Tecnologнas de Transporte para redes de datos

1
Tecnologías de Transportepara redes de datos

• Octavio Herrera Ruiz
• oherrera_at_mail.sis.pitt.edu
• http//www.sis.pitt.edu/oherrera

2
Agenda

• X.25
• ISDN
• Frame Relay
• Sonet
• ATM

• Ethernet
• DWDM
• DSL
• Cable
• RPR
• Redes Inalámbricas

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Aspectos a ser considerados

• Descripción del sistema X.25, ATM, etc.
• Componentes
• Medios de transmisión
• Subsistemas (switches, CPUs, etc.)
• Estándares y Regulación
• Otros mercado, economías de escala

4

• X.25

5
X.25

• Línea de tiempo
• Primera Tecnología de conmutación de paquetes
  pública
• CCITT estándar en 1976
• revisiones en 1980, 84, 88 y 92

6
X.25

• Conexión entre DTE y DCE
• Manejo de circuitos virtuales (VCs)
• Control de flujo y errores
• Diseñado para redes analógicas
• Capas 13 del modelo OSI
• DTE. Data Terminal Equipment (computadora,
  ruteador, etc)
• DCE. Data Communication Equipment (modem, switch,
  etc)

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X.25

• Relación con el modelo OSI
• PLP. Packet-Level Protocol
• LAPB. Link Access Procedure, Balanced

8
X.25

• Circuitos Virtuales
• Flexibilidad
• Multiplexaje de puertos
• Conmutados y Permanentes SVCs, PVCs

9
X.25

• LAPB, Link Access Procedure Balanced
• Variante de HDLC
• 8 8 8 Variable 16 8
• 011111110 011111110
• Existen tres tipos de Tramas
• Información. Maneja información de capas
  superiores
• Supervisión. Control de flujo y de errores
• No-numerados. Empleados para control

10
X.25

• Paquetes PLP
• Control Datos
• Call Request

11
X.25

• Direccionamiento
• IDN. International Data Number
• DNIC. Data Network Identification Code
• NTN. National Terminal Number
• PSN. Public Switched Network

12
X.25

• Establecimiento de llamadas

13

• ISDN

14
ISDN

• 1971 - Invención del término
• Grupo de estudio, 81-84
• Red book
• Arquitectura, protocolos de usuario y
  señalización
• Blue book, 1988
• NI-1. Iniciativa de la industria, primeras
  implementaciones, 1990

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ISDN

• Tipos de Servicios
• Carga (transporte)
• Teleservicios
• Servicios Suplementarios
• Señalización fuera de banda
• Canales B para datos
• Canal D para control
• Canales H, agrupación de canales B para mayores
  tasas de transmisión (384 kbps, T1s y E1s)

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ISDN

• Arquitectura de protocolos
• 2BD 23/30BD

17
ISDN

• Configuración de Referencia
• TE. Terminal Equipment
• NT. Network Terminator
• LT. Line Terminator
• TA. Terminal Adapter
• ET. Exchange Termination

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ISDN

• Tramas Físicas
• Trama TE. Terminal a Red
• 1 1 8 1 1 1 1 1 8 1 1 1 8 1 1 1 8
• Trama NT. Red a Terminal
• F. Sincronía
• L. Ajuste nivel de DC
• A. Activación
• B1, B2 y D. Datos de canales respectivos
• S. No asignado

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ISDN

• Trama LAPD (Link Access Procedure, Channel D)
• 1 2 1 variable 1 1
• 6 1 1 7 1
• SAPI. Service Access Point
• C/R. Command/Response
• EA. Extended Address
• TEI. Terminal Endpoint Identifier

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ISDN

• Usos de ISDN
• Enlaces de respaldo
• Videoconferencias
• Acceso remoto
• Limitaciones
• Ancho de banda
• Puede fallar debido a problemas de configuración
  o cambios en códigos de área1
• 1. http//www.openreach.com.com, Tackle Your Top
  5 Wide Area Network Challenges

21

• Frame Relay

22
Frame Relay

• Propuesta a ITU-T, 1984
• Estándar ANSI, 1990, 1991
• La banda de los cuatro ? Foro Frame Relay
• Primer servicio comercial, 1992

23
Frame Relay

• Versión simplificada de X.25
• Relay vs switching
• Capa 2 vs capa 3
• Manejo de Circuitos Virtuales
• Señalización fuera de línea (ISDN)
• Tasas de transmisión típicas de DS0s, PRIs (E1s y
  T1s), servicios fraccionales y T3/E3. Existen
  especificaciones para velocidades SONET pero no
  hay equipamiento disponible.

