MPLS & DWDM
En el entorno tecnológico actual, donde la transmisión de datos debe optimizarse todos los mecanismos, protocolos, metodologías de enrutamiento o encaminamiento de paquetes de datos, para que el transporte de datos sea de la manera más óptima en los casos debidos. MPLS tiene ventajas sustanciales a otros protocolos de enrutamiento, a su vez, DWDM es una técnica de transmisión de señales por fibra óptica. Al pensar en el futuro inmediato donde la cantidad de datos superara exponencialmente cada día. Este informe presenta los protocolos y técnicas de transmisión MPLS y DWDM, su funcionamiento, funciones, ventajas, etc.
Palabras Claves: MPLS, DWDM, OSI, RFC.
I. INTRODUCCION
Multiprotocol Label Switching refiere a la conmutación de etiquetas multiprotocolo, definiendo por sus siglas en ingles MPLS, este es un protocolo con mecanismo de transporte de datos estándar definido en el RFC 3031. Su método de operación se establece intermediariamente en la capa de enlace de datos y la capa de red del modelo OSI. Mientras DWDM refiere a una técnica de transmisión de señales por fibra óptica usando banda C, refiere al multiplexado compacto por división en longitudes de onda.
Este informe presenta de manera concreta y concisa estos conceptos en transmisión de datos en Redes de Computadoras, abarcara su concepto, funcionamiento, cabeceras, arquitectura, ventajas y desventajas.
II. MARCO TEORICO
II.I. MPLS
Multiprotocol Label Switching refiere a la conmutación de etiquetas multiprotocolo, definiendo por sus siglas en ingles MPLS, este es un protocolo con mecanismo de transporte de datos estándar definido en el RFC 3031. Su método de operación se establece intermediariamente en la capa de enlace de datos y la capa de red del modelo OSI.
Su principio de diseño fue unificar el servicio de transporte de datos para las redes basadas en circuitos y las basadas en paquetes. Este protocolo se utiliza para transportar diferentes tipos de tráfico (tráfico de voz y paquetes IP).
MPLS fue la evolución y el paso de reemplazo a Frame Relay y ATM como la tecnología para transportar datos de alta velocidad y voz digital en una sola conexión.
Este protocolo da mayor fiabilidad, mayor rendimiento, reducción de costes de transporte mediante una mayor eficiencia de la red. Su capacidad para dar prioridad a los paquetes que transportan tráfico de voz. Estas características hacen de MPLS el procedimiento indicado para llevar las llamadas de voz sobre IP/VoIP.
Las características principales del protocolo MPLS para la conmutación multiprotocolo:
- Estructura orientada a la conexión en redes conceptualizadas como no orientadas a la conexión.
- Combina Nivel de Datos y de Red (2 y 3) del modelo OSI, combinando funciones de control de enrutamiento y efectividad en la conmutación.
- Optimización en el enrutamiento.
- Otorga el estado de comunicación entre dos nodos.
- Introduce Calidad de Servicio (QoS) en redes IP.
- Establecimiento óptimo de túneles en VPN’s.
A. ARQUITECTURA DEL PROTOCOLO
Los elementos de este son:
LER (Label Edge Router): componente que inicia o termina el túnel, extrayendo e introduciendo cabeceras a la red MPLS. Compuesto por enrutadores de entrada como de salida de la red. Se denominan como router frontera por estar en los extremos de la red.
LSR (Label Switching Router)
LSP (Label Switched Path) Camino MPLS (para cierto tráfico o FEC)
LDP (Label Distribution Protocol): Protocolo para la distribución de etiquetas MPLS entre los equipos de la red.
FEC (Forwarding Equivalence Class): denominación al tráfico que se encamina bajo una etiqueta.
Cabecera
Label (20 bits): Valor de la etiqueta MPLS.
Exp (3 bits): Son bits experimentales o calidad de servicio usados para identificar la clase del servicio.
Stack (S, 1 bit): Usado en el apilado jerárquico de etiquetas.
Time-to-live (TTL, 8 bits) Se decrementa en cada enrutador y al llegar al valor de 0, el paquete es descartado. Generalmente sustituye el campo TTL de la cabecera IP.
MPLS entrelaza un encabezado a cada paquete. Los encabezados tienen una o varias etiquetas, y el conjunto de estas se le denomina Stack. Así los paquetes MPLS son enviados después de una búsqueda por etiquetas en vez de una búsqueda dentro de una tabla IP.
