RED DE TRANSPORTE
Una red de transporte, también denominada (red
troncal), "nucleo de red" o (backbone) tiene como objetivo concentrar
el tráfico de información que proviene de las redes de acceso para llevarlo a mayores distancias. Es una red de ámbito
nacional estructurada en capas. Transporta información de usuario desde un
punto a otro u otros puntos de forma bidireccional o unidireccional. Transfiere
diversas clases de información de control de red, tales como la señalización e
información de operaciones y mantenimiento.
Basada en tecnologías ATM, HDSL, JDS, JDP y DWDM, está compuesta por sistemas de transmisión
multi-suministrador y soportada por la red de fibra óptica, sistemas radioeléctricos y conexiones JDP. Su evolución ha sido gradual, desde
las primeras redes analógicas, las digitales, hasta las redes ópticas.
El
proyecto DVB ha definido una interfaz que se usará para conectar el mundo de
las señales DVB a las redes PDH [ETS 300 813]. También se ha definido una
interfaz para redes SDH [ETS 300 814] y redes ATM [ETS 300 815].
(Jerarquía
digital Plesiócrona (Plesiochronous Digital Hierarchy))
La
ITU-T define en la G.701 que dos señales digitales que tengan la misma
velocidad nominal V (bit/s), que mantengan sus desviaciones máximas respecto a
esta cadencia dentro de límites especificados ±ΔV (bit/s) y que no provengan
del mismo reloj son señales digitales plesiócronas.
La
temporización vaya ligada a cada nivel jerárquico, hacen que en la práctica sea
imposible identificar una señal de orden inferior dentro de un flujo de orden
superior sin demultiplexar completamente la señal de línea.
Uno de
los mayores inconvenientes de la demultiplexación plesiócrona es que una vez
formada la señal múltiplex, no es posible extraer un tributario concreto sin
demultiplexar completamente la señal. Las diferentes jerarquías plesiócronas
existentes: americana, europea y japonesa, hacen muy difícil el
interfuncionamiento. La escasa normalización ha conducido a que los códigos de
línea, la modulación o las funciones de supervisión, sean específicas de cada
suministrador, de forma que equipos de diferentes fabricantes son incompatibles
entre sí.
SDH (Jerarquía
Digital Síncrona) (Synchronous Digital Hierarchy). La revolución de los
sistemas de transmisión, como consecuencia de la utilización de la fibra óptica
como medio de transmisión, así como de la necesidad de sistemas más flexibles y
que soporten anchos de banda elevados La trama básica de SDH es el
STM-1(Synchronous Transport Module level 1), con una velocidad de 155 Mbps.
La SDH
presenta una serie de ventajas respecto a la jerarquía digital plesiócrona
(PDH). Algunas de estas ventajas son:
§
El proceso de
multiplexación es mucho más directo. La utilización de punteros permite una
localización sencilla y rápida de las señales tributarias de la información.
§
El procesamiento de la
señal se lleva a cabo a nivel de STM-1. Las señales de velocidades superiores
son síncronas entre sí y están en fase por ser generadas localmente por cada
nodo de la red.
§
Las tramas tributarias
de las señales de línea pueden ser subdivididas para acomodar cargas
plesiócronas, tráfico ATM o unidades de menor orden. Esto supone mezclar
tráfico de distinto tipo dando lugar a redes flexibles.
§
Compatibilidad eléctrica
y óptica entre los equipos de los distintos proveedores gracias a los
estándares internacionales sobre interfaces eléctricos y ópticos.
En
cuanto a las desventajas tenemos que:
§
Algunas redes PDH
actuales presentan ya cierta flexibilidad y no son compatibles con SDH.
§
Necesidad de sincronismo
entre los nodos de la red SDH, se requiere que todos los servicios trabajen
bajo una misma referencia de temporización.
§
El principio de
compatibilidad ha estado por encima de la optimización de ancho de banda. El
número de Bytes destinados a la cabecera de sección es demasiado grande, lo que
nos lleva a perder eficiencia.
ATM (Modo de Transferencia Asíncrona) (Asynchronous
Transfer Mode), es una tecnología para generar redes de alta capacidad y
respuesta para permitir el trafico de grandes cantidades de información. A fin de
aprovechar al máximo la capacidad de los sistemas de transmisión, sean estos de
cable o radioeléctricos, la información no es transmitida y conmutada a través
de canales asignados en permanencia, sino en forma de cortos paquetes (celdas
ATM) de longitud constante y que pueden ser enrutadas individualmente mediante
el uso de los denominados canales virtuales y trayectos virtuales.
