Redes avanzadas y servicios

Redes avanzadas y servicios
Tema 2, Parte II: Redes L2

Acceso Ethernet GE y 10GE Metro Ethernet RPR Redes celulares
Contenido Acceso Ethernet GE y 10GE Metro Ethernet RPR Redes celulares

Taxonomía de las redes L1 y L2
Acceso (<20Km) Metro Troncal Capa 3 Capa 2 Física Switch de acceso GbE (<40km)/ATM/MetroE RPR Switch troncales GbE/ATM/FR NG SDH PDH/SDH SDH PON FTTh PON FTTb CWDM/DWDM Long Haul DWDM UHL DWDM Redes regionales

Acceso Ethernet (Redes de campus)

Red de campus Campus area network (CAN)
Una red de acceso Ethernet, habitualmente, está subsumida en el concepto de red de área de campus (CAN). Una CAN es una red de computadoras que conecta redes de área local a través de un área geográfica limitada, como un campus universitario, o una base militar. Una red de campus es más grande que una red de área local, pero más pequeña que una red metropolitana. En una CAN, todos los componentes, incluyendo conmutadores, enrutadores, cableado, y otros, le pertenecen a la misma organización, y en este sentido hay que decir que no es una red de operador. A menudo, una CAN es una colección de LANs dispersadas geográficamente dentro de un campus (universitario, oficinas de gobierno, industrias) pertenecientes a una misma entidad en una área delimitada de 1 a 5km. Una CAN utiliza comúnmente tecnologías tales como FDDI y Gigabit Ethernet para conectividad a través de medios de comunicación tales como fibra óptica. La redes de campus tienen entre 100 y usuarios.

Diseño Jerárquico del acceso Ethernet Arquitectura general de las CAN
El diseño habitual del acceso Ethernet es jerárquico e incluye la siguientes tres capas: Subcapa de acceso al usuario: Proporciona acceso de un grupo de trabajo/usuario a la red Subcapa de distribución: Proporciona conectividad basada en políticas y controla la frontera entre las capas de acceso al usuario y la capa troncal (BB) capa troncal (BB): Proporciona transporte rápido entre los switches de distribución dentro de la CAN

Premisas del diseño de la CAN
Un factor fundamental para la implementación exitosa de cualquier diseño de red del campus es seguir buenas pautas de ingeniería estructurados. Un sistema estructurado se basa en dos principios complementarios: jerarquía y modularidad. Cualquier gran complejo sistema debe ser construido con un conjunto de componentes modulares que se pueden montar de manera jerárquica y estructurada Cada uno de los componentes o módulos se pueden diseñar con cierta independencia con respecto al diseño general y todos los módulos pueden funcionar como elementos semi-independientes que establecen en general una mayor disponibilidad, como sistema, así como para la gestión y las operaciones de simple. Los módulos del sistema son los bloques de construcción que se ensamblan en el campus más grande. La ventaja del enfoque modular es en gran parte debido al aislamiento que puede proporcionar. Los fallos que se producen dentro de un módulo se pueden aislar del resto de la red, proporcionando tanto para la detección de un problema más simple y una mayor disponibilidad global del sistema. Cambios en la red, actualizaciones, o la introducción de nuevos servicios se pueden hacer de forma controlada y protagonizaron la moda, lo que permite una mayor flexibilidad en el mantenimiento y operación de la red del campus. Cuando un módulo específico ya no tiene capacidad suficiente o si falta una nueva función o servicio, que puede ser actualizado o reemplazado por otro módulo que tiene el mismo papel estructural en el diseño jerárquico en general. La arquitectura de red campus se basa en el uso de dos bloques básicos o módulos que están conectados entre sí a través del núcleo de la red: • Bloquear el acceso a la distribución • bloque de Servicios Las siguientes secciones presentan los bloques de construcción del campus subyacentes. Para una guía detallada de diseño, ver cada uno de los documentos de diseño apropiado que aborda cada módulo específico. El diseño del acceso Ethernet se basa en dos principios complementarios: jerarquía y modularidad. La jerarquía permite lograr un grado de especialización en cada una de las capas La ventaja del enfoque modular es en gran parte debido al aislamiento que puede proporcionar. Los fallos que se producen dentro de un módulo se pueden aislar del resto de la red, proporcionando tanto para la detección de un problema más simple y una mayor disponibilidad global del sistema

Red de campus Capa de acceso al usuario
Infraestructura de la red de campus Red de campus Capa de acceso al usuario La capa de acceso de usuario es el primer nivel. Es el lugar donde los dispositivos finales (PC, impresoras, cámaras, etc.) se unen a la porción cableada de la red del campus. También es el lugar donde los dispositivos que extienden la red fuera un nivel más son los teléfonos y puntos de acceso inalámbricos (APs) siendo las principales dos ejemplos clave de los dispositivos que amplían la conectividad a cabo una capa más del conmutador de acceso del campus real-IP asociadas. La amplia variedad de posibles tipos de dispositivos que se pueden conectar y los diversos servicios y mecanismos de configuración dinámicos que son necesarias, hacen que la capa de acceso a una de las partes más ricas en características de la red del campus. La capa de acceso proporciona la demarcación inteligente entre la infraestructura de red y los dispositivos informáticos que aprovechan esa infraestructura. Como tal, proporciona una seguridad, calidad de servicio y la política de límite de confianza. Se trata de la primera capa de defensa en la arquitectura de seguridad de la red y el primer punto de la negociación entre los dispositivos finales y la infraestructura de red. Al mirar el diseño general del campus, el conmutador de acceso proporciona la mayoría de estos servicios de la capa de acceso y es un elemento clave para que los múltiples servicios del campus. La principal diferencia entre la operación de conmutación de paquetes de un enrutador y la de una capa de 3 interruptor es la implementación real. En los routers de propósito general, la conmutación de paquetes se lleva a cabo generalmente en el software que se ejecuta en un microprocesador, mientras que un switch de capa 3 realiza la misma operación utilizando dedicada circuito integrado de aplicación específica (ASIC) de hardware. Acceso usuario Proporciona el acceso multimedia (datos, voz, video) a un usuario o grupo de trabajo Función de borde Agregación Troncal VLAN video VLAN voz VLAN datos s s s s s s Capa 2 VLAN voz Procesador de conmutación

Bloque arquitectónico
Red de campus Capa de distribución tolerante a fallos Bloque arquitectónico La capa de distribución tiene como cometido: • Servir como punto de concentración (agregación) de los flujos de los dispositivos de capa de acceso. • Enrutar el tráfico para proporcionar acceso a los departamentos o grupos de trabajo. • Segmentar la red en múltiples dominios de difusión / multidifusión. • Traducir los diálogos entre diferentes tipos de medios, como Token Ring y Ethernet • Proporcionar servicios de seguridad y filtrado. La capa de distribución puede resumirse como la capa que proporciona una conectividad basada en una determinada política, dado que determina cuándo y cómo los paquetes pueden acceder a los servicios principales de la red. La capa de distribución determina la forma más rápida para que la petición de un usuario (como un acceso a un servidor de archivos) pueda ser remitida al servidor. Una vez que la capa de distribución ha elegido la ruta, envía la petición a la capa troncal. Esta podrá entonces transportar la petición al servicio apropiado. Distribución IP switching OSPF/EIGRP Redundancia HSRP o VRRP GLBP La capa de distribución marca el punto medio entre la capa de acceso y los servicios principales de la red. La función primordial de esta capa es realizar funciones tales como: Punto de agregación de la capa de acceso y detección de bucles Enlaces redundantes hacia los nodos de acceso Segmentación en subredes (datos, video, voz) y enrutamiento dentro del campus, Servicios de seguridad y filtrado y acceso a WAN Bloque arquitectónico Troncal Balanceo del tráfico Trunk 802.1q con QoS 802.1qp s s s s Gateway Protocol Load Balancing (GLBP)

Capa de distribución Colapsada y tolerante a fallos Con bucles
El Hot Standby Router Protocol es un protocolo propiedad de CISCO que permite el despliegue de routers redundantes tolerantes a fallos en una red. Este protocolo evita la existencia de puntos de fallo únicos en la red mediante técnicas de redundancia y comprobación del estado de los routers. Es un protocolo muy similar a VRRP, que no es propietario. Es por ello que CISCO reclama que VRRP viola una serie de patentes que le pertenecen. El funcionamiento del protocolo HSRP es el siguiente: Se crea un grupo (también conocido por el término inglés Clúster) de routers en el que uno de ellos actúa como maestro, enrutando el tráfico, y los demás actúan como respaldo a la espera de que se produzca un fallo en el maestro. HSRP es un protocolo que actúa en la capa 3 del modelo OSI administrando las direcciones virtuales que identifican al router que actúa como maestro en un momento dado. El modelo de acceso a la distribución de varios niveles se ilustra en la Figura el diseño de bloque de acceso-distribución campus tradicional. Todos los switches de acceso están configurados para ejecutarse en modo de reenvío de capa 2 y los switches de distribución están configurados para funcionar tanto de capa 2 y capa 3 de reenvío. Supongamos que disponemos de una red que cuenta con dos routers redundantes, RouterA y RouterB. Dichos routers pueden estar en dos posibles estados diferentes: maestro (Router A) y respaldo (Router B). Ambos routers intercambian mensajes, concretamente del tipo HSRP hello, que le permiten a cada uno conocer el estado del otro. Si el router maestro no envía mensajes de tipo hello al router de respaldo dentro de un determinado período, el router respaldo asume que el maestro está fuera de servicio (ya sea por razones administrativas o imprevistas, tales como un fallo en dicho router) y se convierte en el router maestro. La conversión a router activo consiste en que uno de los router que actuaba como respaldo obtiene la dirección virtual que identifica al grupo de routers. El Hot Standby Router Protocol es un protocolo que permite el despliegue de routers redundantes tolerantes a fallos en una red. Este protocolo evita la existencia de puntos de fallo únicos en la red mediante técnicas de redundancia y comprobación del estado de los routers. La alternativa a HSRP es el Virtual Router Redundancy Protocol (VRRP) que tiene la ventaja de funcionar de forma similar y de no ser propietario ya que está definido en el RFC 3768 Por ello puede funcionar en equipos de diferentes fabricantes s B: Respaldo s Troncal (MPLS) s Hello (capa 3) s s s A:Maestro Router MPLS STP (capa 2)

Hot Standby Router Protocol
Se trata de un protocolo propietario de cisco para administrar este tipo de redundancia. Las alternativas son VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol), un protocolo estándar con el mismo objeto y GLBP (Gateway Load Balancing Protocol), otra solución propietaria de Cisco. Si el router primario no envía paquetes hello al router standby por un determinado período de tiempo, el router standby asume que el primario está fuera de servicio por algún motivo y pasa a estar activo. De este modo, el router que estaba standby asume la responsabilidad de la IP virtual y comienza a responder a la dirección MAC virtual a la que está puntada la IP virtual. Para hacer esto posible, el router primario y el standby intercambian paquetes HSRP hello que le permiten a cada uno conocer el estado del otro. ¿Cómo se determina cuál será el router activo? Para esto se puede configurar una prioridad o determinar cuál será el dispositivo activo. La prioridad por defecto es 100 y el router de mayor prioridad es el que se preferirá como activo. Hay que tener presente que HSRP no se limita a 2 routers, sino que se puede generar grupos de router que trabajen en conjunto de modo de tener múltiples dispositivos en situación standby. En la red /24 los equipos a ella conectados tienen configurado como gateway la dirección IP Sin embargo, esta dirección no pertenece a ningún dispositivo real; se trata de una dirección IP virtual que es referida al router que se asume como maestro por HSRP (el de mas prioridad). Router respaldo /24 Prioridad 50 HSRP IP virtual /24 s Internet Subred /24 s hello s Hello (cada 3s) Router Maestro /24 Prioridad 100

Red de campus Capa troncal
Conmutación L2 o L3 Sumarización de rutas El núcleo del campus es de alguna manera la parte más sencilla pero más crítica del campus. Proporciona un conjunto muy limitado de los servicios y está diseñado para ser altamente disponibles y operar en un siempre en modo. En el mundo de los negocios modernos, el núcleo de la red deberá funcionar como un servicio ininterrumpido 24 x 7 x 365. Los objetivos clave del diseño para la base del campus se basan en proporcionar el nivel adecuado de redundancia para permitir cerca de recuperación inmediata de flujo de datos en caso de cualquier componente (interruptor, supervisor, tarjeta de línea o fibra) falle. El diseño de la red deberá permitir también la ocasional, pero necesaria, hardware y software de actualización o cambiar sin interrumpir las aplicaciones de red. El núcleo de la red debe implementar los servicios de política compleja, no debe tener ninguna conexión de usuario/servidor conectados directamente. El núcleo debe tener la configuración del plano de control mínimo combinada con alta disponibilidad dispositivos configurados con la cantidad correcta de redundancia física para proporcionar esta capacidad de servicio. La capa troncal es la columna vertebral que pega juntos todos los elementos de la arquitectura del campus. Es el que provee conectividad entre dispositivos finales, computación y almacenamiento de datos de servicios ubicado en el centro de datos y otras áreas y servicios dentro de la red. Actúa como agregador de todos lo otros campus y une el CAN con el resto de la red(es). En los ambientes donde el campus se encuentra dentro de un solo edificio, o varios edificios adyacentes con la cantidad adecuada de fibra, es posible colapsar la base en dos switches de distribución como se muestra en la figura. Implementación de un núcleo separado para la red del campus también proporciona una ventaja específica a medida que la red crece: un núcleo independiente proporciona la capacidad para escalar el tamaño de la red del campus de una manera estructurada que minimiza la complejidad general. También tiende a ser la solución más rentable. Tener una capa troncal dedicada permite el campus acomodar este crecimiento sin comprometer el diseño de los bloques de distribución, el centro de datos y el resto de la red. Esto es especialmente importante a medida que el tamaño del campus crece tanto en número de bloques de distribución, área geográfica o complejidad. La capa troncal, también llamada núcleo, principal o Core se encarga de desviar el tráfico lo más rápidamente posible hacia los servicios (internet, servidores corporativos de , video conferencia, etc.), limitándose a proporcionar un transporte rápido s s Firewall Internet

Red de campus Modelo de red colapsado
Arquitectura de campus con la capa troncal y de distribución colapsadas s

Capa de agregación (distribución) Campus pequeño Capa troncal pública
El diseño jerárquico de tres niveles maximiza el rendimiento, la disponibilidad de la red, y la capacidad de escalar el diseño de la red. Más pequeño campus empresarial 'no crecen significativamente mayor con el tiempo, y lo más pequeño campus de la empresa son lo suficientemente pequeños para ser bien servido por un diseño jerárquico de dos niveles, donde las capas de núcleo y distribución se derrumbó en una sola capa. La motivación principal para el diseño del núcleo colapsado está reduciendo el costo de la red, mientras que el mantenimiento de la mayor parte de los beneficios del modelo jerárquico de tres niveles. Implementación de un colapsados resultados básicos de red en las funciones de la capa de distribución y la capa central está aplicando en un solo dispositivo. El dispositivo de núcleo / distribución colapsado debe proporcionar lo siguiente: • caminos físicos y lógicos de alta velocidad de conexión a la red • Capa - punto 2 de agregación y demarcación • Definir políticas de acceso de enrutamiento y de red • servicios de red inteligente - QoS, la virtualización de red, etc. En diseño colapsado la capa de agregación se concentra en un solo nodo Es el caso de una pequeña empresa, con escasas expectativas de crecimiento Ventaja: es muy barato s s s Troncal (MPLS) s s Router MPLS Capa 2 Capa 3

