RESILIENT PACKET RING

Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓN.
RESILIENT PACKET RING
-------------------------------------------------------------------------------------------
0
Leticia Rueda Rojo
Esther Moreno Estébanez
Rocío Ocampo Godoy
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
1. Introducción
2. ¿Qué es RPR?
a. Características
b. Control de Acceso al Medio
c. Prioridad de paquetes
i. Ejemplo de Simulación
d. Algoritmo “Fairness”
i. Funciones de la FCU
ii. Determinación del «Fair Rate»
iii. Ejemplo de Simulación. Funcionamiento de los modos agresivo y conservador.
e. Descubrimiento de la topología
i. Formato de mensaje de descubrimiento de topología
f. Resistencia a errores
i. Inicialización
ii. Suma de una nueva estación
iii. Fallo
iv. Protección
v. Mecanismo «Steering»
vi. Mecanismo Wrapping
g. Compatibilidad con otros protocolos
h. Formatos de trama
3. Comparación de rendimiento con otras arquitecturas
a. Ventajas e inconvenientes de diferentes tecnologías
i. SDH y SONET
ii. Next Gen SDH
iii. Ethernet
iv. Ethernet sobre MPLS (EoMPLS)
v. RPR IEEE 802.17
b. Comparativa
4. Prestaciones
a. Robustez, capacidad
b. Servicios soportados por RPR
5. Equipo necesario
a. Ejemplo de empresa desarrolladora de equipos
b. Interconexión de anillos. Dual RPR Interconnect.
6. Aplicaciones
a. Redes MAN y WAN. Evolución.
i. Nuevos Requerimientos en redes MAN y WAN
ii. Evaluación de la Calidad de los Servicios en Redes E-MAN
b. Servicios Ofrecidos sobre RPR
i. Triple Play
ii. Red de retorno inalámbrica (Wireless Backhaul)
7. Conclusión
1
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
1. INTRODUCCIÓN
El protocolo Resilient Packet Ring, (Anillo de recuperación de paquetes), normalizado
como IEEE 802.17, nace como necesidad de una nueva forma de transporte de datos.
Tradicionalmente los datos se han estado transportando sobre redes ATM y SDH,
optimizadas para servicios TDM, no para una comunicación por paquetes. Hoy en día, la
tendencia es llevar la conexión Ethernet desde la central del proveedor hasta el abonado, ya
que todos los servicios que se están ofreciendo y se van a ofrecer a los usuarios finales están
basados en el mundo IP. Además las redes Ethernet cada vez se van haciendo más grandes y
se les va pidiendo mayor ancho de banda, rapidez y fiabilidad. 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.
2. ¿QUÉ ES RPR?
RPR o Resilient Packet Ring, es un protocolo de nivel 2 que proporciona un servicio de
transmisión de paquetes no orientado a conexión entre elementos de un anillo. Ha sido
inspirado en Ethernet, del que persigue sus ventajas sin renunciar a la calidad de servicio de
la red SDH subyacente. La topología es de doble anillo, denominados interior y exterior,
ambos contra-direccionales que transportan paquetes de datos y control. Ambos anillos llevan
tráfico útil, utilizando técnicas de nivel 2 para la protección del tráfico en lugar de reservar
ancho de banda para estos fines, por lo que incrementa el ancho de banda utilizable.
RPR utiliza un algoritmo de descubrimiento de nodos que permite aprender automáticamente la topología
de la red y almacena en cada nodo de red dos caminos (primario y secundario) al resto de
nodos de la red. Los datos se enviarán por el camino óptimo y, sólo en caso de fallo de la red,
se utilizará el camino secundario de modo automático en un tiempo no superior a 50 mseg.
Otra característica importante es que los nodos destinatarios de los paquetes los retiran del
anillo (salvo en multicast), por lo que los paquetes no circulan por todo el anillo, sino en el
tramo comprendido entre emisor y receptor, dejando libres el resto de segmentos, lo que se
conoce como “Reutilización espacial”. Todos los nodos en un anillo RPR comparten el ancho de
banda disponible, sin necesidad de provisionar circuitos, negociando el acceso de forma
2
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
equitativa.
A fin de garantizar diferentes calidades de servicio, RPR implanta cuatro clases de servicio
con diferentes prioridades en cuanto a garantías de ancho de banda, retardo y “jitter”
(Reservado, y clases A, B y C). En cuanto a la latencia, RPR tiene una arquitectura de “camino
de paso o en tránsito” que permite a los paquetes cruzar rápidamente los nodos intermedios
entre origen y destino, con lo que se consiguen valores muy bajos de latencia y “jitter”, siendo
adecuado para voz y vídeo, alcanzando el objetivo de soportar múltiples servicios y
aplicaciones. Adicionalmente implanta de forma excepcionalmente simple la funcionalidad de
“multicast” y “broadcast”, ya que simplemente se dejan circular estos paquetes por el anillo
sin necesidad de replicarlos.
Con este protocolo se permite “sobre-suscripción” (multiplexación estadística), garantizando
la transmisión de paquetes hasta el valor comprometido y, a partir de ahí, en función del
estado de ocupación de la red.
Por tanto, utilizando RPR se obtiene una gran eficiencia en el uso de ancho de banda, con una
calidad de servicio próxima a la que proporcionan las redes de transporte SDH, permitiendo
un acceso equitativo y diferenciado por clases de servicio al ancho de banda de la red, de muy
fácil gestión y escalabilidad (hasta 64 nodos por anillo, ADMs), debido a la inteligencia de los
nodos que automatiza gran parte de la operación.
a. Características
Dentro de sus principales características destacan las siguientes:
¾ Es una tecnología de transporte de nivel 2, complementaria a las que ya existen (SDH,
ATM, Ethernet).
¾ Se implementa sobre fibra óptica.
¾ Soporta múltiples servicios y aplicaciones (datos, voz, vídeo).
¾ Basado en paquetes.
¾ Soporta tramas IP, MPLS o Ethernet (su principal objetivo).
¾ Topología de red sencilla: doble anillo, interior y exterior, ambos con tráfico útil.
¾ Descubrimiento automático de nodos y topología de red. Cada nodo de red almacena
dos caminos (primario y secundario) al resto de nodos de la red. Conmutación
automática a secundario en caso de fallo en menos de 50 ms.
¾ Comparte los anillos de fibra, y reutiliza espacio (ancho de banda). Los paquetes no
circulan por todo el anillo, sino simplemente en el tramo comprendido entre emisor y
receptor, lo que permite que circulen varios paquetes por el anillo simultáneamente.
3
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
¾ Todos los nodos comparten el ancho de banda disponible, sin necesidad de provisionar
circuitos, negociando el acceso de forma equitativa.
¾ Implanta de forma simple la funcionalidad de “multicast” y “broadcast”, ya que los
paquetes pueden circular por el anillo sin necesidad de replicarlos.
¾ Implanta cuatro clases de servicio con diferentes prioridades en cuanto a garantías de
ancho de banda, retardo y “jitter” (Reservado y clases A, B y C).
¾ Arquitectura de “camino de paso o en tránsito” que permite a los paquetes cruzar
rápidamente los nodos intermedios. Valores muy bajos de latencia y “jitter”.
