Tema 28. Redes de Banda Ancha. XDSI, ADSL, FRAME

Tema 28 – Redes de Banda Ancha
31/05/2011
Tema 28. Redes de Banda Ancha. XDSI, ADSL, FRAME
RELAY, ATM
Introducción.....................................................................................................................1
Tecnologías de redes de banda ancha.............................................................................2
Redes ETHERNET de banda ancha...............................................................................3
XDSL – Línea de abonado digital-..................................................................................4
ADSL - Línea de abonado digital asíncrona-............................................................4
Evoluciones de ADSL: ADSL2 y ADSL2+................................................................6
Redes ATM.......................................................................................................................7
Funcionamiento...........................................................................................................7
Modelo de capas del protocolo ATM.........................................................................8
Implantación de las redes ATM.................................................................................9
FRAME RELAY.............................................................................................................10
Tendencias futuras.........................................................................................................11
FTTH –Fiber to the home-........................................................................................11
ISO 802.16 –WIMAX-...............................................................................................11
Introducción
No existe una definición para el concepto de “Red de banda Ancha” aceptada de forma
general. Se puede clasificar como red de banda ancha las redes digitales de transmisión
de datos capaces de ofrecer servicios que las primeras redes no eran capaces de ofrecer.
Estos servicios se denominan servicios multimedia: transmisión de voz, video bajo
demanda, datos a alta velocidad, e-learning...
En los ambientes anteriores de redes de área local, la información de tipo multimedia se
encontraba almacenada en cada uno de los equipos, y se manejaba de manera
independiente por cada uno de ellos. En general, no podían soportar un esquema en el
cual cada equipo accediera a servidores remotos, dentro de los cuales se encuentra toda
la información multimedia.
Las redes de banda ancha son las redes capaces de proporcionar estos servicios
multimedia y se caracterizan por:
•
Integrar servicios de características heterogéneas en un mismo medio de
transmisión digital común. Estas redes permiten comunicaciones simultáneas
con tasas de transmisión constante o variable, de tiempo real ...
•
Proporcionan un gran ancho de banda (de hay su nombre). La necesidad de
ancho de banda no para de aumentar. Actualmente se puede considerar una red
de banda ancha si proporciona una tasa de transferencia mínima de descarga de
1Mbps (125KB/s) por usuario.
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Los cuellos de botella en una organización a la hora de proporcionar servicios de banda
ancha son:
•
La red principal “backbone” de la LAN, donde confluyen la mayoría de
comunicaciones de banda ancha internas y todas las externas. Es susceptible de
saturarse, afectando a toda la red LAN. La tecnología para estas redes han
evolucionado muy rápido para evitar este problema.
•
La interconexión con las redes WAN, a la hora de acceder a servicios de banda
ancha externos a la LAN. Las operadoras han conseguido proporcionar servicios
de banda ancha con precios asequibles. La reducción de costes ha permitido las
comunicaciones multimedia en entornos domésticos.
Tecnologías de redes de banda ancha
Las tecnologías de red de alto rendimiento que se utilizan para implementar actualmente
redes de banda ancha son dos, ATM y GigabitEthernet. Aunque a principios del 2000 se
utilizaron otras tecnologías. Éstas son:
RDSI - Red Digital de Servicios Integrados -. Fue el primer servicio proporcionado
por los proveedores de comunicaciones como alternativa a las comunicaciones por
líneas analógicas y a las conexiones punto a punto. RDSI es un estándar internacional
para transmitir información digital sobre líneas de cobre de la telefonía normal. Se
utilizaba para unir a los usuarios con las centrales telefónicas.
Sus características son:

Es un protocolo de conmutación de circuitos.

Existen dos tipos de redes RDSI
o RDSI básica: Formada por dos canales de datos y uno de control.
Alcanzaba un ancho de banda de 128 Kbps.
o RDSI primaria: En Europa, esta formado por 30 canales de datos y uno
de control. Tiene un ancho de Banda de 2Mbps.
Actualmente es una tecnología obsoleta al haber sido sustituida rápidamente por la
tecnología xDSL, que permite velocidades más rápidas y menos costes de instalación.
Frame Relay: Ver más adelante.
