacia las redes de telecomunicaciones por cable HFC consistió en sustituir las largas cascadas de amplicadores y el cable coaxial de la red troncal por enlaces punto a punto de bra óptica. Posteriormente, la penetración de la bra en la red de cable ha ido en aumento, y la red troncal se ha convertido, por ejemplo, en una estructura con anillos redundantes que unen nodos ópticos entre sí. En estos nodos ópticos es donde las señales descendentes (de la cabecera a usuario) pasan de óptico a eléctrico para continuar su camino hacia el hogar del abonado a través de la red de distribución de coaxial. En los sistemas bidireccionales, los nodos ópticos también se encargan de recibir las señales del canal de retorno o ascendentes (del abonado a la cabecera) para convertirlas en señales ópticas y transmitirlas a la cabecera La red de distribución Está compuesta por una estructura tipo bus de coaxial que lleva las señales descendentes hasta la última derivación antes del hogar del abonado. En el caso de la red HFC normalmente la red de distribución contiene un máximo de 2 ó 3 amplicadores de banda ancha y abarca grupos de unas 500 viviendas. En otros casos la bra óptica de la red troncal llega hasta el pie de un edicio, de allí sube por la fachada del mismo para alimentar un nodo óptico que se instala en la azotea, y de éste parte el coaxial hacia el grupo de edicios a los que alimenta (para servicios de datos y telefonía suelen utilizarse cables de pares trenzados para llegar directamente hasta el abonado, desde el nodo óptico) La acometida (DROPS) Esta es la que llega a los hogares de los abonados y es sencillamente el último tramo antes de la base de conexión, en el caso de los edicios es la instalación interna. En la siguiente gura se puede apreciar fácilmente los distintos componentes de una red de CATV: En la primera parte se puede observar la cabecera, saliendo de la cabecera hasta el nodo óptico se encuentra la red troncal, luego de este hasta cada

16 CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO 15 derivador se encuentra la red de distribución y nalmente de cada derivador respectivo a cada unidad de abonado se encuentra la acometida Tecnologías para la telefonía por cable. Dentro de estas redes existen distintos tipos de tecnologías para lograr la conexión telefónica del abonado y con esto lograr diferentes tipos de integración con la red. Las distintas opciones tecnológicas se plantean a continuación. OVERLAY La primera opción tecnológica existente para ofrecer telefonía por cable consiste en superponer una red de acceso telefónico a la red de distribución de televisión por cable. Esta arquitectura, conocida habitualmente como overlay, combina dos tecnologías diferentes sobre las que se tiene una gran experiencia por separado, por lo que su construcción resulta relativamente sencilla. Y aunque no se alcanza con ella un nivel alto de integración de la red, tiene la capacidad de poder ser diseñada de tal manera que sea de rápido despliegue, económica, exible, able, y que tenga en cuenta una posible evolución futura hacia arquitecturas más avanzadas y con un mayor nivel de integración. La arquitectura overlay lleva un canal de 64 Kbps hasta cada uno de los hogares pasados por la red, a través de un cable de pares, directamente desde el nodo óptico. En el nodo, las señales a 64 Kbps se multiplexan para formar canales agregados a 2 Mbps, y éstos a su vez forman canales de niveles jerárquicos superiores (8, 34 y 140 Mbps), hasta llegar a la cabecera. En la cabecera, un conmutador local hace de interfaz entre la red overlay y la red telefónica conmutada (RTC). En este tipo de arquitectura, por tanto, el operador pone a disposición de cada abonado un canal telefónico dedicado, y toda la concentración del tráco se realiza en la cabecera. RF TO THE KERB y RF TO THE HOME La segunda opción tecnológica consiste en aprovechar la infraestructura de la red HFC de CATV para transportar las señales telefónicas en el espectro de RF de la misma. Se reservan para el tráco telefónico ciertos canales del espectro descendente ( MHz.) y del de retorno (5-55 MHz.). No se dedica a cada abonado un canal de 64 Kbps, sino que todos los abonados de una misma zona de distribución (la servida por un nodo óptico, por ejemplo) comparten una serie de ranuras temporales de 64 Kbps a las que acceden según un esquema TDMA (Acceso Múltiple por División Temporal). La propia red HFC realiza, por consiguiente, una concentración de tráco telefónico previa a la que tiene lugar en el conmutador local de la cabecera, y en un grado que dependerá de la calidad de servicio que se quiera ofrecer y del dimensionado del sistema de acceso telefónico. Esta concentración del tráco permite simplicar los equipos digitales de cabecera, ahorrar ancho de banda en la red HFC (muy importante en el canal de retorno), y exibilizar el sistema frente a problemas de ruido e interferencias puesto que la asignación de canales de RF a los abonados se realiza de manera dinámica.

