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Tecnologías de Redes y Servicios de Telecomunicaciones 1

TransmisiónING. JUAN VANERIO [email protected]

Tecnologías de Redes y Servicios de Telecomunicaciones 2Autor: Juan Vanerio

Introducción

Transmisión en Redes de Circuitos:● Multiplexación TDM/Jerarquías PCM● PDH, SDH● Sistemas de Transporte Óptico CWDM y DWDM

● OTN

Transmisión en Redes de Paquetes● Introducción● MPLS● Redes Privadas Virtuales con MPLS

Agenda


Introducción


¿Como enviar señales de un punto a otro?

¿Y cuando son muchas señales a enviar?

¿Como aprovechar los medios físicos disponibles?

¿Que consideraciones deben tenerse?

¿Que sucede cuando algo falla?

Transmisión - Introducción


Transmisión: sistemas de elementos interconectados que permiten transmitir señales entre los distintos nodos

Segmento de red (agregación/transmisión) que está entre el núcleo y la red de acceso. En ocasiones no se lo distingue del núcleo

Originalmente: medios físicos en paralelo con señales analógicas y repetidores

Actualmente las señales son digitales y se usan regeneradores, y multiplexión para transmitir múltiples señales por un mismo medio físico

Transmisión - Introducción


Transmisión en Redes de Circuitos


TDM y Jerarquías PCM


Transmisión entre Centrales en Redes de Circuitos

TDM aprovechar las características de la señal digital para trasmitir varios canales de voz por el mismo medio físicoBase de la conmutación de circuitos

TDM: Multiplexación por División en el tiempo (REPASO)

Ejemplo: códecs G.711 toman una muestra de voz de 8 bits cada 125 µs (Ts:“Tiempo de Símbolo”). Para multiplexar N llamadas simultaneas usando TDM, se toman las N muestras de 8 bits del último Ts y se transmiten todas en orden durante el siguiente Ts (tasa de bits al menos 8N/Ts)

REQUIERE SINCRONÍA

Mu

est

ras

de D

ato

s a E

nvia

r (c

ad

a u

na r

ep

rese

nta

Ts

seg

de a

ud

io)

x1

Memoria Circular Lee un dato cada Ts/N

x2

xN

medio de transmisión

Destin

os

x1

Memoria Circular

x1

xN

sincronismo entre Tx y Rx


Jerarquías PCM - E0

PCM de Orden Cero (E0, T0, DS0)

El sistema PCM establece esquemas de TDM

● Jerarquía más baja. Es lo que corresponde a una llamada; 64 Kbps (bidireccionales).

● Definido en ITU-T G.708

● 1 muestra de voz son 8 bits, frecuencia de muestreo de ● 8khz, da una tasa de 8x8=64 kbps con un tiempo de ● símbolo de Ts=1/8=125 µs.

● Sólo el BORSCHT y los terminales ISDN trabajan con DS0


E1 multiplexa en una trama estructurada de bits 30 señales de voz y 2 de para sincronía y control.

32 x 64 kbps = 2.048 kbps, (2 Mbps).

Se trasmiten 32 x 8bits = 256 bits en 125 µs

256 bits/125µs = 2.048 kbps

En EEUU se utiliza T1: 24 canales multiplexados y diferente esquema para señalizar (1.544Mbps)

PCM de Primer Orden (E1)



PCM de Primer Orden (E1)

La trama se divide en 32 time slots


TS 0

TS 1

TS 2

TS 16

TS 31

8 bits

8 bits

TS 31

TS 0

TRAMA E1 PRI: 32 Time Slots (256 bits) 125 microsegundos)

8 bits

8 bits

8 bits

8 bits

8 bits

8 bits

8 bits

Framing Señalización

Las velocidades mayores definidas están pensadas como múltiplos de 125 µs


Jerarquías PCM – E2, E3 y E4

Multiplexa 4 señales E2 logrando 34.368 kbps (~ 34 Mbps)

Multiplexa 4 señales E3 logrando 139.264 kbps (~140Mbps)

Las velocidades no son exactamente 4 veces la anterior porque se agregan señales para sincronizar las tramas y para control

PCM de Tercer Orden (E3)

PCM de Cuarto Orden (E4)

Multiplexa 4 señales E1 y nuevos canales de control logrando 8.448 kbps (~ 8 Mbps)

PCM de Segundo Orden (E2)


Jerarquías PCM

conmutador (core)

E0

E0

E0

E1

30 xE0

conmutador (core)

E2

4xE1

E1

E1

E1 conmutador (core)

E3

4xE2

E2

E2

E2 conmutador (core)

E44xE3

E3

E3

E3

64kbps2048kbps

(2Mbps)

8448kbps (8Mbps)

34368kbps (34Mbps)

139264kbps (140Mbps)


En la central conecto servicios ISDN y BORSCHT a estas jerarquías.

Los concentradores (digitales) arman tramas E1 y E3 para conectarse a los conmutadores.

Manejando E1, E3 y superiores se hace posible que las centrales manejen mayor cantidad de llamadas simultaneas sobre los mismos medios físicos

Jerarquías PCM


PDH y SDH


Jerarquía Digital Plesiócrona (casi sincronizadas)

La multiplexión en niveles superiores a E1 implica la multiplexión de tramas con fuentes de reloj diferentes e independientes nominalmente iguales (+/-50ppm)

E1 multiplexa por bytes, ordenes superiores por bits: 1 bit de la trama 1, seguido de 1 bit de la trama 2, luego de la 3, luego de la 4.

