dwdm, cwdm, y mpls
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DEPARTAMENTO CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN
DWDM, CWDM Y MPLS
RICARDO BARRERA
ALEX HERNADEZ
IVAN HIDALGO
ANDREA JARAMILLO
CARLOS YANEZ
10Mo C
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DWDM
DWDM (Dense Wavelenght Division Multiplexing) es una técnica usada para
incrementar la capacidad de transmisión de una fibra óptica, ésto se logra transmitiendo
múltiples señales en diferentes longitudes de onda a través de una sola fibra. Cada señal
obtiene una única longitud de onda, o color en el espectro de colores de la luz. Despuéstodas las señales son transmitidas juntas y combinadas como una sola señal.
Figura 4. DWDM
La longitud de onda está representada por la letra griega lambda representada por .
WDM (Wave Division Multiplexing) es una solución ideal para rutas críticas con un alto
crecimiento que tienen una necesidad inmediata de más ancho de banda, o incorporar
nuevos servicios a la red existente. WDM nos ayuda a disminuir la inversión del capital y
los largos tiempos asociados a añadir más fibra. WDM nos brinda las siguientes ventajas:
Maximiza la capacidad de la fibra
Incrementa la capacidad de la fibra óptica existente.
Disminuye el número de fibra óptica nueva que se necesita añadir.
Permite un crecimiento gradual de la capacidad a medida que se vaya demandando.
Transmite una gran variedad de señales ópticas diferentes.
Es capaz de manejar diferentes tipos de señales, por ejemplo OC-48 y/o OC-192 y/o
señales asíncronas al mismo tiempo.
Es protocolo independiente, ésto quiere decir que sólo transporta señales. Puede
transportar FDDI, ESCON, FICON, y o ethernet.
WDM y TDM (Time Division Multiplexing) trabajan en conjunto para optimizar la
capacidad de la fibra. TDM genera los flujos de bits de la forma más rápida. Este tren de
bits, ya sea síncrono o asíncrono, es ingresado a un sistema de WDM, en conjunto con
otros flujos multiplexados. Estos flujos que provienen de un sistema TDM sonmultiplexados a longitudes de onda asignadas para ser trasportadas sobre una fibra
óptica. Cada proceso incrementa el total de la capacidad del enlace.
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Figura 5. Capacidad de DWDM
Una desventaja de WDM es que los componentes ópticos son más caros debido a la
necesidad de utilizar filtros ópticos, y láser que soporte una tolerancia a longitudes de
onda compactas. Un dispositivo externo de acoplamiento es usado para acoplar la mezcla
de las diferentes señales ópticas.
El multiplexor óptico (también llamado acoplador óptico) multiplexa múltiples
longitudes de onda en una misma fibra común. El demultiplexor óptico (también llamado
filtro osplitt er) divide las longitudes de onda en señales individuales iguales a las de la
estación receptora. Frecuentemente un dispositivo funciona como multiplexor y
demultiplexor.
Hay dos consideraciones que se deben tener en dispositivos de WDM, éstas son:
Pérdida de inserción, es la atenuación de de una onda viajando del puerto de entrada
al puerto de salida. La pérdida de inserción debe ser tanto baja como uniforme. En unmultiplexor/demultiplexor se dice que tiene uniformidad cuando la pérdida de inserción es
casi la misma para cada canal multiplexado.
Interferencia intercanal, es la atenuación de onda medida en un puerto de salida no
intencionado. Esto básicamente es un problema del receptor.
Figura 6. Pérdida en un enlace de fibra
En WDM con tráfico unidireccional múltiples longitudes de onda o lambdas viajan en
la misma dirección en una fibra óptica. Se utilizan dos fibras para tener tráfico en dos
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sentidos. En un sistema bidireccional sólo se utiliza una sola fibra para tener tráfico en dos
sentidos. El sistema bidireccional utiliza la mitad de las lambdas para transmitir en un
sentido y la otra mitad para el otro sentido sobre la misma fibra.
Figura 8. Sistema unidireccional y bidireccional
Las ventajas de WDM bidireccional son:
Se utiliza una sola fibra, en consecuencia es más barato.
Puede ser configurado para manejar tráfico asimétrico. Por ejemplo un número de
lambdas puede ser usado en una dirección y otro número para la otra dirección.
Las ventajas de WDM unidireccional son:
Utilización más eficiente de la capacidad disponible.
Generalmente es más fácil para diseñar e instalar.
Puede no requerir una banda de guarda entre los dos conjuntos de lambdas para
eliminar el crosstalk.
La tecnología de WDM puede ser clasificada en banda ancha y banda angosta:
En banda amplia los canales de las longitudes de onda están ampliamente
espaciados.
En banda angosta los espacios entre las longitudes de onda de los canales son más
reducidos.
Los primeros diseños de los equipos de WDM fueron basados en la tecnología de
banda amplia. Esta tecnología duplica la capacidad de una fibra combinando la longitud
de onda de 1310 nm, con una segunda longitud de onda de menor pérdida en la ventana
de 1528 nm y 1560 nm.
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Figura 9. WDM
WDM de banda amplia es una solución para aplicaciones con un alcance limitado,
sus capacidades de mantenimiento son limitadas ya que usualmente el sistema consta
sólo de un acoplador óptico y un filtro.
Así como WDM de banda amplia, así mismo WDM duplica la capacidad de la fibra.