17 CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO 16 Dentro de la segunda opción tecnológica descrita existen dos variantes: RF to the Kerb, y RF to the Home (RF hasta la acera y RF hasta el hogar, respectivamente). La primera variante consiste en llevar las señales telefónicas en su formato de RF hasta un nodo telefónico en el que se convierten a su formato digital en banda base (señales telefónicas de 64Kbps). De este nodo parten pares trenzados hasta cada uno de los hogares. En la segunda variante, RF to the Home, la red de distribución de coaxial de la red HFC lleva hasta los hogares todas las señales provenientes de la cabecera, tanto las de TV y otros servicios, como las señales de telefonía. Es, por tanto, en el hogar del abonado donde se realiza la conversión de RF a señal digital de 64 Kbps en banda base. La diferencia fundamental entre ambas variantes es el punto donde se pasa de RF a 64 Kbps. En el primer caso, un solo equipo localizado en un nodo telefónico sirve a unas decenas de hogares mediante líneas punto a punto de pares trenzados, y el resto de servicios llegan a través de la red de distribución de coaxial. En el segundo caso, todas las señales llegan a través de cable coaxial, y la conversión se realiza en el hogar del abonado, por lo que éste deberá disponer de un equipo que haga de interfaz entre la red HFC y su terminal telefónico. La arquitectura overlay es la primera solución que se adoptó para ofrecer servicios telefónicos en redes de CATV, sin embargo, su implantación es considerablemente más cara que en el caso de RF hasta la acera o hasta el hogar, para penetración baja del servicio telefónico. Conforme la penetración aumenta, los costos jos del overlay se reparten entre más abonados, y las tres soluciones tienden a igualar sus costos por abonado conectado. De todas formas, para una penetración alta, la solución más económica es llevar la RF hasta la acera. Además, en este último caso, el nivel de integración de la red es mucho mayor, un sistema único soporta todo tipo de servicios y aplicaciones de telecomunicación: vídeo, voz, y datos. En la siguiente gura se muestran las distintas tecnologías.

18 CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO 17 Sistemas de telefonía por cable. a) Arquitectura overlay: las señales de CATV y las señales telefónicas llegan al abonado a través de dos redes superpuestas. b) RF hasta la acera: las señales telefónicas se transportan en el espectro de RF de la red HFC hasta un nodo telefónico (Kerb) donde pasan a su formato digital en banda base (64 Kbps). Desde ahí un par trenzado las lleva al abonado. c) RF hasta el hogar: todas las señales comparten el espectro de RF de la red HFC. Las señales telefónicas se convierten a banda base en el hogar del abonado, donde está instalado un equipo que hace de interfaz con el teléfono Servicios que podrían ofrecer las redes HFC en un futuro próximo.

