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1 Redes Ópticas Master de Telemática, Mondragon Unibertsitatea Mondragón, 11-12 de abril de 2002 Rogelio Montañana Universidad de Valencia

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1 1 Redes Ópticas Master de Telemática, Mondragon Unibertsitatea Mondragón, de abril de 2002 Rogelio Montañana Universidad de Valencia

2 2 Sumario SONET/SDH POS (Packet Over SONET) WDM (Wavelength Division Multiplexing) Redes ópticas Redes avanzadas actuales

3 3 Estructura jerárquica del sistema telefónico de AT&T millones de teléfonos centrales finales centrales de facturación 230 centrales primarias 67 centrales seccionales 10 centrales regionales (completamente interconectadas)

4 4 NivelCanalesNombreNorteaméricaJapónITU-T 01E00, T1 o DS11, E12, T2 o DS26, E28, E332,06434, T3 o DS344, J397, E4139, T4 o DS4274,176 Niveles en jerarquía PDH (*) (caudales en Mb/s) (*) PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy Los valores en negrita son los utilizados habitualmente para datos

5 5 Los cinco problemas de PDH 1.Incompatibilidad intercontinental 2.No pensada para fibra óptica (diseñada en los 60) 3.Capacidades máximas bajas: Japón 98 Mb/s, Norteamérica 274 Mb/s, Resto mundo 139 Mb/s 4.Carece de herramientas de gestión ni posibilidad de tolerancia a fallos 5.El uso de bits de relleno impide el multiplexado entre niveles no contiguos

6 6 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 óptica 3.La capacidad llega (de momento) a 10 Gb/s 4.Dispone de herramientas de gestión y tolerancia a fallos (recupera averías en 50 ms) 5.Utiliza punteros; permite el multiplexado entre niveles no contiguos 6.Permite seguir utilizando PDH en enlaces de menor capacidad

7 7 Velocidades de SONET (ANSI) En 1987 los laboratorios de investigación de la Bell propusieron un nuevo sistema de multiplexado denominado SONET (Synchronous Optical NETwork) para sustituir a PDH, con una velocidad base de 51,84 Mb/s: Señal eléctricaSeñal ópticaCaudal (Mb/s) STS-1OC-151,84 STS-2OC-2103,68 STS-3OC-3155,52 STS-4OC-4207,36... STS-12OC-12622,08... STS: Synchronous Transfer Signal OC: Optical Carrier Puede transportar un T3 (44,736 Mb/s)

8 8 Velocidades de SDH (ITU-T) La velocidad base de SONET no acoplaba bien con el PDH de la ITU-T, por lo que ésta desarrolló otro sistema parecido denominado SDH (Synchronous Digital Hierarchy), con una velocidad base de 155,52 (igual que STS-3): Señal eléctrica u óptica Equivalencia SONET Caudal (Mb/s) STM-1STS-3, OC-3155,52 STM-2STS-6, OC-6311,04 STM-3STS-9, OC-9466,56 STM-4STS-12, OC-12622,08... STM-16STS-48, OC , STM: Synchronous Transfer Module Puede transportar un E4 (139,264 Mb/s)

9 9 T1. T1 T3 Conversor electro-óptico Codificador (scrambler) Multiplexor 3:1 Multiplexor 4:1 OC-12 STS-12 STS-3 STS-1 STS-3 Multiplexación SONET Tramas PDH (ANSI) Tramas SONET

10 10 E3 E1. E1 E3 Conversor electro-óptico Codificador (scrambler) Multiplexor 4:1 OC-48c STM-16 STM-4 STM-1 STM-4 Multiplexación SDH Tramas PDH (ITU) Tramas SDH E3 STM-1

11 11 Elementos físicos de SONET/SDH Una red SONET/SDH está formada por: –Repetidores –Multiplexores, llamados ADMs (Add-Drop Multiplexor). Permiten intercalar o extraer tramas (p. Ej. una STM-1 en una STM-4). Permiten crear anillos. –Digital Cross-Connect: actúan como los ADMs pero permiten interconexiones más complejas (con más de dos puertos). A menudo se utilizan topologías de anillo para aumentar la fiabilidad.

