universidad de valencia rogelio montañana tema 4 redes de alto rendimiento (versión 2010-2011)...
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Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Tema 4
Redes de alto rendimiento(versión 2010-2011)
Rogelio MontañanaDepartamento de Informática
Universidad de [email protected]
http://www.uv.es/~montanan/
Ampliación Redes 4-1
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Sumario
• Multiplexación TDM. Jerarquías digitales• POS (Packet Over SONET)• Ethernet• MPLS• Transmisión por fibra óptica• WDM (Wavelength Division Multiplexing)• Redes ópticas
Ampliación Redes 4-2
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Estructura jerárquica de la red telefónica
Central telefónica
Bucle de abonado (transmisión analógica)
Enlace troncal entre centrales(transmisión digital)
Ampliación Redes 4-3
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Comunicación entre teléfonos analógicos en una red moderna
Bucle deabonado
Bucle deabonado
Códec Códec
SeñalAnalógica
(300-3.400 Hz)
Señal Digital G.711(64 Kb/s)
SeñalAnalógica
(300-3.400 Hz)
Enlaces digitalescon multiplexación
Ampliación Redes 4-4
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Multiplexación TDM• En la red telefónica troncal los enlaces llevan bits, no
señales analógicas. Cada conversación ocupa 64 Kb/s• Para aprovechar mejor la red las conversaciones se
transmiten agrupadas (multiplexadas)• Si enviamos 30 conversaciones por un canal dedicamos
1/30 del tiempo a cada una. El tiempo está dividido en 30 intervalos (slots) y dedicamos un intervalo a cada conversación. Por eso llamamos a esta técnica multiplexación TDM (Time Division Multiplexing)
• Cada conversación genera un byte cada 125 µs. Al multiplexar 30 conversaciones enviamos 30 bytes cada 125 µs, que equivalen a 64 Kb/s * 30 = 1920 Kb/s
• En realidad para multiplexar 30 conversaciones es preciso enviar 32 bytes cada 125 µs, 64 Kb/s * 32 = 2048 Kb/s
Ampliación Redes 4-5
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
-- 31 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 00 01 --
Formato de la trama E1 (30 conversaciones)
1 trama = 32 intervalos de 8 bitsTodo esto se transmite cada 125 µs
1 canal de alineamiento y sincronización
1 Canal de señalización
(canal D en RDSI)
30 Canales de información intervalos 1-15 y 17-31
(canal B en RDSI)
Cada canal ocupa 8 bits en la trama (64 Kb/s)
Ampliación Redes 4-6
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Jerarquía PDH
• La multiplexación TDM se hace según valores fijos. El primer sistema estándar se desarrolló en los años 70 y se denomina Jerarquía PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy). Plesio=casi ya que diferentes partes de la red estan ‘casi’ sincronizadas
• En Europa se utiliza la PDH del sistema ‘E’ (G.732) que utiliza como agrupación básica la señal E1, contiene 30 canales y transmite 2048 Kb/s
• En Norteamérica y Japón se utiliza el sistema ‘T’ (G.733) que tiene su base en la señal T1 con 24 canales y 1544 Kb/s
Ampliación Redes 4-7
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Nivel Canales Nombre EEUU, Canadá Japón ITU-T
0 1 E0 0,064 0,064 0,064
1 24 T1 o DS1 1,544 1,544
1 30 E1 2,048
2 96 T2 o DS2 6,312 6,312
2 120 E2 8,448
3 480 E3 32,064
34,368
3 672 T3 o DS3 44,736
3 1440 J3 97,728
4 1920 E4 139,264
4 4032 T4 o DS4 274,176
Niveles en la jerarquía PDH (caudales en Mb/s)
Los valores en negrita son los utilizados habitualmente para transmisión de datos
Ampliación Redes 4-8
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Multiplexación PDH, sistema ‘E’ (G.732)
4 0
5 1
6 2
7 3
6 5 4 3 2 1 04:1 4:1
Entran 4 E1 Sale un E2
139,264 Mb/s34,368 Mb/s
Entran 4 E2Sale un E3
8,448 Mb/s
4 * 2,048 Mb/s
4:1
Entran 4 E3Sale un E4
Multiplexación PDH, sistema ‘T’ (G.733)
4 0
5 1
6 2
7 3
6 5 4 3 2 1 04:1 7:1
Entran 4 T1 Sale un T2
274,176 Mb/s44,736 Mb/s
Entran 7 T2Sale un T3
6,312 Mb/s
4 * 1,544 Mb/s
7:1
Entran 7 T3
Sale un T4
Ampliación Redes 4-9
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Los cinco problemas de la jerarquía PDH
1. Incompatibilidad intercontinental2. No pensada para fibra óptica (diseñada en los
años 70)3. Capacidades máximas bajas: Japón 98 Mb/s,
Norteamérica 274 Mb/s, Resto mundo 139 Mb/s4. Carece de herramientas de gestión y de
mecanismos de tolerancia a fallos5. Los relojes no estan perfectamente
sincronizados. Se utilizan bits de relleno para ajustarlos. Esto impide el multiplexado/desmultiplexado entre niveles jerárquicos no consecutivos
Ampliación Redes 4-10
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Jerarquía digital SONET/SDH• SONET (Synchronous Optical NETwork) es una jerarquía
digital TDM desarrollada por los laboratorios Bell y estandarizado por ANSI en 1984 (T1.105). Se usa en EEUU y Canadá
• La base de SONET es la señal STS-1 u OC-1 que tiene un caudal de 51,84 Mb/s. Las demás señales de la jerarquía (STS-n u OC-n) tienen caudales que son n*51,84 Mb/s
• SDH (Synchronous Digital Hierarchy) es un estándar aprobado en 1989 por la ITU-T (G.707). Es muy similar a SONET, la principal diferencia es que su señal base, STM-1, tiene un caudal de 155,52 Mb/s, exactamente el triple que SONET
• Los caudales estandarizados de SONET siempre son múltiplos 3x de STS-1 para que sean compatibles con SDH
• Los estándares SONET/SDH se desarrollaron a la vez que ATM con el objetivo de que se complementaran. SONET/SDH abarca el nivel fisico y ATM los niveles de enlace, de red y de transporte
Ampliación Redes 4-11
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Jerarquía SONET/SDHVelocidades estandarizadas
Denominación SONET
Denominación SDH
Caudal total
(Mb/s)
Caudal útil
(Mb/s)
STS-3 / OC-3 STM-1 155,520 150,336
STS-12 / OC-12 STM-4 622,080 601,344
STS-48 / OC-48 STM-16 2488,320 2405,376
STS-192 / OC-192 STM-64 9953,280 9621,504
STS-768/OC-768 STM-256 39813,12 38486,016STS: Synchronous Transfer Signal (interfaz eléctrico)OC: Optical Carrier (interfaz óptico)STM: Synchronous Transfer Module (interfaz óptico o eléctrico)
Ampliación Redes 4-12
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Las seis soluciones de SONET/SDH
1. El sistema americano (SONET) no es idéntico al internacional (SDH) pero ambos son compatibles
2. Define interfaces de fibra óptica3. La capacidad llega, de momento, a 40 Gb/s, pero es
ampliable (aunque 40 Gb/s ya es muy caro)4. Se dispone de herramientas de gestión y tolerancia a fallos
(la red en anillo recupera averías en 50 ms)5. Utiliza relojes síncronos y punteros; esto permite el
multiplexado/desmultiplexado de niveles jerárquicos no consecutivos
6. Permite seguir utilizando PDH en enlaces de menor capacidad
Ampliación Redes 4-13
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E3
E1 . .
E1
E3
Conversor electro-óptico
Codificador (scrambler)
Multiplexor 4:1
Multiplexor 4:1
OC-48cSTM-16STM-4STM-1
STM-1
STM-4
STM-4
STM-4
Multiplexación SDH
Tramas PDH (ITU)
Tramas SDH
E3
E3
STM-1STM-1
Ampliación Redes 4-14
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Elementos físicos de SONET/SDH
• Una red SONET/SDH está formada por:
– Repetidores. Regeneran la señal óptica cuando la distancia supera el máximo permitido.
– ADMs (Add-Drop Multiplexor). Son multiplexores que permiten intercalar o extraer tramas de un nivel inferior en uno superior (ej. una STM-1 en una STM-4). También permiten crear anillos.
– Digital Cross-Connect: parecidos a los ADMs pero permiten interconexiones más complejas (interconectar anillos).
• A menudo se utilizan topologías de anillo para aumentar la fiabilidad.
Ampliación Redes 4-15
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Toplogía de redes SONET/SDH
• Según su topología las redes SONET/SDH pueden ser:– Punto a punto: todos los circuitos empiezan y
terminan en el mismo equipo.– Punto a multipunto: los circuitos empiezan o
terminan en equipos diferentes.– Anillos: permiten disponer de un camino
redundante a un costo mínimo.– Redes malladas: generalmente se constituyen a
partir de anillos interconectados.
Ampliación Redes 4-16
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REP
REPADMADM ADMADM
Redes SONET/SDH
Punto a punto:
Punto a multipunto:
ADM: Add-Drop Multiplexor
Los circuitos SONET/SDH son siempre full dúplex
ADMADM ADMADMADMADM
60 Km
Circuito STM-4 (622,08 Mb/s)Circuito STM-1
Circuito sobrante
Burjassot Naranjos
NaranjosBurjassot
Blasco Ibáñez
REP: RepetidorSTM-1 (155,52 Mb/s)
STM-4 (622,08 Mb/s)
Ampliación Redes 4-17
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• Sección: unión directa entre dos equipos cualesquiera• Línea: unión entre dos ADMs contiguos• Ruta: unión entre dos equipos finales (principio-fin de un circuito)
Sección
Línea
Sección Sección
Ruta (A, B y C)
Línea
MultiplexorOrigen
MultiplexorIntermedio
MultiplexorDestinoRepetidor
ADM: Add-Drop Multiplexor
Enlaces en una red SONET/SDH
ADMADM ADMADMADMADMABCD
ABCE
D E
REP
Ruta (D) Ruta (E)
X Y Z
Ampliación Redes 4-18
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Arquitectura de SONET/SDH
• SONET/SDH divide la capa física en cuatro subcapas:
– Fotónica: transmisión de la señal y las fibras
– De sección: interconexión de equipos contiguos
– De línea: multiplexación/desmultiplexacion de circuitos entre dos ADMs
– De rutas: problemas relacionados con la comunicación extremo a extremo
De Ruta
De Línea
De sección
Fotónica
ADMOrigen
Repetidor ADMIntermedio
ADMDestino
Sección Sección
Línea
Ruta
Línea
Sección
Ampliación Redes 4-19
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Anillo SONET/SDH
Línea simplex STM-4 (622,08 Mb/s)Ruta duplex STM-1 (155,52 Mb/s)
C B
D A
DC
AB
ADMADM
ADMADM
ADMADM
ADMADM
A
BC
Topología lógica
X
Y
Z
W
Anillo con una sola fibra óptica
Ampliación Redes 4-20
D
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Funcionamiento del anillo anterior
STM-1 (155,52 Mb/s)A
A
Con una sola fibra en el anillo se tiene comunicación full dúplex. Pero si la fibra se rompe todos los circuitos caen, la red
no es resistente a fallos
B
BC
C
Ocupación: 4 * STM-1 = 622,08 Mb/sNo sobra nada
ADMADM
ADMADM
ADMADM
ADMADMX
Y
Z
W
Una sola fibra óptica
Ampliación Redes 4-21
D
D
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Recuperación de averías en anillos SDH
Tráficode usuario
Tráfico de usuario
Funcionamiento normal Funcionamiento en caso de avería
Corte enla fibra
Los ADMs cierran el anillo en 50 ms
AD
MA
DM
ADMADM
ADMADM
ADMADM
AD
MA
DM
ADMADM
Tráfico de usuario
Tráfico de reserva
ADMADM
ADMADM
AD
MA
DM
AD
MA
DM
ADMADMADM
ADM
Anillo con dos fibras ópticas
Ampliación Redes 4-22
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Bastidor de un ADM STM-4 (622 Mb/s)
Baterías 48 V
Fuentes deAlimentación(redundantes)
Electrónicaredundante
Entrada de fibrasmonomodo
Ampliación Redes 4-23
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Detalle de un ADM STM-1 en anillo
Rx
Tx
Anilloprincipal
Rx
Tx
Anillo derespaldo
Tarjeta STM-1 primaria
Tarjeta STM-1 de reserva
Ampliación Redes 4-24
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Dos anillos interconectados con un Digital Cross Connect
ADMADM
ADMADM
ADMADM
ADMADM
ADMADM
ADMADM Digital Cross-Connect
A
A
B
B
C
D
C
D
E
E
F
FLos circuitos A y B ocupan capacidad en ambos anillosCon esta configuración ambos anillos están saturados
Circuitos A, B, C, D Circuitos
A, B, E, F
STM-1 (155,52 Mb/s)
STM-4 /622,08 Mb/s)
Los anillos podrían funcionar con una sola fibra, pero si
queremos protección hay que usar dos
Ampliación Redes 4-25
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Overhead
Sección
Carga útil
86 c x 9 f = 774 Bytes
774 x 8 = 6.192 bits
6.192 x 8.000 = 49,536 Mb/s
Overhead Línea
Ove
rhea
d ru
ta
Estructura de trama SONET STS-1 (OC-1)
1 col. 3 col. 86 columnas
9 filas
90 x 9 = 810 Bytes = 6.480 bits8.000 tramas por segundo (una cada 125 s)6.480 bits/tr x 8.000 tr/s = 51.840.000 bits/s
El overhead permitela gestión de la red
Ampliación Redes 4-26
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
R
S
Carga útil
L R
S
Carga útil
L
Trama SONET STS-3 (OC-3)
Tamaño: 90 x 9 x 3= 2430 Bytes = 19440 bits
Caudal: 19440 x 8000 = 155.520.000 bits/s
Carga útil: 86 x 9 x 3 = 2322 Bytes = 18576 bits
Caudal útil: 18576 x 8000 = 148,608 Mb/s
Formada por tres tramas STS-1:
R
S
Carga útil
L
1 113 3 386 col. 86 col. 86 col.