B. FUNCIONAMIENTO MPLS
MPLS es una manera eficiente de enviar y enrutar paquetes (grupos de datos transmitidos en Internet.) Los paquetes están formados por dos partes principales: una cabecera (da las instrucciones de red de cómo enviar el paquete a su destino) y la carga (contiene los propios datos que son transferidos). Para un rápido entendimiento del protocolo se puede análoga los paquetes como caramelos, donde el envoltorio es la cabecera y el caramelo la carga. Al tenerse una fábrica de caramelos que tiene que organizar toda la mercancía por sabores para ser enviados a la tienda, mediante una máquina que recoge los caramelos y los envía a diferentes contenedores basándose en su sabor. Para determinar el sabor de cada caramelo, la máquina tiene que analizar varios componentes del envoltorio (color, las etiquetas, los componentes, etc.).
Al tener caramelos con sabores a naranja, café y chocolate metidos en la máquina, esta analiza el color de la envoltura. “En el caso del caramelo de naranja no tendrá problema y lo enviará al contenedor correspondiente. Sin embargo, puede tener problemas con los de café y chocolate al tener un color similar. Por lo tanto, hará un análisis en más profundidad. Esto puede ser poco eficiente al tener que gastar más tiempo para descubrir que son los caramelos. Aquí es donde entra MPLS.” [2]
Dentro de un entorno BGP/MPLS/VPN la información de encaminamiento distribuida puede ser dividida en cinco pasos. En primer lugar, se propaga desde el cliente al operador, donde la información es distribuida desde un router situado en las instalaciones del cliente al router de acceso de la operadora. La información es desplaza con rutas estáticas, RIP y OSPF.
En la entrada del router de acceso de la operadora, la información es exportada dentro de la red del proveedor mediante el protocolo BGP (Border Gateway Protocol). Dicha información es compartida con todos los routers de acceso del operador, utilizando BGP como protocolo de encaminamiento. A continuación, el router de acceso de salida recoge e importa desde la red del proveedor la información de encaminamiento. Finalmente, la información de encaminamiento es enviada desde el router de acceso de salida del operador al router del cliente, pudiendo utilizarse también rutas estáticas, RIP (Routing Information Protocol) y OSPF (Open Shortest Path First).
LOS ENVOLTORIOS MPLS
Se puede tener un “sistema donde todos los caramelos son agrupados para ser analizados en cada uno de los pasos que hace la máquina, una máquina con MPLS podría analizar completamente cada caramelo al principio del proceso y poner un segundo envoltorio. Este envoltorio podría etiquetar de una manera clara cada caramelo mostrando su sabor. De esta manera la máquina no tendría que analizar los componentes de cada uno de los caramelos para saber de lo que son — solo tendría que leer la etiqueta que se ha puesto al principio y enviarlo a su recipiente correcto.” [2]
En una red de datos MPLS “cuando un paquete entra en la red, lo hace a través de un router frontera que los etiqueta. Esta etiqueta le dice al router donde hacer el envío del paquete sin tener que diseccionar la cabecera. Cada etiqueta tiene cuatro componentes principales: una etiqueta de 20 bits, un campo de 3 bits que designa la calidad de servicio, prioridad y notificación de congestión, un campo 8 bits que indica el máximo número de routers por los que pasa el paquete antes de ser eliminado, y un campo de 1 bit que indica la última etiqueta. Este sistema de etiquetados no solo simplifica el proceso de enviar los paquetes, sino que la da a la red la habilidad de manejar el tráfico más fácilmente para diferentes tipos de red. Puede manejar paquetes de diferentes tipos, como pueden ser redes Ethernet, Frame Relay, etc. Dicho de otra manera, una red MPLS coge los paquetes de las diferentes redes, les pone su etiqueta y los envía a su destino sin importarle la red de la que vienen.” [2]
C. VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Los clientes de un proveedor de servicios no se ven obligados a adquirir nuevos equipos para aprovechar esta tecnología, debido a que el router ubicado en el borde de la red se comunica en términos MPLS, realizando el proceso de empaquetar y desempaquetar la información.
Cuando los datos son enviados a la instalación del cliente, pueden ser suministrados en el mismo formato que su tráfico de red normal.
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La rapidez y el mayor rendimiento porque puede combinarse la velocidad de una conmutación de Nivel 2 con la flexibilidad de Routing de Nivel 3.
Reducción de la complejidad que implica instaurar tráfico IP sobre una red ATM, reduciéndose también determinados costes de transferencia o “mapping” IP sobre redes de Nivel 2.