PDH

Los multiplexados superiores agregan bits a la trama para control y señalización

Tecnología que define las Jerarquías PCM


PDH - Características

● Sistema complejo y caro (ineficiente para transmitir)● Relativa baja capacidad (actualmente)● Sincronismo de tramas mediante palabra de

alineamiento.● Acceso complejo a las tramas multiplexadas.

● Conduce a falta de flexibilidad del sistema● Interfaces ópticas no estandarizadas● Multiplexión superior al cuarto nivel no estandarizado● Recolección de alarmas, canales de supervisión y

servicio no normalizados


PDH – compensación de diferencia de reloj

Justificación Positiva (Bit Stuffing): Para compensar las diferencias de reloj, se leen todas las tramas al menos a la máxima velocidad permitida (2048kbps+50ppm) y se introducen bits de relleno en las tramas más lentas.

Se señaliza al extremo receptor sobre cuales bits son los de relleno para que la trama original pueda ser reconstruida incluso manteniendo la cadencia original

El tercer y cuarto orden jerárquico son una extensión del segundo orden, debido a la similitud de tramas.


PDH - Equipamiento

ADM (Add Drop Multiplexer): Equipo que realiza la función de tomar una trama PDH, demultiplexarla varios niveles hasta alcanzar el nivel que busca (ej.: flujo de 2Mbps), leer y escribir datos en él, y volver a multiplexar toda la trama completa.

Cada central cumple también las funciones de un ADM, por lo tanto son clientes en el sistema PDH.

Esta estructura no escala bien ya que requiere nodos muy complejos y dificulta la detección de alarmas y problemas en las tramas multiplexadas.


SDHSynchronous Digital Hierarchy

Surge en los 90’ para superar las limitaciones de PDH.

Genera un estándar en interfaces de transmisión (Node Network Interface).

Estandariza la velocidad básica de 155.520 Kbps y las jerarquías superiores N x 155.520 Kbps.

Sincroniza a toda la red: Requiere precisión de clock con error < 10-9

Duración de la trama 125s

Utilización de punteros en la multiplexación para identificar las tramas de los tributarios y para la adaptación de velocidades.

Compatible con las redes PDH existentes.


● Utiliza justificación positiva, negativa y nula.● Efectúa el interleaving de a bytes no de a bits: Simplifica

inserción y extracción de carga.● Canales de supervisión estandarizados. Facilita la localización de

fallas y centraliza la gestión y el monitoreo.● Permite:

– Acceder a los tributarios específicos desde una trama superior gracias a la existencia de punteros.

– Arquitecturas del tipo anillo (Redundancia).– Esquemas para mapeo de paquetes.

● Casos de uso para SDH:– Asignación de Ancho de banda a demanda.– Carrier para ISDN, ATM y redes de datos o voz en general.– Puede usarse como backbone y reemplazar lineas E1 y E3.

SDH


● PTE: Equipo Terminal de Camino. Puntos de (des)ensamblado, es donde se inserta o extrae carga de transporte en las tramas.

● MUX: Terminal de Linea (multiplexor). Capaces de asociar señales a una jerarquía mayor o a la inversa.

● X: Terminal de Sección (regenerador). Únicamente regeneran la señal para cubrir mayores distancias.

SDH - Modelo de Referencia

PTE ADM PTEMUX

sección sección sección sección

línea

camino

MUX MUX MUX

Mapeo de Servicio

(ej: E1/2Mbps)

Mapeo de Servicio

(ej: E1/2Mbps)

línea


● Capa de Sección: se encarga del framing, del scrambling y del control de errores.

● Capa de Línea: Responsable de mover señales sobre una línea física. Se encarga de gestionar los punteros y los bytes de protección.

● Capa de Camino: Encargada del transformar la señal de electrica a óptica, hacerla lelgar a su destino y realizar la tranformación inversa. Se encarga del multiplexado y encapsulamiento de señales.

SDH - Modelo de Referencia


9 filas

Cabecerade sección de

regeneradores(RSOH)

Cabecerade sección de multiplexores

(MSOH)

Punteros del AU4

Área de Carga Útil

3 filas

5 filas

9 columnas 260 columnas

Duración: Ts=125 s

Velocidad:270x9x8/Ts=155.520 Mb/s

Ca

be

ce

ra d

e C

am

ino

(P

OH

)

1 columna

transmisión se realiza bit a bit en el sentido de izquierda a derecha y de arriba a abajo

(posiciones de la información de usuario)

SDH – Trama STM-1


● Tres canales de servicio y control de errores: entre regeneradores (RSOH), entre terminales o multiplexores (MSOH) y entre extremos del canal (POH).

● SOH: Se usa para comunicación a nivel del STM-1 (sección)● Bits para alineamiento de trama y de paridad (control de errores)● Información para sincronismo● Identificación de sección ● Alarmas● Información de gestión● Otros. (ej.: aleatorizacion de trama STM-1 -scramble-)

● POH: comunicación entre extremos del camino.● Forma parte de los contenedores virtuales y se usa para la

comunicación a nivel de VC-4 entre extremos del trayecto.● Contenedores virtuales pueden extenderse sobre dos

tramas STM-1 (contenedor “flotante”)

SDH – Encabezados del STM1


Estructura de la multiplexión SDH

Encasulamiento: Las etapas para llegar a conformar el STM-1 pueden imaginarse como una serie de “cápsulas”, una dentro de la siguiente y en ocasiones agregando varios contenedores, junto con información adicional de encabezamiento del contenedor superior.