¾ Permite “sobre-suscripción” (multiplexación estadística), garantizando un valor
comprometido, y a partir de ahí en función del estado de ocupación de la red.
¾ Reduce los costes de operación y de construcción de red (Capex y Opex):
¾ Reduce la complejidad de la red.
¾ Reduce los tiempos de dar servicio.
¾ Escalable.
¾ Eficiencia en la utilización de fibra.
¾ Protección de anillos, resistente a fallos.
¾ Usa técnicas de nivel 2 para protección de tráfico. No reserva ancho de banda para
este fin.
¾ Múltiples niveles de calidad de servicio.
b. Control de acceso al medio
Las estaciones en el anillo de RPR utilizan un protocolo de control de acceso al medio
(MAC) que controla el acceso de las estaciones al medio de comunicación del anillo. Se definen
varias interfaces de la capa física (subcapas de la reconciliación) para Ethernet (llamada
PacketPHYs) y SONET/SDH. La entidad MAC también implementa puntos de acceso a los que
los clientes se pueden conectar para enviar y recibir tramas de información de estatus.
4
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
c. Prioridad de paquetes
RPR proporciona prioridad de paquetes mediante tres niveles/clases de servicios. El
objetivo de este esquema de transporte es dar a la clase A baja latencia y bajo jitter, a la
clase B latencia y jitter predecibles, y a la C un mejor esfuerzo (Best Effort). RPR no
descarta tramas para solucionar la congestión. Las tramas de la clase A se pueden dividir en
A0 y A1 y las tramas de clase B se dividen a su vez en B-CIR (commmited information rate) y
B-EIR (Excess information rate). Las clases C y B-EIR son denominadas «FE» (fairness
elegible), debido a que este tipo de tráfico es controlado por el algoritmo «fairness». Para
garantizar los servicios de las clases A0, A1 y B-CIR, se asigna ancho de banda. El ancho de
banda asignado a la clase A0 se denomina «reservado» y solamente puede ser utilizado por la
estación que lo tiene asignado. El ancho de banda preasignado a A1 o B-CIR se denomina
«reclamable». El ancho de banda reservado que no se utiliza se desperdicia, pero el tráfico
reclamable no utilizado puede ser reutilizado por el tráfico FE. Cuando una estación quiere
reservar ancho de banda A0 envía una reserva mediante broadcast al resto de las estaciones.
Una vez recibida la misma información del resto de estaciones, cada estación hace el cálculo
de ancho de banda no reservado disponible, que puede ser utilizado por el resto de clases de
tráfico. Cada estación del anillo RPR tiene un formateador de tráfico por cada A0, A1 y BCIR, ya preconfigurados, y también uno para FE. Hay otro formateador para todo el tráfico
diferente a A0, llamado «downstream shaper». El downstream shaper asegura que el ancho de
banda utilizado por el tráfico no reservado no exceda el ancho de banda no reservado. Los
otros formateadores se encargan de limitar la inserción de tráfico del resto de clases de
tráfico.
5
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
Una cola es suficiente para realizar el «buffereing » de tramas en tránsito de cada estación.
La cola puede estar definida como una cola con prioridades, donde las tramas con prioridades
más altas son desencoladas antes que las de prioridades más bajas. Opcionalmente RPR
considera la utilización de dos colas, una principal PTQ (primary transit queue) y otra
secundaria STQ (secondary transit queue). Las tramas de clase A son encoladas en la cola
PTQ, mientras que las tramas de clases B y C son encoladas en STQ. El envío desde la cola
PTQ tiene prioridad sobre STQ y sobre la mayor parte de tipos de inserción de tráfico.
Conexión a un único anillo mostrando el buffer de inserción y la cola de tránsito.
i.
Ejemplo de simulación
La figura muestra un ejemplo ejecutado donde se mide la latencia de las tramas
enviadas entre dos estaciones dadas en un anillo RPR. Las estaciones del anillo tienen dos colas
de tránsito. El anillo es sobrecargado con tráfico aleatorio de fondo, de clase C. La latencia se
mide desde que el paquete está listo para entrar en el anillo(es decir, está el primero en la
cola), hasta que llega al receptor. Observar cómo el tráfico de clase A mantiene su retardo
bajo incluso cuando el anillo está congestionado. Notar también cómo el tráfico de clase B
todavía tiene un jitter bajo en alta carga, mientras que el tráfico de clase C experimenta
algunos retardos muy altos.
Latencia de una trama desde la estación 1 a la 7 en un anillo sobrecargado de 16 estaciones. La
propagación y la latencia mínima de trama son 180 microsegundos.
6
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
d. Algoritmo Fairness
En el método de acceso básico de “inserción al buffer”, una estación puede enviar una
trama solamente si la cola en tránsito está vacía. Por lo tanto es muy fácil que una estación de
flujo de bajada (downstream) sea privada por las estaciones de flujo de subida (upstream). En
RPR, la solución a este problema es que las estaciones se comporten de acuerdo al algoritmo
Fairness. El objetivo del algoritmo Fairness, es distribuir el ancho de banda recuperable, sin
asignar y no utilizado de manera equitativa en las estaciones y usar este ancho de banda para
enviar tráfico de clase B-EIR y clase C, por ejemplo el trafico fairness eligible (FE).
Al definir la distribución equitativa del ancho de banda, RPR hace cumplir el principio de que
cuando la demanda de ancho de banda en un enlace es mayor que la oferta, el ancho de banda
disponible se debe distribuir equitativamente entre las estaciones emisoras contendientes. Se
asigna un peso a cada estación, a fin de que la distribución equitativa no sea igual entre
estaciones de diferente peso. Cuando el ancho de banda de un enlace de transmisión de una
estación está agotado, se dice que el enlace y la estación están congestionados, es entonces
cuando el algoritmo Fairness comienza a funcionar.
Se considera que una estación está congestionada cuando (con una o dos colas) el tráfico total
transmitido supera ciertos límites. Para estaciones con una sola cola, se dice que está
congestionada cuando las tramas insertadas en ella tienen que esperar mucho para salir de la
cola. Cuando existe cola principal y secundaria, se dice que hay congestión cuando la segunda
cola (STQ) se llena. Esto implica que todas las tramas que lleguen a la cola STQ, tardarán
bastante en salir.
Como solución a la congestión, cada entidad MAC 802.17 tiene una «Fairness Control Unit» con
las siguientes características:
•
Respuesta rápida.
•
Alta utilización de ancho de banda.
•
Escalabilidad.
7
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
•
Reclamación de ancho de banda.
•
«Source-based weighted fairness».
•
Soporte de «Single and multichoke de clientes».
•
Estabilidad.
La FCU proporciona a los clientes la velocidad a la que pueden transmitir tráfico FE. Las
estaciones del anillo negocian la velocidad basándose en la cantidad total de ancho de banda no
reservado disponible en el anillo.
i.
Funciones de la FCU
Para comunicar el estado de la entidad MAC, la FCU genera y recibe mensajes de
control fairness. La FCU genera mensajes para advertir de la utilización de ancho de banda de
cada estación. La FCU también recibe mensajes fairness con los que determina:
•
Estado de congestión del anillo.
