Redes IP: Estructura, Arquitectura y Servicios

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REDES IP

-Red basada en el protocolo IP tanto para transporte de información como para la provisión de servicios.

-Formadas por routers IP de última generación y medios de transmisión de alta capacidad:

  • SONET/SDH en acceso, agregación y core de operadores (hasta 40/100 Gbps).
  • OTN, DWDM para core de operadores y entre operadores (hasta 10/100 Tbps).

-Actualmente usan tecnología IP/MPLS en el núcleo de red.

-Los usuarios acceden a los servicios a través de redes de acceso con diferentes tecnologías.

  • Redes fijas: xDSL, HFC, FTTH.
  • Redes móviles: 2G (GPRS/EDGE), 3G (UMTS,HSPA), 4G (LTE).

ESTRUCTURA DE LAS REDES IP

-Nivel de acceso:

  • Permite el acceso de los clientes y usuarios a través de dichas redes de acceso.
  • Formado por Centros de Acceso (CA) que implementan las interfaces necesarias para las tecnologías de acceso.
  • Dispone de la infraestructura necesaria para ofrecer servicios locales.

-Nivel de tránsito:

  • Realiza interconexión entre los Centros de Acceso y entre éstos y los routers encargados de la interfaz con otras redes, como Internet.
  • Se usa tecnología MPLS en el backbone de la red. (Red RIMA de Movistar con tecnología IP/MPLS).

ESTRUCTURA GENERAL DE UN CENTRO DE ACCESO

-BRAS (Broadband Remote Access Server/Servidor de acceso remoto de banda ancha):

  • Soportan las conexiones de los usuarios conmutados.(ADSL, VDSL, 2G/3G/4G).
  • Se conectan a los dos switches de nivel 2 a través de dos puertos GigaEthernet, uno a cada switch.
  • La mitad de los servidores se conectan por defecto a uno de los switches de nivel 2 y la otra mitad al otro switch.

-AR (Routers de acceso a backbone):

  • Encamina el tráfico hacia el nivel de tránsito (backbone MPLS de RIMA).
  • Cada CA tiene dos routers en redundancia para evitar pérdidas de conectividad.
  • Cada AR tiene dos puertos GigaEthernet conectados a los switches de nivel 2 del CA.

-Conmutadores de nivel 4 / Switches de nivel 2:

  • Conectan los elementos del CA: BRAS, OLT (Optical Line Termination), servidores de caché, routers de acceso… (switches de nivel 2).
  • Interceptan las peticiones HTTP de los clientes y las redirigen a los servidores caché de forma transparente.
  • Se utilizan dos conmutadores, formando cada uno de ellos una VLAN distinta.
  • Una mitad del CA tendrá una VLAN como preferente y la otra mitad tendrá la VLAN del otro conmutador (reparto de carga).
  • En caso de fallo, los elementos del CA conmutarán hacia la otra VLAN.

-Servidores (Caché, Radius, LDAP y DNS):

  • Cada CA tiene sus propios servidores de caché.
  • Puede haber hasta 6 servidores en un CA, con dos IP públicas cada uno.
  • Los servidores de autenticación utilizan una base de datos tipo LDAP.

REDES DE ACCESO HFC

Surgen como evolución de las redes CATV (TV por cable). Utilizan fibra óptica y cable coaxial (HFC=Híbrido de fibra coaxial). Proporcionan servicios de TV y de datos (acceso a internet) de banda ancha.

En España han sido desplegadas por ONO y Euskatel. Para la voz se utiliza el par siamés (de cobre). Actualmente se utiliza DOCSIS 3.x (Especificación de la interfaz de servicio de datos por cable):

  • DOCSIS 3.0: Permite Velocidad de bajada 160 Mbps y de subida de 120 Mbps.
  • DOCSIS 3.1: Permite velocidades de 1 Gbps simétrico.

Arquitectura redes HFC

-Cabecera: Equipo que recibe, acondiciona, agrupa y transmite los contenidos que se distribuyen por la red.

-Red troncal: Constituida por sistemas SDH/WDM de fibra óptica.

-Red de distribución: En los centros de distribución los contenidos de audio y video se unen con las señales de datos (CMTS-Sistema de terminación de cable módem). Finaliza en el BONT (Terminación de red óptica de banda ancha), instalado en las zonas comunes de los edificios o urbanizaciones.

-Red de dispersión y equipos del cliente: Se usa cable coaxial con amplificadores de señal y distribuidores. En el domicilio del cliente se usan divisores, cable módem y STB (Set Top Box).

Red de acceso HFC (ONO)

-ONO dispone de una red HFC propia de ámbito nacional.

-En el domicilio del cliente se separan los servicios de Internet, que terminan en el CableModem (Router wifi), de los de TV y VoD, que terminar en el Set Top Box (STB).

