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IP sobre Ethernet. La segunda generación de DSL

Autor: Ramón Jesús Millán Tejedor

Publicado en Comunicaciones World nº 210, IDG Communications S.A., 2006

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IntroducciÓn

Mientras se imponen las nuevas tecnologías de acceso, como ADSL2, ADSL2+ y VDSL2+, la parte troncal de las redes DSL está migrando de infraestructuras ATM a Ethernet. Este cambio radical es clave para la oferta de nuevos servicios, como la televisión digital o la VoIP, a precios competitivos.

Han sido muchos los cambios experimentados por la red DSL en su parte de acceso propiamente dicha, habitualmente conocida como la “primera milla”. El ADSL tradicional, con velocidades descendentes de 8-1,5 Mbps y ascendentes de 800-16 Kbps en distancias de 6-3 Kilómetros, empezó a ser sustituido a finales de 2005 por ADSL2 y ADSL2+. ADSL2 añade nuevas características y funcionalidades que mejoran el rendimiento e interoperabilidad, aumentan la distancia alcanzada y añade soporte para nuevas aplicaciones, servicios y escenarios de despliegue. En concreto, triplica prácticamente las velocidades de ADSL, pudiendo alcanzar hasta 24 Mbps de bajada y 2 Mbps de subida.

No obstante, el futuro a corto plazo pasa, principalmente, por VDSL2 (Very-High Bit Rate DSL 2), con la que se alcanzarán hasta 100-13 Mbps en ambos sentidos a 100-1.500 metros de la central del operador hasta el cliente, con total compatibilidad con el resto de tecnologías DSL. Su principal limitación, sin embargo, reside en su reducido alcance en comparación con otras tecnologías y, en muchos casos, en el estado real de los pares, que no siempre cumplen las características electromagnéticas mínimas que exige esta tecnología. Por ello, muchos despliegues VDSL obligan a tender nuevos pares de abonado, lo que los encarece significativamente.

En cuanto a la red troncal de las operadoras DSL, o “segunda milla”, el soporte tradicional han sido arquitecturas de IP sobre ATM (Asyncronous Transfer Mode), lo que daba lugar a serias limitaciones, como el elevado tiempo requerido para instalar, configurar y gestionar los sistemas DSL convencionales, el gran tamaño y escasa escalabilidad de estos sistemas y la necesidad de mantener una única red troncal para todo tipo de servicios. Por ello, se ha investigado durante años la forma de conseguir implementar sistemas de acceso DSL de una forma más sencilla, rápida y flexible. La solución no es otra que basar los DSLAM (los agregadores de las líneas DSL) en Ethernet conmutado en vez de en ATM, consiguiendo así una red totalmente IP. Se trata de una transformación radical de la red de acceso DSL que está dando lugar a lo que muchos llaman “DSL de segunda generación” o “Ethernet DSL”.

Todos estos avances tecnológicos han hecho factible la introducción de nuevos servicios sobre las redes DSL, dando lugar a modelos de negocio como el “Triple Play”, que identifica la prestación de los servicios de voz, Internet y audivisual, sobre una infraestructura común de transmisión de datos IP (Internet Protocol). Desde el punto de vista estrictamente del negocio, el “Triple Play” es un modelo que ofrece a las operadoras grandes ventajas, como, por ejemplo, la fidelización de los clientes, la escalabilidad y amortización más rápida de su red y los flujos de caja.

El final de ATM en el troncal del acceso DSL

Tradicionalmente, la mayoría de los DSLAM empleaban la tecnología ATM para la multiplexación de varias interfaces ADSL sobre la red troncal del proveedor de acceso a Internet, debido a su enorme madurez en cuanto a protección, seguridad, calidad de servicio y velocidad. Para transportar los paquetes IP sobre este tipo de infraestructura se podían emplear varios mecanismos: IP sobre ATM, IP sobre PPPoA (PPP sobre ATM) e IP sobre PPPoE (PPP sobre Ethernet). No obstante, la dificultad en obtener direcciones IPv4 públicas descartó el empleo de la primera solución, inclinando a los operadores, en espera de la migración a IPv6, a utilizar direcciones IPv4 dinámicas, que es la técnica en que se basa el transporte de IP sobre PPPoA y PPPoE.

Esta solución basada en ATM ha generado una gran complejidad en la pila de protocolos, lo que siempre implica una pérdida de eficiencia por varios motivos. No sólo la sobrecarga introducida por cada uno de los protocolos reduce la información eficiente que puede transportar el usuario, sino que, además, se han de sacrificar determinadas funcionalidades con el fin de conseguir la interoperabilidad entre tecnologías, cada una con su propio sistema de gestión.