12 12 Topologías SONET/SDH Punto a punto: Punto a multipunto: ADM: Add-Drop Multiplexor REP: Repetidor ABCDABCD ABCDABCD D E ABCDABCD ABCEABCE STM-1 (155,52 Mb/s) STM-4 /622,08 Mb/s) Los enlaces SONET/SDH siempre son full dúplex REP

13 13 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 Ruta (A, B y C) Línea Multiplexor Origen Multiplexor Intermedio Multiplexor Destino Repetidor ADM: Add-Drop Multiplexor Enlaces en una red SONET/SDH ABCDABCD ABCEABCE D E REP Ruta (D)Ruta (E)

14 14 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 ADM Origen Repetidor ADM Intermedio ADM Destino Sección Línea Ruta Sección Línea Repetidor

15 15 Anillo SONET/SDH STM-1 (155,52 Mb/s) STM-4 /622,08 Mb/s) B A B C C A A B C Topología lógica

16 16 Funcionamiento de un anillo SONET/SDH usando solo una fibra STM-1 (155,52 Mb/s) A A Con una sola fibra en el anillo se tiene comunicación full dúplex B B C C Ocupación: 3 * STM-1 = 466,56 Mb/s Sobran 155,52 Mb/s (un STM-1)

17 17 Recuperación de averías en anillos SDH Tráfico de usuario Tráfico de usuario Funcionamiento normal Avería Corte en la fibra Los ADMs realizan un bucle y cierran el anillo en 50 ms ADM Tráfico de usuario Reserva ADM

18 18 Uso de Digital Cross Connect Digital Cross-Connect A A B B C D C D E E F F A y B ocupan capacidad en ambos anillos Los dos anillos están saturados A, B, C, DA, B, E, F STM-1 (155,52 Mb/s) STM-4 /622,08 Mb/s)

19 19 Overhead Sección Carga útil 86 c x 9 f = 774 Bytes 774 x 8 = 6192 bits 6192 x 8000 = 49,536 Mb/s Overhead Línea Overhead ruta Estructura de trama SONET STS-1 (OC-1) 1 c. 3 col.86 columnas 9 filas Caudal: 90 x 9 = 810 Bytes = 6480 bits 8000 tramas por segundo (una cada 125 s): 6480 bits/tr x 8000 tr/s = bits/s El overhead permite la gestión de la red

20 20 R S Carga útil L R S L Trama SONET STS-3 (OC-3) Tamaño: 90 x 9 x 3= 2430 Bytes = bits Caudal: x 8000 = 155, bits/s Carga útil: 86 x 9 x 3 = 2322 Bytes = bits Caudal útil: x 8000 = 148,608 Mb/s Formada por tres tramas STS-1 (como tres vagones): R S Carga útil L col. 9 filas

21 21 R S Carga útil L Trama SDH STM-1 Carga útil: = 260 x 9 = 2340 Bytes = bits Caudal útil: 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. S Carga útil L S L Como la STS-3 pero la información de ruta sólo aparece en la primera (como tres vagones enganchados): 87 col. 86 col filas

22 22 A B CD Se quiere interconectar cuatro routers con una topología de anillo: Enlace OC-3c full dúplex (155 Mb/s) Ejemplo de uso de SONET/SDH

23 23 Red ATM A OC-3c f.d. Solución ATM C PVC ATM Enlaces constituidos a través de anillos SONET/SDH Los datagramas se envían por los PVCs mediante Classical IP over ATM D B

24 24 OC-3c f.d. A B CD 622 Mb/s Visión física de la red OC-12c usuario OC-12c reserva Anillo saturado PNNI OSPF PNNI OSPF

25 25 Overhead de ATM/AAL5 sobre SONET/SDH SDHSONETCaudal físico Caudal ATM Caudal AAL5 Caudal IP típico * OC-151,8449,53644,86242,057 STM-1OC-3c155,52149,76135,63127,15 STM-4OC-12c622,08599,04544,08510,07 STM-16OC-48c2488,322396,162177,92041,7 STM-64OC-192c9953,289584,648713,28168,4 Calculado para datagramas de 540 bytes (valor medio en Internet)