Mul

tiple

x d

e S

DH

. Ada

ptad

o a

par

tir d

e IT

U-T

G.7

07,

IT

U-T

G.7

08)

e

Imag

en d

e do

min

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ublic

o a

utor

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rigio

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sin

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cion

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http

s://

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wik

iped

ia.o

rg/w

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ile:S

DH

_Mu

ltip

lex.

gif

STM-1 AUG-1 AU-4 VC-4 C-4

TUG-3 TU-3 VC-3 C-3

TU-2 VC-2 C-2

TU-12 VC-12 C-12

TU-11 VC-11 C-11

AU-3 VC-3

x1 x1

x3

TUG-2

x3

x4ETSI

SONET

x7

x7

ETSI

SONETETSI

SONET

E4 (140Mbps)

E3 (34Mbps)

E1 (2Mbps)

T1 (1.5Mbps)

DS2 (6.3Mbps)

DS3 (45Mbps)

x3

x1

x1

STM-NxN

Mapeo

Alineación

Procesamiento de Punteros

Multiplexión

SOH

PTR

PTR POH


Jerarquía SDH – Transporte de CargaDenominación Nombre Aclaración

C-11, C-12, C-2, C-3, C-4

Contenedores Cada tipo contenedor contiene una señal PDH/PCM (señal tributaria) de un tipo especifico, luego incluyo otras señales (ej.: ATM)

VC (11,12,2,3,4) Contenedor Virtual Contenedor más encabezado de camino que se procesan en los PTE (transporte) o contiene varios TUG. Bajo nivel: 1 y 2, Alto nivel: 3 y 4

TU Unidad de Tributario VC más encabezado con puntero indicando la posición del VC dentro del TU

TUG Grupo de Unidad de Tributario

Multiplexa TUs de a bytes según formatos fijos predefinidos.

AU Unidad Administrativa

Adapta la capa de trayecto y la de linea, con estructura análoga a la de TU. El puntero indica la posición dentro del STM-1

AUG Grupo de Unidades Administrativas

Auto descriptivo. Hay formatos fijos predefinidos.

STM-N Modulo de Transferencia Sincrónica

Tramas SDH, con N=1,4,16 o 64.. STM-1 es la básica (N=1). N>1 consiste en STM-1 multiplexados de a bytes


Ejemplo multiplexión señal de 2Mbps (E1)

bits/s

C-12 VC-12 TU-12 TUG-2 TUG-3 AU-4 AUG-1 STM-1VC-4

2048000 2240000 2304000 6912000 49536000 150336000 150912000 150912000 155520000

Añade PoH y

justificación:

+3 bytes

Añade

puntero TU

+1 byte

Multiplexa

3xTU-12

en un TUG-2

Multiplexa

7xTUG-2

en un TUG-3.

Añade dos

columnas de

relleno:

+18 bytes

Multiplexa

3xTUG-3

formando

un VC-4 (PoH).

Añade dos

columnas de

relleno:

+27 bytes

Añade

puntero AU

+9 bytes transparente

Añade

SoH

+72 bytes

x1x1x3x7x3


SDH – Punteros y Justificación FUNCIÓN DE LOS PUNTEROS: Justificación e identificación de la posición relativa de inicio del VC dentro de la trama o subtrama.

Justificación en SDH Permite absorber cambios de fase o de velocidad. Obs: aún en redes síncronas la fase de arribo de los canales puede cambiar por variaciones instantáneas de clock o debido a la entrada de canales con distinta fase de reloj.

Se obtiene modificando la posición de inicio del VC-4 y con el empleo de bits de justificacion (una operación cada 4 tramas).

Justificación Positiva: Corrimiento hacia adelante (menor velocidad relativa de VC-4 respecto del STM-1). Se emplean bytes de oportunidad de justificación positiva (3 bytes de relleno) y el puntero se incrementa periódicamente.

Justificación Negativa: Corrimiento hacia atrás (mayor velocidad relativa de VC-4 respecto de STM-1). Se emplean bytes de oportunidad de justificación (los 3 bytes H3 en el encabezado AU) para ubicar los bytes adicionales, y el puntero disminuye periódicamente.


● PDH usa punto a punto, mallas o estrellas (con hubs).

● SDH permite combinar esos arreglos con anillos y cadenas (chains) para mejorar la flexibilidad y la confiabilidad.

– Anillos:● la topología más usada con SDH● brinda mayor flexibilidad que punto a punto● mejores protección:

– Brinda dos rutas independientes entre dos nodos– Si falla la ruta usada habitualmente para cursar el

tráfico, se puede dirigir dicho tráfico a la ruta alternativa

SDH – Topologías de Red


1) MSP: Multiplex Section Protection

Protección a nivel de linea (Fibra Óptica)– protección 1+1: el tráfico se transmite simultáneamente por

las dos líneas, la de trabajo (working) y la de protección.– protección N+1: N líneas de activas son protegidas por una

sola línea de protección, no se envía el tráfico simultáneamente.

2) SNCP: Sub Network Connection Protection

Protección a nivel de los tributarios (Nivel de camino). Se envía lo mismo por dos caminos de iguales extremos, se recibe el mejor.

3) Mitad de carga

Se utiliza la mitad de la capacidad de cada enlace, de forma de que si alguno cae, se pueda enviar el tráfico por la capacidad ociosa de otro enlace. Proteccion de camino.