19 /&h^/mes1k W>//ME CAPÍTULO E>M'/K E,KEZYhZ/K 1. TECNOLOGÍAS e ed, DE D D s^ KdZ^ZdZ1^d/^ REDES DE ACCESO 18 /&h^/mes1k /'/d> d dd > DW' d ed dde ddeyd s1k:k W s DE dd d< W W s ^ d>s/^/me se ddd >,ds h dddd edd h/k/'/d> dd > d dd ded< Frame Relay. Frame Relay comenzó como un movimiento a partir del mismo grupo de normalización que dio lugar a X.25 y RDSI: El ITU (entonces CCITT). Sus especicaciones fueron denidas por ANSI, fundamentalmente como medida para superar la lentitud de X.25, eliminando la función de los conmutadores, en cada "salto" de la red. X.25 tiene el grave inconveniente de su importante "overhead" producido por los mecanismos de control de errores y de ujo. Hasta hace relativamente poco tiempo, X.25 se ha venido utilizando como medio de comunicación para datos a través de redes telefónicas con infraestructuras analógicas, en las que la norma ha sido la baja calidad de los medios de transmisión, con una alta tasa de errores. Esto justicaba los abundantes controles de errores y sus redundantes mecanismos para el control de ujo, junto al pequeño tamaño de los paquetes. En resumen, se trataba de facilitar las retransmisiones para obtener una comunicación segura. Frame Relay, por el contrario, maximiza la ecacia, aprovechándose para ello de las modernas infraestructuras, de mucha mayor calidad y con muy bajos índices de error, y además permite mayores ujos de información. Frame Relay se dene, ocialmente, como un servicio portador RDSI de banda estrecha en modo de paquetes, y ha sido especialmente adaptado para velocidades de hasta 2,048 Mbps., aunque nada le impide superarlas. Frame Relay proporciona conexiones entre usuarios a través de una red pública, del mismo modo que lo haría una red privada con circuitos punto a punto. De hecho, su gran ventaja es la de reemplazar las líneas privadas por un sólo 6 Redes de telecomunicaciones por cable, (sf), [En Línea], Disponible:

20 CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO 19 enlace a la red. El uso de conexiones implica que los nodos de la red son conmutadores, y las tramas deben de llegar ordenadas al destinatario, ya que todas siguen el mismo camino a través de la red. Frame Relay es un protocolo WAN de alto rendimiento que funciona en las capas físicas y de enlace de datos del modelo de referencia OSI. Eric Scace, ingeniero de Sprint International, inventó Frame Relay como una versión más simple del protocolo X.25, para usar en las interfaces de la red digital de servicios integrados (ISDN). Hoy, se usa a través de una variedad de otras interfaces de redes. Cuando Sprint implementó por primera vez Frame Relay en su red pública, usaron switches StrataCom. La adquisición de Cisco de Strata- Com en 1996 marcó su entrada al mercado de las empresas de comunicaciones. Los proveedores de red comúnmente implementan Frame Relay para voz y datos, como técnica de encapsulación, utilizada entre redes de área local a través de una red de área extensa (WAN, Wide Area Network). Cada usuario nal obtiene una línea privada (o línea arrendada) a un nodo Frame Relay. La red Frame Relay administra la transmisión a través de una ruta cambiante transparente para todos los usuarios nales. Frame Relay se ha convertido en uno de los protocolos WAN más utilizados, principalmente ya que es económico en comparación con las líneas dedicadas. Además, la conguración del equipo del usuario en una red Frame Relay es muy simple. Las conexiones Frame Relay se crean al congurar routers CPE u otros dispositivos para comunicarse con un switch Frame Relay del proveedor de servicios. El proveedor de servicio congura el switch Frame Relay, que ayuda a mantener las tareas de conguración del usuario nal a un nivel mínimo Frame Relay: Una tecnología WAN ecaz y exible Frame Relay se ha convertido en la tecnología WAN más utilizada del mundo. Grandes empresas, gobiernos, ISP y pequeñas empresas usan Frame Relay, principalmente a causa de su precio y exibilidad. A medida que las organizaciones crecen y dependen cada vez más de un transporte de datos able, las soluciones de líneas arrendadas tradicionales se vuelven imposibles de costear. El ritmo de los cambios tecnológicos y las fusiones y adquisiciones en la industria de networking demandan y exigen más exibilidad. Frame Relay reduce los costos de redes a través del uso de menos equipo, menos complejidad y una implementación más fácil. Aún más, Frame Relay proporciona un mayor ancho de banda, mejor abilidad y resistencia a fallas que las líneas privadas o arrendadas. Debido a una mayor globalización y al crecimiento de excesivas topologías de sucursales, Frame Relay ofrece una arquitectura de red más simple y un menor costo de propiedad. El uso de un ejemplo de una red empresarial grande contribuye a ilustrar los benecios del uso de una WAN Frame Relay. En el ejemplo que se muestra en la gura, Span Engineering tiene cinco campus en América del Norte. Al igual que la mayoría de las organizaciones, los requisitos de ancho de banda de Span no se adecuan a una solución "talle único".