26 26 El uso de ATM/AAL5 introduce un overhead medio del 15% 6% mas si hay control de flujo (ABR). El protocolo de señalización y de routing añaden más overhead Además del overhead está el costo del equipamiento ATM A velocidades muy elevadas (10 Gb/s) el uso de ATM no es viable, por el costo de las labores de segmentación y reensamblado Overhead de ATM

27 27 En sus inicios las redes IP fueron guiadas por un conjunto reducido de individuos competentes […]. Por el contrario, los estándares ATM están siendo definidos en el Forum ATM por un gran número de empresas con intereses mutuamente incompatibles, no todas las cuales tienen experiencia en construir y operar redes ATM. S. Keshav: An Engineering Approach to Computer Networking, 1997

28 28 La Internet global, que se basa en IP, representa una vasta y siempre creciente infraestructura no ATM. Para introducirse en este mercado, y proteger la inversión en tecnología Internet, las redes ATM deben interoperar con redes IP. Desgraciadamente, esa interoperabilidad es problemática porque las redes ATM e IP tienen filosofías de diseño fundamentalmente distintas. [...] A la vista de estas diferencias crear una red integrada IP/ATM puede ser un ejercicio frustrante. Aun así, si las redes ATM van a ser utilizadas por la siempre creciente población de usuarios IP, deben acomodar los deseos de estos usuarios. Esto es un reto para los diseñadores de los protocolos ATM. S. Keshav: 'An Engineering Approach to Computer Networking, 1997

29 29 Sumario SONET/SDH POS (Packet Over SONET) WDM (Wavelength Division Multiplexing) Redes ópticas Redes avanzadas actuales

30 30 POS (Packet Over SONET, o PPP Over SONET) Usando PPP (Point to Point Protocol) el overhead se reduce al 3% (campos de control, CRC y relleno de bits) Además de mejorar el rendimiento se reduce equipamiento y por tanto costos PPP over SONET/SDH está estandarizado en el RFC 2615 (6/99) y el RFC 1619 (5/1994) ya obsoleto Actualmente POS es de uso habitual en redes SONET/SDH de grandes ISPs (solo tráfico IP)

31 31 Caudal (Mb/s) Tamaño de datagrama (bytes) POS CRC16 POS CRC32 ATM/AAL5 Rendimiento de POS vs ATM/AAL5

32 32 IP 122,44 Mb/s AAL5 127,15 Mb/s ATM 135,63 Mb/s SONET/SDH 149,76 Mb/s ÓPTICA 155,52 Mb/s IP 142,37 Mb/s PPP 147,84 Mb/s SONET/SDH 149,76 Mb/s ÓPTICA 155,52 Mb/s IP over ATMPOS POS vs ATM/AAL5

33 33 OC-3c f.d. AB CD Ejemplo: Conexión de routers con POS Comparado con ATM: Mayor rendimiento Menor costo Mayor sencillez OC-12c usuario OC-12c reserva En la red SONET/SDH se configuran cuatro circuitos OC-3: A-B, B-C, C-D, D-A OSPF

34 34 OC-3c f.d. AB CD Ejemplo: Conexión de routers con POS OC-12c usuario OC-12c reserva Circuitos: OSPF A-B: B-C: C-D: D-A:

35 35 POS (Packet Over SONET) Al suprimir la capa ATM se pierde capacidad de gestión y multiplexación. No se pueden definir circuitos virtuales sobre los enlaces ni reservar capacidad. No se pueden conectar centralitas, solo tráfico IP. En POS la multiplexación ha de hacerse con circuitos SONET/SDH. Ej.; un enlace STM-4 se puede dividir en cuatro STM-1, tres para IP y uno para ATM. Interesa usar POS cuando: –Todo el tráfico es IP, o –La mayor parte del tráfico es IP y el que no lo es se puede encapsular en IP (Ej.: VoIP).

