6 RED ÓPTICA SÍNCRONA SONET/SDH Objetivo Describir los conceptos y el funcionamiento de la red óptica síncrona SONET/SDH utilizada como red de transporte en redes conmutadas. Tema 6 de: REDES WAN Última modificación: 29 de marzo de 2023 www.upsa.edu.bo Edison Coimbra G. 1 0. INTRODUCCIÓN RED ÓPTICA SÍNCRONA SONET/SDH Escenario actual ▪ Las tecnologías que sustentan la infraestructura de los operadores de telecomunicaciones son: ▪ Digitalización de señales analógicas PCM. ▪ Multiplexación digital TDM. ▪ Opticalización de la red de transporte SONET/SDH. ▪ Multiplexación óptica DWDM. www.upsa.edu.bo Introducción 2 1. CONCEPTOS DE SONET/SDH RED ÓPTICA SÍNCRONA SONET/SDH ¿Qué es SONET/SDH? (Kurose, 2017) ▪ Es una red de transporte que se usa para transportar datos de usuario (carga) entre nodos de una red de conmutación de circuitos o de paquetes. ▪ En el modelo OSI, se ve como un protocolo de nivel 1 basado en TDM para transferir datos sobre fibra óptica usando diodos láser. ▪ Origen. Para evitar los inconvenientes de PDH, se desarrolló en EE.UU la SONET (Red Óptica Síncrona) que sirvió de plataforma de diseño para la red universal SDH (Jerarquía Digital Síncrona), a finales de los 1980. ▪ Ambas son tan similares que se usa la abreviatura SONET/SDH para describirlas. Son compatibles entre sí ▪ SONET está estandarizada por ANSI y se utiliza en EE.UU, Canadá, Japón, Corea. ▪ SDH está estandarizada por ITU–T y se utiliza en el resto del mundo. ▪ Ofrecen circuitos permanentes full–dúplex y se comportan como medio físico de transmisión de bits. www.upsa.edu.bo Conceptos de SONET/SDH 3 Conceptos de SONET/SDH RED ÓPTICA SÍNCRONA SONET/SDH La contribución de SONET/SDH (Mendioroz, 2015) ▪ La principal contribución de SONET/SDH en el desarrollo de la infraestructura de telecomunicaciones se puede resumir en 2 puntos. ▪ 1. Ha permitido la migración de redes de transmisión metropolitanas y de larga distancia PDH hacia redes ópticas síncronas que soporten los servicios de telefonía y de transmisión de datos tradicionales y las interconexiones internacionales de fibra óptica. ▪ 2. Ha hecho posible Interconectar routers y switches de capacidad creciente con interfaces SONET/SDH para el tráfico IP de Internet, ATM e IP/MPLS de redes públicas, en el segmento de negocios o de carrier VoIP. ▪ SONET/SDH se diseñó para la capacidad de alta tasa de transmisión de datos por fibra óptica. www.upsa.edu.bo Conceptos de SONET/SDH 4 2. CONCEPCIÓN DE SDH RED ÓPTICA SÍNCRONA SONET/SDH Descripción de la portadora E1 (Forouzan, 2020) ▪ Es una línea diseñada para transportar señales digitales o señales telefónicas digitalizadas. Utiliza PCM y TDM. ▪ Se forma multiplexando 32 canales o ranuras de tiempo de 64 Kbps, obteniendo una trama E1 de 2,048 Mbps. Cada ranura es una palabra o paquete PCM de 8 bits; una muestra de voz. ▪ En telefonía, un enlace E1 utiliza un canal para sincronización y uno para señalización. ▪ En transmisión de datos punto a punto, un enlace E1 utiliza los 32 canales para datos. www.upsa.edu.bo Concepción de SDH 5 Concepción de SDH RED ÓPTICA SÍNCRONA SONET/SDH Trama Básica STM-1 (Forouzan, 2020) ▪ SDH define tramas básicas de transmisión denominadas STM (Módulos de Transporte Síncrono).. ▪ La trama STM-1, es la trama de menor velocidad, 155,52 Mbps, mayor que la definida para la portadora E4 (139,264 Mbps). ▪ La trama STM–1 se concibe como un contenedor, en el cual se empaquetan tramas PDH (en especial tramas