•
Ancho de banda permitido para cada estación.
Con la información de ancho de banda, la FCU también configura los formateadores de
transmisión para cumplir con las limitaciones de ancho de banda.
ii.
Determinación del «Fair Rate»
Las estaciones utilizarán algunas variables para calcular dinámicamente la cantidad de
ancho de banda que tienen permitido consumir «Fair Rate»:
ReceivedFairRate: Ancho de banda recibido de las estaciones anteriores.
LocalFairRate: Ancho de banda que la estación está consumiendo actualmente.
FullLineRate: La máxima velocidad del anillo.
8
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
ForwardRate: Ancho de banda utilizado por estaciones siguientes en el anillo.
Básicamente, el fair rate de una estación se calcula utilizando el ReceivedFairRate de las
estaciones vecinas y comparando con sus LocalFair-Rate. Cuando el LocalFairRate excede el
ReceivedFairRate, un nodo asume que está utilizando demasiado ancho de banda y reduce su
LocalFairRate. Durante periodos de congestión, un nodo recibe valores de ReceivedFairRate
más bajos. Cuando la congestión cesa, el ReceivedFairRate crece hacia FullLine-Rate. Cada
nodo genera mensajes de control fairness indicando sus requerimientos de ancho de banda y
teniendo en cuenta el estado de congestión del anillo.
iii.
Ejemplo de simulación. Algoritmo fairness. Funcionamiento de los modos
agresivo y conservador.
La figura muestra el funcionamiento de los modos agresivo y conservador del algoritmo
de equidad (fairness), respecivamente, en un escenario dado. Ambos escenarios son simulados
para un anillo de 16 estaciones de 50 km de longitud, enlaces de 1 Gbps de los que cada
estación usa el 1% para tráfico A0. Todas las estaciones tienen dos colas, y las estaciones 1, 2
y 3 están enviando a la estación 4. El tráfico comienza en el instante 1.0 s, e inicialmente sólo
envía la estación 3. En el instante 1.1 s, la estación 1 empieza a enviar. Ambos flujos son de
clase C, y ambos métodos de equidad comparten rápidamente el ancho de banda del enlace
congestionado (desde la estación 3 a la 4) de forma igualitaria. En el instante 1.2 s, la estación
2 empieza a enviar un flujo de 200 Mbps (también de clase C y hacia la estación 4). Vemos que
el método agresivo se adapta a la nueva distribución equitativa de ancho de banda muy
rápidamente, aunque después de algunas oscilaciones altas. El método conservativo, que espera
un FRTT (fairness round trip time) entre cada ajuste de tasa, tarda más tiempo en ajustarse
a la nueva carga.
9
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
Tráfico dinámico manejado por los algoritmos de equidad conservativo y agresivo (nº bps recibidos por la estación 4).
En el instante 1.5 s, para el tráfico desde la estación 1. En ambos métodos, vemos que algo de
tráfico desde la estación 2 que ha sido encolado, ahora está siendo liberado, y por tanto hay
una cantidad añadida de paquetes recibidos desde la estación 2 en la 4. El método agresivo
sufre algunas oscilaciones adicionales, pero aún así se ajusta rápidamente al nuevo patrón de
tráfico. El método conservativo se ajusta con menos oscilaciones, pero más despacio.
e. Descubrimiento de la topología
La entidad 802.17 tiene un mecanismo de descubrimiento de topología. Los mensajes de
topología son enviados desde cada estación a las demás estaciones en el anillo. Cada estación
construye un mapa de topología, conteniendo información sobre localización, capacidades y
estado de los nodos en el anillo. Los mensajes son generados periódicamente y tras la
detección de cambio de estado.
i.
Formato de mensaje de descubrimiento de topología.
El mensaje de descubrimiento de topología contiene información sobre la estación que
lo envía. Las capacidades de las estaciones son Jumbo y Wrap.
Hay también capacidades contenidas en los campos TypeLengthValue (TLV) del mensaje
«extended topology message». La trama TLV ofrece un formato de trama flexible, en el que
entrega información de las capacidades de la estación.
f. Resistencia a errores. Operación.
i.
Inicialización
El mapa de topología contiene información sobre la estación local. La estación escucha
los mensajes Broadcast de otras estaciones. Cada estación envía a las demás su información
de topología periódicamente, o cuando detecta un cambio en la misma.
ii.
Suma de una nueva estación.
10
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
Una nueva estación se inicializa a sí misma después de unirse a un anillo y envía a todas
las estaciones su mensaje de topología. Después de detectar un cambio, los otros nodos del
anillo envían sus mensajes de topología. Para detectar estaciones contiguas, el nodo actúa
recibiendo los mensajes que han viajado por la red un sólo salto.
iii.
Fallo.
Cuando una estación se quita o falla la fibra, las estaciones adyacentes al fallo graban
su estado en sus mapas de topologías.
Estados de fallo RPR (en orden decreciente de severidad):
1. Forced Switch: un operador inicia el comando para forzar un evento de protección
en una interface.
2. Signal Fail: evento de protección ocasionado por fallo en la señal o por fallo en un
mensaje «RPR Keepalive».
3. Signal degrade: evento de protección ocasionado por excesivo BER.
4. Manual Switch: igual que Torced Switch, pero de menor prioridad.
5. Wait to Restore: temporizador de retardo configurable para restaurar un enlace
después de que un fallo se solucione.
11
Trabajo de Prospección
iv.
Resilient Packet Ring
Protección.
El protocolo 802.17 MAC protege el tráfico seleccionado contra fallos de fibra y
estación en menos de 50 ms. El mecanismo de protección también soporta la adición y
extracción de estaciones en el anillo. Las estaciones intercambian mensajes para comunicar el
estado de «salud» del anillo. También se intercambian mensajes «Keepalive» entre las
estaciones para comunicar el funcionamiento normal de la estación. Todas las estaciones
dentro de un mismo anillo deben utilizar el mismo mecanismo de protección.
Características de protección:
— Protección en menos de 50 ms tanto para tráfico unicast como multicast.
— Soporta tanto mecanismo «Steering» como «Wrapping».
— Soporta adición y extracción dinámica de estaciones en el anillo.
— Cada estación funciona independientemente, sin un nodo Master.
— Escalable a mayor número de estaciones.
v.
Mecanismo «Steering»
El mecanismo de protección por defecto es el Steering. Cuando se produce un evento de
protección, se comunica a todas las estaciones la situación del mismo. Las estaciones
transmisoras eligen el sentido en el que tienen que enviar la información para evitar el fallo,
hasta que reciben la notificación de que este ha sido solucionado. Los paquetes que llegan al
punto de fallo son extraídos del anillo. Los paquetes multicast son enviados en Broadcast por
los dos lados del anillo, y el TTL se pone con el número correcto de estaciones antes del fallo.
vi.
Mecanismo Wrapping
Un mecanismo opcional es el Wrapping. Ante un evento de protección, la estación
adyacente al fallo vuelve el tráfico hacia el lado opuesto para evitar el punto de quiebra.