36 36 OC-3c f.d. Uso de ATM para multiplexar datos, voz y vídeo Circuito OC-3c entre conmutadores ATM Tres PVCs ATM: router-router, vídeo-vídeo y centralita-centralita OC-12c usuario (25% utilizado) OC-12c reserva

37 37 Combinación de POS (IP) y ATM (voz y vídeo) Dos circuitos OC-3: uno para routers y uno para conmutadores ATM Dos PVCs ATM: vídeo-vídeo y centralita-centralita OC-3c f.d. OC-12c usuario (50% utilizado) OC-12c reserva

38 38 Ejemplo de IP y voz sin ATM: Red CATV OC-3c f.d. OC-12c usuario OC-12c reserva E3 f.d. Red telefónica Internet Servidor proxy Anillo saturado 3 * OC-3c 3 * E3 HFC Cabecera regional Cabeceras locales

39 39 Inconvenientes de SONET/SDH SONET/SDH se diseñó pensando en telefonía, donde la fiabilidad del circuito era fundamental. Para datos SONET/SDH presenta varios inconvenientes: –La comunicación no siempre va por el camino más corto –Hay un reparto estático de la capacidad entre circuitos –La fibra de reserva no se utiliza, pero ha de estar preparada con todo su equipamiento por si falla la otra –En IP el nivel de red ya incorpora fiabilidad (OSPF), por lo que las funciones de SONET/SDH son innecesarias Solución: prescindir del equipamiento SONET/SDH.

40 40 AB CD Conexión directa de routers (sin SONET) OC-3c Cada router dispone de un enlace f. d. con sus vecinos OSPF Se suprime el equipamiento SDH (menor costo) pero se mantiene la estructura de trama La capacidad disponible se reparte dinámicamente en toda la red OSPF consigue redundancia (recupera en 6-10 segundos) El tráfico discurre por el camino más corto (OSPF) Los enlaces OC-3c se podrían sustituir por OC-12c o Gigabit Ethernet

41 41 IP sin SONET/SDH La fiabilidad la da el protocolo de routing (OSPF por ejemplo). No hay recursos de reserva sin utilizar. El protocolo de routing elige siempre el camino más corto Se tiene mayor rendimiento (OC-12c) y menor costo (se suprime el equipamiento SONET/SDH) Aunque no hay ADMs se sigue utilizando la estructura de trama SONET/SDH También se puede utilizar Gigabit Ethernet (o 10 Gb Ethernet). Ofrece mayor velocidad y resulta aún más barato Problema: no se puede usar la red para otro tráfico (telefonía, por ejemplo)

42 42 Interfaz POS de un router Velocidad: 10 Gb/s (OC-192c) LáserAlcancePrecio 850 nm300 m160 K 1310 nm2 Km40 K 1550 nm40 Km50 K Emisor láser refrigerado

43 43 AB CD Conexión de routers por ATM (sin SONET) OC-12c Cada conmutador establece varios PVCs PNNI OC-12c f.d. PNNI da redundancia, pero no reparto dinámico de carga Los PVC obligan a una asignación estática de caminos Se sufre el overhead de ATM. La única ventaja es que se podrían conectar centralitas E3 f.d.

44 44 Ejemplo de Red CATV con Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet f.d. E3 f.d. Red telefónica Internet Servidor proxy Anillo Gigabit Ethernet HFC Cabecera regional Cabeceras locales Routers con VoIP OC-3c f.d. OSPF

45 45 Alternativas de transporte IP La elección de una u otra opción dependerá sobre todo del tipo de servicios que se quieran ofrecer SONET/SDH IP AAL5/ATM IP PPP IP AAL5/ATM IP PPP SONET/SDH IP ETHERNETSONET/SDH

46 46 Servicios de fibra oscura El usuario alquila la fibra al operador y pone los emisores láser, es decir el usuario ilumina la fibra El usuario elige el transporte: –ATM: OC-3,OC-12, OC-48 –POS: OC-3, OC-12, OC-48, OC-192 –Ethernet: Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet La distancia máxima suele ser 100 Km aprox. (MAN) para evitar el uso de amplificadores o repetidores Estos servicios se ofrecen en algunos países a grandes clientes, pero en España aún son muy poco frecuentes

