Fundamentos de las Redes IP

Una Red IP se define como aquella red basada en el protocolo IP, utilizada tanto para el transporte de información como para la provisión de servicios. Estas redes se componen de:

• Routers IP de última generación.
• Medios de transmisión de alta capacidad:
  • SONET/SDH en acceso, agregación y núcleo de operadores (hasta 40/100 Gbps).
  • OTN, DWDM para el núcleo de operadores y entre operadores (hasta 10/100 Tbps).

Actualmente, estas redes emplean tecnología IP/MPLS en el núcleo. Los usuarios acceden a los servicios a través de diversas redes de acceso:

• Redes fijas: xDSL, HFC, FTTH.
• Redes móviles: 2G (GPRS/EDGE), 3G (UMTS, HSPA), 4G (LTE).

Estructura Jerárquica de las Redes IP

Nivel de Acceso

• Permite el acceso de los clientes y usuarios mediante las redes de acceso específicas.
• Está formado por Centros de Acceso (CA) que implementan las interfaces necesarias para cada tecnología de acceso.
• Dispone de la infraestructura requerida para ofrecer servicios locales.

Nivel de Tránsito (Backbone)

• Realiza la interconexión entre los Centros de Acceso y gestiona la interfaz con redes externas, como Internet.
• Se utiliza tecnología MPLS en el backbone de la red (Ejemplo: Red RIMA de Movistar con tecnología IP/MPLS).

Estructura General de un Centro de Acceso (CA)

Componentes Clave del CA

BRAS (Broadband Remote Access Server)

• Soportan las conexiones de los usuarios conmutados (ADSL, VDSL, 2G/3G/4G).
• Se conectan a los dos switches de nivel 2 mediante dos puertos GigaEthernet (uno a cada switch).
• Por defecto, la mitad de los servidores se conectan a un switch de nivel 2 y la otra mitad al otro, asegurando redundancia.

AR (Routers de Acceso a Backbone)

• Encaminan el tráfico hacia el nivel de tránsito (backbone MPLS).
• Cada CA dispone de dos routers en redundancia para prevenir pérdidas de conectividad.
• Cada AR tiene dos puertos GigaEthernet conectados a los switches de nivel 2 del CA.

Conmutadores de Nivel 4 / Switches de Nivel 2

• Conectan los elementos internos del CA: BRAS, OLT (Optical Line Termination), servidores de caché, routers de acceso, etc.
• Interceptan las peticiones HTTP de los clientes y las redirigen de forma transparente a los servidores caché.
• Se utilizan dos conmutadores, configurando cada uno con una VLAN distinta.
• Se implementa un reparto de carga: la mitad del CA utiliza una VLAN como preferente y la otra mitad utiliza la VLAN del otro conmutador.
• En caso de fallo, los elementos del CA conmutarán automáticamente hacia la VLAN alternativa.

Servidores (Caché, Radius, LDAP y DNS)

• Cada CA posee sus propios servidores de caché.
• Puede haber hasta 6 servidores en un CA, cada uno con dos direcciones IP públicas.
• Los servidores de autenticación utilizan una base de datos basada en LDAP.

Redes de Acceso HFC

Las redes HFC (Híbrido de Fibra Coaxial) surgen como evolución de las redes CATV (TV por cable). Utilizan una combinación de fibra óptica y cable coaxial, proporcionando servicios de TV y acceso a datos de banda ancha.

En España, han sido desplegadas por operadores como ONO y Euskatel. La voz se gestiona a través del par siamés (de cobre). Actualmente, se utiliza la especificación DOCSIS 3.x (Especificación de la Interfaz de Servicio de Datos por Cable):

• DOCSIS 3.0: Permite velocidades de bajada de hasta 160 Mbps y de subida de 120 Mbps.
• DOCSIS 3.1: Permite alcanzar velocidades de 1 Gbps simétrico.

Arquitectura de Redes HFC

• Cabecera: Equipo encargado de recibir, acondicionar, agrupar y transmitir los contenidos distribuidos por la red.
• Red Troncal: Constituida por sistemas SDH/WDM de fibra óptica.
• Red de Distribución: En los centros de distribución, los contenidos de audio y video se unen con las señales de datos mediante el CMTS (Sistema de Terminación de Cable Módem). Finaliza en el BONT (Terminación de Red Óptica de Banda Ancha), ubicado en zonas comunes de edificios o urbanizaciones.
• Red de Dispersión y Equipos del Cliente: Se emplea cable coaxial con amplificadores de señal y distribuidores. En el domicilio del cliente se utilizan divisores, cable módem y STB (Set Top Box).

Detalles de la Red de Acceso HFC (Ejemplo ONO)

• ONO opera una red HFC propia de ámbito nacional.
• En el domicilio, los servicios de Internet terminan en el CableModem (Router wifi), mientras que los servicios de TV y VoD terminan en el Set Top Box (STB).
• Los servicios de voz se obtienen mediante la desagregación del bucle de cobre.