El
metodo de transmision ATM (Asynchronous Transfer Mode) consta de celdas de
tamaño fijo de 53 bytes, los cuales conforman 5 bytes de header y 48 bytes de
payload (carga util de la celda). Diferentes flujos de información, de
características distintas en cuanto a velocidad y formato, son agrupados en el
denominado Módulo ATM para ser transportados mediante grandes enlaces de transmisión.
Estas tramas se multiplexan y pueden ser transportadas por redes de tipo SDH (
Syncrhonus Digital Hierachy) para norma europea y PDH para norma americana.
Las
velocidades de transmisión de ATM más frecuentemente usadas son STM1 u OC3
(SDH, PDH respectivamente) que son 155,2MBits/s . Esta velocidad se puede
transmitir tanto por fibra óptica como por cable del tipo STP5 y velocidades
mayores solo transmitibles por fibra de STM4 - OC12 que son 622,5 Mbits/sec,
STM16 - OC48 que son 2,5 Gbits/sec y una sobremultiplexacion (canalización) en
STM64 - OC192 de casi 10 Gbits/sec.
Toda
las transmisiones de ATM contienen parametros de QoS (Quality of Service) , ToS
(Type of Service) , conformance y muchos parámetros mas para asegurar la transmisión.
El ATM
fue la apuesta de la industria tradicional de las telecomunicaciones por las
comunicaciones de banda ancha. Se planteó como herramienta para la construcción
de redes de banda ancha (B-ISND) basadas en conmutación de paquetes en vez de
la tradicional conmutación de circuitos. El despliegue de la tecnología ATM no
ha sido el esperado por sus promotores. Las velocidades para las que estaba
pensada (hasta 622Mbps) han sido rápidamente superadas; no está claro que ATM
sea la opción más adecuada para las redes actuales y futuras, de velocidades
del orden del gigabit. ATM se ha encontrado con la competencia de las
tecnologías provenientes de la industria de la Informática, que con proyectos
tales como la VoIP parece que ofrecen las mejores perspectivas de futuro.
En la
actualidad, ATM es ampliamente utilizado allá donde se necesita dar soporte a
velocidades moderadas, como es el caso de la ADSL, aunque la tendencia es
sustituir esta tecnología por otras como Ethernet que está basada en tramas de
datos.
ENRUTAMIENTO
Se conoce con el nombre de enrutamiento (routing) el proceso que permite
que los paquetes IP enviados por el host origen lleguen al host destino de
forma adecuada.
En su viaje entre ambos host los paquetes han de atravesar un número
indefinidos de host o dispositivos de red intermedios, debiendo existir algún
mecanismo capaz de direccionar los paquetes correctamente de uno a otro hasta
alcanzar el destino final. Este mecanismo de ruteo es responsabilidad del
protocolo IP, y lo hace de tal forma que los protocolos de las capas
superiores, como TCP y UDP, no tienen constancia alguna del mismo, limitándose
a preocuparse de sus respectivas tareas.
Cuando un host debe enviar datos a otro, lo primero que hace es
comprobar si la dirección IP de éste se encuentra en su tabla ARP, en cuyo
caso los datagramas le son enviados directamente mediante la dirección
de su tarjeta de red, conocida como dirección física.
En caso de que no conozca la misma, envía un mensaje de petición
ARP, que será respondido por el host destino enviando su dirección física, con
la que ya tiene los datos suficientes para la transmisión de las tramas. Este
proceso recibe el nombre de routing
directo.
Los routers poseen unas tablas de enrutamiento en las que almacenan
información sobre el mejor camino que pueden seguir los paquetes para llegar a
su destino. Cuando le llegan los paquetes, el router debe extraer de ellos la
dirección de la red a la que pertenece H, para saber a cuál de las redes que
una debe mandar los paquetes. Para ello, coge la dirección IP de destino y
realiza con ella y las máscaras de red de cada una de las redes a las que
pertenece una operación AND lógica, con lo que obtendrá la dirección de la red
destino. Para realizar la operación AND pasa las direcciones IP a formato
binario
Los Routers aprenden acerca de la topología de la red en base a:
- Rutas estáticas
- Protocolos de
enrutamiento.
Rutas Estáticas: Se administra en
forma manual por el administrador de la red, ya que este es el encargado de
actualizar las rutas y las modificaciones se hacen de forma manual.
- Permiten la configuración
manual de las tablas de enrutamiento.
- Las tablas no podrán ser
modificadas en forma dinámica
- Falta de flexibilidad
frente a fallas de los enlaces
- No son necesarios las
cargas y procesos asociados a un protocolo de descubrimiento de rutas.
- Es fácil establecer barreras de seguridad bajo este modelo
Configuradas manualmente por el administrador.