Utiliza dos lambdas de baja pérdida típicamente 1533 y 1557 nm como se muestra en la
siguiente ilustración (Figura 10).
Figura 10. WDM Bidireccional
DWDM (Dense Wavelenght Division Mutiplexing) es WDM de banda angosta, que
generalmente involucra ocho o más longitudes de onda de luz. El primer sistema DWDMfue diseñado para aplicaciones de intercambio de una red long±haul. Por long-haul nos
referimos a distancias arriba de los 100 Km.
Sistemas contemporáneos de uso comercial utilizan hasta ochenta longitudes de
onda, y en equipos de próximos a ser lanzados soportan hasta 160 longitudes de onda, y
con una mucha mayor capacidad han sido demostrados en laboratorio. Las longitudes de
onda utilizadas se ubican en el rango de los 1550 nm, este rango nos permite el uso de la
tecnología de amplificadores de erbio dopado EDFA.
Con DWDM las salidas de dos o más terminales SONET/SDH son multiplexadasópticamente en una fibra. El diagrama a continuación ilustra un enlace bidireccional de
corto alcance en una configuración con ocho longitudes de onda de señales OC-192.
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Figura 11. Enlace bidireccional
En redes long±haul, la combinación de DWDM y los amplificadores de línea nos
brindan una transmisión costo efectiva muy buena, ya que se pueden transmitir tasas
debit agregadas a través de una sola fibra en largas distancias. Las largas distancias en
redes long-haul hacen prácticamente imposible el colocar mayor cantidad de fibra óptica.
Los proveedores de servicios de larga distancia ganan capacidad adicional utilizando su
infraestructura existente.
OADM (Optical Add Drop Multiplexer) son básicamente acopladores de DWDM
con la capacidad de añadir o entregar lambdas en un punto intermedio de la red.
Figura 12. OADM
La longitud de onda de la salida de un equipo SONET/SDH está centrada en los
1310nm o en los 1550nm con una tolerancia aproximada de ±20 nm. Esas longitudes de
onda deben de estar ampliamente espaciadas, para que después del multiplexaje óptico
sólo algunas sean amplificadas por un amplificador pasabandas EADF.
Los sistemas DWDM trasladan la longitud de onda de la salida de equipo
SONET/SDH, a una longitud de onda específica, estable, y angosta en el rango de los
1550 nm para que pueda ser multiplexada con otras señales similares. El dispositivo que
realiza esta translación es a veces llamado trasladador de longitud de onda ot ransponder.
Un transponder puede funcionar como un regenerador de SONET donde su
encabezado esté basado en estándares. La ITU-T (The International Telecomunications
Union- Telecommnuications Standards Sector) ha estandarizado la escala de longitudes
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de ondas a usar en los sistemas de WDM y en DWDM. Estas escalas son también
llamadas planes de longitud de onda.
El uso de una escala definida significa que los fabricantes del láser, ya cuentan con
valores fijos a los cuales deben de trabajar sus componentes. Ya pueden construir filtros y
el láser a una especificación común.
El espacio entre los canales es un intervalo entre longitudes de onda. Entre más
apretado estén los espacios entre las longitudes de onda, es más difícil construir sistemas
de láser con tolerancia a longitudes de onda apretadas y filtros que separen las lambdas.
La banda C requiere de 50GHz de separación moviéndose de 32 a 80 longitudes de onda.
Conforme la tecnología avanza se hace más posible el hecho de poder meter más
longitudes de onda. Existe otra ventana llamada banda L, la cual ha probado ser capaz de
transportar 80 lambdas. La fibra existente también es capaz de soportar esta banda L
aunque no fue diseñada o especificada para ese uso.
Hoy en día los esfuerzos de investigación se están enfocando en una nueva banda
llamada banda S, la cual tiene mayor espacio de banda, esto significa que las longitudes
de onda tendrán más espacio entre ellas y como consecuencia el costo de los sistemas
de láser será reducido.
La escala para DWDM define un mínimo espacio de 50, 100, o 200 GHz en el
dominio de la frecuencia. El espacio de 200GHz es mostrado en el siguiente diagrama
(Figura 13).
Figura 13. Escala de longitud de onda.
WDM tiene un factor de costo asociado, el cual se refiere a los costos relativos
asociados a diferentes opciones de diseño de redes ópticas. Cuesta menos usar un OC-
192 que 16 OC- 12s. Por otro lado, el OC-192 requiere usar más módulos de dispersión.
Para conocer este costo hay que tomar en cuenta varios parámetros, como lo son:
El costo de la fibra existente, nueva, o rentada.
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Distancia entre puntos a comunicar.
Nuevos equipos contra existentes.
La tasa de datos que se necesita para transmitir la información.
APLICACIONES
Como lo vimos en el capítulo anterior el objetivo de DWDM es multiplicar la capacidad
de transmisión de datos a través de una fibra óptica. Actualmente existen dos tipos de
equipos.
Equipos para redes de larga distancial ong- haul.
Equipos para redes metropolitanas.
Para las redes de long-haul, esta tecnología es de suma importancia, debido a que
muchos de los proveedores de servicios de telecomunicaciones estaban muy limitados al
crecimiento, por que el expandir sus redes era sumamente costo y tardado. Se tenía que
pensar en tender fibra óptica y no nada más hacia las zonas donde se quería llegar, si no
también crecer en elba ck bon e de la red para evitar cuellos de botella.
