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Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-1 Tema 5 Tendencias de Internet en el nivel físico Rogelio Montañana Departamento de Informática.

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1 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-1 Tema 5 Tendencias de Internet en el nivel físico Rogelio Montañana Departamento de Informática Universidad de Valencia

2 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-2 Sumario SONET/SDH POS (Packet Over SONET) WDM (Wavelength Division Multiplexing) Redes ópticas Redes avanzadas actuales

3 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-3 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 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-4 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 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 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 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-6 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 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-7 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 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-8 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

9 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-9 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)

10 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-10 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 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-11 Router con interfaces SDH STM-4 (622 Mb/s) STM-1 (155 Mb/s)

12 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-12 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.

13 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-13 Configuración de las 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.

14 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-14 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 X YZ

15 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-15 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) X YZ

16 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-16 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 Línea Sección

17 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-17 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 X Y Z W

18 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-18 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) X Y Z W

19 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-19 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

20 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-20 Bastidor de un ADM STM-4 (622 Mb/s) Baterías 48 V Fuentes de Alimentación (redundantes) Electrónica redundante Entrada de fibras monomodo

21 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-21 Detalle de la electrónica de un ADM STM-1 Rx Tx Anillo principal Rx Tx Anillo de respaldo Tarjeta STM-1 primaria Tarjeta STM-1 de reserva

22 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-22 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)

23 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-23 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

24 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-24 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

25 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-25 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

26 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-26 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

27 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-27 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

28 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-28 OC-3c f.d. A B CD OC-12c (622 Mb/s) Visión física de la red OC-12c usuario OC-12c reserva Anillo saturado PNNI OSPF PNNI OSPF X Y Z W

29 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-29 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)

30 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-30 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

31 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-31 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 Fórum 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

32 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-32 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

33 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-33 Sumario SONET/SDH POS (Packet Over SONET) WDM (Wavelength Division Multiplexing) Redes ópticas Redes avanzadas actuales

34 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-34 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)

35 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-35 Capacidad enlace físico ATM/AAL5POS ATM/AAL5vs POS SONET/SDH IP AAL5 ATM SONET/SDH Capacidad disponible para el usuario 79% 92% POS IP

36 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-36 Caudal (Mb/s) (enlace OC-3c) Tamaño de datagrama (bytes) POS CRC16 POS CRC32 ATM/AAL5 Rendimiento de POS vs ATM/AAL5

37 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-37 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

38 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-38 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:

39 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-39 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. 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).

40 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-40 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 Circuito virtual (ATM)

41 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-41 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 Circuito virtual (ATM)

42 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-42 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 con 3 * OC-3c y 3 * E3 (saturado) HFC Cabecera regional Cabeceras locales

43 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-43 Inconvenientes de SONET/SDH SONET/SDH se diseñó pensando en telefonía, donde la fiabilidad era fundamental. Sin embargo 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 (optoelectrónica) por si falla la otra –La fiabilidad que incorpora el protocolo de routing (OSPF por ejemplo) es innecesaria al estar presentes las funciones de redundancia de SONET/SDH Solución: prescindir del equipamiento SONET/SDH.

44 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-44 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

45 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-45 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)

46 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-46 Interfaz POS de un router Velocidad: 10 Gb/s (OC-192c) LáserAlcancePrecio 850 nm300 m$ nm2 Km$ 225, nm40 Km$ Emisor láser refrigerado

47 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes Gbps Ethernet Creado grupo de trabajo 802.3ae en enero del 2000 Estandarizado en julio 2002 Nivel físico basado en OC-192 (9,95 Gbps) Misma estructura de trama que Ethernet. Mismos tamaños máximo y mínimo. Solo funcionamiento Full Duplex. Utilización de fibra MM mejorada (nuevos estándares en discusión) Mas información en

48 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-48 Aplicaciones de 10 Gb Ethernet Backbone de grandes redes locales Conexión de servidores de altas prestaciones Posible alternativa a ATM y SDH en WAN (contempla grandes distancias) Redes metropolitanas sobre fibra oscura o WDM (Wavelength Division Multiplexing) Soporte de todo tipo de servicios, incluído voz y vídeo.

49 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-49 Medios físicos en 10Gbps Ethernet VCSEL: FP: DFB: MedioCableDistanciaEmisor Láser VentanaCosto 10GBASE-CXCoaxial< 20 m-Muy Bajo 10GBASE-SXFibra MM mejorada mVCSEL1ªBajo 10GBASE-LXFibra MM y SM10KmFP2ªAlto 10GBASE-EXFibra SM40 KmDFB3ªMuy alto Vertical cavity Surface Emitting Laser Fabry Perot Distributed Feedback

50 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-50 Interfaz 10 GB Ethernet (802.3ae) de un switch LAN TipoLáserAlcancePrecio 10GBASE-LR1310 nm10 Km$ 65,000 10GBASE-ER1550 nm40 Km$

51 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-51 Evolución de Ethernet 1981: 10 Mb/s compartido1x 1992: 10 Mb/s conmutado10x 1995: 100 Mb/s conmutado100X 1998: 1 Gb/s conmutado1000X 2002: 10 Gb/s conmutado 10000X 2004: 40 Gb/s conmutado 40000X 2007: 160 Gb/s conmutado X 2010: 640 Gb/s conmutado X

52 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-52 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.