De esta forma, las funciones presentes en dos o más capas de la torre de protocolos han de implementarse en cada una de ellas, dando lugar a ineficiencias. Además, obliga a disponer de una capa adicional para comunicar los sistemas de gestión.

El troncal de acceso DSL todo IP

En la segunda generación de la red de acceso multimedia de banda ancha basado en ADSL, en la que se hallan actualmente inmersos las operadoras de todo el mundo, se tiende a la consolidación de tecnologías y al empleo de servicios basados sólo en IP, como difusión de vídeo o telefonía de calidad sobre IP. Hoy en día, las interfaces Ethernet son mucho más baratas que las ATM y prácticamente igual de eficientes; además, es una tecnología menos compleja y más conocida.

Las principales razones por las que decantarse por Ethernet para construir una red totalmente multiservicio son:

  • Menores inversiones en hardware. Las interfaces IP sobre Ethernet son de 8 a 13 veces más eficientes en costes que las soluciones IP sobre ATM o IP sobre SDH/SONET. Además, las economías de escala permiten reducir entre un 30 y un 50% el precio anual de los conmutadores Ethernet. La escalabilidad de esta solución, que permite invertir en infraestructura a medida que crece la base de clientes, es además mucho mayor.
  • Menores inversiones en instalación, operación y mantenimiento. Ethernet es una tecnología relativamente poco compleja y bien conocida, pues lleva operando desde los años 80 en el mercado de las LAN, donde representa más del 95% del mercado. Esto supone que los costes operativos asociados a la gestión del ancho de banda, aprovisionamiento, mantenimiento y actualizaciones de IP sobre Ethernet son muy inferiores a los de otras tecnologías.
  • Mayor capacidad de integración. Los DSLAM basados en Ethernet ocupan menos espacio y consumen menos energía que los basados en ATM, lo cual supone un enorme ahorro de costes para las operadoras.
  • Altas velocidades. Una de las desventajas tradicionales de IP sobre Ethernet frente a IP sobre ATM o SDH/SONET era la menor velocidad de las interfaces de la red troncal. Hoy día, sin embargo, Ethernet ofrece velocidades típicas de red troncal, alcanzando en estos momentos hasta 10 Gbps (IEEE 802.3ae). Además, el ancho de banda en la red Ethernet es compartido más eficientemente por los usuarios finales, en contraposición a los sistemas ATM, donde la asignación de ancho de banda es mucho más estática.
  • Robustez, fiabilidad y protección. Para poder sobreponerse rápida y automáticamente a fallos de tarjetas, nodos o enlaces, es necesario contar con equipos y tecnologías que admitan técnicas de protección y redundancia. Hasta hace poco, las tecnologías ATM y SDH eran muy superiores a Ethernet en este sentido, pero se han conseguido grandes mejoras en este aspecto. Los equipos Ethernet pueden ser configurados con tarjetas redundantes, y ser enlazados siguiendo caminos alternativos a través de la red, mediante diversos mecanismos de protección.
  • Seguridad. Las redes de telecomunicación siempre son susceptibles de ser atacadas externa o internamente, con el fin de obtener información confidencial, eliminar programas o información, y disminuir la calidad del servicio. Las redes tradicionales Ethernet se basan en broadcast, a diferencia de ATM, que está orientada a circuitos. Pero, actualmente, Ethernet ofrece varios mecanismos para separar los diferentes tipos de tráfico, como las VLAN (Virtual Local Area Networks) estandarizadas en la IEEE 802.1Q, asegurando la privacidad e integridad del tráfico transportado de cada usuario. Otros mecanismos de seguridad son la identificación de los usuarios finales en cuanto a puerto y línea empleados, el uso de direccionamiento (direcciones MAC) virtual, filtrado de direcciones IP falsas, etc.
  • Calidad de servicio. La definición de diferentes clases de calidad de servicio o QoS (Quality of Service) permite dar prioridad a aquellos servicios que, por ejemplo, son más sensibles al retardo y pérdida de paquetes. Esto asegura que las aplicaciones más sensibles y mejor remuneradas reciben una mayor prioridad en caso de congestión de la red. La aparición de estándares para la asignación de prioridades, como IEEE 802.1p, empleados junto a protocolos de conmutación basados en etiquetas, como DiffServ o MPLS (MultiProtocol Label Switching), han permitido mejorar esta limitación tradicional de Ethernet.
  • Gestión y supervisión avanzadas. Cuando Ethernet se limitaba a las redes del hogar y oficinas requería poco trabajo de provisión y supervisión de la red. Por ello, en el momento en que empezó a adaptarse a las grandes redes de telecomunicación, existía una carencia de herramientas de gestión avanzadas. En la actualidad, sin embargo, existen herramientas de gestión y supervisión de redes Ethernet capaces de gestionar fallos, rendimiento, seguridad y configuración; aprovisionar VLAN (que harían las veces de los circuitos virtuales permanentes –PVC–­­ de ATM); asignar servicios a los distintos usuarios; asistir a la ingeniería del tráfico y expansión futura, etc.

