Redes de datos de Banda Ancha

Transcripción

1 Redes de datos de Banda Ancha Temario 1.Tecnologías de acceso 2.Redes IP Multiservicio. Tecnologías de red 3.Servicios de banda ancha y seguridad 4.Supuestos prácticos Tema 1: Tecnologías de acceso. Redes datos de Banda Ancha 1. Redes de banda ancha 1.1. ADSL y VDSL 1.2. PLC 1.3. Redes de cable 1.4. WiFi/WiMax 1.5. Ethernet. Servicios EoMPLS Ethernet nativo 2. Acceso Celular 2.1. GSM 2.2. GPRS 2.3. UMTS

2 ADSL y VDSL! Motivación del desarrollo. Qué es xdsl? " Objetivo inicial " Antecedentes! ADSL. Transmisión de datos. " Bucles de abonado " Primeras implementaciones " Estándar (ANSI T1.413) " ADSL lite " El futuro de ADSL! Evolución del bucle de abonado Bucles de abonado Configuración típica Central telefónica 0,5 mm 0,4 mm Empalme 0,4 mm Puentes de derivación (instalaciones anteriores) 0,4 mm 0,4 mm 0,4 mm Cable de Alimentación Cable de Distribución 0,4 mm Abonado

3 Bucles de abonado Atenuación Con 5500 m de longitud la atenuación supera los 120dB para frecuencias por encima de 1Mhz La atenuación no es constante para todas las frecuencias La relación señal ruido se reduce con el aumento de frecuencias La atenuación aumenta con la longitud del bucle Atenuación (db) Frecuencia (KHz) ,7 Km 5,5 Km Atenuaciones típicas para un bucle con cable 26 AWG (0,4mm de diámetro) Bucles de abonado

4 Bucles de abonado Distancias Bucles de abonado NO ES UN SERVICIO UNIVERSAL

5 Primeras implementaciones ATT/Belcore Objetivo vídeo bajo demanda, TV de pago Velocidad: 384Kbps/8Mbps, Asimétrico Uso del ancho de banda: MDF Configuración física Modulación Primeras implementaciones Configuración Red telefónica analógica Red de datos Central Telefónica Switch telefónico Splitter DSLAM (ATU-C) DSLAM: DSL Access Multiplexor ATU-C: ADSL Transmission Unit - Central ATU-R: ADSL Transmission Unit - Remote Bajas Frecuencias Bucle de Abonado (5,5 Km máx.) Altas Frecuencias Domicilio del abonado Modem ADSL (ATU-R) Teléfonos analógicos Splitter Ordenador

6 Primeras implementaciones DSLAM: DSL Access Multiplexor ATU-C... Multiplexor Interfaz WAN Primeras implementaciones Modulación: CAP CAP: Carrierless Amplitude Phase Versión digital de la QAM Supresión de la portadora Necesidad de ecualización de la línea

7 Primeras implementaciones Modulación: CAP CAP: Carrierless Amplitude Phase Versión digital de la QAM Supresión de la portadora Necesidad de ecualización de la línea QAM-16 Ventajas e Inconvenientes Ventajas: 1ª implementación disponible Sencilla implementación Inconvenientes: Nunca ha sido estandarizada No se especifica la técnica de correción de errores Una sola implementación (chipset) Incompatibilidad entre fabricantes (módems) Necesidad de ecualización de la línea Poca posibilidad de cambio de velocidad

8 Estándar ANSI T1.413, ITU G.992.1/G.dmt Objetivo vídeo bajo demanda, TV de pago, Internet, Velocidad: 864Kbps/8032Kbps, Asimétrico Configuración física Uso del ancho de banda: MDF o CE Modulación: DMT Corrección de errores Estándar Modulación: DMT Se divide el ancho de banda total (0 a 1104KHz) en bandas de 4,3125KHz (256 bandas de 0 a 255) La banda 0 se usa para POTS/RTC Las bandas de la 1 a la 5 no se usan Las bandas de la 6 a la 255 se usan para datos» De la 6 a la 29 para subida» De la 6 a la 255 para bajada si se usa CE» De la 37 a la 255 para bajada si se usa MDF Sobre cada banda se usa QAM» Velocidad de señalización 4Kbaud» Hasta 15 bits por banda, 6 de media» (255-6)*15*4K=15Mbps, (255-6)*6*4K=6Mbps

