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Este Blog esta dedicado a la carrera ING Redes y Comunicacion. Instituto IP Chile

viernes, 21 de junio de 2013

POWER LINE



  Power Line Communications, también conocido por sus siglas PLC, es un término inglés que puede traducirse por comunicaciones mediante cable eléctrico y que se refiere a tecnologías diferentes que utilizan las líneas de energía eléctrica convencionales para transmitir señales de radio para propósitos de comunicación. La tecnología PLC aprovecha la red eléctrica para convertirla en una línea digital de alta velocidad de transmisión de datos, permitiendo, entre otras cosas, el acceso a Internet mediante banda ancha.

 Control de hogar (banda estrecha) 


  La tecnología PLC puede usar el cableado eléctrico doméstico como medio de transmisión de señales. Las tecnologías HomePlug y HomePlug AV, son los dos estándares de facto más populares empleados en el hogar, sin necesidad de instalar cableado adicional.
Típicamente, los dispositivos para control de hogar funcionan mediante la modulación de una onda portadora cuya frecuencia oscila entre los 20 y 200 kHz inyectada en el cableado doméstico de energía eléctrica desde el transmisor. Esta onda portadora es modulada por señales digitales. Cada receptor del sistema de control tiene una dirección única y es gobernado individualmente por las señales enviadas por el transmisor. Estos dispositivos pueden ser enchufados en la toma eléctrica convencional o cableada en forma permanente en su lugar de conexión. Ya que la señal portadora puede propagarse en los hogares o apartamentos vecinos al mismo sistema de distribución, estos sistemas tienen una "dirección doméstica" que designa al propietario. Esto, por supuesto es válido cuando las viviendas vecinas poseen sistemas de este tipo; situación muy común en las zonas residenciales de Japón.

Cableado de redes caseras (banda ancha) 


  La tecnología PLC también puede usarse en la interconexión en red de computadoras caseras y dispositivos periféricos, incluidos aquellos que necesitan conexiones en red, aunque al presente no existen estándares para este tipo de aplicación. Las normas o estándares existentes han sido desarrolladas por diferentes empresas dentro del marco definido por las organizaciones estadounidenses HomePlug Powerline Alliance y la Universal Powerline Association. Los problemas de los PLC en redes domésticas suelen venir dados por la potencia contratada en una casa (inferior a la de el ámbito empresarial); dado que si la red eléctrica no tiene una instalación correcta podía darse el caso de interferencias o picos de tensión que acabarían afectando a los aparatos eléctricos conectados a dicha red. Así mismo, aunque los fabricantes aseguran que el consumo de un PLC es mínimo o nulo por trabajar en un circuito cerrado, la sola conversión de los datos provenientes del par de cobre de la línea telefónica conlleva un consumo energético, amén de los transformadores internos del aparato y la alimentación de los circuitos integrados del equipo de PLC. También el paso del flujo de datos de estos aparatos genera consumo energético, difícil de cuantificar por el tipo de conexión a la línea eléctrica.

Funcionamiento básico 


  En el caso de cableado para redes caseras, los dispositivos PLC se utilizan como sustitutivos de las redes Ethernet. Concretamente, el uso de varios dispositivos PLC equivale a una conexión Ethernet con medio de acceso compartido, esto es, es como si estuviéramos conectando los ordenadores a un concentrador en vez de a un conmutador, por lo que las comunicaciones son half-duplex. De aquí se deduce que los anunciados 200Mbps de muchos kits de PLC terminen en torno a los 80 - 100Mbps efectivos.
Por lo tanto, al existir un dominio de colisión común por compartir el mismo segmento de cableado, es fácil deducir que cuantos más dispositivos de PLC transmitan, la velocidad se verá repartida entre todos ellos sin que tenga ser equitativamente, en función de la cantidad de datos que transmitan, aunque no se comuniquen con el mismo terminal PLC. Es por ello que se recomienda utilizar el sistema PLC para unir dos segmentos de red.