Jerarquía de Protección:
El mecanismo de protección tiene la posibilidad de manejar varios fallos
simultáneamente. El más severo tiene prioridad sobre los demás. Por ejemplo, un fallo de
degradación de señal tendrá menor severidad, y por tanto no tendrá preferencia sobre un
fallo de señal en el anillo.
12
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
g. Compatibilidad con otros protocolos
RPR es un complemento a las tecnologías SDH, ATM Y ETHERNET que aprovecha lo
mejor de todas ellas y, a la vez, las redes ya existentes. Optimiza las redes públicas para
transportar datos, e interconecta eficientemente las redes LAN con las redes SDH actuales.
Al ser una tecnología de capa 2 (nivel de enlace), su funcionamiento es independiente de las
capas superiores e inferiores. Esto significa que es compatible con cualquier tecnología a nivel
físico, como por ejemplo SONET o Ethernet PHYs, aplicando los siguientes protocolos físicos
de transporte: GigabitEthernet, 10GbEth, SDH, WDM, DWDM, etc. Esto simplifica mucho las
redes, ya que hasta ahora en la mayor parte de los casos coexistían las ATM, SDH, TDM, IP y
Frame Relay, todas ellas superpuestas.
En cuanto al tipo de tráfico que puede ser transportado en RPR en sus capas superiores
figuran: IP, MPLS y tramas Ethernet, siendo éstas, su principal objetivo. Así pues, al
transportar estos tipos de tráfico, es capaz de soportar múltiples servicios y aplicaciones en
las capas superiores, como vídeo, VoIP, IPx, etc. ya que todos los servicios que se están
ofreciendo y se van a ofrecer a los usuarios finales están basados en IP.
h. Formatos de trama
Existen cuatro formatos diferentes de tramas definidos en el estándar RPR: «Data»,
«Fairness», «Control» e «Idle».
Data: Las tramas Data tienen 2 formatos, el básico y el extendido. El formato de
trama extendido aplicaciones de bridging transparente permitiendo el fácil
procesamiento de egreso y encapsulación de ingreso de otras tramas de control de
acceso al medio (MAC). Usando el formato de trama extendido, permite también a los
anillos RPR eliminar paquetes bridge duplicados y fuera de orden. El siguiente es un
ejemplo de una trama de datos básico.
Fairness: La trama fairness de 16 bytes principalmente provee el “faireRate”
advertido y la fuente de las tramas fairness. La información es usada en el algoritmo
fairness RPR.
Control: Una trama de control es similar a una trama de datos, pero son distinguidas
por el valor del campo “ft” y su campo controlType especifica el tipo de información
13
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
contenida. Hay diferentes tipos de tramas de control RPR, por ejemplo, información de
topología y protección y OAM (Operación, Administración y Mantenimiento).
Iddle: Son utilizadas para compensar los errores entre estaciones vecinas.
3. COMPARACIÓN DE RENDIMIENTO CON OTRAS ARQUITECTURAS
Las actuales soluciones de transporte SDH, ATM y Ethernet tienen ciertas
limitaciones a la hora de afrontar el crecimiento de las redes metropolitanas. Las principales
carencias de SONET/SDH son su elevado coste, la ineficiencia para el tráfico de paquetes de
la asignación en modo circuito de ancho de banda estático. Igualmente ineficiente es el ancho
de banda reservado para protección de los circuitos establecidos, y el provisionamiento del
servicio es lento. Estas carencias empujan hacia la sustitución de los anillos SDH. Pero el
estándar Ethernet no satisface los requisitos de SDH porque el árbol de expansión no soporta
las topologías de anillos múltiples requeridas y no tiene la rapidez requerida por el estándar
de protección de SDH (reconfiguración en 50 mseg.). Asimismo es necesaria una separación de
cliente/servicio en capa dos que sea escalable.
RPR tiene como objetivo ser alternativa a SDH mediante tecnología Ethernet resolviendo
dichas limitaciones.
Como resumen, en la tabla siguiente se detallan los pros y contras de estas tres tecnologías
junto con el nuevo estándar RPR.
14
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
.
a. Ventajas e inconvenientes de diferentes tecnologías
i.
SDH y SONET
Ventajas:
- Asegura un alto grado de protección: tiempos de restauración de servicio inferiores a
50 ms
- Garantiza la calidad de servicio, mediante establecimiento de circuitos.
- supervisión de calidad, operación y mantenimiento completos basados en TDM
Inconvenientes:
- Restringido a topología en anillo.
- El coste de los equipos es mucho mayor que para redes Ethernet.
- Requiere elevados anchos de banda.
- Altamente ineficiente para el transporte de datos. Al haber sido diseñadas
inicialmente para tráfico de voz TDM, estas redes no están optimizadas para tráfico
LAN, ya que el ancho de banda empleado es fijo Y de granuladidad gruesa, por lo que no
se adapta a los requerimientos de las aplicaciones.
- Se pueden aprovechar los mecanismos de multiplexación estadística montando ATM
sobre SDH/SONET, pero se trata de una solución de coste económico elevado.
- Deja sin utilizar el 50% del ancho de banda, ya que una de las fibras debe estar libre
para entrar en servicio cuando se produzca el fallo y suministrar el respaldo
correspondiente.
15
Trabajo de Prospección
ii.
Resilient Packet Ring
Next Gen SDH
Surge de la necesidad de transportar tráfico IP y Ethernet sobre SDH de una forma más
óptima. Consiste en la adición de los siguientes protocolos al SDH clásico: GPF, VCAT, LCAS y
Ethernet sobre LAPS.
¾ Generic framing procedure (GFP): definido en el ITU-T Rec. G.7041. Este protocolo
encapsula cualquier tipo de servicio de enlace de datos, incluidos Ethernet, DVB
(Digital Video Broadcasting), RPR y SAN (Storage Area Networks). GFP, comparado
con otros procedimientos de entramado como POS (Packet over SDH/SONET) o X86,
tiene un overhead bajo que requiere menos análisis de procesamiento. Además, soporta
multiplexación de tributarios.
¾ Concatenación Virtual (VCAT): definido en el
ITU-T Rec. G.7041. Permite la
agrupación de múltiples VCs. Ajusta la capacidad a las necesidades de tráfico, y no
exige disponibilidad de recursos contiguos. Además, es transparente a los equipos
intermedios antiguos y se comporta mejor frente a cortes.
¾ Link capacity adjustment scheme (LCAS): definido en el ITU-T Rec. G.7042. Adapta
SDH (orientado a circuitos) a tráfico orientado a paquetes. Permite la modificación
dinámica del ancho de banda, añadiendo o suprimiendo VCs de una concatenación virtual
en función de las necesidades de la aplicación que soporta. En caso de fallo parcial de
enlaces SDH utilizados, permite reducir el ancho de banda sin perder totalmente la
conexión. Se puede usar VCAT sin LCAS, pero no LCAS sin VCAT.
¾ Ethernet sobre LAPS: definido en el ITU_T X.86.
Éste es un protocolo de la familia
HDLC, que incluye monitoreo del funcionamiento, detección de errores remota y
control de flujo. Sin embargo, usa técnicas de concatenación de ancho de banda
contiguo, que no se corresponden a la naturaleza explosiva de Ethernet. iii.