Los Routers no pueden reenrutar ante fallas de enlace
Enrutamiento Dinámico: El administrador
configura el routing de este manera el protocolo administra los cambios
mediante el envió periódico de información de enrutamiento.
- Se basa en la
comunicación, a través de broadcasts, entre los routers.
- Para descubrir las
mejores rutas los routers emplean el concepto de métrica.
- No es necesario mantener
manualmente las tablas de rutas.
El sistema se vuelve más flexible y autónomo frente a caídas de los enlaces
- Los roturers utilizan un protocolo común
- Se basan en métricas para
la selección de rutas
Protocolo de Enrutamiento Interior
- RIP
- IGRP
- OSPF
RIP (Routing Information Protocol)
·
Especificado en el RFC 1058
·
Se basa en la filosofía de vector - distancia
·
Utiliza como métrica el concepto de salto (hop)
·
El número máximo de saltos permitidos es 15
·
Se actualiza cada 30 segundos
IGRP (Interior Gatway Routing Protocol)
·
Desarrollado por CISCO
·
Se basa en la filosofía de vector - distancia
·
Utiliza una mezcla de criterios para determinar la métrica
Ø Ancho de banda del
canal
Ø Retardos
Ø Carga
Ø Confiabilidad
·
Se actualiza cada 90 segundos
OSPF (Open Shortest Path First)
·
Especificado en el RFC 1131 y en el RFC 1247
·
Se basa en la filosofía de estado del enlace
- Utiliza el concepto de
costo para determinar la métrica
- Diseñado para ser usado
en un único sistema autónomo
Protocolo de Búsqueda Exteriores
- EGP (Exterior Gateway
Protocol)
- BGP (Border Gateway
Protocol)
EGP (Exterior Gateway Protocol)
·
Especificado en los RFC 827 y RFC 904
·
Rutea en base a los routers vecinos
·
No utiliza métrica
·
Los routers se comunican el estado de los enlaces
BGP (Border Gateway Protocol)
·
Especificado en los RFC 1105, RFC 1163 Y RFC 1267
·
Utiliza conexiones del tipo TCP
·
Realiza medidas periódicas para determinar las mejores rutas
SISTEMA OPTICO PASIVO
Son redes de
fibra óptica cuyos componentes son enteramente pasivos en la red de
distribución (no en la central y domicilio del cliente). Permiten compartir una
misma fibra entre varios usuarios
Las
redes PON típicas están conformadas por:
Un Terminal
de Línea Óptico (Optical Line Terminal) OLT ubicado en la central, • Varios elementos
pasivos de ramificación óptica, denominados Splitter • Varios Terminales de Red
Ópticos (Optical Network Terminals) ONTs también denominados ONU (Optical
Network Unit), los que se encuentran en la casa del usuario y presentan las
interfaces hacia los dispositivos que con los cuales se hace uso del servicio.
En el
siguiente diagrama se esquematiza una posible arquitectura de una red PON
genérica.
Se puede
observar que en la central se ubica un equipo OLT Desde éste salen cables de
fibra, cada uno de dichos cables es capaz de transportar el tráfico de hasta 64
abonados y corresponde a un puerto PON en el equipo de la central. Estas fibras
pueden tener una o varias etapas de splitters. En este diagrama se ejemplifica
el caso de una red con dos niveles de splitters, donde la primera etapa
presenta una relación 1:n; luego desde allí salen n fibras por cada fibra
“primaria” o Feeder. Desde allí se tiene una etapa de cableado denominada
Distribución, la cual finaliza en un segundo splitter, el cual realiza la
segunda etapa de splitter y en general oficia también de Drop Box, es decir,
desde allí se sale con los cables de acometida de fibra directamente hacia el
cliente. Típicamente esta etapa de cableado se realiza con tendido aéreo. Los
terminales de abonado u ONUs son los encargados de dialogar con el equipo PON
de la central terminando dicho enlace, y ofreciendo hacia el usuario
generalmente una interfaz Ethernet para los servicios de datos mediante un
conector RJ45 para cable UTP (en algún caso presentan puertos USB además) y una
interfaz telefónica con conector RJ11. La interfaz telefónica mencionada es
brindada gracias a la funcionalidad de gateway de VoIP (o IAD) embebida en el
propio equipo ONU. Para ello la ONU soporta el protocolo SIP y en algún caso
H.248 para dialogar con la red NGN. Las señales ópticas son trasmitidas por las
OLT usando una longitud de onda de 1.490 nm y por las ONTs usando 1.310 nm, es
decir el canal en sentido Downlink utiliza la primera longitud de onda indicada
y el de Uplink la segunda. Es posible además inyectar una señal de video RF
digitalizándolo y transmitiéndolo en el canal de downlink en la longitud de
onda de 1550nm.