o flujos E1) que contienen los datos de usuario para ser transportados. ▪ ¿Cuántos flujos E1 caben en un contenedor STM-1? www.upsa.edu.bo Concepción de SDH 6 Concepción de SDH RED ÓPTICA SÍNCRONA SONET/SDH Transporte de telefonía en un contenedor STM-1 ▪ ¿Cuántos flujos E1 caben en un contenedor SMT-1? (Forouzan, 2020) 155,54 Mbps/2,048 Mbps = 75,95 E1 ▪ Sin embargo, el contenedor tiene una eficiencia del 83%, es decir que la carga útil es solo el 83% de la carga total, el saldo es sobrecarga (OH) o información de cabecera que se usa para tareas de gestión, mantenimiento, reenrutamiento, monitorización, etc. de la información de usuario. ▪ En el contenedor SMT-1, por tanto, contiene una carga útil y una sobrecarga OH. Ahora se denomina contenedor virtual VC. ▪ ¿Cuántos flujos E1 caben en un contenedor virtual? 0,83 x 75,95 E1 = 63 flujos E1 ▪ ¿Cuántas conversaciones telefónicas se pueden transportar en un contenedor virtual, vale decir en una trama STM-1? www.upsa.edu.bo 63 flujos E1 x 30 = 1890 conversaciones Concepción de SDH 7 3. LA TRAMA STM-1 RED ÓPTICA SÍNCRONA SONET/SDH Características de la trama STM-1 (Blake, 2004) (Forouzan, 2020) ▪ Se organiza como un matriz. Una matriz de 9 filas y 270 columnas de bytes (en total 2.430 bytes). El utilizar 9 filas hace posible que todos los bytes en una columna pertenezcan a una misma señal tributaria. ▪ Orden de transmisión. Para cada trama, los bytes se transmiten de izquierda a derecha y de arriba abajo. Para cada byte, los bits se transmiten desde el más significativo al menos significativo (de izquierda a derecha). ▪ Información que transporta. SDH se diseñó para que cada byte en una trama STM–1 transporte los datos de un canal de voz de 64 kbps. La voz se muestrea a 8.000 muestras/s y se codifica a 8 bits por muestra. . ▪ Velocidad de transmisión. Una trama STM–1 transporta simultáneamente 155,52 Mbps / 64 kbps = 2.430 canales de voz; es decir 8.000 tramas/s. ▪ La duración de la trama STM–1 es de 125 µs. ▪ ¿Cómo se pueden obtener mayores velocidades de transporte? www.upsa.edu.bo La trama SMT-1 8 4. MULTIPLEXACIÓN STM RED ÓPTICA SÍNCRONA SONET/SDH ¿Cómo se forman las tramas STM-N? (Forouzan, 2020) ▪ Las tramas de menor velocidad se multiplexan por TDM para generar una trama de mayor velocidad. La multiplexación se realiza byte a byte. ▪ La multiplexación con TDM es síncrona. Todos los relojes de las redes están sincronizados con un reloj maestro para conseguir la sincronización. ▪ Cada trama STM esta compuesta por 4 de las anteriores. TRAMAS BÁSICAS DE TRANSMISIÓN SONET/SDH SONET eléctrico www.upsa.edu.bo SONET óptico SDH óptico Velocidad en Mbps STS–1 OC–1 51,84 STS–3 OC–3 STM–1 155,52 STS–12 OC–12 STM–4 622,08 STS–48 OC–48 STM–16 2.488,32 STS–192 OC–192 STM–64 9.953,28 STS–768 OC–768 STM–256 39.812,12 Multiplexación STM 9 MULTIPLEXACIÓN STM RED ÓPTICA SÍNCRONA SONET/SDH Formato delas tramas STM-N Formato de la trama STM-1 www.upsa.edu.bo (Creative, 2009) Formato de la trama STM-N Multiplexación STM 10 5. REDES SDH RED ÓPTICA SÍNCRONA SONET/SDH Redes lineales Red lineal punto a punto (Forouzan, 2020) ▪ Las redes SDH se basan en los componentes básicos mostrados en las figuras. ▪ Terminal T. Dispositivo de usuario que usa servicios SDH. ▪ MUX STM. Multiplexa señales eléctricas (PDH o SDH) y genera la señal óptica. Red lineal punto a multipunto ▪ Multiplexor ADM. Inserta y extrae señales eléctricas de cualquier nivel (PDH o SDH) sin necesidad de