Conferencia Dr. René Yañez de la Rivera

Transcripción

1 Evolución de las redes de área local (LAN) al nivel metropolitano: generalización del concepto de Ethernet. Conferencia Dr. René Yañez de la Rivera Centro de Estudio de Telemática ISPJAE Asesor de Tecnología GKT s.a.

2 SUMARIO Introducción: Caracterización de las Telecomunicaciones. Ethernet como tecnología LAN Tecnologías de alcance Metropolitano. Soluciones de transporte en el nivel 2. Anillo de paquetes con protección. (Resilient Packet Ring o RPR). Ethernet con extensión MAN/WAN (I+D CUJAE/UPR/GKT)

3 Bibliografía Dr. Rene Yanez: Redes de Próxima Generación: Estrategia de Operadores y Suministradores. Conferencia CITMATEL J.Van Bogaert: E-MAN: Ethernet based metropolitan area network. Alcatel Telecommunication Review. 1er Cuarto Liyang Wang: Delivering Ethernet Traffic in MAN/WAN: Practical Ways to Offer Managed Ethernet Services. Tellabs.Julio 2003.

4 Bibliografía.. Fredrick Davik et al: IEEE Resilient Packet Ring Tutorial R.Yanez, P.Seijo: Redes distribuidas: Integración de las soluciones LAN/MAN. Memorias CISCI S. Lázaro Cobarrouy, R. Yanez: Sistema CDMA para redes ópticas distribuidas LAN/MAN. CITEL CUJAE Alex Gillespie: Access Networks: Technology and V5 Interfacing. Artech House

5 Caracterización de las telecomunicaciones Trafico de datos predomina sobre Voz tc=1998, USA tc=2003, mundial

6 Crecimiento del trafico de datos en Estados Unidos

7 Ingresos por Voz y Dato

8 Pronostico del comportamiento de los servicios de voz y dato.

9 Causas Crecimiento de los servicios de Internet y sobre pagina Web propiamente. Aumento de los accesos de banda ancha. Incremento de los servicios de voz sobre Internet (Voz sobre IP). Introducción de los servicios de IP en la red móvil con evolución gradual a mayores capacidades y prestaciones.

10 Comportamiento de redes fijas, móvil e Internet 50 Penetration (%) Fixed telephone service Cellular & PCS Internet service users

11 Crecimiento de IP y redes corporativas en USA

12 Evolucion en velocidad de acceso de la red movil

13 Consecuencias Cambio de escenario Voice Data inc. Data Voice Integrated Service Circuit based Packet based transport Electronic based Optic based transmission Integrated Telecommunication Infrastructure

14 Aspectos a destacar. La conmutación de paquetes utiliza con mas eficiencia los recursos de red El protocolo IP se impone en redes LAN y WAN. La telefonía IP mejora la QoSa partir de nuevos protocolos. La red móvil incorpora servicios de datos con capacidad en ascenso progresivo.

15 Supremacía del protocolo IP WAN Protocols protocolos LAN 80% 80% 70% 60% IP 70% 60% IP 50% 50% 40% 40% 30% 30% 20% 20% 10% 10% 0% E % E 2002 IP SNA IPX IP IPX NetBEUI Others RFC 1490 SNA Others

16 . Aumento de la velocidad Las velocidades en el backbonealcanzan valores de mas de 40 Gbps utilizando multiplexacion en longitud de onda. (Múltiples lambdas en una sola fibra) Las velocidades en red de acceso cruzan el umbral previsto anteriormente solo para redes de transporte de alta capacidad: 10 Gbps Ethernet se convierte en una realidad. Predominio de las redes en el dominio óptico.

17 Convergencia de Capacidades 10 Gb/s link is the DS-0 of the near future.

18 Evolucion hacia una arquitectura de dos capas.

19 Proceso de evolucion mostrando como se introduce el protocolo de QoS y control de trafico, MPLS, en el nivel optico

20 . Diversificación de la Capa de Acceso (Ultima milla) Par de abonados analógico (POTS) Par de abonados digital (ISDN) Banda ancha : ADSL y xdsl en general. Fibra óptica: FTTB, FTTC y FFTH futuro. LAN Ethernet en redes de Datos (Intranet) Inalámbrico: Móvil celular, WLL, Bluetooth.