21 CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO WAN Frame Relay A nales de la década de 1970 y principios de la década de 1990, la tecnología WAN que unía los sitios nales usaba con frecuencia el protocolo X.25. Ahora considerado un protocolo heredado, el X.25 era una tecnología de conmutación de paquetes muy popular, dado que ofrecía una conexión muy able a través de infraestructuras de cableado no ables. Lo hacía al incluir controles de errores y ujo adicionales. No obstante, estas funciones adicionales sumaban gastos jos al protocolo. Su principal aplicación era el procesamiento de autorizaciones de tarjetas de crédito y para cajeros automáticos. Este curso menciona el X.25 sólo con nes históricos. Cuando cree una WAN, independientemente del transporte que elija, siempre hay un mínimo de tres componentes básicos o grupos de componentes que se conectan en dos sitios. Cada sitio necesita su propio equipo (DTE) para acceder a la ocina central de la empresa telefónica que presta servicios al área (DCE). El tercer componente se encuentra en el medio, y une los dos puntos de acceso. En la gura, ésta es la parte proporcionada por el backbone de Frame Relay. Frame Relay tiene menores gastos que X.25 dado que cuenta con menos capacidades. Por ejemplo, Frame Relay no ofrece corrección de errores, las instalaciones modernas WAN ofrecen servicios de conexión más conables y un mayor grado de abilidad que otras instalaciones. El nodo Frame Relay simplemente suelta paquetes sin noticar cuando detecta errores. Cualquier corrección de errores necesaria, como la retransmisión de datos, se deja a los puntos nales. De esta forma, se agiliza la propagación de extremo a extremo del cliente a través de la red. Frame Relay administra el volumen y la velocidad de manera ecaz mediante la combinación de las funciones necesarias de las capas de enlace de datos y de red en un simple protocolo. Como protocolo de enlace de datos, Frame Relay ofrece acceso a una red, delimita y entrega tramas en el orden adecuado y reconoce los errores de transmisión a través de una comprobación de redundancia cíclica estándar. Como protocolo de red, Frame Relay proporciona múltiples conexiones lógicas a través de un único circuito físico y permite que la red

22 CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO 21 enrute datos a través de estas conexiones a sus destinos previstos. Frame Relay funciona entre un dispositivo de usuario nal, como un puente de LAN o router, y una red. La red en sí puede usar cualquier método de transmisión compatible con la velocidad y ecacia que requieren las aplicaciones de Frame Relay. Algunas redes usan Frame Relay en sí, pero otras usan la conmutación digital de circuitos o los sistemas de relay de celdas ATM. La gura muestra un backbone de conmutación de circuitos según se indica por los switches Clase 4/5. Los grácos restantes de esta sección muestran backbones de conmutación de paquetes Frame Relay más actuales Funcionamiento de Frame Relay La conexión entre un dispositivo DTE y un dispositivo DCE comprende un componente de capa física y un componente de capa de enlace: El componente físico dene las especicaciones mecánicas, eléctricas, funcionales y de procedimiento necesarias para la conexión entre dispositivos. Una de las especicaciones de interfaz de capa física más comúnmente utilizadas es la especicación RS-232. El componente de capa de enlace dene el protocolo que establece la conexión entre el dispositivos DTE, como un router, y el dispositivo DCE, como un switch. Cuando las empresas de comunicaciones usan Frame Relay para interconectar las LAN, un router de cada LAN es el DTE. Una conexión serial, como una línea arrendada T1/E1, conecta el router al switch Frame Relay de la empresa de comunicaciones en el punto de presencia (POP) más cercano para la empresa. El switch Frame Relay es un dispositivo DCE. Los switches de red mueven tramas desde un DTE en la red y entregan tramas a otros DTE en forma de DCE. Otros equipos informáticos que no se encuentren en la LAN pueden también enviar datos a través de la red Frame Relay. Dichos equipos utilizan como DTE un dispositivo de acceso Frame Relay (FRAD). A menudo, FRAD hace referencia a un ensamblador/desensamblador de Frame Relay que

