Introducción
A partir de la
introducción de la tecnología PCM hacia 1960, las redes de comunicaciones
fueron pasando gradualmente a la tecnología digital en los años siguientes.
Para poder soportar la demanda de mayores velocidades binarias surgió la
jerarquía PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy). Pero como las velocidades de
transmisión de esta jerarquía no son las mismas para EEUU y Japón que para
Europa, las pasarelas entre redes de ambos tipos es compleja y costosa. Además,
para poder llegar a un canal de 64Kb/s (canal de voz) habría que poner una
cadena de multiplexores y demultiplexores, con el incremento de costo que esto
significa. El objetivo de la jerarquía SDH, nacida en los años 80’s, era
subsanar estas desventajas inherentes a los sistemas PDH, así como también
normalizar las velocidades superiores a 140Mb/s que hasta el momento eran
propietarias de cada compañía. Los patrones de tráfico en los años 90’s
cambiaron drásticamente, ahora los datos superaban al tráfico de voz.
Las redes de alta
velocidad de hoy en día son ópticas y están basadas principalmente en dos
estándares conocidos como SDH y SONET, los cuales consisten de anillos de fibra
óptica en los cuales la información es intercambiada electrónicamente en los
nodos. Tanto SDH como SONET son las tecnologías de transporte dominantes en las
redes metropolitanas de los proveedores de servicios de telecomunicaciones en
la actualidad.
Qué es Sonet - SDH
SONET y SDH son
un conjunto de estándares para la transmisión o transporte de datos síncronos a
través de redes de fibra óptica. SONET significa por sus siglas en inglés,
Synchronous Optical NETwork; SDH viene de Synchronous Digital Hierarchy. Aunque
ambas tecnologías sirven para lo mismo, tienen pequeñas diferencias técnicas,
de manera semejante con el T1 y el E1. SONET, por su parte, es utilizada en
Estados Unidos, Canadá, Corea, Taiwán y Hong Kong; mientras que SDH es
utilizada en el resto del mundo. Los estándares de SONET están definidos por la ANSI (American National
Standards Institute) y los SDH por la
ITU-T (International Telecommunicatios Union).
La tasa de bits se refiere a la
velocidad de información que es transportada a través de la fibra óptica. Una
porción de estos bits sobre la línea son designados como overhead. El overhead
transporta información que provee capacidades tales como ensamblado de tramas,
multicanalización, estatus de la red, rastreo, monitoreo de desempeño y
funciones conocidas como OAM&P (Operations, Administration, Maintenance and
Provisioning). Los bits restantes es la carga útil, es decir el ancho de banda
disponible para transportar los datos de los usuarios, tales como paquetes o
celdas ATM (Asynchronous Transfer Mode) o cualquier otro tipo de información.
Características de Sonet / SDH
- Es un estándar de red
integrado que se basa en la tecnología de fibra óptica.
- Permite la interconexión de
redes de diferentes operadores, fijando un estándar de señalización común
con respecto a la longitud de onda, la temporización y la estructura de
los marcos o frames empleados.
- Unifica los sistemas
digitales estadounidense, europeo y japonés, que se basan en modulaciones
por modificación de pulsos codificados PCM de 64 Kbps incompatibles entre
sí.
- Garantiza la correcta multiplexión de varios canales digitales en portadoras de gran velocidad. Combina, consolida, segrega tráfico de diferentes sitios a través de una sola instalación (preparación o acicalado). Se usa un multiplexor de agregar/liberar (ADM, add/drop multiplexer).
- Proporciona apoyo a la operación, la administración y el mantenimiento de la red, cuestiones que no habían sido abordadas en estándares anteriores.