9 filas
Ampliación Redes 4-27
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
R
S
Carga útilL
Trama SDH STM-1 (OC-3c)
Carga útil: 86+87+87 = 260 → 260 x 9 = 2340 Bytes = 18720 bitsCaudal útil: 18720 x 8000 = 149,76 Mb/s
En SONET se ha definido la trama STS-3c (OC-3c) que es igual a la STM-1 (c = ‘catenated’). También hay STS-12c, STS-48c, etc. que equivalen a STM-4, STM-16, etc.
S
Carga útilL
S
Carga útilL
Como la STS-3 pero la información de ruta sólo aparece en la primera (como tres vagones ‘enganchados’):
87 col.87 col.86 col. 3331
9 filas
Ampliación Redes 4-28
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ATM sobre SONET/SDH
• Los estándares SONET/SDH los desarrolló la ITU-T durante los años 80 en paralelo a los estándares ATM
• Durante la primera mitad de los 90 ATM era la forma habitual de transmitir datos en una red SONET/SDH, y se pensaba que eso era el futuro
• Sin embargo ATM era costoso y poco eficiente, lo cual dió lugar al desarrollo de otras alternativas. Para las redes de datos la principal fue el uso de POS
Ampliación Redes 4-29
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Sumario
• Multiplexación TDM. Jerarquías digitales
• POS (Packet Over SONET)
• Ethernet
• MPLS
• Transmisión por fibra óptica
• WDM (Wavelength Division Multiplexing)
• Redes ópticas
Ampliación Redes 4-30
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
POS(Packet Over SONET, o PPP Over SONET)
• Packet Over Sonet o POS es una tecnología que apareció a finales de 1996 con el fin de hacer un uso más eficiente de los enlaces SONET/SDH
• Consiste en usar los enlaces como líneas punto a punto con PPP (Point to Point Protocol).
• Además de mejorar el rendimiento respecto de ATM se reduce el equipamiento y por tanto los costos
• POS está estandarizado en el RFC 2615 (6/99)
Ampliación Redes 4-31
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
OC-3c (2 fibras)
Conexión de routers con POS. Red física
ADMADM
ADMADM
ADMADM
ADMADM
Fibra en servicio
Fibra de reserva
En la red SONET/SDH se configuran cuatro rutas OC-3c:
A: - B: - C: - D: -
Las cuatro rutas llenan el anillo OC-12c
OSPF
OSPF
OSPF
OSPF
Interfaz POS OC-3c
Dos fibras
Anillo OC-12c
Ampliación Redes 4-32
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
OC-3c
Routers con POS. Configuración lógica
ADMADM
ADMADM
ADMADM
ADMADM
Fibra en servicio
Fibra de reserva
Circuitos:
OSPF
OSPF
OSPF
OSPF
D A
CB
A: - B: - C: - D: -
Cada circuito es full duplex y utiliza una interfaz dedicada en el router
Anillo OC-12c
Ampliación Redes 4-33
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Ejemplo de red CATV con POS
ADMADM ADMADM
ADMADM
ADMADM
OC-3c
Fibra en servicio
Fibra de reserva
E3
Redtelefónica
Internet
Servidor proxy
Anillo OC-12c con 3 OC-3c y
3 E3
HFC
HFC
HFC
Cabeceraregional
Cabeceraslocales
Ampliación Redes 4-34
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Tarjeta POS de router con 4 interfaces OC-192c (10 Gb/s)
Láser Alcance Precio
850 nm 300 m $ 330.000
1310 nm 2 Km $ 550,000
1550 nm 40 Km $ 580.000
1550 nm 80 Km $ 750.000
Ampliación Redes 4-35
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Inconvenientes de SONET/SDH para transmitir datos
• A pesar de que POS es mejor que ATM las redes SONET/SDH se diseñaron pensando en telefonía y no resultan ideales para datos. Inconvenientes:– La comunicación no siempre va por el camino más corto (anillos
unidireccionales)– La capacidad se ha de repartir de forma estática entre los circuitos
configurados– La mitad de la fibra no se utiliza normalmente, está de reserva y
preparada con toda la optoelectrónica por si falla algún enlace
• Solución: prescindir del equipamiento SONET/SDH.– En este caso la fiabilidad nos la da el protocolo de routing (OSPF,
IS-IS, etc.)
Ampliación Redes 4-36
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
A
B
C
D
Conexión directa de routers POS sin ADMs
Cada router dispone de un enlace full duplex con sus vecinos.
Tenemos el doble anillo de antes, pero ahora aprovechamos toda la
fibra
OSPF
OSPF
OSPF
OSPFSe suprime el equipamiento
SDH, pero se mantiene la misma estructura de trama para
aprovechar las interfaces, los equipos de diagnóstico,
monitorización, etc.
La capacidad disponible se reparte dinámicamente en toda la red (el tráfico podría repartirse por los dos caminos)
Hay redundancia. Si falla algún enlace el protocolo de routing reencamina el
tráfico por el otro lado
El tráfico siempre discurre por el camino más corto, gracias
al protocolo de routingDos fibras
Interfaz POS
Ampliación Redes 4-37
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
POS sin SONET/SDH• La fiabilidad en este caso la da el protocolo de routing
(OSPF por ejemplo). No hay recursos en standby, todo se aprovecha.
• El protocolo de routing elige siempre el camino más corto del anillo, y son posibles otras topologías
• Se tiene mayor rendimiento y menor costo (se suprime el equipamiento SONET/SDH)
• Aunque no haya equipos SONET/SDH se sigue utilizando la misma estructura de trama, ya que esto permite aprovechar las mismas interfaces POS y usar equipamiento SONET/SDH de diagnóstico a bajo nivel (repetidores, analizadores, etc.)
• Ahora ya no podemos configurar circuitos por servicio (datos, voz, vídeo). El router ‘posee’ la fibra en su totalidad
Ampliación Redes 4-38
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Sumario
• Multiplexación TDM. Jerarquías digitales
• POS (Packet Over SONET)
• Ethernet
• MPLS
• Transmisión por fibra óptica
• WDM (Wavelength Division Multiplexing)
• Redes ópticas
Ampliación Redes 4-39
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Ethernet en la MAN/WAN (I)• El paso siguiente en la evolución hacia una red de
datos pura es utilizar interfaces Ethernet en vez de POS en los routers
• Durante muchos años Ethernet se ha utilizado en la LAN por su sencillez, fiablidad y bajo costo
• Los aspectos de fiabilidad y redundancia se siguen basando en el protocolo de routing
• Además el formato de trama se homogeneiza entre la LAN y la MAN/WAN
• Pero: ¿podemos usar Ethernet en la MAN/WAN? ¿Qué problemas podemos tener?
Ampliación Redes 4-40
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Ethernet en la MAN/WAN (II)• En modo full duplex ya no hay problema de
distancias. Gb y 10 Gb Eth. solo funcionan en f.d., no con CSMA/CD:– 1998: Hasta 10 Km en Gb Ethernet (100 Km
con sistemas propietarios)– 2002: Hasta 40 Km en 10 Gb Ethernet
• Misma estructura y tamaños de trama a todas las velocidades. No conversión de formatos
• Posibilidad de conectar a nivel 2 en la MAN/WAN (redes malladas con Spanning Tree)
• Servicios tipo VPN mediante VLANs
Ampliación Redes 4-41
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Precio interfaces ATM, POS y Ethernet para routers Cisco 12000 y CRS-1
Router Interfaz Velocidad Puertos Alcance Precio Precio/Gb
12000
Ethernet
10 Gb/s 1 10 Km $ 125.000 $ 12.500
1 Gb/s 10 10 Km $ 200.000 $ 20.000
POS 10 Gb/s 2 2 Km $ 405.000 $ 20.250
2,5 Gb/s 4 2 Km $ 260.000 $ 26.000
622 Mb/s 4 2 Km $60.000 $ 24.000
ATM 622 Mb/s 4 2 Km $ 112.000 $ 44.800
CRS-1
Ethernet 10 Gb/s 8 10 Km $150.000 $ 1.875
POS 40 Gb/s 1 2 Km $ 480.000 $ 12.000
10 Gb/s 4 2 Km $ 550.000 $ 13.750
2,5 Gb/s 16 2 Km $ 730.000 $ 18.250
El precio de una interfaz 10G para router en SONET/SDH es 10 veces mayor que en Ethernet. El factor es 15 cuando se trata de switches ópticos.
Ampliación Redes 4-42
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Características de Gb/10 Gb Ethernet
• Alternativa mas económica que POS• Adecuado para redes metropolitanas sobre fibra
oscura o WDM (Wavelength Division Multiplexing)
• Permite funcionamiento compatible con SONET/SDH STM-64
• Soporte de todo tipo de servicios, incluido QoS (priorización con 802.1p y 802.1Q)
• Versátil, permite limitar caudales por software• Adecuado para backbone de grandes redes locales
y conexión de servidores de muy altas prestaciones
Ampliación Redes 4-43
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Ejemplo: Red CATV con Gigabit Ethernet
Gigabit Ethernet
E3 (PDH)
Redtelefónica
Internet
Servidor proxy
Anillo Gigabit Ethernet
HFC
HFC
HFC
Cabeceraregional Cabeceras
locales
Routers con VoIP
OSPF
OSPF
OSPF
OSPF
Ampliación Redes 4-44
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Velocidades de Ethernet
Velocidad Apareció en: Nivel físico heredado de …
10 Mb/s compartidos 1981 De nada. Nuevo
10 Mb/s conmut. 1992 De nada. Nuevo
100 Mb/s 1995 FDDI (100 Mb/s)
1 Gb/s 1998 Fibre Channel (800 Mb/s)
10 Gb/s 2002 Basado en SDH (STM-64)
40 Gb/s 2010 Basado en SDH (STM-192)
100 Gb/s 2010 ??
Ampliación Redes 4-45
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Algunos medios físicos de EthernetVelocidad (Mb/s) Medio Cable Distancia Costo Fecha estand.
1 (1BASE5) UTP-2 500m Bajo 1987
10
(10BASE5)(10BROAD36)
(10BASE2)10BASE-F10BASE-T
Coax RG8 50 ΩCoaxial 75 Ω
Coax RG58 50 ΩF.O. multimodo
UTP-3/5
500 m3,6 Km185 m2 Km
100/150 m
BajoAltoBajo
MedioBajo
19831985198519871990
100 100BASE-TX100BASE-FX
UTP-5F.O. multimodo
100 m2 Km
BajoAlto
19951995
10001000BASE-SX1000BASE-LX1000BASE-T
F.O. multimodoF.O. monomodo
UTP-5e
500 m5 Km100 m
MedioAlto
medio
199819981999
1000010GBASE-LR10GBASE-ER
10GBASE-CX410GBASE-T
F.O. monomodoF.O. monomodo
Coax 4 paresUTP-6/6a
10 Km40 Km15 m
55/100 m
AltoMuy BajoAlto
2002200220042006
40000 40GBASE-LR440GBASE-CR4
F.O. monomodoCobre
10 Km10 m
N.D.N.D.
2010 (est.)
100000100GBASE-LR4100GBASE-ER4
100GBASE-CR10
F.O. monomodoF.O. monomodo
Cobre
10 Km40 Km10 m
N.D.N.D.N.D.
2010 (est.)2010 (est.)
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Vista transversal de un cable UTP-5 de cuatro pares
Alambre de cobre. Normalmente AWG 24( 0,51 mm)
Cubierta hecha conmaterial aislante
Aislante de cada conductor
Ampliación Redes 4-47
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Atenuación y Diafonía• Cuando una señal eléctrica viaja por un cable se produce
un debilitamiento de la señal proporcional a la distancia, como consecuencia de las pérdidas por resistencia (calor) y por emisión electromagnética al ambiente. Esto es la atenuación. La atenuación se mide en dB y aumenta con la frecuencia. Un valor mayor es peor
• Una señal eléctrica de alta frecuencia genera corrientes inducidas que producen interferencia. Esto es la diafonía o ‘crosstalk’. La diafonía se mide en dB y disminuye con la frecuencia. Un valor menor es peor
• La calidad o bondad de un cable para transmitir señales a una frecuencia dada se mide por el cociente entre la atenuación y la diafonía a esa frecuencia. Esto es lo que se conoce como ACR (Attenuation-Crosstalk Ratio)
Ampliación Redes 4-48
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
ACR (Attenuation-Crosstalk Ratio)• Como la diafonía y la atenuación se expresan en dB
su cociente se puede calcular como:ACR = Diafonía – Atenuación
• El ACR disminuye conforme aumenta la frecuencia. Para cada cable hay una frecuencia a la cual el ACR es cero. Esa frecuencia máxima es el ancho de banda de ese cable y es la frecuencia máxima que debería usarse para transmitir datos por él
• Los equipos de medida (Fluke o similar) pueden medir la atenuación y la diafonía de un cable a diferentes frecuencias. A partir de esos datos se calcula el ACR
Ampliación Redes 4-49
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Atenuación
Diafonía (Crosstalk)
ACR(Attenuation/
Crosstalk Ratio)
Frecuencia(MHz)
Intensidad dela señal (dB)
0 dB
0 MHz
Ancho de banda
ACR=0 dB
Atenuación, Diafonía y ACR
50 dB
Ampliación Redes 4-50
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Normativas de cableado estructurado
• Las normativas de cableado estructurado establecen pautas homologadas para la instalación de infraestructura de cableado de redes datos en edificios. Se prevén cables de cobre y de fibra óptica
• Hay una normativa europea y una americana:– Europea: ISO/IEC 11801– Americana: ANSI/TIA/EIA-568-B
• Normalmente se intenta en lo posible que las instalaciones cumplan ambos estándares
Ampliación Redes 4-51
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Categorías/clases del cable de pares
• Los cables de pares clasifican en una serie de categorías (3, 4, 5, …) o clases (C, D, E, …) según la frecuencia máxima para la que está prevista su utilización
• A una mayor frecuencia corresponde una mayor capacidad de enviar datos
• Gradualmente se ha ido aumentando la frecuencia máxima de los cables y han ido apareciendo categorías/clases superiores
• El aumento en la categoría/clase va acompañado de:– Mayor sección del cobre– Trenzado más denso (mas vueltas por metro)– Cambios en el material aislante– Mayor control de la geometría del cable (separadores entre pares)– Apantallamiento (en los casos extremos)
Ampliación Redes 4-52
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Categorías de cables UTP (Unshielded Twisted Pair)
Categoría Clase Tipo Frec. Máx. (MHz)
Uso habitual
(1) A UTP 0,1 Bucle de abonado
(2) B UTP 1 Token Ring 4 Mb/s
3 C UTP 16 10 Mb Ethernet
4 UTP 20 Token Ring 16 Mb
5 D UTP 100 100 Mb Ethernet
5e (enhanced) D UTP 100 Gigabit Ethernet
6 E UTP 250 10 Gb Ethernet (55 m)
6a (augmented) EA UTP 500 10 Gb Ethernet (100 m)
7 F STP 600 ¿40/100 Gb Ethernet?
7a (augmented) FA STP 1000
Ampliación Redes 4-53
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
10
20
30
50
40
70
60
0
0 50 100 150 200
Frecuencia (MHz)
dB
Atenuación Cat. 6Atenuación Cat. 5
Diafonía Cat. 6
Diafonía Cat. 5
Atenuación y diafonía en función de lafrecuencia para cables categoría 5 y 6
Ampliación Redes 4-54
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Valores de diafonía, atenuación y ACR para el cable UTP Nokia UC300 comparados con los
de la Clase D/Cat. 5
(Diafonía)
Ampliación Redes 4-55
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Frecuencia de algunas LANs en cable UTP
LAN Velocidad Pares Codificación Baudios transmit.