Con DWDM es sumamente sencillo expandir estas redes existentes y aumentar la
capacidad de transporte, lo cual se traduce en poder brindar más servicios, poder llegar a
más clientes y ser más competitivos.
La propuesta de DWDM es sencillamente aumentar la capacidad de la fibra existente,
y mantener la tecnología instalada, simplemente es añadir equipos con esta tecnología en
puntos estratégicos e inmediatamente tener mucha más capacidad de transporte aun
costo accesible, ésto permite reducir los costos y brindar la oportunidad de disminuir losprecios al usuario de estos servicios.
Los equipos de redes metropolitanas al igual que los equipos para redes long-haul
nos van a ayudar a aumentar la capacidad de las fibras ópticas tendidas en las ciudades,
con esto los proveedores de servicios son capaces de rentar no solamente fibras
obscuras sino también entran a un nuevo nicho de oportunidades como lo son la renta de
lambdas o longitudes de onda.
Con la tecnología que existe actualmente se pueden transmitir información a
velocidades de 10 Gbps a través de cada lambda, y ésto es una ventana de
oportunidades tanto a empresas del sector corporativo como acarriers de volverse máscompetitivos en sus negocios adoptando esta tecnología y hacer uso de aplicación
demandantes de ancho de banda. Esta tecnología es independiente al protocolo, con lo
cual simplifica las comunicaciones de las empresas debido a que todavía se manejan una
gran diversidad de éstos.
Las aplicaciones que actualmente se están usando son:
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Sector educación que se compone de escuelas distritales, universidades, colegios. En
este sector se ha visto que las aplicaciones más comunes son redes convergentes de
voz, datos y video. Con las cuales destacan aplicaciones como educación a distancia
entre diferentes campus de las universiadades, efectuando investigaciones y trabajando
en diferentes sitios sobre un mismo archivo al mismo tiempo. Otra aplicación que también
destaca es la de tener un sitio espejo para contingencias en donde se tiene una réplica delas bases de datos tanto académicas como de la biblioteca.
Redes convergentes de voz, datos y video, en donde se mejoran las comunicaciones
gubernamentales con los ciudadanos y entre las diferentes dependencias.
o Aplicaciones de SAN (Storage Area Network), que con DWDM es posible interconectar
dispositivos de almacenamiento masivo y verlos como una sola entidad.
Sector financiero se compone de todas las instituciones de crédito y financieras. En
este sector después del 11 de septiembre de 2001surge la necesidad de contar consites
de contingencia y en muchos países se ha decretado por ley la necesidad de contar con
un plan de recuperación de desastres, esta es una aplicación típica para esta tecnología,
debido a que se forma un anillo de fibra óptica entre dos centros de datos y se mantienen
operado en línea ambos sitos. En caso de que uno falle el otro continúa con la operación.
Sector Salud compuesto por hospitales e instituciones de salud. Esta tecnología
permite la distribución de imagenología, expedientes médicos, así como intervenciones
quirúrgicas a distancia.
CONCLUSIONES
El láser viene a revolucionar las redes de comunicación, ésta nueva forma de
transmitir de datos permite construir redes con distancias más largas. Se puede enviar
información evitando el ruido ocasionado por electromagnetismo existente en
comunicaciones electrónicas, y la interferencia en las comunicaciones inalámbricas.
Facilita el construir redes más eficientes; la tecnología óptica también nos incrementa la
capacidad de transmisión.
Queda el trabajar con parámetros como la dispersión cromática, atenuación y la
difracción, estos tres parámetros son los que se deben de conocer y cuidar cuando se
trabaja con redes ópticas.
La tecnología DWDM viene a resolver el problema de la capacidad de transmisión en
redes ópticas, aunque antes de su descubrimiento existían protocolos de transmisión de
información como SONET y SDH los cuales trabajan a alta velocidad, DWDM hace que se
puedan transmitir varias de estas señales por un solo enlace de fibra óptica.
DWDM no es dependiente de protocolo, debido a que su operación se realiza en
capa uno del modelo OSI de las redes, básicamente toma las entradas ópticas sin
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importar el protocolo que esta señal óptica contenga y modula cada señal óptica usando
una longitud de onda como portadora, lo que resulta en poder transmitir tantas señales
como longitudes de onda soporte el equipo o equipos que se estén utilizando. El ancho de
banda soportado para cada señal óptica que es modulada en una longitud de onda, es de
10 Gbps, ésto quiere decir que en cada longitud de onda podemos transmitir una señal de
hasta 10 Gbps.
Seguramente estas velocidades se verán incrementadas en los próximos años. Los
equipos actuales soportan 32 longitudes de onda y están siendo liberados equipos que
soportan 80 longitudes de onda en un solo enlace de fibra óptica. Esta tecnología permite
a loscarriers, incrementar la capacidad de sus redes utilizando la infraestructura existente,
sin tener que instalar más fibra, esto nos ayuda a reducir tiempos de implantación y una
reducción tremenda en costos.