Ethernet
Ventajas:
¾ Ubicuidad:
Es la tecnología predominante en las redes de empresa y una de las
interfaces más comunes en los PCs, debido en gran parte a la disponibilidad de
estándares mundialmente aceptados y demostrada interoperabilidad entre los
elementos de todos los suministradores.
¾ Disponibilidad de grandes anchos de banda: 1Gbps, 10 Gbps, con alcances de hasta 5km.
16
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
¾ Precios reducidos.: Si comparamos con los precios de otros elementos de transporte y
conmutación equivalentes en cuanto a capacidad (SDH, ATM), el coste de los elementos
Ethernet resulta ser entre la décima y la quinta parte.
¾ Facilidad de operación y provisión del servicio, debido en parte a la autoconfiguración y
asignación flexible de ancho de banda.
¾ Permite topologías en anillo, en estrella, en bus y malladas. Problemas de Ethernet:
•
Garantía de calidad de servicio extremo a extremo. La solución más extendida es
sobredimensionar el sistema para que no se congestione. El IEEE 802.1q107 asigna tres
bits para indicar la prioridad de las tramas, pero no existen mecanismos establecidos
de control de admisión.
•
Mecanismos de protección contra fallos, aplicables sobre todo al segmento
metropolitano.
o
Mecanismos de recuperación de nivel 2 en redes Ethernet nativas:
ƒ
Spanning Tree Protocol (STP) tradicional.
Tiempo de recuperación muy lento, del orden de 30 segs., o incluso más.
El enlace de reserva permanece inactivo.
ƒ
IEEE 802.1w: Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP).
Permite recuperar la topología de red en tiempos en torno a 1 seg. No
permite balanceo de carga y requiere un sobredimensionado excesivo.
ƒ
IEEE 802.3ad (Link Aggregation).
Ofrece tiempos de recuperación en torno a decenas de milisegundos,
pero sólo protege de caídas de enlace, y no de caídas de nodo.
Dadas las carencias de estos mecanismos, es habitual utilizar por encima
mecanismos de tolerancia a fallos de nivel 3.
o Mecanismos de recuperación de nivel 3 en redes Ethernet basados en
protocolos de enrutamiento y backup de puertas de enlace.
ƒ
Se basan en la utilización de protocolos y algoritmos de enrutamiento con
soporte de balanceo de carga a través de múltiples enlaces y con
convergencia rápida ante los cambios.
ƒ
Protocolo OSPF: utilizado en entornos con múltiples fabricantes. Tiempos
de convergencia que pueden oscilar entre 2 y 4 segundos.
17
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
•
Protocolo EIGRP: utilizado en entornos Cisco puros. Puede llegar incluso a
converger en sólo 1 segundo
ƒ Evidentemente, estos tiempos están fuera del rango deseado, pero si
utilizamos varias rutas simultáneas con balanceo de carga, conseguimos
el objetivo, siempre y cuando partamos de una situación de operación
normal con dos o más rutas activas.
ƒ Si deseamos redundancia, es necesario duplicar los routers y emplear
métodos de tolerancia a fallos de la puerta de enlace o gateway por
defecto de cara a los equipos. En este caso, se utiliza el estándar VRRP
(Virtual Router Redundancy Protocol) u otro método propietario similar
como HSRP de Cisco.
Pocas prestaciones de supervisión de la calidad de servicio, operación y mantenimiento.
•
Problemas de escalabilidad de algunos recursos. El indentificador de red virtual de las
ƒ
tramas Ethernet está limitado a 12 bits, por lo que el máximo número de redes
virtuales es de 4096. Esto en un entorno público, y particularmente si se utiliza este
mecanismo para separar usuarios individuales, supone un severo límite al tamaño de un
área metropolitana.
iv.
Ethernet sobre MPLS (EoMPLS)
En cuanto a los mecanismos de protección, MPLS se distingue por:
- Recuperación garantizada en tiempos inferiores a 50 ms. mediante Fast-reroute.
- Calidad de servicio garantizada durante la transición.
- Distribución óptima del tráfico después de la caída, con redistribución homogénea de
la carga.
- Posibilidad de definir servicios con diferentes esquemas o calidad de protección.
v.
RPR IEEE 802.17
Ventajas:
RPR cuenta con multitud de ventajas, las cuales serán expuestas en el siguiente
apartado de prestaciones.
Inconvenientes:
¾ Si se produce una caída, todo el tráfico se traslada al otro anillo, lo que implica riesgos
de congestión y de deterioro del servicio.
¾ A pesar de sus mecanismos de QoS, no se puede hablar de niveles de servicio
garantizados.
¾ Restringido a topología en anillo, lo que limita mucho su aplicabilidad, haciendo
inadecuada su aplicación en redes campus (malladas), dado el bajo rendimiento
(longitud de camino y rápida saturación de la red) que presentan las topologías en
anillo.
18
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
b. Comparativa
La solución SDH/SONET, consigue tiempos de restauración de servicio inferiores a 50
ms, pero además de tratarse de una solución cara, desaprovecha el 50% del ancho de banda,
que queda a la espera de ser utilizado en caso de fallo.
Las limitaciones de los mecanismos Ethernet de nivel 2, se centran en dos puntos: en el caso
de topología en anillo, el camino de reserva sigue sin utilizarse, y los tiempos de recuperación
ante fallos no bajan de 0,5 segundos en el mejor de los casos. Los mecanismos de recuperación
de nivel 3, constituyen la solución más utilizada actualmente en la red de acceso con topologías
de doble anillo en cobre y fibra, en gran parte por su coste moderado, pero resulta poco
compacta (hacen falta varios conmutadores y al menos dos routers por LAN, uno para cada
anillo) y su efectividad desaparece cuando disponemos de un único anillo activo, ya que en este
caso los tiempos de convergencia impactan directamente sobre el funcionamiento de las
aplicaciones de tiempo real, provocando bloqueos del sistema. Por lo tanto, podemos decir que
Ethernet supera a SDH/SONET en el uso más eficiente del ancho de banda para tráfico de
datos, sin embargo, el protocolo no fue originalmente diseñado para ser usado en topologías en
anillo o con tráfico de tiempo real. Los mecanismos de recuperación de Ethernet durante un
corte de fibra son mucho más lentos (del orden de segundos), y no son apropiados para
protección a nivel de camino, que asegura la restauración del servicio según clases. Así mismo,
tampoco es muy eficiente en el reparto equitativo del ancho de banda de los anillos. Por otra
parte, como RPR tiene problemas de escalabilidad y los costes están muy lejos de las
soluciones IP/Ethernet tradicionales, no es probable que se consume el despliegue total de la
tecnología.