23 CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO 22 es un artefacto dedicado o un router congurado para admitir Frame Relay. Se encuentra en las instalaciones del cliente y se conecta con el puerto del switch en la red del proveedor de servicio. A su vez, el proveedor de servicio interconecta los switches Frame Relay. Circuitos virtuales La conexión a través de una red Frame Relay entre dos DTE se denomina circuito virtual (VC, Virtual Circuit). Los circuitos son virtuales dado que no hay una conexión eléctrica directa de extremo a extremo. La conexión es lógica y los datos se mueven de extremo a extremo, sin circuito eléctrico directo. Con los VC, Frame Relay comparte el ancho de banda entre varios usuarios, y cualquier sitio puede comunicarse con otro sin usar varias líneas físicas dedicadas. Hay dos formas de establecer VC: Los SVC, circuitos virtuales conmutados, se denen dinámicamente mediante el envío de mensajes de señalización a la red (CALL SETUP, DATA TRANSFER, IDLE, CALL TERMINATION). Los PVC, circuitos virtuales permanentes, son precongurados por la empresa de comunicaciones y, una vez congurados, sólo funcionan en los modos DATA TRANSFER e IDLE. Tenga en cuenta que algunas publicaciones hacen referencia a los PVC como VC privados. VC múltiples Frame Relay se multiplexa estadísticamente, lo que signica que transmite sólo una trama por vez, pero que pueden coexistir muchas conexiones lógicas en una única línea física. El dispositivo de acceso Frame Relay (FRAD, Frame Relay Access Device) o el router conectado a la red Frame Relay puede tener varios VC que lo conectan a diversos puntos nales. Los VC múltiples de una única línea física se distinguen, dado que cada VC tiene su propio DLCI. Recuerde que el DLCI tiene sólo importancia local y puede ser diferente en cada extremo de un VC. La gura muestra un ejemplo de dos VC en una única línea de acceso, cada uno con su propio DLCI, conectado a un router (R1). Esta capacidad suele reducir la complejidad del equipo y la red requerida para conectar varios dispositivos, lo que constituye un reemplazo rentable de una malla de líneas de acceso. Con esta conguración, cada punto nal necesita sólo una línea de acceso única e interfaz. Se generan ahorros adicionales ya que la capacidad de la línea de acceso se establece según las necesidades de ancho de banda promedio de los VC, y no según las necesidades máximas de ancho de banda.

24 CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO El proceso de encapsulación Frame Relay Frame Relay toma paquetes de datos de un protocolo de capa de red, como IP o IPX, los encapsula como la parte de datos de una trama Frame Relay y, luego, pasa la trama a la capa física para entregarla en el cable. Para comprender el funcionamiento, resulta útil entender cómo se relaciona con los niveles más bajos del modelo OSI. La gura muestra cómo Frame Relay encapsula los datos para su transporte y los mueve hacia la capa física para su entrega. En principio, Frame Relay acepta un paquete de un protocolo de capa de red como IP. A continuación, lo ajusta con un campo de dirección que incluye el DCLI y una checksum. Se agregan campos señaladores para indicar el comienzo y el n de la trama. Los campos señaladores marcan el comienzo y el n de la trama, y siempre son los mismos. Los señaladores están representados como el número hexadecimal 7E o como el número binario Después de haber encapsulado el paquete, Frame Relay pasa la trama a la capa física para su transporte.