Capa de distribución (agregación) Colapsada y tolerante a fallos Sin bucles y con VLAN
El Hot Standby Router Protocol es un protocolo propiedad de CISCO que permite el despliegue de routers redundantes tolerantes a fallos en una red. Este protocolo evita la existencia de puntos de fallo únicos en la red mediante técnicas de redundancia y comprobación del estado de los routers. Es un protocolo muy similar a VRRP, que no es propietario. Es por ello que CISCO reclama que VRRP viola una serie de patentes que le pertenecen. El funcionamiento del protocolo HSRP es el siguiente: Se crea un grupo (también conocido por el término inglés Clúster) de routers en el que uno de ellos actúa como maestro, enrutando el tráfico, y los demás actúan como respaldo a la espera de que se produzca un fallo en el maestro. HSRP es un protocolo que actúa en la capa 3 del modelo OSI administrando las direcciones virtuales que identifican al router que actúa como maestro en un momento dado. Supongamos que disponemos de una red que cuenta con dos routers redundantes, RouterA y RouterB. Dichos routers pueden estar en dos posibles estados diferentes: maestro (Router A) y respaldo (Router B). Ambos routers intercambian mensajes, concretamente del tipo HSRP hello, que le permiten a cada uno conocer el estado del otro. Si el router maestro no envía mensajes de tipo hello al router de respaldo dentro de un determinado período, el router respaldo asume que el maestro está fuera de servicio (ya sea por razones administrativas o imprevistas, tales como un fallo en dicho router) y se convierte en el router maestro. La conversión a router activo consiste en que uno de los router que actuaba como respaldo obtiene la dirección virtual que identifica al grupo de routers. Virtual Router Redundancy Protocol (VRRP) es un protocolo de redundancia no propietario definido en el RFC 3768 diseñado para aumentar la disponibilidad de la puerta de enlace por defecto dando servicio a máquinas en la misma subred. El aumento de fiabilidad se consigue mediante el anuncio de un router virtual como una puerta de enlace por defecto en lugar de un router físico. Dos o más routers físicos se configuran representando al router virtual, con sólo uno de ellos realizando realmente el enrutamiento. Si el router físico actual que está realizando el enrutamiento falla, el otro router físico negocia para sustituirlo. Se denomina router maestro al router físico que realiza realmente el enrutamiento y routers de respaldo a los que están en espera de que el maestro falle. La otra alternativa es un diseño sin bucles definiendo las VLAN únicas para cada switch de acceso. La eliminación de bucles en la topología proporciona una serie de beneficios, incluyendo por dispositivo de carga de enlace ascendente de un equilibrio del tráfico mediante el uso de GLBP, una menor dependencia de árbol de expansión para proporcionar recuperación de la red, la reducción en el riesgo de tormentas de difusión, y la capacidad de evitar inundaciones unicast s B: Respaldo VLAN10 s Sin tráfico cruzado Troncal (MPLS) s VLAN10 Hello (capa 3) s s VLAN10 s A:Maestro VLAN10

Capa de distribución Multicapa
Algunas redes tendrán un único campus que también actúa como el núcleo o columna vertebral de la red y proporciona interconectividad entre otras porciones de la red general. El núcleo del campus a menudo puede interconectar el acceso a la escuela, el centro de datos y las porciones de la red WAN. En las empresas más grandes, puede haber varios sitios del campus distribuidos por todo el mundo con cada uno proporciona tanto el acceso del usuario final y la conectividad de red troncal local. Desde la perspectiva de la ingeniería técnica o de la red, el concepto de un campus también ha sido entendido como de alta velocidad de capa 2 y capa 3. Si bien todas estas definiciones o conceptos de lo que es una red de campus siguen siendo válidas, describen ya no por completo el conjunto de capacidades y servicios que componen la red del campus hoy. Tener una capa de núcleo dedicado permite el campus para dar cabida a este crecimiento sin comprometer el diseño de los bloques de distribución, el centro de datos, y el resto de la red. Esto es particularmente importante ya que el tamaño del campus crece bien en número de bloques de distribución, área geográfica o complejidad. En un campus más complejo más grande, el núcleo proporciona la capacidad y la capacidad de escala para el campus como un todo. La cuestión de cuándo es necesario un núcleo físico independiente depende de múltiples factores. La capacidad de un núcleo distinto para permitir que el campus para resolver los desafíos de diseño físico es importante. Sin embargo, se debe recordar que el propósito fundamental de tener un núcleo de campus distinto es para proporcionar escalabilidad y reducir al mínimo el riesgo de (y simplificar) movimientos, adiciones y cambios en el campus. En general, una red que requiere cambios en la configuración de rutina a los dispositivos centrales aún no cuenta con el grado apropiado de diseño modularizado. Como la red aumenta de tamaño o complejidad y los cambios comienzan a afectar a los dispositivos centrales, que a menudo señala razones de diseño para separar físicamente las funciones básicas y distribución en diferentes dispositivos físicos Una de las ventajas del diseño jerárquico es que podemos lograr un grado de especialización en cada una de las capas, pero esta especialización supone cierto comportamiento de la red. Uno de los supuestos o requisitos que permiten a esta especialización es que el tráfico siempre va a fluir en el mismo ascendente o descendente y de forma jerárquica (acceso a la distribución al núcleo). Cuando sabemos que el camino alternativo para cualquier flujo de tráfico seguirá el mismo patrón jerárquico que la ruta original, podemos evitar hacer ciertas decisiones de diseño, tales como asegurar la capa de acceso puede soportar cargas de tráfico adicional. Del mismo modo, sabiendo que el tráfico siempre fluye de la capa de acceso a través de una capa de distribución y luego al núcleo, es más fácil de implementar mecanismos de política coherentes en cada capa. Reduce las complicaciones de diseño cuando no hay necesidad de considerar la posibilidad de tráfico que fluye alrededor o a través de una capa de la política en dos ocasiones. El diseño de la jerarquía de la red para soportar el comportamiento de flujo de datos consistente también tiene el efecto de mejorar el tiempo de convergencia de red en el caso de un fallo. Multi-path (ECMP) diseña Igualdad de costo y otras configuraciones totalmente redundantes aseguran estos datos jerárquica también flujos prevé tiempos de convergencia rápida y deterministas sobre la no diseños totalmente malladas, como se muestra en el mejor caso en la figura. El campus, por lo general, se entiende como la parte de la infraestructura informática que facilita el acceso a los servicios y recursos de comunicación de la red para los usuarios y los dispositivos distribuidos en una única ubicación geográfica (edificio o un grupo de edificios repartidos en un área geográfica extensa) s s s s s s s s s s Troncal (MPLS) s s Internet s s s s s s

Habilitación de QoS en el campus Class of Service (CoS 802.1p)
Datos (<1500B) Origen Destino Tip/Lon CRC 6 46….1500 2 4 Ethernet II / 802.3 Datos (<1500B) Origen Destino Tip/Lon CRC 6 46….1500 2 4 802.1Q TPID TCI CFI PCP VLAN ID 1b 3b 12b IEEE 802.1p es un estándar que proporciona priorización de tráfico y filtrado multicast dinámico. Esencialmente, proporciona un mecanismo para implementar Calidad de Servicio (QoS) a nivel de MAC Tag Identificador de protocolo (TPID) : es un campo de 2 octetos con un valor igual a 0x8100 con el fin de identificar una trama IEEE 802.1Q. Información de control del Tag (TCI): Contiene el Punto de código de prioridad (PCP) : un campo de 3 bits que se refiere a la prioridad. El CFI (Canonical Format Indicator) indica el formato de direcciones MAC. Finalmente, el Identificador de VLAN (VID), 12 bits

Clases estandarizadas de servicio
Se pueden definir 8 clases o niveles en el campo PCP8 (3bits) que se corresponden con 8 colas en el conmutador: 000 (0) - Routine (best effort) 001 (1) - Priority (prioridad media) 010 (2) - Immediate (prioridad alta) 011 (3) - Flash (señalización de llamada) 100 (4) - Flash Override (video conferencia) 101 (5) - Critical (voz) 110 (6) - Internetwork Control (reservado) 111 (7) - Network Control (reservado)

Referencias al Acceso Ethernet
Cisco. Smart Business Architecture: Guía de diseño base. ETSISI. Tema 2 de RdC. UPM

Anexo al Acceso Ethernet
STP

El problema de los bucles
A veces al conectar LANs con varios puentes se producen bucles, es decir hay más de un camino posible entre dos redes. Estos bucles pueden hacerse por error o porque se quiere disponer de varios caminos para tener mayor fiabilidad y tolerancia a fallos. Como se ve en la figura, un paquete inicial se multiplica por dos y no deja de circular de una red a otra, ocupando espacio constantemente en las colas de los puertos conectados a cada LAN. Nada mas formarse el bucle se produciría la congestión (nótese que los puentes no cambian las direcciones MAC) La solución a este problema es el llamado Protocolo de Árbol Extensible (Spanning-Tree Protocol - STP). Los puentes no tienen ninguna entrada en su tabla de direcciones MAC. Una estación transmite un paquete con dirección MAC de origen X, los puentes guardan en la memoria que la estación con MAC = X se encuentra conectada al puerto 1. Uno de los puentes va a ser el primero que transmitirá el paquete recibido en la LAN A a la LAN B, lo que hará que el otro puente interprete que la estación X se encuentra en la LAN B y guardará el paquete en la cola de la LAN A. El puente envía el paquete de la LAN B a la LAN A y el otro puente renueva la entrada que dice que la estación X se encuentra en A y lo envía a la LAN B, este paquete será enviado a la LAN A por el otro puente y así sucesivamente

Representación de las redes como un grafo
La red se puede representar como un grafo, donde cada nodo se corresponde con un segmento LAN y los arcos son los dispositivos (bridges, switches) que conectan 2 segmentos A B A B D C 1 4 3 2 2 1 4 3 D C

El protocolo STP Spanning tree protocol (IEEE 802.1d)
Los puentes se comunican mediante mensajes de configuración llamados Bridge Protocol Data Units (BPDU). El algoritmo STP transforma la red física, en la que existen bucles, en una red lógica en forma de árbol (llamado árbol de expansión), ósea libre de bucles. A B D C 1 4 3 2 Posibles árboles de expansión A B D C 1 4 2 A B D C 4 3 2 A B D C 1 3 2 A B D C 1 4 3

El protocolo STP El algoritmo STP
Un árbol de expansión mínimo de G es un árbol de expansión de G con mínimo peso, es decir cuya suma de pesos sea mínima. Para calcular el árbol de peso mínimo existen 2 algoritmos: Prim y Kruskal. El algoritmo STP mas frecuente para determinar el árbol de expansión mínimo (el de menor coste) es el siguiente: 1. Se marca un nodo cualquiera, será el nodo de partida (nodo raíz). 2. Seleccionamos la arista de menos valor en el nodo marcado anteriormente, y marcamos el otro nodo en el que incide. 3. Repetir el paso 2 siempre que la arista elegida enlace un nodo de los marcados y otro que no lo esté. 4. El proceso termina cuando tenemos todos los nodos del grafo marcados. A B D C 1 4 3 2 Nodo inicial 6 5 A B D C 1 3 2 A B C 1 2 D A B D C 1

El protocolo STP Ejemplo de aplicación
Elección de los puertos raíz Una vez elegido el puente raíz hay que calcular el puerto raíz para los otros puentes que no son raíz. El puerto raíz es el puerto que tenga el menor costo hasta el puente raíz. En el caso de que haya dos o más puertos con el mismo costo hacia el puente raíz, se utiliza la prioridad del puerto para establecer el raíz. Cada LAN tiene un puerto designado, que es aquel por el que esa LAN accede al conmutador raíz al mínimo costo. Los puertos que no son ni raíz ni designados son puertos bloqueados. Esos puertos son innecesarios para la comunicación y si se les deja funcionar provocan bucles En la red mostrada, a la que se aplica el algoritmo STP, el conjunto de puentes 𝔹 ={A, B, C, D, E, F, H, I, J} es tal que el de menos coste es “A” y el de mas coste es “J”. Se supone que el nodo inicial o vértice es “1” G 5 6 7 9 8 A B C D F E H I J 1 2 3 4 1 5 4 3 2 J 8 9 7 6 H F E C B G I A D Puerto bloqueado

GE y 10 GE

Nuevas tecnologías en redes metro (MAN)
Ayer: Banda estrecha, TDM, Líneas dedicadas Hoy: FO, banda ancha, QoS Nueva generación de redes MAN ATM RPR GE NG SDH WDM Fibra oscura ATM FR TDM PDH/SDH Fibra oscura MAN colapsada

1 Gigabit Ethernet (GE)

Medios de transmisión Fibra óptica
La fibra óptica es un medio de transmisión empleado habitualmente en redes de datos; un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. El haz de luz queda completamente confinado y se propaga por el interior de la fibra con un ángulo de reflexión por encima del ángulo límite de reflexión total, en función de la ley de Snell. La fuente de luz puede ser láser (Dispositivo óptico que genera un haz luminoso de una sola frecuencia, monocromático, coherente y muy intenso, mediante la estimulación eléctrica o térmica de los átomos, moléculas o iones de un material.) o un LED (del acrónimo inglés LED, light-emitting diode: ‘diodo emisor de luz’ es un componente optoelectrónico pasivo y, más concretamente, un diodo que emite luz). Tipos Las diferentes trayectorias que puede seguir un haz de luz en el interior de una fibra se denominan modos de propagación. Y según el modo de propagación tendremos dos tipos de fibra óptica: multimodo y monomodo. Fibra multimodo Una fibra multimodo es aquella en la que los haces de luz pueden circular por más de un modo o camino. Esto supone que no llegan todos a la vez. Una fibra multimodo puede tener más de mil modos de propagación de luz. Las fibras multimodo se usan comúnmente en aplicaciones de corta distancia, menores a 2 km, es simple de diseñar y económico. Una fibra multimodo tiene un núcleo de 50 ó 62,5 micrones Fibra monomodo Una fibra monomodo es una fibra óptica en la que sólo se propaga un modo de luz. Se logra reduciendo el diámetro del núcleo de la fibra hasta un tamaño (8,3 a 10 micrones [1mm = µ]) que sólo permite un modo de propagación. Su transmisión es paralela al eje de la fibra. A diferencia de las fibras multimodo, las fibras monomodo permiten alcanzar grandes distancias (hasta 400 km máximo, mediante un láser de alta intensidad) y transmitir elevadas tasas de información (decenas de Gbit/s). Para distinguir ambos tipos de fibra se suelen utilizar ‘chaquetas de colores’. La norma TIA-598C recomienda, para aplicaciones civiles, el uso de una chaqueta amarilla para la fibra monomodo y de la naranja u otro color para la multimodo, dependiendo del tipo. El componente strengtheninf fiber (rebustecimiento de la FO) ayuda a proteger contra fuerzas de aplastamiento y tensiones excesivas durante la instalación. A mediados de la década de 1980, la TIA (Telecommunications Industry Association) y la EIA (Electronic Industries Association) comenzó a desarrollar métodos de cableado de edificios, con la intención de desarrollar un sistema de cableado uniforme que apoyar los productos de múltiples fabricantes y entornos. Características Velocidad: hasta 10 Gbps Tipos: monomodo y multimodo Fuente de luz: laser o LED Distancias: 400 Kms (FO monomodo) Flexible y ligera robustecimiento de la FO) Recubrimiento Cubierta Núcleo Núcleo

Denominación informal de los estándares físicos de las LANs
Velocidad (Mbps) 10 100 1000 10G Transmisión BASE (banda base) Digital BROAD (banda ancha) Analógico Alcance (x100m) Tipo de Cable Longitud de onda (FO) 2, 5, 36, etc -T: Twisted -C :Coaxial -F: FO -S (Short) -L (Long) -E(extended) Ejemplos: 10BASE5 10BASE-T (cobre, 100m) 10GBASE-T(Cu cat6) 10BASE-S (FO multimodo) 10BASE-L (FO monomodo) 10BROAD36 (3,6km, coax) 100BASE-TX (cobre[2])

Clasificación de las redes Ethernet
10-gigabit Ethernet (XGbE o 10GbE) es el más reciente (año 2002) y más rápido de los estándares Ethernet. IEEE 802.3ae define una versión de Ethernet con una velocidad nominal de 10 Gbit/s, diez veces más rápido que gigabit Ethernet. Estándares Velocidad Taxonomía Redes Ethernet Ethernet (original) (hasta 10M) Fast Ethernet (hasta 100M) 100BASE-TX 100BASE-FX Gigabit Ethernet (GigaE) (hasta 1000M) 1000BASE-SX 1000BASE-LX 1000BASE-ZX (80km) 1000BASE-T (STP) 10 Gigabit Ethernet (10G) 10GBASE_SR (MMF) 10GBASE_LR (SMF) 10GBASE_T (UTP-6) Fibra óptica Cobre

Estándares físicos de las LANs IEEE 802
Estándares físicos de las LANs IEEE 802.3z (1000BASE-X) 1 Gigabit Ethernet (GE) Gigabit Ethernet es una Fast Ethernet supercargada. Su estrategia es la misma que Fast Ethernet. Compatibilidad hacia atrás, ergo facilita la migración 1000BASE-SX MMF Primera ventana a 850 nm Long. de onda pequeñas Hasta 500m 1000BASE-LX Segunda ventana a 1300 nm Mayores long. de onda Hasta 5km 1000BASE-CX Cobre Cable apantallado Hasta 25m 1000BASE-T UTP Cat5 Hasta 1000m 1000BASE-X (802.3z) IEEE 802.3ab