Este crecimiento permite aumentar los servicios que ofrecen e incluso innovar en
servicios que ya están siendo demandados por corporativos, como es el rentar una
longitud de onda para conectar dos puntos, o porque no si se tiene fibra disponible
rentarla para que alguna empresa pueda hacer uso de DWDM, en vez de utilizar los
típicos enlaces E1 o E3, que aparte de ser de baja velocidad el costo de renta y
administración se incrementa. DWDM permite que las empresas comiencen a utilizar
aplicaciones que por limitantes de ancho de banda no podían ser implantadas como lo es
tener sites espejo, para contingencias o aumentar el desempeño de los sistemas de
información, el uso de dispositivos de almacenamiento masivo en diferentes localidades,
la consolidación de servidores y el uso de aplicaciones de multimedia a distancia.
CWDM
INTRODUCCIÓNLas redes metropolitanas o MAN (Metropolitan Area Network ) son redes que cubren
ámbitos de una ciudad o varias ciudades cercanas que hacen de interfaz entre las redes
de acceso y las redes troncales de transporte a largas distancias. Las necesidades de
estas redes son típicamente: escalabilidad, bajo coste, flexibilidad, robustez,
transparencia y anchos de banda relativamente altos y adaptados al cliente.
La demanda de capacidad de transporte en el entorno metropolitano es cada vez mayor,
debido a la introducción de servicios y aplicaciones con gran consumo de ancho de
banda. Esta necesidad de ancho de banda en la red metropolitana suscitó hace unos
años un gran interés en los sistemas WDM (Wavelength Division Multiplexing ), pues
además la transparencia inherente a esta tecnología se adapta muy bien a este entorno,
caracterizado por la necesidad de integrar una gran diversidad de clientes, servicios y
protocolos. Sin embargo, estos sistemas no cumplieron en ningún momento las
previsiones, debido principalmente a que tenían un coste muy alto y no permitían un
rápido retorno de las inversiones realizadas en su adquisición y despliegue.
Sin embargo, la madurez de la tecnología WDM ha permitido conseguir sistemas
adaptados específicamente al entorno metropolitano, ofreciendo altos anchos de banda a
un coste relativamente bajo. Dentro de la familia de tecnologías WDM, la
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económicamente más competitiva en cortas distancias es la CWDM (C oarse WDM ). La
tecnología CWDM se beneficia del menor coste de los componentes ópticos asociados a
una tecnología menos compleja, que aunque limitada en cuanto a capacidad y distancia,
se adapta perfectamente a las necesidades de las redes empresariales y metropolitanas
de corta distancia.
CARACTERÍSTICAS DE CWDMLa multiplexación por división en longitud de onda, multiplexación óptica o WDM
(Wavelength Division Multiplexing ) tiene su origen, en la posibilidad de acoplar la salida de
diferentes fuentes emisoras de luz, cada una a una longitud de onda o frecuencia óptica
diferente, sobre una misma fibra óptica. Después de la transmisión a través de la fibra,
cada una de estas señales o canales ópticos en distintas longitudes de onda, pueden ser
separadas entre sí hacia diferentes detectores en su extremo final. El componente
encargado de inyectar las distintas fuentes sobre la misma f ibra óptica es el multiplexor, el
de separarlas es el demultiplexor, y el de adaptar las longitudes de onda recibidas a una
longitud de onda estandarizada, estabilizada y susceptible de ser multiplexada y
demultiplexada, es el transpondedor.
En WDM se distinguen típicamente cuatro familias de sistemas: DWDM de ultra larga
distancia, DWDM de larga distancia, DWDM metropolitano, y CWDM. Las cuatro familias
de sistemas WDM utilizan componentes ópticos distintos, siendo más complejos y caros
los que soportan mayores capacidades por canal y agregadas, y los que soportan
mayores distancias de transmisión. En DWDM de larga y ultralarga distancia el
espaciamiento de frecuencias actual es de 50-100 GHz (0,4-0,8 nm), en DWDM
metropolitano de 100-200 GHz (0,8-1,6 nm), y en CWDM de 2.500 GHz (20 nm). En
cuanto al número de longitudes de onda, mientras en DWDM se utilizan hasta 160 y en
DWDM metropolitano hasta 40, en CWDM se suelen utilizar hasta 18. Mientras los
sistemas DWDM de larga y ultralarga distancia soportan canales de hasta 40 Gbps, la
mayoría de los sistemas DWDM metropolitanos soportan hasta 10 Gbps y los CWDMactuales tienen su límite en 2,5 Gbps. En cuanto a las distancias que se suelen cubrir, los
sistemas DWDM de ultralarga distancia alcanzan hasta unos 4.000 Km sin regeneración
electroóptica, los de larga distancia hasta unos 800 Km, los DWDM metropolitanos hasta
unos 300 Km, y los CWDM hasta unos 80 Km.
Figura 1: Concepto de WDM.