Distribución de Bandas de Frecuencia en Cable

• DOCSIS 3.0: Canal ascendente (retorno) hasta 85MHz, y descendente hasta 1GHz.
• DOCSIS 3.1: Canal ascendente hasta 204 MHz y descendente hasta 1,8 GHz.

Redes de Acceso FTTH

FTTH (Fibra Hasta el Hogar) es una red de acceso que extiende la fibra óptica directamente desde el nodo local hasta el hogar del usuario.

Tecnología GPON

Actualmente, las operadoras utilizan GPON (Red Óptica Pasiva con Capacidad Gigabit). GPON se basa en celdas ATM (Modo de Transferencia Asíncrona) y tramas Ethernet, ofreciendo un caudal máximo de 2.5 Gbps simétrico, para un máximo de 64 usuarios.

La conexión GPON se establece entre un dispositivo OLT (Terminación de Línea Óptica) y el ONT (Terminación de Red Óptica) en el domicilio del cliente. En este enlace solo se emplean splitters o divisores de fibra óptica, que son elementos pasivos que agrupan o desagrupan las fibras sin amplificar ni modificar la señal.

Arquitectura de una Conexión FTTH

• Los OLT se alojan en los nodos de las operadoras y cada uno puede dar servicio a múltiples ONT (hasta 64 usuarios simultáneos, dependiendo de la velocidad contratada).
• La fibra que emana del OLT se divide progresivamente a través de splitters de primer y segundo nivel hasta llegar al ONT del domicilio.
• GPON soporta conexiones de hasta 20 km entre OLT y ONT, con anchos de banda de hasta 2.4 Gbps (downstream) y 1.2 Gbps (upstream).
• La ausencia de elementos activos entre OLT y ONT simplifica y abarata el despliegue de la fibra.
• Mediante multiplexación, permite el envío simultáneo de voz (VoIP), datos (Internet), TV y video (Multicast) con IPTV y VoD.
• Ofrece Calidad del Servicio (QoS) diferenciada para cada servicio y usuario.
• Seguridad: GPON integra cifrado AES para garantizar la confidencialidad de los datos.
• Permite la gestión remota del ONT y la descarga de actualizaciones y parámetros de funcionamiento.
• Existen limitaciones relacionadas con pérdidas y atenuaciones en los empalmes de fibra.
• El ONT debe estar registrado en el OLT, impidiendo el uso de equipos no homologados.

Arquitectura de Protocolos GPON

La especificación GPON se divide en varias capas:

• G.984.4: Especificación de la Interfaz de Gestión y Mantenimiento de la ONT (OMCI).
• G.984.3 (Capa de Convergencia de Transmisión – GTC):
  • Inicialmente normalizó la encapsulación en celdas ATM de longitud fija (53 octetos).
  • Posteriormente se incorporó el método GEM, que utiliza tramas Ethernet de longitud variable.
• G.984.2: Especificación de la Capa Física y de la Capa Dependiente del Medio (PDM).
• G.984.1: Características generales de GPON.

Multiplexación en GPON

La multiplexación combina múltiples canales de datos. GPON utiliza WDM (Multiplexación por División de Longitud de Onda), superponiendo haces ópticos con distintas longitudes de onda en una única fibra:

• Canal descendente (Downstream): 1490 nm (voz y datos) y 1550 nm (para TV y VoD).
• Canal ascendente (Upstream):1310 nm (para voz y datos).

WDM es bidireccional, permitiendo que los datos de subida y bajada compartan la misma fibra.

Canal Downstream en GPON

Protocolo GTC en downstream:

• Los paquetes son transmitidos desde el OLT en modo broadcast TDM (Multiplexación por División en el Tiempo).
• Todos los datos se envían a todas las ONT, y los splitters solo replican los datos en las nuevas líneas.
• Cada ONT solo puede desencriptar el tráfico destinado a ella.
• Se implementa corrección de errores FEC.

Canal Upstream en GPON

Protocolo GTC en upstream:

• Los paquetes se envían en modo TDMA (Acceso Múltiple por División de Tiempo).
• Los datos viajan desde el ONT del abonado hacia el OLT de la operadora, y los datos de los usuarios se agregan en el splitter, el cual impide el paso de señal óptica entre ONT.
• En TDMA, el ONT solo transmite cuando el OLT se lo indica, previniendo colisiones.
• Es fundamental una correcta sincronización entre cada ONT y el OLT.

Servicios de Redes IP Mayoristas

Se refieren a servicios mayoristas de acceso indirecto, enfocados al mercado residencial de acceso de banda ancha al por mayor en ubicaciones fijas:

• ADSL-IP: nacional/regional.
• NEBA.
• NEBA LOCAL.