El modelo de IEEE 802.3ab Subcapas del nivel físico
MDI Interfaz Dependiente del Medio (MDI en inglés: Medium Dependent Interface) es un puerto o interfaz Ethernet cuyas conexiones eléctricas o pines normalmente corresponden a la distribución T568A de la norma TIA/EIA-568-B. Comúnmente las tarjetas de red (Network Interface Card) poseen este tipo de interfaz, mientras que los concentradores (hubs) y conmutadores (switches) tienen interfaces MDIX. Es la pieza empleada para la conexión física y eléctrica sobre el medio. Ejemplos de MDI son: los conectores RJ45 utilizado con el cable par trenzado o los conectores BNC-T empleados cuando se usa cable coaxial fino Physical Medium Attachment (PMA) or simplemente Medium Attachment Unit (MAU) Se la denomina Transceiver al emplearse para TRANSmitir y RECibir señales del medio. Este componente incluye el MDI y difiere de un medio físico a otro puesto que es precisamente la parte que acomoda la señal a cada medio. RS (subcapa de reconciliación) La RS mapea la de portadora y colisión a PLS primitivas que son entendidas por la subcapa MAC existente. Physical Layer Signaling (PLS) La subcapa de señalización física (PLS) es la porción de la capa física que realiza el acoplamiento funcional y lógico entre las MAU y la capa MAC (lleva acabo la transmisión , recepción, y decodificación). PMD Dependiente del medio físico Esta capa lleva a cabo funciones que dependen del medio, como son la trasmisión y temporización. Interactúa con el cable real. Será diferente para cada medio. Modelo 802 Capa de enlace LLC: logical link control MAC: media access control AUI MDI PMA/MAU Medio [10Mps] PLS Medio [100/1000Mps] MDI RS PCS MII PMA/MAU PMD Capa física

Beneficios de Gigabit Ethernet
(beneficios vs. Inconvenientes) Ofrece muy alto ancho de banda para conexiones con servidores de alta velocidad Conserva la simplicidad de Ethernet (plug and play) Utiliza base y habilidades instaladas (tecnología conocida) implementación incremental Mejor calidad-precio (barato) Capacidad de agregación (802.3ad) Compatibilidad hacia atrás No resulta tan fácil (como en ATM) integrar telefonía, datos, voz y tráfico de vídeo en una red LAN y WAN No se puede priorizar el tráfico para servicios diferentes (QoS, como en ATM). QoS como en IP El jitter solo se puede controlar con sobre- aprovisionamiento No se puede garantizar el trafico en tiempo real, porque no de puede controlar el jitter como en ATM Deficiencias para el control E2E de la congestión y el flujo Mala gestión de fallos y perfomance Convergencia de STP lenta (10-50s)

10 Gigabit Ethernet

10-gigabit Ethernet Introducción
10-gigabit Ethernet (XGbE o 10GbE) es el más reciente (año 2002) y más rápido de los estándares Ethernet. IEEE 802.3ae define una versión de Ethernet con una velocidad nominal de 10 Gbit/s, diez veces más rápido que gigabit Ethernet. Los 10 Gigabit Ethernet proporciona un aumento significativo en ancho de banda manteniendo al mismo tiempo la máxima compatibilidad con la base instalada de interfaces estándar Además, 10GE coincide con la velocidad de la tecnología más rápida para redes WAN, OC-192, que se extiende aproximadamente a 9.5 Gbps

10 GbE y la FO Multimodo y monomodo
Para abordar la preocupación por el rango de operación, una nueva especificación de fibra multimodo tuvo que ser creada para 10GbE para alcanzar distancias de operación de fibra multimodo de 300 m (como se especifica en el estándar TIA / EIA-568 e ISO / IEC estándares de cableado). La fibra monomodo estándar es esencialmente un núcleo delgado (5-8 micras) de vidrio dopado con germanio rodeado por una capa más gruesa de cristal puro y es la gran caballo de batalla de la infraestructura de comunicaciones ópticas. Casi cualquier aplicación puede ser abordado con la fibra monomodo estándar, pero está optimizado para soportar la transmisión a 1310 nm. Problemas de rendimiento con fibra monomodo estándar pueden llegar a ser más importante que las tasas más altas de datos (por ejemplo, 10 Gbps) y distancias más largas (> 40 km) se encuentran. Bajo pico de agua de fibra monomodo estándar (IEC tipo B1.3) tiene las mismas características de dispersión como la fibra monomodo estándar (IEC tipo B1.1), pero ha reducido la atenuación en la región del pico de agua (nominalmente nm ). Como no se da una especificación para la atenuación de pico de agua en fibra monomodo estándar (IEC tipo B1.1), la atenuación en la región de 1383 nm puede ser significativamente mayor que en 1310 nm. Al reducir las impurezas del agua introducidas en esta región durante el momento de la fabricación, de modo único estándar de bajo pico de agua (IEC tipo B1.3) de fibra proporciona soporte idéntica a la fibra monomodo estándar, más puede soportar longitudes de onda adicionales entre 1360 y 1460 nm. La especificación IEEE 802.3ae (informalmente 10 Gigabit Ethernet) incluye una interfaz en serie conocido como 10GBASE-S (la "S" representa la longitud de onda corta) que está diseñado para la transmisión de 850 nm en fibra multimodo. Alcanza distancias de 300 m (como se especifica en los estándares TIA / EIA-568 e ISO / IEC 1180 de cableado). Su coste es bajo En FO monomodo soporta la transmisión a 1310 nm. Se pueden conseguir distancias más largas (> 40 km) Fibra monomodo estándar puede abordar casi cualquier aplicación, dependiendo del nivel de coste

Estándares físicos de las LANs IEEE 802
Estándares físicos de las LANs IEEE 802.3ae (10GBASE-X) 10 Gigabit Ethernet (10GE) 10-gigabit Ethernet (XGbE o 10GbE) es el más reciente (año 2002) y más rápido de los estándares Ethernet. IEEE 802.3ae define una versión de Ethernet con una velocidad nominal de 10 Gbit/s, diez veces más rápido que gigabit Ethernet. Es un protocolo full-duplex y no requiere de CSMA/CD. 10GBASE-SR MMF Primera ventana a 850 nm Long. de onda pequeñas Hasta 26-82m 10GBASE-LR SMF Segunda ventana a 1310 nm Mayores long. de onda Hasta 10km 10GBASE-ER ventana a 1550 nm Hasta 40m 10GBASE-T Cobre UTP Cat6, 6a ó 7 Hasta 100m SR:Short: reach LR:long reach ER:Extended reach

El modelo de IEEE 802.ae (10 GE) Subcapas del nivel físico
Bajo el modelo de Interconexión de sistemas abiertos (OSI), Ethernet es fundamentalmente una Capa 1 y 2 del protocolo. 10 Gigabit Ethernet conserva la arquitectura fundamental de Ethernet, incluyendo el acceso al medio Protocolo de Control (MAC), el formato de trama Ethernet, y el el tamaño mínimo y máximo de la trama. Así como Gigabit Ethernet, tanto 1000BASE-X y 1000BASE-T, siguieron la norma Modelo Ethernet, 10 Gigabit Ethernet sigue la evolución de Ethernet en la velocidad y la distancia, al tiempo que conserva la misma Ethernet arquitectura utilizada en otras especificaciones Ethernet, excepto por una ingrediente clave. Desde 10 Gigabit, Ethernet es full-duplex, no es necesario el acceso múltiple por detección de portadora con detección de colisión (CSMA / CD) protocolo usado en otra Tecnologías de Ethernet. En todos los demás aspectos, 10 Gigabit Ethernet coincide con el modelo original de Ethernet. En la capa física (Capa 1), un dispositivo de capa física Ethernet (PHY) conecta los medios de comunicación óptica o de cobre a la capa MAC a través de una tecnología de conectividad: Physical Medium Attachment (PMA) or simplemente Medium Attachment Unit (MAU) Se la denomina Transceiver al emplearse para TRANSmitir y RECibir señales del medio. Este componente incluye el MDI y difiere de un medio físico a otro puesto que es precisamente la parte que acomoda la señal a cada medio. RS (subcapa de reconciliación) La RS mapea la de portadora y colisión a PLS primitivas que son entendidas por la subcapa MAC existente. Physical Layer Signaling (PLS) La subcapa de señalización física (PLS) es la porción de la capa física que realiza el acoplamiento funcional y lógico entre las MAU y la capa MAC (lleva acabo la transmisión , recepción, y decodificación). PMD Dependiente del medio físico Esta capa lleva a cabo funciones que dependen del medio, como son la trasmisión y temporización. Interactúa con el cable real. Será diferente para cada medio. 10GBASE-R (LAN) es la serie codificada PCS utilizando la codificación 64b / 66b que permite enmarcar Ethernet a una velocidad de Gbit / s. Esta tasa no se corresponde con la tasa de Gbit/s utilizados en SONET y SDH y no se accesder a una WAN basada en SONET o SDH. 10GBASE-X (LAN) utiliza métodos de codificación similares a los de 10GBASE-R pero sólo se utiliza en la definición de 10GBASE-LX4. Esto es principalmente porque LX4 opera en ambas fibras monomodo y multimodo, dándole un conjunto único de especificaciones como se define en su PMD. 10GBASE-W (WAN) define codificación para WAN de 10 GbE, que codifica los marcos de manera que sean compatibles con velocidades de datos SONET STS-192C y SDH VC-4-64 normas de transmisión que permitan 10 Gbit / s de transmisión a través de una WAN. Para ello, envolviendo el 64 / 66b de carga útil en una trama SONET, haciendo que la tasa efectiva 9,95 Gbit / s. Desde 10 Gigabit, Ethernet es full-duplex tecnología, no es necesario el acceso múltiple por detección de portadora con detección de colisión (CSMA/CD) Modelo 802 Capa de enlace LLC: logical link control MAC: media access control Medio: FO [10Gbps] MDI Conciliación 64B/66B PCS XGMII PMA PMD 10GBASE-R Medio: FO [10Gbps] MDI Conciliación 8B/10B PCS XGMII PMA PMD 10GBASE-X Medio: Cu [10Gbps] MDI Conciliación PCS XGMII PMA PMD 10GBASE-T Medio: Cu [10Gbps] MDI Conciliación WIS XGMII PMA PMD Capa física 64B/66PCS 10GBASE-W

Aplicaciones Arquitectura Metro GE con redundancia
10 Gigabit Ethernet conserva muchas de las características del protocolo Ethernet original y muchos vendedores ofrecen equipos interoperables. Esta compatibilidad reduce el costo de la infraestructura necesaria - de cableado para alojar tarjetas adaptadoras de bus y componentes de red activos bajar el costo de la implementación de 10 Gb / s Ethernet. Proveedores de la empresa y de servicios tienen la seguridad de múltiples fuentes, interoperables de 10 Gb infraestructura / s Ethernet, eliminando cualquier lock-in con el proveedor de equipos de potencial Jerarquía Ethernet 10M 100M 1.0000M M Transporte 10GE 10GE SMF 10GE SMF Centro de datos Switch L2/L3 10 Gigabit Ethernet SMF: FO monomodo

Aplicaciones Arquitectura Metro GE sin redundancia
Gigabit Ethernet ya está siendo desplegado como una tecnología de columna vertebral de las redes. Algunos proveedores de servicios podrán establecer vínculos que alcanzan 40 kilometros o mas, con fibra oscura. Acceso a centros de datos metropolitanos remotos (hasta 40km) Conexión metro LAN-to-LAN FO monomodo y multimodo Campus Campus Sede central 10Gb Switch L2/L3 10 Gigabit Ethernet Granja de Servidores

Aplicaciones Arquitectura Metro GE sin redundancia
Gigabit Ethernet ya está siendo desplegado como una tecnología de columna vertebral de las redes. Algunos proveedores de servicios podrán establecer vínculos que alcanzan 40 kilometros o mas, con fibra oscura. 10km FO oscura 10GBASE-LR Full-duplex Sede central Campus Switch L2/L3 10 Gigabit Ethernet Granja de Servidores

Aplicaciones Red de transporte METRO Pros vs. contras
Gigabit Ethernet ya está siendo desplegado como una tecnología de columna troncal de las redes metropolitanas. Algunos proveedores de servicios podrán establecer vínculos que alcanzan 40 kilometros o mas, con fibra oscura. Cisco Nexus 7000 for data center VLAN capability (802.1Q) Spanning tree routing (802.1D) at layer 2 Aggregate link capability (802.3ad) Priority capability (aggregate flow QoS) provided by 802.1p at Layer 2 and DiffServ at layer 3 Policy based QoS Traffic policing, shaping and monitoring at customer interface Mas barato que SONET y ATM En caso de fallo, tiempo de restauración de 1 sg, frete a los 50 ms de SDH Deficiente gestión de fallos y del rendimiento, comparado con ATM y SDH. Campus Red troncal GbE Switch 10 Gigabit Ethernet L2/3

Proveedor de servicios DWDM (de λ)
GE sobre DWDM Como muestra la Figura Gigabit Ethernet, como un paso natural, usará como medio físico DWDM, para desplegar aplicaciones en áreas metropolitanas. Para las redes empresariales, el acceso a los servicios de 10 Gigabit Ethernet sobre DWDM permitirán edificios sin servidor, copia de seguridad remota y recuperación ante desastres. Los proveedores de servicios Ethernet 10 Gigabit en MAN tendrán acceso a servicios de longitud de onda (gigabit oscuros) a costos muy competitivos. Campus Proveedor de servicios DWDM (de λ) 10GE Sede central OADM 10GE MAN DWDM OADM Campus 10GE OADM

Posición en el mercado Como 10 Gigabit Ethernet entra en los vendedores del mercado y equipos entregar 10 dispositivos de red Gigabit Ethernet, el siguiente paso para empresarial y redes de proveedores de servicios es la combinación de ancho de banda multi-gigabit con servicios inteligentes, lo que conduce a escala, y redes multi-gigabit inteligentes con red troncal y conexiones de servidor que van hasta 10 Gbps. La convergencia de la voz y las redes de datos que se ejecutan a través de Ethernet se convierte en un muy real opción. Y, como TCP / IP incorpora servicios mejorados y características, tales como la voz en paquetes y vídeo, la subyacente Ethernet también se puede llevar a estos servicios sin modificaciones. El estándar Ethernet Gigabit 10 no sólo aumenta la velocidad de Ethernet a 10 Gbps, sino también extiende su interconectividad y su distancia de funcionamiento de hasta 40 km. Tecnología Ethernet es actualmente la tecnología más desplegada para entornos LAN de alto rendimiento. Vectores Costos: Además, la ubicuidad de Ethernet mantiene sus costos baja, y con cada despliegue de la próxima generación de Ethernet la tecnología, los costos de implementación han mostrado una tendencia a la baja. Con la adición de 10 Gigabit Ethernet a la familia de la tecnología Ethernet, una red LAN ahora puede alcanzar mayores distancias y aún más ancho de banda 10 Gigabit Ethernet es una elección natural para la expansión, que se extiende, y la mejora de las redes Ethernet existentes

Conclusiones 10 Gigabit Ethernet es la evolución natural de la ya establecida IEEE 802.3, tanto en velocidad como en distancia Construcción de redes metro mas simple, con menos elementos (no es necesario ni ATM, ni SDH) Migración directa hacia mayores niveles de rendimiento Múltiples proveedores e con interoperabilidad garantizada

Referencias a GE [1] Joann Zimmerman: Ethernet: The Definitive Guide, 2nd Edition. O'Reilly Media, Inc [1] Steve McQuerry: Cisco LAN Switching Configuration Handbook. Cisco Press

Metro Ethernet

Noción de red metropolitana
La red de metro es el primer tramo de la red que conecta los abonados y las empresas a la WAN. Las diferentes entidades atendidas incluyen los clientes residenciales y empresariales, ejemplos de los cuales son grandes empresas, la pequeña oficina, la oficina en casa (SOHO), pequeñas y medianas empresas (pymes), etc. La porción de la red metro que llega hasta el cliente se le llama la última milla, para indicar el último tramo de la red del operador. Gran empresa SOHO pyme CPE pyme Acceso Red Troncal Borde Metro (Acceso) CPE (Last mile) SOHO SOHO

Ethernet en la Red Metro
En general el término Metro Ethernet se aplica a redes de operador. Una Red Metro Ethernet es cualquier red (de operador) destinada a suministrar servicios Metropolitanos Ethernet. Técnicamente, ofrece servicios L2VPN FR y ATM son las L2 VPNs tradicionales Causas del uso de Ethernet como tecnología de acceso: La Tecnología Ethernet, hasta el momento, ha sido ampliamente aceptada en implementaciones empresariales, y millones de puertos Ethernet ya se han desplegado El coste y facilidad de uso de Ethernet están motivando a las redes de transporte a utilizar Ethernet como tecnología de acceso. Ventajas: Escalabilidad de ancho de banda Granularidad Rápida Implementación

Metro Ethernet Forum Misión Objetivos
Estandarizar y acelerar la adopción de la tecnología y servicios Ethernet a nivel de operador Objetivos Construir consenso y unir a los proveedores de servicios, proveedores de equipos y clientes finales sobre Ethernet así como establecer las especificaciones técnicas e interoperabilidad Definir servicios Ethernet para las redes de transporte Metropolitanas Seleccionar la tecnologías de transporte de Ethernet para áreas metro “carrier-class”, especificando arquitecturas, protocolos y gestión Mejorar la conciencia mundial sobre los beneficios de los servicios Metro Ethernet

Modelo de referencia de una red Ethernet Metropolitana [1]
QiQ se refiere a IEEE 802.1ad es una enmienda a IEEE estándar IEEE 802.1Q La técnica también se conoce como VLANs apiladas, o simplemente QinQ Una Red Ethernet Metropolitana (MEN) se la puede definir como una red que conecta LANs geográficamente separadas a través de una MAN Los equipos de abonado (CE) se conectan a través de una interfaz estandarizada llamada UNI CE (customer equipment): puede ser un , router, switch UNI (User Network Interface) Ethernet a 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps 0 10Gbps Customer Equipment (CE) se conecta a través de UNI MEN (Metro Ethernet Network) Puede usar distintas tecnologías de transporte y de provisión de servicio: SONET/SDH, WDM, PON, RPR, MAC-in- MAC, QiQ (VLAN stack), MPLS UNI UNI CE CE MEN (Operador) SDH, WDM,, RPR, MAC-in-MAC, QiQ (VLAN stack), MPLS QiQ se refiere a IEEE 802.1ad

Modelo de referencia de una red Ethernet Metropolitana [2] Según MEF
Funcionalmente la UNI es un elemento funcional asimétrico, se compone de un lado del cliente, referido como el UNI-C, y un lado de red, denominado el UNI-N El término UNI se utiliza para referirse a estos dos elementos funcionales, y genéricamente, a las funciones del plano de datos, gestión y control asociados con ellos.

