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- 1. Fecha de Publicación Más Información Contact o Octubre, 2003 PDFs/Imágenes/Información Werner Habisreitinger www.acterna.com Tel.: +49 7121 86-2038 Fax: +49 7121 86 2054 E-mail: werner.habisreitinger@acterna.com Nueva Generación SONET/SDH Tecnologías y Aplicaciones de la nueva generación SONET/SDH Resumen ejecutivo conexión primaria con la Red de Área La innovación, es la línea de vida para Metropolitana (MAN), no están diseña- sobrevivir en el mercado de las telecomu- dos para manejar eficientemente muchos nicaciones, ha estimulado la industria de paquetes de datos. las telecomunicaciones para adoptar la Las limitaciones adicionales en el des- Nueva Generación de SONET/SDH como empeño son el resultado de las múltiples la solución más económica y tecnológi- capas de la MAN excesivamente camente feasible para transmitir Voz y complejas de tecnologías, pobremente Datos en redes de transporte. De acuerdo integradas las cuales limitan la flexibili- con Marian Stasney, analista senior de dad. Además de estas dificultades esta una organización dedicada al análisis de la inmensa cantidad de tráfico de datos empresas relacionadas con el mercado generados en las redes LAN, con con- de dispositivos electrónicos, “Mientras exiones de banda ancha DSL, Redes de la demanda de ancho de banda se incre- Área de Almacenamiento SAN, y memoria mente, o el equipo se torne obsoleto en temporal local de los ISP. El estrés que redes metropolitanas, los proveedores estas aplicaciones causan a la infrae- de servicios comprarán equipo de Nueva structura ponen a los operadores en un Generación SONET/SDH para ahorrar riesgo financiero ya que todavía no están costos iniciales, gastos a largo plazo, listos para entregar los servicios con los energía y espacio.” De hecho la misma niveles de desempeño demandados por organización estima que el mercado de el mercado. los dispositivos de Nueva Generación Sin mejoras a las redes MAN, los opera- SONET/SDH es de $2.7 billones, y con dores no contáran con la flexibilidad para un tasa de crecimiento anual de 34%, manejar el ancho de banda o la habilidad se tiene calculado que las ventas mun- para aprovisionar servicios rápidamente diales alcancen cerca de $12 billones de y asegurar tanto la escalabilidad de la dólares en el 2006. red como la eficiencia operacional. Sin Diseñada para optimizar el tráfico basado embargo, los operadores saben que su en TDM, la tecnología SONET/SDH es muy supervivencia económica depende en robusta y segura, conteniendo mecanis- tener la capacidad de optimizar la red mos integrados para proveer 99.99% de existente de transporte SONET/SDH sin disponibilidad de la red. Sin embargo gastar grandes cantidades de dinero o los anillos de SONET/SDH, que son la sacar de servicio la infraestructura actual.
- 2. Nuevas Ventajas de la Generación net, 10 Gigabit Ethernet, no solo será 10 La nueva generación de SONET/SDH SONET/SDH sobre Ethernet veces más rápido que su predecesor, si extiende la utilidad de la red existente de La nueva generación SONET/SDH es un no que estara diseñado para promover la SONET/SDH utilzando la red existente término sombrilla que describe un rango convergencia de las tecnologías de redes. de capa 1 e incluyendo tecnologías tales de desarrollos basados en estándares y Sin embargo, para enviar una señal como la concatenación virtual (VC), el propietarios que están construidos en la de 10 Gigabit Ethernet directamente procedimiento genérico de trama (GFP), y infraestructura disponible SONET/SDH. a un sistema de SONET/SDH ADM, el el esquema de ajuste de la capacidad de Desplegado en primer lugar por oper- equipo terminal de línea Ethernet debe enclaces (LCAS). dores de larga distancia como una forma almacenar en el buffer la señal entrante Componentes de la nueva para soportar nuevos servicios tales y convertirla a una señal soportada por generación SONET/SDH como Ethernet, Fibre Channel, ESCON, y SONET. DVB, la nueva generación SONET/SDH Aunque Gigabit Ethernet provee una Concatenación Virtual permite la entrega de datos con alta velo- trama común desde la PC hasta el El método tradicional de concatenación, cidad, y muy alto ancho de banda aún con backbone, una tecnología que sirviera tal como se define en estándares como presupuestos muy limitados. como