21 Consecuencias de este desarrollo Convergencia de voz, video y datos en una sola red conmutada en paquetes. Plataformas multiservicio: Evolución de las redes corporativas. Surgimiento de las Redes de Próxima Generación (NGN) El Tema de la Conferencia se aplica en Redes Corporativas y NGN

22 Ethernet como tecnología LAN Desde 1970 en la red LAN Puertos 10/100 Mbps de máxima popularidad. Expansión de capacidades a 1/10 Gbps. Simple, efectiva y de bajo costo.

23 Extensión geográfica de las redes LAN: VLAN/VPN

24 Tecnologías de alcance Varias Tecnologías. Metropolitano. SDH (Jerarquía Digital Sincrona) es la mas usada. SDH conforma plataformas Multiservicio para voz, ATM e incluso trafico Ethernet punto a punto. Ethernet Metropolitana :E-MAN es un nuevo concepto. (Alcatel)

25 E-MAN Provee la mejor solución para interconectar nodos de negocios (corporativos) u otros donde predomine el protocolo IP o algún transporte basado en Ethernet. No son convenientes para el transporte de voz TDM (Limitación respecto a SDH). Confían en que todos los servicios están emigrando a IP. Pueden por el momento ser una red complementaria.

26 Características de la E-MAN Los clientes corporativos se conectan usando interfaces compatibles Ethernet sin tener que realizar conversiones a y desde ATM/ SDH. Se reducen costo y complejidad. El modelo Metropolitano sufre un cambio: pasa de ofrecer flujos de alta velocidad (BW) entre nodos y usuarios a un sistema de LAN virtual y VPN donde se pacta un servicio (SLA) Se observa el cambio de paradigma en la siguiente lamina.

27 Comparación entre modelos MAN

28 Impacto en los Servicios Servicios contratados fuera de la entidad: Creación de los Centros de Datos. Menor costo y complejidad en la corporación.

29 Estructura de la Red MAN

30 Soluciones de transporte en el nivel 2. Crece la demanda de conectividad de la red Ethernet LAN a traves de la MAN y la WAN. Surgen opciones basadas en combinación de los niveles 1 y 2 (Modelo de red OSI) Las solución tradicional de nivel 3 (Red) con Routers, Líneas arrendadas, FR o ATM (Permanent Virtual Circuits o PVC) son mas costosas. También es ineficiente y costosa la variante ATM LAN Emulation.

31 Protocolos nivel 1/2 Ethernet Optica usando VLAN : Tramas Ethernet / Ethernet PHY/ Fibra. Ethernet Optica con MPLS L2 VPN (Martini): Usa la etiqueta MPLS en sustitución del identificador VLAN. Ethernet sobre SONET/SDH (X.86): Mapeo de las tramas MAC sobre canales SDH utilizando protocolos de control de enlace (HDLC). Martini MPLS L2VPN sobre SDH: Utiliza las ventajas de MPLS como transporte optimizando la solución anterior.

32 Opciones de Protocolos en nivel 1/2

33 Red basada en Ethernet Óptica usando VLAN

34 Trama de Ethernet Óptica con VLAN

35 Trama Ethernet Óptica usando Martini MPLS L2 VPN

36 Comparación de Eficiencias entre Ethernet VLAN y Martini ( nivel1/2) y ATM LANE

37 Encapsulado de la Trama EoS

38 Ethernet sobre SDH

39 Martini MPLS L2 VPN sobre SDH

40 Red MPLS L2 VPN

41 Eficiencias EoS y EoS MPLS

42 Procedimiento MPLS

43 Tabla Comparativa

44 Solución Tellabs

45 Generalización de Ethernet El concepto de Ethernet propiamente puede generalizarse a una red de extensión geográfica amplia ( MAN/WAN). Protocolos Ethernet clásicos: 802.3, CDMA/CS Anillo (Token Ring) Este enfoque puede ir mas allá de las soluciones de transporte vistas anteriormente.

46 Resilient Packet Ring (RPR) Las redes en anillo óptico se prefieren por su capacidad de recuperación ante fallas. SDH incorpora esta posibilidad y restaura el trafico dentro de los 50ms después del fallo. La desventaja de SDH es que protege la carga útil a nivel de contenedor. Este esquema trabaja bien cuando el trafico se organiza en contenedores TDM. Sin embargo en E-MAN todo el trafico es en paquetes y no hay circuito entre los nodos.

