ARQUITECTURA IP/ATM

A mediados de los años 90 IP fue conquistando terreno como protocolo de red ante otras arquitecturas que se encontraban en uso como: SNA, IPX, AppleTalk, OSI, etc. El gran auge de la Internet y su explosivo crecimiento generó un déficit de ancho de banda, ya que los "backbones" IP de los proveedores de servicio (NSP) estaban construidos con enrutadores conectados por lineas dedicadas, lo que ocasionaba congestión y saturamiento de las redes. Había entonces que idear otras alternativas de ingeniería de tráfico.

La respuesta de los proveedores fue el incremento del número y de la capacidad de los enlaces. Del mismo modo, se plantearon la necesidad de aprovechar mejor los recursos de red existentes, sobre todo la utilización eficaz del ancho de banda de todos los enlaces. Con los protocolos habituales de encaminamiento (basados en métricas del menor número de saltos), ese aprovechamiento del ancho de banda global no resultaba efectivo.

La arquitectura IP(Internet Protocol), ésta se encarga del direccionamiento de los datagramas de información y de la administración del proceso de fragmentación de dichos datagramas; donde los datagramas se puede definir como la transferencia de unidad que utiliza el IP en algunos casos, para identificar en forma más específica los datagrama internet o datagrama IP. Este protocolo se caracteriza por:

* No ser orientado a conexión.

* La transmisión en unidades denominadas datagramas.

* No corregir errores ni controlar la congestión.

* No garantizar la entrega en secuencia.

* No contener suma de verificación para el contenido de datos del datagrama, solamente para la información del encabezado.

Por lo tanto, los esfuerzos se centraron en aumentar el rendimiento de los enrutadores tradicionales, tratando de combinar, de diversas maneras, la eficacia y rentabilidad de los conmutadores ATM (capa 2 del modelo OSI) con las capacidades de control de IP (capa 3 del modelo OSI).

La arquitectura ATM

La dan a conocer al mundo de la red para hacer frente al desarrollo de la gran demanda de capacidad de transmisión para servicios y aplicaciones, además por: a) La necesidad de un sistema de transmisión que optimizara el uso de los medios de transmisión de alta velocidad. b) Un sistema que pudiera interactuar con los sistemas existentes sin reducción de su efectividad. c) Un diseño que no fuera muy caro. d) Un sistema que fuera capaz de funcionar y admitir las jerarquías de telecomunicaciones existentes. e) Un Sistema orientado a conexión que asegurara la entrega precisa y predecible. f) Que se asignarán el mayor número de funciones posibles al hardware reduciendo así las asignadas al software, aumentando de esta forma la velocidad. El ATM tiene como características fundamentales:

*Se basa en la transmisión de celdas. Estas son unidades de datos de 53 bytes de tamaño fijo.

*Opera en modo orientado a la conexión.

*Las celdas incluyen información que permite identificar la conexión a la cual pertenecen.

*La utilización de celdas simplifica el hardware de los conmutadores y simplifica el procesamiento necesario en cada nodo.

*Reduce el tamaño de los buffers internos de los conmutadores.

*Permite una gestión de los buffers más rápida y eficiente.

*La transferencia se lleva a cabo en trozos discretos y varias conexiones lógicas pueden multiplexarse sobre una misma interfaz física.

*Las conexiones son punto a punto y halfduplex.

*Combina las ventajas de la conmutación de circuitos y la conmutación de paquetes.

*Proporciona servicio orientado a la conexión, pero no proporciona acuses de recibo.

*Si proporciona entrega en orden, y se le da la misma importancia a que las celdas lleguen bien y en orden que al hecho de que las celdas lleguen, la subred ATM puede descartar celdas. La arquitectura ATM está basada en la existencia de 3 capas fundamentales y 3 planos. Las capas son la capa física, la capa ATM, la Capa de Adaptación ATM (AAL), y los planos son: El plano de usuario, de control y de gestión.

Las capas se definen como:

-La capa física: Define las interfaces y los protocolos de las tramas para la red ATM.

Las velocidades de transferencia en la capa física van de 25’6Mbps hasta622’08Mbps. La velocidad más comúnmente usada es la 155’52Mbps.

-La capa ATM: Define la estructura de la célula ATM y la señalización a través de las conexiones en una red ATM. Esta capa también crea las células ATM y permite el establecimiento y "destrucción" de las conexiones virtuales (VC y VP) en la red.