9 Estándar Uso del ancho de banda: MDF 4K 25.8K 129.4K K POTS RTC Subida Bajada Estándar Uso del ancho de banda: CE 4K K 129.4K 1104K POTS RTC Subida y Bajada Bajada

10 Estándar Esquema del funcionamiento lógico de un modulador Módems QAM Conversor serie/paralelo 1...! Estándar Esquema del funcionamiento lógico de un modulador Difícil de integrar» Hasta 250 módems» Gran cantidad de electrónica analógica Necesidad de filtros ideales» No se dejan bandas de guarda Se necesita otra forma de implementarlo

11 Estándar Esquema del funcionamiento lógico de un modulador Difícil de integrar» Hasta 250 módems» Gran cantidad de electrónica analógica Necesidad de filtros ideales» No se dejan bandas de guarda Se necesita otra forma de implementarlo Tiempo Análisis de Fourier Frecuencia Estándar Implementación de un modulador Codificador... IFFT Conversor Paralelo/serie! D/A

12 Estándar Corrección de errores Un código Reed-Solomon de R (0,2,4,6,,16) bytes para cada S (1,2,4,8,16) bloques de N bytes, corrección de ráfagas de R/2 bytes Entrelazado de D (1,2,4,,64) bloques protegidos (byte a byte) Empleo opcional de TCM Grandes retardos: 4+(S-1)/4+(S*D)/4 ms Posibilidad opcional de envío rápido (Voz)» Un código RS para cada bloque de N bytes (S=1)» Sin entrelazado» Empleo opcional de TCM» Poco retardo (4 ms) pero más errores Estándar Corrección de errores (S=2, D=4, R=2) Bloque 0 Bloque 1 (0,1) (1,0) (1,1) 1 (2,0) (2,1) (3,0) (3,1) 2 2 (4,0) (4,1) (5,1) (6,0) (7,0) (7,1) (0,0) (5,0) 1 (6,1) + Retardo = + Protección ante errores - Retardo = - Protección ante errores

13 Ventajas e Inconvenientes Ventajas: Cambio de velocidad muy sencillo Estandarizada, compatibilidad entre fabricantes No se necesita la ecualización de la línea Fácil integración Inconvenientes: Necesidad de gran potencia de cálculo (entre 160 y 250 MMAC) Implementación compleja Grandes retardos ADSL lite (ITU G.992.2/G.lite) Versión simplificada de ITU G.992.1/G.dmt No existe la versión simplificada del ANSI T1.413 Objetivos Simplificar la instalación física» Funcionamiento sin Splitter» Funcionamiento con microfiltros Implementación mas sencilla» Sin envío rápido (problemas con la Voz)» Entrelazado más sencillo (S= no cambia, D=8) Menor retardo Menor necesidad de memoria Menor protección ante errores en ráfagas» Uso de la banda entre 0 y 552KHz (256 bandas)» Menos bits por portadora (8)» Menor potencia de cálculo» Menor velocidad (512Kbps,1536Kbps)

14 ADSL lite (ITU G.992.2) Funcionamiento con microfiltros Red telefónica analógica Central Telefónica Switch telefónico Splitter Microfiltros Domicilio del abonado Teléfonos analógicos Altas y Bajas Frecuencias Red de datos DSLAM (ATU-C) DSLAM: DSL Access Multiplexor ATU-C: ADSL Transmission Unit - Central ATU-R: ADSL Transmission Unit - Remote Modem ADSL (ATU-R) Ordenador Ventajas e Inconvenientes Ventajas: Coste Instalación simplificada Inconvenientes: Menor Velocidad Sin tráfico rápido (Voz) Menor protección ante errores Posibles interferencias de la instalación telefónica» Renegociación

15 Futuro de ADSL ADSL2 (G.992.3/G.dtm.bis G.992.4/G.lite.bis) Objetivos» Aumentar la velocidad a largas distancias» Reducción de consumo eléctrico» Reducción en los costes de gestión ADSL2+ (G.992.5) Objetivos» Aumentar la velocidad a cortas distancias (sobre ADSL2) RE-ADSL2 (G Anexo L) ADSL2 Mejoras Mejoras de alcance y velocidad (12Mbps)» Mejoras en la eficiencia de la modulación QAM» Mejoras en la codificación de rejilla» Eliminación de ruido procedente de emisoras AM» Adaptación dinámica de la velocidad de la línea (SRA)» Reducción del overhead de trama» Agregación de líneas para incrementar la velocidad (2X,...)