Red de transporte multiservicio
Arquitectura de MEN Si recurrimos al modelo NGN, los servicios metropolitanos Ethernet (ETH) se sitúan en el estrato de servicios, estando soportados por el estrato de transporte Aplicaciones IP VoIP MPLS VoD Servicios Ethernet Red de transporte multiservicio (802.3 PHY, SDH, MPLS, OTN,…)

Servicios de MetroE Ethernet Virtual Connection (EVC)
EVC: es una asociación entre dos o más UNI. Es como un tubo virtual que proporciona al usuario servicios extremo a extremo atravesando múltiples redes MEN (Metro Ethernet Network). Un EVC tiene dos características: Está creada por el proveedor del servicio para un cliente Una trama enviada en un EVC puede ser enviada a uno o más UNIs del EVC: Nunca será enviada de vuelta al UNI de entrada. Nunca será enviada a un UNI que no pertenezca al EVC. Las EVCs pueden tener 2 topologías: Punto a punto (E-Line) Multipunto a multipunto (E-LAN) Un EVC, por tanto, puede ser usado para construir una VPN (Virtual Private Network) de nivel 2. Cada tipo de servicio ofrecido por una MEN tiene un conjunto de atributos de servicio y sus correspondientes parámetros que definen las capacidades del mismo

Servicios de MetroE Ethernet Virtual Connection (EVC) E-Line
Una E-Line proporciona una conexión Ethernet P2P entre 2 UNIs. Los datos enviados por un abonado pueden ser recibidos por un UNI. MetroE (ME) es una red multiservicio, por ello puede soportar una gama amplia de aplicaciones, contando con mecanismos como soporte a trafico "RTP" (tiempo real) de aplicación a la telefonía Ip y Video IP UNI CE MEN (Operador) IP PABX CE

Servicios de MetroE Ethernet Virtual Connection (EVC) E-Line
Servicios de MetroE Ethernet Virtual Connection (EVC) E-Line. Implementación. CIR=Committed Information Rate CBS=Committed Burst Size Dentro del tipo de servicio E-Line se incluye una amplia gama de servicios. El más sencillo consistente en un ancho de banda simétrico para transmisión de datos en ambas direcciones (y no fiable), entre dos interfaces UNI a 10 Mbit/s. Un servicio más sofisticado considerado dentro del tipo de servicio E-Line sería, por ejemplo, una línea E-Line, que ofrezca un CIR concreto junto con una EIR, y, adicionalmente, un retardo, asegurados entre dos interfaces UNI. EIR= Excess Information Rate EBS= Excess Burst Size UNI UNI VLAN 100 MEN VLAN 200 UNI

Servicios MetroE Parámetros de trafico: CIR y EIR
El control de tráfico en MetroE se basa en la especificación de varios parámetros, el más importante de los cuales es el denominado CIR (Committed Information Rate), que es la velocidad garantizada, en bits por segundo, que el proveedor del servicio se compromete a proporcionar. En el caso de circuitos permanentes el CIR se especifica en el momento de configurar los equipos; en el de circuitos conmutados es solicitado por el usuario en el momento de efectuar la llamada; en este último caso la red puede tener que rechazar la llamada si no dispone de la capacidad solicitada. Un segundo parámetro, conocido como EIR (Excess Information Rate), especifica un caudal adicional que el usuario no deberá superar nunca, ya que las tramas recibidas por encima de este valor serán directamente descartadas por el conmutador. El parámetro EIR (Excess Information Rate) fija en que medida el usuario puede exceder el CIR. Es una especie de tolerancia que se le da a fin de que el usuario pueda aprovechar momentos de baja carga en la red. Cuando la red se encuentra saturada (por ejemplo en horas punta) el usuario se verá limitado al CIR y no podrá aprovechar el EIR, mientras que en momentos en que la red tenga muy poco tráfico podrá disfrutar de todo el EIR (y por supuesto de todo el CIR). Bajo ninguna circunstancia podrá el usuario inyectar en la red un caudal superior a la suma del CIR y el EIR. El conmutador Frame Relay al que esta conectado el equipo del usuario realiza una monitorización permanente del tráfico que el usuario inyecta en la red por el circuito virtual. Si el usuario no supera en ningún momento el CIR sus tramas viajarán todas con el bit DE (Discard Elegibility) a cero; sin embargo, si el usuario excede dicha capacidad el conmutador Frame Relay pondrá a 1 el bit DE en aquellas tramas que se encuentren (en todo o en parte) por encima de la capacidad especificada en el CIR. t Kbps Trafico descartado 1 GbE Interfaz física necesaria Trafico no garantizado CIR+PIR 100 MbE CIR Trafico garantizado 10 MbE 1.5M M M M Ancho de banda suministrado CIR (Committed Information Rate): velocidad comprometida por el operador. EIR (Peak Information Rate), especifica un caudal adicional

Servicios de MetroE Ethernet Virtual Connection (EVC) E-LAN
Una E-LAN suministra una conectividad MP2MP entre tres o más UNIs, con un ancho de banda dedicado. UNI CE MEN (Operador) IP PABX CE UNI UNI

Servicios de MetroE Ethernet Virtual Connection (EVC) E-LAN
Servicios de MetroE Ethernet Virtual Connection (EVC) E-LAN. Implementación. El tipo de servicio E-LAN proporciona conectividad multipunto a multipunto). Los datos enviados desde un UNI llegarán a 1 ó más UNIs de destino. Cada uno de ellos está conectado a un EVC multipunto. Desde el punto de vista del usuario, la E-LAN se comporta como una LAN. Hay 2 opciones: Extensión LAN corporativa/Campus Extensión LAN sobre WAN Ruters y/o Switches como dispositivos CE UNI UNI CE MEN CE CE UNI

Las VLANs en MetroE MetroE es transparente las VLANs de los abonados
Servicio de multiplexación: A UNI con el servicio de multiplexación atributo deben ser capaces de soportar múltiples EVC (ver figura). Punto a punto y multipunto a multipunto EVC puede ser multiplexados en cualquier combinación en la UNI. MetroE es transparente las VLANs de los abonados Significa que el proveedor del servicio no cambia el identificador de la Vlan El abonado decide la extensión de sus VLANs UNI UNI P2P MPto UNI UNI UNI UNI VLANs multiplexadas: A cada VLAN le corresponde un EVC Las UNIs con el servicio de multiplexación son capaces de soportar múltiples EVC (ver figura), con topología P2P y multipunto a multipunto, combinadamente VLANs agrupadas: Todas la VLANs van por un EVC Esto es posible si las UNIs tienen el atributo de servicio bundling, lo que permite mapear las VLANs del abonado sobre un EVC

Beneficios de MetroE Presencia y capilaridad prácticamente universal en el ámbito metropolitano Tiene una alta fiabilidad, ya que los enlaces de cobre Metro Ethernet, están constituidos por múltiples pares de en líneas de cobre (MAN BUCLE) Fácil uso: Interconectando con Ethernet se simplifica las operaciones de red, administración, manejo y actualización. Amplio uso: se emplean interfaces Ethernet que son las más difundidas Bajo costo: Los servicios Ethernet ofrecen un bajo costo en la administración, operación, y funcionamiento de la red. Ancho de banda: Los servicios Ethernet permiten a los usuarios acceder a conexiones de banda ancha a menor costo. Flexibilidad: Las redes de conectividad mediante Ethernet permiten modificar y manipular de una manera más dinámica, versátil y eficiente, el ancho de banda y la cantidad de usuarios en corto tiempo.

Ethernet Virtual Connection (EVC) E-Line Ejemplo
La Figura muestra el portador que entrega conectividad a Internet a tres clientes. El switch está recibiendo tramas sin etiquetar de los routers CPE ubicados en cada local del cliente. El portador inserta una etiqueta VLAN 10 para todo el tráfico de clientes de 1, VLAN 20 para el tráfico de clientes de 2 y VLAN 30 para el tráfico de clientes de 3. Asimismo el operador utiliza las etiquetas VLAN para separar el tráfico de los tres de los clientes dentro de su propia red. En un edificio el operador instala un conmutador en el sótano que ofrece múltiples conexiones Ethernet a diferentes pequeñas oficinas en el edificio. En este caso, desde una perspectiva de portador, cada cliente se identifica por el puerto de interfaz Ethernet físico al que el abonado se conecta A cada cliente se le da identificadores de servicios similares a FR de conexión de enlace de datos (DLCI), que identifican EVCs sobre el cual viaja el tráfico del cliente. En el identificador es el ID de VLAN dado por el operador el se convierte en ese identificador. Edificio Tráfico de abonado etiquetado o sin etiquetar Abonado1 CE Abonado2 CE Abonado3 CE EVC1:VLAN 10 EVC2:VLAN 20 EVC3:VLAN 30 Red Metro E Switch del operador

Referencias a MetroE [1] MEF: Metro Ethernet networks-A technical Overview. [2] Sam Halabi: Metro Ethernet . Cisco Press. [3]

Redes RPR Resilient Packet Ring

Introducción El protocolo Resilient Packet Ring, (Anillo de recuperación de paquetes), normalizado como IEEE , nace como necesidad de una nueva forma de transporte de datos. RPR trata de responder con tecnología Ethernet a las carencias de SONET/SDH y a su obsolescencia en las redes en anillos de fibra óptica para redes MAN. RPR es un protocolo de nivel 2 que proporciona un servicio de transmisión de paquetes no orientado a conexión entre elementos de un anillo (inspirado en Ethernet) sin renunciar a la QoS Un objetivo principal de la norma RPR es ser independiente de los medios físicos. De aquí que RPR pueda trabajar sobre fibra oscura, WDM, SONET / SDH, Ethernet o Gigabit.

Características esenciales
RPR utiliza un anillo bi-direccional que consta de dos anillos de fibra contra-rotación simétrica como se muestra en la Figura 1. Uno de los anillos se llama el "anillo exterior" mientras que el otro se llama el "anillo interior". Para reducir la confusión, nos referimos a los anillos exteriores e interiores como los bucles, mientras que todo el anillo formado por los dos bucles es conocido como el anillo. Los dos bucles pueden ser utilizados simultáneamente para ambos paquetes de tráfico y de control. Un nodo participar opera mediante el envío de paquetes de tráfico en una dirección (aguas abajo) y el envío de los paquetes de control asociadas en la dirección opuesta (aguas arriba) en el otro tirabuzón. El uso simultáneo de las dos fibras es una clara ventaja para el RPR sobre SDH / SONET anillos donde en SDH / SONEET uno de los anillos es totalmente dedicada a la protección del tráfico. Topología de doble anillo que proporciona rutas alternativas Los anillos son contra- direccionales y ambos transportan paquetes de datos y control (primario y secundario) En caso de fallo de la red, se utilizará el camino secundario de modo automático en un tiempo de convergencia no superior a 50 ms Se incorpora QoS Soporta tramas Ethernet, IP y MPLS Coste menor que las tecnologías WAN ANILLO Bucle exterior (Tráfico) Bucle interior (control) enlace Rizo o ringlet Medio físico FO oscura, WDM, SONET/SDH

Funcionamiento normal
Tipos de tráfico Real Time, GIR Low Delay/Jitter, CIR+EIR Best Effort Plug-and-play Descubrimiento automático de la topología Robusto Menos de 50 ms en detectar un fallo y restaurarlo Red sin un punto simple de fallo

Arquitectura de los nodos
Una arquitectura de nodo RPR simplificado se muestra en la figura. Un RPR contiene las colas separadas para el trafico local (verde y morado) y el tráfico de tránsito (azul), que no se origina o acaba en el nodo. Las colas que manejan el tráfico local se nombran las colas de transmisión y pide el estándar para tres colas, una para cada una de las tres clases. RPR define tres clases de servicio para el tráfico de usuarios: la clase A o de prioridad alta calidad, de clase B o de prioridad media y clase C o de tráfico de baja prioridad. Clase A se asigna con una tasa de información comprometida (CIR) y proporciona más bajo retardo y jitter de extremo a extremo. Clase B se asigna un determinado CIR y proporciona acotada retardo MAC y fluctuación de la cantidad de tráfico en el perfil en el CIR. El exceso de tráfico por encima del CIR se conoce como el exceso de velocidad de información (EIR) de tráfico de clase B. Clase C es principalmente un "best-effort" / clase de servicio oportunista que utiliza lo que queda de la capacidad de la red. Tráfico de Clase B EIR se trató de forma similar al tráfico de clase C. Este tráfico está sujeto a la operación de equidad distribuido del protocolo RPR y se marca como el tráfico-equidad elegibles (FE). Control de tráfico se envía normalmente como el tráfico de la clase A. Para el tráfico de tránsito, hay dos posibles implementaciones. La primera versión utiliza dos colas de tránsito: una cola de tránsito primario (PTQ) para la clase A de tráfico de tránsito y una cola de tránsito secundario (CCT) para las clases B y C del tráfico. La segunda versión implementa una cola de un tránsito para todos los tipos de tráfico de tránsito (que también se denomina un PTQ en este caso). Además de la puesta en cola de transmisión y tráfico tránsito, todo el tráfico tiene la forma / ratecontrolled a fin de mantener garantías clase de servicio. Sin embargo, ninguna limitación de tráfico se aplica al tráfico de tránsito en el PTQ. RPR consta de nodos conectados por enlaces punto-a-punto. En cada nodo, el tráfico que no está destinado para el nodo, simplemente pasa a través suyo (cola de trásito) La entidad MAC en cada nodo realiza tres funciones: "añadir" para la inserción de tráfico (tramas) de abonados desde el nodo, "Soltar" o la eliminación del tráfico (tramas) con destino a un abonado en el nodo, y "pasar" o transferencia directa de tráfico de tránsito de un enlace de red a otro. En este caso no se procesa la trama, pero puede alterar la cola de tránsito según la prioridad Colas Tx Clase A Cola Rx Clase B Clase C Soltar (DROP) Añadir (ADD) Bucle Exterior (outner) Buffers O-Rx Cola de tránsito O-Tx O-Tx Cola de tránsito O-Rx Bucle Interior (inner)

Capas RPR vs otros estándares IEEE similares
FISICA MAC LLC 802.10 Seguridad 802.1 Gestión 802.2 (LLC) 802.3 Ethernet 802.4 Token bus 802.5 Token ring 802.11 WLAN 802.14 CATV 802.17 RPR

El modelo de IEEE 802.17 Subcapas del nivel de ENLACE
Capa física Capa de enlace LLC MAC control MAC datapath Capa de enlace LLC MAC control MAC datapath Tramas de cliente Tramas de control Tramas de datos Capa física Medio