-La capa de adaptación al medio (AAL): Proporciona la conversión en células de los diferentes tipos de paquetes, necesaria para acomodar la mezcla de tipos de datos en una misma red. La AAL realiza las funciones de segmentación y reensamblado que componer la información de las capas de niveles superiores.

Los planos se pueden definir:

-Plano de usuario: Permite la transferencia de información de usuario, así como de determinados controles asociados a dicha transferencia como son el control del flujo y de algunos errores.

-Plano de control: Realiza funciones de control de llamada y de control de la conexión. Es realmente el que se encarga del establecimiento y liberación dela conexión.

-Plano de gestión: Se encarga de la gestión de las diferentes capas y planos y se relaciona con la administración de recursos. La arquitectura ATM, tiene la funcionalidad de una capa de red (modelo OSI), comprende enrutamiento, conmutación y circuitos virtuales terminal a terminal, se encarga de mover celdas de origen a destino, por lo que se relaciona con protocolos y algoritmos de enrutamiento.

El funcionamiento IP/ATM supone la superposición de una topología virtual de enrutadores IP sobre una topología real de conmutadores ATM. Cada enrutador se comunica con el resto mediante los circuitos virtuales permanentes (PVC) que se establecen sobre la topología física de la red ATM, desconociendo la topología real de la infraestructura ATM que sustenta los PVC.

La base del modelo IP/ATM está en la funcionalidad proporcionada por el nivel ATM, es decir, los controles de software (señalización y enrutamiento) y el envío de las celdas por hardware (conmutación). En realidad los circuitos (PVCs) se establecen a base de intercambiar etiquetas en cada conmutador de la red, por lo tanto asociando etiquetas entre todos los elementos ATM se determinan los PVCs.

El hecho de superponer IP sobre ATM permite aprovechar la infraestructura ATM ya existente, obteniendo de esta manera un ancho de banda a precios competitivos, y una rapidez de transporte de datos proporcionada por los conmutadores.

Sin embargo, el modelo IP/ATM también tiene sus inconvenientes. Se debe gestionar 2 redes diferentes, una infraestructura ATM y una red lógica IP superpuesta, lo que supone a los proveedores de servicio mayor costo en la gestión global de sus redes.

IPV4

IPv4 (Internet Protocol versión 4) es el protocolo de nivel de red usado en Internet. Junto con otros protocolos auxiliares es responsable de transferir la información del usuario por la red. El protocolo IPv4 está definido en el RFC 791.

IPv4 es un protocolo de nivel de red no orientado a conexión, no confiable. En caso de haber problemas, se espera que el nodo involucrado descarte el paquete. Debido a que un paquete debe transitar por varios nodos, posiblemente

siguiendo un camino que no necesariamente es el mismo que el usado por otros paquetes, los datos enviados pueden llegar en desorden. IPv4 no intenta corregir el orden de los paquetes.

Las características de IPv4 hacen que Internet sea principalmente una red “best effort”, o sea que no provee ninguna garantía sobre el tráfico, aunque haciendo su mejor esfuerzo para asegurarse que los datos lleguen a destino.

IPV6

IPv6 (Internet Protocol Version 6) o IPng (Next Generation Internet Protocol) es la nueva versión del protocolo IP (Internet Protocol). Ha sido diseñado por el IETF (Internet Engineering Task Force) para reemplazar en forma gradual a la versión actual, el IPv4.

En esta versión se mantuvieron las funciones del IPv4 que son utilizadas, las que no son utilizadas o se usan con poca frecuencia, se quitaron o se hicieron opcionales, agregándose nuevas características.

El motivo básico para crear un nuevo protocolo fue la falta de direcciones. IPv4 tiene un espacio de direcciones de 32 bits, en cambio IPv6 ofrece un espacio de 128 bits. El reducido espacio de direcciones de IPv4, junto al hecho de falta de coordinación para su asignación durante la década de los 80, sin ningún tipo de optimización, dejando incluso espacios de direcciones discontinuos, generan en la actualidad, dificultades no previstas en aquel momento.

Otros de los problemas de IPv4 es la gran dimensión de las tablas de ruteo en el backbone de Internet, que lo hace ineficaz y perjudica los tiempos de respuesta.

Debido a la multitud de nuevas aplicaciones en las que IPv4 es utilizado, ha sido necesario agregar nuevas funcionalidades al protocolo básico, aspectos que no fueron contemplados en el análisis inicial de IPv4, lo que genera complicaciones en su escalabilidad para nuevos requerimientos y en el uso simultáneo de dos o más de dichas funcionalidades. Entre las más conocidas se pueden mencionar medidas para permitir la Calidad de Servicio (QoS), Seguridad (IPsec) y movilidad.