demultiplexarlas. Una SDH punto a punto no usa multiplexor ADN. ▪ DEMUX STM. Demultiplexa la señal óptica en sus señales eléctricas (PDH o SDH). ▪ Fibra óptica. El medio físico que conecta todos los equipos. ▪ La red lineal punto a punto se utiliza en geografías con sitios de interconexión que siguen una vía terrestre, fluvial o costa marítima y donde la densidad demográfica de zonas adyacentes en cientos de km no justifica otra topología. Por ejemplo en el eje troncal Santa Cruz, Cochabamba y La Paz. www.upsa.edu.bo Redes SDH 11 Redes SDH RED ÓPTICA SÍNCRONA SONET/SDH Anillo óptico unidireccional (Forouzan, 2020) ▪ Es la topología típica en SDH. Compuesta por multiplexores ADM. ▪ Tiene gran tolerancia a cortes de servicio por fallas en el medio de transmisión o en los equipos, con restauración en menos de 50 ms. ▪ La idea de la conmutación automática de protección es proporcionar redundancia. Se usa un anillo óptico redundante en caso de falla del principal. ▪ La fibra del anillo principal se denomina fibra de trabajo y la del redundante fibra de protección. . www.upsa.edu.bo Redes SDH 12 Redes SDH RED ÓPTICA SÍNCRONA SONET/SDH Equipos del anillo óptico unidireccional ▪ Ejemplo 1. Electrónica de un ADM. La figura muestra un multiplexor ADM con sus respectivas conexiones hacia los anillos y la ubicación de la tarjetas STM–1. ▪ Ejemplo 2. Multiplexor ADM. Equipo SDH STM–16 de la marca Fujitsu. www.upsa.edu.bo Redes SDH 13 6. TRANSMISIÓN BÁSICA SDH RED ÓPTICA SÍNCRONA SONET/SDH Transmisión punto a punto - Ejemplo (Forouzan, 2020) ▪ Ejemplo 3. Suponga que necesita diseñar una red óptica SDH entre las ciudades A y B, para el transporte de 30.000 conversaciones telefónicas que, en forma simultánea, se realizan en la hora pico. ▪ a) Determine el tipo de trama STM que puede a) Una STM–16 porque transporta hasta 30.240 transportar estas conversaciones, y su velocidad. conversaciones (STM–1 transporta 1.890). La velocidad de STM-16 es 2.488,32 Mbps. ▪ b) Cuántas potadoras E1 puede soportar la trama STM seleccionada? b) 30.240÷ 30 = 1.008 E1. ▪ c) Calcule la cantidad, en bytes, de carga útil, que transporta la trama STM seleccionada. c) 2.340 × 16 = 37.440 bytes. ▪ El diagrama de bloques con los componentes intervienen en el enlace se muestra en la figura. Una red con flujo bidireccional se forma implementando un segundo grupo idéntico de equipos en sentido opuesto. www.upsa.edu.bo Transmisión básica SDH 14 Transmisión básica SDH RED ÓPTICA SÍNCRONA SONET/SDH Transmisión en anillo unidireccional (Forouzan, 2020) ▪ Ejemplo 4. Para el transporte del tráfico telefónico entre 4 centrales, se diseña una red óptica metropolitana en anillo. El cuadro anexo muestra el flujo de conversaciones telefónicas entre centrales durante la hora pico. ▪ a) Dibuje el esquema físico de la red y calcule la cantidad de portadoras E1 que circularán en cada tramo del anillo. ▪ b) Determine la velocidad en el anillo. Central Alpha Beta Gama Sigma Alpha ─ 2.200 1.500 3.600 Beta 2.600 ─ 2.100 3.000 Gama 1.950 2.500 ─ 2.300 Sigma 3.100 2.890 1890 ─ Portadoras E1entre centrales Central Alpha Beta Gama Sigma Alpha ─ 74 50 120 Beta 87 ─ 70 100 Gama 65 84 ─ 77 Sigma 104 97 63 ─ 63E1 STM-1 488 /63=7,74 ≈ 8 STM-1 STM-16 = 2.488,32 Mbps Portadoras E1 en el tramo Alpha a Beta Central Alpha Beta Gama Sigma Alpha ─ 74 50 120 Beta 87 ─ 70 100 Gama 65 84 ─ 77 Sigma 104 97 63 ─ www.upsa.edu.bo Transmisión básica SDH 15 7. ANILLOS ÓPTICOS METROPOLITANOS