SDH – Protecciones


● Unidireccional. La información circula por el anillo en un solo sentido. Fácil de implementar y útil solo en anillos pequeños porque la conexión entre puntos cercanos requiere girar todo el anillo.

– En general usan protección de camino SCNP, ya que la conmutación del tráfico la controlan nodo origen y nodo destino.

– También se usan esquemas 1+1 o N+1 para las protecciones de línea.

● Bidireccional. El trafico siempre va por la vía más corta. Si hay un fallo este es detectado por el nodo adyacente el cual conmuta para proteger el tráfico.

● Caso de 2 fibras: parte de la capacidad de cada ruta se deja como reserva de la otra (mitad de carga).

● Caso de 4 fibras, la protección es 1+1: más caro● También se usan esquemas con protección N+1

● SHR (Self Healing Ring) Anillos que en caso de falla de una rama esta se detecta y en menos de 50ms se reenvía el trafico de la rama interrumpida a través algún tipo redundancia

SDH – Tipos de Anillo


E

A

B

CD

E

A

B

DC

E

A

B

CD

Healing

2 Fibras 4 Fibras

Self-Healing Caso 2 Fibras frente a falla de cable (pierde la conexión directa entre dos nodos)

SDH – Tipos de Anillo


Add-Drop MultiplexerPermite efectuar las siguientes funciones: ● Multiplexación: insertar y extraer canales en las tramas SDH (usa punteros).● Transporte: terminador de camino● Protección: conmutación 1+1.● Flexibilidad: conmutación entre direcciones de un anillo.● Más económico que el DXC pero menor capacidad de tributarios

Cross-Connect (DXC) Nodo de red SDH similar a una central de conmutación. ● Mayor capacidad de conmutación que los nodos PDH.● Operaciones de Cross-Connect:

● Sobre la trama STM-N con granularidad STM-1 ● Sobre el STM-1 con granularidad de 2Mb/s (o 34 o 140 Mb/s).● Algunos (funcionalidad extendida): Sobre 2 Mbps con granularidad de 64 Kbps.

● Permite: ● Supervisión de red mediante el SOH del STM-1● Prueba de enlaces sin interrupción ● Efectuar loopback (lazo cerrado, permutando VC-n sobre si mismos)

SDH – Equipamiento


Red IP

Red IP

TEX

DXC

DXC

DXC DXC ADM

TEX ADM

ADM

TEX

TEX

LEX

LEX

.....

.....

ADM

ADM

ADM

LEX

LEX

acceso

acceso

acceso

acceso

AgregaciónAgregación

Agregación

Agregación

Núcleo

Red IP

Red IP

SDH – Ejemplo de Red


● En EEUU existe una versión local de SDH llamada SONET (Synchronous Optical NETwork).

● Es un estándar ANSI, pensado para transportar como cargas útiles las tasas de la jerarquía PDH Norteamericana: 1.5/6/45 Mbps, además de E1 (2 Mbps)

● Un subconjunto de SDH es compatible con un subconjunto de SONET:– la interoperación de trafico es posible.– la interoperación de alarmas y gestión no es

posible generalmente.

SONET y SDH


Transporte Óptico WDM


Transporte Óptico WDM

WDM: Multiplexion por División en longitud de Onda. ● Tecnología que emplea múltiples longitudes de onda

(lambda) para transmitir diferentes flujos de datos sobre una misma fibra óptica.

● Corresponde al concepto de multiplexión en Frecuencia (FDM) aplicado en el dominio de la óptica.

● Es esencialmente una tecnología de circuitos● Obtiene los mayores anchos de banda en transmisiones punto a

punto (Tbps) sobre una sola fibra.

● Beneficioso para enlaces de media y larga distancia.

● Los primeros sistemas WDM aparecieron en torno a 1985 combinando dos señales (1310nm y 1550nm).


Introducción WDM ● Existen sistemas de fibra óptica desde fines de los 60, y ya en los 80

habían dejado de ser “raros”.

● El punto de inflexión en telecomunicaciones ópticas: amplificadores puramente ópticos (90s). Posibilitan sistemas ópticos puros de larga distancia, reduciendo costos y facilitando su despliegue comercial.

● Los primeros sistemas multicanal usaban la banda de 1550 nm y requerían lasers de precisión de alto costo, por lo que solo eran convenientes en enlaces de muy larga distancia

● La necesidad de soluciones WDM más económicas para emplearse en las regiones metropolitanas condujo a la aparición de técnicas multicanal más espaciados y que no requiriesen los componentes más costosos.


Funcionamiento y Clasificación de WDM

● Los sistemas WDM se dividen en dos categorías según el patrón de lambdas empleado: CWDM y DWDM

sentido de propagación de las señales

Multiplexor Demultiplexorseñal 1

señal 2

señal 3

señal 1

señal 2

señal 3


Es la tecnología que provee espacios amplios entre lambdas

Permite el uso de equipamiento menos sofisticado y más económico para su funcionamiento

Es el método de transporte más económico por bps

ITU-T G.694.2 (2003) define las lambdas para CWDM: 18 lambdas equidistantes a 20nm entre sí, desde 1271nm a 1611nm

Limites aproximados: ● 80 km para una señal de 2.5 Gbit/s ● 100Gbps en distancias más cortas

Se utiliza en redes de TV y algunos sistemas FTTx (ej.: PON), etc.