16 ADSL2 Mejoras Reducción del consumo eléctrico» Funcionamiento en modo L0 (igual que ADSL)» Modos de funcionamiento en bajo consumo L2 (Reducción de velocidad) L3 (Sleep) Mejoras en gestión» Capacidades de diagnóstico, monitorización, aumento de velocidad» Medidas de S/R, Ruido y Atenuación ADSL2 Otras mejoras CVoDSL Utilización de canales de 64Kbits para voz» Se mantiene el servicio telefónico (analógico) y el de datos de forma simultánea Modo digital» Sin mantener el servicio telefónico (analógico) Puesta en marcha rápida» Se reduce de 10s a 3s...

17 ADSL2+ ADSL2+ (G.992.5) Mejoras» Se amplia el ancho de banda empleado de 1,1Mhz a 2,2Mhz (Aumenta la velocidad a un máximo de 25Mbps) El aumento de velocidad se logra hasta unos 5000pies (1,5Km) A más de 5000pies el aumento de velocidad es marginal Suele ser necesario el uso de Terminales remotos (RT)» Reducción de interferencias entre líneas Se emplea la banda entre 1,1Mhz y 2,2Mhz Reducción de Interferencias Terminal Remoto ADSL2+ 1,1 2,2MHz ADSL/ ADSL2 0,1 1,1MHz

18 RE-ADSL2 Mejoras Aumento del alcance máximo» Incremento de la densidad espectral de potencia» Reducción del ancho de banda sobre ADSL2 (552Khz)» Se mantiene la potencia total para no anumentar las W interferencias RE-ADSL2 ADSL2 F Comparación Alcance/velocidad ADSL2+ ADSL2 2400m 3000m ADSL 4200m RE-ADSL

19 Bucles de abonado V.22...V.34 Modems 4Khz-RTC 1200Bps... 33,6Kbps Dúplex RDSI Integrated Services Digital Network 2x 64 Kbps Dúplex HDSL High Data Rate Digital Subscriber Line Mbps Dúplex SDSL Single Line Digital Subscriber Line Mbps Dúplex ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line 1.5 a 9 Mbps (down) 16 a 640 Kbps (Up) Asimétrico VDSL Very high Data Rate Subscriber Line 13 a 52 Mbps (down) 1.5 a 2.3 Mbps (Up) Asimétrico PLC Transmisión de datos sobre líneas eléctricas Múltiples nombres PLC, PLT, PLB, BPL,... Tres modalidades Control Interior (domótica) Acceso

20 PLC Soluciones no estándar Frecuencias (1,6 a 80 MMz) Velocidades Varios Mbps (compartidos) Posibles interferencias a radio adicionados, servicios de emergencia, aplicaciones militares,... PLC Internet Central Eléctrica AT Inyector MT Transformador Repetidor Repetidor/ Extractor Transformador BT

21 PLC Modem Ethernet Wifi PLC PLC PLC

22 Redes de cable Introducción Modems Cable Protocolos MAC " Soluciones propietarias " MCNS " DAVIC/DVB " IEEE Red de acceso de cable

23 Distribución de frecuencias CANAL RETORNO FM TELEVISIÓN ANALÓGICA FUTUROS TELEVISIÓN DIGITAL SERVICIOS / Dependencias de los clientes DOMICILIOS DE LOS CLIENTES TV COAXIAL O.P. MODEM CABLE

24 Modem Cable Protocolos MAC SOLUCIONES PROPIETARIAS Primera generación MCNS (EN USA PRINCIPALMENTE) Multimedia Cable Network System Holdings DAVIC/DVB (EUROPA) Para set top boxes y ahora para modems IEEE Tercera generación

25 Arquitectura de protocolos IEEE WiMAX Redes metropolitanas inalámbricas Tecnología LMDS Arquitectura y funcionamiento semejante a una red CATV pero sin cable Estructura Celular Cada estación base cubre una zona de entre 2000 y 6000 viviendas Cada celda se suele sectorizar