47 RPR Es necesario entonces organizar una protección al nivel de paquete. RPR se crea con este objetivo. RPR es un nuevo estándar de Ethernet desarrollado por la IEEE para lograr este objetivo de protección. Partió de un grupo de protocolos propietarios como son el Dynamic Packet Transport de Cisco, basado en tecnologías de reuso del espacio (Spatial Reuse Protocol SPT) y OPTera de Nortel.

48 RPR.. El grupo comienza su trabajo en marzo del La versión 2.7 se entrega en noviembre del 2003 y se edita como Utiliza la simplicidad de las redes en anillo Aprovecha con máxima eficiencia el ancho de banda disponible en un anillo doble logrando altas velocidades de transmisión en WAN/MAN.

49 RPR Logra la auto restauración ante fallas. El ancho de banda se distribuye convenientemente (fair) entre todas las estaciones conectadas. Provee además, Clase de Servicio (CoS) lo que permite soluciones de QoS. Utiliza las capas físicas existentes lo que garantiza una instalación rápida.

50 RPR. Provee a Ethernet con capacidad de anillo. Puede operar directamente sobre fibra oscura o WDM. También puede usar tramas SDH, de modo que puede operar sobre redes tradicionales.

51 Algunos principios de RPR Redes en anillo y FDDI. Los paquetes circulan a través del anillo, pero son eliminados en la estación Rx, permitiendo el uso de este ancho de banda que se consumiría en el retorno a la estación Tx. Esto es lo que se llama reutilización del espacio

52 Reutilización del espacio

53 Principios RPR En se circula un permiso (trama especial llamada Token) : Solo puede transmitir la estación que la recibe a la cual incorpora la trama a enviar. En RPR no se usa Token, sino un buffer de inserción con sus reglas de utilización.

54 Buffer de Inserción

55 Clases de Servicio Clase de Trafico Clase A B C Trafico Baja latencia y jitter Predecible Mejor esfuerzo Clase A : A0 y A1 A0 prefijado como TDM

56 Comportamiento frente a picos de trafico no priorizado

57 Estación con congestión: proceso de reacción

58 Tipos de Tramas RPR Además: Trama de Control Trama vacía Trama de Información Trama de distribución o justicia

59 Conectividad de la red de acceso LAN con MAN y WAN EFM: Ethernet First Mile

60 Ethernet con extensión MAN/WAN (I+D CUJAE/UPR/GKT) Se desarrolla la idea de ampliar el principio de Ethernet al nivel MAN/WAN. El protocolo es CSMA/CD: Acceso al Medio por Sensado de Portadora con detección de colisiones. Existe una contienda entre las estaciones por el uso del medio que se resuelve mediante este protocolo. En principio es un arbitraje de control estadístico.

61 Colisiones Pueden ocurrir colisiones, especialmente cuando el numero de estaciones a transmitir es alto. Cada colisión implica retransmitir de nuevo el paquete lo que añade mas trafico. En trafico alto esto implica demoras en la entrega de los paquetes. Las demoras son criticas para aplicaciones en tiempo real (Voz)

62 Colisiones.. Dominio de colisión: Sector del circuito donde un cierto # de estaciones pueden contender con riesgo de producirse colisiones. La idea básica de este trabajo es dividir los dominios de colisión en tres planos: 1. Nivel LAN (Medio compartido) 2. Nivel de código (CDMA Espectro ensanchado) 3. Nivel Óptico con asignación de lambda (tecnología CWDM )

63 Modelo de la Red LAN Comportamiento según los clásicos (1975) Simulaciones de los autores En alto trafico el comportamiento es asintótico y las demoras dependen del numero de estaciones : Se estudian aplicaciones para VoIP En VoIP Tdelaymax=150ms, según UIT-T Teóricamente unas 170 estaciones pueden competir para una demora de 150 ms Se uso Vt=10Mbps y un segmento de red de 2.5 Km

64 Modelo de CDMA Probabilidad de error de bit: Eb/No, Energía del bit de señal a la densidad de potencia de ruido J/S, Interferencia a señal en el Rx Gp, Ganancia de proceso J/S =N-1 estaciones en primera aprox. El esquema de Modulación es Espectro Ensanchado por Secuencia Directa Con Gp=200 se obtienen unos 30 códigos, o sea, 30 estaciones simultaneas, para Perror=10-5 a 10-4

