Evolución del modelo de red óptica

Las redes ópticas en la actualidad presentan un gran número de capas. Cada una de estas capas está preparada para manejar un determinado tipo de tráfico y proporcionar unos servicios específicos. Con el tiempo han surgido incluso equipos independientes que están especializados en una capa y en un tipo de tráfico como por ejemplo: enrutadores IP, conmutadores ATM, dispositivos SONET/SDH o conmutadores DWDM. Si bien este planteamiento permite simplificar el diseño de los dispositivos, conduce a redes complejas y difíciles de gestionar. Por ello, últimamente se está tendiendo a reducir el número de dispositivos distintos que podemos encontrar en la red, consolidando determinadas capas y mejorando sus funcionalidades, a la vez que se eliminan otras redundantes. Como se comentó en el anterior artículo, se tiende a un esquema de red con tan sólo dos capas. En este escenario, el modelo "peer" proporciona una mayor eficiencia de red que el modelo "overlay" tradicional, ya que se puede desarrollar un plano de control común para todas las capas con una única serie de protocolos como GMPLS. Para el correcto funcionamiento de esta red basada en GMPLS, se requieren además elementos de conmutación ópticos capaces de encaminar o conmutar el tráfico de cualquier tipo: TDM, paquetes o longitudes de onda.

Actualmente, los esfuerzos para mejorar la eficiencia y escalabilidad de las redes se centran en tres planteamientos distintos: IP sobre DWDM, MPlS y GMPLS con conmutación fotónica. IP sobre DWDM utiliza direccionamiento y enrutamiento IP sobre redes DWDM. La mayoría de los desarrollos emplean paquetes sobre SONET (PoS) directamente sobre canales DWDM con el fin de consolidar los planos IP y de datos sobre las longitudes de onda y la fibra. No obstante, esto conduce finalmente a un sacrificio de velocidad y además no existe ningún mecanismo de comunicación entre los enrutadores y otros equipos de transporte.

MPlS, por su parte, propone añadir extensiones al protocolo del plano de control con el fin de incorporar etiquetas y mecanismos de señalización a los servicios de longitud de onda y ofrecer conexiones inteligentes entre los OXCs en sistemas DWDM de largo alcance. Al igual que IP sobre DWDM, MPlS se construye sobre una estrategia ya existente, por lo que tiene al apoyo de diversos fabricantes de OXCs. Sin embargo, este planteamiento asume un modelo "overlay" basado en un interfaz usuario-red y, por lo tanto, no integra el plano de encaminamiento de los paquetes de datos. Las redes MPlS requieren pues enrutadores en su núcleo para procesar los paquetes, así como ADMs y DXCs de banda ancha para procesar las ranuras temporales de los canales SONET/SDH. Dado que MPlS se aplica sobre los OXCs, y los OXCs disponibles comercialmente ofrecen una conmutación relativamente lenta y no pueden manejar paquetes o tráfico TDM de una forma eficiente, el plano de control proporciona mejoras tan solo a un número limitado de servicios. Luego no se espera que MPlS gane aceptación en más de unas pocas aplicaciones de larga distancia específicas.

GMPLS

En cambio, GMPLS combinado con la conmutación fotónica representa el planteamiento más prometedor para la consolidación de las redes troncales. GMPLS es el resultado de una serie de esfuerzos del Optical Internetworking Forum, Optical Domain Service Interconnect consortium y la Internet Engineering Task Force para desarrollar un protocolo que pueda ser utilizado con cualquier tipo de tráfico. Así, ofrece un plano de control integrado, el cual extiende el conocimiento de la topología y la gestión de ancho banda a lo largo de todas las capas de red, permitiendo de forma efectiva la consolidación de los servicios y el transporte. El resultado final es un desplazamiento del punto de demarcación entre ambos. Ahora tanto los servicios como el transporte permanecen juntos y separados de la transmisión, dejando la transmisión de larga distancia como el único elemento sin conmutación. 