Una conexión MPLS VPN permite a un proveedor de servicios crear algo similar a una conexión de línea dedicada entre dos puntos a través de Internet, sin necesidad de adquirir una conexión fija. Utilizando redes VPN, el tráfico es dirigido rápidamente a lo largo de la ruta de A a B, de manera que pueden crearse intranets y extranets a través de infraestructura privada o compartida.
Mayor flexibilidad al tener sólo una conexión a la red del operador.
II.II. DWDM
Técnica de transmisión de señales por fibra óptica usando banda C, refiere al multiplexado compacto por división en longitudes de onda.
A. FUNCIONAMIENTO
Tiene una similitud a la multiplexación por división de frecuencia que se utiliza en medios de transmisión electromagnéticos. Varias señales portadoras (ópticas) se transmiten por una única fibra óptica utilizando distintas longitudes de onda de un haz láser en cada una de ellas. “Cada portadora óptica forma un canal óptico que podrá ser tratado independientemente del resto de canales que comparten el medio (fibra óptica) y contener diferente tipo de tráfico. De esta manera se puede multiplicar el ancho de banda efectivo de la fibra óptica, así como facilitar comunicaciones bidireccionales. Se trata de una técnica de transmisión muy atractiva para las operadoras de telecomunicaciones ya que les permite aumentar su capacidad sin tender más cables ni abrir zanjas. La DWDM está diseñada para transmisiones de larga distancia donde las longitudes de onda están compactadas. Los proveedores han descubierto diversas técnicas para comprimir 32, 64 o 128 longitudes de onda en una fibra. Cuando están reforzados por los amplificadores de fibra dopada con erbio EDFA que es un tipo de potenciador del rendimiento para comunicaciones de alta velocidad — estos sistemas pueden funcionar a través de miles de kilómetros. Los canales densamente poblados no están libres de limitaciones. En primer lugar, se necesitan filtros de alta precisión para separar una longitud de onda específica sin interferir con las vecinas. Los filtros no son baratos. En segundo lugar, los láseres de precisión deben mantener los canales en el objetivo exacto. Esto casi siempre significa que estos láseres deben operar a una temperatura constante. Los láseres de alta precisión y alta estabilidad son muy costosos, como así también los sistemas de enfriamiento asociados.
Para transmitir mediante DWDM son necesarios dos dispositivos complementarios: un multiplexor en lado transmisor y un de multiplexor en el lado receptor. A diferencia del CWDM, en DWDM se consigue un mayor número de canales ópticos reduciendo la dispersión cromática de cada canal mediante el uso de un láser de mayor calidad, fibras de baja dispersión o mediante el uso de módulos DCM “Dispersion Compensation Modules”. De esta manera es posible combinar más canales reduciendo el espacio entre ellos. Actualmente se pueden conseguir 40, 80 o 160 canales ópticos separados entre sí 100 GHz, 50 GHz o 25 GHz respectivamente.
Está definido para la banda de 1530–1610 nm, espaciado entre canales de 0,8 nm y 1,6 nm.” [4]
Las redes DWDM deben comprobarse para verificar pérdidas, limpieza de conectores, dispersión y calidad espectral.
Ventajas
DWDM es la tecnología más adecuada para la transmisión de larga distancia, por su habilidad para permitir la amplificación EDFA. Esta es la razón por la que se adopta en estas redes desde hace algunas décadas. Por la creciente necesidad de ancho de banda por parte de aplicaciones que requieren grandes volúmenes de datos (smartphones, transmisión de vídeo, etc.), DWDM se usa en las redes metropolitanas, e incluso se usa en algunos despliegues de backhaul celular.
B. FUNCIONES DE DWDM DEL SISTEMA
“Generación de la señal — La fuente, un láser de estado sólido, debe proporcionar la luz estable dentro de un específico, estrecha ancho de banda que transporta los datos digitales, modulado como una señal análoga.
Combinando las señales — Los sistemas Modernos de DWDM emplean los multiplexores para combinar las señales. Hay una cierta pérdida inherente asociada a la multiplexación y la desmultiplexación. Esta pérdida es dependiente sobre el número de canales, pero se puede ser mitigada con amplificadores ópticos, los cuáles alzan todas las longitudes de onda inmediatamente sin la conversión eléctrica.
Transmitiendo las señales — Los efectos de las de la interferencia y de la degradación o de la pérdida de la señal óptica se debe contar con en la transmisión por fibra óptica. Estos efectos pueden ser reducidos al mínimo controlando variables tales como espaciamientos de canal, tolerancia de la longitud de onda, y niveles de la energía del láser. Sobre un enlace de transmisión, la señal puede necesitar ser amplificada ópticamente.
