P10 - dit/UPM
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dit Num. 1 UPM INFRAESTRUCTURA DE UN ISP _____________________________________________ Andoni Pérez de Lema Sáenz de Viguera dit Num. 2 UPM INFRAESTRUCTURA DE UN ISP La calidad de servicio y la rápida conectividad son esenciales. Diseño con elevada redundancia en todos los elementos y múltiples enlaces de alta capacidad. Describiremos los componentes de la infraestructura de un ISP y los principios de diseño. Estructura de red jerárquica, que permite replicar elementos de diseño y aislar fallos. dit UPM Num. 3 DESCRIPCION DE LA INFRAESTRUCTURA Al crecer las redes los elementos se especializan. La estructura de red jerárquica permite usar caminos redundantes y rutas óptimas y facilita la separación de dominios de broadcast. Los routers se dividen en : Routers de concentración : acceso a la red a los clientes individuales. Enfasis en un número elevado de puertos de baja velocidad. Routers de backbone : transporte óptimo entre nodos de la red. Enfasis en las mayores tasas de transmisión sobre los interfaces más rápidos disponibles. dit UPM Num. 4 DESCRIPCION DE LA INFRAESTRUCTURA Infraestructura de red en 4 niveles : Red de acceso. Red de concentración. Red troncal, incluyendo interconexión con otros proveedores y salida a Internet. Red de gestión, DNS, Radius. Se centraliza en un CPD. Estructura física organizada en Puntos de Presencia : Nodos de acceso o RAS. Routers concentradores de RAS. Routers concentradores de clientes con líneas dedicadas. Routers de backbone. La interconexión de los usuarios con la red del ISP se realiza en los POP. dit Num. 5 UPM DESCRIPCION DE LA INFRAESTRUCTURA Tres niveles jerárquicos de interconexión : A medida que se incremente la capacidad de procesamiento y las funcionalidades de los routers se tenderán a equipararar las funcionalidades de los routers de Concentración y Backbone. dit Num. 6 UPM RED DE ACCESO DIAL-UP (diseño con gateway SS7) : Punto de Interconexión Internet Nodo Interconexión ISP PTT PSTN Señalización SS7 Nodo Origen Nodo Terminación Enlaces Portadores Equipo de cliente establece una sesión PPP con el RAS. El RAS dispone de un pool de modems y actúa de cliente RADIUS, autentificando al usuario y terminando la sesión PPP. Salida del RAS conectada con dos routers concentradores de acceso mediante dos VLAN (Fast Ethernet y Ethernet) Doble conexión física entre Gateway SS7 y router concentrador. dit Num. 7 UPM RED DE ACCESO LINEAS DEDICADAS : El cliente dispone de un router que se enlaza directamente con línea dedicada a un router concentrador de acceso, que realiza la agregación del tráfico de las líneas alquiladas. Enlace entre router cliente y router concentrador sobre anillos de fibra óptica de área metropolitana. Generalización de interfaces SDH en los routers concentradores. dit Num. 8 UPM RED DE ACCESO LINEAS ADSL : equipo de cliente incluye un módem ADSL, que se conecta al PTR. Al otro extremo del par de cobre se encuentra el DSLAM, que termina conexiones físicas ADSL y conmuta celdas ATM. ISP se conecta con enlace ATM al PAI del operador de acceso, que establece un PVC ATM entre el usuario y el PAI. CPE GigADSL: un contrato por demarcación ROUTER CONCENTRAD. Conmutador/es ATM BAS PROVEEDOR IP OPERADOR DE ACCESO PROVEEDOR IP Se introduce un Broadband Access Server, que concentra el tráfico y hace de frontera entre niveles 2 y 3, con funciones de routing, autenticación y control de tráfico. dit Num. 9 UPM RED DE CONCENTRACION Agrega las conexiones de los clientes en los POP. Dos tipos de routers concentradores : clientes conmutados y clientes dedicados. Características de los routers concentradores de acceso : Escalabilidad y alto ancho de banda. Alta densidad de puertos Procesador optimizado para agregación de tráfico de gran volumen. Prestaciones de valor añadido : VPN, seguridad con listas de acceso extendidas y firewalls, diferenciación de calidades de servicio, soporte multicast, etc. Flexibilidad en velocidades de acceso permitidas : Multilink PPP. Los routers