Frec. Máx. (MHz)
Ethernet 10 Mb/s 1 Manchester 20 Mb 10 MHz
Token Ring 16 Mb/s 1 Manchester diferencial
32 Mb 16 MHz
Ethernet 100 Mb/s 1 4B/5B 125 Mb 62,5 MHz
Ethernet 1 Gb/s 4 PAM-5 125 Mb 62,5 MHz
Ethernet 10 Gb/s 4 PAM-16 833 Mb 416,5 MHz
La frecuencia máxima depende de la velocidad y de la codificación y es siempre igual a la mitad del número de baudios transmitidos. Las codificaciones más sofisticadas (PAM) consiguen mayor eficiencia (enviar más bits por hertzio)
Ampliación Redes 4-56
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Codificación
• En LAN los datos nunca se envían tal cual, es decir no se representan los bits en voltajes o pulsos de luz, sino que previamente se codifican (se convierten siguiendo unas reglas precisas).
• El objeto de la codificación es asegurar que se producirán transiciones en la señal y por tanto se mantendrá el sincronismo entre emisor y receptor, cualquiera que sea la secuencia de bits enviada.
Ampliación Redes 4-57
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
TransiciónBajo-Alto = 1
TransiciónAlto-Bajo = 0
1 111110 000 0Flujo de bitsa transmitir
CodificaciónBinaria NRZ
(Non Return to Zero)
CodificaciónManchester
Codificación Manchester
ns (10 Mb/s) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
Ampliación Redes 4-58
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Codificación Manchester• En Ethernet a 10 Mb/s se eligió Manchester
por su sencillez y bajo coste.• Pero esto requiere que el transceiver sea
capaz de producir el doble de transiciones (o baudios) que el caudal efectivo. Se emplean dos baudios por bit
• Manchester no es muy eficiente, pero a bajas velocidades es barato de implementar y facilita el sincronismo pues en cada intervalo asegura una transición
Ampliación Redes 4-59
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Codificación FDDI• En FDDI no se utilizó Manchester porque:
– Habría obligado a enviar 200 Mbaudios (encarece los equipos)– Habría generado señales de frecuencia demasiado elevada en los
cables UTP (la frecuencia es proporcional a los baudios)
• Para FDDI (y Fast Ethernet) se utiliza codificación 4B/5B:– Se hacen dos listas, una con los 32 grupos posibles de 5 bits
(25=32) y otra con los 16 grupos posibles de 4 bits (24=16) – De los 32 valores de 5 bits se eligen solo la mitad. Se descartan los
grupos ‘00000’, ‘11111’, ‘00001’, ‘10000’y algunos más.– Se hacen corresponder los grupos elegidos de 5 bits con los de
cuatro bits– Antes de transmitir los bits se agrupan de 4 en 4 y se ‘traducen’
según la tabla
Ampliación Redes 4-60
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Código 4B/5B
Bits Símbolo
0000 11110
0001 01001
0010 10100
0011 10101
0100 01010
0101 01011
0110 01110
0111 01111
1000 10010
1001 10011
1010 10110
1011 10111
1100 11010
1101 11011
1110 11100
1111 11101
Símbolos especiales
Bits Símbolo
IDLE 11111
J 11000
K 10001
T 01101
R 00111
S 11001
QUIET 00000
HALT 00100
No usado 00110
No usado 01000
No usado 01100
No usado 10000
No usado 00001
No usado 00010
No usado 00011
No usado 00101
Código 4B/5B
Ampliación Redes 4-61
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
1 110 000 0Flujo de bitsa transmitir
CodificaciónBinaria NRZ
Codificación4B/5B
Codificación 4B/5B
ns (100 Mb/s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80
10010 01011
ns (baudios) 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80
Ampliación Redes 4-62
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Ventajas de la Codificación 4B/5B• Eficiencia: 4 bits en 5 baudios, 4/5 = 0,8. El
transceiver solo ha de transmitir 125 Mbaudios (con Manchester habrían sido 200 Mbaudios. Es más barato
• La señales que se transmiten por el cable de cobre son de menor frecuencia, se puede usar un cable de menor categoría. Con Manchester difícilmente se habría conseguido 100 Mb/s en categoría 5.
• En fibra los pulsos que se transmiten no son tan breves como si se usara Manchester.
Ampliación Redes 4-63
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Algunas codificaciones en Ethernet
Medio Veloc.
(Mb/s)
Codificación Pares Mbaudios Eficiencia Cable
10BASE-T 10 Manchester 1 20 50% UTP-3
100BASE-X 100 4B/5B 1 125 80% UTP-5
1000BASE-X 1000 8B/10B 1 1250 80% F.O.
10GBASE-R 10000 64B/66B 1 10300 97% F.O.
1000BASE-TX 250 PAM-5 4 125 200% UTP-5e
10GBASE-T 2500 PAM-16 4 833 300% UTP-6a
Ampliación Redes 4-64
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Caso 1000BASE-T• En 1000BASE-T se aplican tres ‘trucos’:
– Se reparte el tráfico entre los cuatro pares (250 Mb/s cada uno)
– Se emplean circuitos híbridos para conseguir transmisión simultánea por cada par en cada sentido (full dúplex).
– Se usa una codificación multinivel (PAM 5x5). Cada símbolo puede tener no dos sino cinco valores posibles. Se transmiten dos bits por baudio
• En 10GBASE-T se hace algo similar, pero la codificación es de 16 niveles. Aun así la frecuencia es demasiado alta para cable UTP-5
Ampliación Redes 4-65
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Transmisión dual-duplex en 1000BASE-T
250 Mb/s por par en cada sentido
2 bits/símbolo 125 Msímbolos/s
Cuatro pares
Híb
rid
oH
íbri
do
Híb
rid
oH
íbri
do
Híb
rido
Híb
rido
Híb
rido
Híb
rido
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
250 Mb/s
250 Mb/s
250 Mb/s
250 Mb/s
250 Mb/s
250 Mb/s
250 Mb/s
250 Mb/s
Ampliación Redes 4-66
Universidad de Valencia Rogelio MontañanaAmpliación Redes 4-67
Atenuación según la frecuencia de cables UTP (ISO/IEC 11801 (2002))
Universidad de Valencia Rogelio MontañanaAmpliación Redes 4-68
Señal emitida en Ethernet a 100 Mb/s, 1 Gb/s y 10 Gb/s
Universidad de Valencia Rogelio MontañanaAmpliación Redes 4-69
Señal recibida en Ethernet a 100 Mb/s, 1 Gb/s y 10 Gb/s
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Hardware con puertos 10GBASE-T (802.3an)
Switch Marca SMCModelo 8724-10BTSwitch nivel 220 puertos 10G/1000/100/10 BASE-T4 puertos XFP (módulo externo de fibra o cobre)Precio: $23.300
Tarjeta Telsio S310-BTPuerto 10G BASE-TConsumo: 24WPrecio: $1.300(35% menos que la de fibra)
Ampliación Redes 4-70
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Tarjeta 10 GB Eth. (conmutador Cisco Catalyst 6500)
Tarjeta: $27.500 (4 interfaces 10 Gb/s)
TransceiversTipo Transc. Alcance Precio
10GBASE-ER 40 Km $ 12.000
10GBASE-LR 10 Km $ 4.000
10GBASE-LX4 300 m $ 4.000
10GBASE-SR 26/300 m $ 3.000
10GBASE-CX4 15 m $ 600
Capacidad tarjeta: 40 Gb/s48 Mpps
Ampliación Redes 4-71
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Una Interfaz10Gb Eth.
10 InterfacesGb Eth.
Una Interfaz SONETSTM-16 (2,5 Gb/s)
4 Interfaces SONETSTM-4 (622 Mb/s)
Ampliación Redes 4-72
Router principal de RedIRIS en la C.V.
Modelo Juniper T320
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
40/100 Gb Ethernet• Aprobado en junio de 2010 (IEEE 802.3ba)
Ampliación Redes 4-73
Tipo cable Distancia 40 Gb Eth 100 Gb Eth
Backplane 1 m 40GBASE-KR4
Coaxial 10 m 40GBASE-CR4 100GBASE-CR10
Fibra multimodo OM3 100 m 40GBASE-SR4 100GBASE-SR10
Fibra multimodo OM4 125 m 40GBASE-SR4 100GBASE-SR10
Fibra monomodo 10 km 40GBASE-LR4 100GBASE-LR4
Fibra monomodo 40 km 100GBASE-ER4
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Conmutadores nivel 2 y nivel 3• En 1991 se inventaron los conmutadores LAN• A mediados de los 90, con la proliferación de las VLANs,
surgió la necesidad de enrutar en la LAN entre interfaces de alta velocidad
• Los fabricantes desarrollaron ASICs capaces de conmutar a nivel 3 (enrutar) para el protocolo IP. Surgieron los conmutadores de nivel 3, que son a los routers lo que los conmutadores LAN son a los puentes transparentes.
• Los conmutadores de nivel 3 pueden funcionar a nivel 2 igualmente, según la configuración que tengan
• Los routers tradicionales siguen siendo útiles cuando– Se necesitan interfaces WAN– Se quiere soporte multiprotocolo (enrutar otros protocolos
distintos de IP)
Ampliación Redes 4-74
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Interfaces 10 Gb/s fibra
Interfaces 1 Gb/s fibra
Tarjeta supervisora (SUP720)
Fuentes de alimentación
Interfaces 1000BASE-T
Tarjeta cortafuegos
Conmutador nivel 2/3 Cisco Catalyst 6509
Ampliación Redes 4-75
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Rendimiento a nivel 2/3 de algunos switches y routers de Cisco
Modelo Conmutación Nivel 2 (Kpps)
Conmutación Nivel 3 (Kpps)
Precio (US$)
1900 550 - 1.700 (2002)
2950T-12 4.800 - 1.300
3550-24 6.600 6.600 3.000
3560G-24T 38.700 38.700 5.600
6500/720 400.000 400.000 255.000
2500 4,4 4,4 1.500 (2000)
1721 12 12 1.200
VIP 2/40 95 95
CRS-1LC 80.000 80.000 $$$$$$
Switches
Routers
Ampliación Redes 4-76
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Jumbo Frames• El máximo tamaño de trama según el estándar Ethernet es de
1518 bytes • Algunos fabricantes soportan tramas de hasta 9000 bytes
(Jumbo Frames) especialmente en Gb y 10 Gb Eth• Esto permite hacer paquetes IP grandes, lo cual mejora el
rendimiento pues hay menos gasto de CPU en los hosts• Pero es preciso que toda la ruta (extremo a extremo) soporte
Jumbo Frames. Con “descubrimiento de la MTU del trayecto” los hosts pueden comprobarlo
• Actualmente solo puede usarse, a veces, entre redes académicas
Ampliación Redes 4-77
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Uso de Ethernet en redes MAN• Ethernet fue incialmente una red LAN. Sin embargo se ha
extendido como la tecnología más competitiva en redes metropolitanas, gracias a su:– Rendimiento– Bajo costo– Posibilidades de gestión
• Utilizando etiquetado 802.1Q (VLANs) los proveedores pueden multiplexar tráfico de diferentes clientes en un mismo enlace ‘trunk’ de forma que se puede ofrecer conectividad transparente a nivel 2 entre LANs
• Un ejemplo de esto es el servicio MacroLAN de Telefónica
Ampliación Redes 4-78
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Ejemplo de Metro Ethernet: Red de Univ. públicas de la C. Valenciana
• Se usa el servicio ‘MacroLAN’ de Telefónica• Las univ. públicas de la C. V. (UA, UJI, UMH, UPV y
UV) se interconectan desde 1994 a través de la red de la Generalitat, suministrada por Telefonica. Esa red ha sido objeto de varias mejoras desde entonces.
• Actualmente se basa en una serie de conmutadores LAN (nivel 2) suminstrados y gestionados por el operador que mediante VLANs configuran enlaces VPN a través de los cuales las universidades llegan a Burjassot, donde esta el PoP de RedIRIS. Entró en funcionamiento en octubre de 2004.
Ampliación Redes 4-79
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
UV (Burjassot)
UPV (Cno. Vera)
UMH (Elche)
UA (S.Vte.)
