Tema 28. Redes de Banda Ancha. XDSI, ADSL, FRAME RELAY, ATM

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1 Tema 28. Redes de Banda Ancha. XDSI, ADSL, FRAME RELAY, ATM Introducción... 1 Tecnologías de redes de banda ancha... 2 Redes ETHERNET de banda ancha... 3 XDSL Línea de abonado digital ADSL - Línea de abonado digital asíncrona Evoluciones de ADSL: ADSL2 y ADSL Redes ATM... 7 Funcionamiento... 7 Modelo de capas del protocolo ATM... 8 Implantación de las redes ATM... 9 FRAME RELAY Tendencias futuras FTTH Fiber to the home ISO WIMAX Introducción No existe una definición para el concepto de Red de banda Ancha aceptada de forma general. Se puede clasificar como red de banda ancha las redes digitales de transmisión de datos capaces de ofrecer servicios que las primeras redes no eran capaces de ofrecer. Estos servicios se denominan servicios multimedia: transmisión de voz, video bajo demanda, datos a alta velocidad, e-learning... En los ambientes anteriores de redes de área local, la información de tipo multimedia se encontraba almacenada en cada uno de los equipos, y se manejaba de manera independiente por cada uno de ellos. En general, no podían soportar un esquema en el cual cada equipo accediera a servidores remotos, dentro de los cuales se encuentra toda la información multimedia. Las redes de banda ancha son las redes capaces de proporcionar estos servicios multimedia y se caracterizan por: Integrar servicios de características heterogéneas en un mismo medio de transmisión digital común. Estas redes permiten comunicaciones simultáneas con tasas de transmisión constante o variable, de tiempo real... Proporcionan un gran ancho de banda (de hay su nombre). La necesidad de ancho de banda no para de aumentar. Actualmente se puede considerar una red de banda ancha si proporciona una tasa de transferencia mínima de descarga de 1Mbps (125KB/s) por usuario. Página 1 de 11

2 Los cuellos de botella en una organización a la hora de proporcionar servicios de banda ancha son: La red principal backbone de la LAN, donde confluyen la mayoría de comunicaciones de banda ancha internas y todas las externas. Es susceptible de saturarse, afectando a toda la red LAN. La tecnología para estas redes han evolucionado muy rápido para evitar este problema. La interconexión con las redes WAN, a la hora de acceder a servicios de banda ancha externos a la LAN. Las operadoras han conseguido proporcionar servicios de banda ancha con precios asequibles. La reducción de costes ha permitido las comunicaciones multimedia en entornos domésticos. Tecnologías de redes de banda ancha Las tecnologías de red de alto rendimiento que se utilizan para implementar actualmente redes de banda ancha son dos, ATM y GigabitEthernet. Aunque a principios del 2000 se utilizaron otras tecnologías. Éstas son: RDSI - Red Digital de Servicios Integrados -. Fue el primer servicio proporcionado por los proveedores de comunicaciones como alternativa a las comunicaciones por líneas analógicas y a las conexiones punto a punto. RDSI es un estándar internacional para transmitir información digital sobre líneas de cobre de la telefonía normal. Se utilizaba para unir a los usuarios con las centrales telefónicas. Sus características son: Es un protocolo de conmutación de circuitos. Existen dos tipos de redes RDSI o o RDSI básica: Formada por dos canales de datos y uno de control. Alcanzaba un ancho de banda de 128 Kbps. RDSI primaria: En Europa, esta formado por 30 canales de datos y uno de control. Tiene un ancho de Banda de 2Mbps. Actualmente es una tecnología obsoleta al haber sido sustituida rápidamente por la tecnología xdsl, que permite velocidades más rápidas y menos costes de instalación. Frame Relay: Ver más adelante. FDDI y FDDI 2: Es un protocolo orientado a usarse en redes metropolitanas (MAN). Es una red de transmisión de paquetes, con el uso de un token para controlar el acceso al medio. Es una red determinista que permite comunicaciones de tiempo real y prioridades. FDDI y FDDI 2 aunque muy similares son incompatibles. Sus inconveniente son que FDDI tiene un ancho de banda de hasta 200Mbps (con red de backup 100Mbps) compartido por todos los equipos conectados a la red, por lo que cuanto mayor es la red, menos ancho de banda hay disponible y además sus equipos de red son costosos. Es una tecnología en claro desuso. Página 2 de 11