Protección ante fallo En la protección, se supone que el anillo RPR se compone de dos bucles contra-rotativos. Si se detecta un fallo de enlace o nodo, el tráfico que va hacia el fallo se envuelve de nuevo a ir en la dirección opuesta en el otro anillo. Por ejemplo, considere el anillo 5 nodo se muestra en la Figura 6. Antes del corte de fibra nodo 4 envío al nodo 2 a través de la ruta de acceso del anillo 0). Cuando se produce un corte de fibra entre el nodo 5 y 1, una envoltura del tráfico se produce y el tráfico entre 5 y 1 pasa por el anillo interior 1. Es de señalar aquí que envoltura se controla a través de un SDH mensajes de señalización BLSR SONET /-como Ante un simple fallo RPR proporciona una restauración en menos de 50 ms Fallo detectado Ruta alternativa inicial 4¾¾0®5¾¾1®4¾¾1®3¾¾1®2¾¾1®1¾¾0®2 Fallo detectado Ruta optimizada 4¾¾1®3¾¾1®2 Envío de una trama del nodo 4 al 1 4¾¾0®5¾¾0®1¾¾0®2 Nodo 1 Nodo 1 Nodo 1 Nodo 5 Nodo 3 Nodo 2 Nodo 4 Nodo 5 Nodo 3 Nodo 2 Nodo 4 Nodo 5 Nodo 3 Nodo 2 Nodo 4 Anillo 1 (interior) Anillo 0 (exterior)

Arquitectura MAN con RPR
Para una ciudad pequeña o mediana empresa, se puede hacer uan MAN con un anillo RPR. Uno o dos de las estaciones puede ser utilizado como el núcleo y la salida en enlace ascendente a la red troncal. Otras estaciones están desplegadas en las oficinas importantes de la ciudad Oficinas subsidiarias Ethernet Acceso y distribución (Oficinas centrales) Anillo RPR metro Internet Oficinas subsidiarias

Arquitectura jerarquizada con RPR Anillos de acceso
Para una ciudad pequeña o mediana empresa, se puede hacer una MAN con un anillo RPR. Uno o dos de las estaciones puede ser utilizado como el núcleo y la salida en enlace ascendente a la red troncal. Otras estaciones están desplegadas en las oficinas importantes de la ciudad Internet ANILLOS INTERSECTADOS Dos puntos de conexión, mayor fiabilidad Anillo troncal metro (10G) Anillo de acceso (2.5G) FastEthernet (100M) Anillo de acceso (2.5G)

Implementación de RPR IEEE es un estándar que asimila en principio cualquier implementación de capa física. Sin embargo, a día de hoy la tecnología RPR hoy puede ser desplegada en tres escenarios : Directamente sobre fibra óptica oscura, en este caso la interfaz física puede ser SONET/SDH o Ethernet En infraestructuras WDM con nodos OADM En infraestructuras SONET/SDH con nodos ADM λ2 OADM FO oscura λ1 OADM OADM OADM

QoS RPR define 3 clases de servicio para el tráfico:
Clase A: Tráfico de alta prioridad conforme al CIR reservado para esta clase. El tráfico clase A minimiza la latencia y las variaciones en la demora “jitter. Existen dos variantes de esta clase: A0 que reserva el ancho de banda en el anillo (equivalente a un circuito en SONET/SDH) y que por tanto no puede utilizarse por otras comunicaciones y… A1 que igualmente es tráfico de la más alta prioridad pero que permite disponer del ancho de banda que no esté utilizando, por otras comunicaciones Clase B: Tráfico de prioridad media conforme al CIR reservado para esta clase que no reserva ancho de banda. El tráfico contratado que excede al CIR contratado se marca elegible para ser descartado Clase C: Proporciona un servicio de mejor esfuerzo, sin garantías y no hay límites en el retraso o la fluctuación de tráfico. Todo el tráfico está marcado como descartable

Ventajas vs inconvenientes
Reduce CAPEX y OPEX Menos complejidad Escalable Protección contra fallos QoS Independiente de las capas inferiores y superiores Ventajas La distancia depende del medio físico HW muy especializado Peligro de dependencia de un solo proveedor Inconvenientes

Referencias acerca de RPR
[1] Vivek Alwayn. Optical Network Design and Implementation. Cisco press [2] Kok-Keong Lee. Building Resilient IP Networks. Cisco press

Redes Celulares (Mobile Networks)

Caracterización de la transmisión radio
Las redes móviles presentan características de transmisión muy diferentes de las de las redes tradicionales fijas. Estas características tienen su origen tanto en la propia naturaleza del medio físico utilizado (el canal radio) como en los efectos debidos a la movilidad. Las redes móviles presentan características de transmisión muy diferentes de las de las redes tradicionales fijas. Fundamentalmente son dos las características diferenciales del canal radio móvil frente a la red fija: las altas tasas de error y el ancho de banda reducido.

Causas de los errores en los canales radio (1)
Potencia de la señal: la potencia de la señal entre la antena y la unidad móvil debe ser lo suficientemente fuerte para mantener la calidad de la señal en la recepción, sin llegar a interferir demasiado con canales de otras celdas que estén utilizando la misma banda de frecuencias. Existen numerosos factores que complican este fenómeno. En primer lugar, la potencia de la señal disminuye con el aumento (distancia)2 entre la antena y cualquier punto dentro de su celda. El ruido de origen humano. Pe. el ruido de encendido de los coches en el rango de las frecuencias que se utilizan en sistemas celulares es mayor en las ciudades que en zonas suburbanas. Por último, la potencia de la señal varía dinámicamente con el movimiento de la unidad celular Atenuación: ley del cuadrado inverso de la distancia

Causas de los errores en los canales radio (2)
Los obstáculos reducen el nivel de la señal captada por el receptor. Esta atenuación, inherente al canal radio, es conocida como desvanecimiento lento o ensombrecimiento (shadow fading o shadowing). La reducción en el nivel de la señal por causa de este desvanecimiento es transitorio si el obstáculo en cuestión, el emisor o bien el receptor, están en movimiento. La duración de la pérdida de señal puede durar unos pocos milisegundos o, incluso, prolongarse varios segundos dependiendo de factores como la naturaleza del obstáculo o la velocidad del terminal. Los obstáculos reducen el nivel de la señal captada por el receptor. Esta atenuación, es conocida como desvanecimiento lento o ensombrecimiento (shadowing). La señal radio también puede verse sometida a reflexiones en obstáculos presentes en el camino. Este fenómeno, conocido como propagación multicamino, puede ocasionar la llegada al receptor de señales con diferencias de fase tales, que su suma dé lugar a una interferencia destructiva cuyas consecuencias pueden llegar hasta la cancelación mutua, es decir, la eliminación total de la potencia de señal en recepción Reflexión Desvanecimiento y dispersión Reflexión Interferencia multicamino

Los efectos de la movilidad Latencias
Cuando el usuario del terminal móvil cambia de celda, se lleva a cabo el proceso de traspaso (handover), el cual transfiere el control de la comunicación desde la estación base inicial a una nueva estación base con cobertura en la nueva celda. Durante el intervalo de tiempo que dura este proceso, los paquetes destinados al móvil y aquellos transmitidos por éste no pueden ser enrutados. Esto provoca pausas o latencias en la comunicación.

Los efectos de la movilidad Desconexiones
La estación base actual mantiene la conexión hasta que recibe la señal de indicación de presencia procedente de la nueva estación base y puede el terminal actualizar la tabla; sin embargo, hasta ese momento, el terminal continúa enviando paquetes que, inevitablemente, no llegan a su destino. Por otro lado, también los paquetes destinados al terminal móvil se pierden ya que la estación base no detecta que el móvil ha abandonado su celda hasta que la nueva estación base se lo notifica explícitamente, lo cual no ocurre hasta que el móvil se conecta a ella. En algunas ocasiones, el usuario móvil puede entrar en zonas de sombra, es decir, zonas en las que ninguna estación base puede darle cobertura. En estos casos, se producen desconexiones temporales que suponen la pérdida de paquetes. Cuando el terminal móvil sale de la celda inicial y entra en la zona de sombra y sigue apuntando a la anterior estación base, el terminal continúa enviando paquetes que, inevitablemente, no llegan a su destino. Por otro lado, también los paquetes destinados al terminal móvil se pierden ya que la estación base no detecta que el móvil ha abandonado su celda hasta que la nueva estación base se lo notifica explícitamente, lo cual no ocurre hasta que el móvil se conecta a ella. Desconexión

Introducción a la arquitectura de la telefonía móvil (celular)
La telefonía móvil es la comunicación a través de dispositivos que no están conectados mediante cables. El medio de transmisión es el aire y el mensaje se envía por medio de ondas electromagnéticas. Para la comunicación, se utiliza el teléfono móvil, que es un dispositivo inalámbrico electrónico que se usa para tener acceso y utilizar los servicios de la red de telefonía móvil. En la mayor parte de América Latina el teléfono móvil se llama también teléfono celular, debido a que el servicio funciona mediante una red de celdas, donde cada antena repetidora de señal es una célula, si bien también existen redes telefónicas móviles. La telefonía móvil básicamente está formada por dos grandes partes: una red de comunicaciones y los terminales que permiten el acceso a dicha red (Wiki). En su operación, el teléfono móvil establece comunicación con una estación base y, a medida que se traslada, los sistemas computacionales que administran la red van transmitiendo la llamada a la siguiente estación base de forma transparente para el usuario. Es por eso que se dice que las estaciones base forman una red de celdas, sirviendo cada estación base a los equipos móviles que se encuentran en su celda. La telefonía móvil digital consiste en la combinación de una red de estaciones transmisoras o receptoras de radio (estaciones base o BTS) y una serie de centrales telefónicas de conmutación (MSC y BSC), que posibilitan la comunicación entre terminales telefónicos portátiles (teléfonos móviles) o entre terminales portátiles y teléfonos de la red fija tradicional. BSS SSS Red telefónica fija RTC BTS: Base Transceiver Station BSC: Base Station Controller (BSC), SSS: Switching sub-system BSS: Base Station sub-system MSC: Mobile Switching Center BTS BSC MSC BTS BTS

Arquitectura básica de una red móvil
En el centro de cada celda se encuentra la estación base (BTS). Cada BTS contiene una antena, un controlador (BSC) y una serie de transceptores para la comunicación sobre los canales asignados a dicha celda. El controlador (BSC) se usa para gestionar el proceso de llamada entre la unidad móvil y el resto de la red. En un instante dado pueden estar activos una serie de usuarios móviles, moviéndose dentro de la celda y comunicándose con la BTS. Cada BSC se encuentra conectada con una central de conmutación de telecomunicaciones móviles (MSC), de tal forma que una MSC puede prestar servicio a múltiples BTS. El enlace entre una MSC una BSC es normalmente cableado, aunque un enlace inalámbrico es también posible. La MSC es la responsable de conectar las llamadas entre las unidades móviles y se encuentra también conectada con la red pública de telefonía o telecomunicaciones, de forma que es posible establecer conexiones entre un usuario fijo de la red pública y un usuario móvil en la red celular. La MSC se encarga de asignar un canal de voz a cada llamada, realizar los traspasos y supervisar las llamadas para obtener la información pertinente para su facturación.

Red Telefónica Básica Arquitectura actual El subsistema de conmutación (SSS)
Punto de Control de Servicio (SCP): el SCP proporciona acceso a la base de datos de abonado IN y está conectado a un Sistema de Gestión de Servicio. Las RTBs de hoy tienen una arquitectura orientada a servicios, que separan las funciones de control del servicio de la funcionalidad de conmutación. Las centrales pueden ser de dos tipos: SSP o punto de conmutación de servicio, que es la central que responde inicialmente (cuando una persona que llama marca un número de teléfono) y proporciona la funcionalidad de conmutación El SCP o punto de control de servicio, que valida y autentifica la petición de servicio de la SSP . El SCP da las órdenes y respuestas para completar la llamada. Ordenes para completar la llamada SCP Traspaso del control SSN7 Encaminamiento SSP Desde el SSP se completa la llamada Nº:XXXXXX Petición de servicio SSP SSP SSP SSP SSN7 Signaling System No.7 (SSN7)

Funcionamiento de una red móvil Conexión
Inicialización de la unidad móvil: 1) cuando la unidad móvil es encendida, busca y selecciona el canal de control de mayor potencia. Las celdas con bandas de frecuencias diferentes lo difunden periódicamente sobre distintos canales de establecimiento. El receptor selecciona el más potente y lo monitoriza. El efecto de este proceso es que la unidad móvil ha seleccionado automáticamente la antena de la BTS de la celda dentro de la cual operará. 2) A continuación tiene lugar, a través de la BTS, una negociación entre la unidad móvil y la MSC que controla la celda (solicitud de conexión). Mediante esta negociación se identifica al usuario y se registra su localización. Este proceso de rastreo se repite periódicamente mientras que el usuario se encuentre activo con objeto de registrar el movimiento de la unidad. Si ésta entra en una nueva celda, entonces una nueva BTS es seleccionada. 2) Solicitud de conexión: identificación de usuario y localización 1 ) Monitorización y selección de BTS MSC MSC

Funcionamiento de una red móvil Llamada
1) Inicio de llamada desde móvil: una unidad móvil origina una llamada enviando el número de la unidad a la que se llama a través del canal de establecimiento preseleccionado. El receptor en la unidad móvil comprueba en primer lugar que el canal de establecimiento esté libre examinando la información en el canal de ida (procedente de la BTS). Una vez que se detecta libre, la unida móvil puede transmitir sobre el correspondiente canal de retorno (hacia la BTS). La BTS envía entonces la solicitud hacia la MSC. 2) Localización: a continuación, la MSC intenta completar la conexión con la unidad a la que se llama. Para ello, envía un mensaje de localización a ciertas BTS en función del número móvil al que se está llamando. Cada BTS transmite la señal de localización en el canal de establecimiento que tiene asignado. 3 ) Aceptación de la llamada: la unidad móvil llamada reconoce su número en el canal de establecimiento que monitoriza y responde a la BTS, la cual envía la respuesta a la MSC. La MSC establece un circuito entre la BTS que llama y la que recibe la llamada. Al mismo tiempo, la MSC selecciona un canal de tráfico disponible dentro de la celda de cada BTS y notifica a las mismas, las cuales informan a las dos unidades móviles involucradas. Tras esto, las dos unidades móviles sintonizan los respectivos canales que les han sido asignados. 2) Localización y aceptación 3) Llamada establecida 1 ) Solicitud MSC MSC MSC

Evolución de la telefonía móvil
FMV: full motion video UMTS está gestionado por la organización 3GPP, también responsable de GSM, GPRS y EDGE. La tecnología HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), también denominada 3.5G, 3G+ o mini 3G High-Speed Uplink Packet Access (HSUPA) is a 3G mobile telephony protocol in the HSPA family with up-link speeds up to 5.76 Mbit/s. The name HSUPA was created by Nokia. Evolution-Data Optimized (EV-DO, EVDO, etc.) is a telecommunications standard for the wireless transmission of data through radio signals, typically for broadband Internet access. EV-DO is an evolution of the CDMA2000 (IS-2000) standard that supports high data rates and can be deployed alongside a wireless carrier's voice services LTE, an abbreviation for Long-Term Evolution, commonly marketed as 4G LTE, is a standard for wireless communication of high-speed data for mobile phones and data terminals. It is based on the GSM/EDGE and UMTS/HSPA network technologies, increasing the capacity and speed using a different radio interface together with core network improvements.[ [STAL01] William Stallings: Comunicaciones y Redes de Computadores. Prentice Hall Servicio Avanzado de Telefonía Móvil (AMPS, Advanced Mobile Phone Service), desarrollado por AT&T. Acceso múltiple por división de código (CDMA). GSM (Global System for Mobile Communications – Sistema Global para las comunicaciones Móviles) Los SMS (Short Messages Service, servicio de mensajes cortos) se transmitían inicialmente por canales auxiliares de señalización interna de las redes, diseñados para transmitir muy poca información. Una tarjeta SIM (acrónimo en inglés de subscriber identity module, en español módulo de identificación de abonado) es una tarjeta inteligente desmontable usada en teléfonos móviles y módems HSPA o LTE que se conectan al puerto USB. Las tarjetas SIM almacenan de forma segura la clave de servicio del suscriptor usada para identificarse ante la red, de forma que sea posible cambiar la línea de un terminal a otro simplemente cambiando la tarjeta. La Conferencia Europea de Administraciones de Correos y Telecomunicaciones (CEPT, siglas de su nombre en francés Conférence européenne des administrations des postes et des télécommunications) es un organismo internacional que agrupa a las entidades responsables en la administración pública de cada país europeo de las políticas y la regulación de las comunicaciones, tanto postales como de telecomunicaciones. General Packet Radio Service (GPRS) o servicio general de paquetes vía radio creado en la década de los 80 es una extensión del Sistema Global para Comunicaciones Móviles (Global System for Mobile Communications o GSM) para la transmisión de datos mediante conmutación de paquetes. Existe un servicio similar para los teléfonos móviles, el sistema IS-136. Permite velocidades de transferencia de 56 a 114 kbps 1980 1990 1999 2001+ 2005 2010 1G Analógico. Solo voz. Celda: 20km. No estandarizado 2G Digital. Cifrado. SMS. SIM 20kbps. Estándar CEPT 2.5G Digital. SMS.MMS. WAP.P2P. 114kbps (GPRS) 3G FMV. Música Juegos 3D. Web. 2 Mbps (UMTS). Estándar 3GPP 3+G 3G potenciado 14Mbps 4G Convergencia de EVDO y UMTS 300Mbps AMPS USA TMA España IS-95A USA,… GSM Mundial IS-95A está basado en CDMA IS-95B USA,… GPRS HSCSD Europa EDGE CDMA2000 USA UMTS Eur, Jap UMTS está basado en WCDMA EV-DO USA, Can HSDPA HSUPA HSPA+ LTE Eur, Jap

