¡Hola! En esta ocasión les quiero hablar sobre las redes de telecomunicaciones y sus arquitecturas.
Partamos explicando que las redes de telecomunicaciones presentan elementos y funcionalidades comunes, las cuales en la actualidad tienden a converger hacia un componente común. Esta infraestructura colectiva permite proveer servicios de manera transversal a través de la red, sin importar la tecnología de acceso utilizada, ya sea telefonía móvil, telefonía fija o tradicional, redes de datos como Internet, incluso televisión, entre otros.
Debido a la gran cantidad de información existente y lo extenso del tema he decidido centrarme en topologías físicas existentes y cuáles de estas se ocupan en las principales tecnologías existentes hoy en día, como lo son, FTTH, HFC, xDSL. Explicando cómo funcionan cada una de ellas, y cuáles son las más comunes, revisando sus ventajas y desventajas.
Partamos explicando que las redes de telecomunicaciones presentan elementos y funcionalidades comunes, las cuales en la actualidad tienden a converger hacia un componente común. Esta infraestructura colectiva permite proveer servicios de manera transversal a través de la red, sin importar la tecnología de acceso utilizada, ya sea telefonía móvil, telefonía fija o tradicional, redes de datos como Internet, incluso televisión, entre otros.
Debido a la gran cantidad de información existente y lo extenso del tema he decidido centrarme en topologías físicas existentes y cuáles de estas se ocupan en las principales tecnologías existentes hoy en día, como lo son, FTTH, HFC, xDSL. Explicando cómo funcionan cada una de ellas, y cuáles son las más comunes, revisando sus ventajas y desventajas.
Para comenzar definamos algunos conceptos básicos de forma general, con la finalidad de abordar el presente tema de una forma más fácil.
ARQUITECTURA
Arquitectura de la red es el diseño de una red de comunicaciones. Es un marco para la especificación de los componentes físicos de una red y de su organización funcional y configuración, sus procedimientos y principios operacionales, así como los formatos de los datos utilizados en su funcionamiento.
En la telecomunicación, la especificación de una arquitectura de red puede incluir también una descripción detallada de los productos y servicios entregados a través de una red de comunicaciones, y así como la tasa de facturación detallada y estructuras en las que se compensan los servicios.
REDES CONVERGENTES
Los avances de la tecnología nos permiten consolidar esas redes dispersas en una única plataforma: una plataforma definida como una red convergente. El flujo de voz, vídeo y datos que viajan a través de la misma red elimina la necesidad de crear y mantener redes separadas. En una red convergente todavía hay muchos puntos de contacto y muchos dispositivos especializados (por ejemplo: computadoras personales, teléfonos, televisores, asistentes personales y registradoras de puntos de venta minoristas) pero una sola infraestructura de red común.
TOPOLOGÍA
La topología de red se define como la cadena de comunicación usada por los computadores o dispositivos que conforman una red para intercambiar datos. El concepto de red puede definirse como "conjunto de nodos interconectados".
NODO
Un nodo es el punto en el que una curva se intercepta a sí misma. Lo que un nodo es concretamente, depende del tipo de redes a que nos refiramos.
CARACTERÍSTICAS O COMPONENTES DE UNA ARQUITECTURA
Las redes deben admitir una amplia variedad de aplicaciones y servicios, como así también funcionar con diferentes tipos de infraestructuras físicas. El término arquitectura de red, en este contexto, se refiere a las tecnologías que admiten la infraestructura y a los servicios y protocolos programados que pueden trasladar los mensajes en toda esa infraestructura. Debido a que Internet evoluciona, al igual que las redes en general, existen cuatro características básicas que la arquitectura subyacente necesita para cumplir con las expectativas de los usuarios:
ARQUITECTURA
Arquitectura de la red es el diseño de una red de comunicaciones. Es un marco para la especificación de los componentes físicos de una red y de su organización funcional y configuración, sus procedimientos y principios operacionales, así como los formatos de los datos utilizados en su funcionamiento.
En la telecomunicación, la especificación de una arquitectura de red puede incluir también una descripción detallada de los productos y servicios entregados a través de una red de comunicaciones, y así como la tasa de facturación detallada y estructuras en las que se compensan los servicios.
REDES CONVERGENTES
Los avances de la tecnología nos permiten consolidar esas redes dispersas en una única plataforma: una plataforma definida como una red convergente. El flujo de voz, vídeo y datos que viajan a través de la misma red elimina la necesidad de crear y mantener redes separadas. En una red convergente todavía hay muchos puntos de contacto y muchos dispositivos especializados (por ejemplo: computadoras personales, teléfonos, televisores, asistentes personales y registradoras de puntos de venta minoristas) pero una sola infraestructura de red común.