53 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-53 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

54 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-54 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

55 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-55 Evolución en el costo del hardware SONET/SDH Evolución de los costos de enlaces de datos de alta capacidad en redes WAN

56 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-56 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 ya de forma habitual en algunos países y se están empezando a ofrecer en España

57 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-57 Alquiler de fibra oscura Ventajas: –Desarrollo comercial rápido del servicio –Overhead reducido –Flexibilidad Inconvenientes: –Puede resultar caro si no se aprovecha la capacidad –Puede requerir acuerdos a largo plazo

58 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-58 Sumario SONET/SDH POS (Packet Over SONET) WDM (Wavelength Division Multiplexing) Redes ópticas Redes avanzadas actuales

59 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-59 Multimodo Monomodo Cubierta 125 m Núcleo 62,5 m Núcleo 9 m Cubierta 125 m Tipos de fibras ópticas Pulso entrante Pulso saliente Los múltiples modos que se propagan generan un jitter que ensancha los pulsos y limita la distancia o la frecuencia Al propagarse solo un modo no se produce jitter y el pulso no se ensancha La dispersión se mide por el ancho de banda, y se expresa en MHz*Km

60 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-60 Dispersión Cromática La velocidad de la luz en el vidrio depende de su ínidice de refracción. El índice de refracción depende de la longitud de onda, por lo que las diferentes componentes de un pulso viajan a diferente velocidad (las frecuencias mayores viajan más deprisa. Como consecuencia de esto el pulso se ensancha. Para atenuar este efecto se han desarrollado en los últimos años fibras especiales: –DSF (Dispersion Shifted Fiber) –NZDS (Non-Zero Dispersion Shifted) –DCF (Dispersion Compensating Fiber)

61 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-61 Dispersión Cromática El efecto de la dispersión cromática es más importante cuanto mayor es: La frecuencia de los pulsos (es decir, la tasa en bits/s) y La distancia física que la señal ha de recorrer en la fibra

62 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-62 Influencia de la velocidad en la dispersión cromática El efecto de la tasa de bits en la dispersión no es lineal. La dispersión aumenta con el cuadrado de la tasa de bits. Aumentando la tasa de bits en 4 veces se obtiene la misma dispersión que antes en un trayecto 16 veces menor

63 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-63 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 fibra óptica según la longitud de onda Cuarta ventana 1,62 m Uso de WDM

64 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-64 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 1ª ,32BajoLAN (GE) 2ª (banda S) ,540MedioLAN (GE, 10GE), WAN (SONET) 3ª (banda C) ,28160ElevadoLAN (GE, 10GE), WAN (SONET,WDM) 4ª (banda L) ,35Muy elevadoDWDM GE: Gigabit Ethernet 10GE: 10 Gigabit Ethernet

65 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-65 Relación señal/ruido y tasa de error Hoy en día es posible garantizar BERs (Bit Error Rate) de

66 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-66 Problemas de SONET/SDH La máxima velocidad disponible en equipos comerciales SONET/SDH 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)

67 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-67 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

68 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-68 Funcionamiento de WDM

69 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-69 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

70 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-70 Capacidad de una sola fibra (Gbps) OC-768 (40 Gb/s) 16 Canales = 640 Gb/s 40 Canales = 1600 Gb/s OC-192 (10 Gb/s) 16 Canales = 160 Gb/s 40 Canales = 400 Gb/s 80 Canales = 800 Gb/s 128 Canales = 1280 Gb/s OC-48 (2,5 Gb/s) 40 Canales = 100 Gb/s 96 Canales = 240 Gb/s Evolución de DWDM

71 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-71 Relación de capacidad por canal y número de canales

72 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-72 Evolución prevista de WDM WDM en Larga Distancia WDM en Área Metropolitana WDM en Campus

73 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-73 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.

74 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-74 Aplicaciones de CWDM 4 Gb/s 1000BASE-SX Aumento de capacidad: Soporte de múltiples servicios: 1000BASE-SX OC-3c multimodo

75 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-75 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.

76 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-76 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)

77 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-77 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

78 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-78 Ganancia de un EDFA en 3ª ventana Rejilla ITU-T (nm) Ganancia (dB) Perfil de ganancia EDFA Lambdas individuales 30

79 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-79 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

80 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-80 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

81 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-81 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)

82 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-82 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 de largo alcance Características:

83 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-83 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)

84 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-84 Sumario SONET/SDH POS (Packet Over SONET) WDM (Wavelength Division Multiplexing) Redes ópticas Redes avanzadas actuales

85 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-85 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 )

86 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-86 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

87 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-87 Tipos de OXC (Optical Cross Connect) F-OXC WR-OXC WT-OXC Fiber to Fiber Wavelength Routing Wavelength Translating

88 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-88 Optical Cross Connect (OXC) Circuito OC-48 (2,5 Gb/s) Topologías malladas con cross-connects 1310 nm

89 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-89 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).