CWDMCoarse Wavelength Division Multiplexing


DWDMDense Wavelength Division Multiplexing

● Mayor densidad de portadoras.● Rango solapado con CWDM.● Método de transporte de mayor capacidad aún en distancias largas. ● ITU-T G.694.1 define las lambdas para DWDM: 193.1THz + n * Δf

● Δf=12.5 GHz(~0.1nm), 25 GHz, 50 GHz o 100GHz (~0.8nm).

f

ancho de slot 1 x 12.5GHz





6.25GHz

● Mínimo: 184.5THz (~1624.89nm)● Máximo:195.9375THz (~1530.04nm)● Grilla Fija: Ancho de banda se toma igual al espaciado.● Grilla Flexible: Anchos de banda multiplos de 12,5GHz. Puede

usarse un Δf=6.25GHz para posicionar y componer la grilla.


Equipamiento WDM● Transponder: Convierte una señal full-duplex eléctrica de sistemas clientes

(ej.: SDH) en una señal óptica sobre una lambda disponible, o lo inverso.● Regeneradores: Reconstruyen la señal óptica. Los actuales cumplen 3R:

(Retemporizacion, ReTX Amplificada y regeneración de pulsos)● Amplificadores● Multiplexores y Demultiplexores Ópticos. (Mux+transponder=Muxponder)● Terminal de Linea DWDM: termina un camino DWDM, contiene uno o más

transponders, muxponders y regeneradores.● Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer (ROADM): Elemento

configurable por software que coloca o extrae carga de una lambda configurable sin procesar ni afectar las demás.

● Conmutador Óptico (OXC): análogo a un DXC de SDH o un conmutador de circuitos TDM. Conmuta lambdas de cualquier fibra y las conmuta con otra lambda de cualquier otra fibra.

● Clasificación según el grado de conversión eléctrica: ● Opaco: Toda señal óptica se convierte a eléctrica para su procesamiento interno● Transparente: Todo el procesamiento es óptico ● Traslucido: Híbrido


OTN/OTHOptical Transport Network / Hierarchy


OTN: Optical Transport Network● Definición ITU-T G.709: OTN es un conjunto de Elementos de Red Óptica

(ONE) conectados por fibras ópticas capaces de proveer funcionalidades de transporte, multiplexión, conmutación, gestión, supervisión y supervivencia de los canales ópticos que llevan señales de clientes.

● Más simple, proporciona inteligencia de red sobre tecnologías WDM.

● Define una trama ("envoltorio digital") con una cabecera y elementos Forward Error Correction para cada lambda.

● Permite proveer varios tipos de servicios sobre una misma longitud de onda.

● Las OTN integran el transporte de señales SDH, Ethernet, MPLS, etc. de entre 100Mbps y 100Gbps. Incorpora adaptación directa para transmisión de paquetes. Ej. permite IPoDWDM, que elimina varias capas intermedias.● 20 años atrás para transmitir IP sobre redes de telecomunicaciones de larga

distancia se empleaba IP sobre ATM sobre SDH sobre DWDM.


● Ventajas sobre SONET/SDH:● Mejores técnicas de corrección de errores (FEC)● Más niveles de supervisión● Posibilidad de efectuar un transporte transparente de señales de clientes● Mayor escalabilidad en la capacidad de conmutación● Mayores tasas de transmisión

Idea: construir un transporte sobre los mismos principios que SDH pero con mayor capacidad y menos overhead por agregación de señales: Emplea encapsulamiento jerárquico para transmisión de datos de usuarios

Especifica esquemas de mapeo de tramas SDH Usa Generic Framing Procedure (GFP,ITU-T G.7041), una técnica para

mapeo de señales de usuarios de largo variable a redes de circuitos. Introduce TDM dent Las tasas de transmisión de G.709 se basan en las de SONET/SDH:

OTU1 de 2,6Gbps (para STM-16), OTU2 de 10.7Gbps (para STM-64), OTU3 de 43.1Gbps, OTU4 de 112 Gbps.o de cada lambda (conmutación “sub-λ”).

OTN: Optical Transport Network


OTN: OTH – Jerarquía de Transporte ÓpticoOPUk: Encapsula señal cliente y añade justificación. No lo modifica la red, solo los extremos (similar a POH de SDH)

ODUk: 1) Funciones similares a LOH de SDH.2) Permite multiplexar ODUs sobre sí mismas (vía TDM):

• Fijos: hasta 4xODU1 => ODU2, hasta 4xODU2 => ODU3, ...• Mixtos: Ej: combinación de ODU1 y ODU2 en un ODU3...• Otras posibilidades

3) Dos tipos: Lower-Order ODU: Hacia el servicio; Contienen OPUs u

otras LO-OPU y a su vez ellas mismas están multiplexadas sobre una HO-ODU.

Higher-Order ODU: Hacia la linea, no participa mux sub-λ. Contiene LO-ODU multiplexadas o directamente el OPU.

ODU4 (contenedor pensado para 100GbEthernet) es el único que solo puede ser HO-ODU.Algunas ODU solo pueden ser LO-ODU, ej.: ODU0: contendedor de 1.25Gbps para señales inferiores

a dicha capacidad. Pensada para Ethernet 1Gbps. ODUflex: solución flexible para mapeo de servicios de

paquetes y señales CBR de tasa arbitraria. Emplea timeslots de 1.25Gbps para crear un contenedor variable.

Otras ODU pueden ser de cualquiera de los dos tipos

OTUk: Añade FEC y funciones similares al SOH de SDH.