En definitiva, GMPLS consiste en una serie de extensiones de protocolo que proporcionan un control común sobre los servicios de paquetes, TDM y longitudes de onda. Estas extensiones afectan a los protocolos de señalización y de enrutamiento MPLS para actividades tales como distribución de etiquetas, ingeniería de tráfico o protección y restauración, permitiendo un rápido aprovisionamiento y gestión de los servicios de red. GMPLS puede utilizarse también con las arquitecturas "overlay" tradicionales en las que cada tipo de tráfico se gestiona por medio de su propio plano de control. Sin embargo, el gran potencial de GMPLS es que hace posible la evolución hacia un modelo "peer" en el cual cada elemento de red posee información completa sobre el resto de elementos y sus capacidades de enlace.

Los modelos "overlay" y "peer" se aplican tanto en el enrutamiento como en la señalización. El modelo "overlay" mantiene capas de red separadas para cada tipo de tráfico y dominios administrativos diferentes. En cambio, las redes basadas en un modelo "peer" se construyen con dispositivos que tienen información completa sobre los otros dispositivos en todas las capas de red. Por lo tanto, el modelo "overlay" es adecuado para realizar funciones de red entre operadores, ya que permite que la información de enrutamiento de cada operador de red se mantenga dentro de su propio dominio administrativo. Por otro lado, el modelo "peer" resulta mucho más adecuado para las funciones de red dentro del dominio de un proveedor de servicios o entre proveedores de servicios con protocolos compatibles, dado que permite mayor flexibilidad en la optimización de las labores de enrutamiento.

El plano de control GMPLS incluye funcionalidades tales como enrutamiento, gestión del enlace, señalización y recuperación. Bajo GMPLS, existen tres componentes principales involucrados en el establecimiento de un canal:

1. Exploración de recursos: se obtiene información acerca de los recursos de red tales como conectividad o capacidad de los enlaces. Los mecanismos utilizados para diseminar esta información de estado se basan en una extensión del Internet Gateway Protocol (IGP).

2. Selección de ruta: se utiliza para seleccionar una ruta apropiada a través de la red óptica inteligente en base a unas ciertas restricciones impuestas por el entorno y las limitaciones de la capa física.

3. Gestión de ruta: incluye distribución de etiquetas, así como establecimiento, mantenimiento y terminación de ruta. Estas funciones se realizan por medio de un protocolo de señalización extendido como Resource Reservation Protocol for Traffic Engineering (RSVP-TE) o Constraint-routed Label Distribution Protocol (CR-LDP).

Estos componentes del plano de control son separables e independientes entre sí, y precisamente esta modularidad es la que permite que el plano de control pueda configurarse de forma flexible.

Sin lugar a dudas, uno de los beneficios clave de GMPLS es que deja libertad a los operadores para diseñar sus redes de acuerdo a sus necesidades específicas y objetivos empresariales. GMPLS puede utilizarse tanto con redes "overlay" como "peer", o bien con una configuración híbrida que consolide algunos, pero no necesariamente todos los tipos de tráfico. Luego GMPLS permite cumplir con el requisito de los proveedores de servicio que desean iniciar, y completar de forma progresiva, una transición hacia un plano de control consolidado para los tipos de servicio y de transporte de su elección. Para ello se necesita un elemento de red capaz de manejar simultáneamente tráfico de paquetes, TDM y longitudes de onda a velocidades ópticas. La solución es la conmutación fotónica, la cual se basa en el plano de control común creado por GMPLS para conmutar servicios y transporte sobre una única infraestructura óptica.

Conmutación de servicios fotónicos

El desarrollo de GMPLS comenzó con los siguientes planteamientos:

- Los protocolos de señalización y de enrutamiento desarrollados y utilizados en las redes IP pueden extenderse y adaptarse para cumplir con las necesidades de otros tipos de tráfico, como TDM y longitudes de onda.

- Esta extensión permitiría una completa integración para todos los tipos de tráfico.

- Asimismo, las mejoras en la tecnología de conmutación fotónica permitirían la conversión de longitud de onda (véase Conectrónica no. 61, pp. 10-13) y, con los protocolos apropiados, la conmutación óptica inteligente sería posible.