FDDI y FDDI 2: Es un protocolo orientado a usarse en redes metropolitanas
(MAN). Es una red de transmisión de paquetes, con el uso de un “token” para
controlar el acceso al medio. Es una red determinista que permite
comunicaciones de tiempo real y prioridades. FDDI y FDDI 2 aunque muy
similares son incompatibles. Sus inconveniente son que FDDI tiene un ancho de
banda de hasta 200Mbps (con red de backup 100Mbps) compartido por todos los
equipos conectados a la red, por lo que cuanto mayor es la red, menos ancho de
banda hay disponible y además sus equipos de red son costosos. Es una
tecnología en claro desuso.
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Las tecnología actuales son: ATM de la que hablaré más adelante y 10Gigabit
Ethernet y GigabitEthernet:
Redes ETHERNET de banda ancha
Son la evolución de las redes Fast Ethernet.
Ethernet es un protocolo de transmisión de datos de la cada de enlace. Sus
características son:
1. Transmite la información utilizando la conmutación de paquetes
2. Su protocolo de control de acceso al medio CSMA/CD, acceso al medio
de forma aleatoria con detección de colisiones.
Sus principales ventajas son:
•
Una tasa de transmisión enorme: Hasta 10Gbps
•
La mejor relación velocidad/precio. Tiene un coste de instalación y de operación
menor que el resto.
•
Facilidad de interconexión con redes FastEthernet, que aparecen en la mayoría
de redes LAN actuales.
Su inconvenientes son:
•
No determinista. No garantiza una latencia máxima de las comunicaciones.
Aunque su gran velocidad hace que funcionen correctamente las aplicaciones en
tiempo real con una gran probabilidad, pero este margen de error no es válido
para todas aplicaciones, como las hospitalarias.
•
No garantiza la calidad de las comunicaciones (QoS), ni permite prioridades.
•
Alcanza un máximo de aprovechamiento del ancho de banda de red de un
70/80%.
La tecnología Gigabit Ethernet es usada para crear el backbone de grandes redes
LAN y MAN.
La tecnología 10 Gigabit Ethernet por sus grandes prestaciones se utiliza en
redes WAN y grandes redes MAN.
Ambas tecnologías han tenido una gran aceptación en el mercado, haciendo la
competencia directa a la redes ATM, debido a su menor coste.
Actualmente se esta trabajando en un nuevo estándar 100Gigabit Ethernet, que
como su nombre indica, es 10 veces más rápido.
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XDSL – Línea de abonado digitalEs la familia de tecnologías utilizada para conectar usuarios finales a las redes de banda
ancha WAN a través del cable de telefonía tradicional. El bucle de abonado es la
conexión entre el cliente y la centralita telefónica de la operadora.
Las tecnologías XDSL definen los protocolos de la capa física para el bucle de abonado.
La tecnología xDSL convierte las señales digitales a señales analógicas para ser
transmitidas por el cable de telefonía convencional.
Red de banda ancha
Usuario
Red de acceso
Par de cobre
Central de conmutación
La conexión a la central de conmutación puede hacerse utilizando varios tipos de
medios (par de cobre, cable coaxial, fibre óptica...) pero el par de cobre es el más
utilizado, puesto que se aprovecha el bucle de abonado de la telefonía analógica.
Aprovechando esta infraestructura, las operadoras se ahorran la costosa instalación y
pueden ofrecer precios competitivos.
Dentro de la familia de tecnologías XDSL, las tecnologías con mejores prestaciones e
implantadas son dos:
•
ADSL – XDSL asíncrono-. Es la tecnología XDSL más utilizada, implantada
desde hace años. La denominación de asimétrica está motivada porque ofrece
una tasa de trasferencia diferente para la subida (de la red al cliente) que de
bajada (del cliente a la red). La tecnología ADSL ha evolucionado y
actualmente encontramos tres versiones de ADSL: El ADSL original, el
ADSL2 y ADSL2+.
•
VDSL – XDSL de alta velocidad-. Puede transmitir de forma asimétrica (52
Mbps de bajada y 12 Mbps de subida) o de forma simétrica (26Mbps tanro de
subida como de bajada). Utiliza hasta 4 bandas de frecuencia 2 de subida y 2 de
bajada. En Europa, esta tecnología se está orientando a la transmisión de
televisión de alta definición por red. Por ejemplo, telefónica la utiliza para la
TV de Imagenio.
ADSL - Línea de abonado digital asíncronaLos modems ADSL utilizan bandas de frecuencia diferentes para transmitir datos (24
kHz a 1104 kHz) que la telefonía tradicional (300 Hz a 3400 Hz). Por ello permite
utilizar simultáneamente la línea para la comunicación de datos y voz.
