IP sobre WDM
El tráfico IP ha sido tradicionalmente transportado sobre redes ATM y SONET/SDH antes de llegar a la red WDM. La aparición de routers de tránsito IP de alto rendimiento, el desarrollo del protocolo IP y la madurez de la tecnología WDM han posibilitado el transporte de IP directamente sobre WDM, reduciendo los costes y la complejidad de una red tan heterogénea. El reto está ahora en encontrar la solución más eficiente para integrar IP y WDM.
El aumento exponencial del número de usuarios de Internet, así como el desarrollo de aplicaciones cada vez más avanzadas y con mayores requerimientos de ancho de banda, ha convertido a IP en el protocolo de transferencia de datos dominante. Este protocolo concebido inicialmente para transportar únicamente servicios de datos, ha visto además ampliada su definición para soportar todo tipo de servicios.
Para hacer frente a esta enorme demanda de tráfico IP, han tenido lugar varios esfuerzos cuyo resultado ha sido la aparición de routers de tránsito de alto rendimiento, también denominados gigarouters. Estos nuevos routers, a diferencia de los convencionales, realizan muchas de sus funciones (como la búsqueda en tablas de encaminamiento, el procesamiento de cabeceras, el cálculo de códigos de redundancia cíclica, etc.) en circuitos integrados de aplicación específica en hardware, en vez de en software controlado por una unidad central de procesos. El número, el tipo y la velocidad de las interfaces de sus tarjetas de línea se han visto así considerablemente incrementadas: OC-192/STM-64 (10 Gbps), OC-48/STM-16 (2,5 Gbps), OC-12/STM-4 (622 Mbps), OC-3/STM-1 (155 Mbps), Fast Gigabit Ethernet (1,25 Gbps), Fast Ethernet (100 Mbps), etc. Por otro lado, también se han introducido mejoras en software como avanzados algoritmos para la optimización del proceso de búsqueda en las tablas de encaminamiento o el protocolo MPLS para una rápida conmutación por etiqueta.
Por otro lado, este incremento en las necesidades de ancho de banda ha supuesto un rápido desarrollo de WDM (Wavelength Division Multiplexing), tecnología que ofrece en la actualidad la posibilidad de transportar hasta 160 canales de 10 Gbps sobre una única fibra óptica. En efecto, la red de transporte está en estos momentos pasando por un período de transición, evolucionando desde las tradicionales redes ATM y SONET/SDH basadas en la multiplexación en el tiempo, con WDM utilizado estrictamente para incrementar la capacidad de la fibra óptica, hacia una red fotónica basada en la multiplexación en frecuencia óptica, realizando no sólo el transporte sino también la multiplexación, encaminamiento, supervisión y protección en la capa óptica. Las ventajas de una red totalmente óptica son, entre otras, una menor complejidad, una mayor transparencia respecto de las señales transportadas, un mayor ancho de banda y mayores distancias de transmisión.
De este modo, teniendo en cuenta que IP se convertirá en la base de todos los servicios de telecomunicaciones y WDM en la tecnología de transporte más utilizada, ha habido un interés creciente en la integración de IP sobre las redes fotónicas. Esta integración pasa por conseguir un plano de control común que permita una administración de la red más sencilla y una provisión más rápida y sencilla del ancho de banda ofrecido por WDM para el tráfico IP, y encontrar un mecanismo eficiente para el transporte de los paquetes IP sobre WDM. En este artículo nos centraremos en los mecanismos de transporte de IP sobre WDM, para lo cual es necesario añadir un protocolo de nivel de enlace, ya que IP está asociado al nivel de red y WDM al nivel físico. Este nivel tendrá la misión de entramar el paquete, incluir la funcionalidad necesaria para establecer enlaces entre dos nodos, realizar una codificación de línea eficiente que impida las pérdidas de sincronismo, detectar errores de bit, etc.
Evolución de la red óptica
La gran mayoría de las redes de las operadoras de telecomunicaciones han sido construidas utilizando un modelo de capas. En este modelo, las conexiones entre dispositivos en una capa son proporcionadas por circuitos lógicos en la capa de nivel inferior. Cada capa ha sido tradicionalmente gestionada de forma independiente, cada una de ellas con sus propios requerimientos, problemas y características operacionales únicas. Este modelo ha servido para conseguir una mayor flexibilidad, ofrecer un mayor número de servicios y utilizar más eficientemente los recursos.