25 CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO 24 El router CPE encapsula cada paquete de Capa 3 dentro de un encabezado Frame Relay y tráiler antes de enviarlo a través del VC. El encabezado y el tráiler están denidos por la especicación de Servicios de portadora del Procedimiento de acceso al enlace para Frame Relay (LAPF), ITU Q.922-A. Especícamente, el encabezado Frame Relay (campo de dirección) incluye lo siguiente: DLCI: el DLCI de 10 bits es la esencia del encabezado Frame Relay. Este valor representa la conexión virtual entre el dispositivo DTE y el switch. Cada conexión virtual multiplexada en el canal físico está representada por un único DLCI. Los valores de DLCI tienen importancia local solamente, lo que signica que son únicos sólo para el canal físico en el que residen. Por lo tanto, los dispositivos situados en los extremos opuestos de una conexión pueden usar valores DLCI distintos para referirse a la misma conexión virtual. Dirección extendida (EA): si el valor del campo EA es 1, el byte actual está determinado como el último octeto DLCI. Si bien las implementaciones actuales de Frame Relay usan un DLCI de dos octetos, esta capacidad no permite DLCI más largos en el futuro. El octavo bit de cada byte del campo Dirección indica la EA. C/R: el bit que sigue al byte de DLCI más signicativo en el campo Dirección. El bit C/R no está denido en este momento. Control de congestión: incluye 3 bits que controlan los mecanismos de noticación de congestión de Frame Relay. Los bits FECN, BECN y DE son los últimos tres bits en el campo Dirección. El control de congestión se explica en un tema posterior. La capa física en general es EIA/TIA-232, 449 ó 530, V.35, o X.21. Las tramas Frame Relay son un subconjunto del tipo de trama HDLC. Por lo tanto, están delimitadas por campos señaladores. El señalador de 1 byte usa el patrón de bits La FCS determina si hubo errores en el campo Dirección de Capa 2 durante la transmisión. La FCS se calcula antes de la transmisión a través del nodo emisor, y el resultado se inserta en el campo FCS. En el otro extremo, un segundo valor de FCS se calcula y compara con la FCS de la trama. Si los

26 CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE REDES DE ACCESO 25 resultados son iguales, se procesa la trama. Si existe una diferencia, la trama se descarta. Frame Relay no notica el origen cuando se descarta una trama. El control de errores tiene lugar en las capas superiores del modelo OSI. Frame Relay proporciona más ancho de banda, abilidad y resistencia a las fallas que las líneas privadas o arrendadas. Frame Relay ha reducido los costos de red a través del uso de menos equipos, menos complejidad y una implementación más fácil. Por estos motivos, Frame Relay se ha convertido en la tecnología WAN más utilizada del mundo. Una conexión Frame Relay entre un dispositivo DTE del extremo de la LAN y un dispositivo DCE ubicado en el extremo de la portadora tiene un componente de capa de enlace y un componente de capa física. Frame Relay toma los paquetes de datos y los encapsula en una trama de Frame Relay y, a continuación, transmite la trama a la capa física para su entrega en el cable. La conexión a través de la red de la portadora es un VC identicado por un DLCI. Se pueden multiplexar varios VC mediante un FRAD. Las redes Frame Relay generalmente usan una topología de malla parcial optimizada para los requisitos de ujo de datos de la base de clientes de la empresa de comunicaciones. Frame Relay usa el ARP inverso para asignar DCLI a las direcciones IP de las ubicaciones remotas. La asignación dinámica de direcciones depende del ARP inverso para resolver una dirección de protocolo de red de próximo salto a un valor DLCI local. El router Frame Relay envía solicitudes de ARP inverso en su PVC para descubrir la dirección del protocolo del dispositivo remoto conectado a la red Frame Relay. Los routers DTE Frame Relay usan la LMI para proporcionar información de estado sobre su conexión con el switch DCE Frame Relay. Las extensiones LMI proporcionan información de internetworking adicional. La conguración Frame Relay debe considerar el problema de horizonte dividido que surge al converger varios VC en una única interfaz física. Frame Relay puede partir una interfaz física en varias interfaces virtuales denominadas subinterfaces. La conguración de Frame Relay se ve afectada por la forma en la que los proveedores de servicios aplican cargos por conexiones que usan unidades de velocidades de acceso y velocidades de información suscrita (CIR). Una de las ventajas de estos esquemas de cargos es que la capacidad de red no utilizada está disponible o se comparte con todos los clientes, por lo general, sin costos adicionales. Esto les permite a los usuarios usar ráfagas de tráco durante breves períodos. La conguración del control de ujo en una red Frame Relay también se ve afectada por los esquemas de cargos del proveedor de servicios. Puede congurar la cola y la forma del tráco de acuerdo con la CIR. Se pueden congurar DTE para controlar la congestión en la red mediante la adición de bits BECN y FECN a las direcciones de la trama. También se pueden congurar DTE para establecer un bit de elegible para descarte que indique que la trama puede descartarse en preferencia a otras tramas en el caso de una congestión. Las tramas que se envían en exceso de la CIR se marcan como "elegibles para descarte" (DE),