Las longitudes de onda utilizables por los sistemas CWDM fueron estandarizadas por la
ITU-T (International Telecommunication Union ± Telecommunication sector ) en el año
2002. La norma, denominada ITU-T G.694.2, se basa en una rejilla o separación de
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longitudes de onda de 20 nm (o 2.500 GHz) en el rango de 1.270 a 1.610 nm; pudiendo
así transportar hasta 18 longitudes de onda en una única fibra óptica monomodo. De
acuerdo con esto, se tienen dos importantes características inherentes a los sistemas
CWDM que permiten emplear componentes ópticos más sencillos y, por lo tanto, también
más baratos que en los sistemas DWDM:
y Mayor espaciamiento de longitudes de onda. De esta forma, en CWDM se
pueden utilizar láseres con un mayor ancho de banda espectral y no
estabilizados, es decir, que la longitud de onda central puede desplazarse
debido a imperfecciones de fabricación o a cambios en la temperatura a la
que está sometido el láser y, aún así, estar en banda. Esto permite fabricar
láseres siguiendo procesos de fabricación menos críticos que los utilizados en
DWDM, y que dichos láseres no tengan sofisticados circuitos de refrigeración
para corregir posibles desviaciones de la longitud de onda debidos a cambios
en la temperatura a la que está sometido el chip; lo cual reduce
sensiblemente el espacio ocupado por el chip y el consumo de potencia,
además del coste de fabricación. Por lo general en CWDM se utilizan láseres
de realimentación distribuida o DFB (Distributed Feed-Back ) modulados
directamente y soportando velocidades de canal de hasta 2,5 Gbps sobre
distancias de hasta 80 Km en el caso de utilizar fibra óptica G.652. Por otro
lado, CWDM utiliza filtros ópticos y multiplexores y demultiplexores basados
en la tecnología de película delgada o TFF (Thin-Film-Filter ), donde el número
de capas del filtro se incrementa cuando el espaciamiento entre canales es
menor. Esto supone de nuevo una mayor capacidad de integración y una
reducción de coste. Estos filtros CWDM de banda ancha, admiten variaciones
en la longitud de onda nominal de la fuente de hasta unos 6-7 nm y están
disponibles generalmente como filtros de uno o dos canales.y Mayor espectro óptico. Esto, que permite que el número de canales
susceptibles de ser utilizados no se vea radicalmente disminuido a pesar de
aumentar la separación entre ellos, es posible porque en CWDM no se
utilizan amplificadores ópticos de fibra dopada con Erbio o EDFA (E rbium
Doped Filter Amplifier ) como ocurre en DWDM para distancias superiores a
80 Km. Los EDFA son componentes utilizados antes de transmitir o recibir de
la fibra óptica, para amplificar la potencia de todos los canales ópticos
simultáneamente, sin ningún tipo de regeneración a nivel eléctrico. Los
sistemas CWDM utilizan, de ser necesario por las distancias cubiertas o
número de nodos en cascada a atravesar, regeneración; es decir, cada uno
de los canales sufre una conversión óptico-eléctrico-óptico de forma
totalmente independiente al resto para ser amplificado. El coste de la
optoelectrónica en CWDM es tal, que es más simple y menos caro regenerar
que amplificar. Por otro lado, puesto que los regeneradores realizan por
completo las funciones de amplificación, reconstrucción de la forma de la
señal, y temporización de la señal de salida, compensan toda la dispersión
acumulada; esto no ocurre en la amplificación óptica, a no ser que se utilicen
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fibras con compensación de dispersión o DCF (Dispersion C ompensation
Fiber ), de alto coste y que además suelen requerir de una etapa de
preamplificación previa dada la alta atenuación que introducen.
Además, CWDM es muy sencillo en cuanto a diseño de red, implementación, y operación.
CWDM trabaja con pocos parámetros que necesiten la optimización por parte del usuario,mientras que los sistemas DWDM requieren de complejos cálculos de balance de
potencias por canal, algo que se complica aún más cuando se añaden y extraen canales
o cuando DWDM es utilizado en redes en anillo, sobre todo cuando los sistemas
incorporan amplificadores ópticos.
Figura 2: Rejilla de longitudes de onda en CWDM.
Con el fin de reducir costes, los suministradores de sistemas CWDM también utilizan
protocolos de gestión diferentes a los de los sistemas DWDM. Los sistemas DWDM
utilizan el protocolo CMIP (C ommon Management Information Protocol ) de la familia de
protocolos OSI (Open Systems Interconnection). Para reducir los costes, los fabricantes
de sistemas CWDM utilizan SNMP (Simple Network Management Protocol ) de la pila de
protocolos TCP/IP (Transmission C ontrol Protocol/Internet Protocol ). La utilización de
SNMP frente a CMIP supone, para los fabricantes de equipos, una menor complejidad en
el desarrollo de sus herramientas de gestión de red, lo cual redunda en un menor coste de
éstas. Por otro lado, el operador se beneficia también porque SNMP está más extendido yes más conocido, consume menos recursos y es más barato de implementar en la red de
routers que interconectará la red de equipos CWDM con el centro de supervisión central.
BENEFICIOS DE CWDMLas tecnologías que lideran el mercado metropolitano en la actualidad, son ATM, SDH y
Gigabit Ethernet. Cuando la capacidad de transmisión en un enlace óptico no puede ser
cubierto por estos sistemas basados en TDM (Time Division Multiplexing ), la solución es
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introducir sistemas WDM de modo que varios equipos basados en TDM puedan compartir
una única fibra óptica por sentido de transmisión; es decir, las tecnologías TDM y WDM
son, por el momento, complementarias. De hecho, muchos sistemas WDM, tanto CWDM
como DWDM, también pueden multiplexar en TDM las señales de entrada, con el fin de
aprovechar al máximo el espectro óptico disponible y el ancho de banda ofrecido por la
fibra óptica.Según esto, es conveniente centrarse en los beneficios que ofrece CWDM respecto a
DWDM para las redes ópticas metropolitanas, sin tener en cuenta otras posibles
tecnologías competidoras. Podemos enumerar las ventajas de los sistemas CWDM
respecto a los sistemas DWDM, como: menor coste del equipo, menor coste del sistema
de gestión asociado, mayor facilidad de instalación y configuración inicial de la red, mayor
facilidad de operación y mantenimiento de la red, menor consumo de potencia, y menor
espacio ocupado. En definitiva, CWDM es una tecnología muy sencilla y tiene un coste
muy bajo, típicamente de alrededor del 35-65% al de DWDM para el mismo número
longitudes de onda, lo que permite que los desembolsos en capital sigan la trayectoria de
la generación de beneficios.