servicio de transporte para ITU-T G.707, es llamado “contiguo”. Esto Propriedades de los Propriedades de almacenamiento de datos brutos y de significa que los contenedores adyacen- servicios de Datos SONET/SDH audio/video, independiente del proto- tes son combinados y transportados a Transporte asíncrono Transporte síncrono colo, era necesario. Fibre Channel (FC) través de la red SONET/SDH como un Ancho de Banda con- fue diseñado para eliminar muchas solo contenedor. Las limitaciones de las Ancho de Banda Dinámico stante Gigabit Ethernet Fibre Channel No orientados a conexiópn Orientada a conexión Aplicaciones Redes de Datos Redes SAN audio/video, datos Velocidad de línea 1.25 Gbps 1.06 Gbps, 2.12 Gbps, 10 Gbps La proliferación de Ethernet en redes LAN es debido en gran parte a su simplicidad Tamaño de Tramas Variable, 0-1.5 kB Variable, 0-2 kB Conexiones No Si y su efectividad a bajo precio. Las tasas de las líneas estándares de Ethernet son limitantes del desempeño originadas por concatenaciones contiguas son la necesi- de 10/100/1000 Mbps con 10 Gbps redes LAN y en canales suministrando dad de que todos los nodos de la red que contendiendo por una presencia sig- tecnología escalable Gigabit, control, forman parte de la trayectoria de trans- nificativa en las redes MAN. Debido a auto administración y rentabilidad a dis- misión deben ser capaces de reconocer que Ethernet esta basado en el principio tancias de hasta 10 km. y procesar el contenedor concatenado del mejor esfuerzo, la transferencia Sin embargo, cuando el FC deja la red SAN y la falta de granularidad de ancho de de datos no esta garantizada, he allí la e interactúa con la SONET/SDH, ocurren banda, que hacen que el transporte de preocupación de que Ethernet no puede errores y pérdidas de tramas. altas cantidades de señales de datos sea proveer una buena calidad de servicio, ineficiente. seguridad, redundancia, y capacidad de Aunque TCP corrija esto, los retrasos y el restauración necesarias para el tráfico de reducido ancho de banda, generan prob- La concatenación virtual, como reci- voz y datos. El nuevo estandar de Ether- lemas de desempeño. entemente definió la ITU, dirige las LAN Virtual Private Network (VPN) PC Ethernet LAN Server Core network SONET/SDH Fiber Channel Edge network SONET/SDH Storage server Storage Area Network (SAN) figura1 Los nuevos servicios exigen nuevos requisitos en herencia SONET/SDH 2
- 3. desventajas asociadas con el método un servicio de 1 Giga es transportado por grupo, un número de secuencia (SQ) es contiguo. La concatenación virtual un canal STM-16. En este caso, la eficien- asignado a cada miembro. mapea contenedores individuales en cia actual de la capacidad de transporte El MFI puede detectar retrasos dife- un enlace virtualmente concatenado. es de alrededor del 42%. El grupo VC-4-7v renciales entre miembros del VCG y Cualquier número de contenedores es un grupo virtual concatenado (VCG), compensarlos hasta en 512 ms. Los puede ser agrupado, esto provee mejor donde VC-4 define la granularidad básica parámetros que describen el contador granularidad en el ancho de banda que y 7v define el número de miembros en el de trama y el número de secuencia están el obtenido usando técnicas tradiciona- grupo, por aproximadamente un 85% de resumidos en la siguiente tabla. les. Adicionalmente, esto permite a los mejora en la eficiencia. Número de Número de operadores de redes ajustar la capacidad La información requerida para concat- Tramas Secuencia de transporte requerido para el servicio enación virtual es transportada en el Trayectoria de 0 – 4095 0 – 255 del cliente para su mejor eficiencia. encabezdo de trayectoria (path over- alto orden Debido a que los nodos intermedios de la head) de los contenedores individuales. Trayectoria de 0 – 4095 0 – 63 red tratan cada contenedor en el enlace bajo orden SDH SONET como uno estándar, solo el equipo de Trayectoria de alto H4 H4 inicio de trayectoria y el del fin de trayecto orden necesitan reconocer y procesar la estruc- Trayectoria de bajo K4 Z7 tura de la señal virtual concatenada. Esto orden significa que cada enlace puede tomar su propia trayectoria a través de la red, Los parámetros requeridos para concat- lo cual puede conducir a diferencias de enación virtual son el contador de trama fase entre los contenedores llegando