24
Frame Relay

• Relación con el modelo OSI
• LAPD. Link Access Protocol, D Channel
• LAPF. Link Access Protocol, Frame Mode Services

25
Frame Relay

• Estructura de la Trama
• 011111110 011111110
• DLCI. Data Link Control Identifier. Solo tienen
  significado local
• C/R. Command/Response (no se usa)
• FECN/BECN. Forward/Backward Explicit Congestion
  Notification
• DE. Discard Eligible
• EA. Extended Address
• FCS. Frame Check Sequence

26
Frame Relay

• Trama LMI (Local Management Interface)
• 1 2 1 1 1 1 Var 2 1

1023
00001001
SE o S
27
Frame Relay

• Trama LMI (Local Management Interface)
• Extensión definida por el Foro Frame Relay
• DLCI 1023
• Protocol Discriminator (00001001)
• Tipo de Mensaje
• Status Enquiry Message (SE). Usuario a Red
• Status Message (S). Red a Usuario
• Elementos de Información
• IE Identifier
• IE Length
• Data

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Frame Relay

• Committed Information Rate, CIR
• CIR Bc/Tc
• Excess Information Rate, EIR
• EIR Be/Tc
• Bc Committed Burst
• Tc Committed Time
• Be Excess Burst

Fuente http//www.tele.sunyit.edu/
29
Frame Relay

• Manejo de Congestion
• FECN/BECN DE
• Sólo DECNet y OSI lo soportan

30
Frame Relay

• Mercado Global, en millones de dólares
• Fuente http//www.verticalsystems.com, Frame
  Relay Market Overview.

1991 2001
31
Frame Relay

• Número de puertos globales
• 1997 1998 1999 2000 2001 2002
• Fuente http//www.verticalsystems.com, Broadband
  Services Overview

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Frame Relay

• Usos
• Conectividad de localidades remotas
• Bancos
• Cadenas de hoteles
• Hospitales
• Futuro?
• Integración de los foros Frame Relay y MPLS
• Gran base instalada
• SVCs no son ofrecidos ampliamente
• Tecnología madura e interoperable con otras
  tecnologías emergentes (ATM, MPLS)

33

• Sonet/SDH

34
Sonet/SDH

• Propuesto a ANSI, 1984
• Digitalización del sistema telefónico
• SDH, 1989
• Primer servicio SDH, 1992

35
Sonet/SDH

• Jerarquía de Señales

36
Sonet/SDH

• Estructura de la Trama
• STS-1 cabecera de tres columnas (bytes)
• STM-1 cabecera de nueve columnas (trama 270
  columnas)
• STS. Synchronous Transport Signal

37
Sonet/SDH

• Carga flotante (SPE)
• SPE. Synchronous Payload Envelope
• POH. Payload OverHead
• Payload Capacity, 84 Columnas

38
Sonet/SDH

• Carga útil (Payload Capacity)

39
Sonet/SDH

• STS-N, STM-N

40
Sonet/SDH

• Sonet Overhead Layers (Ruta, Línea, Sección)
• SDH Network Layers (Ruta, Multiplexaje,
  Regeneración)
• Ruta
• Ruta Sección Sección Ruta
• Formateo del Servicio Formateo del
  servicio
• (DS1, E3, etc)
• PTE. Path Terminating Element
  DCS. Digital Cross-Connect System
• REG. Regenerator ADM. Add/Drop Multiplexer

Multiplexaje
Multiplexaje Regeneración
Regeneración
Línea Línea
Sección Sección
41
Sonet/SDH

• Estructura de las columnas de cabecera

42
Sonet/SDH

• Deslizamiento de POH
• Cada 500 ms se puede adelantar o retrazar un byte.