Banda ancha sobre líneas eléctricas 


 La Banda ancha sobre líneas eléctricas (abreviada BPL por su denominación en inglés Broadband over Power Lines) representa el uso de tecnologías PLC que proporcionan acceso a Internet a través de líneas de energía ordinarias. En este caso, una computadora (o cualquier otro dispositivo) necesitaría solo conectarse a un módem BPL enchufado en cualquier toma de energía en una edificación equipada al efecto.
A primera vista, la tecnología BPL parece ofrecer ventajas con respecto a las conexiones inalámbricas ya que utiliza medios guiados, al igual que la banda ancha basadas en cable coaxial o en DSL: la amplia infraestructura disponible permitiría que usuarios en lugares remotos tengan acceso a Internet con una inversión de equipo relativamente pequeña para la compañía de electricidad. También, tal disponibilidad ubicua haría mucho más fácil para otros dispositivos electrónicos, tal como televisores o sistemas de sonido, el poderse conectar a la red.

Características 


  Las características físicas y de capilaridad de la red eléctrica y las altas prestaciones de los estándares por parte de IEEE, posicionan a esta tecnología como una excelente alternativa, siempre que se disponga de redes privadas de cable sobre las cuales se puedan inyectar las señales. El ancho de banda de un sistema BPL se caracteriza por su estabilidad.
Los módems PLC transmiten en las gamas de media y alta frecuencia (señal portadora de 1,6 a 30 MHz). La velocidad asimétrica en el módem va generalmente desde 256 kbit/s a 2,7 Mbit/s. En el repetidor situado en el cuarto de medidores, que es el caso del suministro en un edificio, la velocidad es de hasta 45 Mbit/s y se pueden conectar hasta 256 módems PLC. En las estaciones de voltaje medio, la velocidad desde los centros de control de red (head end) hacia Internet es de hasta 134 Mbit/s. Para conectarse con Internet, las empresas de electricidad pueden utilizar un backbone (espina dorsal) de fibra óptica o enlaces alquilados.

Diferencias en los sistemas en América y Europa 


  Las diferencias en los sistemas de distribución de energía eléctrica en América y Europa afectan la puesta en práctica de la tecnología BPL. En el caso de Norteamérica, relativamente pocos hogares están conectados con cada transformador de distribución, mientras que en la práctica europea puede haber centenares de hogares conectados con cada subestación. Puesto que las señales de BPL no se propagan a través de los transformadores de distribución eléctrica, solo se necesita equipo adicional en el caso norteamericano. Sin embargo, ya que la anchura de banda es limitada, esto puede aumentar la velocidad a la cual cada casa puede conectarse, debido a los pocos usuarios que comparten la misma línea.
El sistema tiene un número de problemas complejos, siendo el primero que las líneas de energía intrínsecamente constituyen ambientes muy ruidosos. Cada vez que un dispositivo se enciende o apaga, introduce voltajes transitorios en la línea. Los dispositivos ahorradores de energía introducen a menudo armónicos ruidosos en la línea. El sistema se debe diseñar para ocuparse de estas interrupciones naturales de las señales y de trabajar con ellas.
Las tecnologías de banda ancha sobre líneas eléctricas se han desarrollado más rápidamente en Europa que en Estados Unidos debido a una diferencia histórica en las filosofías de diseño de sistemas de energía. Casi todas las grandes redes eléctricas transmiten energía a altos voltajes para reducir las pérdidas de transmisión, después en el lado de los usuarios se usan transformadores reductores para disminuir el voltaje.
Se encuentra que las señales de BPL no pueden pasar fácilmente a través de los transformadores, debido no a su alta inductancia, ya que ésta se encuentra en paralelo con las señales PLC, si no a la ineficacia de los transformadores para trabajar a frecuencias altas como por ejemplo 30 [MHz]. Estos se encuentran diseñados para ser utilizados con señales de baja frecuencia, del orden de los 50/60 [Hz] y, por ende, poseen efectos capacitivos importantes, que si bien son inocuos para las señales de baja frecuencia, producen derivaciones de las señales de alta frecuencia a tierra, en el caso de que el efecto capacitivo exista entre el material magnético y la tierra física, o atenuación de la señal de alta frecuencia, si el efecto capacitivo se encuentra en paralelo con la línea de transmisión, conformando así un filtro pasa bajo. Debido a esto, los repetidores se deben unir a los transformadores.
En Estados Unidos, es común colocar un transformador pequeño en un poste para uso de una sola casa, mientras que en Europa y algunos países americanos, es más común usar un transformador algo más grande para servir de 10 a 100 viviendas. Para suministrar energía a los clientes, esta diferencia en diseño es pequeña, pero significa que suministrar el servicio BPL sobre la red de energía de una ciudad típica de los Estados Unidos requerirá más repetidores en esa misma proporción, que los necesarios en una ciudad europea comparable. Una alternativa posible es utilizar los sistemas BPL como redes de retorno para las comunicaciones inalámbricas, por ejemplo colocando puntos de acceso Wi-Fi o radio bases de telefonía celular en los postes de energía, permitiendo así que los usuarios finales dentro de cierta área se conecten con los equipos que ya poseen. En un futuro próximo, los BPL se pudieran utilizar también como redes de retorno para las redes WiMAX.