concentradores de acceso disponen en ambos extremos de interfaces Fast Ethernet o Gigabit Ethermet con redundancia física, conectándose en un extremo a las VLAN de los RAS y en el otro extremo a las VLAN de los routers de backbone . dit Num. 10 UPM RED DE CONCENTRACION NAS Concentrator Router rbba1 7507 rnba1 7507 rbma2 7507 rnba2 7507 VLAN 5 100BaseT(catalyst 1) rbma2 T3 Conexión T3 Internet backup manual Customer Concentrator Router rcba1 7206 VLAN 6 100BaseT(catalyst2) rbma1 T3 T3 Conexión Internet VLAN 4 100BaseT (catalyst 2) Estructura y conexiones lógicas de un POP : VLAN 1 100BaseT (catalyst 1) VLAN 2 100BaseT (catalyst 2) VLAN 3 100BaseT (catalyst 1) naba1 naba2 naba3 naba4 naba5 naba6 NAS NAS Concentrator Router Switching Ethernet para interconexiones entre nivel de acceso y concentración y entre nivel de concentración y troncal. dit Num. 11 UPM RED DE CONCENTRACION Se puede reemplazar Switching Ethernet por enlaces punto a punto PACKET OVER SONET en la interconexión nivel de concentración - nivel troncal. Se necesitarían Gigarouters con capacidad de concentrar muchos interfaces de fibra. Los routers deben disponer de routing OSPF y BGP, políticas de control de tráfico como CAR, y prevención de congestión como DWRED. Políticas de routing : RAS : rutas estáticas, RIPv2 para la publicación de las direcciones de las sessiones PPP. Routers concentradores de clientes : "sumarizan" las direcciones que reciben por RIPv2 y las publican vía OSPF a los demás routers de la red. Los routers concentradores "sumarizan" grupos de destinos del nivel de acceso en prefijos de ruta únicos más cortos, y anuncian estas rutas "sumarizadas" al backbone. Cada vez que se producen cambios topológicos la información no tiene que ser transmitida por toda la red, sino solo por la región de concentración local. dit Num. 12 UPM RED TRONCAL Se encarga de : Agregar el tráfico procedente de las redes de acceso y concentración. Interconexión con el resto de POP de la Red. Interconexión a otras Redes, proveedores de tránsito y puntos neutros. En uno de los POP se efectuará también la interconexión con el CPD. dit Num. 13 UPM RED TRONCAL A medida que el tráfico de Internet siga creciendo la exigencia de que los routers de concentración tengan una mayor densidad y los routers troncales manejen throughputs más elevados se irá acentuando. Beneficios de la densidad : Mejora el rendimiento estadístico de la red. Reducción de costes en alquiler de locales de POP. Gestión de red se simplifica al tener menos routers de mayor potencia. dit Num. 14 UPM EVOLUCION DE LOS ROUTERS Tendencias en los NextGen Routers : Routers de concentración : integración de MPLS en los routers, para establecer en los bordes de la red la QoS. MPLS permite mapeo de VLAN. Emulación de circuitos sobre IP. Funcionalidades de billing sofisticadas. Routers de backbone : inclusión de MPLS. Adopción de interfaces STM-64. Ventajas de MPLS : Ingeniería de tráfico. Conectividad VPN. Calidades de servicio diferenciadas. Servicios orientados a conexión en entornos LAN/MAN. dit Num. 15 UPM EVOLUCION DE LOS ROUTERS Tres tipos de routers : Router de cliente o CPE. MPLS es transparente a estos equipos. Los CPE intercambian rutas con la red en RIP (también pueden tener rutas estáticas) de manera transparente a MPLS. Provider Edge (PE) router, ubicados en el borde de la red MPLS. Son los routers que tienen conocimiento de la RPV. Tienen conexión directa con los CPE e implementan una tabla de enrutamiento virtual (VRF). Cuando el CPE envía un paquete al PE, el PE consulta la VRF para saber el PE al que enviará al paquete, y a continuación encapsula el paquete dentro de un LSP hacia este PE. P (Provider) router, que forman el núcleo de la red MPLS. Sólo conocen los LSP.. Para mantener el nivel de seguridad necesario en una red privada virtual el ISP establece túneles L2TP entre el NAS y el PE. dit Num. 16 UPM EVOLUCION DE LOS ROUTERS Con la introducción de MPLS en la red de datos del ISP, los Routers Concentradores de acceso actuarán como PE y los Routers de Backbone