43
Sonet/SDH

• Sonet Tributarias Virtuales (VT)
• SDH Contenedores Virtuales (VC)

44
Sonet/SDH

• Tributarias Virtuales

45

• ATM

46
ATM

• Inicio de estudios en ITU-T, 1984
• Definición del tamaño de la celda (53 bytes),
  1989
• B-ISDN basado en SDH ATM, 1990
• Establecimiento del Foro ATM, 1991
• Acuerdo de Anchorage, 1996

47
ATM

• Presentaciones del foro ATM
• Introducción a ATM
• ATM intermedio
• http//www.atmforum.com

48
ATM

• Mercado de servicios de telecomunicaciones

49
ATM

• Mercado de servicios de telecomunicaciones

50

• Ethernet

51
Ethernet

• Red experimental, 1973-76
• Fundación 3Com, 1979
• Publicación 802.3, 1983
• Fast Ethernet, 1995 full-duplex Ethernet, 802.3u
• VLANs 802.3ac, 1996
• Gigabit Ethernet,1998 802.3z
• 10 Gigabit Ethernet 802.3ae, 2003

52
Ethernet

• Presentación de NetworldInterop, 2000
• The Ethernets Evolution from 10 to 10,000 Mbps
  How it works!
• http//www.iol.unh.edu/training/ge/ethernet_evolut
  ion_index.html

53
Ethernet

• Crecimiento del mercado de servicios Ethernet de
  WAN
• CAGR. Composed Annual Growth Rate

54
Ethernet

• Ingresos por venta de equipamiento Gigabit
  Ethernet

55
Ethernet

• Precios comparativos de servicios Ethernet
• Fuente Nortel Networks

56
Ethernet

• Merrill Lynch estima un ahorro en costos de 41
  al emplear Gigabit Ethernet en lugar de ATM o
  Sonet.
• El costo de una interfaz Ethernet es
  aproximadamante una décima parte del costo de una
  interfaz ATM equivalente1.
• En las redes de área amplia Ethernet permite
  incrementos graduales de 1 Mbps.
• Gartner Group estima que para 2005, 30 de los
  servicios WAN de datos emplearán interfaces
  Ethernet
• 1. Crunching the Number, Ligth Reading,
  Noviembre 13, 2000

57

• DWDM
• Dense Wave Division Multiplexing

58
DWDM

• 3 ondas, finales 80s
• 28 ondas, principios 90s
• 1640 ondas, mediados 90s
• 64160 ondas, finales 90s

2 16 64
59
DWDM

• Incremento en las capacidades de enlaces
  interoceánicos.
• Fuente Lucent Technologies

60
DWDM

• Estructura básica de un sistema WDM

61
DWDM

• Arquitectura de servicios en una red WDM

62
DWDM

• Espectro de ondas empleadas en WDM

63
DWDM

• Efectos limitantes en las fibras ópticas
• Atenuación
• Absorción
• Dispersión Rayleigh
• Dispersión
• Cromática
• Material
• Longitud de onda
• No linearidades

64
DWDM

• Atenuación

Costo mínimo
Tasas máximas
Alcance máximo
65
DWDM

• Dispersión

66
DWDM

• Fuentes de luz
• Semiconductores láser
• Monocromática
• Coherente
• Ajustables (longitud de onda)
• LED
• Baja potencia
• Baratos
• Espectro amplio

67
DWDM

• Detectores
• PIN. Positive intrinsic negative
• Bajo costo
• Confiables
• APD. Avalanche photodiode
• Sensibilidad
• Precisión
• Costo
• Sensibles a la temperatura

68
DWDM

• Amplificación
• EDFA. Erbium Dopped Fiber Amplifier
• SNR 3 dB
• Raman
• Emplea bombas láser
• Maneja bandas C y L simultáneamente
• SOA. Semiconductor Optical Amplifier
• Construidos en un solo chip
• SNR 69 dB

69
DWDM

• Multiplexión
• Refracción
• Difracción
• Refracción
  usando prismas
• Difración por longitud de onda

70

• DSL

71
DSL

• Modelo de implementación

72
DSL
Tecnologías de Transmisión Usando Pares de Cobre
73
DSL

• 1. Las designaciones no son acrónimos sino
  números de recomendaciones de la CCITT.
• 2. 192 Kbps divididos en dos canales B (64 kbps),
  uno D (16 kbps) y administración del enlace.
• 3. "Duplex" significa que los datos pueden ser
  enviados y recibidos en forma simultánea.
• 4. Necesita dos líneas de par trenzado
• 5. Necesita tres líneas de par trenzado
• 6. Un Nuevo sistema llamado SDSL, de Single Line
  DSL, trabaja a 1.5 or 2.0 Mbps duplex sobre una
  línea.
• 7. También llamado BDSL, VADSL, o algunas veces,
  ADSL. VDSL es una designación ANSI y ETSI.
• 8. "Down" (bajada) significa downstream, de la
  red network hacia el subscriptor. "Up" (subida)
  significa upstream, del subscriptor a la red.
• 9. Los sistemas VDSL en el futuro pueden tener
  iguales tasas de transmisión en las direcciones
  de subida y bajada, pero las líneas deberán ser
  mucho más cortas.