TOPOLOGÍA
La topología de red se define como la cadena de comunicación usada por los computadores o dispositivos que conforman una red para intercambiar datos. El concepto de red puede definirse como "conjunto de nodos interconectados".
NODO
Un nodo es el punto en el que una curva se intercepta a sí misma. Lo que un nodo es concretamente, depende del tipo de redes a que nos refiramos.
CARACTERÍSTICAS O COMPONENTES DE UNA ARQUITECTURA
Las redes deben admitir una amplia variedad de aplicaciones y servicios, como así también funcionar con diferentes tipos de infraestructuras físicas. El término arquitectura de red, en este contexto, se refiere a las tecnologías que admiten la infraestructura y a los servicios y protocolos programados que pueden trasladar los mensajes en toda esa infraestructura. Debido a que Internet evoluciona, al igual que las redes en general, existen cuatro características básicas que la arquitectura subyacente necesita para cumplir con las expectativas de los usuarios:
TOLERANCIA A FALLAS
La expectativa de que Internet está siempre disponible para millones de usuarios que confían en ella requiere de una arquitectura de red diseñada y creada con tolerancia a fallas. Una red tolerante a fallas es la que limita el impacto de una falla del software o hardware y puede recuperarse rápidamente cuando se produce dicha falla. Estas redes dependen de enlaces o rutas redundantes entre el origen y el destino del mensaje. Si un enlace o ruta falla, los procesos garantizan que los mensajes pueden enrutarse en forma instantánea en un enlace diferente transparente para los usuarios en cada extremo. Tanto las infraestructuras físicas como los procesos lógicos que direccionan los mensajes a través de la red están diseñados para adaptarse a esta redundancia.
Ésta es la premisa básica de la arquitectura de redes:
La expectativa de que Internet está siempre disponible para millones de usuarios que confían en ella requiere de una arquitectura de red diseñada y creada con tolerancia a fallas. Una red tolerante a fallas es la que limita el impacto de una falla del software o hardware y puede recuperarse rápidamente cuando se produce dicha falla. Estas redes dependen de enlaces o rutas redundantes entre el origen y el destino del mensaje. Si un enlace o ruta falla, los procesos garantizan que los mensajes pueden enrutarse en forma instantánea en un enlace diferente transparente para los usuarios en cada extremo. Tanto las infraestructuras físicas como los procesos lógicos que direccionan los mensajes a través de la red están diseñados para adaptarse a esta redundancia.
Ésta es la premisa básica de la arquitectura de redes:
ESCALABILIDAD
Una red escalable puede expandirse rápidamente para admitir nuevos usuarios y aplicaciones sin afectar el rendimiento del servicio enviado a los usuarios actuales. Miles de nuevos usuarios y proveedores de servicio se conectan a Internet cada semana. La capacidad de la red de admitir estas nuevas interconexiones depende de un diseño jerárquico en capas para la infraestructura física subyacente y la arquitectura lógica. El funcionamiento de cada capa permite a los usuarios y proveedores de servicios insertarse sin causar disrupción en toda la red. Los desarrollos tecnológicos aumentan constantemente las capacidades de transmitir el mensaje y el rendimiento de los componentes de la estructura física en cada capa. Estos desarrollos, junto con los nuevos métodos para identificar y localizar usuarios individuales dentro de una internetwork, están permitiendo a Internet mantenerse al ritmo de la demanda de los usuarios.
Una red escalable puede expandirse rápidamente para admitir nuevos usuarios y aplicaciones sin afectar el rendimiento del servicio enviado a los usuarios actuales. Miles de nuevos usuarios y proveedores de servicio se conectan a Internet cada semana. La capacidad de la red de admitir estas nuevas interconexiones depende de un diseño jerárquico en capas para la infraestructura física subyacente y la arquitectura lógica. El funcionamiento de cada capa permite a los usuarios y proveedores de servicios insertarse sin causar disrupción en toda la red. Los desarrollos tecnológicos aumentan constantemente las capacidades de transmitir el mensaje y el rendimiento de los componentes de la estructura física en cada capa. Estos desarrollos, junto con los nuevos métodos para identificar y localizar usuarios individuales dentro de una internetwork, están permitiendo a Internet mantenerse al ritmo de la demanda de los usuarios.