OTN: Estructura de TramaTrama de tamaño fijo de 4080 bytes (columnas) y 4 filas

Basado en tablas de ITU-T G.709

A diferencia de SDH, OTN emplea misma estructura y diferentes duraciones de tramas para obtener diferentes bitrates

Tipo OTU/ODU/OPU Duración/Periodo OPUk Rate (Nom., aprox)

OTUk Rate (Nom., aprox)

OTU1/ODU1/OPU1 48,971 μss 2,488 Gbps 2,666 Gbps




Ya n

o se u

san fra ccio

nes

enteras d

e 125 μs

s


ASON: Automatic Switched Optical Network (ITU-T G.8080)● Tambien puede consultarse OIF: optical internetworking forum● Arquitectura o marco automate the resource and connection management

within the network● Aprivisionamiento automatico de ancho de banda (ej: nueva lambda)● cada nodo conoce toda la topologia, existe señalizacion entre los ROADMS

y OXC (introduce un plano de control)● complemento o alternativa a la gestion manual

GMPLS (RFC3945)● las lambdas pueden concebirse como circuitos● Plano de control de IETF, toolbox que puede usarse para soportar la

implementacion de ASON.● Extensión de MPLS para proporcionar plano de control para todo nodo que

conmute en cualqueira de estos dominios: paquetes, tiempo, longitud de onda o fibras.

● distribucion de estado de enlace y topologia a todos los equipos independientemente de la capa de red.

OTN: Optical Transport Network


OTN: Estructura de RedesS

ubS

iste

ma

WD

M

OT

NO

verla

yT

rans

port

Fuente: Understanding OTN Optical Transport Network (G.709). Mike Jamgochian ,Steve Trowbridge. Alcatel-Lucent - Marzo 9, 2010


Evolución del Transporte

PDHIP

ATM

SDH

1550nm

1995

PDH

SDH

2000

IPServicios

Transporte

Optica

PDH

IPETH

2005

SDH

PDH

IPETH

2010

OTN

I P

E T H

P D H / S D H

PDH

IP / M P L S

ETH

201X?

M P L S T P O

T N

O T N

Necesidades Respuesta

Reduccion de Costos ● Integracion de capas (IP/MPLS/OTN/DWDM)● Maximo aprovechamiento de óptica costosa● Estandarización de interfaces de conexión,

linecards, fabric, gestión.

Mayores tasas para los servicios ● Coordinación entre capas (xlayer control plane)

● DWDM conmutado end-to-end

Mejorar de Resiliencia ● Protecciones IP/OTN/MPLS● Mantenimiento coordinado


Transmisión de Paquetes


Transmisión de Paquetes - Introducción

● Convergencia: Actualmente además de datos tradicionales, las redes de paquetes se usan para transportar servicios de voz y video tanto a demanda como en tiempo real; cambian los requerimientos de Calidad de Servicio (QoS) como retardo, jitter, tasa de pérdida, etc.

● Para proporcionar los recursos necesarios para estos nuevos servicios (capacidad de conmutación y de transmisión, control de congestión) se ha transformado la antigua infraestructura de Internet y otras redes de paquetes. Balance: Reserva de recursos VS Rentabilidad

● El crecimiento exponencial del número de usuarios y del volumen de tráfico desde los años 90 añade otra dimensión al problema y lleva a la aceptación de TCP/IP como estándar de facto .


MPLS - Multi Label Protocol Switching

● Protocolo de transporte de paquetes en una posición dominante frente a los demás. IETF RFC 3031

● Surge para tener routers en hardware con mayor capacidad que los IP (IP era costoso de conmutar en hardware).

● La conmutación de alta velocidad (en hardware) de los paquetes es posible debido al uso de etiquetas de largo fijo en el encabezado de los paquetes, sencillas de resolver con lookup-tables.

● Luego se encontró que la idea tenía un potencial mucho mayor: MPLS sirve como solución para satisfacer las necesidades de la gestión y asignación de anchos de banda, ingeniería de trafico, escalabilidad y requerimientos de calidad de servicio en las redes cuyos backbones son basados en IP.

● Típicamente MPLS es usado en forma aislada dentro de la red del ISP.


MPLS - Características

● Se basa en la asignación e intercambio de etiquetas.

● Separa el routing del forwarding.

● Permite implementar Ingeniería de Tráfico, ruteo basado en restricciones y garantizar QoS sobre IP. También generar VPNs.

● Es agnóstico de los protocolos de capa 2 y 3, por lo que soporta los más usados (ATM, Frame Relay, Ethernet, etc.)

● MPLS local protection (fast reroute): Ante la falla de algún elemento MPLS provee un tiempo de recuperación similar al de SDH (<50ms) si hay caminos alternativos.

● Opera de manera independiente del protocolo de ruteo “superior”.


● Permite la construcción de redes jerárquicas agregando etiquetas.