al (MFI) y el número de secuencia (SQ). equipo terminal de trayectoria, requi- Debido a que los miembros de un VCG riendo al equipo almacenar en el buffer puedan viajar a través de la red por los retrasos. diferentes trayectorias, no significa que Hoy en día las granularidades del trans- todos los miembros lleguen al puerto de porte estan definidas por las tasas de destino al mismo tiempo. Para eliminar líneas estándar STM-0/1/4/16 y STM-64 este retraso diferencial y garantizar la (OC-1/3/12/48 y OC-192). Por ejemplo, integridad de todos los miembros en un Servicio Efficiencia de la capacidad de Efficiencia de la capacidad de Transporte sin VC Transporte con VC Ethernet (10 Mbit) VC-3 --> 20% VC-12-5v --> 92% Fast Ethernet (100 Mbit) VC-4 --> 67% VC-12-47v --> 100% ESCON (200 MByte) VC-4-4c --> 33% VC-3-4v --> 100% Fibre Channel (1 Gbit) VC-4-16c --> 33% VC-4-6v --> 89% Gigabit Ethernet (1000 Mbit) VC-4-16c --> 42% VC-4-7v --> 85% Ethernet GFP VC LCAS Native interfaces MUX/DEMUX Ficon Generic Link SONET/ Virtual Capacity SDH Frame Escon Concatenation Adjustment Procedure Scheme Fiber channel LAPS figura 2 Resumen de la Nueva Generación SONET/SDH 3
- 4. Procedimiento de Tramado Genérico canales de Fibra. El procedimiento GFP-T (GFP) mapea cualquier señal de datos del Cli- Core header ente incluyendo Ethernet, Fibre Channel, Las técnicas de encapsulado tales como los procedimiento de trama de (GFP) y ESCON. Los servicios mapeados vía debe ser aplicado para adaptar las ráfa- GFP-F utilizan la menor cantidad de enca- Payload headers bezados para garantizar la mejor eficacia gas de tráfico asíncrono y las tramas de distintos tamaños antes que el tráfico de del ancho de banda, donde la prioridad servicio de datos como IP/PPP, Ethernet de esos mapeos vía GFP-T es el transporte MAC, Fibre Channel, ESCON y FICON sea rápido y eficiente de los datos. transportado sobre redes SONET/SDH. Client Adicionalmente al procedimiento GFP payload GFP adapta una corriente de datos basa- como mecanismo de adaptación, existen information dos en tramas en corrientes de datos otros métodos. De estos, el protocolo orientados a bytes, por medio de mapeos de acceso de enlance (LAPS) y el control de los diversos servicios en una trama de enlace de datos de alto nivel (HDLC) de propósito general, la cual es después Optional son dos mecanismos de entramado pre- mapeada en las conocidas tramas de payload FCS dominantes. Sin embargo, GFP soporta SONET/SDH. Esta estructura de trama es múltiples servicios, y tiene mayor flexibi- mejor para detectar y corregir errores y lidad de tal manera que puede ser usado para proveer mejor eficiencia en el ancho en combinación con ONT con mayor esta- de banda que los procedimientos tradi- bilidad, la cual ofrece la posibilidad de figura 3 Trama GFP cionales de encapsulado. introducir estructuras múltiples de GFP. – Las tramas opcionales del FCS de- – Las cuatro partes que comprende la tectan errores trama del procedimiento GFP son: – Hay actualmente dos modos de señal Encabezado Principal, Encabezado del Cliente definidas para el proced- de Carga Útil, Áea de Carga Real, y imiento GFP: GFP con trama (GFP-F), campos opcionales para detección de donde una trama de señal de datos es errores completamente mapeada a una trama – El Encabezado principal define la GFP longitud de la trama GFP y detecta – GFP transparente (GFP-T), donde los errores del CRC códigos de los bloques de la señal de – El Encabezado de Carga Útil define el datos son los mapeados a una trama tipo de información transportada, ya GFP periódica sean tramas de administración o de El modo usado es dependiente del servi- clientes, así como el contenido del cio transportado, sin embargo a la fecha, área de carga Ethernet es la señal de datos de Cliente – La información de la carga del Cliente definido por el GFP-F, y próximamente define la carga de transporte real STS-n-2v STS-n-2v Modo Descripción Aplicación VC-n-2v VC-n-2v GFP-F El servicio es mapeado trama por trama a Fast Ethernet, Gig Ethernet, IP, etc. n n la trama GFP n n Encabezados mínimos SONET/SDH Longitud de trama GFP variable GFP-T El servicio es mapeado byte por byte a la Fibre Channel, FICON, ESCON, Ethernet, trama GFP. DVB, etc. Optimiza el retrazo de transferencia Differential delay t Longitud de trama GFP constante figura 4 Retraso diferencial causado por distintos caminos a través de la red 4