Internet actualmente proporciona un nivel aceptable de tolerancia a fallas y escalabilidad para sus usuarios. Pero las nuevas aplicaciones disponibles para los usuarios en internetworks crean expectativas mayores para la calidad de los servicios enviados. Las transmisiones de voz y video en vivo requieren un nivel de calidad consistente y un envío ininterrumpido que no era necesario para las aplicaciones informáticas tradicionales. La calidad de estos servicios se mide con la calidad de experimentar la misma presentación de audio y video en persona. Las redes de voz y video tradicionales están diseñadas para admitir un único tipo de transmisión y, por lo tanto, pueden producir un nivel aceptable de calidad. Los nuevos requerimientos para admitir esta calidad de servicio en una red convergente cambian la manera en que se diseñan e implementan las arquitecturas de red.
SEGURIDAD
Internet evolucionó de una red de organizaciones gubernamentales y educativas estrechamente controlada a un medio ampliamente accesible para la transmisión de comunicaciones personales y empresariales. Como resultado, cambiaron los requerimientos de seguridad de la red. Las expectativas de privacidad y seguridad que se originan del uso de redes para intercambiar información empresarial crítica y confidencial exceden lo que puede enviar la arquitectura actual. La rápida expansión de las áreas de comunicación que no eran atendidas por las redes de datos tradicionales aumenta la necesidad de incorporar seguridad en la arquitectura de red. Como resultado, se está dedicando un gran esfuerzo a esta área de investigación y desarrollo. Mientras tanto, se están implementando muchas herramientas y procedimientos para combatir los defectos de seguridad inherentes en la arquitectura de red.
Internet evolucionó de una red de organizaciones gubernamentales y educativas estrechamente controlada a un medio ampliamente accesible para la transmisión de comunicaciones personales y empresariales. Como resultado, cambiaron los requerimientos de seguridad de la red. Las expectativas de privacidad y seguridad que se originan del uso de redes para intercambiar información empresarial crítica y confidencial exceden lo que puede enviar la arquitectura actual. La rápida expansión de las áreas de comunicación que no eran atendidas por las redes de datos tradicionales aumenta la necesidad de incorporar seguridad en la arquitectura de red. Como resultado, se está dedicando un gran esfuerzo a esta área de investigación y desarrollo. Mientras tanto, se están implementando muchas herramientas y procedimientos para combatir los defectos de seguridad inherentes en la arquitectura de red.
TOPOLOGÍAS EN TELECOMUNICACIONES
Las
topologías de una red definen su estructura propiamente, la cual se encuentra
compuesta por dos tipos de topologías: La primera se denomina “topología
física”; ésta corresponde a la disposición real de los cables o medios. La
segunda topología es la denominada “topología lógica”, la cual define la forma
en que los hosts acceden a los medios para enviar y recibir datos.
Dentro
de las topologías físicas comúnmente utilizadas se pueden mencionar:
TOPOLOGÍA BUS
La
topología de bus es la manera más simple en la que se puede organizar una red.
En ella, todos los equipos están conectados a la misma línea de transmisión
mediante un cable, generalmente coaxial. La palabra "bus" hace
referencia a la línea física que une todos los equipos de la red.
Este
tipo de topología consta de un único cable que se extiende de un computador a
otro a través de un modo serie. Los extremos del cable se finalizan con una
resistencia denominada terminador, que además de indicar que no existen más
computadores en el extremo, permiten cerrar el bus.
Dentro
de sus principales ventajas se pueden mencionar:
•
Fácil instalación y configuración.
•
No existen elementos centrales de los cuales que dependa toda la red.
Su
principal desventaja:
•
Consiste en que si se rompe el cable en algún punto, la red queda inactiva
completamente.
TOPOLOGÍA ANILLO
En
éste tipo de topología, los nodos de la red se disponen en un anillo cerrado
conectado a él mediante enlaces punto a punto. La información describe una
trayectoria circular en una única dirección y el nodo principal es quien
gestiona conflictos entre nodos al evitar la colisión de tramas de información.
La
topología de anillo está diseñada como una arquitectura circular, con cada nodo
conectado directamente a otros dos nodos. Toda la información de la red pasa a
través de cada nodo hasta que es tomado por el nodo apropiado. El anillo es
fácilmente expandido para conectar más nodos, aunque en este proceso interrumpe
la operación de la red mientras se instala el nuevo nodo. Así también, el
movimiento físico de un nodo requiere de dos pasos separados: desconectar para
remover el nodo y otra vez reinstalar el nodo en su nuevo lugar.