El medio de trasmisión (el bucle de abonado) es exclusivo del cliente, lo que reduce los
riesgos de seguridad, permite disponer el ancho de banda de forma exclusiva para el
cliente y que la conexión sea continua.
Arquitectura de una red ADSL
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Las conexiones ADSL utilizan como equipo electrónico de conexión módems. Al
emitir, convierte la señal de digital a analógica y el receptor viceversa. Al ser una
modulación asimétrica los módems del usuario y de la centralita son diferentes. El del
cliente se denomina ATU-R (ADSL Terminal Unit – Remote) y el de la centralita ATUC (ADSL Terminal Unit –Central).
Red de conmutación
telefónica
ATU-R
X
X
ATU-C
Red de banda Ancha
Par de cobre
Centralita
Usuario
En una conexión ADSL se establecen tres canales, uno para el envío de datos, otro para
su recepción y, el último, para la transmisión de voz.
Sobre ADSL se pueden utilizar protocolos del nivel de enlace como Frame Relay y
ATM. Desde un primer momento, se pensó en ADSL como una solución de acceso de
banda ancha, por ello se diseño para su fácil integración con ATM.
La mayoría de operadoras han adoptado ATM como protocolo de enlace desde el
modem ITU-R hasta la red de banda ancha que también es ATM. La comunicación
entre el usuario y el módem puede ser ATM o utilizar otro protocolo, generalmente de
conmutación de paquetes, como Ethernet.
Los dos modelos más comunes de ADSL quedan representados a continuación:
Red de
usuario
ATU-R
ATM
Centralita
Otro Protocolo (Ethernet)
Conexión ATM - Extremo a extremo -
Las características de una conexión ADSL son:
• Velocidad máxima de transferencia de bajada: 8 Mbps.
• Velocidad máxima de transferencia de subida: 1 Mbps.
• No dispone de un servicio de corrección de errores.
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Red de banda
ancha. WAN
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Evoluciones de ADSL: ADSL2 y ADSL2+
ADSL2 y ADSL2 + son la evolución de ADSL, utilizando el mismo medio de
transmisión consiguen un mayor rendimiento. La principal mejora es una mayor tasa de
transferencia.
Las mejoras de ADSL2 sobre ADSL1 son:
• Mayor tasa de transferencia de descarga es de 12 Mbps.
•
La tasa de transferencia de subida es de 2 Mbps.
•
Un mejor tratamiento de los errores de conexión.
•
Contempla la posibilidad de usar más de una línea telefónica en una misma
conexión de un único terminal. La finalidad es mejorar las tasas de bajada.
Las mejoras de ADSL2 + sobre ADSL2 se reducen a la mejora de la velocidades de
transmisión. De subida, ADSL2+ permite 2 Mbps de subida, y de bajada 24 Mbps.
Unos de los problemas de ADSL es que la velocidad máxima que puede alcanzar
depende de la distancia entre el cliente y la centralita, y de la calidad de las líneas.
Para una línea telefónica normal, la velocidad máxima se consigue con 1,5 Km como
máximo de distancia con la centralita. A partir de los 3Km, las mejoras de velocidad de
ADSL2 y ADSL2+ prácticamente se pierden.
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Redes ATM
La tecnología ATM, Modo de transferencia Asíncrona, es la tecnología propuesta por
los organismos de estandarización, como CCITT o ANSI, para el RDSI de banda
Ancha. Es un protocolo de red del modelo OSI de ISO.
Es uno de los protocolos de red más avanzados actualmente. Sus ventajas son:
•
•
•
•
•
•
Proporciona ancho de banda de hasta 155 Mbps en conexiones usuario-red
(conexión DS1) y de hasta 10Gbps dentro de la red (utilizando redes SONET),
permite conectar el cliente directamente con una WAN sin ninguna pérdida de
prestaciones y sin la necesidad de protocolos adicionales,
integra todo tipo de servicios en la misma red, gestionándolos de forma
independiente según sus diferentes características,
Permite Calidad de servicios (QoS ), es decir, permite garantizar los servicios de
comunicaciones,
Se puede utilizar tanto en redes WAN, MAN o LAN y
Está diseñada para permitir una potente administración de red, permite tarificar
por volumen de información transmitida.