47 47 Sumario SONET/SDH POS (Packet Over SONET) WDM (Wavelength Division Multiplexing) Redes ópticas Redes avanzadas actuales

48 48 Problemas de SONET/SDH El límite actual es OC-192 (STM-64) = 10 Gb/s Tecnológicamente es muy difícil superar este límite Si se quiere más capacidad hay que emplear varias fibras Pero a veces no quedan fibras libres y es muy caro tirar nuevas (especialmente cuando se trata de largas distancias)

49 49 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) WDM puede ser: –Densa (DWDM, Dense WDM): se utilizan 16 o más –Ligera (CWDM Coarse WDM): se utilizan 2 ó 4 La solución: WDM

50 50 Funcionamiento de WDM

51 51 Primera ventana 0,85 m Segunda ventana 1,30 m Tercera ventana 1,55 m Los picos corresponden a absorción producida por el ión hidroxilo, OH - OH - Luz visible Longitud de onda ( m) Atenuación (dB/Km) 2,0 1,8 1,6 0,6 0,8 1,4 1,2 1,0 0,4 0,2 01,00,90,8 1,4 1,3 1,2 1,11,7 1,61,5 1,8 Luz infrarroja Atenuación en función de la longitud de onda Cuarta ventana 1,62 m

52 52 Ventanas de la Fibra Óptica La fibra óptica no es igualmente transparente a todas las (longitudes de onda); hay cuatro ventanas en las que es más transparente: Ventana (nm) Atenuac. (dB/Km) Alcance (Km) Costo opto- electrónica Usos 1ª8502,32BajoLAN (GE) 2ª (banda S)13100,540MedioLAN (GE, 10GE), WAN (SONET) 3ª (banda C)15500,25160ElevadoLAN (GE, 10GE), WAN (SONET,WDM) 4ª (banda L)1625Muy elevadoDWDM GE: Gigabit Ethernet 10GE: 10 Gigabit Ethernet

53 53 Evolución de WDM GeneraciónVentanaNúmero de DenominaciónSeparaciónAños 1ª (WDM)2ª y 3ª2Wideband WDM 240 nmFinales de los 80 2ª (WDM)3ª2-8Narrowband o Coarse WDM 400 GHz (3,2 nm) Principios de los 90 3ª (DWDM)3ª16-40Dense WDM GHz (0,8-1,6 nm) Mediados de los 90 4ª (DWDM)3ª64-160Dense WDM25-50 GHz (0,2-0,4 nm) Finales de los 90

54 54 Capacidad de una sola fibra (Gbps) OC-768 (40 Gbps) 16 Canales = 640 Gbps 40 Canales = 1600 Gbps OC-192 (10 Gbps) 16 Canales = 160 Gbps 40 Canales = 400 Gbps 80 Canales = 800 Gbps 128 Canales = 1280 Gbps OC-48 (2.4 Gbps) 40 Canales = 100 Gbps 96 Canales = 240 Gbps Evolución de DWDM

55 55 Relación de capacidad por canal y número de canales

56 56 Evolución prevista de WDM WDM en Larga Distancia WDM en Área Metropolitana WDM en Campus

57 57 CWDM (Coarse WDM) DWDM se utiliza en enlaces de largo alcance y gran capacidad, porque es donde sale más rentable. En pequeñas distancias el ahorro en fibras no compensa el costo de los equipos, pero se pueden usar otros de menos (4-8) que tienen un costo muy inferior. La CWDM (de 4-8 ) es interesante en enlaces de ámbito metropolitano (ver por ejemplo CWDM no usa amplificadores ópticos. Para distancias superiores a 50 Km se usan repetidores. A medida que la tecnología avance aumentará el número de tanto en CWDM como en DWDM.