Tributaria STM1
Un tributario es un flujo de tráfico el cual es combinado con otros
flujos tributarios mediante la función de multiplexación para dar lugar a un
menor número de flujos de tráfico salientes. Una señal de agregado es el
término asociado con ese flujo de salida generado. Los tributarios de un
elemento de red SDH son los interfaces de tráfico
en la red SDH. Estos elementos de red soportan
diferentes tipos de tributario no SDH permitiendo
el transporte eficiente de tráficos de diverso origen. Por ejemplo en capas
inferiores o de acceso a la red, un elemento de red puede aceptar alguno de los
siguientes tráficos tributarios para portarlos directamente en su estructura de
trama:
- Interfaces de tráfico PDH, tales como
2 Mbps, 34 Mbps, y 140 Mbps.
- Interfaces de voz analógicos.
- Interfaces Ethernet que toman datos IP o datos provenientes de LAN.
- Interfaces RDSI/ADSL
La duda que ahora nos surge es, ¿cómo estas señales tributarias convergen
en tráfico SDH? La misma debe ser empaquetada en un módulo de transporte
síncrono de modo que este pueda ser transportado y gestionado a través de la
red.
Un Contenedor es el elemento básico de una señal SDH. Éste está
formado por los bits de información de una señal PDH la cual
será empaquetada dentro del contenedor. Existen diferentes tipos de
contenedores, cada uno de los cuales corresponde con una señal PDH de
diferente tasa de transmisión.
El Contenedor Virtual se refiere al conjunto de un contenedor y a su
cabecera de ruta asociada. Volviendo a la analogía con una tubería, el
contenedor virtual puede ser visto como el paquete de tráfico PDH el cual es
portado a través de la tubería SDH.
El módulo de transporte síncrono: Una señal es introducida en un
contenedor virtual, pero ¿cómo es transportada en un enlace óptico? El
contenedor virtual es portado sobre la red junto a algunos otros contenedores
ubicados en un módulo de transporte síncrono o STM (Synchronous
Transport Module).
El contenedor virtual está ubicado en el área de carga útil del STM (Payload
Area). Volviendo atrás en la analogía inicial, los STM´s pueden ser vistos como
tuberías con las cuales se confecciona la red y el contenedor virtual como los
paquetes que son portados a través de las tuberías.
La unidad básica de SDH es la estructura STM-1. Cuatro
marcos STM-1 son concatenados o multiplexados para dar un STM-4 el cual tiene
una mayor tasa de transmisión.STM -16 y STM-64 ofrecen
mayores tasas de transmisión y soportan un mayor número de señales en su área
de carga útil. Así, los STM-4, STM-16 y STM-64 pueden ser
vistos como tuberías más gruesas.
Un camino o ruta es el término usado para referirnos a un circuito
punto a punto para el tráfico, es decir, ésta es la trayectoria seguida
por un contenedor virtual a través de la red. Una sección es definida como
el enlace de transporte entre dos nodos adyacentes. Un camino está compuesto
por un número concreto de secciones.
Volviendo a la analogía inicial de una tubería, la sección puede ser
vista como la longitud de una tubería entre dos nodos de red y el camino como
la ruta que toma los contenedores virtuales sobre esas secciones de tuberías.
El tráfico de los usuarios finales será transportado en contenedores
virtuales por un determinado camino, sobre varias secciones. (Esto es una
definición simplista e introductoria. De hecho, caminos y secciones son
diferentes capas de la red de transporte como más adelante describiremos).
Un STM está dedicado a una única sección, de ahí que la cabecera de
sección sea procesada en cada nodo y un nuevo STM con nuevas
cabeceras es construido para la siguiente sección. El contenedor virtual, por
el contrario, sigue un camino sobre diversas secciones, de modo que la cabecera
de camino permanece con el contenedor de extremo a extremo del camino.
Resumiendo lo expuesto hasta ahora, la información entrará en la
red SDH como un flujo digital de información. La información de estas
señales es mapeada en un contenedor, y cada contenedor, por lo tanto, tiene
algo de información de control añadida, conocida como cabecera de camino. La
combinación de estas señales y la cabecera es conocida como contenedor virtual.