3 Las tecnología actuales son: ATM de la que hablaré más adelante y 10Gigabit Ethernet y GigabitEthernet: Redes ETHERNET de banda ancha Son la evolución de las redes Fast Ethernet. Ethernet es un protocolo de transmisión de datos de la cada de enlace. Sus características son: 1. Transmite la información utilizando la conmutación de paquetes 2. Su protocolo de control de acceso al medio CSMA/CD, acceso al medio de forma aleatoria con detección de colisiones. Sus principales ventajas son: Una tasa de transmisión enorme: Hasta 10Gbps La mejor relación velocidad/precio. Tiene un coste de instalación y de operación menor que el resto. Facilidad de interconexión con redes FastEthernet, que aparecen en la mayoría de redes LAN actuales. Su inconvenientes son: No determinista. No garantiza una latencia máxima de las comunicaciones. Aunque su gran velocidad hace que funcionen correctamente las aplicaciones en tiempo real con una gran probabilidad, pero este margen de error no es válido para todas aplicaciones, como las hospitalarias. No garantiza la calidad de las comunicaciones (QoS), ni permite prioridades. Alcanza un máximo de aprovechamiento del ancho de banda de red de un 70/80%. La tecnología Gigabit Ethernet es usada para crear el backbone de grandes redes LAN y MAN. La tecnología 10 Gigabit Ethernet por sus grandes prestaciones se utiliza en redes WAN y grandes redes MAN. Ambas tecnologías han tenido una gran aceptación en el mercado, haciendo la competencia directa a la redes ATM, debido a su menor coste. Actualmente se esta trabajando en un nuevo estándar 100Gigabit Ethernet, que como su nombre indica, es 10 veces más rápido. Página 3 de 11

4 XDSL Línea de abonado digital- Es la familia de tecnologías utilizada para conectar usuarios finales a las redes de banda ancha WAN a través del cable de telefonía tradicional. El bucle de abonado es la conexión entre el cliente y la centralita telefónica de la operadora. Las tecnologías XDSL definen los protocolos de la capa física para el bucle de abonado. La tecnología xdsl convierte las señales digitales a señales analógicas para ser transmitidas por el cable de telefonía convencional. Usuario Red de acceso Par de cobre Red de banda ancha Central de conmutación La conexión a la central de conmutación puede hacerse utilizando varios tipos de medios (par de cobre, cable coaxial, fibre óptica...) pero el par de cobre es el más utilizado, puesto que se aprovecha el bucle de abonado de la telefonía analógica. Aprovechando esta infraestructura, las operadoras se ahorran la costosa instalación y pueden ofrecer precios competitivos. Dentro de la familia de tecnologías XDSL, las tecnologías con mejores prestaciones e implantadas son dos: ADSL XDSL asíncrono-. Es la tecnología XDSL más utilizada, implantada desde hace años. La denominación de asimétrica está motivada porque ofrece una tasa de trasferencia diferente para la subida (de la red al cliente) que de bajada (del cliente a la red). La tecnología ADSL ha evolucionado y actualmente encontramos tres versiones de ADSL: El ADSL original, el ADSL2 y ADSL2+. VDSL XDSL de alta velocidad-. Puede transmitir de forma asimétrica (52 Mbps de bajada y 12 Mbps de subida) o de forma simétrica (26Mbps tanro de subida como de bajada). Utiliza hasta 4 bandas de frecuencia 2 de subida y 2 de bajada. En Europa, esta tecnología se está orientando a la transmisión de televisión de alta definición por red. Por ejemplo, telefónica la utiliza para la TV de Imagenio. ADSL - Línea de abonado digital asíncrona- Los modems ADSL utilizan bandas de frecuencia diferentes para transmitir datos (24 khz a 1104 khz) que la telefonía tradicional (300 Hz a 3400 Hz). Por ello permite utilizar simultáneamente la línea para la comunicación de datos y voz. El medio de trasmisión (el bucle de abonado) es exclusivo del cliente, lo que reduce los riesgos de seguridad, permite disponer el ancho de banda de forma exclusiva para el cliente y que la conexión sea continua. Arquitectura de una red ADSL Página 4 de 11