65 Asignación de lambdas CWDM es de costo mas bajo que DWDM CWDM No usa Láser con enfriamiento Las distancias entre longitudes de onda son de 20nm Se aprovecha un ancho de banda mayor en la fibra En un primer trabajo se plantean 8 lambdas

66 Calculo del # total de Estaciones Nt=170 (LAN)*30(CDMA)*8 (lambdas)=40800 Significa unos 40 K Terminales Telefónicos si la red es VoIP Emula una Central de 40K abonados Esto es un numero teórico Pueden implementarse múltiples soluciones teóricas y practicas para su explotación

67 Sistema CDMA para redes ópticas distribuidas LAN/MAN Sergio Lázaro Sistema CDMA con Multiplexacion Óptica. Orientado a conexión. Se designa un Terminal de Control que establece un Canal de Control con las estaciones terminales. Asignación de recursos (lambda y código) a través del Canal de Control. El Canal de Control es un bus común (Ethernet) al que acceden los terminales con un valor preasignado de lambda.

68 Asignación de longitudes de onda Figura 1. Representación esquemática del sistema WDM Lambda central (1350): Canal de Control Pares (1300, 1400), (1310,1390) y sucesivos: Asignación a estaciones Terminales

69 Topología de la Red Figura 2. Topo-logia de la red. Los tramos en forma de W se interconectan mediante pasarelas

70 Modelo de LAN para el Canal de Control Figura 3. Representación del intercambio de mensajes en el canal de control, para el establecimiento del mensaje entre dos terminales. LAN Asimétrica: El bus común es solo para el intercambio de señalización (establecimiento y liberación de la llamada)

71 Parámetros de Simulación de la red LAN Número de Terminales Velocidad de Tx (KBps) Distancia promedio entre terminales (m) 10 Longitud total de la red (m) Número de solicitudes de llamada por cada terminal 10

72 Resultados de la Simulación del Canal de Control (LAN) Figura 4. Comportamiento del número de intentos por trama VS la ocupación normalizada del canal para el canal de control del sistema propuesto y para la Ethernet clásica con colisiones.

73 Dimensionamiento del sistema CDMA Velocidad básica de transmisión por canal de VTx = 384 Kbps, Tbit=2.54 us Se utilizan códigos de Gold En este caso Gp=Longitud del código Se tomo L =16384 chips (Gp=16384) Duración de cada chip Tb/L= = ps Implica Vchip = 6.44 Gbps Un generador de Gold con esta L, puede producir unos 570 K códigos diferentes. Con 10 lambdas esto equivale a unos 5 millones de llamadas simultaneas.

74 Valor estimado del Tiempo de Sincronización Se refiere a la sincronización entre dos terminales en un código determinado. Para un 10% de desviación de frecuencia entre los relojes locales se plantea: Tadq = 100 Tb = 254µ S La demora es significativa pero no impide la aplicación de posibles mecanismos de hand-off por congestión de un par de lambdas dados.

75 Canal de Datos Valor practico 3K /lambda 30k abonados Figura 5. Dependencia entre E b /N o y el número de usuarios para una Pe de 10-5, suponiendo J/S igual al número de usuarios menos uno. # de canales limitado por la Interferencia de las otras estaciones Se utiliza la expresión anterior:

76 Conclusiones El trafico de datos excede al de voz debido al rápido desarrollo de los servicios basados en IP. La tendencia es hacia soluciones de conmutación de paquetes y arquitecturas de redes convergentes. Un eslabón importante en este contexto es la red LAN en el nivel de acceso. LAN Ethernet es una tecnología sencilla y de bajo costo en plena evolución ideal para el escenario de redes corporativas.

77 Conclusiones.. Se han desarrollado alternativas para extender el alcance de Ethernet al nivel MAN/WAN. Se han propuesto recientemente soluciones de Ethernet MAN mediante conectividad o transporte en el nivel ½ OSI. Se trabaja además, en soluciones que generalizan el concepto de Ethernet propiamente. RPR es una variante que generaliza el concepto de acceso mediante Token Ring (802.5) e introduce, a su vez, protección contra fallas. Es posible extender también el principio de 802.3, mediante técnicas de modulación CDMA y tecnología óptica WDM. Existe un grupo en la CUJAE, GKT y UPR que tiene un trabajo incipiente en este ultimo punto.