● Se basa en el establecimiento de circuitos virtuales (apropiado para establecer VPN)

Existen distintas aplicaciones para MPLS que permiten:

● Mapear conjuntos de direcciones IP a etiquetas simples de largo fijo

● Tomar información de los protocolos de ruteo como OSPF o BGP o complementarios como RSVP para crear los túneles

● Pre-Establecer manualmente circuitos virtuales

MPLS - Características


● Componentes Físicos:● LER: Label Edge Router

● Nodo de borde.● Clasifica (push de etiqueta) el tráfico que ingresa al

dominio, extrae la etiqueta del trafico que sale (pop), realiza una permutación de etiqueta para el trafico en transito (swap), o realiza alguna combinación de las anteriores

● Pueden tener puertos conectados a distintos tipos de redes

● LSR: Label Switching Router● Nodo de núcleo.● Dispositivo especializado en intercambiar etiquetas

(conmutación de etiquetas).● Participa en el establecimiento de los caminos (LSP)

MPLS - Arquitectura


● Componentes Funcionales:● FEC: Forwarding Equivalence Class

● Clase en la que se agrupan todos aquellos tráficos con similares requerimientos, y recibirán el mismo tratamiento durante su encaminamiento.

● Ejemplos de Distintas FEC:● Direccion de red de destino es cierto rango IP.● Multicast cuyas redes de origen y destino son las mismas.● Paquetes IP de misma red de destino y mismo campo ToS.

● Cada LSR construye:● Base de Información de Etiquetas (LIB) para determinar que FEC corresponde a

cada paquete. ● Base de Información de Encaminamiento de Etiquetas (LFIB), con información de

encaminamiento según la FEC.● Se usa un stack LIFO de etiquetas de manera de permitir varios niveles de FECs,

permite manejar flujos de datos de diferentes jerarquıas.

● LSP: Label Switched Path● Camino que siguen todos los paquetes de una misma FEC● Se implementa como una cadena de etiquetas, una por cada nodo, desde el origen al

destino● En MPLS la transmisión de datos ocurre sobre LSP.

MPLS - Arquitectura


LER recibe el tráfico a la entrada del dominio MPLS (tráfico sin etiqueta)

Clasifica el tráfico (según origen, destino, tipo de tráfico,etc). Asigna una FEC según su LIB e inserta una o más etiquetas MPLS en el

paquete, entre los encabezados de capa 2 y 3. Envía el tráfico por el LSP asociado a la FEC. Dentro del LSP cada LSR examina únicamente la etiqueta más externa (la

más próxima al encabezado de capa 2). En función de ella, podrá:

– Intercambiar etiquetas (swap)

– Agregar etiquetas (push). Esto efectivamente encapsula el paquete sobre otra capa de red MPLS.

– Eliminar etiquetas (pop), con lo cual se desencapsula el paquete. Si ya no hay etiquetas luego del pop, el paquete abandona el LSP (otro ruteo).

– Combinaciones de las anteriores

– Luego encamina el paquete modificado hacia el siguiente LSR del LSP

– Si no reconoce la etiqueta puede descartar el paquete.

MPLS - Funcionamiento


Hay 2 formas en las que se establecen los LSP:

– Control Driven (PVC). Previo a la transmision; generada manualmente o por los protocolos de control (Ej. BGP, o RSVP-TE).

– Data Driven (SVC): A medida que se detectan los flujos de datos en los nodos.

Las etiquetas se distribuyen mediante el protocolo de distribución de etiquetas (LDP, RFC5036) o el de Reserva de Recursos (RSVP, RFC2205).

La función básica de LDP es que los LSR adyacentes sean consistentes en cuanto a que etiquetas usar para cada FEC. Esto es indispensable para una creación adecuada de los LSP.

Modo de Distribución Ordenada (Downstream): las relaciones Etiquetas-FEC son generadas únicamente por los LER de egreso de cada FEC y se propagan ordenadamente en sentido contrario al flujo de datos (de egreso a ingreso).

– Dos modos: No solicitado o a demanda.

MPLS – LSP y distribución de etiquetas


3

47.2

47.1

47.3

12

3

1

2

1

2

3

Mapping: 0.40

Request: 47.1

Mapping: 0.50

Request: 47.1

LSR1

LSR2

LSR3

Distribución de etiquetas y encaminamientoEjemplo a demanda (Data -Driven)

MPLS - Funcionamiento

If_In Dest If_Out LabelOut

3 ip_B 1 0.50

Dest If_Out LabelOut

ip_B 1 0.40

LabelIn

0.50

If_In

3

Dest If_Out

ip_B 1

LabelIn

0.40

If_In

3

ip_Z

ip_B

ip_A

ip_B

ip_B

47.3

LER1

LER2

Fuente: Curso “Telefonía Digital”, IIE, FING, UDELAR. Darío Buschiazzo, 2004.


MPLS – Encabezado (Caso Ethernet)

12 bytes

Ethernet Header

Payload Ethernet CRC

Ethernet InterPacket Gap

7+1 Bytes

Ethernet Preamble

+ Frame Start

CAPA 1

CAPA 2

14+N x 4 Bytes 4 Bytes

Ethernet Header

Payload Ethernet CRC

M x 4 Bytes

MPLS Header

Payload

CAPA 3

20 Bytes

IPv4 Header

Payload

MA

C D

st (

6B

y)

MA

C S

rc (

6B

y)

80

2.1

Q/

80

2.1

ad

(N x

4B

y)

Eth

erT

yp

e/S

ize

(2 B

y)

CAPA 2.5

Lab

el (2

0b

its)

Traff

icC

lass

(3

bit

s)

Satc

k (1

bit

)

TTL

(8b

its)

46-4N Bytes ~ 1522-4N / 9000-4N

Src

Ad

dr

(4B

y)

Dst

Ad

dr

(4B

y)

[otr

os.

..]


TTL S EXP Etiqueta

MPLS – Encabezado

Largo fijo – 32 bits.

Etiqueta – 20 bits.