La única limitación que puede presentar CWDM frente a DWDM en el entorno
metropolitano es la menor capacidad soportada. No obstante, varios suministradores
WDM ofrecen esquemas de migración entre CWDM y DWDM metropolitano, de tal modo
que, cuando la capacidad de los sistemas CWDM deba ser extendida, algunos puertos
CWDM puedan ser substituidos por puertos y filtros DWDM. Según este esquema de
migración, hasta 16 canales DWDM separados 50 GHz pueden ser ubicados en el
espectro ocupado por un único canal CWDM.
CWDM vs. DWDM
Dentro de WDM hay diferentes implementaciones: DWDM (con 3 modalidades en función
de la distancia a cubrir) y CWDM. Los elementos ópticos usados en CWDM son los más
simples y baratos, y también los que permiten soportar una menor capacidad de canal y
distancia. Mientras que en DWDM vemos espaciamientos de canal de 50-100 GHz (por
ello Dense WDM), en CWDM estos son de 2500GHz (por ello Coarse WDM). Esto
significa que en lugar de 40 Gbps, CWDM está limitado a 2,5 Gbps. Mientras que con
DWDM se pueden llegar a cubrir 4000Km con CWDM la limitación es de 60-80 Km.
Hay dos importantes características inherentes a los sistemas CWDM que permiten
emplear componentes ópticos más sencillos y, por lo tanto, también más baratos que en
los sistemas DWDM:
- Mayor espaciamiento de longitudes de onda: los láseres utilizados puede ser de menor
calidad puesto que no se necesita una longitus de onda tan estable. Además estos
láseres no necesitan complejos chips de refrigeración como en DWDM para estabilizar la
longitud de onda. Por tanto en CWDM esto implica un mejor precio, menor consumo
energético, y menor espacio ocupado.
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-Mayor espectro óptico: mientras que en DWDM se utilizan amplicadores ópticos EDFA
(Erbium Doped Filter Amplifier), en el caso de CWDM se realiza una conversión OEO, en
la que se regenera, amplificar, etc la señal minimizando la dispersión. La conversión es
factible porque, recordemos CWDM está pensado para trabajar hasta 2,5 Gbps. LA
ventaja de la conversión es que se minimiza la dispersión sufrida por la señal, mientras
que en DWDM se necesita para ello fibras con compensación de dispersión (de altocoste) además de necesitar preamplificadores por su gran atenuación.
Conclusiones
Por todo lo visto, cuando es necesario el uso de WDM en el ámbito metropolitano, la
mejor opción normalmente será CWDM. Aunque tiene una serie de limitaciones
(capacidad, distancia...) respecto a DWDM, en muchos casos cumple los requisitos
necesarios, siendo además en torno a un 50% del de DWDM, ya que como hemos visto
los equipos necesarios para CDWM son ostensiblemente más baratos. También hemos
analizado las razones por las que suponen un ahorro energético, y es de más fácil
integración.
El hecho de la reducción de precio es muy importante teniendo en cuenta las fuertes
inversiones que requieren este tipo de infraestructuras inicialmente, ya que de este modo
incentiva su creación. Además, aunque en principio podríamos pensar que, debido al más
que probable aumento de la necesidad de ancho de banda, CWDM podría no cubrir las
necesidades a largo plazo, existe la posibilidad de actualizar desde CWDM a DWDM.
Creo que esta idea es muy interesante: implantar primero una infraestructura "barata" que
posteriormente puede ser migrada a la mejor posible, de ser necesario.
CONCEPTO DE MPLSMPLS es un estándar IP de conmutación de paquetes del IETF (The Internet Engineering
Task Force), que trata de proporcionar algunas de las características de las redes
orientadas a conexión a las redes no orientadas a conexión. En el encaminamiento IP sin
conexión tradicional, la dirección de destino junto a otros parámetros de la cabecera, es
examinada cada vez que el paquete atraviesa un router. La ruta del paquete se adapta en
función del estado de las tablas de encaminamiento de cada nodo, pero, como la ruta no
puede predecirse, es difícil reservar recursos que garanticen la QoS; además, las
búsquedas en tablas de encaminamiento hacen que cada nodo pierda cierto tiempo, que
se incrementa en función de la longitud de la tabla.