RED ÓPTICA SÍNCRONA SONET/SDH Combinación de anillos (Forouzan, 2020) ▪ Las redes SDH actuales usan una combinación de anillos interconectados para crear servicios en un área amplia. ▪ Una red SDH puede tener un anillo regional, varios locales y muchos anillos de sitio para dar servicio a un área extensa. ▪ La topología en anillo se configura gracias a los multiplexores ADM. www.upsa.edu.bo Anillos ópticos metropolitanos 16 Anillos ópticos metropolitanos RED ÓPTICA SÍNCRONA SONET/SDH Red en malla (Forouzan, 2020) ▪ Un problema con las redes en anillo es la falta de escalabilidad. Cuando se incrementa el tráfico, no solo es necesario mejorar la infraestructura óptica, sino también los ADM. ▪ En esta situación, una red en malla con conmutadores proporciona un mejor rendimiento. ▪ Un conmutador en una red en malla se denomina conector cruzado DXC. www.upsa.edu.bo Anillos ópticos metropolitanos 17 Anillos ópticos metropolitanos RED ÓPTICA SÍNCRONA SONET/SDH Arquitectura de sinronización SDH (Forouzan, 2020) ▪ Todos los equipos en la red óptica SDH operan bajo una misma señal de reloj suministrada por un reloj de referencia primario, que se encuentra en un equipo de la red de comunicación vinculada a una fuente primaria. . ▪ La Recomendación G.811 especifica el rendimiento de este reloj, cuya estabilidad y exactitud en frecuencia se hallan en el orden de ±10─11, posible gracias a un oscilador de cesio. ▪ Para mayor confiabilidad, el reloj se sincroniza con los sistemas GPS. ▪ La distribución de la señal de reloj se realiza a lo largo de la red óptica SDH mediante configuraciones específicas ▪ Los equipos intermedios, como regeneradores, multiplexores ADM, etc., operan en modo esclavo, utilizando un componente de señal de reloj extraído de la señal STM-N recibida. www.upsa.edu.bo Anillos ópticos metropolitanos 18 8. INFRAESTRUCTURAS WAN PRIVADAS RED ÓPTICA SÍNCRONA SONET/SDH WAN Ethernet (CISCO, 2018) ▪ Gracias a los estándares de Ethernet más recientes que utilizan cables de fibra óptica, ahora Ethernet es una opción de acceso WAN razonable. ▪ La longitud máxima de cable original para Ethernet era un kilómetro. ▪ Con cable de fibra óptica, la longitud máxima es de 5 km mediante el estándar IEEE 10000Base-LX y de 70 km mediante el estándar IEEE 1000BASE-ZX. ▪ Los proveedores de servicios ahora ofrecen servicio WAN Ethernet con cableado de fibra óptica. Estos son sus beneficios: ▪ Gastos y administración reducidos. ▪ Fácil integración con las redes existentes. ▪ Mejoramiento de la productividad de la empresa. ▪ Las WAN Ethernet se usan comúnmente para reemplazar los enlaces WAN de Frame Relay. Infraestructuras WAN privadas Referencias bibliográficas PROTOCOLO DHCP - VISTA PANORÁMICA Referencias bibliográficas Apablaza, F. (18 de Mayo de 2012). Redes de telecomunicaciones. Obtenido de http://es.slideshare.net/fapablaza/redes-de-telecomunicaciones-cap-4-3. Blake, Roy (2004). Sistemas electrónicos de comunicaciones . México: Thomson. CISCO (2018). Introducción a las redes. Madrid: Pearson Education, S.A. Forouzan, B. A. (2020). Transmisión de datos y redes de comunicaciones. Madrid: McGraw-Hill. Kurose, J. Keith, R. (2017). Redes de computadoras: un enfoque descendente. Madrid: Pearson Education, S.A. Mendioroz, A. (13 de Enero de 2015). Sistemas de conmutación. Obtenido de http://es.slideshare.net/fernandomendioroz/sdh-43476118?related=1. FIN Tema 6 de: REDES WAN Edison Coimbra G. www.upsa.edu.bo 20