GSM Introducción Su extensión a 3G se denomina UMTS y difiere en su mayor velocidad de transmisión, el uso de una arquitectura de red ligeramente distinta y sobre todo en el empleo de diferentes protocolos de radio (W-CDMA). Un cliente GSM puede conectarse a través de su teléfono con su computador y enviar y recibir mensajes por correo electrónico, faxes, navegar por Internet, acceder a la red informática de una compañía (red local/Intranet), así como utilizar otras funciones digitales de transmisión de datos, incluyendo el servicio de mensajes cortos (SMS) o mensajes de texto El sistema global para las comunicaciones móviles (del inglés Global System for Mobile communications, GSM) es el primer sistema estándar de telefonía móvil digital (1991). GSM se considera, por su velocidad de transmisión y otras características, un estándar de segunda generación (2G). Lanzamiento en España de MoviStar, y competidor Airtel (ahora Vodafone) en En 1998 llega Amena (ahora Orange)

GSM MS: Estación móvil MS = Terminal +SIM
Como equipo, la MS proporciona la plataforma física para el acceso, pero es "anónima” y no puede funcionar con la red hasta que se la "personaliza" mediante la inserción de una "tarjeta inteligente" (smart card) denominada módulo de identidad de abonado, SIM (Subscriber Identity Module) donde figura, entre muchas informaciones, la identidad del abonado IMSI (International Mobile Subscriber Identity) dentro de la red. La SIM además contiene los algoritmos de cifrado, datos de configuración de la red (celda de localización, frecuencias de la estación base, etc) y almacena mensajes cortos provenientes de la red MS = Terminal +SIM La MS funciona mediante la inserción de una "tarjeta inteligente" (smart card) denominada módulo de identidad de abonado, SIM (Subscriber Identity Module) donde figura, entre muchas informaciones, la identidad del abonado IMSI (International Mobile Subscriber Identity) dentro de la red En GSM se considera por separado al usuario (SIM) y a los terminales, lo que aumenta la movilidad personal, pues la SIM puede insertarse en cualquier terminal homologado y acceder con ello a los servicios abonados.

8 Time Slots (Traffic Channel =TCH)
GSM Acceso radio GSM-900 and GSM-1800 are used in most parts of the world: Europe, Middle East, Africa, Australia, Oceania (and most of Asia). La Modulación por desplazamiento mínimo gaussiano, también conocida por su acrónimo en inglés GMSK (Gaussian minimum shift keying), es un esquema de modulación digital por desplazamiento de frecuencia de fase continua, similar a la MSK. El terminal móvil no es consciente de tener una dirección IP ni tiene la pila IP, sino que la pila IP está implementada en el PC. El móvil solo establece una conexión de datos contra un ISP, haciendo una llamada de datos al número de teléfono del ISP. Traffic channels (our focus is in speech service) Full rate: 9.6 kbps for speech (1 time slot/radio frame) Half rate: 4.8 kbps for speech (1 time slot in alternating radio frames) Acceso radio FDMA/TDMA Una conversación (voz o datos) usa 2 canales Modulación GMSK (Gaussian minimum shift keying) La conexión de datos no es nativa IP (es conmutada) y es lenta F 960Mhz DOWNLINK (124 C) 935Mhz 915Mhz UPLINK (124 C) BW=200Khz cada canal 890Mhz T Trama GSM TDMA 1 2 3 4 5 6 7 8 8 Time Slots (Traffic Channel =TCH) 4615ms

GSM (2G) Subsistemas GSM
Una red GSM está dividida en tres subsistemas que se describen en más detalle a continuación: El Subsistema de Estaciones Base (BSS), que también se llama "red de radio ', contiene todos los nodos y funcionalidades que son necesarios para conectarse de forma inalámbrica los suscriptores móviles a través de la interfaz de radio a la red. La interfaz de radio por lo general se refirió también a como la "interfaz de aire '. El subsistema de red (NSS), que también se llama "red central ', contiene todos los nodos y funcionalidades que son necesarias para la conmutación de llamadas, por gestión de abonados y gestión de la movilidad. El subsistema de red inteligente (IN) comprende las bases de datos de CPS que añaden funcionalidad opcional a la red. Uno de los opcionales más importantes en la funcionalidad de una red móvil es el servicio de prepago, que permite a los suscriptores para financiar primero una cuenta con una cierta cantidad de dinero que puede ser utilizado para servicios de red, como llamadas telefónicas, Short Messaging Service (SMS) y, por supuesto, servicios de datos a través de GPRS y UMTS como se describe en los capítulos 2 y 3. Cuando un abonado de prepago utiliza un servicio de la red, el responsable en el nodo se pone en contacto y la cantidad que cobra el operador de red para un servicio, se deducen de la cuenta en tiempo real. Network Switching Subsystem Public land mobile network (PLMN) Aire A MS BSS NSS PSTN O+M NMS Network Switching Subsystem Base Station Subsystem Network Management Subsystem

GSM Arquitectura BSS NSS BSS BSS
El BSS, que conecta todos los abonados a la red central(NSS), está conectado a las MSCs a través de conexiones de 2 Mbit / s-E-1. Esta interfaz se llama la interfaz A. BSSMAP y DTAP son protocolos que se utilizan sobre la A-interfaz para la comunicación entre el MSC, el BSS y los dispositivos móviles. Como una conexión E-1 sólo puede llevar 31 canales, hacen falta muchas conexiones E-1 para conectar un MSC al BSS. En la práctica, se usan enlaces STM-1 a la BSS. MS: Mobile Station MSC: Mobile Switching Center BSC: Base Station Controller BTS: Base Transceiver Station GMSC: Gateway Mobile Switching Center HLR: Home Location Register VLR: Visitor Location Register AuC: Authentication Center EIR: Equipment Identity Register PSTN: public switched telephone network BSS NSS Um BTS HLR BSC A MS BTS Abis MSC VLR BSS BSC E C PSTN, ISDN A E D GMSC BSS BSC MSC VLR A Señalización Señalización + Voz

GSM Elementos de la arquitectura Subsistema de Estaciones Base (BSS)
BTS Procesamiento de voz Garantiza una conexión libre de errores con el MS Incluye: Channel coding (protección de errores) Interleaving (protección contra faidings) Cifrado (protección contra interceptaciones) Formateo de burst (para una transmisión organizada en time slots) Modulación y demodulación MS Mobile Station (MS) está conformado por: Subscriber Identity Module (SIM) Mobile Equipment (ME) La SIM (Subscriber Identity Module) card contiene: La identificación del usuario (IMSI) y de las redes donde opera Los algoritmos y claves para la autenticación y el cifrado Dependiendo del tamaño, almacena aplicaciones y números telefónicos BTS Soporta las antenas de transmisión y recepción Señalización de interfase de aire Procesamiento de voz Garantiza una conexión libre de errores con el MS BSC Establecimiento de la conexión entre el MS y NSS Gestión de la movilidad Gestión del handover Soporte a la señalización de interfaces de Abis y A Control y gestión de mantenimiento de BTS y TRAU Recolección de datos estadísticos

GSM Elementos de la arquitectura Subsistema de red (NSS)
NSS: Network Switching Subsystem Conmutación Gestión de la movilidad Gestión de la conexión Tarificación El Home Location Register (HLR). Es la BBDD de abonado de una red GSM. Contiene un registro para cada suscriptor, que contiene información sobre los servicios disponibles de forma individual. El HLR contiene la dirección de la VLR donde se encuentra registrado el terminal móvil. The Visitor Location Register (VLR). Cada MSC tiene una. Almacena info de los abonados que atiende y que a su vez es una copia de la existente en HLR. El VLR se utiliza principalmente para reducir la señalización entre el MSC y el HLR. Si un abonado se desplaza a la zona de un MSC, los datos se copian en el VLR del MSC y por tanto quedan disponibles a nivel local para cada establecimiento de la conexión. VLR está implementado como un componente SW de la MSC La VLR es una base de datos que mantiene una copia temporal del registro del usuario de la HLR, mientras el usuario está dentro de su área de servicio La VLR mantiene información de seguridad para autenticación y cifrado Un abonado móvil siempre debe estar registrado en una VLR para tener servicio. Solo tendrá activos los servicios para los que está habilitado La VLR tiene registrada el área de ubicación (location area) donde se encuentra el abonado móvil La VLR está integrada en el MSC Cuando un abonado cambia de “location área” se realiza un proceso llamado “location upaste” para registrar la nueva ubicación del abonado BSS NSS HLR (SCP) BSS BSC MSC (SSP) VLR PSTN A GMSC (SSP)

GSM Elementos de la arquitectura Subsistema de red (NSS)
NSS: Network Switching Subsystem Conmutación Gestión de la movilidad Gestión de la conexión Tarificación MSC. Matriz de conmutación Control de llamadas Identificación y tipo de abonado llamante Análisis de dígitos y enrutamiento (troncal de destino, tono, anuncio, mensaje de texto) Señalización (establecimiento, control y liberación) Conmutación Tarificación Genera los CDR (Call Detailed Record) que contiene: números del abonado llamante y llamado, tiempo de inicio y fin de la llamada, tipo de llamada, etc. Se transfiere a un Billing Center Inicio del paging (búsqueda) El paging es el proceso de ubicación de una estación móvil para el caso de una llamada

GSM Llamada de fijo a móvil
NSS MS: Mobile Station MSC: Mobile Switching Center BSC: Base Station Controller BTS: Base Transceiver Station GMSC: Gateway Mobile Switching Center HLR: Home Location Register VLR: Visitor Location Register AuC: Authentication Center EIR: Equipment Identity Register HLR 3) Información de roaming 2) ¿Donde está el abonado? BSS 1) Nº:650 9XX XXX Petición de servicio BSC MSC VLR PSTN, BTS E A MS Abis GMSC 3) Información de roaming 5) Establecimiento del circuito

GSM Llamada de móvil a móvil
La red GSM fue diseñado inicialmente como una red de conmutación de circuitos. Todos los recursos para una voz o sesión de datos se establecen al comienzo de la llamada y se reservan para el usuario hasta el final de la llamada, como se muestra en la Figura. Los recursos dedicados aseguran un ancho de banda constante y el tiempo de retardo de extremo a extremo. Datos que se envían no necesita contener ninguna información de señalización tal como información sobre el destino. Cada pedacito simplemente pasa a través del canal establecido para el receptor. Una vez establecida la conexión, ninguna sobrecarga, por ejemplo, información de direccionamiento, que es necesario para enviar y recibir la información. A medida que el canal de conmutación de circuitos tiene un ancho de banda constante, el remitente no tiene que preocuparse por un cuello de botella permanente o temporal en la vía de comunicación. Esto es especialmente importante para una llamada de voz. A medida que el régimen de datos es constante, cualquier cuello de botella en la ruta de comunicación daría lugar a una interrupción de la llamada de voz. Además, las conexiones por conmutación de circuitos tienen un tiempo de retardo constante. Este es el tiempo entre el envío de un poco y su recepción en el otro extremo. Cuanto mayor es la distancia entre el emisor y el receptor, mayor será el tiempo de retardo. Esto hace que una conexión ideal de conmutación de circuitos para aplicaciones de voz, ya que son extremadamente sensibles a un tiempo de retardo variable. Si un tiempo de retardo constante no puede ser garantizada, un tampón en el extremo receptor es necesario. Esto añade retraso no deseado adicional, especialmente para aplicaciones como llamadas de voz. Mientras que la transmisión de datos con conmutación de circuitos es ideal para las transmisiones de voz, hay una serie de desventajas significativas para la transmisión de datos con el uso de ancho de banda variable. Navegar por la Web es una aplicación típica con variable o 'explosivas' ancho de banda. Para el envío de una petición a un servidor web y la recepción de la página web, tanto ancho de banda como sea posible se desea recibir la página web lo más rápido posible. Como el ancho de banda de un canal de conmutación de circuitos es constante, no hay posibilidad de aumentar la velocidad de transmisión de datos mientras que la página se está descargando. Después de que la página ha sido recibido, no se intercambian datos, mientras que el suscriptor lee la página. El requisito de ancho de banda durante este tiempo es cero y los recursos son simplemente utilizados y por lo tanto se desperdician Codificación GSM Codificación GSM Codificación G.711/64kbps BSS BSS BSC PSTN BSC BTS MSC MSC BTS E E Abis A A Abis MS MS BSC BSC BTS MSC MSC MSC BTS E E A Abis MS MS

GPRS (2.5G) General Packet Radio Service
Mayores velocidades de datos de apoyo (115 kbps) Sujeto a disponibilidad de canales El General Packet Radio Service (GPRS) o servicio general de paquetes vía radio es una extensión del Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM) para la transmisión de datos mediante conmutación de paquetes. En la práctica GSM (con GPRS) son dos redes paralelas, la red CS (Circuit Switched) y la red PS (Packet Switched). La parte radio es común, sólo es necesario una core network nueva para PS Apareció en el mercado en el 2001 Fue la primera introducción de la tecnología de paquetes en los redes celulares, para mejorar la eficiencia en el transporte de datos Canales de radio agregados Comparte canales agregados entre múltiples usuarios Toda la nueva infraestructura de datos está basada en IP No hay cambios en la red de voz Estándar de transición a sistemas de tercera generación, UMTS

Public land mobile network (PLMN)
GPRS (2.5G) Subsistemas Una red GSM está dividida en tres subsistemas que se describen en más detalle a continuación: El Subsistema de Estaciones Base (BSS), que también se llama "red de radio ', contiene todos los nodos y funcionalidades que son necesarios para conectarse de forma inalámbrica los suscriptores móviles a través de la interfaz de radio a la red. La interfaz de radio por lo general se refirió también a como la "interfaz de aire '. El subsistema de red (NSS), que también se llama "red central ', contiene todos los nodos y funcionalidades que son necesarias para la conmutación de llamadas, por gestión de abonados y gestión de la movilidad. El subsistema de red inteligente (IN) comprende las bases de datos de CPS que añaden funcionalidad opcional a la red. Uno de los opcionales más importantes en la funcionalidad de una red móvil es el servicio de prepago, que permite a los suscriptores para financiar primero una cuenta con una cierta cantidad de dinero que puede ser utilizado para servicios de red, como llamadas telefónicas, Short Messaging Service (SMS) y, por supuesto, servicios de datos a través de GPRS y UMTS como se describe en los capítulos 2 y 3. Cuando un abonado de prepago utiliza un servicio de la red, el responsable en el nodo se pone en contacto y la cantidad que cobra el operador de red para un servicio, se deducen de la cuenta en tiempo real. Public land mobile network (PLMN) A BSS NSS PSTN Aire MS Gb GPRS PSDN Network Switching Subsystem Base Station Subsystem Network Management Subsystem Packet Switched Data Network (PSDN) Public Switched Telephone Network (PSTN)