- 5. LCAS – Comandos de Control (CTRL) sincroni- Áreas a probar El desarrollo mas reciente de un están- zan la fuente y el receptor y transpor- dar, es el protocolo LCAS, el cual corre tan la información respetando el Transparencia de Servicio entre dos Elementos de Red que están estatus de los miembros individuales Las pruebas en servicios orientados a conectados en una interfase del cliente de los grupos VCG paquetes como Ethernet deben ser eje- hacia la tradicional red SONET/SDH. – El identificador de fuente (GID) le dice cutados en todos los Elementos de Red, Cada byte H4/K4 transporta un paquete al receptor a cual VCG pertenece cada incluyendo las interfaces de SONET/SDH de control, el cuál contiene información miembro y PDH entre Clientes, la red MAN, y la red sobre la concatenación virtual y sobre los – Resequence Acknowledgement, central. Adicionalmente: parámetros del protocolo LCAS. reconocimiento de re-secuencia (RS- – Cada trama recibida de Ethernet es Ack) notifica a la fuente que el receptor analizada para encontrar errores y alar- Para determinar que miembros de un recibió los cambios iniciales mas grupo VCG están activos y cuales son – El estatus del miembro (MST), trans- – Los perfiles de tráfico de la utilización usados, LCAS permite al equipo origen, fiere el estatus del enlace desde de la red son generados para indicar cambiar dinámicamente el número de el receptor hasta la fuente de cada como los usuarios nuevos y finales contenedores en un grupo concatenado miembro del VCG (OK=0, FAIL=1) se comportan y para determinar si el en respuesta a un cambio en tiempo real – Error de protección (CRC), detecta tráfico es constante o intermitente de los requisitos del ancho de banda. errores y desecha paquetes de control – El peor caso de análisis es realizado Este incremento o decremento en el erróneos para miembros individuales con el mapeo y demapeo de un gran ancho de banda de transporte puede ser del VCG número de pequeñas tramas Ethernet realizado sin influenciar negativamente el servicio. Por ejemplo, una compañía Pruebas ínter operables y otras condiciones anormales como que tiene un enlace de 500 Mbps entre – El componente clave para las tramas demasiado grandes sucursales durante un día hábil necesita asegurar el servicio un ancho de banda más grande para Las pruebas son la clave para sobrepasar ejecutar actualizaciones en horas sin los retos de entrega de servicios asíncro- uso. Con LCAS, 1 Gig de ancho de banda nos sobre redes síncronas SONET/SDH. adicional es automáticamente aprovi- No es solo el primer paso, es también sionado sin ningún impacto adicional al necesario que en los siguientes procesos servicio. para garantizar que todas las capas, Los siguientes parámetros en el paquete desde la capa de servicio hasta la capa de control son relevantes para el proto- GFP así como VC y LCAS, funcionen nor- colo LCAS: malmente. LCAS VCG LCAS LCAS LCAS LCAS Frame resequence sequence control source member error counter acknow- indicator commands identifier status protection ledgement MFI SQ CTRL GID RS-Ack MST CRC Virtual concatenation LCAS information information figure 5 Control de Paquetes VC/LCAS 5
- 6. Adaptación del Ancho de Banda Para prevenir un bajo throughput, la Integridad de las Interfaces de los Para acomodar la demanda del ancho pérdida de carga útil, o el colapso total de Elementos de Red de Banda de Ethernet del Cliente, el cuál esta conexión, es importante pobar: Después de que los Elementos de Red de ha crecido de 10 Mbps hasta 30 Gbps, – La habilidad de los Elementos de Red la Nueva Generación se integran a la red GFP, como la capa de adaptación, utiliza para almacenar los miembros de un SONET/SDH tradicional, estos deberán todo el ancho de Banda (llenándolo) dis- grupo para compensar las diferencias ser probados para ver su conformidad ponible de la red de transporte. Cuando por retraso con las recomendaciones ITU-ANSI/Tel- se necesita mayor ancho de Banda los – El re-ensamble de los miembros de un cordia. En particular las pruebas están contenedores Virtuales son agregados al grupo en el VCG completo diseñadas para verificar la correcta grupo VCG, el cual, GFP, automáticamente implementación de reacción de alarmas Adaptación del Ancho de Banda lo reconoce