harán de P : dit Num. 17 UPM CONSIDERACIONES DE DISEÑO Topología con número máximo de saltos reducido (idealmente 3). Se utilizan equipos de altas prestaciones y se establecen políticas de routing que favorecen el reparto de carga entre todos los enlaces. Modelos teóricos para optimizar el diseño de una red de paquetes en base al retardo de tránsito. Variables : capacidad de los enlaces y topología. Condición de contorno : coste. Topologías ideales : alta conectividad. Malla : número de saltos =1. Pero sobrecarga el protocolo de enrutamiento IGP Se comienza con una topología en estrella con cada nodo de conexión con proveedores de tránsito, (número medio de saltos en el backbone tiende a 2), y se va mallando en función del uso de los enlaces. N Se habilitan enlaces redundantes que protejan frente a la caída o saturación de los enlaces principales, y todos los enlaces se sobredimensionan. dit Num. 18 UPM CONSIDERACIONES DE DISEÑO Para conectividad internacional se dispone de varios proveedores de tránsito. La conexión con los proveedores de tránsito internacionales o puntos neutros nacionales se efectúa por POPs distintos para : • Ofrecer un mejor balanceo de carga en el interior de la red . Mejora de calidad de servicio al no centralizar en un único punto de la red todo el tráfico de Internet. • Proteger el acceso internacional frente a desastres en un único POP. • Los ISP simplifican el diseño y mantenimiento de la red usando un mismo patrón para todos sus POP. Ventajas : • Routers de concentración y backbone están separados, de modo que la configuración de los routers de backbone puede permanecer relativamente estable en el tiempo. • Se emplean dos routers de backbone en cada POP para aumentar la disponibilidad de red. • Hay redundancia en los enlaces entre los routers y entre los RAS y los routers de acceso, mejorando la disponibilidad de red. • Se pueden añadir fácilmente routers de concentración a medida que crece el número de usuarios. dit Num. 19 UPM CENTRO DE PROCESO DE DATOS Alberga servidores de : gestión de red IP, gestión de equipos de cliente, DNS, Radius. Sistemas de elevada disponibilidad en balanceo de carga, altamente escalables, y protegidos por firewalls. Se recomienda no instalar sistemas heterogéneos en un mismo segmento de LAN. Diseño con el mínimo número de equipos entre la red de acceso y los servidores finales, para eliminar puntos de fallo. En sistemas con tráfico reducido o no críticos (por ejemplo, News) se puede reemplazar un firewall por la implantación de listas de control de acceso (ACL) en los routers y la seguridad a nivel de sistema operativo. dit Num. 20 UPM CENTRO DE PROCESO DE DATOS El CPD se conecta al backbone por dos líneas redundantes y está compuesto por las siguientes LAN : LAN de gestión, incluye los servidores de : gestión de red IP, gestión de equipos de cliente, estadísticas y SLAs, y máquinas de visualización. Acceso protegido por un firewall dedicado. LAN DNS/ Radius : servidores de DNS principal, DNS caché y Radius. Al incluir los servidores más críticos, el acceso está protegido por dos firewalls dedicados en balanceo de carga. Para tener una alta disponibilidad de servicio, se recomienda instalar un servidor DNS en cada POP, o al menos un servidor DNS en cada uno de los POP de más tráfico de la red. dit Num. 21 UPM CENTRO DE PROCESO DE DATOS Esta estructura separa el tráfico de gestión del resto del tráfico. Se puede aprovechar la presencia de dos firewalls en la subred de DNS y Radius para evolucionar a un escenario con una LAN para DNS y otra para Radius, separando también estos dos tipos de tráfico. Las consolas ubicadas en dos centros remotos de operación de red, desde las que los operadores de la red realizan la operación y mantenimiento. El acceso se realiza sobre Redes Privadas Virtuales u otros enlaces encriptados, como Secure Shell (SSH). dit UPM Num. 22 CONCLUSIONES : HISTORIA DEL DISEÑO ISP A comienzos de los 90, las redes de ISP se componían de routers interconectados por líneas alquiladas -enlaces E1 (2 Mb/s) y E3 (34 