74
DSL

• Factores que afectan el desempeño de los
  circuitos xDSL
• Longitud
• Calibre
• Desempeño de ADSL

75
DSL

• Mercado DSL

76
DSL

• Mercado de Acceso de Banda Ancha
• Korea .
• Fuente Deployment and Migration of Broadband
  Business in Korea, Howon Moon, Junio 4, 2003,
  IEC_at_Supercomm, Atlanta, GA.
• The Mckinsey Quarter, (2003 2)

77

• Cable Modems

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Cable Modems

• Tutorial de Cable-Modes.org
• http//www.cable-modems.org

79
Cable-modems

• Qué significa cable-modem?
• Cable es una abreviación de Red de Televisión por
  Cable (Cable TV Network, CATV)
• Modem es la contracción de MOdulador y
  DEModulador
• En realidad se parece más a un adaptador de red
  que a un modem

80
Cable-modems

• Modem, Red y Cable Modem

81
Cable-modems

• Qué es una red de televisión por cable?
• Actualizada para permitir un canal de retorno de
  señales
• La cabecera (Head-End) envía las señales
• HFC significa Híbrido Fibra óptica-Coaxial
  (Hybrid Fiber-Coax)
• Tiene una estructura de árbol
• La cabecera es la raíz
• Los cable cable-modems son las hojas
• Empleada para la distribución de señales de TV
• Una cabecera por cada 1000 cable-modems por
  ejemplo

82
Cable-modems

• Tipos de Cable-modems

83
Cable-modems

• Instalación típica de cable-modem

84
Cable-modems

• Quién compra un cable-modem?

85
Cable-modems

• Qué hay dentro de un cable-modem?
• El sintonizador (Tuner) convierte los canales de
  TV a una frecuencia base fija (640 MHz)
• El demodulador efectúa conversión A/D,
  demodulación, corrección de errores y
  sincronización MPEG
• MAC extrae datos de las tramas MPEG, filtra datos
  de otros cable-modems, ejecuta protocolos,
  temporiza la transmisión de ráfagas de tráfico de
  subida, etc.
• El modulador de ráfagas efectúa la modulación de
  codificación R-S, conversión de frecuencias,
  conversión D/A, etc.
• La interfaz puede ser PCI, USB Ethernet u otra.

86
Cable-modems

• Qué es flujo de bajada? (downstream)
• Es lo que recibe el cable-modem
• Frecuencias de 65850 MHz
• Ancho de banda de 6 MHz (EUA) u 8 MHz (Europa)
• Modulación 64-QAM (o 256 QAM)
• Tasas de transmisión de 2756 Mbit/s (47
  Mbyte/s)
• Flujo continuo de datos
• Recibido por todos los modems

87
Cable-modems

• Qué es flujo de subida? (upstream)
• Es lo que transmite el modem
• Frecuencias entre 565 MHz (542 MHz)
• Ancho de banda de 2 MHz, por ejemplo
• Modulación QPSK o 16-QAM
• Tasas de transmisión de 3 Mbit/s (400 KB/s)
• Transmite ráfagas de datos en intervalos de
  tiempos (timeslots, TDM)
• Intervalos de tiempo reservados y de contención

88
Cable-modems

• Formato de datos de bajada
• Corrección de errores Reed-Solomon
• Corrige seis errores en 204 bytes
• MPEG-TS (Transport Stream)
• MPEG-PG (Program Stream)
• Mensaje MAC
• Celdas ATM (DVB/DAVIC)
• Datos direccionados a uno, varios o todos los
  cable-modems

89
Cable-modems

• Formato del flujo de subida
• Corrección de errores Reed-Solomon
• Palabras únicas prepended
• Una celda ATM por cada ráfaga (DVD/DAVIC)
• Mensaje MAC o datos como carga (payload)
• 18 intervalos de 3 ms (timeslots, DVB/DAVIC)
• Intervalos reservados para datos mayores
• Intervalos de contención para datos breves
  (iniciales)
• Rangos de intervalos de tiempo de 3 intervalos
  (slots)