EXP – identifica la clase de servicio (CoS) – 3 bits.

S–Bottom of stack – 1 bit. Vale 1 Si la etiqueta es la última del stack (innermost), 0 en otro caso.

TTL–Time To Live – 8 bits

Validez Local. Determinan el camino que

seguirán los paquetes de una misma clase (LSP).

Cada paquete puede tener un conjunto de etiquetas (stack LIFO).

Solo se analiza la superior, se reemplaza y se agrega otra/s.

Se distribuyen mediante protocolos de señalización (LDP, RSVP).

Etiqueta y Stack

El stack de etiquetas permite tener jerarquías flexibles de

encaminamiento


LSP de nivel m ->LSR1, LSR2, LSR3. LSR1

LSR2

LSR3

LSR1

LSR2LSRa

LSRb

LSRc

LSP de nivel m+1 ->LSR1, LSRa, LSRb, LSRc,

LSR2

m+ 1 Ingress Node m+ 1 Egress Node

MPLS – Ejemplo de Red Jerárquica

Fuente: Curso “Telefonía Digital”, IIE, FING, UDELAR. Darío Buschiazzo, 2004.


LSR2

Pop Label

D

PushLabel

• OBS: Para mandar un paquete al LSR A, no se necesita conocer su destino

LSRa

LSR1

LSRb

LSRc

MPLS – Ejemplo de Red Jerárquica


Uno de los usos más habituales de MPLS en un ISP es la implementación de Redes Privadas Virtuales (VPN) (RFC2547, RFC4026, RFC4364). Esto proporciona a los clientes una red que interconecta sus múltiples edificios permitiendo el intercambio de datos dentro de una red de interconexión privada (no se “mezcla” con Internet)

Elementos de una VPN proporcionada por un proveedor C. Customer Device. Dispositivo internos del cliente. CE. Customer Edge device. Dispositivo de borde del cliente que provee

el acceso hacia el proveedor. No maneja MPLS, pero si algún protocolo de ruteo IP dinámico (o estático) para intercambiar rutas con el PE

PE. Provider edge device. Dispositivo en el borde de la red del proveedor, conectado al CE. Es el LER que funciona como ingreso/egreso a la red MPLS. Los PE están conscientes de las VPN establecidas.

P. Provider device. Es un LSR que simplemente proporciona transito dentro del núcleo de la red. No es consiente de las VPNs ni de ningún direccionamiento o ruteo por encima de MPLS. Se limita a manipular etiquetas MPLS. Se conecta a otros P y PE y proporciona enlaces de gran capacidad.

Redes Privadas Virtuales con MPLS


Todos los tipos de VPN-MPLS se establecen entre routers PE, que son quienes mantiene el estado y asociaciones de la VPN. A efectos de los CE, se observa un efecto similar a una conexión directa entre ellos en alguna capa.

Actualmente los tres tipos de VPN-MPLS más comunes son:

– Point-to-point (Pseudowire)

– Layer 2. Virtual Private LAN Service (VPLS)

– Layer 3. Virtual Private Routed Network (VPRN)

Tipos de VPN basada en MPLS


Point-to-point (Pseudowire)

– Emula una conexión punto a punto a nivel de capa 2 para diferentes protocolos L2 (Ethernet, FR, ATM, incluso E1). Tiene la ventaja de poder encapsular casi cualquier protocolo de capa 2 pero poca riqueza topológica.

– Ejemplos de uso: encapsulamiento de circuitos E1, trafico de control industrial (SCADA)

Layer 2. Virtual Private LAN Service (VPLS).

– Emula el funcionamiento completo de una LAN ethernet switcheada. Puede verse como si fuese un único switch Ethernet 802.1Q (usa vlans y que aprende MACs) extendido geográficamente de modo que tiene conectado cada CE del mismo cliente en alguna de sus interfaces. El cliente podría conectar varios segmentos ethernet dispersos en un unico dominio de colisión de forma transparente.

– Desarrollada por la IEEE, para su establecimiento puede usar BGP o LDP. (métodos incompatibles entre sí)

– El método LDP es más difundido, emplea extensiones al protocolo y establece LSPs entre los PE para una mismo cliente.



Layer 3. Virtual Private Routed Network (VPRN) El proveedor brinda no solo el servicio de conectividad sino también el de

ruteo IP para las redes internas del cliente, de modo que la VPN se comporta desde la perspectiva del cliente como un único router geográficamente distribuido interconectando las subredes IP del cliente.

Dificultad: Distintos clientes probablemente tengan solapamiento de direcciones privadas, el proveedor deberá eliminar las ambigüedades.

Solución: se implementara una extensión al direccionamiento IP llamada VPN-IPv4, donde se añaden 8 bytes (Route Distinguisher) que resuelven la ambigüedad.

El intercambio de las rutas de cliente sobre VPN-IPv4 se hace mediante BGP (y sus extensiones correspondientes) entre los PE. (Directa o indirectamente) (RFC2547).

Las rutas se VPN-IPv4 se importan nuevamente a IPv4 en instancias separadas de tablas de ruteo diferenciadas en los PE (VRF). Por lo tanto, los PEs comprenden la topología especifica de la VPN, y las interconexiones entre los PE se hace mediante LSPs de MPLS. Los PE asocian rutan VPN-IPv4 a LSP para el encaminamiento.



Muchas Gracias

Ing. Juan Vanerio ([email protected])

ing. juan vanerio [email protected]

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