Características principales

• Mayor espacio de direcciones. El tamaño de las direcciones IP cambia de 32 bits a 128 bits, para soportar: más niveles de jerarquías de direccionamiento y más nodos direccionables.

• Simplificación del formato del Header. Algunos campos del header IPv4 se quitan o se hacen opcionales

• Paquetes IP eficientes y extensibles, sin que haya fragmentación en los routers, alineados a 64 bits y con una cabecera de longitud fija, más simple, que agiliza su procesado por parte del router.

• Posibilidad de paquetes con carga útil (datos) de más de 65.355 bytes.

• Seguridad en el núcleo del protocolo (IPsec). El soporte de IPsec es un requerimiento del protocolo IPv6.

• Capacidad de etiquetas de flujo. Puede ser usada por un nodo origen para etiquetar paquetes pertenecientes a un flujo (flow) de tráfico particular, que requieren manejo especial por los routers IPv6, tal como calidad de servicio no por defecto o servicios de tiempo real. Por ejemplo video conferencia.

• Autoconfiguración: la autoconfiguración de direcciones es mas simple. Especialmente en direcciones Aggregatable Global Unicast, los 64 bits superiores son seteados por un mensaje desde el router (Router Advertisement) y los 64 bits más bajos son seteados con la dirección MAC (en formato EUI-64). En este caso, el largo del prefijo de la subred es 64, por lo que no hay que preocuparse más por la máscara de red. Además el largo del prefijo no depende en el número de los hosts por lo tanto la asignación es más simple.

• Renumeración y "multihoming": facilitando el cambio de proveedor de servicios.

• Características de movilidad, la posibilidad de que un nodo mantenga la misma dirección IP, a pesar de su movilidad.

• Ruteo más eficiente en el backbone de la red, debido a la jerarquía de direccionamiento basada en aggregation.

• Calidad de servicio (QoS) y clase de servicio (CoS).

• Capacidades de autenticación y privacidad

La arquitectura IPv4 (Internet Protocol versión 4)

Es la cuarta versión del Protocolo de Internet y es la primera versión del protocolo mundialmente desplegada. IPv4 usa direcciones de 32 bits, limitándola a 232 =4.294.967.296 direcciones únicas, muchas de las cuales están dedicadas a redes locales (LANs). Por el crecimiento enorme que ha tenido del Internet, combinado con el hecho de que hay desperdicio de direcciones en muchos casos, ya hace varios años se vio que escaseaban las direcciones IPv4. Mientras que la arquitectura IPv6, es la nueva versión del Protocolo Internet, diseñado como el sucesor de IP versión 4 (IPv4). IPv6 está destinado a sustituir al IPv4, cuyo límite en el número de direcciones de red admisibles está empezando a restringir el crecimiento de Internet y su uso, especialmente en China, India, y otros países asiáticos densamente poblados. Pero el nuevo estándar mejorará el servicio globalmente; por ejemplo, proporcionará a futuras celdas telefónicas y dispositivos móviles con sus direcciones propias y permanentes. Al día de hoy se calcula que las dos terceras partes de las direcciones que ofrece IPv4 ya están asignadas. Esta limitación ayudó a estimular el impulso hacia IPv6, que está actualmente en las primeras fases de implantación, y se espera que termine reemplazando a IPv4.

NUEVA GENERACIÓN DE REDES

Existen muchas y nuevas generaciones de redes, entre las que más destacan son:IPv6, IPsec, banda ancha, middleware, UWB, WiMAX, 4G, MIPv6, SAP, SDR,SAN, UMTS / GPRS, IMS. Actualmente lanzaron al mercado PANDUIT OPTI-CORE, solución de cable de interconexión y distribución de fibra óptica, está diseñado para soportar la transmisión de datos y los requerimientos de redes futuras. La recién lanzada línea de productos Opti-core incluye cables tipo multimodo OM1 (62.5/125[micrón]), OM2 (50/125[micrón]) y OM3 (50/125[micrón] optimizada para 10Gbs). La creación de nuevas tecnologías, permiten suministrar servicios innovadores, mejorar la atención al cliente y adaptarse más rápidamente a las tecnologías de comunicación y de información (TIC), teniendo como referencia la movilidad de las redes inalámbricas, la fiabilidad de la red pública, la seguridad de las líneas privadas, la capacidad de las redes ópticas y la flexibilidad de IP y de MPLS, para la integración de servicios de datos, voz y vídeo. Las tendencias tecnológicas implica hablar de cuatro vértices formando por un modelo conceptual: Conectividad, convergencia, seguridad e integración/interoperabilidad.