Funcionamiento
ATM utiliza como método de multiplexación de los datos la conmutación de celdas. La
información de divide en paquetes de 53 bytes y se transmiten de forma independiente.
Cada celda está formada de 48 bytes de datos y una cabecera de 5 bytes. La cabecera
tiene un campo que indica de que servicio proviene la celda, este campo se denomina
identificador de circuito virtual (VCI). El flujo de datos de cada circuito virtual puede
tener características diferentes, como ser tasa de transmisión variable o constante,
comunicación en tiempo real...
El canal de transmisión de divide en particiones de tiempo en las que puede viajar una
celda. Cada canal tiene un identificador que se denomina identificador de ruta virtual
(VPI). Las celdas en la cabecera también incluyen un campo con el identificador de la
ruta virtual por la que viajan. ATM asigna una ruta virtual a cada circuito virtual.
Si un conmutador ATM no tiene celdas para rellenar una ruta virtual, añade celdas
vacías.
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Ha diferencia de las redes de conmutación de circuitos, ATM puede variar el número de
particiones de tiempo asignadas a cada ruta virtual según las necesidades del circuito
virtual que transporta y las del tráfico de datos en general. La asignación entre rutas
virtuales y circuitos virtuales tienen valor local, pueden variar al pasar por cada
conmutador.
Por ejemplo, se puede tener un servicio de transmisión de vídeo identificado como el
circuito virtual 1(VCI 1) que dentro de un tramo de red ATM se transmite dentro de la
ruta virtual 2 (VPI 2), pero al pasar por un conmutador puede pasarse a transmitir por la
ruta virtual 3 (VPI 3).
ATM posee dos tipos de celda que se diferencian por sus cabeceras.
•
Las celdas UNI –User to Network Interface-. Son las celdas que se transmiten
entre los nodos de la red ATM y los usuarios.
•
Las celdas NNI –Network to Network Interface- Son las celdas que se transmiten
dentro de una misma red o entre redes a través de los nodos de la red.
Modelo de capas del protocolo ATM
ATM se organiza en tres capas más una dimensión de administración.
La capa física: Define los interfaces físicos con el medio de transmisión y las funciones
responsables de la correcta transmisión y recepción de los bits en el medio físico.
A diferencia de otro tipo de redes, ej: Ethernet, ATM es independiente del medio de
transmisión utilizado. Puede utilizar desde redes de fibra de vidrio como SONET a
modem de 9600 baudios.
La capa ATM: Define la estructura de la celda y de la asignación de las celdas a las
rutas virtuales de la red. Esta capa es independiente del servicio.
La capa de Adaptación ATM: Es la capa encargada de adaptar los diferentes tipos de
tráfico que recibe de las capas superiores para usar la red ATM y realiza tareas de
control de flujo. Cuando es emisor, recibe el flujo de datos y lo segmenta en paquetes de
48 bytes. Como receptor, agrupa los paquetes para reconstruir los flujos de datos.
La capa de adaptación ATM trata los flujos de datos de forma distinta según:
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
Que la información transportada dependa o no del tiempo

Que la tasa de bits sea constante o variable

El modo de conexión
ATM ofrece tres categorías de comunicación básicos según las características del
servicio:
 CBR –Constant Bit Rate- asegura un ancho de banda constante a la aplicación.
Es utilizado, por ejemplo, para transmitir video con compresión constante.

VBR –Variable Bit Rate- asegura un ancho de banda mínimo y máximo a la
comunicación. Una variante es VBR-rt –VBR real time- Como VBR pero
además garantiza un retardo máximo para la trasmisión de las celdas. Usado en
aplicaciones de tiempo real.

UBR – Unspecified bit rate- Proporciona un servicio de comunicaciones sin
especificar sus características. Usado para comunicaciones TCP/IP
ATM ofrece calidad de servicio –QoS-. Es decir, garantiza las características ofrecidas
en cada categoría de servicio. Cuando un usuario solicita establecer una conexión de
una determinada categoría, si la red ATM no puede garantizar el servicio, rechaza la
conexión. En caso de saturación de la red, la red actúa sobre las celdas según su
categoría. Así, eliminaría celdas UBR antes que VBR.
Implantación de las redes ATM
ATM tiene multitud de ventajas sobre el resto de protocolos de red, pero un gran
inconveniente el coste.
A nivel de redes LAN, las redes ATM no han fructificado porque el coste de migración
a ATM es muy alto, porque los equipos de red ATM son complejos y caros, y su
administración difícil.