UJI (Borriol)
GVA
C.T. Carmen(Valencia)
C.T. Gran Vía(Castellón)
C.T. Los Ángeles(Alicante)
RedIRISTlf
Tlf
Tlf
Tlf
Tlf
Tlf
Tlf Tlf
Tlf UPV
UV
UVUV
UJI
UMH
UA
VLAN864
VLAN866
VLAN865
VLAN863
VLAN862
VLAN862
VLAN 863(UPV)
VLAN864, 865, 866, 867
TRUNK
TRUNK
TRUNK TR
UN
K
TRUNK
TRUNK
Red de Universidades públicas de la Comunidad Valenciana
STM-1 (155 Mb/s)Gigabit Ethernet
Agregación de enlacesAmpliación Redes 4-80
UV (Filología)
Tlf GVAVLAN867
TRUNK
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Ethernet en la MAN
• Los intentos de utilizar Ethernet en la MAN para ofrecer servicios de conectividad de LANs han puesto de manifiesto diversas deficiencias:– Seguridad/escalabilidad: el tráfico de diferentes
usuarios viaja mezclado en los enlaces trunk. Los usuarios no pueden elegir libremente los identificadores de las VLANs,
– Fiabilidad/robustez: el uso de ST no permite una recuperación de averías con una rapidez comparable a la de los anillos SONET/SDH
– Reserva de capacidad/calidad de servicio: No hay en Ethernet mecanismos que permitan garantizar un caudal a cada usuario. El caudal y el retardo percibidos por los usuarios son impredecibles
Ampliación Redes 4-81
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Servicio Ethernet de interconexión de LANs
Enlaces ‘trunk’ (802.1Q)
Red del operador
Cliente 1 Cliente 1
Cliente 2 Cliente 2
Cliente 3Cliente 3
Si el cliente 1 utiliza (por error) la VLAN 21 se meterá en la red del cliente 2. Solución: integrar en la red del operador los
conmutadores con enlaces ‘trunk’
Los conmutadores A y B han de aprender todas las MACs de sus clientes
VLAN 11
VLAN 12
VLAN 13
VLAN 21
VLAN 22
VLAN 23
VLAN 31
VLAN 32
VLAN 33
VLAN 11
VLAN 12
VLAN 13
VLAN 21
VLAN 22
VLAN 23
VLAN 31
VLAN 32
VLAN 33
Enlaces de VLANs
1 12 2
3 3
4 4A B
Ampliación Redes 4-82
Red del operador
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Ethernet para servicios de operador
• Cuando se establecen VPNs a nivel de operador con Ethernet se plantean problemas de escalabilidad y gestión. Es preciso ocultar los identificadores de VLANs de cliente al operador
• Para esto se han elaborado dos nuevos estándares– 802.1ad (2005): PB (Provider Bridges) o Q-in-Q. Suminista el S-
VID (Service VLAN-ID), nuevo identificador de VLAN que se superpone al del usuario (anidación de identificadores)
– 802.1ah (2008): PBB (Provider Backbone Bridges) o MAC-in-MAC. Proporciona nuevas direcciones MAC de origen y destino y nuevos identificadores de VLAN y servicio. Consigue una total independencia del operador y el usuario
Ampliación Redes 4-83
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Payload
Ethertype
SA
DA
Payload
Ethertype
VIDEthertype
SA
DA
Payload
Ethertype
VIDEthertype
S-VIDEthertype
SA
DA
Payload
Ethertype
VIDEthertype
S-VIDEthertype
SA
DA
I-SIDEthertype
B-VIDEthertype
B-SA
B-DA
802.3(1983)
802.1Q(1998)
802.1adQ-in-Q(2005)
802.1ahMAC-in-MAC
(2008)
Evolución del encapsulado de Ethernet
SA = Dir. MAC de origenDA = Dir. MAC de destinoVID = Identificador VLANS-VID = Identificador VLAN de servicioI-SID = Identificador de servicioB-VID = Identificador VLAN en BackboneB-SA = Dir. MAC de origen en BackboneB-DA = Dir. MAC de destino en backbone
Ampliación Redes 4-84
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Interconexión de LANs con ‘Provider bridges’
Enlaces ‘trunk’ (802.1Q)
Cliente 1 Cliente 1
Cliente 2 Cliente 2
Cliente 3Cliente 3
Cada cliente puede configurar las VLANs que quiera, sin riesgo de colisión con otros clientes
Solo los conmutadores A y B han de saber poner/quitar etiquetas 802.1ad.Las etiquetas se ponen en función del puerto por donde se recibe la trama (como en 802.1Q)
VLAN 11
VLAN 12
VLAN 13
VLAN 21
VLAN 22
VLAN 23
VLAN 31
VLAN 32
VLAN 33
VLAN 11
VLAN 12
VLAN 13
VLAN 21
VLAN 22
VLAN 23
VLAN 31
VLAN 32
VLAN 33
Enlaces de VLANs
Enlace 802.1ad
Puerto S-VID 1 1 2 2 3 3
1 12 2
3 3
4 4A B
Ampliación Redes 4-85
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Nuevos estándares 802 para MAN• 802.1Q-1998: prevé la definición de VLANs en una etiqueta de 12 bits
(máximo 4096 VLANs en una red)• 802.1ad-2005: anida un segundo identificador para el carrier llamado S-
VID también de 12 bits (Service VLAN ID). Se denomina Q-in-Q ó ‘Provider Bridges
• 802.1ah-2008 (junio): permite encapsular la trama ethernet en otra con identificadores de VLAN, direcciones MAC de origen y destino diferentes. Denominado MAC-in-MAC o Provider backbone bridges
• 802.1Qay-2009: Para funciones de gestión e ingeniería de tráfico (PBB-TE, Provider Backbone Bridges Traffic Engineering)
• 802.1ag-2007: Para gestión de averías (Connection Fault Management)• 802.1aq: Para optimización de rutas (Shortest Path Bridging).
Alternativa al Spanning Tree. Usa algoritmos de routing basados en el estado del enlace
• 802.1Qaw-2009: Para diagnóstico de problemas en redes debidos cortafuegos, ACLs y errores de comunicación producidos por mal funcionamiento de los protocolos (management of data driven and data connectivity faults)
Ampliación Redes 4-86
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Alternativas de transporte IP
SONET/SDH SONET/SDH
IP
AAL5/ATM
IP
PPPIP
PPP
SONET/SDH
IP
ETHERNET
Mayor Flexibilidad
Menor costo y mayor rendimiento
1995 1997 1999 2002
Ampliación Redes 4-87
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Sumario
• Multiplexación TDM. Jerarquías digitales
• POS (Packet Over SONET)
• Ethernet
• MPLS
• Transmisión por fibra óptica
• WDM (Wavelength Division Multiplexing)
• Redes ópticas
Ampliación Redes 4-88
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Policy routing: El problema del ‘pez’
Backbone del ISP
Usuario ATarifa premium
Usuario BTarifa normal
Usuario C
Usuario ATarifa premium
Usuario BTarifa normal
Usuario C
Problema:
Solución ATM:
Enlaces de alta capacidad
Enlaces de baja capacidad
El ISP no puede controlar en X que solo vaya por la ruta de alta capacidad el tráfico dirigido a C desde A y no el
de BA
B
X
A
B
X
C
CBackbone
del ISP
Al crear diferentes PVCs el ISP puede
separar fácilmente el tráfico de A del de B
Este es un ejemplo de lo que se denomina
‘Ingeniería de Tráfico’
PVC A-C
PVC B-C
Y
Z
V W
Z
Y
V W
Ampliación Redes 4-89
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Problema de los routers IP
• Es difícil encaminar eficientemente los datagramas cuando hay que respetar reglas externas, ajenas a la dirección de destino, es decir hay que hacer ‘policy routing’ o enrutamiento por políticas de uso
• Resulta difícil hacer Gigarouters eficientes que respeten el ‘policy routing’
• Esto es especialmente crítico en los enlaces troncales de las grandes redes.
• ATM puede resolver el problema gracias a la posibilidad de fijar la ruta de los datagramas mediante el establecimiento del VC
Ampliación Redes 4-90
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
ATM vs IP
Ventajas de ATM• Rápida conmutación
(consulta en tabla de VPI o VPI/VCI)
• Posibilidad de fijar la ruta según el origen (ingeniería de tráfico)
Inconvenientes de ATM• SAR (segmentación y
reensamblado). Impide funcionar a altas velocidades
• Overhead (13%) debido al ‘Cell tax’ (cabecera)
Ampliación Redes 4-91
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
MPLS
• MPLS (Multiprotocol Label Switching) intenta conseguir las ventajas de ATM, pero sin sus inconvenientes
• Asigna a los datagramas de cada flujo una etiqueta única que permite una conmutación rápida en los routers intermedios (solo se mira la etiqueta, no la dirección de destino)
• Las principales aplicaciones de MPLS son:– Funciones de ingeniería de tráfico (a los flujos de cada usuario se
les asocia una etiqueta diferente)– Policy Routing– Servicios de VPN– Servicios que requieren QoS
Ampliación Redes 4-92
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Solución MPLS al problema del pez
Usuario ATarifa premium
Usuario BTarifa normal
Usuario C
- 5
- 3
5 4
3 2 2 7
4 -
7 -
Los routers X y Z se encargan de etiquetar los
flujos según origen-destino
5 4
32
7
A
B
XC
Y
Z
V W
C ha de distinguir de algun modo los paquetes
que envía hacia A o B (puede usar
subinterfaces diferentes)
Las etiquetas solo tienen significado
local y pueden cambiar a lo largo del
trayecto (como los VPI/VCI de ATM)
Ampliación Redes 4-93
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Terminología MPLS
•FEC (Forwarding Equivalence Class): conjunto de paquetes que entran en la red MPLS por la misma interfaz, que reciben la misma etiqueta y por tanto circulan por un mismo trayecto. Normalmente se trata de datagramas que pertenecen a un mismo flujo. Una FEC puede agrupar varios flujos, pero un mismo flujo no puede pertenecer a más de una FEC al mismo tiempo.
•LSP (Label Switched Path): camino que siguen por la red MPLS los paquetes que pertenecen a la misma FEC. Es equivalente a un circuito virtual en ATM o Frame Relay.
•LSR (Label Switching Router) : router que puede encaminar paquetes en función del valor de la etiqueta MPLS
•LIB (Label Information Base): La tabla de etiquetas que manejan los LSR. Relaciona la pareja (interfaz de entrada - etiqueta de entrada) con (interfaz de salida - etiqueta de salida)
Los LSR pueden ser a su vez de varios tipos:
•LSR Interior: el que encamina paquetes dentro de la red MPLS. Su misión es únicamente cambiar las etiquetas para cada FEC según le indica su LIB
•LSR Frontera de ingreso: los que se encuentran en la entrada del flujo a la red MPLS (al principio del LSP). Se encargan de clasificar los paquetes en FECs y poner las etiquetas correspondientes.
•LSR Frontera de egreso: Los que se encuentran a la salida del flujo de la red MPLS (al final del LSP). Se encargan de eliminar del paquete la etiqueta MPLS, dejándolo tal como estaba al principio
Ampliación Redes 4-94
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Terminología MPLS
- 5
- 3
5 4
3 2 2 7
4 -
7 -
5 4
32
7
A
B
XC
Y
Z
V W
LSR Frontera de ingreso LSR Frontera de egreso
LSRs Interiores (V, W, Y)
LSPs
LIB
LIB LIB
FECs
Routers IP ordinarios (no
MPLS ‘enabled’)
Router IP ordinario (no MPLS ‘enabled’)
Ampliación Redes 4-95
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Creación de los LSP (Label Switched Path)• Se puede hacer:
– Por configuración, de forma estática (equivalente a los PVCs en ATM)
– Por un protocolo de señalización:• LDP: Label Distribution Protocol
• El enrutamiento del LSP se hace en base a la información que suministra el protocolo de routing, normalmente IS-IS u OSPF.
• Siempre se usan algoritmos del estado del enlace, que permiten conocer la ruta completa y por tanto fijar reglas de ingeniería de tráfico.
• Si una vez fijado el LSP falla algún enlace hay que crear un nuevo LSP por otra ruta para poder pasar tráfico
Ampliación Redes 4-96
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Clasificación del tráfico en FECs
• Se puede efectuar en base a diferentes criterios, como por ejemplo:– Interfaz de entrada
– Dirección IP de origen o destino (dirección de host o de red)
– Número de puerto de origen o destino en la cabecera de transporte
– Campo protocolo de IP (TCP, UDP, ICMP, etc.)
– Valor del campo DS (Differentiated Services, calidad de servicio) de la cabecera IP
Ampliación Redes 4-97
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MPLS
• MPLS funciona sobre multitud de tecnologías de nivel de enlace: líneas dedicadas (PPP, POS), LANs, ATM o Frame Relay.
• La etiqueta MPLS se coloca delante del paquete de red y detrás de la cabecera de nivel de enlace.
• MPLS es independiente del protocolo de red. Se puede usar incluso con tramas de nivel 2
• Las etiquetas pueden anidarse, formando una pila. Esto permite ir agregando (o segregando) flujos. El mecanismo es escalable.
Ampliación Redes 4-98
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Etiqueta Exp S TTL
Bits 20 3 1 8
Formato de la etiqueta MPLS
Etiqueta:
Exp:
S:
TTL:
La etiqueta propiamente dicha que identifica una FEC (con significado local)
Bits para uso experimental; una propuesta es transmitir en ellos información de DiffServ
Vale 1 para la primera entrada en la pila (la más antigua), cero para el resto
Contador del número de saltos. Este campo reemplaza al TTL de la cabecera IP durante el viaje del datagrama por la red MPLS.