-Los servicios de voz se obtienen mediante el par de cobre (desagregación de bucle).

-Distribución de bandas de frecuencias para la red de cable:

  • DOCSIS 3.0: Canal ascendente (o de retorno) hasta 85MHz, y el descendente hasta 1GHz.
  • DOCSIS 3.1: Canal ascendente hasta 204 MHz y descendente hasta 1,8 GHz.

REDES DE ACCESO FTTH

-FTTH (Fibra hasta el hogar) es una red de acceso de fibra óptica desde el nodo local al hogar.

-Actualmente las operadoras utilizan GPON (red óptica pasiva con capacidad Gigabit).

-GPON está basado en celdas ATM (modo de transferencia asíncrona) y tramas Ethernet, con Rb máximo de 2,5 Gbps simétrico, para un máximo de 64 usuarios.

-La conexión GPON se hace desde un dispositivo OLT (terminación de línea óptica) hasta el ONT (terminación de red óptica) en el domicilio del cliente.

-En el enlace solo se usan splitters o divisores de fibra óptica, elementos pasivos que agrupan o desagregan las fibras, pero no amplifican ni modifican la señal.

Arquitectura de una conexión FTTH

-En los nodos de las operadoras se encuentran alojados los OLT, y cada uno puede dar servicio a muchos ONT, hasta un máximo de 64 usuarios a la vez dependiendo de la velocidad.

-La fibra que sale del OLT se va dividiendo a través de los splitters de primer y segundo nivel, en nuevas líneas de fibras hasta el ONT del domicilio.

-GPON permite conexiones de hasta 20 km entre OLT y ONT y anchos de banda de hasta 2,4Gbps (en downstream) y 1,2 Gbps (en upstream).

-Como no se precisan elementos activos entre el OLT y el ONT se simplifica y abarata el despliegue de la fibra.

-Mediante multiplexación permite el envío simultáneo de voz (VoIP) y datos (Internet), TV y video (Multicast) con TV digital en alta definición (IPTV) y vídeo bajo demanda (VoD).

-Calidad del servicio (QoS) para cada servicio y usuario.

-Seguridad: GPON incorpora cifrado AES para garantizar la confidencialidad de los datos.

-GPON permite la gestión remota del ONT y la descarga de actualizaciones y parámetros de funcionamiento.

-Posibilidad de pérdidas y atenuaciones en los empalmes de fibra.

-En las conexiones de fibra el ONT debe estar registrado en el OLT, por lo que no se puede usar cualquier equipo.

ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS GPON

-G.984.4: Especificación de la interfaz de gestión y mantenimiento de la ONT (OMCI).

-G.984.3: Especificación de la capa de convergencia de la transmisión(GTC).

  • Inicialmente se normalizó la encapsulación en celdas ATM de longitud fija de 53 oct.
  • Posteriormente se ha incorporado el método GEM que usa tramas Ethernet de longitud variable.

-G.984.2: Especificación de la capa física y de la capa dependiente del medio (PDM).

-G.984.1: Características generales de GPON.

MULTIPLEXACIÓN EN GPON

-La multiplexación permite combinar dos o más canales de datos.

-GPON utiliza WDM (multiplexación por división de longitud de onda) superponiendo haces ópticos con varias longitudes de onda en una sola fibra.

  • Canal descendente: 1490 nm (voz y datos) y 1550 nm (para TV y VoD).
  • Canal ascendente: 1310 nm (para voz y datos).

-WDM es bidireccional y los datos de subida (upstream) y los de bajada (downstream) comparten la misma fibra.

Canal downstream en GPOM

-Protocolo GTC en GPON:

  • Los paquetes son transmitidos desde el OLT en modo broadcast TDM (Multiplexación por división en el tiempo).
  • Todos los datos se transmiten a todas las ONT y los splitters se limitan a replicar los datos sobre las nuevas líneas.
  • Cada ONT puede desencriptar solo el tráfico destinado a ella.
  • Se usa corrección de errores FEC.

Canal upstream en GPON

-Potocolo GTC en upstream:

  • Los paquetes son enviados en modo TDMA (acceso múltiple por división de tiempo).
  • Los datos van desde el ONT del abonado al OLT de la operadora, y los datos de los usuarios se agregan en el splitter. Éste impide el paso de señal óptica entre los ONT.
  • En TDMA el ONT solo transmite al indicárselo el OLT, para que no haya colisiones.
  • Es necesaria una correcta sincronización entre cada ONT y el OLT.

SERVICIOS DE REDES IP

-Servicios mayoristas de acceso indirecto (mercado residencial de acceso de banda ancha al por mayor en una ubicación fija):

  • ADSL-IP: nacional/regional.
  • NEBA
  • NEBA LOCAL

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