No obstante, la convergencia de las tecnologías de red hacia IP ha planteado la idea de simplificar este modelo en capas, reduciendo su número. De este modo, aunque podría reducirse en ciertos casos la flexibilidad de la red se reduce también mucho su coste y complejidad. En efecto, el desarrollo de IP y de WDM, que han ido progresivamente adquiriendo funcionalidad inherente a otras capas, ha supuesto que la transición a un modelo de gigarouters IP conectados directamente sobre sistemas WDM sea una elección factible para algunas redes de transporte. No obstante, no es probable que sea la única opción, ya que las redes SONET/SDH y ATM están ampliamente desarrolladas e implantadas, y proporcionan varias características y servicios útiles.
Seguidamente, presentaremos algunos de los métodos disponibles o propuestos para transportar paquetes IP sobre la red WDM, teniendo presente que estos métodos no son los únicos, pero sí los más utilizados o los que más interés están suscitando. En este análisis será especialmente importante, además de la conveniencia para el transporte sobre la capa óptica, la eficiencia en ancho de banda. Dicha eficiencia del enlace de transmisión se verá afectada por cómo se hace la correspondencia de los paquetes IP en la capa WDM y por la longitud de dichos paquetes. Como el tamaño de la mayoría de los paquetes IP que atraviesan actualmente Internet es menor de 500 bytes, en los análisis realizados se considerará un tamaño de paquete de 350 bytes.
- IP sobre ATM sobre SONET/SDH sobre WDM. En la red de transporte de datos han existido típicamente cuatro capas: IP sobre ATM sobre SONET/SDH sobre WDM. Esta arquitectura puede estar constituida por gigarouters IP con interfaces ATM (que utilizan típicamente SONET/SDH como medio físico) conectados directamente a la red WDM, o como ocurre tradicionalmente, a través de conmutadores ATM conectados a ADM SONET/SDH.
El modo de transferencia asíncrono o ATM (Asyncronous Transfer Mode) estandarizado por el ITU-T es una tecnología de nivel de enlace de conmutación rápida de pequeñas celdas o paquetes de longitud fija de 53 bytes, diseñada para transportar cualquier tipo de tráfico (voz, datos, imágenes o multimedia) en función de la calidad de servicio o QoS (Quality of Service) demandada por los usuarios finales. ATM proporciona un ancho de banda escalable que va desde los 2 Mbps a los 10 Gbps; y debido a su naturaleza asíncrona, es más eficiente que las tecnologías síncronas, tales como la multiplexación por división en el tiempo o TDM (Time Division Multiplexing) en la que se basa SONET/SDH. Las redes ATM están constituidas por conmutadores con arquitecturas malladas.
La red óptica síncrona o SONET (Syncronous Optical NETwork) estandarizada por el ANSI para Norteamérica, y la jerarquía d
El aumento exponencial del número de usuarios de Internet, así como el desarrollo de aplicaciones cada vez más avanzadas y con mayores requerimientos de ancho de banda, ha convertido a IP en el protocolo de transferencia de datos dominante. Este protocolo concebido inicialmente para transportar únicamente servicios de datos, ha visto además ampliada su definición para soportar todo tipo de servicios.
Para hacer frente a esta enorme demanda de tráfico IP, han tenido lugar varios esfuerzos cuyo resultado ha sido la aparición de routers de tránsito de alto rendimiento, también denominados gigarouters. Estos nuevos routers, a diferencia de los convencionales, realizan muchas de sus funciones (como la búsqueda en tablas de encaminamiento, el procesamiento de cabeceras, el cálculo de códigos de redundancia cíclica, etc.) en circuitos integrados de aplicación específica en hardware, en vez de en software controlado por una unidad central de procesos. El número, el tipo y la velocidad de las interfaces de sus tarjetas de línea se han visto así considerablemente incrementadas: OC-192/STM-64 (10 Gbps), OC-48/STM-16 (2,5 Gbps), OC-12/STM-4 (622 Mbps), OC-3/STM-1 (155 Mbps), Fast Gigabit Ethernet (1,25 Gbps), Fast Ethernet (100 Mbps), etc. Por otro lado, también se han introducido mejoras en software como avanzados algoritmos para la optimización del proceso de búsqueda en las tablas de encaminamiento o el protocolo MPLS para una rápida conmutación por etiqueta.
Por otro lado, este incremento en las necesidades de ancho de banda ha supuesto un rápido desarrollo de WDM (Wavelength Division Multiplexing), tecnología que ofrece en la actualidad la posibilidad de transportar hasta 160 canales de 10 Gbps sobre una única fibra óptica. En efecto, la red de transporte está en estos momentos pasando por un período de transición, evolucionando desde las tradicionales redes ATM y SONET/SDH basadas en la multiplexación en el tiempo, con WDM utilizado estrictamente para incrementar la capacidad de la fibra óptica, hacia una red fotónica basada en la multiplexación en frecuencia óptica, realizando no sólo el transporte sino también la multiplexación, encaminamiento, supervisión y protección en la capa óptica. Las ventajas de una red totalmente óptica son, entre otras, una menor complejidad, una mayor transparencia respecto de las señales transportadas, un mayor ancho de banda y mayores distancias de transmisión.