Varios slots asignados a una comunicación GPRS
GPRS Acceso radio Como se discutió anteriormente, GSM utiliza intervalos de tiempo en la interfaz de aire para transferir datos entre los abonados y la red. Durante una llamada por conmutación de circuitos, un suscriptor se le asigna exactamente un canal de tráfico (TCH) que se asigna a un solo intervalo de tiempo. Este intervalo de tiempo permanece asignado para la duración de la llamada y no puede ser utilizado para otros abonados incluso si no hay transferencia de datos durante algún tiempo. En GPRS, la unidad más pequeña que se puede asignar es un bloque que consta de cuatro ráfagas de un canal de tráfico de datos por paquetes (PDTCH). A PDTCH es similar a un TCH en que también utiliza un intervalo de tiempo físico. Si el suscriptor tiene más datos para transferir, la red puede asignar más bloques del mismo PDTCH inmediato. La red también puede asignar el siguiente bloque (s) a otros abonados o para GPRS lógicos de señalización canales. Figura 2.5 muestra cómo se asignan los bloques de un PDTCH a diferentes abonados. Para aumentar la velocidad de transmisión, un abonado ya no está vinculado a un solo TCH como en GSM por conmutación de circuitos. Si más de un intervalo de tiempo está disponible cuando un usuario quiere transmitir o recibir datos, la red puede asignar varios intervalos de tiempo (multiintervalo) a un solo abonado. Dependiendo de la clase de intervalos múltiples del dispositivo móvil, tres, cuatro o incluso cinco intervalos de tiempo se pueden agregar para un abonado al mismo tiempo. Por lo tanto, se incrementa la velocidad de transmisión para cada abonado, a condición de que no todos ellos quieren transmitir datos al mismo tiempo. Hoy en día, la mayoría de los dispositivos móviles en la clase de intervalos múltiples de apoyo al mercado 10, 12 o 32. Como se puede ver en la tabla, clase de intervalos múltiples 10 soporta cuatro intervalos de tiempo en la dirección de enlace descendente y dos en la dirección de enlace ascendente. Esto significa que la velocidad en la dirección de enlace ascendente es significativamente menor que en la dirección de enlace descendente. Para aplicaciones como la navegación web, no es una gran desventaja de tener más ancho de banda en el enlace descendente que en la dirección de enlace ascendente. Las peticiones de páginas web que se envían en la dirección de enlace ascendente son por lo general bastante pequeñas, mientras que las páginas web y las imágenes incrustadas requieren mayor velocidad en la dirección del enlace descendente. Por lo tanto, los beneficios de navegación web de los regímenes de datos más altas en dirección descendente y no sufre mucho de la velocidad de subida limitado. Para aplicaciones como el envío de mensajes de correo electrónico con archivos adjuntos o servidor de mensajería multimedia (MMS) Mensajes con imágenes de gran tamaño o contenido de vídeo, dos intervalos de tiempo en la dirección de enlace ascendente son una limitación clara y aumentan el tiempo de transmisión considerablemente. GPRS se basa en la estructura básica de GSM, utiliza la misma modulación y estructura que se emplea por GSM. Precisiones: Se usan los canales que deja libres GSM, en una comunicación se pueden tomar varios slots y se aplican nuevos sistemas de codificación (CS) F 960Mhz DOWNLINK (124 C) 935Mhz 200Khz cada canal 915Mhz UPLINK (124 C) 890Mhz T Trama GSM TDMA 1 2 3 4 5 6 7 8 Varios slots asignados a una comunicación GPRS Codificación kbit/s por slot CS-1 8.0 CS-2 12.0 CS-3 14.4 CS-4 20.0

GSM+GPRS Arquitectura
La Unidad de Control de Paquetes (PCU) El BSC ha sido diseñado para cambiar los canales de conmutación de circuitos a 16 kbit / s entre el MSC y los suscriptores. También es responsable de las decisiones de traspaso de esas llamadas. Como abonados GPRS ya no tienen una conexión dedicada a la red, el BSC y su matriz de conmutación no son adecuados para manejar el tráfico GPRS de conmutación de paquetes. Por lo tanto, esta tarea se ha asignado a un nuevo componente de la red, la PCU. La PCU es la contrapartida de conmutación de paquetes del BSC y cumple las siguientes tareas: asignación de intervalos de tiempo (slots) a los suscriptores en la dirección de enlace ascendente cuando se solicite por el dispositivo móvil a través del RACH o el PRACH; asignación de intervalos de tiempo a los abonados en la dirección de enlace descendente para los datos que llegan desde la red central; control de los datos en las direcciones y priorización de tráfico de enlace ascendente y descendente de flujo; comprobación de errores y retransmisión de tramas perdidas o defectuosas; paginación de abonado; El BSC, simplemente reenvía todos los datos contenidos en estos intervalos de tiempo hacia y desde la PCU sin ningún procesamiento. Como GPRS utiliza canales de señalización GSM como el RACH, PCH y AGCH para establecer la comunicación inicial, una conexión de control tiene que existir entre la UCP y el BSC. Las normas GSM permiten un número de diferentes posiciones de la PCU en la red. La aplicación más común es tener la PCU detrás del BSC como se muestra en la Figura. Sobre la base del diseño de la UCP, algunos proveedores de red ofrecen como una o más tarjetas que se pueden conectar en el BSC. Otros han optado por basar la UCP en una arquitectura de computación más potente que es capaz de procesar el tráfico GPRS de más de un BSC. En una arquitectura tal, la UCP se implementa en un armario físicamente independiente del BSC. Varios BSC se conectan entonces a una sola PCU. La interfaz entre la PCU y BSC no se ha estandarizado. Esto significa que la PCU y BSC tienen que ser del mismo proveedor. Si un operador de red tiene BSCs de múltiples proveedores, que está obligado a comprar también la PCU desde el mismo número de proveedores de la red. El SGSN hace lo mismo que MSC pero en conmutación de paquetes, en vez de conmutación de circuitos El nodo de soporte GPRS pasarela (GGSN) Aunque los paquetes de datos de usuario entre rutas SGSN de la red de acceso de radio y la red central, el GGSN conecta la red GPRS a la red de datos externa. La red de datos externa en la mayoría de los casos es el de Internet. Para las aplicaciones de negocio, el GGSN también puede ser la puerta de entrada a una intranet de la empresa [3]. El GGSN también está involucrado en la creación de un contexto PDP. De hecho, es el GGSN que es responsable de asignar una dirección IP dinámica o estática para el usuario. El usuario mantiene esta dirección IP mientras se establece el contexto PDP. Como se muestra en la Figura , El GGSN es el punto de anclaje para un contexto PDP y oculta la movilidad del usuario a la Internet. Cuando un suscriptor se traslada a una nueva ubicación, un SGSN nuevo podría llegar a ser responsable y paquetes de datos son enviados al nuevo SGSN (IRAU). En este escenario,el GGSN tiene que actualizar su tabla de enrutamiento en consecuencia. Esto es invisible a la Internet como el GGSN siempre sigue siendo el mismo. Por lo tanto, puede ser visto como el punto de la conexión, lo que asegura que a pesar de la movilidad del usuario, la dirección IP asignada no tiene que ser cambiada MS: Mobile Station NSS: Network subsystem MSC: Mobile Switching Center BSC: Base Station Controller BTS: Base Transceiver Station GMSC: Gateway Mobile Switching Center HLR: Home Location Register VLR: Visitor Location Register AuC: Authentication Center EIR: Equipment Identity Register PCU: Packet Control Unit SGSN: Serving GPRS Support Node NSS HLR A otros BSCs BSS PSTN BSC Um BTS MSC VLR E MS Abis A GMSC PCU GPRS PSDN Gb E1, FR, o IP Gn SGSN GGSN Red Eth, ATM, o IP

GPRS GGSN: Gateway GPRS Support Node
El GGSN constituye la interfaz entre la red GPRS y las redes de paquetes de datos externas para el acceso a sus servicios y aplicaciones basadas en IP. Desde el punto de vista de la red externa, el GGSN es un router conectado a una subred, ya que oculta la infraestructura de la red GPRS al resto de redes. Cuando recibe datos dirigidos hacia un usuario específico, comprueba si la dirección está activa, y en caso afirmativo, envía los datos al SGSN. Las principales funciones del nodo GGSN están relacionadas con: Mantenimiento de los datos de usuarios.- El nodo GGSN contiene información sobre cuál es el nodo SGSN al que está conectado el usuario. Recepción de los datos de usuario desde una intranet o desde Internet y envío de los mismos al SGSN que gestiona el terminal a través de la red de transporte, mediante el protocolo de tunel GTP (GPRS Tunneling Protocol)

GPRS Arquitectura de la red
El protocolo de túnel de GPRS (GTP) es un grupo de protocolos de comunicaciones basados en IP que se usan para portar el servicio GPRS dentro de las redes GSM y UMTS. Para que el usuario pueda comunicarse con un host de Internet se encapsulan sus paquetes IP cuando pasan a través de Internet (tunelización) mediante el protocolo GTP (GPRS tunneling Protocol). Red IP /24 Ap TCP/UDP IP Enlace Físico Red GSM/GPRS Host móvil (MS) Red IP /24 GTP TCP/UDP IP Enlace Físico Red Corporación 2 Ap TCP/UDP IP Enlace Físico GTP TCP/UDP IP Enlace Físico Host Internet Ap TCP/UDP IP Enlace Físico Host GTP TCP/UDP IP Enlace Físico Túnel GTP Red Corporación 1 Red IP /24

Evolución del ancho de banda para los datos en GSM
Evolución de GSM 3G

Sistemas de tercera generación (3G)
El objetivo de la tercera generación (3G) de comunicaciones inalámbricas es proporcionar comunicaciones inalámbricas de alta velocidad para soportar no sólo voz, sino también multimedia, datos y vídeo. Como resultado, 3G puede proporcionar apoyo para las aplicaciones multimedia más exigentes, como la videoconferencia, voz sobre IP (VoIP), vídeo de movimiento completo y streaming de música, a la vez que también ofrece servicios WEB más rápidos

Evolución de la telefonía móvil UMTS
FMV: full motion video UMTS está gestionado por la organización 3GPP, también responsable de GSM, GPRS y EDGE. La tecnología HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), también denominada 3.5G, 3G+ o mini 3G High-Speed Uplink Packet Access (HSUPA) is a 3G mobile telephony protocol in the HSPA family with up-link speeds up to 5.76 Mbit/s. The name HSUPA was created by Nokia. Evolution-Data Optimized (EV-DO, EVDO, etc.) is a telecommunications standard for the wireless transmission of data through radio signals, typically for broadband Internet access. EV-DO is an evolution of the CDMA2000 (IS-2000) standard that supports high data rates and can be deployed alongside a wireless carrier's voice services LTE, an abbreviation for Long-Term Evolution, commonly marketed as 4G LTE, is a standard for wireless communication of high-speed data for mobile phones and data terminals. It is based on the GSM/EDGE and UMTS/HSPA network technologies, increasing the capacity and speed using a different radio interface together with core network improvements.[ [STAL01] William Stallings: Comunicaciones y Redes de Computadores. Prentice Hall Servicio Avanzado de Telefonía Móvil (AMPS, Advanced Mobile Phone Service), desarrollado por AT&T. Acceso múltiple por división de código (CDMA). GSM (Global System for Mobile Communications – Sistema Global para las comunicaciones Móviles) Los SMS (Short Messages Service, servicio de mensajes cortos) se transmitían inicialmente por canales auxiliares de señalización interna de las redes, diseñados para transmitir muy poca información. Una tarjeta SIM (acrónimo en inglés de subscriber identity module, en español módulo de identificación de abonado) es una tarjeta inteligente desmontable usada en teléfonos móviles y módems HSPA o LTE que se conectan al puerto USB. Las tarjetas SIM almacenan de forma segura la clave de servicio del suscriptor usada para identificarse ante la red, de forma que sea posible cambiar la línea de un terminal a otro simplemente cambiando la tarjeta. La Conferencia Europea de Administraciones de Correos y Telecomunicaciones (CEPT, siglas de su nombre en francés Conférence européenne des administrations des postes et des télécommunications) es un organismo internacional que agrupa a las entidades responsables en la administración pública de cada país europeo de las políticas y la regulación de las comunicaciones, tanto postales como de telecomunicaciones. General Packet Radio Service (GPRS) o servicio general de paquetes vía radio creado en la década de los 80 es una extensión del Sistema Global para Comunicaciones Móviles (Global System for Mobile Communications o GSM) para la transmisión de datos mediante conmutación de paquetes. Existe un servicio similar para los teléfonos móviles, el sistema IS-136. Permite velocidades de transferencia de 56 a 114 kbps 1980 1990 1999 2001+ 2005 2010 1G Analógico. Solo voz. Celda: 20km. No estandarizado 2G Digital. Cifrado. SMS. SIM 20kbps. Estándar CEPT 2.5G Digital. SMS.MMS. WAP.P2P. 114kbps (GPRS) 3G FMV. Música Juegos 3D. Web. 2 Mbps (UMTS). Estándar 3GPP 3+G 3G potenciado 14Mbps 4G Convergencia de EVDO y UMTS 300Mbps AMPS USA TMA España IS-95A USA,… GSM Mundial IS-95B USA,… GPRS HSCSD Europa EDGE No incorpora alguna mejora de EDGE CDMA2000 USA UMTS Eur, Jap EV-DO USA, Can HSDPA HSUPA HSPA+ LTE Eur, Jap

Sistemas 3G Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) y High-Speed Packet Access (HSPA)
El Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS) es un sistema de telecomunicaciones inalámbricas de tercera generación y siguió los pasos de Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM) y General Packet Radio Service (GPRS). Desde GSM se estandarizó en la década de 1980, se habían realizado enormes progresos en muchas áreas de las telecomunicaciones. Esto permitió a los diseñadores de sistemas al final de la década de 1990 para diseñar un nuevo sistema que iba mucho más allá de las capacidades de GSM y GPRS. UMTS combina las propiedades de la red de voz por conmutación de circuitos con las propiedades de la red de datos de conmutación de paquetes y ofrece una multitud de nuevas posibilidades en comparación con los sistemas anteriores. UMTS no se definió a partir de cero y vuelve a utilizar una gran cantidad de GSM y GPRS. Por lo tanto, se ofrece, tan solo, una visión general de las ventajas y mejoras de UMTS en comparación con sus predecesores, que han sido descritos en los capítulos anteriores. Después de una descripción general del sistema de extremo a extremo, el foco del capítulo es entonces sobre la funcionalidad de la red de acceso radio UMTS. Nuevos conceptos como los mecanismos de control de recursos de radio (RRC), así como cambios en la movilidad, control de llamadas y la gestión de sesiones también se describen en detalle. Con los años, el sistema de red de radio UMTS se ha mejorado significativamente y ahora ofrece velocidades de banda ancha mucho más allá del diseño original. Estas mejoras de alta velocidad se refieren como Packet Access de alta velocidad (HSPA). Una visión general de las distintas mejoras con el tiempo se da en mas adelante y una visión más detallada de las características clave de acceso Internet de banda ancha sigue en la segunda parte de este capítulo. Algunos operadores lanzan EDGE en paralelo con el lanzamiento de 3G, como Telecom Italia (con considerables complicaciones debido a la inestabilidad de ambas tecnologías nuevas). Otros países, (ES, UK…) lanzan 3G y el EDGE parece ya innecesario. El detonante para el despliegue en muchos países es el lanzamiento del iPhone 2G (que soporta EDGE), y que con “solo GPRS” aporta una experiencia de usuario muy frustrante (por la lentitud de la conexión). El Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS) es un sistema de tercera generación, resultado de la evolución GSM y GPRS. UMTS combina las propiedades de la red de voz por conmutación de circuitos con las propiedades de la red de datos de conmutación de paquetes UMTS no se definió a partir de cero, ya reutiliza muchos elementos arquitectónicos de GSM y GPRS La iniciativa IMT-2000 (International Mobile Telecommunications System – 2000) de la ITU definió qué condiciones debían cumplir las tecnologías candidatas a ser la tecnología global de tercera generación, “3G” y 3GPP definió la migración de GSM a UMTS Con los años, el sistema de red de radio UMTS se ha mejorado significativamente y ahora ofrece velocidades de banda ancha mucho más allá del diseño original. Estas mejoras de alta velocidad se refieren como High-Speed Packet Access (HSPA).