Elementos
componentes de la red Los splitters ópticos pasivos como se mencionó son los
elementos de la red que permiten la conexión punto a multipunto y que permiten
que las señales ópticas de una fibra puedan ser distribuidas a otras varias
fibras. Una sola fibra conectada al OLT puede distribuirse y conectar hasta 64
ONUs diferentes según las recomendaciones. Los splitters ópticos se implementan
cascadeando splitters “físicos” con relación 1:2, donde la señal de entrada se
distribuye en dos caminos diferentes resultando en una pérdida de potencia
aproximadamente de 3,5 dB. Cada camino vuelve a separarse en dos permitiendo
mayor distribución pero también adicionando nuevamente una pérdida de potencia.
Por ejemplo un splitter de razón 1:32 tendrá 5 etapas de split resultando en
una pérdida de potencia de aproximadamente 5 x 3,5 dB = 17.5dB. En realidad la
pérdida introducida no es exactamente el igual en un splitter 1:32 que si se
colocan 5 splitters de relaciones 1:2, esta será algo superior y se debe a la
introducida por los conectores externos necesarios, mientras que en el otro
caso esto se realiza internamente. En el siguiente cuadro se pueden ver las
pérdidas típicas introducidas por algunos splitter comercialmente disponibles.
|
Relación de Split
|
Pérdida de inserción (dB)
|
|
1:2
|
3.6
|
|
1:4
|
7.8
|
|
1:8
|
11
|
|
1:16
|
14
|
|
1:32
|
17.5
|
Los estándares PON especifican distancias máximas
alcanzables de hasta 20 km entre OLT y
ONT.
Todas las diferentes tecnologías PON dadas las
longitudes de onda con las que operan son capaces de funcionar con fibras
ópticas estándar, según ITU-T G.652, sin necesidad de fibras especiales como
las nueva fibras denominadas “Zero Water Peak” en las que no se tiene la ventana
de atenuación de pico centrado en 1380nm que presenta la fibra estándar.
La distancia máxima alcanzable esta determinada por:
· La potencia transmitida por los equipos (Launch Power), en general
depende del tipo de equipo, clasificándose éstos en 4 clases (A, B, C, D) en
función de dicha potencia. Un valor típico de éste parámetro para equipos clase
B es entre +3 a +7 dBm.
· La sensibilidad en recepción de los equipos, es decir la mínima potencia
de señal que es capaz de reconocer correctamente. Un valor típico para esta es
-26dBm.
· La pérdida de inserción introducida por el cable de fibra óptica, esta
dependerá de la longitud de onda a utilizar, para las usadas en estas
tecnologías PON esta pérdida es de
0.40dB/km para una longitud de onda de 1310nm y de
0.35dB/km para 1490nm.
· Pérdida introducida por los splitters, dependiente de las relaciones de
splitting, según tabla anterior.
· Pérdida introducida por los conectores, típicamente esta es de 0.5dB
aproximadamente.
· Pérdida introducida por cada empalme, esta depende de qué tipo de
empalme se trate, un empalme mecánico introducirá típicamente una pérdida aproximada
de 0.5dB, mientras que en el caso de un empalme por fusión será de aproximadamente
0.1dB.
Dado que los splitters involucran una pérdida
importante de potencia en relación con los restantes componentes de la red, el
diseño de dicha red debe ser cuidadosamente balanceado entre: ramificación alta
de fibras, distancias a los clientes, y las potencias manejadas por los equipos;
de modo que satisfagan las especificaciones de los mismos.
Por otra parte desde el punto de vista económico
también debe analizarse cuidadosamente las configuraciones posibles, con un
compromiso entre la cantidad de splitters a utilizar, la cantidad de fibras y
el número de puertos necesarios en el equipo PON en la central.
RED GPON
GPON
(Gigabit Passive Optical Networks) o red óptica pasiva con capacidad de gigabit,
aprobada entre los años 2003 y 2004 por el ITU-T (Sector de Normalización de las
Telecomunicaciones), es la estandarización de las redes PON a velocidades
superiores a 1 Gbps.
A su vez, es uno de los estándares más sugerentes a la hora de
ofrecer una conexión con fibra óptica en áreas metropolitanas. Este tipo de
redes punto a multipunto se basa en dividir la señal óptica entre 64 abonados a
través de una red de fibra completamente pasiva. El OLT (Optical Line Terminal)
es el equipo de central y la ONT (Optical Node Terminal) el equipo de abonado.