Frecuencias de operación 


  El segundo problema principal de PLC y BPL junto con la gestión a distancia de contadores de energía eléctrica bajo PLC, tiene que ver con la intensidad de la señal junto con la frecuencia de operación. El sistema utiliza frecuencias en la banda de 30 MHz, que es utilizada por los radio aficionados, así como por emisoras radiales internacionales de radiodifusión en onda larga y corta y por diversos sistemas de comunicaciones (militar, aeronáutico, marítimo, etc.). Las líneas de energía carecen de blindaje y actúan como antenas para las señales que transportan, y tienen el potencial de eliminar la utilidad de la banda de 30 MHz para los propósitos de las comunicaciones en onda corta, incluso a grandes distancias. Esto ha causado grandes problemas en el Reino Unido y Japón limitando su uso, y en Alemania se han retirado totalmente debido a que técnicamente es imposible reducir o eliminar en su origen las interferencias radioeléctricas que produce dicho sistema. La OTAN, organización afectada por este sistema, ya lo ha denunciado al organismo competente. Según la organización American Radio Relay League ningún sistema de PLC estaría en concordancia con la normativa de la Comisión Federal de Comunicaciones.
Los sistemas modernos de BPL usan la multiplexación por división de frecuencias ortogonales, que permite minimizar la interferencia con los servicios de radio, por la remoción de las frecuencias específicas usadas. Un estudio del año 2001 realizado en conjunto por ARRL y HomePlug, demostró que los módems que usaban esta técnica “junto a la separación moderada de la antena de la estructura con la señal de HomePlug, en general hacía que las interferencias fueran apenas perceptibles”, y hubo interferencias sólo cuando la “antena estaba físicamente cerca de las líneas de energía”.
Las transmisiones de datos a velocidades mucho más altas usan las frecuencias de microondas transmitidas mediante un mecanismo de propagación superficial de ondas, denominado E-Line, que se ha probado usando solamente una sola línea de energía. Los sistemas de E-line han demostrado el potencial para las comunicaciones simétricas y de Full Duplex a velocidades mayores a 100 Mbps en cada dirección. Se han probado múltiples canales de Radio sobre cable con señales de 2,4 y 5,3 GHz, con grandes ventajas por la carencia de interferencias, que sin embargo en Wi-Fi y en el WiMAX sin licencia, suponen una grave limitación, siendo al mismo tiempo una ventaja por la facilidad de implantación sin necesidad de permisos.
Además, debido a que puede funcionar en la banda de 100 MHz a 10 GHz, esta tecnología puede evitar totalmente los problemas de interferencias asociados al uso de un espectro compartido, ofreciendo la mayor flexibilidad para la modulación y los protocolos hallados para cualquier otro tipo de sistemas del microondas.  

¿ QUE ES GIGABIT ETHERNET ?



Gigabit Ethernet, también conocida como GigaE, es una ampliación del estándar Ethernet (concretamente la versión 802.3ab y 802.3z del IEEE) que consigue una capacidad de transmisión de 1 Gigabit por segundo, correspondientes a unos 1000 megabits por segundo de rendimiento contra unos 100 de Fast Ethernet (También llamado 100BASE-TX).