5 Las conexiones ADSL utilizan como equipo electrónico de conexión módems. Al emitir, convierte la señal de digital a analógica y el receptor viceversa. Al ser una modulación asimétrica los módems del usuario y de la centralita son diferentes. El del cliente se denomina ATU-R (ADSL Terminal Unit Remote) y el de la centralita ATU- C (ADSL Terminal Unit Central). Red de conmutación telefónica ATU-R X X ATU-C Red de banda Ancha Par de cobre Usuario Centralita En una conexión ADSL se establecen tres canales, uno para el envío de datos, otro para su recepción y, el último, para la transmisión de voz. Sobre ADSL se pueden utilizar protocolos del nivel de enlace como Frame Relay y ATM. Desde un primer momento, se pensó en ADSL como una solución de acceso de banda ancha, por ello se diseño para su fácil integración con ATM. La mayoría de operadoras han adoptado ATM como protocolo de enlace desde el modem ITU-R hasta la red de banda ancha que también es ATM. La comunicación entre el usuario y el módem puede ser ATM o utilizar otro protocolo, generalmente de conmutación de paquetes, como Ethernet. Los dos modelos más comunes de ADSL quedan representados a continuación: Red de usuario ATU-R Centralita Red de banda ancha. WAN ATM Otro Protocolo (Ethernet) Conexión ATM - Extremo a extremo - Las características de una conexión ADSL son: Velocidad máxima de transferencia de bajada: 8 Mbps. Velocidad máxima de transferencia de subida: 1 Mbps. No dispone de un servicio de corrección de errores. Página 5 de 11

6 Evoluciones de ADSL: ADSL2 y ADSL2+ ADSL2 y ADSL2 + son la evolución de ADSL, utilizando el mismo medio de transmisión consiguen un mayor rendimiento. La principal mejora es una mayor tasa de transferencia. Las mejoras de ADSL2 sobre ADSL1 son: Mayor tasa de transferencia de descarga es de 12 Mbps. La tasa de transferencia de subida es de 2 Mbps. Un mejor tratamiento de los errores de conexión. Contempla la posibilidad de usar más de una línea telefónica en una misma conexión de un único terminal. La finalidad es mejorar las tasas de bajada. Las mejoras de ADSL2 + sobre ADSL2 se reducen a la mejora de la velocidades de transmisión. De subida, ADSL2+ permite 2 Mbps de subida, y de bajada 24 Mbps. Unos de los problemas de ADSL es que la velocidad máxima que puede alcanzar depende de la distancia entre el cliente y la centralita, y de la calidad de las líneas. Para una línea telefónica normal, la velocidad máxima se consigue con 1,5 Km como máximo de distancia con la centralita. A partir de los 3Km, las mejoras de velocidad de ADSL2 y ADSL2+ prácticamente se pierden. Página 6 de 11

7 Redes ATM La tecnología ATM, Modo de transferencia Asíncrona, es la tecnología propuesta por los organismos de estandarización, como CCITT o ANSI, para el RDSI de banda Ancha. Es un protocolo de red del modelo OSI de ISO. Es uno de los protocolos de red más avanzados actualmente. Sus ventajas son: Proporciona ancho de banda de hasta 155 Mbps en conexiones usuario-red (conexión DS1) y de hasta 10Gbps dentro de la red (utilizando redes SONET), permite conectar el cliente directamente con una WAN sin ninguna pérdida de prestaciones y sin la necesidad de protocolos adicionales, integra todo tipo de servicios en la misma red, gestionándolos de forma independiente según sus diferentes características, Permite Calidad de servicios (QoS ), es decir, permite garantizar los servicios de comunicaciones, Se puede utilizar tanto en redes WAN, MAN o LAN y Está diseñada para permitir una potente administración de red, permite tarificar por volumen de información transmitida. Funcionamiento ATM utiliza como método de multiplexación de los datos la conmutación de celdas. La información de divide en paquetes de 53 bytes y se transmiten de forma independiente. Cada celda está formada de 48 bytes de datos y una cabecera de 5 bytes. La cabecera tiene un campo que indica de que servicio proviene la celda, este campo se denomina identificador de circuito virtual (VCI). El flujo de datos de cada circuito virtual puede tener características diferentes, como ser tasa de transmisión variable o constante, comunicación en tiempo real... El canal de transmisión de divide en particiones de tiempo en las que puede viajar una celda. Cada canal tiene un identificador que se denomina identificador de ruta virtual (VPI). Las celdas en la cabecera también incluyen un campo con el identificador de la ruta virtual por la que viajan. ATM asigna una ruta virtual a cada circuito virtual. Si un conmutador ATM no tiene celdas para rellenar una ruta virtual, añade celdas vacías. Página 7 de 11