Las nuevas tecnologías SDSL y ADSL

Algunas de las nuevas tecnologías de la ADSL son:

-La 4MB,

Se trata de una conexión permanente a Internet de banda ancha con un coste inferior al de otras soluciones similares. Este tipo de conectividad es idóneo para aquellas empresas que necesiten un gran ancho de banda a un coste efectivo. Entre las ventajas de este tipo de líneas están el hecho de ser una conexión “always on” o permanente, costes predecibles, existencia de diferentes anchos de banda, la implementación de servicios de interconexión de LAN’s, redes privadas virtuales y un alto acuerdo de nivel de servicio debido a que esta conexión incorpora un servicio de back up permanente a Internet. La tecnología RADSL (DSL de tasa adaptable) se basa en ADSL. La transmisión se establece de manera automática y dinámica al buscar la velocidad máxima posible en la línea de conexión y al readaptarla continuamente sin ninguna desconexión.

-La RADSL, debe permitir velocidades ascendentes de 128 kbps a 1 Mbps y velocidades descendentes de 600 kbps a 7 Mbps, para un bucle de 5,4 km de longitud máxima. RADSL utiliza modulación DMT (como es mayormente el caso para ADSL). Esta tecnología se encuentra en proceso de ser estandarizada por el ANSI.

-La VDSL

(DSL de muy alta tasa de transferencia), es la más veloz de las tecnologías DSL y está basada en la RADSL. Puede admitir, con un sólo par trenzado, velocidades descendentes de 13 a 55,2 Mbps y velocidades ascendentes de 1,5 a 6 Mbps o en caso de que se requiera una conexión simétrica, una velocidad de 34 Mbps en ambas direcciones. Por lo tanto, VDSL puede usarse tanto en conexiones simétricas como asimétricas. Esta tecnología fue desarrollada principalmente para el transporte de ATM (Modo de transferencia asíncrono) a altas velocidades en una distancia corta de hasta 1,5 km). Actualmente el estándar está en proceso de ser certificado. Las modulaciones QAM, CAP, DMT, DWMT (Multitono discreto wavelet) y SLC(Código de línea simple) están bajo consideración. Para el transporte de datos, el hardware de VSDL se vincula al intercambio de conexión a través de bucles SDH de fibra óptica a 155 Mbps, 622 Mbps, 2,5 Gbps. El transporte de voz entre el hardware de VDSL y el intercambio también puede ofrecerse a través de bucles de cobre. La tecnología SDSL (DSL de un sólo trenzado o DSL simétrica) es la predecesora de HDSL2 (esta tecnología derivada de HDSL debe proporcionar el mismo rendimiento pero con un solo par trenzado). Está diseñada para una distancia más corta que la que cubre la HDSL (ver tabla más abajo). La tecnología SDSL seguramente desaparecerá en favor de laHDSL2. La pionera de las tecnologías SDSL y ADSL y las derivadas de éstas, es la

DSL,

son las siglas en inglés de (Digital Subscriber Line que significa Línea de abonado digital), este término es utilizado para hacer referencia de forma global a todas las tecnologías que proveen una conexión digital sobre línea de abonado de la red telefónica local (la clásica red de teléfono).Esta tecnología utiliza el par trenzado de hilos de cobre convencionales de las líneas telefónicas para la transmisión de datos a gran velocidad.

REDES DE TV POR CABLE

Híbridas Fibra Óptica-Coaxial (HFC).

Antes de mostrar cómo esta red puede integrar esta gran cantidad de servicios y en especial el de telefonía es necesario comprender como se encuentra diseñada esta y sus distintos componentes.

Una red HFC es una red de cable que combina en su estructura el uso de la fibra óptica y el cable coaxial. Este tipo de redes representa la evolución natural de las redes clásicas de televisión por cable (CATV). Una red de CATV está compuesta básicamente por una cabecera de red, la red troncal, la red de distribución, y el último tramo de acometida al hogar del abonado.

La cabecera (HEAD END)

Es el órgano central desde donde se gobierna todo el sistema. Suele disponer de una serie de antenas que reciben los canales de TV y radio de diferentes sistemas de distribución (satélite, microondas, etc.), así como de enlaces con otras cabeceras o estudios de televisión y con redes de otro tipo que aporten información susceptible de ser distribuida a los abonados a través del sistema de cable. Las redes de CATV originalmente fueron diseñadas para la distribución unidireccional de señales de TV, por lo que la cabecera era simplemente un centro que recogía las señales de TV y las adaptaba a su transmisión por el medio cable. Actualmente, las cabeceras han aumentado considerablemente en complejidad para satisfacer las nuevas demandas de servicios interactivos y de datos a alta velocidad.