26 Red de acceso LMDS ESTACION BASE A/DE RED DE TRANSPORTE Acceso FDMA

27 Acceso TDMA Dependencias de los clientes DOMICILIOS DE LOS CLIENTES RAL UNIDAD DE TERMINACIÓN DE RED CENTRALITA TV

28 WiMAX Configuraciones Punto a punto» La capacidad se reparte mediante TDM Multipunto» Bidireccional Retorno vía radio La capacidad se reparte mediante TDM, TDMA y FDMA» Unidireccional Retorno telefónico La capacidad se reparte mediante TDM WiMAX IEEE (Frecuencias 10GHz a 66GHz) Con licencia LOS 32 a 134Mbps Fijo Radio de las celdas: 1,5Km a 5Km Modulación: QPSK, 16 QAM y 64 QAM Ancho de banda: 20, 25 o 28MHz

29 WiMAX IEEE a (Frecuencias 2GHz a 11GHz) Con o sin licencia NLOS 75 Mbps Fijo y portable Radio de las celdas: 5Km a 8Km e incluso hasta 50Km Modulación: 256 OFDM Ancho de banda: entre 1,25 y 20MHz WiMAX IEEE e (Frecuencias 2GHz a 6 Ghz) Con o sin licencia NLOS 15 Mbps (canales de 5MHz) Móvil con roaming Radio de las celdas: 1,6Km a 5Km Modulación: OFDMA 2048 Ancho de banda: entre 1,25 y 20MHz 4G?

30 WiMAX Ancha LMDS WLAN WiMAX 3G Estrecha 2.5G Bluetooth 2G Fijo Área Local Área Extensa WiMAX Interesante en zonas con densidad de población media (urbanizaciones) Rápido despliegue Bajo costo de las infraestructuras El coste se desplaza a las instalaciones del abonado, lo que reduce riesgos en la inversión

31 Ethernet: de RAL a WAN Ethernet Qué es?» Un protocolo (una marca para RAL)» La interfaz de comunicaciones más barata Originalmente» Difusión: medio compartido,» Transmisión semidúplex.» Alcance limitado por el protocolo (CSMA/CD) Ethernet hoy» Punto a punto» Dúplex» Conmutación,» El alcance depende de los componentes ópticos del sistema de transmisión Motivos Mas del 90% del tráfico de datos tiene como origen y destino un dispositivo infromático conectado en una RAL Ethernet. Intento de aligerar la arquitectura de protocolos del núcleo de las redes Dificultades para emplear Ethernet en WAN: Se necesitan mejoras en Ethernet Escalabilidad Qos Explotación de red (gestión y mantenimiento) Etc. Estas áreas son tema de investigación ahora

32 Foros involucrados IEEE ITU-T (Study Group 15) Adaptar ethernet a redes de transporte SDH y MPLS IETF Emulación de enlaces ethernet y LAN s sobre redes de conmutación de paquetes Metro Ethernet Forum (MEF) Definir los servicios ethernet así como sus atributos y parámetros Servicios Metro Ethernet Sede Central 100/1000 Mbps Ehernet Red del Operador 10/100Mbps Ethernet Oficina A 10 Mbps Ethernet Oficina B La Red se puede implementar con diferentes tecnologías Ethernet nativo» Ampliación de funcionalidad Encapsulamiento» MPLS (EoMPLS)

33 Servicio Ethernet Modelo de referencia CE Metro Ethernet Network (MEN) CE UNI UNI CE Equipo de Cliente (Customer Equipment-CE) se conecta a través de la interfaz UNI (User Network Interface) El CE puede ser un router Switch 802.1Q (switch) UNI (User Network Interface) Standard IEEE Ethernet PHY and MAC 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps or 10Gbps Soporte de varias clases de servicio (QoS) Metro Ethernet Network (MEN) Puede usar distintas tecnologías de transporte y de provisión de servicio» SONET/SDH, MPLS, Ethernet IEEE y Ethernet. Formato trama 7 Oct 1 Oct 6 Oct 6 Oct 2 Oct 0 A Oct 4 Oct Preámbulo SFD Dirección destino Dirección origen Long. ó Tipo LLC y/o Datos Relleno 0-46 SVT Preámbulo: Para sincronización; 7 octetos con el siguiente patrón SFD (Star Frame Delimiter) : delimitador de comienzo trama Dirección destino Dirección origen Long. Longitud para IEEE 802.3; Tipo para Ethernet Indica a que proceso entregar la trama > 1.500: tipo < 1.500: longitud LLC y/o Datos: datos de nivel superior Relleno para alcanzar la longitud mínima de trama: 64 bytes SVT: Secuencia de Verificación de Trama