Dentro
de sus principales características se pueden mencionar:
•
El cable forma un bucle cerrado formando un anillo.
•
Todos los computadores que forman parte de la red se conectan a ese anillo.
•
Habitualmente las redes en anillo utilizan como método de acceso al medio el
modelo “paso de testigo” utilizado en la topología Token Ring.
Sus
principales desventajas son:
•
Si ocurre un fallo en un nodo, automáticamente afecta a toda la red; aunque actualmente
existen tecnologías que permiten mediante el uso de conectores especiales, la
desconexión del nodo averiado para que el sistema pueda seguir funcionando.
•
Es difícil de instalar.
•
Requiere mantenimiento constante.
TOPOLOGÍA EN ESTRELLA
Para
el caso de la topología en estrella, todos los elementos de la red se
encuentran conectados directamente mediante un enlace punto a punto al nodo
central de la red, quien se encarga de gestionar las transmisiones de información
por toda la estrella.
Uno
de los aspectos a tener en cuenta en éste tipo de topología, es que todas las
tramas de información que circulen por la red deben pasar por el nodo
principal, con lo cual un fallo en él, provocaría la caída de todo el sistema. Sin
embargo, si llegara a ocurrir un fallo en un determinado cable, sólo afecta al
nodo asociado a él; situación que no se presentaba en las topologías anillo y
bus expuestas anteriormente. La topología en Estrella es una buena elección y
es la topología que más se está utilizando a nivel mundial en el desarrollo de
redes LAN.
Entre
sus principales características se pueden mencionar:
•
Todas las estaciones de trabajo están conectadas a un punto central
(concentrador), formando una estrella física.
•
Habitualmente sobre este tipo de topología se utiliza como método de acceso al
medio poolling, siendo el nodo central el que se encarga de implementarlo.
•
Cada vez que se quiere establecer comunicación entre dos computadores, la
información transferida de uno hacia el otro debe pasar por el punto central.
Existen algunas redes con esta topología que utilizan como punto central una
estación de trabajo que gobierna la red.
•
Si se produce un problema de conexión en uno de los terminales, no se afecta el
óptimos funcionamiento de los otros equipos que hacen parte de la red de datos
es fácil de detectar y de localizar un problema en la red.
TOPOLOGÍA DE ÁRBOL
La
red en árbol es una topología de red en la que los nodos están colocados en forma
de árbol. Desde una visión topológica, es parecida a una serie de redes en
estrella interconectadas salvo en que no tiene un nodo central. En cambio,
tiene un nodo de enlace troncal, desde el que se ramifican los demás nodos. Es
una variación de la red en bus, la falla de un nodo no implica interrupción en
las comunicaciones. Se comparte el mismo canal de comunicaciones.
La
topología en árbol puede verse como una combinación de varias topologías en
estrella. Tanto la de árbol como la de estrella son similares a la de bus
cuando el nodo de interconexión trabaja en modo difusión, pues la información
se propaga hacia todas las estaciones, solo que en esta topología las
ramificaciones se extienden a partir de un punto raíz (estrella), a tantas
ramificaciones como sean posibles, según las características del árbol.
Los
problemas asociados a las topologías anteriores radican en que los datos son
recibidos por todas las estaciones sin importar para quien vayan dirigidos. Es
entonces necesario dotar a la red de un mecanismo que permita identificar al
destinatario de los mensajes, para que estos puedan recogerlos a su arribo.
Además, debido a la presencia de un medio de transmisión compartido entre
muchas estaciones, pueden producirse interferencia entre las señales cuando dos
o más estaciones transmiten al mismo tiempo.
Desventajas:
•
Se requiere mucho cable.
•
La medida de cada segmento viene determinada por el tipo de cable utilizado.
•
Si se viene abajo el segmento principal todo el segmento se viene abajo con él.
•
Es más difícil su configuración.
Ventajas:
•
Cableado punto a punto para segmentos individuales.
•
Soportado por multitud de vendedores de software y de hardware.
•
Facilidad de resolución de problemas
TOPOLOGÍA MALLA
La
topología en malla es considerada como una topología redundante. La principal
característica de esta topología es que todos los computadores están
interconectados entre sí, por medio de un arreglo de cables. Este tipo de
configuración provee redundancia debido a que si ocurre un problema con una de
las conexiones existentes, hay otros canales que permiten mantener la
comunicación.