CDMA Acceso múltiple por división de código
Con GPRS, sólo fue posible agrupar los intervalos de tiempo en una sola frecuencia portadora. Por lo tanto, era teóricamente posible agrupar hasta ocho ranuras de tiempo. En una red operativa, sin embargo, era raro que un dispositivo móvil se asigna más de cuatro a cinco intervalos de tiempo, como algunos de los intervalos de tiempo de un portador se utilizaron para la llamadas de voz de otros usuarios. Por otra parte, en el lado de dispositivo móvil, la mayoría de teléfonos sólo podían manejar cuatro o cinco intervalos de tiempo a la vez en la dirección de enlace descendente. Una estación base GSM fue diseñado inicialmente para el tráfico de voz, que sólo requiere una pequeña cantidad de capacidad de transmisión. Esta es la razón por estaciones base GSM se conectan normalmente al BSC a través de una sola 2 Mbit / s E-1 de conexión. Dependiendo del número de frecuencias y sectores de la estación de base de portadora, se utilizó sólo una fracción de la capacidad de la conexión E-1. La ranuras de tiempo 64 kbit / s restante se utilizaron para otras estaciones base. Además, la capacidad de procesamiento de las estaciones base GSM sólo estaba diseñado para soportar los requerimientos modestos para procesamiento de voz en lugar de las capacidades de transmisión de datos de alta velocidad-computación intensiva requeridas hoy. El principio de CDMA también puede ser descrito dentro de ciertos límites con la siguiente analogía: Comunicación durante una conferencia. Por lo general, sólo hay una persona que habla a la vez, mientras que muchas personas en la habitación están sólo escuchando. El ancho de banda del "canal de transmisión" es alto, ya que sólo es utilizado por una sola persona. Al mismo tiempo, sin embargo, el susurro de los estudiantes crea un ligero ruido de fondo que no tiene impacto en la transmisión (del que habla), debido a su bajo volumen. Estos escenarios son análogos a un sistema UMTS como sigue: Si sólo unos pocos usuarios se comunican con una estación base al mismo tiempo, cada usuario experimentará solamente baja interferencia en el canal de transmisión. Por lo tanto, la potencia de transmisión puede ser bastante baja y la estación base seguirá siendo capaz de distinguir la señal de otras fuentes. Esto también significa que el ancho de banda disponible por usuario es alta y se puede utilizar si es necesario para aumentar la velocidad de transmisión. Si los datos se envían más rápido, la potencia de señal debe aumentarse para obtener una señal más favorable a ruido. Dado que sólo unos pocos usuarios están utilizando el canal de transmisión en este escenario, el aumento de la velocidad de transmisión no es un problema ya que todos los demás son capaces de compensar. Si muchos usuarios se comunican con una estación base al mismo tiempo, todos los usuarios experimentarán un alto ruido de fondo. Esto significa que todos los usuarios tienen que enviar en una potencia superior para superar el ruido de fondo. Como cada usuario en este escenario aún puede aumentar el nivel de potencia, el sistema permanece estable. Esto significa que la velocidad de transmisión no sólo está limitada por el ancho de banda 5 MHz del canal de transmisión, sino también por el ruido generado por otros usuarios de la célula. A pesar de que el sistema sigue siendo estable, podría no ser posible aumentar la velocidad de transmisión de datos para algunos usuarios que están más lejos de la estación base, ya que no pueden aumentar su potencia de transmisión más y por lo tanto no puede llegar a la relación señal a ruido requerida para una velocidad de transmisión más alta La mejora más importante de UMTS fue el uso de un nuevo esquema de acceso al medio en la interfaz aérea. En lugar de utilizar un esquema de FTDMA como por GSM, UMTS introdujo una nueva técnica para permitir que una única estación base pudiese comunicarse con muchos usuarios al mismo tiempo. Este método se llama Code Division Multiple Access (CDMA). Contrariamente al multiplexado de la frecuencia y el tiempo de GSM, todos los usuarios se comunican en la misma frecuencia portadora y, al mismo tiempo.

CDMA Acceso múltiple por división de código
CDMA se había utilizado ya en la 2G americana, el IS-95. Liderado por Qualcomm Con GPRS, sólo fue posible agrupar los intervalos de tiempo en una sola frecuencia portadora. Por lo tanto, era teóricamente posible agrupar hasta ocho ranuras de tiempo. En una red operativa, sin embargo, era raro que un dispositivo móvil se asigna más de cuatro a cinco intervalos de tiempo, como algunos de los intervalos de tiempo de un portador se utilizaron para la llamadas de voz de otros usuarios. Por otra parte, en el lado de dispositivo móvil, la mayoría de teléfonos sólo podían manejar cuatro o cinco intervalos de tiempo a la vez en la dirección de enlace descendente. Una estación base GSM fue diseñado inicialmente para el tráfico de voz, que sólo requiere una pequeña cantidad de capacidad de transmisión. Esta es la razón por estaciones base GSM se conectan normalmente al BSC a través de una sola 2 Mbit / s E-1 de conexión. Dependiendo del número de frecuencias y sectores de la estación de base de portadora, se utilizó sólo una fracción de la capacidad de la conexión E-1. La ranuras de tiempo 64 kbit / s restante se utilizaron para otras estaciones base. Además, la capacidad de procesamiento de las estaciones base GSM sólo estaba diseñado para soportar los requerimientos modestos paraprocesamiento de voz en lugar de las capacidades de transmisión de datos de alta velocidad-computación intensiva requeridas hoy. El principio de CDMA también puede ser descrito dentro de ciertos límites con la siguiente analogía: Comunicación durante una conferencia. Por lo general, sólo hay una persona que habla a la vez, mientras que muchas personas en la habitación son sólo escuchando. El ancho de banda del "canal de transmisión" es alta, ya que sólo es utilizado por una sola persona. Al mismo tiempo, sin embargo, el susurro de los estudiantes crea un ligero ruido de fondo que no tiene impacto en la transmisión (del que habla), debido a su bajo volumen. Estos escenarios son análogos a un sistema UMTS como sigue: Si sólo unos pocos usuarios se comunican con una estación base al mismo tiempo, cada usuario experimentará solamente baja interferencia en el canal de transmisión. Por lo tanto, la potencia de transmisión puede ser bastante baja y la estación base seguirá siendo capaz de distinguir la señal de otras fuentes. Esto también significa que el ancho de banda disponible por usuario es alta y se puede utilizar si es necesario para aumentar la velocidad de transmisión. Si los datos se envían más rápido, la potencia de señal debe aumentarse para obtener una señal más favorable a ruido. Dado que sólo unos pocos usuarios están utilizando el canal de transmisión en este escenario, el aumento de la velocidad de transmisión no es un problema ya que todos los demás son capaces de compensar. Si muchos usuarios se comunican con una estación base al mismo tiempo, todos los usuarios experimentarán un alto ruido de fondo. Esto significa que todos los usuarios tienen que enviar en un poder superior para superar el ruido de fondo. Como cada usuario en este escenario aún puede aumentar el nivel de potencia, el sistema permanece estable. Esto significa que la velocidad de transmisión no sólo está limitada por el ancho de banda 5 MHz del canal de transmisión, sino también por el ruido generado por otros usuarios de la célula. A pesar de que el sistema sigue siendo estable, podría no ser posible aumentar la velocidad de transmisión de datos para algunos usuarios que están más lejos de la estación base, ya que no pueden aumentar su potencia de transmisión más y por lo tanto no puede llegar a la relación señal a ruido requerida para una velocidad de transmisión más alta CDMA utiliza una codificación, antes de la transmisión, que permite embutir todos los canales de tráfico de cada usuario en un solo canal radio. Los usuarios comparten tiempo y frecuencia, y se diferencian por su código Modulación QPSK F Canal 1 Código 1 T C Canal 2 Código 2 Canal 3 Código 3 Canal 4 Código 4 Usuario 1: 12.2 Kbps (voz) Potencia Usuario 2: 12.2 Kbps (voz) Usuario 3: 12.2 Kbps (voz) Usuario 4:128 Kbps (datos)

UMTS Arquitectura mixta UMTS+GSM
MS: Mobile Station NSS: Network subsystem MSC: Mobile Switching Center BSC: Base Station Controller BTS: Base Transceiver Station GMSC: Gateway Mobile Switching Center HLR: Home Location Register VLR: Visitor Location Register AuC: Authentication Center EIR: Equipment Identity Register PCU: Packet Control Unit SGSN: Serving GPRS Support Node RNC — Radio Network Controller RNS: Radio network system UTRAN: UMTS terrestrial radio access network RNC — Radio Network Controller NSS HLR A otros BSCs BSS PSTN BSC 2G MS (V+D) BTS MSC VLR E Abis A GMSC PCU USIM (UMTS Subscriber Identity Module) RNS GPRS RNC Gb PSDN IuCS Iub IuPS Gn 3G ME (V+D) Nodo B SGSN GGSN Red Eth, ATM, o IP E1, FR, o IP

(UMTS Subscriber Identity Module)
UMTS Arquitectura MS: Mobile Station NSS: Network subsystem MSC: Mobile Switching Center BSC: Base Station Controller BTS: Base Transceiver Station GMSC: Gateway Mobile Switching Center HLR: Home Location Register VLR: Visitor Location Register AuC: Authentication Center EIR: Equipment Identity Register PCU: Packet Control Unit SGSN: Serving GPRS Support Node RNC — Radio Network Controller RNS: Radio network system UTRAN: UMTS terrestrial radio access network RNC — Radio Network Controller CN: Core network CS: circuit Switched PS: Packet switched UTRAN CN CS HLR RNS RNS PSTN RNC Gb MSC VLR IuCS E Iub 3G ME (V+D) Nodo B GMSC IuPS Iur PS USIM (UMTS Subscriber Identity Module) RNS Gb PSDN IuCS RNC Iub IuPS Gn Gi 3G ME (V+D) Nodo B 3G.SGSN 3G.GGSN L1, L2 e IP

UMTS Nuevos servicios La videollamada, nuevo servicio CS. “La gran esperanza” de los operadores. Servicio de videotelefonía sobre un canal de circuitos de 64 Kbps simétrico, síncrono, y transparente. Los datos a gran velocidad. 384 Kbps DL / 128 Kbps UL permitían trabajar bien. La “oficina móvil” se hacía realidad Sin embargo, durante años los terminales fueron más caros y la batería les duraba mucho menos por la complejidad del procesado 3G El y la navegación por Internet en las pantallas pequeñas era muy difícil, los navegadores no soportaban todo. El WAP sirvió como sustituto en algunos casos. Hoy las “Apps” ofrecen una forma de acceder a información concreta sin tener que navegar

HSPA (3.5G) El bitrate del UL no mejora nada con HSDPA. Sigue usando canales dedicados R99 de 64, 128 y 384 Kbps Con los años, el sistema de red de radio UMTS se ha mejorado significativamente y ahora ofrece velocidades de banda ancha mucho más allá del diseño original. Estas mejoras de alta velocidad se refieren como Packet Access de alta velocidad (HSPA). High Speed Packet Access (HSPA) es una amalgama de dos protocolos de telefonía, que extienden y mejoran el rendimiento de WCDMA: High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) y High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) 3.5G introduce muchas nuevas características que mejorarán la tecnología UMTS en el futuro. Éstas incluyen: Modulación y y codificaciónAdaptativa (AMC) La compatibilidad hacia atrás con 3G Interfaz aire mejorado

4G-LTE (Long Term Evolution)
La 4G está basada completamente en el protocolo IP A diferencia de 3G, que se basa en dos infraestructuras paralelas que constan de conmutación de circuitos y conmutación de paquetes, 4G estará basada en conmutación de paquetes solamente. La principal diferencia con las generaciones predecesoras son: La capacidad para proveer velocidades de acceso mayores de 100 Mbit/s en movimiento y 1 Gbit/s en reposo, Calidad de servicio (QoS) de punta a punta Alta seguridad que permitirá ofrecer servicios de cualquier clase en cualquier momento, en cualquier lugar, con el mínimo coste posible. El estándar LTE (Long Term Evolution) de la norma 3GPP es considerado 3.9G porque no es compatible con IMT-2000 “LTE Advanced” = LTE-A = LTE+ (R10) es candidata a 4G = “IMT Advanced” (ITU)

LTE Arquitectura E-UTRAN E-PC Iu Iu PSDN HSS PDN-GW MME SGW
La arquitectura de red LTE general es similar a la de GSM y UMTS. En principio, la red es separada en una parte de red de radio y una parte de red de núcleo. El número de lógica nodos de la red, sin embargo, se ha reducido a racionalizar la estructura general y reducir el costo y la latencia de la red. El dispositivo más complejo en la red LTE es la estación de base, referido como eNodo-B. A diferencia de UMTS en la estación base en el principio era poco más que un módem inteligente, estaciones base LTE son unidades autónomas. Aquí, se decidió integrar la mayor parte de la funcionalidad que antes era parte del controlador de red de radio (RNC) en la propia estación base. Por lo tanto, la eNodo-B no sólo es responsable de la interfaz aérea, sino también para usuario la gestión de los recursos generales y programación de interfaz de aire; para garantizar la calidad de servicio tales como asegurar la latencia y requisitos mínimos de ancho de banda para los portadores en tiempo real y máximo rendimiento para aplicaciones en segundo plano, dependiendo del perfil de usuario; para el equilibrio de carga entre los diferentes soportes de radio simultáneas a diferentes usuarios; gestión de la movilidad; para la gestión de la interferencia, es decir, para reducir el impacto de sus transmisiones de enlace descendente en las estaciones base vecinas en escenarios borde celular. Más detalles se describen a continuación. Por ejemplo, el eNodo-B decide por sí mismo a entregar las transferencias de datos en curso a un vecino eNodo-B, una novedad en los sistemas 3GPP. También ejecuta el traspaso de forma autónoma desde los nodos de capa superior de la red, que sólo están informados del procedimiento una vez que ha tenido lugar. El nodo de red responsable de todos los intercambios de señalización entre las estaciones base y la red central y entre los usuarios y la red central es la Entidad de Gestión de la Movilidad (MME). Figura muestra su ubicación en la arquitectura general de la red. En las redes de gran tamaño, por lo general hay muchos MMEs para hacer frente a la cantidad de señalización y debido a la redundancia de estación. Como los MMEs no están involucrados en asuntos de interfaz de aire, la señalización se intercambia con la red de radio se conoce como no-acceso Estrato de señalización (NAS). En particular, el MME es responsable de las siguientes tareas El S-GW es responsable de la gestión de los túneles de datos de usuario entre el eNodo-B en la red de radio y la red de información de puerta de enlace de paquetes (PDN-GW), que es la puerta de enlace a Internet, y se discute en la siguiente sección. Por el lado de la red de radio, termina los túneles S1-UP GTP, y en el lado de red central, termina los túneles S5-UP GTP a la puerta de enlace a Internet. S1 y S5 túneles para un solo usuario son independientes entre sí y se pueden cambiar según sea necesario. Si, por ejemplo, se realiza un traspaso a un eNodo-B bajo el control de la misma MME y S-GW, sólo el túnel S1 necesita ser modificado para redirigir flujo de datos del usuario hacia y desde la nueva estación base. Si la conexión es entregado a un eNodo-B que está bajo el control de una nueva MME y S-GW, el túnel S5 tiene que ser modificado también. El Servidor de Abonados Local (HSS) LTE comparte su base de datos de abonado con el GSM y UMTS. En estos sistemas, la base de datos se conoce como el Home Location Register (HLR) y la parte de aplicación móvil (MAP) esutilizado como el protocolo entre el Centro de Conmutación Móvil (MSC) y el SGSN en el un lado y el HLR en el otro lado. En LTE, un protocolo basado en IP se hace referencia como el diámetro se utiliza para intercambiar información con la base de datos. Se estandarizó en el RFC 3588 [13] y se refiere como S6a. Además, el nombre de la base de datos se ha cambiado a HSS. En la práctica, sin embargo, el HLR y el HSS se combinan físicamente para permitir el roaming transparente entre las diferentes redes de acceso radio. Cada abonado tiene un registro en el HLR / HSS y la mayoría de las propiedades son aplicables para comunicarse a través de todas las redes de acceso de radio. Los parámetros de usuario más importantes en el HSS son 4.2.5 El PDN Gateway El nodo de red central tercera LTE es el PDN-GW. En la práctica, este nodo es la puerta de entrada a Internet y algunos operadores de red también lo utilizan para interconectar a las intranets de las grandes empresas más de un túnel cifrado para ofrecer a los empleados de aquellas empresas de acceso directo a sus redes internas privadas. Como se mencionó en la sección anterior, el PDN-GW termina la interfaz S5. En el plano de usuario, esto significa que los paquetes de datos de un usuario se encapsulan en un túnel de GTP S5 y se remitirán al S-GW, que actualmente es el responsable de este usuario. El S-GW reenvía los paquetes de datos sobre la interfaz S1 a la eNodo-B que actualmente sirve al usuario, desde la cual se envía entonces por la interfaz aérea al dispositivo móvil del usuario. E-UTRAN: Evolved UMTS terrestrial radio access network PDN-GW:PDN gateway SGW: S-Serving GW MME: Entidad de gestión de movilidad E-UTRAN E-PC HSS Gb S6a UE eNODE B Iu PSDN PDN-GW S1-U S11 S11 MME UE eNODE B Iu S8/S5 S8/S5 SGW eNODE B L1, L2 e IP Datos Control

Referencias La UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones) es el organismo especializado de las Naciones Unidas en el campo de las telecomunicaciones [1] Martin Sauter: TFrom GSM to LTE-Advanced: An Introduction to Mobile Networks and Mobile Broadband, . Wiley 2014 [2] Amitabha Ghosh: Essentials of LTE and LTE-A, . Cambridge University Press 2011

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