En una primera fase, la convergencia se produce en la red troncal de las operadoras, dando lugar a una red basada totalmente en Ethernet e IP. Tal es el caso de la nueva infraestructura desplegada por Telefónica para ofrecer televisión digital sobre ADSL a sus clientes, el servicio conocido comercialmente como Imagenio. También se emplean tecnologías WDM (Wavelength Division Multiplexing) para incrementar la capacidad de los enlaces, transportando diversas señales Gigabit Ethernet o 10 Gigabit Ethernet sobre una única fibra óptica. Sobre este tipo de red se puede ofrecer, además de televisión digital e Internet de banda ancha, varios canales telefónicos IP con alta calidad y a un precio muy competitivo.

Los despliegues de este tipo aportan al cliente múltiples ventajas, como una sola factura, descuentos por la utilización de múltiples servicios y un único punto de contacto para la instalación, el servicio al cliente y el soporte técnico, así como una mayor sencillez en la instalación y resolución de incidencias. Los operadores, por su parte, pueden aprovechar la costosa infraestructura desplegada para ofrecer múltiples servicios y conseguir una mayor satisfacción del cliente. Los abonados pueden seguir empleando sus módems o routers ADSL, o un nuevo dispositivo, conocido por IAD (Integrated Access Device), que hace de interfaz entre el servicio de red DSL y los equipos del cliente.

Red de acceso ADSL con troncal totalmente IP

Figura 1: Red de acceso ADSL con troncal totalmente IP.

El futuro es la fibra

El futuro de la red de acceso a medio y largo plazo pasa por disponer de una infraestructura de fibra hasta el barrio o hasta el propio abonado, también conocidas por FTTN (Fiber to the Neighborhood) y FTTH (Fiber To The Home) respectivamente, capaces de ofrecer altísimos anchos de banda sobre largas distancias. Algunas operadoras europeas están realizando ya despliegues de fibra óptica hasta el sótano edificio y cableado estructurado de categoría 3 o 5 en el edificio, ofreciendo así velocidades de acceso al usuario de 10 o 100 Mbps. Este tipo de despliegues tiene la gran ventaja de la unificación tecnológica de todos los elementos de la red, pero tiene la desventaja de no contar con un sistema de control de acceso adecuado. El acceso mediante ADSL dispone de las funciones de control del usuario (autenticación, autorización y contabilidad, o AAA en inglés) del protocolo PPP (Point to Point Protocol). El usuario debe autenticarse, y hasta que no lo hace no recibe la dirección IP con la que sus paquetes son encaminados por la red. De momento, no existe un mecanismo AAA estándar similar para entornos Ethernet cableados y se adoptan soluciones basadas en el filtrado de direcciones que funcionan en la capa IP y superiores. No obstante, se están produciendo esfuerzos para la adaptación del IEEE 802.1x, el estándar de control de acceso en redes Ethernet inalámbricas, a entornos Ethernet cableados.

La asociación de fabricantes EFMA (Ethernet in the First Mile Alliance) está trabajando en la definición de varios tipos de red de acceso dentro del grupo de trabajo IEEE P802.3ah, utilizando la tecnología Ethernet sobre una topología en estrella desde el nodo de acceso a los equipos de usuario. EFM sobre cobre, o EFMC, es la evolución de la red de acceso de banda ancha sobre el par de cobre basada en ADSL, tratando en ambos casos de reutilizar el costoso tendido desplegado. La gran diferencia entre ADSL y EFM es la desaparición de la capa ATM, es decir, las tramas Ethernet se transportan directamente sobre el par de cobre, alcanzando velocidades de hasta 10 Mbps. El EFM sobre fibra (generalmente monodomo), o EFMF, es una evolución de EFMC en aquellos lugares en los que se desplieguen redes de acceso ópticas en el futuro, con velocidades de hasta 1 Gbps.


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