De este modo, teniendo en cuenta que IP se convertirá en la base de todos los servicios de telecomunicaciones y WDM en la tecnología de transporte más utilizada, ha habido un interés creciente en la integración de IP sobre las redes fotónicas. Esta integración pasa por conseguir un plano de control común que permita una administración de la red más sencilla y una provisión más rápida y sencilla del ancho de banda ofrecido por WDM para el tráfico IP, y encontrar un mecanismo eficiente para el transporte de los paquetes IP sobre WDM. En este artículo nos centraremos en los mecanismos de transporte de IP sobre WDM, para lo cual es necesario añadir un protocolo de nivel de enlace, ya que IP está asociado al nivel de red y WDM al nivel físico. Este nivel tendrá la misión de entramar el paquete, incluir la funcionalidad necesaria para establecer enlaces entre dos nodos, realizar una codificación de línea eficiente que impida las pérdidas de sincronismo, detectar errores de bit, etc.
Evolución de la red óptica
La gran mayoría de las redes de las operadoras de telecomunicaciones han sido construidas utilizando un modelo de capas. En este modelo, las conexiones entre dispositivos en una capa son proporcionadas por circuitos lógicos en la capa de nivel inferior. Cada capa ha sido tradicionalmente gestionada de forma independiente, cada una de ellas con sus propios requerimientos, problemas y características operacionales únicas. Este modelo ha servido para conseguir una mayor flexibilidad, ofrecer un mayor número de servicios y utilizar más eficientemente los recursos.
No obstante, la convergencia de las tecnologías de red hacia IP ha planteado la idea de simplificar este modelo en capas, reduciendo su número. De este modo, aunque podría reducirse en ciertos casos la flexibilidad de la red se reduce también mucho su coste y complejidad. En efecto, el desarrollo de IP y de WDM, que han ido progresivamente adquiriendo funcionalidad inherente a otras capas, ha supuesto que la transición a un modelo de gigarouters IP conectados directamente sobre sistemas WDM sea una elección factible para algunas redes de transporte. No obstante, no es probable que sea la única opción, ya que las redes SONET/SDH y ATM están ampliamente desarrolladas e implantadas, y proporcionan varias características y servicios útiles.
Seguidamente, presentaremos algunos de los métodos disponibles o propuestos para transportar paquetes IP sobre la red WDM, teniendo presente que estos métodos no son los únicos, pero sí los más utilizados o los que más interés están suscitando. En este análisis será especialmente importante, además de la conveniencia para el transporte sobre la capa óptica, la eficiencia en ancho de banda. Dicha eficiencia del enlace de transmisión se verá afectada por cómo se hace la correspondencia de los paquetes IP en la capa WDM y por la longitud de dichos paquetes. Como el tamaño de la mayoría de los paquetes IP que atraviesan actualmente Internet es menor de 500 bytes, en los análisis realizados se considerará un tamaño de paquete de 350 bytes.
- IP sobre ATM sobre SONET/SDH sobre WDM. En la red de transporte de datos han existido típicamente cuatro capas: IP sobre ATM sobre SONET/SDH sobre WDM. Esta arquitectura puede estar constituida por gigarouters IP con interfaces ATM (que utilizan típicamente SONET/SDH como medio físico) conectados directamente a la red WDM, o como ocurre tradicionalmente, a través de conmutadores ATM conectados a ADM SONET/SDH.
El modo de transferencia asíncrono o ATM (Asyncronous Transfer Mode) estandarizado por el ITU-T es una tecnología de nivel de enlace de conmutación rápida de pequeñas celdas o paquetes de longitud fija de 53 bytes, diseñada para transportar cualquier tipo de tráfico (voz, datos, imágenes o multimedia) en función de la calidad de servicio o QoS (Quality of Service) demandada por los usuarios finales. ATM proporciona un ancho de banda escalable que va desde los 2 Mbps a los 10 Gbps; y debido a su naturaleza asíncrona, es más eficiente que las tecnologías síncronas, tales como la multiplexación por división en el tiempo o TDM (Time Division Multiplexing) en la que se basa SONET/SDH. Las redes ATM están constituidas por conmutadores con arquitecturas malladas.
La red óptica síncrona o SONET (Syncronous Optical NETwork) estandarizada por el ANSI para Norteamérica, y la jerarquía d