90 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-90 Red con Lambda Switching Routers

91 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-91 Red MPLS

92 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-92 Evolución de las infraestructuras de transporte

93 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-93 Evolución prevista del mercado de equipamiento óptico

94 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-94

95 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-95 SDHGE/10GE DWDM Fibra Óptica Router/Switch Alternativas en redes sobre Fibra Óptica

96 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-96 Evolución del transporte de IP

97 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-97 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):

98 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-98

99 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-99 Evolución de las redes ópticas 1989: WDM (2 ) 1991: WDM (8 ) 1995: WDM (40 ) 1998: OADM, WDM (160 ) 1999: OXC (Optical Cross Connect) 2000: Routers de conmutación de Lambdas 200?: Routers ópticos (conmutación de paquetes)

100 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes Sumario SONET/SDH POS (Packet Over SONET) WDM (Wavelength Division Multiplexing) Redes ópticas Redes avanzadas actuales

101 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 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

102 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 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

103 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes Backbone de vBNS

104 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes Enlaces OC-48 y OC-192 POS y DWDM Mapa climático: loadrunner.uits.iu.edu/weathermaps/abilene/ loadrunner.uits.iu.edu/weathermaps/abilene/

105 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes GigaPOP CA*net 3 National Optical Internet Vancouver Calgary Regina Winnipeg Ottawa Montréal Toronto Halifax St. Johns Fredericton Charlottetown ORAN BCnet SRnet MRnet ONet RISQ ACORN Chicago STAR TAP CA*net 3 Primary Route Seattle New York CA*net 3 Diverse Route Deploying a 4 channel CWDM Gigabit Ethernet network – 700 km Deploying a 4 channel Gigabit Ethernet transparent optical DWDM– 1500 km Multiple Customer Owned Dark Fiber Networks connecting universities and schools 16 channel DWDM -8 reserved for CANARIE -8 wavelengths for carrier and other customers Condo Dark Fiber Networks connecting universities and schools Condo Fiber Network linking all universities and hospital Pacific Wave Netera

106 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes Red de fibra óptica de Ebone Utiliza infraestructura de ferrocarriles europeos 1 Tb/s Total fibra: Km Total lambdas: Km

107 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes 5-107

108 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes Ejemplo: Evolución en la conectividad de la Comunidad Valenciana a RedIRIS

109 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes STM-1 (155 Mb/s) Fase 1 ( ): Servicio ATM (PVC CBR Gigacom de Telefonica) PVC ATM Red ATM de Telefónica PVC asimétrico RedIRIS Madrid E3 (34 Mb/s) E1 (2 Mb/s) UPV UV UMH UJI UA RedIRIS GVA

110 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes STM-1 (155 Mb/s) Fase 2 (2001): Circuito ATM sobre anillo SDH (STM-1 de Telefonica) PVC ATM RedIRIS Madrid E3 (34 Mb/s) E1 (2 Mb/s) UPV UV UMH UJI UCH RedIRIS GVA UA

111 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes STM-1 (155 Mb/s) Fase 2,5 (2002): Circuito POS sobre anillo SDH (STM-1 de Telefonica) 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) Interfaces POS

112 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes STM-1 (155 Mb/s) Fase 3 (2003): Circuitos POS en red IP mallada (STM-16 de Red Eléctrica) 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) Gigabit Ethernet Barcelona Sevilla STM-16 (2,5 Gb/s)

113 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes Topología de RedIRIS 2 Funcionamiento previsto primer trimestre 2003

114 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes Referencias Redes avanzadas –Internet 2: –Abilene (USA): –vBNS (USA): –Next generation Internet (USA): –Gigabit testbed (Alemania): –Gigaport (Holanda): –Redes europeas de I+D: –CA*net3 (Canadá): –Resumen iniciativas: Redes Ópticas –http://www.optical-networks.comhttp://www.optical-networks.com –http://dl.comsoc.org/cocoon/comsoc/index.htmlhttp://dl.comsoc.org/cocoon/comsoc/index.html

115 Universidad de Valencia Rogelio Montañana Ampliación Redes Referencias GMPLS: –Vinay Ravuris GMPLS/MPLS Page: Monitorización: –Cooperative Association for Internet Data Analysis: –Abilene NOC: –Mapa climático Abilene: loadrunner.uits.iu.edu/weathermaps/abilene/loadrunner.uits.iu.edu/weathermaps/abilene/ Estandarización: –Optical Interoperability Forum: Aplicaciones –Electronic Visualization Laboratory: –Internet2 Digital Video Initiative: i2dv.nwu.icair.orgi2dv.nwu.icair.org –International Center for Advanced Internet Research: –Distributed Storage Infrastructure: dsi.internet2.edudsi.internet2.edu


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