GPON ofrece una capacidad de 2,5 Gbps downstream y 1,25 Gbps
upstream compartidos por cada 64 abonados sobre distancias de hasta 20 km. El
método de encapsulación que emplea esta tecnología se basa en el protocolo GEM
(Generalized Encapsulation Method) que permite soportar cualquier tipo de
servicio (Ethernet, TDM, ATM, etc.) con baja sobrecarga, aprovechando así al
máximo el ancho de banda disponible. Sus características de QoS (Quality
Of Service) y OAM (Operation Administration and
Maintenance) avanzadas, permiten una gestión dinámica del ancho de banda e integrar
una red IP completa extremo a extremo.
Las características que nos
ofrece la tecnología GPON son entre otras, una estructura de trama escalable de
622 Mbps hasta 2.5 Gbps, además la capacidad de soportar tasas de bits
asimétricas. Dicha red de fibra óptica, facilita la transmisión bidireccional
de información en una sola fibra llamada PON. Actualmente la velocidad
estandarizada por los suministradores de equipos GPON suelen rondar los 2,4
Gbps en el canal de bajada y 1,2 Gbps en el de subida y gracias a estas
velocidades de transferencia de datos permite ofrecer videoconferencias o
televisión digital de gran calidad. También podemos encontrar en ciertas
configuraciones hasta 100 Mbps por abonado.
Otra de sus características es la abundancia de protocolos y servicios
preparados para la seguridad de los datos. El método de encapsulación que
emplea GPON es GEM (GPON Encapsulation Method) que permite soportar cualquier
tipo de servicio (Ethernet, TDM, ATM, etc.) en un protocolo de transporte
síncrono basado en tramas periódicas de 125µs. GEM se basa en el estándar GFP
(Generic Framing Procedure) del ITU-T G.7041, con modificaciones menores para
optimizarla para las tecnologías PON. GPON de este modo, no sólo ofrece mayor
ancho de banda que sus tecnologías predecesoras, es además mucho más eficiente
y permite a los operadores continuar ofreciendo sus servicios tradicionales
(voz basada en TDM, líneas alquiladas, etc.) sin tener que cambiar los equipos
instalados en las dependencias de sus clientes. Además, GPON implementa
capacidades de OAM (Operation Administration and Maintenance) avanzadas,
ofreciendo una potente gestión del servicio extremo a extremo. Entre otras
funcionalidades incorporadas cabe destacar: monitorización de la tasa de error,
alarmas y eventos, descubrimiento y ranging automático, etc.
§ Ventajas de las redes ópticas pasivas (PON):
- Aumenta el alcance hasta los 20 km (desde la central). Con tecnologías
xDSL como máximo se alcanzan los 5,5 km.
- Ofrecen mayor ancho de banda.
- Mejora la calidad del servicio debido a la inmunidad que presenta la
fibra frente a los ruidos electromagnéticos.
- Se simplifica el despliegue de fibra óptica gracias a su topología •
Se reduce el consumo por no haber equipos activos.
- Más baratas que las punto a punto.
|
Relación de Split
|
GPON
|
|
Estándar
|
ITU-T G.984
|
|
Ancho de Banda
|
- Simétrico o asimétrico hasta
2.5/1.25 Gbps de DL/UL*
|
|
Downstream
(nm)
|
1490 (voz y datos IP) y 1.550
(video RF)
|
|
Upstream (nm)
|
1.310
|
|
Transmisión
|
ATM, Ethernet, TDM
|
Aplicaciones
Al ser GPON una tecnología que permite una convergencia total de
todos los servicios de telecomunicaciones sobre una única infraestructura de
red basada en IP, permite una notable reducción de costes en los operadores,
que al poder usar la misma red para todos sus servicios, podrán ofrecer tarifas
más baratas a los abonados por servicios mucho más potentes (voz sobre IP,
televisión digital de alta definición, vídeo bajo demanda, Internet de banda
ancha sin restricciones de distancias y velocidad, juegos en red, etc.).
El
estándar GPON soportara tanto servicios síncronos (voz y vídeo) mediante Multiplexación
en el tiempo con un
alcance de 750m a 2.7km, como asíncronos (datos) a través deATM,
con un alcance de 20Km. Así pues, resultará ideal tanto para la oferta triple
play como para el intercambio de datos.
Referencias
http://wikitel.info/wiki/Redes_de_transporte
http://hagen49.tripod.com/IP.html
http://wikitel.info/wiki/UA-Redes_PON_GPON_derivados
http://www.ccapitalia.net/descarga/docs/2012-gpon-introduccion-conceptos.pdf
Autor:
Leonardo Savatier
Dany Leon
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