Luego GMPLS tiene una completa serie de capacidades que pueden utilizarse para unir diversas partes de la red diseñadas para transportar múltiples tipos de tráfico. De este modo, sobre una misma fibra podemos transportar simultáneamente longitudes de onda opacas o transparentes, canales SONET/SDH y paquetes IP, conmutando y gestionando todos estos servicios en los nodos ópticos de una forma completamente flexible.

Una arquitectura de red con integración vertical como la presentada anteriormente requiere de un veloz conmutador fotónico opaco que sea capaz de conmutar simultáneamente los diferentes tipos de tráfico. Al mismo tiempo, esta clase de red reduce el tipo de dispositivos desplegados, pues no son necesarios dispositivos específicos de cada capa de red, sino un único dispositivo llamado conmutador PSS (photonic service switching). Con tarjetas de línea eléctricas y una veloz infraestructura óptica, este dispositivo combina los mejores atributos de las tecnologías óptica y eléctrica. Esta infraestructura óptica le asegura una escalabilidad prácticamente ilimitada. Por otro lado, las tarjetas de línea son específicas para cada tipo de tráfico, por lo que el conmutador se puede adaptar fácilmente a diferentes entornos simplemente con un cambio de las tarjetas. Precisamente esta versatilidad hace que el conmutador PSS sea perfecto para una posible migración de un modelo "overlay" a una arquitectura de red basada en GMPLS. Se puede observar cómo existen tarjetas específicas para cada tipo de tráfico, las cuales se pueden sustituir y configurar en función de las demandas.

Fases de implantación de GMPLS

La implantación de GMPLS en una determinada arquitectura de red no es necesario que se realice toda de una vez. No es una cuestión de todo o nada, sino más bien de dónde primero y en qué orden. Para empezar, GMPLS y PSS pueden desplegarse solamente en una capa del modelo tradicional de red "overlay", para posteriormente extenderse en sucesivas fases según se requiera y mejorar de este modo la eficiencia de la red. El proceso de implantación de GMPLS y PSS se puede resumir en las siguientes fases:

- Fase 0: supongamos que esta es la fase inicial en la que se encuentran la mayoría de las redes actuales basadas en un modelo "overlay". La red de servicios IP ejecuta protocolos IP/MPLS. Por otro lado, la red de transporte (SONET/SDH óptico) utiliza protocolos propietarios o de gestión de red para facilitar la configuración y el establecimiento de las conexiones entre los elementos de red. Las peticiones de establecimiento o de terminación de conexiones se realizan por vía telefónica o a través de un interfaz Web.

- Fase 1: se diseña para aumentar la velocidad y la precisión de las peticiones de conexión, incrementando de este modo la eficiencia y flexibilidad de la red. Se automatizan las peticiones de la red de servicio a la red de transporte para el establecimiento y terminación de conexiones. Para ello se utiliza un interfaz de señalización basado predominantemente en GMPLS.

- Fase 2: consiste en la estandarización de los protocolos a través de las capas, acercando la red hacia un control integrado de las capas de servicio y transporte. En esta fase, los protocolos GMPLS sustituyen a los protocolos propietarios y de gestión de red en la red de transporte para facilitar el establecimiento de conexiones entre nodos.

- Fase 3: esta es la fase final de la integración. Una vez que los operadores pueden aprovechar la eficiencia de una arquitectura de red con integración vertical, la integración del plano de control continúa. GMPLS es entonces el estándar para los protocolos de señalización y enrutamiento de todos los tipos de tráfico (longitudes de onda, TDM y paquetes) a través de la red de conmutadores PSS. Todos los elementos de red tienen ahora conocimiento del resto de elementos de red que transporten cualquier tipo de tráfico. Finalmente, la eficiencia de los conmutadores se maximiza convenientemente mediante la instalación de una combinación óptima de tarjetas de línea para los diferentes tipos de servicios en función de la carga de tráfico.