Ampliación Redes 4-99
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Situación de la etiqueta MPLS
CabeceraPPP
Pila de etiquetas MPLS
Cabecera IP
Datos Cola PPP
Cabecera MAC
CabeceraLLC
Pila de etiquetas MPLS
Cabecera IP
Datos Cola MAC
Etiqueta MPLS
Superior
Resto de etiquetas MPLS
Cabecera IP
Datos
Etiqueta MPLS
Superior
Resto de etiquetas MPLS
Cabecera IP
Datos Cola Frame Relay
Cabecera Frame Relay
Campo DLCI
Cabecera ATM
Campo VPI/VCI
PPP(Líneas dedicadas)
LANs (802.2)
ATM
Frame Relay
Ampliación Redes 4-100
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Tratamiento del campo TTL• Al entrar un paquete en la red MPLS el router de ingreso
inicializa el TTL de la etiqueta al mismo valor que tiene en ese momento la cabecera IP
• Durante el viaje del paquete por la red MPLS el campo TTL de la etiqueta disminuye en uno por cada salto. El de la cabecera IP no se modifica.
• A la salida el router de egreso coloca en la cabecera IP el valor del TLL que tenía la etiqueta, menos uno
• Si en algún momento el TTL vale 0 el paquete es descartado
• Si hay etiquetas apiladas solo cambia el TTL de la etiqueta situada más arriba. Cuando se añade una etiqueta hereda el valor de la anterior en la pila, cuando se quita pasa su valor (menos uno) a la que tenía debajo.
Ampliación Redes 4-101
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Red MPLSISP A
Red MPLSISP B
Red MPLSISP C
4 (16)
8 (12)
2 (15)
2 (13)
2 (15)
7 (14)
LSR de Ingreso1er nivel LSR Interior
1er nivel
LSR Interior1er nivel LSR de Egreso
1er nivel
LSR de Egreso2º nivel
LSR de Ingreso2º nivel
V
W
X
Y
Z
U
Los routers U y Z han constituido un LSP con dos LSR interiores, V e Y
Los routers V e Y están enlazados por un LSP que ha creado el ISP B. V e Y no ven las etiquetas rojas que manejan W y X
Para el ISP B parece como si V e Y fueran routers IP ordinarios (no MPLS ‘enabled’)
2 (15)
7 (14) Etiqueta (TTL) de 2º nivel
Etiqueta (TTL) de 1er nivel
En cierto modo es como si entre V e Y se hubiera hecho un túnel que atravesara W y X
Apilamiento de etiquetas en MPLSIP (17)
IP (11)
IP (17) Paquete IP (TTL)
Ampliación Redes 4-102
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Aplicaciones de MPLS• VPN: la posibilidad de crear y anidar LSPs da gran versatilidad a
MPLS y hace muy sencilla la creación de VPNs.• Soporte multiprotocolo: los LSPs son válidos para múltiples
protocolos, ya que el encaminamiento de los paquetes se realiza en base a la etiqueta MPLS estándar, no a la cabecera de nivel de red.
• Redes de alto rendimiento: las decisiones de encaminamiento que han de tomar los routers MPLS en base a la LIB son mucho más sencillas y rápidas que las que toma un router IP ordinario (la LIB es mucho más pequeña que una tabla de rutas normal). La anidación de etiquetas permite agregar flujos con mucha facilidad, por lo que el mecanismo es escalable.
• Ingeniería de Tráfico: se conoce con este nombre la planificación de rutas en una red en base a previsiones y estimaciones a largo plazo con el fin de optimizar los recursos y reducir congestión.
• QoS: es posible asignar a un cliente o a un tipo de tráfico una FEC a la que se asocie un LSP que discurra por enlaces con bajo nivel de carga.
Ampliación Redes 4-103
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Referencias Ethernet y MPLS• Ethernet:
– Web de la “Road to 100G Alliance”: http://www.roadto100g.org/– Web del “Metro Ethernet Forum”: http://metroethernetforum.org/ – Sobre 100GB Eth.:
http://www.conectronica.com/index.php?option=com_content&task=view&id=1857&Itemid=30
– “Adding scale, QoS and operational simplicity to Ethernet”. http://www.nortel.com/solutions/collateral/nn115500.pdf
• MPLS– MPLS Forum: http://www.mplsforum.org/– MPLS Resource Center: http://www.mplsrc.com/– MPLS Working Group: http://www.ietf.org/html.charters/mpls-charter.html– Proyecto MPLS for Linux: http://sourceforge.net/projects/mpls-linux/– ‘MPLS’. William Stallings, Internet Protocol Journal Vo. 4 Nº 3
http://www.cisco.com/warp/public/759/ipj_4-3/ipj_4-3_mpls.html– ‘MPLS: Una arquitectura de backbone para la Internet del siglo XXI’. José
Barberá, Boletín RedIRIS Nº 53, septiembre 2000. http://www.rediris.es/rediris/boletin/53/enfoque1.html
Ampliación Redes 4-104
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Sumario
• Multiplexación TDM. Jerarquías digitales
• POS (Packet Over SONET)
• Ethernet
• MPLS
• Transmisión por fibra óptica
• WDM (Wavelength Division Multiplexing)
• Redes ópticas
Ampliación Redes 4-105
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Hitos de la fibra óptica
• 1950s: Invención del LASER. Fundamental para conseguir alcances elevados y velocidades elevadas
• 1970s: Fibra óptica de baja atenuación. Imprescindible para conseguir alcances elevados
• 1980s: Amplificador de fibra óptica. Permite llegar a grandes distancias sin tener que regenerar la señal
• 1990s: Rejillas de Bragg en fibra. Reducen el costo de los dispositivos que separan diferentes longitudes de onda
Ampliación Redes 4-106
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Velocidad de la luz
• La velocidad de la luz en el vacío es la constante universal c (299.792,458 Km/s). En cualquier otro medio la luz va más despacio.
• Generalmente cuanto más denso el medio menor la velocidad.
Medio Velocidad
(Km/s)
Vacío 299.792
Aire 299.700
Agua 225.400
Vidrio 205.000 (aprox.)
Diamante 123.800
Ampliación Redes 4-107
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Índice de refracción• El índice de refracción de un material es el cociente entre la velocidad de
la luz en el vacío (constante c) y la velocidad en ese material. Se representa por n. No tiene unidades y siempre es igual o mayor que 1.
Material Velocidad (Km/s) n
Vacío 299.792 1
Aire 299.700 1,0003
Agua 225.400 1,33
Vidrio 205.000 (aprox.) 1,46
Diamante 123.800 2,42
• En el caso del vidrio eligiendo la composición se puede variar ligeramente la densidad y por tanto el índice de refracción.
Ampliación Redes 4-108
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Refracción de la luz
• Cuando un haz de luz pasa de un material a otro de distinto índice de refracción el haz se ‘dobla’. El ángulo de desviación depende de la relación entre el índice de refracción de ambos materiales.
• A partir de un cierto ángulo el haz se refleja en la superficie de separación, como si ésta fuera un espejo. Este se conoce como el ángulo crítico.
• El ángulo crítico es mayor cuanto menor es la diferencia en el índice de refracción de ambos materiales
Ángulo crítico
Refracción ordinaria
Reflexión total
Ángulo menor que el ángulo crítico
Ángulo mayor que el ángulo crítico
Vidrion=1,46
Aguan=1,33
Vidrio
Agua
Vidrio
Agua
66º
Ampliación Redes 4-109
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Fibra Multimodo (MMF)
Cubierta125 m
Núcleo50 ó 62,5 m
Estructura y transmisión de la luz en la fibra óptica multimodo
Pulsoentrante
Pulsosaliente
SiO2
SiO2
GeO2
Estos haces no rebotan y se pierden porque su ángulo es menor que el ángulo crítico
+
Angulo crítico: 85º (aprox.)
LED de luz normal
Ampliación Redes 4-110
El núcleo se dopa con 4-10% de GeO2 para aumentar su densidad y con ello su índice de refracción
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Propagación de la luz en f.o. multimodo
• En fibra multimodo la luz se propaga en forma de haces, llamados modos, que se transmiten rebotando en la separación entre el núcleo y la cubierta. La distancia entre rebotes ha de ser un número entero de longitudes de onda, esto produce que el número de modos sea bastante reducido
Ampliación Redes 4-111
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Pérdida de luz por un doblez en la fibra
Pérdida de luz por una irregularidad en la fibra
Propagación de la luz en f.o. multimodo
• En caso de dobleces excesivos o irregularidades de la fibra algunos modos incidirán con un ángulo inferior al crítico y se perderán:
Ampliación Redes 4-112
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Fibra Monomodo (SMF)
Núcleo8-10 m
(SiO2+GeO2)
Cubierta125 m
Estructura y transmisión de la luz en la fibra óptica monomodo
SiO2
Ampliación Redes 4-113
Pulsoentrante
Pulsosaliente
LED de luz láser
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Propagación de la luz en f.o. monomodo
• En la fibra monomodo el diámetro es tan pequeño que el núcleo se comporta como una guía de ondas. Podemos imaginar que el haz tiene el mismo diámetro que el núcleo y viaja por él como si fuera un pistón.
• En realidad en la fibra monomodo una parte de la luz viaja por la cubierta:
Ampliación Redes 4-114
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Índice de refracción de la fibra monomodo Corning SMF-28
0,36%
Núcleo
Estructura de una fibra óptica monomodo
• El GeO2 aumenta la atenuación de la fibra. Por eso se intenta poner tan poco dopante como sea posible.
• Esto provoca que la diferencia de índice de refracción entre el núcleo y la cubierta sea muy pequeña, sobre todo en fibras monomodo.
• Por consiguiente el ángulo crítico es muy grande, es decir la luz que viaja por el núcleo ha de incidir en las paredes de forma muy oblicua para que rebote.
• Si la fibra se dobla mucho el haz no rebota, se escapa y la atenuación aumenta. Por eso la instalación de fibra tiene unos requerimientos estirctos en el radio de curvatura
n=1,4682 (1550 nm)
n=1,4629(1550 nm)
Ampliación Redes 4-115
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
PCOF (Primary Coated Optical Fibre)
SCOF (Secondary Coated Optical Fibre)
Cable de una sola fibra
Estructura de un cable de fibra óptica
Ampliación Redes 4-116
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
SECCIÓN TRANSVERSAL DE UN CABLE SUBMARINO
1. Polietileno2. Cinta “Mylar”3. Cables de acero ‘Stranded’4. Barrera de aluminio protectora del agua5. Policarbonato6. Tubo de cobre o de aluminio7. Gelatina de petróleo8. Fibras ópticas
Barco utilizado para tender cable submarino
Fibras submarinas en el mundo
Fibra óptica submarina
Ampliación Redes 4-117
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
1ª ventana
Absorción producida por el ión hidroxilo, OH-
(‘Pico de agua’)
Luz visible Longitud de onda, (nm)
Ate
nu
ació
n (
dB
/Km
)
2,5
2,0
1,0
1,5
0,5
700 1000900800 1400130012001100 170016001500
Luz infrarroja
Atenuación de la fibra óptica
0
LáserCD-ROM
3,0
Fibra multimodo
Fibra monomodo
Pérdida debida a la dispersión intrínseca
2ª v Banda O
(Original)
3ª v Banda C (Conventional)
4ª v Banda L (Long)
Banda E
(Extended)
Banda S (Short)
Banda U (Ultra-long)
Ampliación Redes 4-118
Universidad de Valencia Rogelio MontañanaAmpliación Redes 4-119
Variación de la atenuación de la fibra con las mejoras en el proceso de fabricación
Ter
cera
ven
tan
a (B
and
a «C
»)
Cu
arta
ven
tan
a (B
and
a «L
»)
Seg
un
da
ven
tan
a (B
and
a «O
»)
Pri
mer
a ve
nta
na
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Corning SMF-28 Corning SMF-28e (enhanced)
Fibras sin pico de agua
Fibra monomodo normal Fibra monomodo LWP
Al mejorar los procesos de fabricación de la fibra el ‘pico de agua’ a 1383 nm se ha atenuado bastante en los últimos años. Actualmente se fabrican fibras que casi no tienen pico de agua, se llaman fibras ZWPF (Zero Water Peak Fiber) o LWP (Low Water Peak).
O E S C LO E S C L
Ampliación Redes 4-120
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Ventanas o bandas de la Fibra Óptica
Ventana Banda
(ITU-T)
(nm) Atenuac. típica
(dB/Km)
Alcance (Km)
Costo opto-electrónica
Tipo fibra
Aplicaciones
1ª
(años 70)
820-900 2,5 2 Bajo MM 10M/Gb/10Gb Eth
2ª
(años 80)
O 1260-1360
0,34 40-100 Medio MM y SM 100M/Gb/10Gb Eth, SONET/SDH,
CWDM
(años 00)
E 1360-1460
0,31 (LWP)
100 Alto SM CWDM
(años 00)
S 1460-1530
0,25 100 Alto SM CWDM
3ª
(años 90)
C 1530-1565
0,2 160 Alto SM 10Gb Eth, DWDM, CWDM
4ª
(años 00)
L 1565-1625
0,22 160 Alto SM DWDM, CWDM
(años 00)
U 1625-1675
SMAmpliación Redes 4-121
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Tipo de emisor LED normal LED Láser
Ancho de banda
espectral
50-100 nm 0,5 – 5 nm
Potencia 0,1 mW 20 – 3200 mW
Velocidad máx. 300-600 Mb/s
10-40 Gb/s
Tipo de fibra MM MM o SM
Ventana 1ª y 2ª 1ª, 2ª, 3ª y 4ª,
Banda E y S
Alcance max. 2 Km 160 Km
Emisores Ópticos
• Como fuente de luz se emplean LEDs (Light Emitting Diode) por su rapidez y bajo consumo. Los LEDs pueden ser de dos tipos:
– LED de luz normal, no coherente: se utilizan en aplicaciones de corto alcance y baja velocidad (600 Mb/s o menos). Son muy baratos. Solo se emplean en fibra multimodo.
– LED de luz láser, coherente: son más caros pero permiten alcances y velocidades mayores. Se emplean en fibra multimodo y monomodo.
Luz normal
Luz láser
Ampliación Redes 4-122
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Atenuación• La F.O. más moderna tiene una atenuación de 0,15
dB/Km. Esto significa que la señal se debilita a la mitad cada 20 Km.