58 58 Aplicaciones de CWDM 4 Gb/s 1000BASE-SX Aumento de capacidad: Soporte de múltiples servicios: 1000BASE-SX OC-3c multimodo

59 59 Esquema funcional de una conexión WDM Combinador Óptico Filtro DWDM Amplificadores Rx Modulador Externo Láser 3ª vent nm 15xx nm Rx Tx Amplifica Da forma Sincroniza 15xx nm1310 nm Transponder Eléctrico F.O. 3ª vent. F.O. 2ª vent.

60 60 Transmisión en fibra óptica a larga distancia 2ª ventana: un repetidor cada 40 Km 3ª ventana: un amplificador cada Km. Un repetidor cada Km (4-9 amplificadores) para regenerar la señal Con WDM es preciso que el amplificador tenga un comportamiento lo más lineal posible en todo el rango de. De lo contrario habría que poner repetidores más a menudo (más costo) En 3ª y 4ª ventana se usan amplificadores que tienen fibra óptica dopada con erbio (metal usado en algunas aleaciones) llamados EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier)

61 61 Diseño de un amplificador EDFA Fibra dopada con erbio (10-50 m) Acoplador WDM Filtro Óptico Láser de bombeo a 980 nm Láser de bombeo a 1480 nm Aislante Óptico Ganancia 30 dB Luz de 3ª o 4ª ventana Aislante Óptico

62 62 Ganancia de un EDFA en 3ª ventana Rejilla ITU-T (nm) Ganancia (dB) Perfil de ganancia EDFA Lambdas individuales 30

63 63 Frecuencia (THz) Long. onda (nm) Frecuencia (THz) Long. onda (nm) Frecuencia (THz) Long. onda (nm) 196,11528,77194,61540,56193,11552,52 196,01529,55194,51541,35193,01553,33 195,91530,33194,41542,14192,91554,13 195,81531,12194,31542,94192,81554,94 195,71531,9194,21543,73192,71555,75 195,61532,68194,11544,53192,61556,56 195,51533,47194,01545,32192,51557,36 195,41534,25193,91546,12192,41558,17 195,31535,04193,81546,92192,31558,98 195,21535,82193,71547,72192,21559,79 195,11536,61193,61548,51192,11560,61 195,01537,40193,51549,32192,01561,42 194,91538,19193,41550,12191,91562,23 194,81538,98193,31550,92191,81563,05 194,71539,77193,21551,72191,71563,86 Rejilla WDM de la ITU-T Conversión: c = * (c: velocidad luz en vacío, : frecuencia, : long. onda

64 64 REP KmValenciaMadrid Ventaja de DWDM Enlace WAN de 10 Gb/s con SONET/SDH convencional: Enlace WAN de 10 Gb/s con DWDM: Interfaces de 2,5 Gb/s Amplificador EDFA Repetidor 3ª Ventana 2ª Ventana

65 65 WDM Los EDFA permiten amplificar la señal óptica en ruta sin tener que convertirla al dominio eléctrico. Esto reduce mucho el costo de WDM. (los repetidores requieren separar todas las antes y juntarlas después) Las dificultades técnicas de WDM (dispersión) son proporcionales al cuadrado de la velocidad; por esto es mas normal usar WDM con enlaces OC-48 (2,5 Gb/s) que con OC-192 (10 Gb/s)

66 66 UPLx160 de Marconi 80 canales en banda C (3ª vent.) y 80 en banda L (4ª vent.) Separación entre canales: 50 GHz Capacidad por canal: 10 Gb/s (OC-192 o 4 * OC-48) Capacidad máxima: 1,6 Tb/s Alcance sin repetidores: Km (160 canales), Km (80 canales) Equipo DWDM Características:

67 67 Servicios de oscura El operador alquila al usuario una longitud de onda determinada dentro de la fibra Los equipos DWDM de las grandes redes tienen muchos canales sin utilizar La rentabilidad aumenta con la distancia Es similar a los servicios de fibra oscura, pero permite la reutilización de una misma fibra Normalmente el transporte ha de ser SONET/SDH, pues es para lo que están preparados la mayoría de los los equipos DWDM. 10Gigabit Ethernet tiene una especificación WAN que es compatible con OC-192c. En vez de ir a 10 Gb/s va a 9,58 Gb/s (carga útil de OC-192c)