Con respecto a EoMPLS, un factor diferenciador frente a Ethernet es su capacidad para
monitorizar el rendimiento, verificando la conectividad y la calidad de las conexiones, tanto en
el plano de control, como en el plano de datos, mientras que en Ethernet nativa sólo es posible
verificar el estado de los equipos y la conectividad en el plano de control. En cuanto a la
escalabilidad, EoMPLS permite establecer conexiones siempre por el camino mejor,
optimizando el dimensionado de la red y garantizando una mayor escalabilidad. Mientras que
en Ethernet nativa, las topologías o caminos calculados por el algoritmo Spanning Tree no son
el óptimo, sino tan sólo uno de los caminos posibles, por lo que se requiere un
sobredimensionado mucho mayor, que incrementan la inversión en equipos y medios de
transmisión (canales SDH o PDH, fibra oscura, etc.). Por lo tanto, las redes EoMPLS permiten
transportar diferentes tipos de tráfico, facilitando la convergencia de servicios sobre la red,
y evitando la creación y mantenimiento de redes separadas (red de tiempo real, red
multiservicio, etc.). El mayor problema de estas redes es su complejidad de configuración y
gestión, el alto coste económico, y carencias importantes de seguridad, que deben ser
subsanadas mediante mecanismos complejos de cifrado, autenticación y autorización.
19
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
Comparación de las tecnologías para el futuro: GigabitEthernet, Next Gen SDH y RPR
sobre ambas.
GbE
RPR sobre GbE
RPR sobre NextGen SDH
Next-Gen SDH
Retardo de
recuperación
1s
50 ms
50 ms
50 ms
Retardo de
transporte
El mayor
El más pequeño
El más pequeño
Medio
Disponibilidad
99.9%
99.999%
99.999%
99.999%
IP sobre
GbE
IP sobre RPR
sobre GbE
IP sobre RPR sobre
Next-Gen SDH
IP sobre NextGen SDH
Eficiencia del
ancho de banda
93
89
87
88
Eficiencia de la
tasa de la línea.
74
71
87
88
Protección
Actualización
Costes de
desarrollo
GbE
RPR sobre GbE
RPR sobre NextGen SDH
Next-Gen SDH
En estrella:
excelente pero
cara.
En anillo: no muy
buena, pero barata.
Fácil y barata.
Muy buena y no
demasiado cara
Muy buena y a
precio normal.
Muy buena y a
precio normal.
Fácil y no
demasiado cara.
Más difícil y más
cara.
Difícil y cara.
No demasiado
caro
Sobre SDH tipo 1:
el más caro
SDH tipo 2: no
demasiado caro
SDH tipo 1: caro
SDH tipo 2: no
demasiado caro
Barato
4. PRESTACIONES RPR
RPR proporciona las siguientes prestaciones:
a) Optimizado para anillos de una circunferencia máxima de 2000 Km (objetivo de diseño, no
restricción física).
20
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
b) Soporta hasta 255 estaciones por anillo (station attachments).
c) Compatible con múltiples protocolos físicos de transporte (GigabitEthernet, 10GbEth,
SDH, WDM, DWDM, fibra oscura).
d) Direccionamiento: soporta transferencias de datos unicast, multicast y broadcast simple.
e) Servicios: Soporta múltiples calidades de servicio (QoS). El tráfico introducido por los
clientes es regulado por protocolos de control de flujo por calidad de servicio.
1) Clase A: el ancho de banda asignado/garantizado tiene jitter bajo e independiente de
la circunferencia del anillo y retardo bajo extremo a extremo. Esta clase tiene
preferencia sobre las demás.
2) Clase B: el ancho de banda asignado/garantizado tiene jitter y retardo extremo a
extremo limitados y dependientes de la circunferencia del anillo. Permite
transmisiones de anchos de banda con tasa de información excesiva (EIR) (con
propiedades de clase C). Los servicios de clase B tienen preferencia sobre los de clase
C.
3) Clase C: servicios de mejor esfuerzo. El ancho de banda no está garantizado y ni el
jitter ni el retardo están limitados.
f) Eficiencia. Las estrategias de diseño incrementan el ancho de banda efectivo más allá que
el de un anillo broadcast.
1) Transmisiones concurrentes, una en cada sentido.
2) Reasignación de ancho de banda en segmentos no solapados.
3) Reclamación de ancho de banda no usado por parte de servicios oportunistas.
4) Reutilización del ancho de banda espacial
5) Reutilización temporal del ancho de banda
g) Equidad (fairness). Asegura particionado apropiado del tráfico oportunista. Los nodos del
anillo comparten el ancho de banda disponible, sin provisionar circuitos, negociando el
acceso de forma equitativa.
1) Por peso.
2) Simple.
3) Detallado.
h) Plug-and-play. El descubrimiento automático de la topología y el anuncio de la capacidad de
cada estación permite a los sistemas convertirse en operacionales sin intervención manual.
i) Robustez.
21
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
1) Respondedor. El tiempo de restauración del servicio es menor que 50 ms después de un
fallo de estación o de enlace.
2) Sin pérdidas. Las especificaciones de encolamiento y de forma evitan la pérdida de
tramas en operación normal.
3) Tolerante. La arquitectura de control totalmente distribuida elimina los puntos de fallo
únicos.
4) OAM. Servicio de soporte de operación, administración y mantenimiento.
5. EQUIPOS
Aunque el estándar es reciente, los miembros de «Resilient Packet Ring Alliance», y
algunos otros fabricantes de equipos que no pertenecen a esta alianza ni al grupo de trabajo
IEEE802.17ae, han ido sacando al mercado plataformas basadas en el mismo.
Éste es un ejemplo de red que ilustra cómo se despliega RPR y los tipos de equipos utilizados
para el despliegue.
22
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
xPON y VDSL son los próximos mecanismos de distribución para servicios triple play. Esto
coloca a RPR en equipo OLT (Optical Line Terminal) para PONs y en DSLAM para VDSL. Por
supuesto, muchos vendedores de equipos producen una única plataforma para ambos, lo que
típicamente se conoce como MSPP (Multiservice Provisioning Platform). Además, hay un
Terminal de Oficina Central (COT) que debe conectar las redes metropolitanas con la red
troncal o con la red regional. Este terminal también debe soportar RPR. Los tipos de equipos
en esta categoría van desde “edge routers” (unen redes) a “core switches” (unen dispositivos
en la misma red).
a. Ejemplo de empresa desarrolladora de equipos
Una de las empresas que lleva a cabo la investigación de equipos RPR es Cisco Systems,
durante mucho tiempo líder en la industria de la tecnología RPR y muy involucrado en el grupo
de trabajo de IEEE 802.17, centrado en esta Norma. De hecho, la primera gran propuesta
técnica para el protocolo RPR fue sometida por Cisco®, basado en su tecnología dinámica del
transporte del paquete (DPT). Cisco ha estado implementando arquitecturas RPR con DPT en
las redes del proveedor de servicios durante más de cinco años.
Cisco ONS 15454 MSPP and ML-Series Cards
23
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
Usando su software líder en la industria, Cisco IOS ®, la familia Cisco ONS ahora soporta
RPR. Con Cisco ML-Series tarjetas Ethernet, los proveedores de servicios pueden ofrecer
una solución RPR que ofrece a los clientes una amplia gama de beneficios, incluyendo:
• Mejora de la utilización del ancho de banda SONET / SDH, en comparación con el
tradicional Protocolo Spanning Tree (árbol de extensión) en topologías en anillo .