34 Switches y Routers Router Switch APLICACIÓN TRANSPORTE TCP-UDP Nivel 3 IP Nivel 2 IEEE HARDWARE Switch multinivel Funcionalidad de los Switches Ethernet MAC DA MAC SA 802.1Q/1p Length IP Header Info TOS IP SA IP DA TCP/UDP Header DATOS Información N2 Información N3 Información N4 Switch N2 Conmuta a partir de la dirección MAC Switch N3, Multinivel Conmuta a partir de la dirección MAC (misma VLAN) Incluye funcionalidad de nivel 3 (encaminamiento, filtrado, multicast, etc.) Encamina (utiliza la dirección IP) entre diferentes VLAN Switch N4 Filtra tráfico analizando los puertos

35 RAL Virtuales (VLAN- Virtual LAN) Objetivo: desacoplar la topología física de la topología lógica Grupos análogos de terminales no restringidos por la red física» Comunidades de usuarios con intereses comunes: acceso a los mismos recursos, etc. Reducción del tráfico de difusión en topologías planas Ventajas» Redes de Switches Escalabilidad» Control del tráfico de broadcast Flexibilidad» Fácil gestión del cambio de los puestos de trabajo Seguridad» Mejor control de acceso a los recursos que en las redes planas Switch VLAN Tecnología VLAN Se comporta como varios switches convencionales» Varias tablas MAC Una RAL puede segmentarse en varias RALs lógicas Varias RAL físicamente separadas pueden comportarse como una única RAL Cada VLAN forma un dominio de difusión. La comunicación entre terminales de diferente VLAN se realiza utilizando la cabecera de N3 Router externo Switch N3 Un Switch VLAN no envía el tráfico de difusión a terminales de diferente VLAN

36 Switch VLAN (multinivel) Encamina R Conmuta VLAN-A VLAN-B Identificación de VLANs Por puerto El método más común» Impide el movimiento del puesto de trabajo el 20 % de los puestos se mueven cada año Tabla de direcciones MAC Dirección MAC VLAN Por dirección IP Switch N3 ó Multinivel

37 Formato de trama 802.1Q Trama Normal Ethernet Preámbulo 7 SFD: 1 DA: 6 SA: 6 Tipo/ Long. 2 Datos: 48 to 1500 CRC: 4 Trama Ethernet 802.1Q Campos insertados Tag Protocol Identifier (TPI) Preámbulo: 2 2 Tipo/ SFD: 1 DA: 6 7 SA: 6 TPI TAG Long. 2 Datos: 48 to 1500 CRC: 4 Prioridad CFI Bits de Id VLAN (VID) hasta posibles VLANs 3 bits 1 bit 12 bits Trama Ethernet 802.1Q Se incluye un campo adicional Solo afecta a los switches que añaden y retiran la etiqueta: 2 octetos VLAN Protocol Id valor de 0x8100 utilizado para la identificación 802.1Q Pri Para especificar QoS (3-bit) CFI Formato indicador de la dirección VLAN Identifier Identidad de la VLAN, utilizado para conmutar en los Switch (12-bit) Los terminales envían y reciben tramas 802.3

38 Ejemplo de 802.1q [WANG04 ] Servicios Ethernet EVC (Ethernet Virtual Connection EVC) EVC: es una asociación entre dos o más UNI Es creada por el proveedor del servicio para un cliente Una trama enviada en un EVC puede ser entregada a uno o más UNIs del EVC:» Se entrega con las direcciones MAC y los datos inalterables» Nunca será enviada de vuelta al UNI de entrada.» Nunca será enviada a un UNI que no pertenezca al EVC. Las EVCs pueden ser E-Line» Punto a punto» Implementación: EVC (Ethernet Virtual Connection)» Similar a Frame-relay y ATM E-Lan Multipunto a multipunto