Mb/s). En las redes troncales basadas en routers, la ingeniería de tráfico se efectuaba manipulando las métricas de enrutamiento. El control de tráfico basado en métricas supuso una solución adecuada para la ingeniería de tráfico hasta 1994 ó 1995. IGP no distribuía información como la disponibilidad de ancho de banda o las características del tráfico. Por tanto, el tráfico no se distribuía equitativamente entre los enlaces de la red. Política más común entre los ISP : sobredimensionar la capacidad. En 1995 el volumen del tráfico de Internet hizo que los ISP necesitaran migrar sus redes a enlaces troncales > E3 (34 Mb/s). En ese momento aparecieron los interfaces ATM STM-1 (155 Mb/s) en conmutadores y routers. Los ISP se vieron forzados a rediseñar sus redes. Después de un año, los enlaces entre conmutadores ATM se tuvieron que actualizar a STM-4 (622 Mb/s). Una red troncal basada en ATM soportaba la ingeniería del tráfico, porque permitía enrutar explícitamente PVCs, provisionando una topología virtual arbitraria por encima de una topología física de red dada. dit Num. 23 UPM CONCLUSIONES : HISTORIA DEL DISEÑO ISP Actualmente, las características que eran exclusivas de ATM (interfaces de alta velocidad, rendimiento determinista, ingeniería del tráfico mediante definición de PVC) se pueden encontrar también en los routers de backbone. Estos avances han hecho que los ISP se replanteen continuar con un overlay IP / ATM, que requiere gestionar dos redes diferentes. El enrutamiento y la ingeniería de tráfico se producen en dos tipos de sistemas diferentes, resultando muy difícil integrar completamente el enrutamiento y la ingeniería de tráfico. Además, ATM tiene limitaciones debido a la función SAR. Los fabricantes raramente ofrecen interfaces ATM superiores a STM-16 (2,5 Gb/s). Una red superpuesta IP / ATM con una malla completa de PVC tiene importantes problemas de escalabilidad, porque las conexiones varían con el cuadrado de los nodos, y por la sobrecarga resultante sobre IGP. MPLS supone un mecanismo flexible y prometedor para soportar ingeniería de tráfico, calidad de servicio extremo y enrutamiento basado en políticas sobre las redes de ISP. MPLS puede desplegarse sobre distintas redes - SDH, DWDM, ATM e IP. dit Num. 24 UPM CONCLUSIONES : HISTORIA DEL DISEÑO ISP MPLS todavía no se ha desplegado masivamente en las redes de los ISP porque los routers concentradores desplegados anteriormente carecen del rendimiento, escalabilidad y capacidad de proceso por flujo necesarios. Incertidumbres sobre MPLS : escalabilidad de las RPV, e interoperabilidad entre distintos fabricantes. Las redes IP/MPLS no están preparadas todavía para soportar toda la gama de servicios de ATM. Solución -> “Ships In The Night” Pila ATM Pila MPLS Señalización ATM Señalización MPLS (LDP) Enrutamiento ATM (PNNI) Enrutamiento IP (OSPF o IS-IS) ATM VC ATM VC MPLS LSP ATM Switch Fabric MPLS LSP dit Num. 25 UPM BIBLIOGRAFIA (1) http:\\www.lightreading.com Designing Large-Scale IP Internetworks, http://www.cisco.com ISP Network Structure, http://www.cisco.com Traffic Engineering for the new public network, http://www.juniper.com Migration Strategies for IP Service Growth : Cell-Switched MPLS or IP-routed MPLS, http://www.juniper.com Positioning and Developing a Migration Strategy to Offer Advanced IP Services Based on MPLS, http://www.cisco.com ISP Policy Implementation Case Study, http://www.cisco.com dit Num. 26 UPM BIBLIOGRAFIA (2) Scaling Multiservice ATM Networks, http://www.marconi.com Building Scalable Service Provider Networks - Connection Oriented Networking Solutions, http://www.marconi.com The Service Edge Router : Enabling a Streamlined Packet Service Network, http://laurelnetworks.com Metro IP Technology and Architectures, http://www.cisco.com MPLS- The Emperor Clothed or Not?, Satellite Broadband, Oct 2001. Parámetros de medida de la calidad de servicios en ISPs y análisis comparativo de proveedores, Armando Ferro / Marivi Higuero, JITEL 99 Planificación de Redes de Datos, Luis Zabala, E.T.S.I.I.T. Bilbao 2.000