8 Ha diferencia de las redes de conmutación de circuitos, ATM puede variar el número de particiones de tiempo asignadas a cada ruta virtual según las necesidades del circuito virtual que transporta y las del tráfico de datos en general. La asignación entre rutas virtuales y circuitos virtuales tienen valor local, pueden variar al pasar por cada conmutador. Por ejemplo, se puede tener un servicio de transmisión de vídeo identificado como el circuito virtual 1(VCI 1) que dentro de un tramo de red ATM se transmite dentro de la ruta virtual 2 (VPI 2), pero al pasar por un conmutador puede pasarse a transmitir por la ruta virtual 3 (VPI 3). ATM posee dos tipos de celda que se diferencian por sus cabeceras. Las celdas UNI User to Network Interface-. Son las celdas que se transmiten entre los nodos de la red ATM y los usuarios. Las celdas NNI Network to Network Interface- Son las celdas que se transmiten dentro de una misma red o entre redes a través de los nodos de la red. Modelo de capas del protocolo ATM ATM se organiza en tres capas más una dimensión de administración. La capa física: Define los interfaces físicos con el medio de transmisión y las funciones responsables de la correcta transmisión y recepción de los bits en el medio físico. A diferencia de otro tipo de redes, ej: Ethernet, ATM es independiente del medio de transmisión utilizado. Puede utilizar desde redes de fibra de vidrio como SONET a modem de 9600 baudios. La capa ATM: Define la estructura de la celda y de la asignación de las celdas a las rutas virtuales de la red. Esta capa es independiente del servicio. La capa de Adaptación ATM: Es la capa encargada de adaptar los diferentes tipos de tráfico que recibe de las capas superiores para usar la red ATM y realiza tareas de control de flujo. Cuando es emisor, recibe el flujo de datos y lo segmenta en paquetes de 48 bytes. Como receptor, agrupa los paquetes para reconstruir los flujos de datos. La capa de adaptación ATM trata los flujos de datos de forma distinta según: Página 8 de 11

9 Que la información transportada dependa o no del tiempo Que la tasa de bits sea constante o variable El modo de conexión ATM ofrece tres categorías de comunicación básicos según las características del servicio: CBR Constant Bit Rate- asegura un ancho de banda constante a la aplicación. Es utilizado, por ejemplo, para transmitir video con compresión constante. VBR Variable Bit Rate- asegura un ancho de banda mínimo y máximo a la comunicación. Una variante es VBR-rt VBR real time- Como VBR pero además garantiza un retardo máximo para la trasmisión de las celdas. Usado en aplicaciones de tiempo real. UBR Unspecified bit rate- Proporciona un servicio de comunicaciones sin especificar sus características. Usado para comunicaciones TCP/IP ATM ofrece calidad de servicio QoS-. Es decir, garantiza las características ofrecidas en cada categoría de servicio. Cuando un usuario solicita establecer una conexión de una determinada categoría, si la red ATM no puede garantizar el servicio, rechaza la conexión. En caso de saturación de la red, la red actúa sobre las celdas según su categoría. Así, eliminaría celdas UBR antes que VBR. Implantación de las redes ATM ATM tiene multitud de ventajas sobre el resto de protocolos de red, pero un gran inconveniente el coste. A nivel de redes LAN, las redes ATM no han fructificado porque el coste de migración a ATM es muy alto, porque los equipos de red ATM son complejos y caros, y su administración difícil. Ethernet tiene desde hace años una gran cuota de mercado (más del 80%), lo que ha permitido que pasar a GigabitEthernet sea actualizar la infraestructura de red, siendo esto mucho más económico y fácil. En entornos LAN, las características de tarificación por volumen transmitido y la calidad de servicio (QoS) no son importantes. En entornos WAN, ATM tiene una gran cuota de mercado de la banda ancha y sustituye a Frame Relay, gracias a tener mayor ancho de banda, mayor poder de administración, ofrecer mejor servicio a los clientes con QoS... Es el protocolo de la capa de enlace más utilizado en las conexiones xdsl. Como protocolo de comunicación dentro de las redes WAN, está sufriendo la competencia de las últimas versiones de Ethernet (10 GBitEthernet) Página 9 de 11