Los contenedores virtuales forman el área de carga útil del módulo de
transporte síncrono (STM) el cual también tiene información de control llamada
cabecera de sección.
La información entra en la red como flujos digitales de 2 Mbps que serán
acomodados en contenedores virtuales VC-12. Un elemento de red SDH
multiplexará esta señal junto con otras señales de tributario en una señal
agregada de mayor tasa de transmisión. En el ejemplo, esto es una señal STM -1 de 155
Mbps.
El marco
STM-1 (Módulo de transporte síncrono, nivel 1) es el formato de transmisión
básico para SDH – el primer nivel de jerarquía síncrona digital. Lo
analizaremos en el próximo punto.
Marco SDH
En una transmisión de datos orientada a paquetes, como
Ethernet, un marco de paquete usualmente consiste de un encabezado y una carga
útil. El encabezado se transmite primero seguido de la carga útil (y
posiblemente una cola, como CRC). En la transmisión
óptica síncrona esto se modifica levemente. Al encabezado se lo llama
sobrecarga y en lugar de ser transmitido antes de la carga útil, es intercalado
con ella durante la transmisión. Parte de la sobrecarga es transmitida, luego
parte de la carga útil, parte de la sobrecarga, parte de la carga útil, y así
sucesivamente hasta que todo el marco ha sido transmitido.
En STM-1/STS-3c
el marco tiene un tamaño de 2430 octetos. Nueve octetos de sobrecarga son transmitidos,
seguidos de 261 octetos de carga útil. Esto se repite nueve veces hasta que
2430 octetos son transmitidos en un lapso de 125µs. Tanto para SONET como para SDH, esto con
frecuencia es representado mostrando gráficamente el marco como un bloque de
270 columnas y 9 filas. Esta representación alinea todas las columnas de
sobrecarga y de carga útil para que se vean como un bloque continuo.
La
estructura interna de la sobrecarga y la carga útil dentro del marco difiere
levemente entre SONET y SDH, y diferentes términos son usados en los estándares
para describir esas estructuras. Las implementaciones de sus estándares son
extremadamente similares, haciendo más fácil la operación entre SONET y SDH a
cualquier ancho de banda.
Un marco STM-1. Las primeras nueve columnas
contienen la sobrecarga y apuntadores. Para simplicidad, el marco se muestra
como una estructura rectangular de 270 columnas y 9 filas, pero el protocolo no
transmite los bytes en este orden.
El marco STM-1 consiste en una sobrecarga de
apuntadores mas información carga útil. Las primeras 9 columnas de cada marco
forman la Sobrecarga
de Sección y los Apuntadores de Unidad Administrativa, y las últimas 261
columnas forman la Carga
Útil de Información. Los apuntadores (bytes H1, H2, H3) identifican a las
unidades administrativas dentro de la carga útil de información. Por lo tanto,
un circuito puede transportar 150.336 Mbit/s de carga útil, después de
descartar la sobrecarga.
Dentro de cada unidad
administrativa hay uno o más contenedores virtuales (VCs), que contienen la
ruta a la sobrecarga a los VC de carga útil. La primera columna es para la ruta
a la sobrecarga; es seguida por el contenedor de carga útil, el cual puede
transportar otros contenedores. Las unidades administrativas pueden tener
cualquier alineamiento de fase dentro del marco STM, y este alineamiento se
indica en el puntero en la cuarta fila.
La sobrecarga de sección
(SOH) de una señal STM-1 está dividida en dos partes: el regenerador de
sobrecarga de sección (RSOH) y la sobrecarga de sección de multiplexado (MSOH).
Las sobrecargas contienen información de la transmisión en sí misma, que es
usada por una amplia variedad de funciones de administración como el monitoreo
de la calidad de transmisión, detectar fallas, manejo de alarmas, canales de
comunicación de datos, canales de servicio, etc.