Ethernet tiene desde hace años una gran cuota de mercado (más del 80%), lo que ha
permitido que pasar a GigabitEthernet sea actualizar la infraestructura de red, siendo
esto mucho más económico y fácil. En entornos LAN, las características de tarificación
por volumen transmitido y la calidad de servicio (QoS) no son importantes.
En entornos WAN, ATM tiene una gran cuota de mercado de la banda ancha y sustituye
a Frame Relay, gracias a tener mayor ancho de banda, mayor poder de administración,
ofrecer mejor servicio a los clientes con QoS...
Es el protocolo de la capa de enlace más utilizado en las conexiones xDSL.
Como protocolo de comunicación dentro de las redes WAN, está sufriendo la
competencia de las últimas versiones de Ethernet (10 GBitEthernet)
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FRAME RELAY
Frame Relay es un protocolo de transmisión del nivel de enlace, utilizado desde 1991.
Está orientado a proporcionar un servicio de bajo coste de transmisión de datos de
forma intermitente entre redes LAN u otros clientes, a través de una red WAN.
Características:
•
Es una forma simplificada de tecnología de conmutación de paquetes. El tamaño
de los datos transmitidos en cada trama puede variar de un 1 Byte a 8KBytes.
•
Es un protocolo orientado a conexión.
•
No es fiable, no realiza ninguna tarea de control de errores o control de flujo.
Estas tareas deben realizase por capas superiores en el destinatario.
•
La velocidad de transmisión es variable, la velocidad máxima es 45 Mbps (En
Europa se ofrece hasta 2 Mbps). Es una tecnología de red con una velocidad de
transferencia comprendida entre RDSI y ATM.
•
Permite utilizar diferentes medios de transmisión físicos: XDSL, líneas RDSI...
•
La conexión de Frame Relay es de tipo permanente (PVC). El usuario ve una
conexión continua y dedicada con el receptor, aunque sea una conexión a través
de una red pública compartida. Existe un tipo de conexión conmutada (SVC)
para Frame relay, que en la práctica no se utiliza por su excesiva complejidad.
•
Permite disponer de varias conexiones virtuales (PVC) a través de una conexión
física a la red Frame Relay.
•
Sobre Frame Relay se puede transportar tanto datos como voz (existe un
estándar para voz sobre Frame Relay). Aunque no es una línea diseñada para
transmitir información en tiempo real.
•
Su implantación es fácil y barata. La adaptación de los routers de la red
conectados a la red Frame Relay es barata. Es un protocolo implementable por
software.
Por ejemplo, Telefónica ofrece Frame Relay como servicio para interconectar redes, con
una velocidad máxima de transmisión de 2 Mbps. Frame Relay conecta las redes LAN
con una red WAN nacional. El acceso puede ser mediante RDSI, ADSL, líneas
dedicadas...
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Tendencias futuras
Las redes de banda anchas es un campo en el que actualmente se esta trabajando e
investigando mucho. Las próximas tecnologías a corto plazo son:
FTTH –Fiber to the homeFTTH o “Fibra hasta el hogar” parece ser la tecnología que sustituirá a las conexiones
xDSL para comunicaciones de banda ancha.
Consiste en conectar al usuario directamente con una red de fibra óptica, y aprovechar
el gran ancho de banda de la misma, actualmente hasta 155 Mbps. Su principal
inconveniente es su gran coste, debido a la instalación de los cables y a los equipos
ópticos.
Actualmente en Europa, las soluciones FTTH no se comercializan, sino que están en
fase de investigación. En Japón llevan varios años de comercialización.
ISO 802.16 –WIMAXTecnologías estándar para la implantación de redes MAN inalámbricas. Permite
conexiones de hasta 70Mbps a una distancia de 50km. Su objetivo es ser una
alternativa sin hilos a las conexiones de banda ancha como xDsl o cable.
Es una tecnología complementaria con la ISO 802.11 “Wíreless” al usar frecuencias de
radio diferentes, y diseñada para ser utilizada en dispositivos móviles.
A principios del 2008, la Unión Europea aprobó el uso de la banda de frecuencias que
usa Wimax para redes de comunicaciones terrestres. Todos los países deberán permitir
el uso de estas frecuencias antes del 2012.
En España ya se comercializa a pequeña escala acceso a Internet mediante Wimax,
aunque todavía no se haya adaptado la legislación al decreto Europeo.
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