10 FRAME RELAY Frame Relay es un protocolo de transmisión del nivel de enlace, utilizado desde Está orientado a proporcionar un servicio de bajo coste de transmisión de datos de forma intermitente entre redes LAN u otros clientes, a través de una red WAN. Características: Es una forma simplificada de tecnología de conmutación de paquetes. El tamaño de los datos transmitidos en cada trama puede variar de un 1 Byte a 8KBytes. Es un protocolo orientado a conexión. No es fiable, no realiza ninguna tarea de control de errores o control de flujo. Estas tareas deben realizase por capas superiores en el destinatario. La velocidad de transmisión es variable, la velocidad máxima es 45 Mbps (En Europa se ofrece hasta 2 Mbps). Es una tecnología de red con una velocidad de transferencia comprendida entre RDSI y ATM. Permite utilizar diferentes medios de transmisión físicos: XDSL, líneas RDSI... La conexión de Frame Relay es de tipo permanente (PVC). El usuario ve una conexión continua y dedicada con el receptor, aunque sea una conexión a través de una red pública compartida. Existe un tipo de conexión conmutada (SVC) para Frame relay, que en la práctica no se utiliza por su excesiva complejidad. Permite disponer de varias conexiones virtuales (PVC) a través de una conexión física a la red Frame Relay. Sobre Frame Relay se puede transportar tanto datos como voz (existe un estándar para voz sobre Frame Relay). Aunque no es una línea diseñada para transmitir información en tiempo real. Su implantación es fácil y barata. La adaptación de los routers de la red conectados a la red Frame Relay es barata. Es un protocolo implementable por software. Por ejemplo, Telefónica ofrece Frame Relay como servicio para interconectar redes, con una velocidad máxima de transmisión de 2 Mbps. Frame Relay conecta las redes LAN con una red WAN nacional. El acceso puede ser mediante RDSI, ADSL, líneas dedicadas... Página 10 de 11

11 Tendencias futuras Las redes de banda anchas es un campo en el que actualmente se esta trabajando e investigando mucho. Las próximas tecnologías a corto plazo son: FTTH Fiber to the home- FTTH o Fibra hasta el hogar parece ser la tecnología que sustituirá a las conexiones xdsl para comunicaciones de banda ancha. Consiste en conectar al usuario directamente con una red de fibra óptica, y aprovechar el gran ancho de banda de la misma, actualmente hasta 155 Mbps. Su principal inconveniente es su gran coste, debido a la instalación de los cables y a los equipos ópticos. Actualmente en Europa, las soluciones FTTH no se comercializan, sino que están en fase de investigación. En Japón llevan varios años de comercialización. ISO WIMAX- Tecnologías estándar para la implantación de redes MAN inalámbricas. Permite conexiones de hasta 70Mbps a una distancia de 50km. Su objetivo es ser una alternativa sin hilos a las conexiones de banda ancha como xdsl o cable. Es una tecnología complementaria con la ISO Wíreless al usar frecuencias de radio diferentes, y diseñada para ser utilizada en dispositivos móviles. A principios del 2008, la Unión Europea aprobó el uso de la banda de frecuencias que usa Wimax para redes de comunicaciones terrestres. Todos los países deberán permitir el uso de estas frecuencias antes del En España ya se comercializa a pequeña escala acceso a Internet mediante Wimax, aunque todavía no se haya adaptado la legislación al decreto Europeo. Página 11 de 11