La red troncal

Es la encargada de repartir la señal compuesta generada por la cabecera a todas las zonas de distribución que abarca la red de cable. El primer paso en la evolución de las redes clásicas todo-coaxial de CATV hacia las redes de telecomunicaciones por cable HFC consistió en sustituir las largas cascadas de amplificadores y el cable coaxial de la red troncal por enlaces punto a punto de fibra óptica. Posteriormente, la penetración de la fibra en la red de cable ha ido en aumento, y la red troncal se ha convertido, por ejemplo, en una estructura con anillos redundantes que unen nodos ópticos entre sí. En estos nodos ópticos es donde las señales descendentes (de la cabecera a usuario) pasan de óptico a eléctrico para continuar su camino hacia el hogar del abonado a través de la red de distribución de coaxial. En los sistemas bidireccionales, los nodos ópticos también se encargan de recibir las señales del canal de retorno o ascendentes (del abonado a la cabecera) para convertirlas en señales ópticas y transmitirlas a la cabecera.

La red de distribución

Está compuesta por una estructura tipo bus de coaxial que lleva las señales descendentes hasta la última derivación antes del hogar del abonado. En el caso de la red HFC normalmente la red de distribución contiene un máximo de 2 ó 3 amplificadores de banda ancha y abarca grupos de unas 500 viviendas. En otros casos la fibra óptica de la red troncal llega hasta el pie de un edificio, de allí sube por la fachada del mismo para alimentar un nodo óptico que se instala en la azotea, y de éste parte el coaxial hacia el grupo de edificios a los que alimenta (para servicios de datos y telefonía suelen utilizarse cables de pares trenzados para llegar directamente hasta el abonado, desde el nodo óptico).

La acometida (DROPS)

Esta es la que llega a los hogares de los abonados y es sencillamente el último tramo antes de la base de conexión, en el caso de los edificios es la instalación interna.

ANEXOS

INTRODUCCIÓN

El fenómeno Internet está produciendo una revolución en la forma de comunicarse de la sociedad. Se habla de Sociedad de la Información desde mediados de los años ochenta, pero ha sido la segunda mitad de los años noventa la que nos ha ofrecido la primera oleada de acceso general a la información disponible en Internet.

Este incesante auge en el acceso a la información y a los servicios de todo tipo a través de Internet contrasta con los escasos avances en la consecución de una competencia efectiva entre operadores de telecomunicación. Así, se está cuestionando, tanto en Europa como en Estados Unidos, los resultados de las políticas que regulan y fomentan el despliegue de las denominadas tecnologías de telecomunicación de "Banda Ancha".

Esta investigación se centra principalmente en aquellas tecnologías de acceso que en la actualidad dan soporte al ATM, de tal forma que se brinde un servicio fiable y con QoS garantizada de extremo a extremo. Específicamente se abordan las tecnologías ADSL (Línea de Abonado Digital Asimétrica), VDSL (Línea de Abonado Digital de Muy Alta Velocidad) y ATMPON (Redes Ópticas Pasivas ATM).

CONCLUSIÓN

El mundo de las redes de acceso de banda ancha es muy diverso, distinguiéndose por el medio de transmisión empleado, técnica de acceso al medio en caso de que se comparta el canal ascendente, tipo de modulación empleada, velocidades alcanzadas, entre otras. El objetivo de todas es lograr que sobre una única infraestructura, se transporte todos los tipos de servicios, destacándose servicios de video de difusión e interactivo, servicios de voz, y de transferencias de datos esencialmente Internet; lográndose tal objetivo en mayor o menor medida. Esto ha provocado una gran competencia entre operadores de cable, inalámbricos, y de telecomunicaciones tradicionales que ha ayudado a su vez a que las investigaciones y el desarrollo de la tecnología se hayan visto acelerados en los últimos diez años.

La tecnología ATM se ha establecido a nivel mundial como la que ofrece un nivel mayor de integración de servicios con QoS garantizada, constituyendo la forma básica de transporte que implementan muchas de las tecnologías de acceso. Por tal motivo, a diferencia de cómo piensan muchos analistas, al ATM le quedan muchos años de existencia antes de desaparecer.

Infografía

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VIII SEMESTRE ING. DE SISTEMAS

SECCIÓN “A”

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