Sin embargo, MPLS permite a cada nodo, ya sea un switch o un router, asignar una
etiqueta a cada uno de los elementos de la tabla y comunicarla a sus nodos vecinos. Esta
etiqueta es un valor corto y de tamaño fijo transportado en la cabecera del paquete para
identificar un FEC (Forward Equivalence C lass), que es un conjunto de paquetes que son
reenviados sobre el mismo camino a través de la red, incluso si sus destinos finales son
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diferentes. La etiqueta es un identificador de conexión que sólo tiene significado local y
que establece una correspondencia entre el tráfico y un FEC específico. Dicha etiqueta se
asigna al paquete basándose en su dirección de destino, los parámetros de tipo de
servicio, la pertenencia a una VPN, o siguiendo otro criterio. Cuando MPLS está
implementado como una solución IP pura o de nivel 3, que es la más habitual, la etiqueta
es un segmento de información añadido al comienzo del paquete. Los campos de lacabecera MPLS de 4 bytes, son los siguientes:
y Label (20 bits). Es el valor actual, con sentido únicamente local, de la etiqueta
MPLS. Esta etiqueta es la que determinará el próximo salto del paquete.
y CoS (3 bits). Este campo afecta a los algoritmos de descarte de paquetes y de
mantenimiento de colas en los nodos intermedios, es decir, indica la QoS del
paquete. Mediante este campo es posible diferenciar distintos tipos de tráficos
y mejorar el rendimiento de un tipo de tráfico respecto a otros.
y Stack (1 bit). Mediante este bit se soporta una pila de etiquetas jerárquicas, es
decir, indica si existen más etiquetas MPLS. Las cabeceras MPLS se
comportan como si estuvieran apiladas una sobre otra, de modo que el nodo
MPLS tratará siempre la que esté más alto en la pila. La posibilidad de
encapsular una cabecera MPLS en otras, tiene sentido, por ejemplo, cuando
se tiene una red MPLS que tiene que atravesar otra red MPLS perteneciente
a un ISP u organismo administrativo externo distinto; de modo que al terminar
de atravesar esa red, se continúe trabajando con MPLS como si no existiera
dicha red externa.
FEC
Forwarding Equivalence Class(FEC) ± Grupo de paquetes IP con el mismo tratamiento y siguiendo el mismo camino, no
importando el destino final
± Al paquete se le asigna un FEC según su dirección de destino
Etiquetas MPLS
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y Las etiquetas MPLS identifican a la FEC asociada a cada paquete
y Etiqueta MPLS genérica:
Formato de la etiqueta MPLS: 32 bits
IMPLEMENTACIONES DE MPLSUna vez visto el concepto de MPLS, veamos los distintos tipos de implementaciones
actuales, en concreto: MPLS como una solución IP sobre Ethernet, IP sobre ATM, e IP
sobre Frame Relay. No se contempla la aplicación de MPLS a las redes ópticas de
próxima generación, conocida como GMPLS (Generalized MPLS ), por encontrarse aún en
proceso de estudio y estandarización por parte del IETF. GMPLS es una extensión natural
de MPLS para ampliar el uso de MPLS como un mecanismo de control y provisión, no
únicamente de caminos en dispositivos basados en paquetes, sino también de caminos
en dispositivos no basados en paquetes; como los conmutadores ópticos de señales
multiplexadas por división en longitud de onda, los conmutadores de fibras ópticas, y los
conmutadores de señales digitales multiplexadas por división en el tiempo. Es decir,
GMPLS busca una integración total en la parte de control de las redes de conmutación de
paquetes IP y las redes ópticas SONET/SDH y DWDM; dando lugar a las redes ópticas
inteligentes de próxima generación, cuya evolución final será la integración de IP
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directamente sobre DWDM utilizando algún mecanismo de encapsulamiento como los
³digital wrappers .́
La implementación de MPLS como una solución IP sobre Ethernet, Fast Ethernet o
Gigabit Ethernet, es la conocida como IP pura. Puesto que IPv4 es un protocolo diseñado
mucho antes que MPLS, en este caso, la etiqueta MPLS está ubicada después de la
cabecera de nivel 2 y antes de la cabecera IP. Los LSR saben como conmutar utilizandola etiqueta MPLS en vez de utilizar la cabecera IP. El funcionamiento de IPv4 ha sido
totalmente satisfactorio, no obstante, el sorprendente crecimiento de Internet evidenció
importantes carencias, como: la escasez de direcciones IP, la imposibilidad de transmitir
aplicaciones en tiempo real y los escasos mecanismos de seguridad. Estas limitaciones
propiciaron el desarrollo de la siguiente generación del protocolo Internet o IPv6, definido
en la RFC 1883. La versión IPv6 puede ser instalada como una actualización del software
en los dispositivos de red de Internet e interoperar con la versión actual IPv4,
produciéndose esta migración progresivamente durante los próximos años. En este caso,
la etiqueta MPLS forma parte de la propia cabecera IPv6, estando su uso descrito en la
RFC 1809.
La implementación de MPLS como una solución IP sobre ATM también está muy
extendida. Primeramente indicar, que MPLS no fue desarrollado para reemplazar ATM,
sino para complementarlo. De hecho, la aparición de switches ATM e IP con soporte de
MPLS, ha integrado las ventajas de los routers IP y los switches ATM y ha supuesto una
mejora de la relación precio/rendimiento de estos dispositivos. La diferencia principal entre
MPLS y otras soluciones de IP sobre ATM, es que las conexiones MPLS se establecen
utilizando LDP, y no por los protocolos de señalización ATM tradicionales, tales como
PNNI (Private Network to Network Interface). Por otro lado, MPLS elimina la complejidad
de hacer corresponder el direccionamiento IP y la información de encaminamiento
directamente en las tablas de conmutación de ATM, puesto que LDP entiende y utiliza
direcciones IP y los protocolos de encaminamiento utilizados en las redes MPLS son losmismos que los utilizados en las redes IP. En este caso, descrito en la RFC 3035, la
etiqueta es el valor del VPI/VCI (Virtual Path Identifier/Virtual C hannel Identifier ) de la
cabecera de la celda ATM.