Una
característica importante es mantener enlaces de comunicación alternos en el
caso de que se presente una falla, aumentando significativamente la
disponibilidad de los enlaces. Lo cual conlleva a una baja eficiencia de las
conexiones o enlaces, debido a la existencia de enlaces redundantes.
Esta
topología requiere de mucho cableado por lo que se la considera muy costosa y
poco rentable a medida que aumentan la cantidad de enlaces requeridos.
TECNOLOGÍAS UTILIZADAS
FTTH
La
tecnología FTTH propone la utilización de fibra óptica hasta la casa del
usuario o cliente de fibra (usuario final). La red de acceso entre el abonado y
el último nodo de distribución puede realizarse con una o dos fibras ópticas
dedicadas a cada usuario (una conexión punto-punto que resulta en una topología
en estrella) o una red óptica pasiva (del inglés Passive Optical Network, PON)
que usa una estructura arborescente con una fibra en el lado de la red y varias
fibras en el lado usuario.
Arquitectura de la tecnología FTTH
Las
arquitecturas basadas en divisores ópticos pasivos se definen como un sistema
que no tiene elementos electrónicos activos en el bucle y cuyo elemento
principal es el dispositivo divisor de haz (splitter) que, dependiendo de la
dirección del haz de luz divide el haz entrante y lo distribuye hacia múltiples
fibras o lo combina dentro de una misma fibra. La filosofía de esta arquitectura
se basa pues en compartir los costes del segmento óptico entre los diferentes
terminales, de forma que se pueda reducir el número de fibras ópticas. Así, por
ejemplo, mediante un splitter óptico, una señal de vídeo se puede transmitir
desde una fuente a múltiples usuarios.
La
topología en estrella provee de 1 ó 2 fibras dedicadas a un mismo usuario,
proporcionando el mayor ancho de banda pero requiriendo cables con mayor número
de fibras ópticas en la central de comunicaciones y un mayor número de emisores
láser en los equipos de telecomunicaciones.
xDSL
Se
conoce como xDSL a la familia de tecnologías de acceso a Internet de banda
ancha basadas en la digitalización del bucle de abonado telefónico (el par de
cobre). El acceso xDSL se basa en la conversión del par de cobre de la red
telefónica básica en una línea digital de alta velocidad capaz de soportar
servicios de banda ancha además del envío simultáneo de voz.
Para lograr esto
se emplean tres canales independientes:
•
Dos canales de alta velocidad (uno de recepción de datos y otro de envío de
datos).
•
Otro canal para la transmisión de voz
Cada
uno de ellos ocupa una banda de frecuencia diferente, de manera que no
interfieran entre sí. Se transmiten mediante múltiples portadoras.
Tipos
de xDSL
Existe
una variedad de tecnologías xDSL que se caracterizan por su simetría/asimetría
en los canales de subida y bajada de datos, por las tasas de transmisión
alcanzadas y, lo que guarda una relación inversa con esto último, la longitud
máxima del bucle de abonado.
Algunas
otras tecnologías xDSL son:
•
HDSL (“High Data Rate Digital Subscriber Line”), con altas tasas de
transmisión.
•
SDSL (“Symmetric Digital Subscriber Line”), version estandarizada de HDSL.
•
IDSL (“ISDN Digital Subscriber Line”), xDSL sobre redes RDSI.
•
RADSL (“Rate-Adaptive Digital Subscriber Line”), con tasas de transmisión
adaptativas.
•
VDSL y VDSL2 (“Very High Speed Digital Subscriber Line”), versiones que
permiten altas tasas de transmisión en tramos cortos de bucle de abonado, lo
que las hace idóneas para cubrir el último tramo en redes de fibra óptica hasta
la manzana (FTTC).
HFC
Es
una red de fibra óptica que incorpora tanto fibra óptica como cable coaxial
para crear una red de banda ancha. Esta tecnología permite el acceso a Internet
de banda ancha utilizando las redes CATV existentes. Se puede dividir la
topología en dos partes. La primera consiste en conectar al abonado por medio
de cable coaxial a un nodo zonal y posteriormente interconectar los nodos
zonales con fibra óptica. Su parte de acceso es topología de BUS.
Arquitectura
HFC
Los
principales elementos y partes de una red de acceso HFC son:
•
Cabecera
•
Red troncal (fibra óptica)
•
Red de distribución (cable coaxial)
•
Red de acometida
•
Equipos de abonado (módem, cablemodem)