Historia


Como resultado de la investigación realizada por Xerox Corporación a principios de los años 70, Ethernet se consagró como un protocolo ampliamente reconocido aplicado a la capa física y de enlace. Posteriormente apareció Fast Ethernet que incrementó la velocidad de 10 a 100 megabits por segundo (Mbit/s). Gigabit Ethernet fue la siguiente evolución, incrementando en este caso la velocidad hasta 1000 Mbit/s (1 Kbit/s). La idea de obtener velocidades de 1 Gbit/s sobre Ethernet se gestó durante 1995, una vez aprobado y ratificado el estándar Fast Ethernet, y prosiguió hasta su aprobación en junio de 1998 por el IEEE como el estándar 802.3z (z, por ser la última letra del alfabeto, y pensar que sería la última de la familia Ethernet), comúnmente conocido como 1000BASE-X.
IEEE 802.3ab, ratificada en 1999, define el funcionamiento de Gigabit Ethernet sobre cables de cobre del tipo Unshielded twisted pair (UTP) y categoría 5, 5e o 6 y por supuesto sobre fibra óptica. De esta forma, pasó a denominarse 1000BASE-T. Se decidió que esta ampliación sería idéntica al Ethernet normal desde la capa de enlace de datos hasta los niveles superiores, permitiendo el aprovechamiento de las posibilidades de la fibra óptica para conseguir una gran capacidad de transmisión sin tener que cambiar la infraestructura de las redes actuales.
Uno de los retrasos con el estándar fue la resolución de un problema al emitir con láser sobre fibra multimodo, ya que en casos extremos se podía producir una división del haz, con la consiguiente destrucción de datos. Esto era debido a que la fibra multimodo fue diseñada pensando en emisores LED, no láser y fue resuelto prohibiendo que en este estándar los láser dirigieran su haz hacia el centro de la fibra.
Inicialmente, Gigabit Ethernet fue muy utilizado sobre redes de gran capacidad, como por ejemplo, redes de comunicación de universidades. En 2000, Apple's Power Mac G4 y PowerBook G4 fueron las primeras máquinas en utilizar la conexión 1000BASE-T, a las que siguieron posteriormente Macintoshes y PC´s.
En 2002, IEEE ratificó una nueva evolución del estándar Ethernet, 10 Gigabit Ethernet, con un tasa de transferencia de 10 000 megabits por segundo (10 veces mayor a Gigabit Ethernet).

Características y prestaciones



  Gigabit Ethernet surge como consecuencia de la presión competitiva de ATM por conquistar el mercado LAN y como una extensión natural de las normas Ethernet 802.3 de 10 y 100 Mbit/s. que prometen tanto en modo semi-dúplex como dúplex, un ancho de banda de 1 Gbit/s. En modo semi-dúplex, el estándar Gigabit Ethernet conserva con mínimos cambios el método de acceso CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Colision Detection) típico de Ethernet. Los cambios son:
  • Ráfaga de tramas.
  • Extensión de portadoras.
  • Gran énfasis por el Control C, Control Z.
En cuanto a las dimensiones de red, no hay límites respecto a extensión física o número de nodos. Al igual que sus predecesores, Gigabit Ethernet soporta diferentes medios físicos, con distintos valores máximos de distancia. El IEEE 802.3 Higher Speed Study Group ha identificado tres objetivos específicos de distancia de conexión: conexión de fibra óptica multimodo con una longitud máxima de 500 m; conexión de fibra óptica monomodo con una longitud máxima de dos kilómetros; y una conexión basada en cobre con una longitud de al menos 25 m. Además, se está trabajando para soportar distancias de al menos 100 m en cableado UTP de categoría 5. Es una tecnología aplicada a los mejores montajes de las redes lan a nivel mundial. Hay que tener una cierta precaución con los protocolos que aplica pero de resto es quizás la mejor de las tecnologias aplicadas a las redes en general.

Estándares 1000BASE-X (802.3z) 



Estándares con codificación 8B10B, 1250 Mbaudios.
1000BASE-SX
·         Fibra Multimodo (MMF).
·         Laser 850 nm.
·         Distancia < 550 m.
1000BASE-LX
·         Fibra SMF.
·         Laser 1310 nm.
·         Distancia < 10 km.
1000BASE-EX
·         Fibra SMF.
·         Laser 1310 nm.
·         Distancia < 40 km.
1000BASE-ZX
·         Fibra SMF.
·         Laser 1550 nm.
·         Distancia < 80 km.
1000BASE-CX
·         Cable STP (2 pares).
·         Distancia < 25 m.
Estándares 1000BASE-T (1999 - 802.3ab)
  • Cable UTP-5e (125 MHz) con 4 pares.
  • Codificación PAM-5.
  • Distancia < 100 m.
  • Full-Duplex (FDX) dual.
  • Modulación a 125 Mbaudios, se traduce en 250 Mbit/s por par.