68 68 Sumario SONET/SDH POS (Packet Over SONET) WDM (Wavelength Division Multiplexing) Redes ópticas Redes avanzadas actuales

69 69 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 ) 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 )

70 70 OC-48c f.d. (2ª vent.) AB CD Anillo WDM 4 con protección A B: 1 B C: 2 C D: 3 D A: 4 Anillo DWDM * OC-48c (4 3ª vent.) 4 * OC 48c (4 3ª vent.) reserva Similar a los anillos SONET/SDH

71 71 Optical Cross Connect (OXC) Circuito OC-48 (2,5 Gb/s) Topologías malladas con cross-connects 1310 nm

72 72 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 De momento el único protocolo de routing que hay en el mercado es el WaRP (Wavelength Routing Protocol) que es propietario (Cisco).

73 73 Wavelength Router Circuito OC-48 (2,5 Gb/s) Enrutamiento por conmutación de 1310 nm

74 74 Características de WaRP WaRP elige la ruta óptima La asignación de se hace de forma muy similar a la asignación de VPI/VCI en ATM Una vez elegida una ruta la utilizada en cada parte del trayecto queda reservada WaRP equivale a un PNNI que establece circuitos virtuales conmutados ATM CBR En caso de fallo se busca un camino alternativo con tiempos de recuperación similares a SONET/SDH (50 ms), mucho menores que los de PNNI

75 75 Protocolo WaRP (Wavelength Routing Protocol) Interfaces OC-48 (2,5 Gb/s) y OC-192 (10 Gb/s) Capacidad total agregada: más de 160 Tb/s Producto descatalogado en abril de 2001 por falta de clientes Wavelength Router (Cisco ONS 15900)

76 76 Evolución de las infraestructuras de transporte

77 77

78 78 Alternativas de transporte IP sobre DWDM SONET/SDH IP AAL5/ATM IP PPP IP AAL5/ATM IP PPP SONET/SDH IP 10GB ETH. SONET/SDH DWDM SONET/SDH

79 79 Redes Totalmente Ópticas El siguiente paso en la WDM es la conmutación óptica de paquetes, sin convertirlos en señales eléctricas. Esto está a la vuelta de la esquina. Actualmente ya es posible hacer buffering de paquetes a nivel óptico. Los bits se pueden aguantar rodando en una bobina de fibra. Para almacenar 512 byes a 10 Gb/s hacen falta unos 150 m de fibra. De momento no hay productos comerciales, solo prototipos de laboratorio Ejemplo: proyecto europeo KEOPS (Keys to Optical Packet Switching):

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81 81 Evolución de las redes ópticas 1989: WDM (2 ) 1991: WDM (8 ) 1995: WDM (40 ) 1998: OADM, WDM (160 ) 1999: OXC (Optical Cross Connect) 2000: Wavelength routers 200?: Routers ópticos (conmutación de paquetes)

82 82 Sumario SONET/SDH POS (Packet Over SONET) WDM (Wavelength Division Multiplexing) Redes ópticas Redes avanzadas actuales

83 83 Internet 2 Proyecto iniciado en 1996 en EEUU por el UCAID (University Corporation for Advanced Internet Development) para potenciar el avance de Internet en entornos de I+D Muy relacionado con Internet 2 esta el proyecto NGI (Next Generation Initiative) promovido por el Gobierno Federal de los EEUU Internet 2 es una red virtual; como infraestructura utiliza principalmente vBNS (desde 1996) y Abilene (desde 1999), dos backbones de alta velocidad de EEUU. También participan redes de otros países, entre ellos TEN- 155, la red I+D europea Actualmente engloba 160 universidades, 40 empresas y otras 30 organizaciones

84 84 Topología de Internet2 NGIXs CC GigaPoP CC CC CC Abilene CC GigaPoP CC CC CC vBNS L C Otras Redes L C NGIX: Next Generation Internet Exchange PoP: Point of Presence