Finalmente, MPLS también se ha desarrollado como una solución IP sobre Frame Relay.
En este caso, descrito en la RFC 3034, la etiqueta es el DLCI (Data Link C ontrol Identifier )
de la cabecera Frame Relay.
BENEFICIOS DE MPLSLa migración a IP está provocando profundos cambios en el sector de las
telecomunicaciones y configura uno de los retos más importantes para los ISP, inmersos
actualmente en un proceso de transformación de sus infraestructuras de cara a incorporar
los beneficios de esta tecnología. MPLS nació con el fin de incorporar la velocidad de
conmutación del nivel 2 al nivel 3; a través de la conmutación por etiqueta; pero
actualmente esta ventaja no es percibida como el principal beneficio, ya que los
gigarouters son capaces de realizar búsquedas de rutas en las tablas IP a suficiente
velocidad como para soportar todo tipo de interfaces. Los beneficios que MPLS
proporciona a las redes IP son: realizar ingeniería del tráfico o TE (Traffic E ngineering ),
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cursar tráfico con diferentes calidades de clases de servicio o CoS (C lass of Service) o
grados de calidad de servicio o QoS (Quality of Service), y crear redes privadas virtuales o
VPN (Virtual Private Networks) basadas en IP.
La TE permite a los ISP mover parte del tráfico de datos, desde el camino más corto
calculado por los protocolos de encaminamiento, a otros caminos físicos menos
congestionados o menos susceptibles a sufrir fallos. Es decir, se refiere al proceso deseleccionar los caminos que seguirá el flujo de datos con el fin de balancear la carga de
tráfico entre todos los enlaces, routers y switches en la red; de modo que ninguno de
estos recursos se encuentre infrautilizado o sobrecargado. La TE, descrita en la RFC
2702, se ha convertido en la principal aplicación de MPLS debido al crecimiento
impredecible en la demanda de recursos de red.
Mediante MPLS, los ISP pueden soportar servicios diferenciados o DiffServ, como viene
recogido en la RFC 3270. El modelo DiffServ define varios mecanismos para clasificar el
tráfico en un pequeño número de CoS. Los usuarios de Internet demandan continuamente
nuevas aplicaciones, teniendo los servicios actualmente soportados unos requerimientos
de ancho de banda y de tolerancia a retrasos en la transmisión muy distintos y para
satisfacer estas necesidades óptimamente, los ISP necesitan adoptar no sólo técnicas de
ingeniería de tráfico, sino también de clasificación de dicho tráfico. De nuevo, MPLS
ofrece a los ISP una gran flexibilidad en cuanto a los diferentes tipos de servicios que
puede proporcionar a sus clientes.
Finalmente, MPLS ofrece también un mecanismo sencillo y flexible para crear VPN. Una
VPN simula la operación de una WAN (Wide Area Network ) privada sobre la Internet
pública. Para ofrecer un servicio de VPN viable a sus clientes, un ISP debe solventar los
problemas de seguridad de los datos y soportar el uso de direcciones IP privadas no
únicas dentro de la VPN. Puesto que MPLS permite la creación de circuitos virtuales o
túneles a lo largo de una red IP, es lógico que los ISP utilicen MPLS como una forma de
aislar el tráfico. No obstante, MPLS no tiene en estos momentos ningún mecanismo paraproteger la seguridad en las comunicaciones, por lo que el ISP deberá conseguirla
mediante cortafuegos y algún protocolo de encriptación tipo IPsec. Existen varias
alternativas para implementar VPNs mediante MPLS, pero la mayoría se basan en la RFC
2547.
Funcionamiento básico
Cómo funciona MPLS:
± El paquete IP se clasifica al entrar a la red MPLS
± Como resultado, se le incorpora un label
± En la nube MPLS, el paquete no vuelve a ser clasificado, y se lo conmuta simplemente
por su label
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Equipos
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CONFIGURACIÓN BÁSICA DE MPLS
Una vez establecidos los protocolos de routing pasamos a establecer las funcionalidades
MPLS en los routers. Para ello hay que arrancar el protocolo de distribución de etiquetas
en las distintas interfaces por las que queremos ³hablar MPLS´. La configuración de
MPLS requiere los siguientes pasos:
Configurar el CEF (C isco E xpress Forwarding ) en todos los routers con funcionalidad ³PE´
y ³P´, CEF es el conjunto de funcionalidades que reúnen los equipos Cisco para poder
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trabajar en un entorno MPLS entre otras funciones. Los comandos que hay que ejecutar
para activar CEF en un router que soporte estas funcionalidades son:
cisco# configure terminal
cisco(config)# ip cef
Para comprobar si se ha activado CEF correctamente utilizaremos el siguiente comando:
show ip cef summary
En caso de que no se hubiese habilitado CEF no saldría nada a la salida de este
comando.
2. Activación del protocolo de distribución de etiquetas LDP: Hay que realizar la siguiente
configuración en cada interfaz que vaya a hablar MPLS:
cisco(config)# interface <nombre de la interfaz>
cisco(config-if # mpls ip
cisco(config-if)# mpls label protocol ldp