• Un mecanismo de recuperación SONET/SDH con una convergencia de menos de 50 ms
para fibra rota, restauración, fallas de nodos, e inserción de nodos.
• La capacidad para llevar a cabo la ubicuidad de garantía de QoS en todo el tráfico de
datos-de tránsito, pérdida y agregación.
La completa solución RPR de Cisco permite a los proveedores de servicios aprovechar las
ventajas competitivas de esta innovadora tecnología de hoy y pueden ayudar a garantizar la
cuota de mercado y maximizar los beneficios en el futuro.
Aunque el proyecto 802.17 se utilizó como referencia para la aplicación Cisco ML-Series RPR,
el actual ML protocolo RPR no cumple con todas las cláusulas de IEEE 802.17.
b. Interconexión de anillos. Dual RPR Interconnect
El estándar IEEE 802.17 se centra en la conmutación de paquetes dentro de un anillo RPR,
pero no se ocupa de la comunicación entre los anillos. En virtud de la norma 802.17, el tráfico
anillo a anillo deberá salir de un dominio RPR y entrar en otro utilizando los puertos estándar
User-Network Interface (UNI). Para gestionar estas interconexiones UNI, los
administradores deben utilizar protocolos de control en el centro de la red que se utilizan
normalmente sólo en los puntos finales de la red. Para proporcionar interconexión RPR 802.17
con interfaces redundantes Ethernet, los administradores deben utilizar protocolos de
enrutamiento de clientes para servicios IP e introducir Spanning Tree con el fin de evitar
bucles.
La tecnología RPR multicapa de Cisco ofrece una alternativa que permite a los proveedores
interconectar dominios RPR sin utilizar protocolos de control tradicionales del Nivel 2 o
alterar los esquemas de enrutamiento de clientes.
El RPR de interconexión Dual (DRPRI) proporciona soporte para pares redundantes de
conexiones Ethernet back-to-back entre las distintas redes de RPR.
24
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
DRPRI interconnection
Con DRPRI, la recuperación entre anillos de transición se produce en menos de 100 ms. Los
casos de protocolos de enrutamiento de clientes y Spanning Tree no se tocan,
independientemente de los saltos. DRPRI es lo suficientemente flexible como para dar cabida
a una variedad de equipos de red, sistemas de enrutamiento y topologías. De hecho, los nodos
de conexión redundante no necesitan ser adyacentes o incluso estar cerca unos de otros.
Por tanto, podemos concluir que el puente-optimizado multicapa RPR de Cisco, permite a los
proveedores entregar transporte de paquetes eficientes sobre la arquitectura de sus redes
tradicionales SONET / SDH . El Multicapa RPR de Cisco soporta las características más
importantes de RPR, incluyendo el transporte en anillo bidireccional, la reutilización espacial
para ahorrar ancho de banda y la rápida recuperación de enlace. Habrá que estar atentos, ya
que esta empresa seguirá dando muestras de su compromiso proporcionando nuevas soluciones
RPR basadas en el estándar IEEE 802.17. Estas nuevas soluciones serán compatibles con el
actual protocolo multicapa RPR de Cisco, que permite a los proveedores de servicios que tomen
25
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
medidas rápidamente para prestar servicios de valor añadido para satisfacer la demanda de los
clientes y, al mismo tiempo, proteger sus inversiones en los próximos años.
6. APLICACIONES
a. Redes MAN y WAN . Evolución.
Tradicionalmente los datos se han estado transportando sobre redes ATM y SDH. Hoy
en día, la tendencia es llevar la conexión Ethernet desde la central del proveedor hasta el
abonado, ya que todos los servicios que se están ofreciendo y se van a ofrecer a los usuarios
finales están basados en el mundo IP. Además las redes Ethernet cada vez se van haciendo
más grandes y se les va pidiendo mayor ancho de banda, rapidez y fiabilidad.
i.
Nuevos Requerimientos en Redes MAN y WAN
Al haber entre el abonado y el proveedor de servicios una comunicación de paquetes,
pero sobre una red optimizada para servicios TDM, nos encontramos con un problema. Es
necesario evolucionar las redes MAN y WAN.
Por lo tanto, ¿qué se le va a pedir a esta nueva manera de transporte? Se le pide que combine
los beneficios de la tecnología SDH con los de la Ethernet;
— Compartir el ancho de banda de manera dinámica.
— Eliminar la ingeniería de circuitos.
— Gestión sencilla y simplificada.
— Reutilización espacial.
— Protección eficiente.
— Transporte de video y voz.
— Cumplir con compromisos de calidad de servicio.
— Protección en anillo en menos de 50 ms.
La tecnología Ethernet ha evolucionado muy rápidamente en los últimos años, con la aparición
en el año 1998 del estándar IEEE 802.3z, mas conocido por Gigabit Ethernet y en el 2002 con
el estándar de 10GigabitEthernet ó 802.3ae. La evolución de la tecnología Ethernet ha
provocado que sea la tecnología dominante en las Redes de Área Local (LAN). Lo cuál hace que
se establezca cada día
mas firme en el ámbito empresarial, con aproximadamente 95 % del tráfico en todas las
empresas, con un estimado de 200 millones de puertos Ethernet en Redes Metropolitanas o
Redes Troncales (Backbones) de interconexión de LAN. Tres factores son los fundamentales
en el rendimiento de una red Ethernet: el tamaño de la trama, el número de estaciones en la
red y el tiempo de propagación entre estaciones. Las LAN con tecnología Ethernet no
garantizan la mayoría de los parámetros necesarios para la obtención de Calidad en el Servicio
tales como: disponibilidad, pérdida de tramas, reordenamiento de tramas, duplicación de
tramas, retardo de tránsito y tiempo de vida de la trama.
Por lo tanto, Ethernet no fue diseñada pensando en la calidad de los servicios. La solución más
extendida ha sido la fuerza bruta, es decir, sobredimensionar el sistema para que no se
26
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
congestione. Aquí es donde entra MPLS (Multiprotocol Label Switch), el cual es una tecnología
de conmutación de paquetes que se encuentra entre los niveles 2 y 3 del modelo OSI, lo que
posibilita mejorar la
funcionalidad de capa 2 en Ethernet sin sacrificar sus prestaciones. Luego entonces MPLS es
estratégicamente importante debido a que ofrece una clasificación y conducción rápida de
paquetes y que dispone de un mecanismo de túnel eficiente. EoMPLS (Ethernet over MPLS)
ofrece servicios de determinación de rutas en grandes redes, proporciona calidad de los
servicios, establece grupos de usuarios privados, ancho de banda reservado, mecanismos de
seguridad e ingeniería de tráfico. Ambas arquitecturas se complementan perfectamente: el
encapsulado MPLS y la conmutación Ethernet en la red metropolitana, ofreciendo conectividad
punto a punto y el soporte para un servicio de LAN privada virtual (VPLS).
Por último, el factor de una rápida recuperación es vital en redes de área Metropolitana, para
lo cual se integra una tercera tecnología en el intento de converger a las redes Ethernet al
área Metropolitana, esta tecnología se concibe bajo el grupo de estandarización IEEE 802.17
(Resilient Packet Ring), un mecanismo que nos asegura una confiabilidad en el transporte de
tramas Ethernet mediante restauraciones rápidas de fallos en los enlaces, gracias a su doble
anillo y equidad en el reenvío de tramas sobre el núcleo de la red metropolitana.
ii.