• Si la señal que llega al receptor es muy débil la relación señal/ruido es baja, el receptor no detecta correctamente los bits y la tasa de error aumentar
• Algunos sistemas emplean códigos RS (FEC) para reducir la tasa de error y mejorar el alcance
• Para aumentar la intensidad de la señal se pueden instalar amplificadores intermedios (uno cada 100-500 Km dependiendo del tipo de fibra y la señal transmitida)
Ampliación Redes 4-123
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Conversor Electroóptico
TransmisorEléctrico
(Txe)
TransmisorÓptico(Txo)
Flujo de bitsentrante
Fibra óptica
Conversor Electroóptico
ReceptorEléctrico
(Rxe)
ReceptorÓptico(Rxo)
Flujo de bitssaliente
Esquema de un enlace de fibra óptica simplex sin repetidores
Según la distancia es posible que haya que utilizar amplificadores
Ampliación Redes 4-124
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Amplificadores y Repetidores• Los amplificadores realizan la función Restore, es decir
aumentan la intensidad de la señal, pero no suprimen el ruido ni corrigen los defectos. Decimos que son dispositivos 1R
• Si la señal pasa por muchos amplificadores llega a ser indescifrable. Para evitarlo hay que poner de vez en cuando un Repetidor, que es un dispositivo 3R:– Restore: restaura la intensidad inicial– Reshape: corrige las distorsiones en la forma– Resynchronize: corrige las desviaciones de reloj (sincronismo)
• Dependiendo del tipo de señal hay que colocar un repetidor cada 10-20 amplificadores (2.000 – 10.000 Km)
• En SONET/SDH no había amplificadores, se ponía un repetidor cada 40 Km
Ampliación Redes 4-125
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Diferencia entre repetidor y amplificador
Proceso ‘3R’ de un Repetidor:
Bit
Pulso original Pulso llegadoal repetidor
1R: Restore 2R: Reshape 3R: Resynchronize.Pulso enviado
por el repetidor
Proceso ‘1R’ de un Amplificador:
Pulso original Pulso llegadoal amplificador
1R: Restore.El ruido seacumula
Bit Bit Bit Bit
Bit BitBit
El repetidor tiene que saber la velocidad de la señal que recibe, para regenerar pulsos de la misma duración. El amplificador no porque solo maneja la señal a nivel analógico.
Ampliación Redes 4-126
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Flujo de bitsentrante
Flujo de bitssaliente
Flujo de bitssaliente
Flujo de bitsentrante
f.o.
f.o. f.o.
f.o.
Esquema de un enlace de fibra óptica full-dúplex con un repetidor
Repetidor
Txo Rxe
Txe
Rxo
Txo
Rxe Txe
RxoTxo RxeTxeRxo
Txo
Rxe
Txe RxoRg
Rg
Txe: Transmisor eléctricoTxo: Transmisor ópticoRxe: Receptor eléctricoRxo: Receptor ópticoRg: Regenerador de la señal
Ampliación Redes 4-127
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Fibra multimodo
• Solo se utiliza en LANs, nunca en largas distancias. • El alcance máximo es de 2 Km, pero a altas velocidades es
menor (500 m a 1 Gb/s, 300 m a 10 Gb/s)• Es más cara que la fibra monomodo, pero la
optoelectrónica es mas barata.• Se utiliza en 850 y 1310 nm (1ª y 2ª Ventanas)• El estándar de la ITU-T es G.651• En cableado estructurado (norma ISO 11801) se distinguen
cuatro tipos de fibra multimodo: OM1, OM2, OM3 y OM4. Estas difieren en el ancho de banda modal (lo vemos luego)
Ampliación Redes 4-128
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Dispersión• Cuando un pulso de luz se transmite por fibra óptica no
conserva su forma original, siempre se ensancha un poco:
t t
Fibra 10 Km
A este efecto lo llamamos dispersión. La dispersión es proporcional a:•La longitud del enlace de fibra, y a•La frecuencia de los pulsos, es decir la velocidad en bits/s
t t
Fibra 20 Km
Al duplicar la longitud del enlace el efecto de la dispersión se duplica
Con pulsos demasiado solapados hay riesgo de errores
Ampliación Redes 4-129
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Dispersión
• Si el ensanchamiento es excesivo los pulsos consecutivos se solapan, pudiendo llegar a producirse errores en el receptor.
• El efecto de la dispersión es mayor cuanto mayor es la longitud del enlace de fibra y cuanto más cortos son los pulsos, es decir cuanto mayor es la velocidad de transmisión
• Actualmente la dispersión es la mayoría de las veces el factor limitante de la capacidad de transmisión de la fibra óptica
• Hay diversos tipos de dispersión. Los más importantes son:– En fibra multimodo la dispersión modal– En fibra monomodo la dispersión cromática
Ampliación Redes 4-130
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Dispersión modal• Se debe a que los haces de luz (modos) por medio de los cuales se propaga
el pulso no recorren todos exactamente la misma distancia• Solo ocurre en la fibra multimodo, ya que en la monomodo solo hay un haz
Pulsos entrantes Pulsos salientes
• El ensanchamiento es directamente proporcional a la distancia y a la velocidad. Por tanto podemos mantener una dispersión constante si aumentamos una reduciendo la otra proporcionalmente. Se produce la misma dispersión en un enlace de 2 Km a 100 Mb/s que en uno de 200 m a 1 Gb/s
Haz largo
Haz corto
Ampliación Redes 4-131
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Fibra multimodo de índice gradual
• La dispersión modal en la fibra multimodo puede reducirse haciendo que el índice de refracción cambie de forma gradual al pasar del núcleo a la cubierta. De esta forma los modos tienden a seguir un camino más parecido
• Esto reduce la dispersión modal y aumenta el alcance a altas velocidades. Pero para ello los procesos de fabricación han de estar muy controlados
Ampliación Redes 4-132
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Ancho de banda modal• Para comparar el comportamiento de diferentes fibras ante
la dispersión modal se utiliza un parámetro denominado ancho de banda modal (modal bandwidth) que se expresa en MHz*Km.
• La frecuencia de la señal (MHz) se puede calcular sabiendo la codificación utilizada (por ejemplo para Gb Eth con 8B/10B es 1,25 GHz). De todas formas para cálculos aproximados podemos considerar los Mb/s equivalentes a los MHz.
• Así p. ej. una fibra con ancho de banda modal de 500 MHz*Km nos permitiría transmitir (aproximadamente):– 250 Mb/s a 2 Km, ó– 500 Mb/s a 1 Km, ó– 1 Gb/s a 500 m
Ampliación Redes 4-133
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Alcance de fibra multimodo en 1ª ventanaen función del ancho de banda en Gigabit
y 10 Gigabit EthernetNúcleo Ancho de banda modal
(MHz*Km) a 850 nm
Estándar ISO
Alcance
1000BASE-S
Alcance
10GBASE-S
62,5 µm 160 (1) Sí 220 m 26 m
200 Sí (OM1) 275 m 33 m
50 µm
400 Sí 500 m 66 m
500(2) Sí (OM2) 550 m 82 m
950 No 750 m 150 m
2000 (3) Sí (OM3) 1000 m 300 m
4700 Sí (OM4) 1100 m 550 m
(1) Referida como fibra ‘Calidad FDDI’(2) Referida como fibra ‘Calidad Fibre Channel’(3) Referida como fibra ‘Calidad 10 Gigabit Ethernet’
Ampliación Redes 4-134
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Alcance de la fibra multimodo a 1 y 10 Gb/s en función del ancho de banda
200
Distancia(m)
0
400
600
800
1000
1200
400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000
Ancho de Banda Modal a 850 nm(MHz*Km)
1000BASE-S
10GBASE-S
Alcance teórico para 1,25 GHz
Alcance teórico para 10,3125 GHz
Ampliación Redes 4-135
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Factores que limitan el rendimiento de la F.O. monomodo
• Atenuación. Pérdida de intensidad de la señal con la distancia. El uso de amplificadores reduce el problema pero los amplificadores también amplifican el ruido. Se mide en dB/Km.
• Dispersión cromática: se produce por las diferencias en la velocidad de propagación de la luz a distintas longitudes de onda. Se mide en ps/nm/Km
• Dispersión de Modo Polarización (PMD): las imperfecciones del núcleo provocan que diferentes polarizaciones de la misma longitud de onda viajen a diferente velocidad. Su efecto suele ser importante a partir de 5 Gb/s. Se mide en ps/Km.
Ampliación Redes 4-136
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Dispersión cromática• La luz emitida en la fibra óptica monomodo, incluso
siendo de una fuente láser, no tiene toda exactamente la misma longitud de onda. La anchura de banda espectral está entre 0,5 y 5 nm (depende del emisor)
• Las distintas longitudes de onda viajan a distinta velocidad, lo cual ensancha el pulso en el receptor
• Puesto que se debe a las diferencias en longitud de onda se la denomina dispersión cromática (debida al color)
• La dispersión cromática tiene dos componentes:• Dispersión material• Dispersión por guía de ondas
Ampliación Redes 4-137
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• La dispersión material se debe al material, es decir al vidrio. El índice de refracción del vidrio (y por tanto la velocidad de la luz) varía con la longitud de onda. Las longitudes de onda mayores viajan más despacio y llegan más tarde:
Dispersión material
(nm) Índice de refracción
Velocidad de la luz (Km/s)
1310 1,4677 204.260
1550 1,4682 204.190
Ampliación Redes 4-138
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• Como ya hemos visto cuando la luz viaja por la fibra monomodo lo hace en parte por la cubierta. La proporción de luz que viaja por la cubierta crece conforme aumenta la longitud de onda, por ejemplo:
• Pero la cubierta tiene un índice de refracción menor que el núcleo, por tanto la luz por allí viaja más deprisa (0,3%) y llega antes, ensanchando el pulso
• La dispersión por guía de ondas acelera las longitudes de onda mayores, ya que las hace ir en mayor proporción por la cubierta.
Dispersión por guía de ondas
(nm) Diámetro utilizado por la luz (núcleo de 8,2 µm)
1310 9,2 µm
1550 10,4 µm
Ampliación Redes 4-139
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Compensación de los dos tipos de dispersión
• Las dos componentes de la dispersión cromática actúan en sentido contrario:– La dispersión material ralentiza las longitudes de onda
mayores– La dispersión por guía de ondas acelera las longitudes
mayores• En cualquier fibra hay una longitud de onda
determinada a la que ambos efectos se neutralizan y la dispersión cromática es nula (o despreciable)
• Ajustando una serie de características de la fibra se puede conseguir que ese punto de dispersión cero esté justo en los 1310 nm
Ampliación Redes 4-140
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1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 (nm)
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
Dispersión(ps/nm/km)
Dispersión por guía de ondas
Dispersión material
Dispersión cromática
Dispersión en fibra monomodo estándar o fibra NDSF (Non Dispersion Shifted Fiber)
1310 nm
Ampliación Redes 4-141
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Fibra DSF (Dispersion Shifted Fiber)
• La fibra NDSF (monomodo estándar) fue diseñada pensando en su uso en 2ª ventana. Por eso se ha buscado que en esa las dos formas de dispersión se cancelen.
• La 3ª ventana tiene menor atenuación y permite mayores distancias, pero en esa hay mucha dispersión, lo cual limita el alcance a grandes velocidades.
• Solución: fabricar fibra en la que la dispersión se cancele a 1550 nm, no a 1310. Esta se denomina fibra DSF (Dispersion Shifted Fiber) y se introdujo a mediados de los 80 para mejorar el alcance en 3ª ventana
• Para ello se modifica la fibra para hacer que más parte del haz viaje por la cubierta. De este modo se aumenta la dispersión por guía de ondas.