Interés por el estándar Gigabit



   La incorporación de viejos miembros a la Gigabit Ethernet Alliance no paró de crecer desde su creación en el mes de mayo de 1996, bajo el impulso de firmas como 3Com, Sun Microsystems, Bay Networks, Cisco Systems, UB Networks, Intel y Compaq. El rápido crecimiento de la alianza demostró que tanto las grandes como las pequeñas compañías creían en Gigabit Ethernet como una tecnología LAN clave.
El gran interés por la nueva propuesta Ethernet se debe a su simplicidad, fiabilidad, compatibilidad hacia atrás y costes.

Gigabit Ethernet en la práctica



  El principal atractivo de Gigabit Ethernet reside, precisamente, en basarse en una tecnología tan convencional como Ethernet. Hasta la fecha, el debate sobre Gigabit Ethernet se ha centrado por lo general en sus aspectos técnicos, como la extensión de portadora (carrier extensión) o interrupt coalescense, olvidándose de otras cuestiones más prácticas. Como es lógico, de nada sirve la tecnología sin una estrategia capaz de adaptarla y ponerla en marcha.
En primer lugar, parece claro que la tecnología Gigabit Ethernet puede ser utilizada de tres formas distintas: para conectar conmutadores entre sí, para conectar servidores a concentradores y para conectar estaciones finales a concentradores. Los tres tipos de conexión se describen en el orden en el que se supone que seguirán los administradores de redes y que, curiosamente, sigue el sentido inverso al del despliegue de Ethernet convencional.
Por distintos motivos el nivel de aceptación de las tres clases de conexión difieren significativamente. Es seguro que la de conmutadores entre sí, ya disponible, tendrá un gran éxito, pues cada vez más los administradores de redes necesitan disponer de mayores velocidades entre esos dispositivos. Las conexiones de servidor a conmutador se utilizarán en ciertos entornos de alto nivel, pero serán innecesarias en la mayoría de los casos. Y es posible que la de estación final a concentrador nunca llegue a ser popular: son nuevas las dificultades técnicas que supone crear redes compartidas de 1 Gbit/s.

sábado, 15 de junio de 2013

PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO




 Los protocolos de enrutamiento para la capa de red son usados para resolver peticiones de servicios de envío de paquetes de datos a través de diferentes redes de datos. El punto más importante de esta sección es mostrar algunos algoritmos de enrutamiento vector-distancia.


 Intruducción


La capa de Red, dentro de una arquitectura de redes de datos, es la que se encarga de llevar los paquetes de datos desde el origen (estación transmisora) hasta el destino (estación receptora). Llegar a destino, en tiempo y forma, puede requerir que el algoritmo de ruteo, que es el encargado de escoger las rutas y las estructuras de datos, cumpla con ciertas propiedades que aseguren la eficiencia de su trabajo.

Estas propiedades son: corrección, estabilidad, robustez, equitatividad, sencillez y optimalidad [Tan97, Tanenbaum].

La corrección y la sencillez casi no requieren comentarios; no así la necesidad de robustez, la cual se refiere a que el algoritmo debe ser diseñado para que funcione dentro de la red por años, sin fallas generales. El algoritmo deberá estar preparado para manejar cambios de topología y tráfico sin requerir el aborto de las actividades o el rearranque de la red.

La equitatividad y la optimalidad resultan con frecuencia contradictorias, ya que muchas veces se requiere una concesión entre la eficacia global (optimización) y la equitatividad; es decir, antes de intentar encontrar un justo medio entre estas dos, se debe decidir qué es lo que se busca optimizar.

Minimizar el retardo de los paquetes (disminuyendo escalas y ancho de banda) y maximizar el rendimiento total de la red sería la combinación más apropiada para un algoritmo de ruteo.