Evaluación de la Calidad de los Servicios en Redes E-MAN
Una de las características distintivas de las redes MAN de hoy es su alta tolerancia a
fallos. No es una casualidad que la topología que predomina en este tipo de redes sea la de
anillos dobles. Los anillos de por sí son particularmente interesantes porque representan la
conectividad física más baja posible entre un conjunto de nodos, al mismo tiempo que
garantiza dos conexiones diferentes entre
cualquier par de nodos. Además, en caso de fallo de un cable o de un nodo, el tráfico
correspondiente puede ser automáticamente re-conducido por otra dirección alrededor del
anillo. Esta forma de protección alcanzó su máximo desarrollo con las técnicas SDH/SONET
que son capaces de restablecer el tráfico en 50 ms después de un fallo. En las E-MAN estas
técnicas de protección no sirven ya que con las mismas se protege la carga útil a nivel de
contenedor. Esto es perfecto si el tráfico entre nodos se organiza en contenedores TDM.
Pero, en el caso de las E-MAN, la totalidad del tráfico está en forma de paquetes y no hay
circuitos entre nodos. En consecuencia es necesario organizar la protección a nivel de paquete.
Ethernet siempre se ha basado en el STP (Spanning Tree Protocol) para restablecer los fallos
en los enlaces. Un árbol de descubrimiento define una topología sin bucles sobre la red, y se
define así un camino único, que un paquete seguirá por la red. Cuando sucede un fallo de un
enlace o de un nodo, el árbol de descubrimiento se recalcula. Aunque se hace automáticamente
mediante STP
(STP IEEE 802.1d), pueden pasar hasta 50 segundos antes que la red se reconfigure. El IEEE
ha considerado dos opciones para mejorar esto: la primera optimiza el protocolo STP,
mientras que la segunda introduce una nueva capa MAC específica para arquitecturas
metropolitanas en anillo, Anillo de recuperación de paquetes (RPR; Resilient PacketRing).
Podemos obtener una descripción de parámetros de la calidad de los servicios de cada una de
las tecnologías involucradas en la red e-man. En la siguiente tabla se considera que tres
tecnologías son esenciales para la convergencia en la red e-man: Paquete de Anillo Optimizado
(RPR), Gigabit Ethernet y Conmutación de Etiquetas Multiprotocolo (MPLS). Cada una de
27
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
estas tecnologías presenta diversos parámetros de calidad de los servicios y desempeño que
las caracterizan. Se describen también los tipos de pruebas que se proponen ejecutar en cada
una de las tecnologías.
b. Servicios Ofrecidos sobre RPR
i. Triple Play
RPR se puede utilizar de muchas formas para distribuir diferentes servicios. El último
“rumor” acerca de servicios "triple play" es que ofrece servicios RPR como una pareja
perfecta para el servicio de agregación de tráfico en zonas metropolitanas. Triple Play incluye
servicios de voz, vídeo y datos, aunque existen algunos matices para cada uno de ellos.
Proporciona servicios de voz en tiempo real de tráfico de voz, por ejemplo, una llamada
telefónica, grabaciones, distribución streaming de música... Tradicionalmente, los servicios de
vídeo incluyen distribución streaming de video, por ejemplo, vídeo bajo demanda. Este último
servicio también pueden incluir Teleconferencias , servicio en tiempo real. Estas diferencias
en los servicios requieren diferentes niveles de QoS de los mecanismos de transporte en la
red.
28
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
RPR funciona bien para ofrecer todos estas aplicaciones debido a los diferentes tipos de clase
de servicios definidos en IEEE 802.17: clases A, B y C, descritos anteriormente en el
apartado de prestaciones.
Dado este conjunto de servicios, está claro que los servicios de voz o video en tiempo real
usarán la Clase A para mantener la latencia más baja posible y garantizar el ancho de banda.
La distribución streaming de video y voz usaría la clase B. Y finalmente, los servicios de datos
usarían la clase C. Este esquema proporciona el uso más eficiente del ancho de banda
disponible en la red. Aunque, algunos proveedores de servicios podrían proporcionar servicios
de datos de clase B para aquellos clientes dispuestos a pagar más.
RPR puede soportar múltiples tasas: 1G, 2.5G, y 10G, que son las tasas estándar. Esto permite
escalabilidad en la tecnología para acomodarla al crecimiento de la red. El transporte de 1G
usa como capa física Gigabit Ethernet, el de 2.5G usa SONET OC48 y el de 10G usa SONET
OC-192 o 10GE.
A continuación se adjuntan tres diagramas de red de servicios que habilita RPR combinando
las ventajas de SDH y Ethernet.
29
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
ii. Red de retorno inalámbrica (Wireless Backhaul)
Otra interesante aplicación de RPR es el transporte sobre redes de retorno inalámbricas. Las
clases de servicio de RPR funcionan bien para garantizar la baja latencia requerida para los
servicios de voz en tiempo real. La figura 2 muestra una posible red basada en la arquitectura
de red de UMTS y en RPR.
30
Trabajo de Prospección
Resilient Packet Ring
RPR puede eliminar gran parte de la complejidad en los interfaces Iu’x’ debido a que incorpora
la QoS de los servicios de transporte en el nivel 2 en vez de dentro de los PCVs ATM, que son
ineficientes en ancho de banda.
Un escenario común de aplicación es MPLS sobre RPR. Usando LSP estático, MPLS puede
proporcionar la dirección secundaria para puertos que son transportados sobre RPR.
Sobre todo, estas aplicaciones muestran que RPR tiene un amplio espacio de mercado y puede
tener un papel clave en servicios de futuro.
Otra cosa a destacar el la falta de tecnología RPR disponible para habilitar el despliegue del
estándar. Las FPGAs son un dispositivo ideal para soportar RPR si se puede conseguir una
implementación eficiente que no haga los costes de la tecnología prohibitivos.
7. CONCLUSION
A lo largo de este trabajo se ha discutido y explicado la arquitectura RPR. Hemos visto
como RPR ha tomado características de protocolos anteriores basados en anillo y los ha
combinado en una arquitectura coherente y novedosa. Las piezas importantes que se han
cubierto en este trabajo incluyen el esquema de prioridad basado en clases, el diseño de
estación, la equidad (fairness) y la resistencia (resilience). Se ha descrito cómo los métodos
agresivos fairness actúan muy rápidamente para tratar de adaptarse a un cambio en la carga
de tráfico. RPR es una nueva tecnología de la capa MAC que puede abarcarse en redes MANs y
WAN.
RPR también puede realizar conmutación en la red troncal, dejando que un anillo RPR
implemente enlaces virtuales punto a punto entre los routers conectados a las estaciones del
anillo. Además, puede diferenciar tráfico; por tanto, cuando se usa para implementar enlaces
IP, puede ayudar a los routers que utilizan este protocolo a implementar la QoS que requiere
la comunicación en una red que transporta tráfico multimedia.
31