Ampliación Redes 4-142
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
(nm)
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
Dispersión(ps/nm/km)
Dispersión por guía de ondas
Dispersión material
Dispersión cromática
Dispersión en fibra DSF (Dispersion Shifted Fiber)
1550 nm
Ampliación Redes 4-143
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Servicios de fibra oscura• El operador solo suministra la fibra y el usuario se
encarga de poner los emisores láser, es decir de ‘iluminarla’
• El usuario elige el transporte: – ATM– POS– Ethernet– Otros
• La distancia máxima suele ser unos 100 Km para evitar el uso de amplificadores o repetidores
• Estos servicios se ofrecen ya de forma habitual en régimen de alquiler a largo plazo
Ampliación Redes 4-144
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4.042 m
5.159 m
10.963 m
18.620 mCampusBurjassot-
Paterna
CampusNaranjos
Edif. HistóricoC/Nave
CampusBlasco Ibáñez
Red de fibra oscura de la UV
Escuela de Magisterio
JardínBotánico
C. M. Rector Peset
Ampliación Redes 4-145
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Burjassot
Naranjos
BlascoIbáñez
Nave
Botánico
Magisterio
Fase 1 (5/04)
Fase 2 (5/05)
Trazado de la red de fibra oscura
Tranvía
Metro
Líneas dealta tensión
Fase 3 (5/06)
C.M.R.Peset
Vinalesa
Ampliación Redes 4-146
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Routing en el anillo de la UV
Blasco Ibáñez
BurjassotNaranjos
El protocolo de routing permite redirigir el tráfico por una ruta alternativa en caso de fallo de algún enlace o
equipo. Siempre se elige la ruta de métrica más baja
Si falla enlace Burjassot-Blasco Ibáñez el tráfico se reencamina por Burjassot-Naranjos
Ampliación Redes 4-147
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Sumario
• Multiplexación TDM. Jerarquías digitales
• POS (Packet Over SONET)
• Ethernet
• MPLS
• Transmisión por fibra óptica
• WDM (Wavelength Division Multiplexing)
• Redes ópticas
Ampliación Redes 4-148
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Problemas de la alta velocidad
• El tope actual de SONET/SDH es 40 Gb/s (OC-768) pero:– Los equipos de 40 Gb/s son extremadamente caros (mas
del cuádruple que los equipos de 10 Gb/s)– El alcance a 40 Gb/s es muy limitado (la dispersión
crece con el cuadrado de la velocidad)– Tecnológicamente 40 Gb/s es un límite muy difícil de
superar• Si se quiere más capacidad hay que enviar varias señales de
40 Gb/s en paralelo, usando un par de fibras para cada una.• Pero a veces no quedan fibras libres y es muy caro tirar
fibras nuevas, especialmente cuando se trata de largas distancias o de enlaces submarinos
Ampliación Redes 4-149
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10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
Alcance (Km)
Velocidad(Gb/s)
Influencia de la velocidad en el alcance
La dispersión cromática y otros tipos de dispersión que limitan el alcance de la fibra óptica crecen de forma proporcional al cuadrado de la velocidad.Por tanto cuando se cuadruplica la velocidad el alcance se reduce en 16 veces
Los valores de esta gráfica corresponden a fibra con un PMD (Dispersión del Modo de Polarización) de 0,1 ps Km1/2, valor típico de la fibra moderna
Ampliación Redes 4-150
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La solución: WDM
• WDM (Wavelength Division Multiplexing, multiplexación por división en longitudes de onda) consiste en enviar varias señales a diferentes longitudes de onda (diferentes ) por una misma fibra (luz de varios ‘colores’)
Ampliación Redes 4-151
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Evolución de la WDM
Generación Ventana o banda
Nº de Denominación Separación Período
1ª 2ª y 3ª 2 Wideband WDM
240 nm Finales de los 80
2ª 3ª 2-8 Narrowband o Coarse WDM
3,2 nm Principios de los 90
3ª 3ª 16-40 Dense WDM 0,8-1,6 nm Mediados de los 90
4ª 3ª y 4ª 64-160 Dense WDM 0,2-0,4 nm A partir del 2000
5ª 3ª, 4ª, E, S
8-16 Coarse WDM 20 nm A partir del 2002
Ampliación Redes 4-152
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Relación capacidad/número de canales
04
08
Ampliación Redes 4-153
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Los dos tipos de WDMCaracterística CWDM DWDM
Número de canales 18 40 – 320
Longitudes de onda 1270 – 1610 nm 1530-1625 nm
Estándar ITU-T G.694.2 G.694.1
Separación entre canales
20 nm 0,8 nm (100 GHz): 40 canales
0,4 nm (50 GHz): 80 canales
0,2 nm (25 GHz): 160 canales
0,1 nm (12,5 GHz): 320 canales
Alcance max. 60 Km (aprox) Ilimitado (con amplificadores y repetidores)
Aplicación LAN, MAN MAN, WAN
Costo Bajo Medio-Alto
Ampliación Redes 4-154
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Elementos tecnológicos de WDM
• Los principales avances tecnológicos que han permitido el desarrollo de WDM son:– Los emisores láser sintonizables– Las rejillas de Bragg, integradas en la fibra,
para separar las lambdas en el receptor– Los amplificadores EDFA integrados en la
fibra– Las fibras sin ‘pico de agua’ (LWP) y las fibras
con baja dispersión (NZDSF)
Ampliación Redes 4-155
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Funcionamiento de WDM
Co
mb
inad
or
Óp
tico
0
1
2
3
4
5
6
7
1532
1536
1540
1544
1548
1552
1556
1560
Filt
ro D
WD
M
AmplificadoresEDFA
Rx
Mo
du
lad
or
Ext
ern
o
Láser 3ª vent.
1310 nm 15xx nmRx Tx
AmplificaDa forma
Sincroniza
15xx nm 1310 nm
0
1
2
3
4
5
6
7
Transponderemisor
Transponderreceptor
Eléctrico
F.O. 3ª vent.
F.O. 2ª vent.
Fibra NZDSF
Láser sintonizableRejilla de Bragg
RestoreReshapeResyncronize
3R:
Ampliación Redes 4-156
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Amplificadores EDFA
• Con DWDM interesa que los amplificadores tengan un comportamiento lo más lineal posible en todo el rango de utilizado. De lo contrario la señal se distorsiona demasiado y habrá que poner repetidores más a menudo (más costo)
• En 3ª y 4ª ventana se usan amplificadores EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) que tienen fibra óptica dopada con erbio (metal usado en algunas aleaciones).
Ampliación Redes 4-157
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Esquema de un amplificador EDFAFibra dopada con
erbio (10-50 m)
Acoplador WDM
Acoplador WDM Filtro
Óptico
Láser debombeoa 980 nm
Láser debombeo
a 1480 nm
AislanteÓptico
Ganancia 25-50 dB
Luz de 3ª o 4ª ventana
Luz de 3ª o 4ª ventanaAislante
Óptico
Ampliación Redes 4-158
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Ganancia de un EDFA y de una cadena de EDFAs
Ganancia de un amplificador EDFA
Obsérvese que la escala no empieza en cero
Ganancia de un amplificador EDFA aislado
Ganancia de un conjunto de amplificadores
Ampliación Redes 4-159
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Amplificadores EDFA y DWDM• Los amplificadores EDFA amplifican la señal óptica en
ruta sin tener que convertirla al dominio eléctrico. Al desempeñar su función en el dominio analógico son independientes del número de transmitidas por la fibra, y de la velocidad de la señal transportada en cada .
• En cambio los repetidores requieren separar cada para regenerar la señal, y tienen que saber la velocidad de cada señal transmitida (para realizar correctamente el ‘resynchronize’).
• Los amplificadores EDFA reducen mucho el costo de DWDM y permiten cambiar el número de en una fibra sin modificarlos. Pero su efecto está limitado a la 3ª y 4ª ventanas (bandas C y L).
Ampliación Redes 4-160
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
REPREP
REPREP
REPREP
REPREP
REPREP
REPREP
REPREP
REPREP
REPREP
REPREP
REPREP
REPREP
REPREP
REPREP
REPREP
REPREP
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360
KmValencia Madrid
Ventaja de DWDM con amplificadores EDFA
Enlace WAN de 40 Gb/s con SONET/SDH:
Enlace WAN de 40 Gb/s con DWDM:
Interfaces STM-64 de 10 Gb/s
Amplificador EDFA
Repetidor
Fibra NZDSF3ª - 4ª Ventana
2ª Ventana
2ª Ventana
Interfaces STM-64 de 10 Gb/s
Alcance: 40 Km
Alcance: 160 Km
Ampliación Redes 4-161
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Valores típicos de equipos DWDM
No. Canales Veloc/canal Dist. amplif.
Dist. Repet.
80 40 Gb/s 140 Km 2000 Km
80 10 400 Km 2000 Km
256 10 Gb/s 500 Km 11000 Km
Valores para fibra G.652 con 0,15-0,16 dB/Km de atenuación
Ampliación Redes 4-162
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Estándares ITU-T para DWDM
• El estándar G.692 fija unas longitudes de onda o ‘canales’ utilizables para DWDM.
• Estos canales se conocen como rejillas ITU o ’ITU grids’• Las rejillas se especifican en frecuencia con espaciados
constantes de 100, 50, 25 ó 12,5 GHz (40, 80, 160 ó 320 canales, respectivamente)
• La rejilla ITU abarca las bandas S, C y L aunque los equipos DWDM actuales solo usan las C y L para poder utilizar amplificadores EDFA
• Los sistemas comerciales llegan como máximo a 160 canales. A veces se denominan UDWDM (Ultra-Dense Wavelength Division Multiplexing)
• A medida que aumenta la densidad de canales se complica la tecnología y se reduce el alcance y la velocidad máxima de cada canal
Ampliación Redes 4-163
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Canal Frec. (THz) (nm) Canal Frec. (THz) (nm) Canal Frec. (THz) (nm)
61 196,1 1528,77
46 194,6 1540,56
31 193,1 1552,52
60 196,0 1529,55
45 194,5 1541,35
30 193,0 1553,33
59 195,9 1530,33
44 194,4 1542,14
29 192,9 1554,13
58 195,8 1531,12
43 194,3 1542,94
28 192,8 1554,94
57 195,7 1531,90
42 194,2 1543,73
27 192,7 1555,75
56 195,6 1532,68
41 194,1 1544,53
26 192,6 1556,56
55 195,5 1533,47
40 194,0 1545,32
25 192,5 1557,36
54 195,4 1534,25
39 193,9 1546,12
24 192,4 1558,17
53 195,3 1535,04
38 193,8 1546,92
23 192,3 1558,98
52 195,2 1535,82
37 193,7 1547,72
22 192,2 1559,79
51 195,1 1536,61
36 193,6 1548,51
21 192,1 1560,61
50 195,0 1537,40
35 193,5 1549,32
20 192,0 1561,42
49 194,9 1538,19
34 193,4 1550,12
19 191,9 1562,23
48 194,8 1538,98
33 193,3 1550,92
18 191,8 1563,05
47 194,7 1539,77
32 193,2 1551,72
17 191,7 1563,86
Rejilla ITU-T en la banda C a 100 GHz
Conversión: c = * (c: velocidad luz en vacío, : frecuencia)
Ampliación Redes 4-164
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Factores que limitan el rendimiento de la F.O. monomodo en DWDM
• Mezclado de cuatro ondas (FWM, Four Wave Mixing): consiste en una diafonía (crosstalk) entre canales contiguos. Afecta a sistemas DWDM y aumenta conforme disminuye el espaciado entre canales y conforme aumenta la potencia de la señal. Para reducirlo se pueden utilizar canales de anchura desigual o incrementar la dispersión cromática
• Aunque parezca extraño en DWDM no interesa tener dispersión cero en ninguna longitud de onda pues entonces el efecto de FWM se hace muy notable y el rendimiento decae
Ampliación Redes 4-165
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Fibra NZDSF
• La fibra DSF se diseñó pensando en transmitir una sola λ en 3ª ventana con una dispersión lo más pequeña posible. La dispersión tan baja a ciertas λ provoca efectos no lineales e introduce interferencias cuando se utiliza DWDM. Por eso la fibra DSF no es adecuada en este tipo de aplicaciones
• Para resolver este problema se desarrollaron a mediados de los 90 fibras denominadas NZDSF (Non Zero Dispersion Shifted Fiber) que por diseño tienen dispersión no nula en la 3ª y 4ª ventana.
• Esta fibra es la más utilizada actualmente en larga distancia. La fibra DSF ya no se utiliza.
Ampliación Redes 4-166
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Tipos de fibra monomodoNombre común Epoca de
desarrolloAplicación ITU-T IEC TIA Bandas
NDSF (Non Dispersion Shifted Fiber)
1985-1996 La más extendida. Se esta sustituyendo rápidamente por la LWP (G.652.c ó d), que permite extender el uso a la banda E. Es adecuada para CWDM
G.652.a
G.652.b
B1.1 OS1 O,C,L
NDSF LWP (Low Water Peak)
2000- Está sustituyendo rápidamente a la A ó B. Especialmente adecuada para aplicaciones CWDM. Alta dispersión en banda C, poco apta para DWDM
G.652.c
G.652.d
B1.3 OS2 O,E,S,C,L
DSF (Dispersion Shifted Fiber)
¿1990-1995? Diseñada a mediados de los 80 para 3ª v. No apta para DWDM pues se ve muy afectada por FWM.
G.653 B2 C,L
Cut-off Shifted
Fiber
Diseñada para grandes distancias (cables submarinos). Muy baja atenuación en 3ª v., alta potencia de emisión. Elevado costo.
G.654 B1.2 C
NZ-DSF (Non-Zero Dispersion Shifted Fiber)
1996- Diseñada a mediados de los 90 para sustituir a la DSF en aplicaciones DWDM
G.655 B4 C,L
W-NZDSF (Wideband Non-Zero Dispersion Shifted Fiber)
2004- Diseñada en 2004 para aplicaciones híbridas (C/DWDM). Conjuga las virtudes de G.652.C/D y G.655.B/C
G.656 B5 O,E,S,C,L
Bending loss insensitive Fiber
Para aplicaciones de fibra monomodo en el interior de edificios
G.657-A B6_a O,E,S,C,L
G.657-B B6_b O,C,L
Ampliación Redes 4-167
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
CWDM (Coarse WDM)
• DWDM se utiliza generalmente en enlaces de largo alcance porque es donde sale más rentable. En distancias medias o cortas el ahorro en fibras generalmente no compensa el costo de los equipos.
• Para alcances de hasta unos 100 Km hay una tecnología alternativa nueva más barata llamada CWDM (Coarse WDM) que se diferencia de la DWDM en que:– No utiliza amplificadores– Utiliza canales mucho más separados (20 nm frente a 0,4-0,8 nm)– Emplea un rango de longitudes de onda mucho más amplio. Se
pueden llegar a usar todas las bandas desde la 2ª hasta la 4ª ventana. Esto ha sido posible gracias a las fibras LWP (Low Water Peak)
• El uso de canales más anchos reduce el costo de los emisores láser en 4-5 veces
Ampliación Redes 4-168
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Canales estandarizados por la ITU-T para CWDM
Normalmente no utilizados(atenuación pico de agua)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Canales de 20 nm de separación
Ampliación Redes 4-169
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Comparación del espectro de propagación de CWDM sobre
fibra sin pico de agua (G.652.D) y con pico de agua (G.652.B)
G.652.D
G.652.B
Estimación del mercado de fibras mundial (fuente KMI Research 2004)
Fibras utilizadas en CWDM
CWDM prefiere fibras sin ‘pico de agua’
Ampliación Redes 4-170
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Diferencia en tolerancias de fabricacióny temperatura de CWDM y DWDM
La variación de con la temperatura en un láser CWDM supera la anchura de un canal DWDM
Ampliación Redes 4-171
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Multiplexor y GBICs para CWDM con Gb Eth.