disparándolo para proveer y los errores de los identificadores de Dinámico ancho de Banda adicional. trazos y del contenido de encabezados Si el protocolo LCAS es utilizado, simu- de trayecto. Aunque hoy en día, la carga Por medio de pruebas a los elementos lando el incremento y decremento del útil del cliente del VCG es transportada de red, se verifica su habilidad para uso del ancho de banda por medio de por un gran contenedor concatenado que agregar y remover Contenedores Virtuales la manipulación del estado de máquina proporciona capacidad extra, los grupos y se provee la confirmación de que GFP del LCAS, se puede verificar si el proto- VCG combinan un número de pequeños puede responder de manera apropiada a colo fue implementado correctamente. contenedores virtuales para proveer cualquier cambio. Debido a que el protocolo LCAS no es capacidad individual de transporte. Por lo Mecanismo de compensación para simétrico, es necesaria una prueba hacia tanto para verificar la conformidad con las Retardo Diferencial delante y hacia atrás simultáneamente recomendaciones ITU, todas las pruebas manipulando los comandos de control deben ser realizadas en cada pequeño Cuando la red soporta la Concatenación en el Paquete de Control y monitoreando contenedor. Además de las interfaces Virtual, la carga útil es separada y enviada la respuesta de los elementos de red. SONET/SDH, todas las interfaces del cli- por diferentes trayectorias por una red de Tambien es requerida la verificación de ente deben ser probadas . larga distancia. Debido a que esas dos cómo los elementos de red responden si trayectorias no son de la misma longitud algunos comentarios estandarizados no y contienen diferente número de Elemen- son usados. Es importante tener la habi- tos de Red, los miembros del grupo VCG lidad para realizar pruebas con el equipo no alcanzan el punto final al mismo que tiene capacidad de handshake y que tiempo. Antes de reensamblar la carga pueda validar la adaptación del ancho de útil, el equipo terminal debe compensar banda sin interrumpir el servicio. este diferencial de retardo. Sin embargo, debido a que en este proceso se con- sume energía computacional y espacio en memoria, este debe ser revisado completamente para asegurarse que esta siendo implementado correctamente. OC-48/STM-16 Cross connect Out In In Out VC VC GFP GFP MAC MAC Out In Management Ethernet figura 6 Pruebas ínter operables usando el equipo de Acterna ONT-50 6
- 7. Conclusión Los operadores que dejen pasar esos La enorme ventaja de la SONET/SDH de importantes avances, no ahorraran nueva generación es que permite a los dinero en el largo plazo. Sin la verificación operadores introducir nuevas tecnologías constante de que los elementos de red se a sus redes tradicionales SONET/SDH desempeñan correctamente, no solo la reemplazando sus elementos de red calidad de servicio se pone en riesgo, los perimetrales. Con esta capacidad, tanto costos a largo plazo asociados con con- los servicios TDM y como los orientados a stantes interrupciones al servicio, tiempo paquetes son manejados eficientemente de inactividad y mantenimiento innec- en la misma longitud de onda. Además, esario previenen a los operadores,operar hay mejoras significativas, en el modo provechosamente o consolidar una base en que las redes SONET/SDH manejan de clientes leales. el ancho de banda para información en paquetes así como granularidad mas grande mientras se mantiene las funcio- nes críticas de redes TDM tradicionales. La flexibilidad de la SONET/SDH de nueva generación permite a los operadores de red construir una red usando plataformas para multiservicios híbridos TDM/ paquetes o proveer solo la transmisión fundamental de tramas de bits lineales . Con la transición de la industria de las telecomunicaciones, el énfasis de los operadores es cumplir con las necesidades del cliente con ajustado presupuesto. La SONET/SDH de nueva generación no solo es rentable sino que aumenta las capacidades de las redes tradicionales. Al integrar redes de nueva generación a redes tradicionales se tienen mayor latencia, calidad y disponib- ilidad de servicio pero algunas pruebas y monitoreo se utiliza para asegurar que la mezcla de tecnología puedan proveer la demanda creciente de ancho de banda . 7
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