90
Cable-modems

• Qué es MAC?
• Control de Acceso al Medio
• Implementada en Hardware y posiblemente parte en
  software
• Efectua Ranging para calibrar el nivel de TX
• Efectua Ranging para calibrar interferencia en
  tiempo
• Asigna frecuencias de subida y tasas de
  transmisió n
• Asigna los intervalos de tiempo (ancho de banda
  de subida)
• Se ejecuta tanto en los cable-modems como en las
  cabeceras
• Muy parecido al protocolo satelital

91
Cable-modems

• Qué estándares?
• Systemas propietarios (primera generación)
• MCNS (Principalmente EUA). Desarrollado para
  cable-modems exclusivamente. Especifica solo
  cable-modems externos pero podría agregar modems
  internos también
• DAVIC/DVB (principalmente Europa). Empleado para
  set-top boxes y ahora también para
  cable-modems.
• IEEE 802.14 perdió la primera ronda, pero esta
  intentando convertirse en el estándar del futuro
  (equipos de tercera generación)

92
Cable-modems

• Estándares

93
Cable-modems

• Estándares

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Cable-modems

• Por qué es tan excitante?
• Velocidad, velocidad, velocidad
• x100 a x1,000 de veces la velocidad de los modems
  analógicos
• x25 a x500 veces la velocidad de ISDN
• Comparable o mejor a T1/E1s (2 Mbit/s)
• Navegar mientras se escucha audio de alta calidad
  en tiempo real

• Conectado todo el tiempo
• No es necesario marcar
• Obtener e-mail instantáneamente
• Se puede montar tu propio servidor
• Se puede jugar cuando gustes

95
Tecnologías de banda ancha

• Broadband Access and Teleworking Survey
• Steven Taylor
• Distributed Networking Associates
• Webtorials.Com
• Summer 2002

96

• RPR
• Resilient Packet Ring

97
RPR

• Presentación de la Alianza para RPR
• (RPR Alliance)
• http//www.rpralliance.org
• Presentación de Nortel Networks

98

• Wireless

99
Wireless

• Redes inalámbricas
• Mobilidad
• Instalación simple y rápida
• Instalación flexible
• Escalable
• Seguridad? .
• Manejo de potencia?

100
Wireless

• Configuraciones
• Peer-to-peer
• Clientes y punto de acceso

• Multiples puntos de acceso y roaming

101
Wireless

• Configuraciones
• Extensores
• Antenas direccionales

102
Wireless

• Medios Físicos
• 802.11
• Banda del Infrarrojo con 1-2 Mbps
• FHSS a 2.4 GHz con 1-2 Mbps
• DSSS a 2.4 GHz con 1-2 Mbps
• 802.11a
• Banda UNII (5.8 GHz) usando OFDM con 54 Mbps
• 802.11b
• Banda 2.4 GHz usando DSSS con 5.5,11 Mbps (o 1-2
  Mbps)
• 802.11g
• Banda 2.4 y 5 GHz usando OFDM con 54 Mbps
• UNII. Unlicensed National Information
  Infrastructure
• DSSS. Direct Sequence Spread Spectrum
• OFDM. Orthogonal Frequency Division Multiplexing

103
Wireless

• Estructura de las tramas
• Tramas de control
• Tramas de administración
• Tramas de datos

104
Wireless

• Estructura de las tramas (802.11g)
• 5 GHz Band

105
Wireless

• Control de Acceso al Medio (DCF)
• CSMA/CA
• RTS/CTS
• (Problema de la estación escondida)
• RTS. Request To Send
• CTS. Clear To Send
• NAV. Network Access Vector

106
Wireless

• Otros estándares
• 802.11e Calidad de servicio
• 802.11f Recomendaciones para lograr la
  interoperabilidad entre fabricantes
• 802.11h Administración del espectro y de la
  potencia de transmisión en la banda de 5 GHz para
  cumplir con las regulaciones de operación en
  Europa
• 802.11i Extensiones de seguridad

107
Wireless

• Cambio programado en los gastos mensuales
• Fuente Annual Telecom Services Survey The
  Customer Speaks, Morgan Stanley, Feb 2002