Multiplexor de ocho
Este dispositivo no requiere alimentación eléctrica
GBICs (Gigabit Interface Converter) CWDM de diferentes
1 2 3 4 5 6 7 8Network
1
2
3
4
5
6
78
1
2
3
4
5
6
7
8
Ampliación Redes 4-172
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
8 Gb/s en un par de fibras
Multiplexor WDM de 8 canales (11 a 18)
8 Gb/s en 8 pares de fibras
Costo del equipamiento CWDM (8 canales): $ 44.000 Con cuatro canales: $26.000
Alcance 100 Km
Aplicaciones de CWDM. Enlace punto a punto
1- 8
Ampliación Redes 4-173
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Sistemas híbridos C/DWDM• Algunos fabricantes ofrecen sistemas que utilizan
DWDM y CWDM sobre la misma fibra. Esto permite un crecimiento ‘escalable’
C. 11 C. 12 C. 17 C. 18
Ampliación Redes 4-174
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Sumario
• SONET/SDH
• POS (Packet Over SONET)
• Ethernet
• MPLS
• Transmisión por fibra óptica
• WDM (Wavelength Division Multiplexing)
• Redes ópticas
Ampliación Redes 4-175
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Enlace multipunto con CWDM
1- 8
Costo del equipamiento CWDM: $ 70.000
1, 3, 5, 7
ADMADM
A
B
C
Topología lógica:
1, 3, 5, 7
C
ADMADM
B
1- 8
A C
ADM óptico unidireccional de cuatro
1 3 5 7NetworkPass
N P P N
1,3,5,71,3,5,7
2,4,6,8
Ampliación Redes 4-176
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Anillo CWDM
ADMADM
ADMADM
ADMADM ADMADM ADMADM
ADMADM ADMADMADMADM
1- 8
1- 8
1 2 3
4
5
678
Dos fibras entre cada par de ADMs.Máxima longitud del anillo: 100 Km
Costo del equipamiento CWDM: $ 96.000
ADMADM
ADM óptico bidireccional de una
A
B
C D E
F
G
HIJ
Ampliación Redes 4-177
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
Topología lógica correspondiente al anillo CWDM de la red anterior
En caso de un corte en el anillo el servicio se restablecería mediante Spanning Tree, OSPF, IS-IS, etc.
Ampliación Redes 4-178
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Febrero 2005. Problema 3.1Oficina 1 Oficina 2 Oficina 3 Oficina 4
Oficina 1
Oficina 2 .
Oficina 3
Oficina 4 .
A partir de la siguiente topología física:
Diseñe la siguiente topología lógica:
Contando con los siguientes elementos:•Cuatro conmutadores LAN, cada uno con 16 puertos Gigabit Ethernet (8 se utilizarán para conectar las oficinas entre sí y 8 para la LAN de cada oficina).• Cuatro multiplexores de ocho lambdas.
• Cuatro ADMs ópticos unidireccionales de lambdas impares (1,3,5,7).• Cuatro ADMs ópticos unidireccionales de lambdas pares (2,4,6,8).
Ampliación Redes 4-179
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
1- 8
1, 3, 5, 7
ADMADM
Oficina 1
Oficina 2
C
1, 3, 5, 7
Oficina 4
ADMADM
1- 8
ADMADM
Oficina 31, 3, 5, 7
ADMADM
Febrero 2005. Problema 3.1, solución
Utilizamos las lambdas impares para enlazar la oficina1 con la 2, la 2 con la 3 y la 3 con la 4.Utilizamos las lambdas pares para enlazar la oficina 1 con la 4Los ADMs de lambdas pares no se utilizan
Ampliación Redes 4-180
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Febrero 2007. Problema 2.2
ADMADM ADMADM
ADMADMADMADM
1- 4
1- 4
1 2
34
ADM óptico bidireccionalde una
Multiplexor de 4
C D
EF
A
B nn
Explicar como funciona esta red, a que topología equivale y que debería hacerse para obtener el máximo rendimiento
Ampliación Redes 4-181
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
C
F
D
E
A
B
Febrero 2007. Problema 2.2, solución
Es una red CWDM que utiliza un anillo de fibra óptyica y 4 longitudes de onda diferentes para que los routers A y B tengan cada uno un enlace con los otros cuatro.La topología es resistente a fallos ya que si se rompe el anillo de fibra se mantendrá la conectividad de toda la red. Para que ello sea posible es preciso utilizar un protocolo de routing, por ejemplo IS-IS u OSPF.
Ampliación Redes 4-182
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
ADMADM ADMADM
ADMADMADMADM
1 1
21
ADM óptico bidireccionalde una
C D
EF
nn
AD
MA
DM
AD
MA
DM
1
2
B
A
Febrero 2008. Problema 2.2
Se ha montado una red de acuerdo con el siguiente esquema:
Explique en detalle como funciona dicha red, cual es la topología equivalente y que debería hacerse para obtener de ella el máximo rendimiento y fiabilidad ante posibles averías.
Ampliación Redes 4-183
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Febrero 2008. Problema 2.2, solución
C
DF
A
EB
Topología equivalente:
Routers: máximo rendimiento y resistencia a fallos con OSPF o IS-IS.
Conmutadores: se debería utilizar spanning tree, ya que de lo contrario la red se bloquearía. Con el spanning tree no se conseguiría aprovechar más que uno de los enlaces. En el caso de tener varias VLANs en los conmutadores se podría aprovechar mejor la capacidad disponible si se utilizara un enlace diferente para cada VLAN. Esto se podría conseguir usando la prioridad de los puertos para que el camino al raíz elegido no fuera el mismo para todas las VLANs.
Ampliación Redes 4-184
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Topologías de redes DWDM
Punto a punto:
Punto a multipunto:
D (4) E ( 4)
1 (2ª ventana)4 (3ª ventana)
A (1)B (2)C (3)D (4)
ADMADM
OADM: Optical Add-Drop Multiplexor
A (1)B (2)C (3)D (4)
A (1)B (2)C (3)D (4)
A (1)B (2)C (3)E (4)
Ampliación Redes 4-185
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Esquema de un OADM
Cuando las λ son configurables tenemos un ROADM (Reconfigurable OADM)
Ampliación Redes 4-186
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
OC-48c f.d. (2ª vent.)
A
B
C
D
Anillo WDM 4 con
protección
Anillo DWDM
1
ADMADM
ADMADMADMADM
ADMADM
4 * OC-48c (4 3ª vent.)
4 * OC 48c (4 3ª vent.) reserva
Similar a los anillos SONET/SDH
4 3 2 1
2 3 4
4 3 2 1
1 2 3 4
AB: 1
BC: 2
CD: 3
DA: 4
1
1 2
2
3
34
4
Ampliación Redes 4-187
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Tipos de OXC (Optical Cross Connect)
F-OXCFibra a fibra
WR-OXCWavelength Routing
WT-OXCWavelength Translating
1
2
1
2
1
1
2 2
2 2
1
3
Ampliación Redes 4-188
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Optical Cross Connect (OXC)
32
1
4
7
25
Circuito OC-48 (2,5 Gb/s)
Topologías malladas con cross-connects
1310 nm
1310 nmADMADM
ADMADM
ADMADM
Ampliación Redes 4-189
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Routers por longitud de onda• Con WDM se puede enrutar el circuito del usuario
eligiendo la por separado en cada línea (parte del trayecto)
• Los routers por longitud de onda (‘wavelength routers’) eligen una libre para cada línea y convierten el flujo de datos a la nueva en caso necesario
• Se trata realmente de un servicio de conmutación de circuitos
• La selección se puede hacer de forma manual (routing estático) o automática, mediante un protocolo de routing
• El problema es muy similar a la asignación de etiquetas en el trayecto por una red MPLS. Por eso se ha desarrollado el protocolo conocido como GMPLS (Generalized MPLS).
Ampliación Redes 4-190
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Red con Routers GMPLS
Ampliación Redes 4-191
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Redes Totalmente Ópticas
• El siguiente paso en la WDM es la conmutación óptica de paquetes, sin convertirlos a señales eléctricas. Pero para esto es preciso disponer de buffers ópticos
• Los bits se pueden mantener ‘rodando’ en una bobina de fibra. A 10 Gb/s caben 512 bytes en 150 m de fibra, a 40 Gb/s caben 2 KBytes.
• Actualmente ya es posible hacer buffering a nivel óptico durante períodos de tiempo cortos. Para estancias de mayor duración se ha de recurrir al buffer eléctrico
• De momento no hay productos comerciales, solo prototipos de laboratorio
• Ejemplo: proyecto KEOPS (Keys to Optical Packet Switching):
http://www.cordis.lu/infowin/acts/rus/projects/ac043.htm
Ampliación Redes 4-192
Universidad de Valencia Rogelio MontañanaAmpliación Redes 4-193
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Servicios de oscura
• Consiste en que el operador alquila al usuario una determinada dentro de la fibra
• Es similar a los servicios de fibra oscura, pero permite al operador alquilar varias veces la misma fibra. En este caso el usuario no puede emplear equipos WDM.
• Además el operador puede ofrecer la protegida, por ejemplo dedicar una a un canal SONET/SDH para monitorizar la red y reconfigurarla en caso de avería
• El servicio no es totalmente transparente, el usuario ha de acordar con el operador la señal que va a inyectar (STM-16, Gigabit Ethernet, etc.) para instalar el módulo correspondiente en el multiplexor de entrada
Ampliación Redes 4-194
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Topología de RedIRIS 10
Proveedor del servicio: Albura
(Red Eléctrica Española)
Ampliación Redes 4-195
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
EsteOesteADMADM ADMADMADMADM
1 STM-16 Madrid
2 STM-16 Barcelona
3 STM-16 Sevilla
4 STM-4 Murcia
5 STM-1 Palma de M.
Esquema de la conexión óptica de RedIRIS en la Comunidad Valenciana
Fibra activa
Fibra de reserva
Esta fibra (alquilada a Iberdrola) transporta simultáneamente múltiples
lambdas
L’Eliana(Centro de transformaciónde Red Eléctrica Española)
Burjassot(SIUV)
Carcagente(Centro de transformaciónde Red Eléctrica Española)
Ampliación Redes 4-196
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
ADM óptico de RedIRIS en Valencia
Palma de M.MurciaSevillaBarcelonaMadridEste
Oeste
Ampliación Redes 4-197
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
GMPLS• Conjunto de protocolos desarrollados por el IETF para
permitir que los routers IP se comuniquen con equipamiento WDM y SONET/SDH y realicen un enrutado óptimo sobre fibras, longitudes de onda o timeslots concretos
• Básicamente es un protocolo de señalización que establece una ruta bajo demanda a través de la infraestructura de transporte, siguiendo las indicaciones de los protocolos de routing
• En el caso SDH se asigna un circuito. En el caso óptico se asigna una lambda (lightpath)
• Puesto que se asigna una lambda la capacidad es estática, no hay multiplexación de tráfico entre lambdas. La separación entre circuitos es total, se puede dar garantías estrictas de calidad de servicio
Ampliación Redes 4-198
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
OTN (Optical Transport Network)
• Estándar de la ITU-T (G.709) aprobado en 2003, que permite transmitir SONET/SDH y Ethernet en redes WDM de forma unificada
• OTN define un contenedor óptico que puede transportar señales de ambos tipos mezcladas. Parecido a nivel óptico a lo que hacía SONET/SDH
• OTN incorpora su propio overhead y a cambio ofrece funciones de OAM&P (Operation, Administration, Maintenance and Provisioning)
• También aumenta el alcance gracias a la introducción de un código FEC RS (Forward Error Correction Reed-Solomon). Esto supone un overhead del 6,5%
• El uso de códigos correctores es cada vez más necesario para compensar la degradación de la señal debido a los efectos de dispersión no lineal de la fibra
Ampliación Redes 4-199
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Efecto de los códigos FEC
Normalmente se requiere una tasa de error (BER) por debajo de 10-12. Con códigos FEC se consigue una
BER por debajo de 10-15
Con códigos FEC se mejora la relación S/N en unos 6-8 dB, lo cual se traduce en un considerable aumento en el alcance
Ampliación Redes 4-200
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Velocidades de OTH (Optical Transport Hierarchy)
Nombre Carga útil Velocidad ‘en bruto’ (Gb/s)
Diseñado para
transportar
OTU1 STM-16 (2,488 Gb/s)
255/238 STM-16 (2,666 Gb/s)
STM-1, STM-4, STM-16, FE, GE
OTU2 STM-64 (9,953 Gb/s)
255/239 STM-64 (10,709 Gb/s)
STM-64, 10 GE
OTU3 STM-256 (39,813 Gb/s)
255/236 STM-256 (43,018 Gb/s)
STM-256, 40 GE
OTU4 (pendiente)
120 100 GE
Ampliación Redes 4-201
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
SONET/SDH
Ethernet
CWDM/DWDM
Fibra Óptica
IP
Alternativas en redes sobre Fibra Óptica
POS Ethernet
Ampliación Redes 4-202
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Evolución del transporte de IP
Principio de los 90s 1996 - 1997 - 1999 - 2002 -
Fibra Fibra Fibra Fibra Fibra
SDH SDH
PPP/HDLC
IP
ATM
IP
SDH
PPP/POS
IP IP
PPP/POS
DWDM
IP
POS Eth
C/DWDM
GMPLS
155 Mb/s
ATM POS DWDM10GB Eth.
GMPLSCWDM
622 Mb/s 2,5 Gb/s 10 Gb/s
PDH
Ampliación Redes 4-203
Universidad de Valencia Rogelio Montañana
Referencias fibras ópticas y WDM• Harry J. R. Dutton: “Understanding Optical
Communications” :http://www.redbooks.ibm.com/pubs/pdfs/redbooks/sg245230.pdf
• Rüdiger Paschotta: “An Open Access Encyclopediafor Photonics and Laser Technology” : http://www.rp-photonics.com/encyclopedia.html
• Vivek Alwayn: “Fiber Optic Technologies” http://www.ciscopress.com/articles/article.asp?p=170740
• Walter Goralski, “Optical Networking & WDM”, McGraw-Hill, 2001
• “Key parameters when Selecting Dark Fiber & The Nordic Fibre Experience”: http://www.nordu.net/development/fiber-workshop2007/NNW03012007.pdf
Ampliación Redes 4-204