85 85 Backbone de vBNS

86 86 Enlaces OC-48 (2,5 Gb/s) POS (Packet Over SONET) Mapa climático: hydra.uits.iu.edu/~abilene/traffic

87 87 GigaPOP Internet Óptica de Canadá (CA*net 3) Vancouver Calgary Regina Winnipeg Ottawa Montreal Toronto Halifax St. Johns Fredericton Charlottetown ORAN BCnet Netera SRnet MRnet ONet RISQ ACORN Chicago STAR TAP Ruta primaria CA*net 3 Seattle New York Los Angeles Ruta alternativa CA*net 3 En desarrollo una red Gigabit Ethernet CWDM de Km En desarrollo una Ethernet óptica transparente DWDM de 4 – 1500 km Redes de fibra oscura de múltiples usuarios conectando universidades y escuelas DWDM de 16 - reservadas para CANARIE -8 para operadores y otros usuarios Empresas participantes: Bell Nexxia Nortel Cisco JDS Uniphase Newbridge Redes de fibra oscura Condo conectando universidades y escuelas

88 CA*net 4 Possible Architecture Vancouver Calgary Regina Winnipeg Ottawa Montreal Toronto Halifax St. Johns Fredericton Charlottetown Chicago Seattle New York Los Angeles Miami Europe Dedicated Wavelength or SONET channel OBGP switches Optional Layer 3 aggregation service Large channel WDM system

89 89 Red de fibra óptica de Ebone Utiliza infraestructura de ferrocarriles europeos 1 Tb/s Total fibra: Km Total lambdas: Km

90 90 Enlaces POS OC-48c (2,5 Gb/s) Servicios: SDH, WDM, IP (2-155 Mb/s), VPN Disponibilidad: >99,99%

91 91 Referencias Redes –Internet 2: –Abilene (USA): –vBNS (USA): –Next generation Internet (USA): –Gigabit testbed (Alemania): –Gigaport (Holanda): –Redes europeas de I+D: –NTON (Natl. Transp. Optical Network, USA): –CA*net3 (Canadá): –GTS/Hermes/Ebone (Europa): –Resumen iniciativas:

92 92 Referencias Monitorización: –Cooperative Association for Internet Data Analysis: –Abilene NOC: –Mapa climático de Abilene: hydra.uits.iu.edu/~abilene/traffichydra.uits.iu.edu/~abilene/traffic Estandarización: –Optical Interoperability Forum: Aplicaciones –Electronic Visualization Laboratory: –Internet2 Digital Video Initiative: –International Center for Advanced Internet Research: –Distributed Storage Infrastructure:

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94 94 Ejemplo: Evolución en la conectividad de la Comunidad Valenciana a RedIRIS

95 95 STM-1 (155 Mb/s) Fase 1 ( ): Servicio ATM del operador PVC ATM Red Gigacom (Telefónica) PVC asimétrico RedIRIS Madrid E3 (34 Mb/s) E1 (2 Mb/s) UPV UV UMH UJI UA RedIRIS GVA

96 96 STM-1 (155 Mb/s) Fase 2 (2001): Circuito SDH STM-1 PVC ATM RedIRIS Madrid E3 (34 Mb/s) E1 (2 Mb/s) UPV UV UMH UJI UCH RedIRIS GVA UA

97 97 STM-1 (155 Mb/s) Fase 3 (2002): Circuitos STM-4 o STM-16 PVC ATM RedIRIS Madrid E3 (34 Mb/s) E1 (2 Mb/s) UPV UV UMH UJI UCH RedIRIS GVA UA STM-4 (622 Mb/s) STM-16 (2,5 Gb/s) Interfaces POS

98 98 La alternativa a este método [de intercambio de rutas entre iguales IBGP] es redistribuir las rutas EBGP conocidas de un IGP (como EIGRP u OSPF) para transportarlas a través del sistema autónomo y, a continuación, redistribuirlas a las rutas desde el IGP de vuelta al BGP para publicarlas a través de EBGP a otros iguales BGP externos. Allan Leinwand y Bruce Pinsky Configuración de routers Cisco, 2ª Ed. Un ejemplo notable de claridad


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