Propósitos de los protocolos de enrutamiento y

 los sistemas autónomos


El objetivo de un protocolo de enrutamiento es crear y mantener una tabla de enrutamiento. Esta tabla contiene las redes conocidas y los puertos asociados a dichas redes. Los routers utilizan protocolos de enrutamiento para administrar la información recibida de otros routers, la información que se conoce a partir de la configuración de sus propias interfaces, y las rutas configuradas manualmente.

Los protocolos de enrutamiento aprenden todas las rutas disponibles, incluyen las mejores rutas en las tablas de enrutamiento y descartan las rutas que ya no son válidas. El router utiliza la información en la tabla de enrutamiento para enviar los paquetes de datos.

El algoritmo de enrutamiento es fundamental para el enrutamiento dinámico. Al haber cambios en la topología de una red, por razones de crecimiento, reconfiguración o falla, la información conocida acerca de la red también debe cambiar. La información conocida debe reflejar una visión exacta y coherente de la nueva topología.

Cuando todos los routers de una red se encuentran operando con la misma información, se dice que la red ha hecho convergencia. Una rápida convergencia es deseable, ya que reduce el período de tiempo durante el cual los routers toman decisiones de enrutamiento erróneas.

Los sistemas autónomos (AS) permiten la división de la red global en subredes de menor tamaño, más manejables. Cada AS cuenta con su propio conjunto de reglas y políticas, y con un único número AS que lo distingue de los demás sistemas autónomos del mundo.


Algoritmos de Enrutamiento


El algoritmo de enrutamiento es la parte del software de la capa de red encargada de decidir la línea de salida por la que se transmitirá un paquete de entrada.

Si la subred usa datagramas entonces esta decisión debe hacerse cada vez que llega un paquete de datos de entrada, debido a que la mejor ruta podría haber cambiado desde la última vez.

Si la subred utiliza circuitos virtuales internamente, las decisiones de enrutamiento se tomarán sólo al establecerse el circuito y los paquetes seguirán la ruta previamente establecida.


Clasificación de Algoritmos de Enrutamiento


Los algoritmos de enrutamiento pueden agruparse en dos clases principales:

Algoritmos No adaptables: No basan sus decisiones de enrutamiento en mediciones o estimaciones del tráfico ni en la topología. La decisión de qué ruta tomar de I a J se calcula por adelantado, fuera de línea y se cargan en los routers al iniciar la red. Éste procedimiento se llama enrutamiento estáticos.

Cuando se usa enrutamiento estático, el administrador de la red configura manualmente la información acerca de las redes remotas.
Debido a que las rutas estáticas deben configurarse manualmente, cualquier cambio en la topología de la red requiere que el administrador agregue o elimine las rutas estáticas afectadas por dichos cambios. En una red de gran tamaño, el mantenimiento manual de las tablas de enrutamiento puede requerir de una enorme cantidad de tiempo de administración. En redes pequeñas, con pocos cambios, las rutas estáticas requieren muy poco mantenimiento. Debido a los requisitos de administración adicionales, el enrutamiento estático no tiene la escalabilidad o capacidad de adaptarse al crecimiento del enrutamiento dinámico. Aun en redes de gran tamaño, a menudo se configuran rutas estáticas, cuyo objetivo es satisfacer requerimientos específicos, junto con un protocolo de enrutamiento dinámico.

Las operaciones con rutas estáticas pueden dividirse en tres partes, como sigue:

  • El administrador de red configura la ruta.
  • El router instala la ruta en la tabla de enrutamiento.
  • Los paquetes se enrutan de acuerdo a la ruta estática.


Algoritmos Adaptables: En contraste con los algoritmos no adaptables, éstos cambian sus decisiones de enrutamiento para reflejar los cambios de topología y de tráfico. Difieren de los algoritmos estáticos en el lugar de obtención de su información (ej. localmente, en los routers adyacentes o de todos), el momento del cambio de sus rutas (ej. cada t seg., o cuando cambia la carga) y la métrica usada para la optimalidad (ej. distancia, no de escalas, tiempo estimado del tránsito). Este tipo de algoritmos no pueden ser demasiado complejos ya que son implementados en los routers y deben ejecutarse en tiempo real con recursos de CPU y la memoria con que el router dispone. En las siguientes secciones estudiaremos una variedad de algoritmos de enrutamiento dinámicos, que es el caso de estudio.