39 Servicio Ethernet Line (E-Line) Point-to-Point Ethernet Virtual Circuits (EVC) Servers IP Voice UNI IP PBX Data IP Voice CE CE UNI Metro Ethernet Network EVC 1 1 or more UNIs CE Video EVC 2 Entrega de tramas con las direcciones MAC y los datos inalterados Servicio Ethernet LAN (E-LAN) IP Voice Multipoint-to-Multipoint Ethernet Virtual Circuit (EVC) Servers UNI UNI Data IP Voice CE Metro Ethernet Network CE IP PBX Data CE UNI UNI CE IP Voice Data

40 Normas Ethernet a 1985 Original 802.3: 10BASE-5 10BASE-2 10BROAD c 1986 Especificaciones de repetidores 802.3d 1987 FOIRL (enlace de fibra) 802.3i Base-T Ethernet sobre par trenzado de cobre 802.3j Base-F Ethernet sobre fibra 802.3u Mbps Ethernet 802.3x y 802.3y 1997 operación full duplex 802.3z Base-X (Gigabit Ethernet) 802.3ab Base-T (GE sobre par trenzado) 802.3ac 1998 Extensiones de trama (hasta 1522 bytes) para VLANs 802.3ad 2000 link aggregation 802.3ae GE 802.3af 2003 PoE (Power over Ethernet). Hasta 15W 802.3ah 2004 Ethernet in First Mile 802.3an 10 Gbase-T EoMPLS ORG A 802.1q VLANs RED DE PROVEEDOR 802.1q VLANs ORG. B ORG A 802.1q VLANs PE NÚCLEO MPLS 802.1q VLANs ORG. A ORG. B TRAMAS ETHERNET VLAN 2 ETIQUETAS POR TRAMA: EXTERIOR: TRAYECTO MPLS INTERIOR:CV

41 Encapsulado Ethernet/MPLS SE ELIMINAN LOS CAMPOS PREAMBULO Y SVT PERO SE TRANSMITE LA TRAMA ENTERA EL IDENTIFICATIVO 802.1q SE TRANSMITE DE FORMA TRANSPARENTE DD DO T DATOS SVT Trama Ethernet DD DO T VLAN DATOS SVT Trama Ethernet VLAN 4 octetos 4 octetos Etiq. Túnel Etiq. CV Cabecera Ethernet DATOS Paquete MPLS: Ethernet sobre MPLS Servicios comerciales Ethernet sobre MPLS ETIQ. TUNEL ETIQ. CV TRAMA ETHERNET BP IP/MPLS Backbone BP ORG A Ethernet/VLAN Ethernet/VLAN DESDE 1 Mbps to 10 Gbps

42 Ethernet nativo [ALI05] Escalabilidad Explosión de las tablas de direcciones MAC Expansión del nº de VLAN

43 WAN Ethernet nativa [ELAN05] WAN Ethernet nativa

44 WAN Ethernet nativa Formato Trama 802.1ad MAC-in-MAC 802.1ah 88 Customer frames Provider Bridge (PB) Provider Backbone Bridge (PBB) Payload Payload Payload Payload Ethertype Ethertype Ethertype C-SA C-VID C-VID C-DA Ethertype Ethertype C-SA S-VID C-DA Ethertype C-SA 802.1Q C-DA C-SA = Customer Source MAC address C-DA = Customer Destination MAC address 802.1ad VID = VLAN ID C-VID = Customer VID (12 bits) S-VID = Service VID (12 bits) I-SID = Service ID (24 bits) B-VID = Backbone VID (12 bits) B-DA = Backbone DA B-SA = Backbone SA 89 Ethertype C-VID Ethertype S-VID Ethertype C-SA C-DA I-SID Ethertype B-VID Ethertype B-SA B-DA 802.1ah C-Tag S-Tag Mac-in-Mac Header Same format and Ethertype as an S-Tag

45 WAN Ethernet nativa 90 MPLS-802.1ad y 802.1ah [FANG08] 91

46 10 Gigabit Ethernet: enlace transatlántico [DOBI04]