El área de carga útil consiste en
señales de todos los niveles de PDH que pueden ser acomodadas en SDH
empaquetándolas juntas en el área de carga útil de la trama STM-1. El proceso
de empaquetado de señales PSH es un proceso multipaso que involucra un número
de diferentes estructuras.
El marco STM es continuo
y es transmitido de manera serial: byte por byte, fila por fila.
Apuntadores de carga útil
SONET/SDH usa apuntadores para manejar las
variaciones de temporización en una red. El apuntador es un valor de distancia
que muestra la posición relativa del primer octeto de la carga útil. El
propósito de los apuntadores es permitir a la carga útil "flotar"
dentro de la envoltura y compensar las posibles variaciones en sincronía que
pudiesen ocurrir. El apuntador se indica en donde empieza el SPE y se
incrementa o decrementa según el deslizamiento que se observe. Los apuntadores
de carga útil hacen posible la existencia de operaciones asíncronas dentro de
una red síncrona. El tráfico debe sincronizarse en un equipo de red SONET/SDH
antes de multiplicarse. El equipo SONET/SDH sincroniza el tráfico de modo que:
a) Los octetos de sobrecarga de transporte individuales queden alineados b) Los
apuntadores a la carga útil se modifiquen para ajustar la carga útil de usuario
dentro del paquete. c) El equipo SONET/SDH, debe ejecutar dos tareas de
sincronización antes de multicanalizar la información: la primera, es ejecutada
en el SPE por los apuntadores y la segunda en los buffers del receptor.
SONET/SDH puede transportar las cargas actuales pero estas no pueden
transportar la primera.
La
utilización de punteros en SDH supone muchas ventajas, desempeñando
principalmente dos funciones. La primera misión del puntero es identificar la
posición de los VCs en la trama correspondiente, que será una Unidad
Administrativa o Unidad Tributaria. Esto permite asignar de forma flexible y
dinámica el VC con la información útil dentro de la trama Unidad Administrativa
o Unidad Tributaria. La segunda misión del puntero es adaptar la velocidad
binaria de los VC a la velocidad binaria del canal de transmisión. Es decir,
mediante un mecanismo de justificación positiva, negativa o nula, permiten
absorber las diferencias de frecuencia entre las diferentes señales que forman
un STM-N.
Multiplexor ADM
Un Multiplexor ADM (Add/Drop multiplexer en
inglés o multiplexor de extracción-inserción) es la interfaz entre una red
SONET/SDH con alta velocidad de transmisión y los servicios de una red de
acceso con baja velocidad de transmisión. El multiplexor ADM permite extraer en
un punto intermedio de una ruta parte del tráfico y a su vez inyectar nuevo
tráfico desde ese punto.
En cualquier punto de inserción-extracción,
solo las señales que necesitan ser accedidas son insertadas o extraídas, en
tanto que el resto de las señales continúan su paso a través de este elemento
de red sin necesitar unidades especiales de paso o cualquier otro tipo de
procesamiento de señal. El multiplexor ADM realiza la multiplexión por TDM
(multiplexión por división del tiempo).
A un multiplexor ADM se le puede conectar
diversos tipos de interfaces, como se observa en la figura.
Los ADM son particularmente útiles
para crear redes en anillo. Las señales son introducidas en el anillo vía
interfaces de los ADM, los cuales son acoplados en la señal agregada de
mayor velocidad de transmisión dentro del anillo para transportarlas a los
otros nodos.
Los anillos son la configuración común de red
más usada porque pueden incrementar la supervivencia de la red. Las redes
pueden ser objeto de fallo de nodos o roturas de enlaces por lo que es
requerida una resistencia que prevenga la pérdida de tráfico.
Pero, ¿Cómo se lleva esto a cabo? En una red
punto a punto cada enlace debe ser duplicado para proporcionar un camino
alternativo para el tráfico que podría estar afectado por el fallo. En un
anillo, los multiplexores tienen la facultad de enviar los servicios afectados
por una ruta alterna a través del anillo sin tomar demasiado tiempo para la
recuperación del servicio.
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