Separando las señales recibidas — Al término de la recepción, las señales multiplexadas se deben separar hacia fuera. Aunque esta tarea parecería ser simplemente lo contrario de combinar las señales, es técnicamente más difícil en la actualidad.
Recibiendo las señales — La desmultiplexación de la señal es recibida por una foto detector.
Además de estas funciones, un sistema de DWDM se debe también equipar de los interfaces del cliente-lado para recibir la señal de entrada. Esta función es realizada por los transponders.
B. FUNCIONAMIENTO
1. El transponder acepta la entrada en la forma estándar de mono modo o láser del multimodo. La entrada
Puede venir de los diferentes medios de comunicación físicos y protocolos diferentes y tipos de tráfico.
2. La longitud de onda de cada señal de entrada se traza a una longitud de onda de DWDM.
3. Las longitudes de onda de DWDM del transponder son multiplexados en una sola señal óptica y lanzada en la fibra. El sistema también podría incluir la habilidad de aceptar los signos ópticos directos al multiplexor; por ejemplo, los tales signos podrían venir de un nodo del satélite.
4. Un poste-amplificador empuja la fuerza de la señal óptica tan pronto deja el sistema (optativo).
5. Se usan los amplificadores ópticos a lo largo del palmo de fibra como es necesitado (optativo).
6. Un pre-amplificador empuja el signo antes de que entre en el sistema del extremo (optativo).
7. La señal entrante es de multiplexada en las lambdas de DWDM individual (o longitudes de onda).
8. Las lambdas de DWDM individuales se trazan al tipo del rendimiento requerido (por ejemplo, OC-48 fibra del solo-modo) y mandó a través del transponder.
C. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE DWDM
Aumenta altamente la capacidad de un punto a otro de la red de fibra óptica. Esto se debe principalmente a la posibilidad de transmitir varias señales dentro de una sola señal y a las altas tasas de transmisión que soporta.
Permite transportar cualquier formato de transmisión en cada canal óptico. Así, sin necesidad de utilizar una estructura común para la transmisión de señales, es posible utilizar diferentes longitudes de onda para enviar información síncrona y asíncrona, analógica o digital, a través de la misma fibra.
Permite utilizar la longitud de onda como una nueva dimensión, además del tiempo y el espacio, en el diseño de redes de comunicación.
Los componentes ópticos son más caros debido a la necesidad de utilizar filtros ópticos, y láser que soporte una tolerancia a longitudes de onda compactas. Un dispositivo externo de acoplamiento es usado para acoplar la mezcla de las diferentes señales ópticas.
Tiene menor espacio para una tolerancia con respecto a la dispersión de las longitudes de onda.
5.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
MPLS procede de tal manera que los clientes de un proveedor de servicios no se ven obligados a adquirir nuevos equipos para aprovechar esta tecnología, debido a que el router ubicado en el borde de la red se comunica en términos MPLS, realizando el proceso de empaquetar y desempaquetar la información. Cuando los datos son enviados a la instalación del cliente, pueden ser suministrados en el mismo formato que su tráfico de red normal. La rapidez y el mayor rendimiento porque puede combinarse la velocidad de una conmutación de Nivel 2 con la flexibilidad de Routing de Nivel 3.
DWDM aumenta altamente la capacidad de un punto a otro de la red de fibra óptica. Esto se debe principalmente a la posibilidad de transmitir varias señales dentro de una sola señal y a las altas tasas de transmisión que soporta.
Permite transportar cualquier formato de transmisión en cada canal óptico. Así, sin necesidad de utilizar una estructura común para la transmisión de señales, es posible utilizar diferentes longitudes de onda para enviar información síncrona y asíncrona, analógica o digital, a través de la misma fibra.
VI. BIBLIOGRAFIA
[1]. Colaboradores Wikipedia, “MPLS”, Available online: https://es.wikipedia.org/wiki/Multiprotocol_Label_Switching
[2]. Steenbergen Richard A “MPLS for dummies”, Available online: https://www.nanog.org/meetings/nanog49/presentations/Sunday/mpls-nanog49.pdf
[3]. Rodríguez Miguel, “MPLS: Ventajas para las empresas”, 2001 , Available online: http://www.networkworld.es/archive/mpls-ventajas-para-las-empresas
[4]. García Camilo, “DWDM Y CDWDM”, 2005, Available online: https://sx-de-tx.wikispaces.com/DWDM+y+CWDM
