Enthernet

[Huascar Gerardo Erazo Bracho]

Ethernet de extremo a extremo MAN y WAN

Las nuevas velocidades de Ethernet –ya en el rango de 1 y 10 Gbps– lo hacen ideal como alternativa para crear redes de área metropolitana (MAN) e incluso de área amplia (WAN), representando una opción barata, escalable y sencilla en las redes de acceso o bucle de abonado. Esta idea de hacer de Ethernet una tecnología tan ubicua en las redes de los operadores y proveedores de servicios como lo es hoy en las redes corporativas es la que está animando al grupo del IEEE conocido como “Ethernet in the First Mile” (EFM), literalmente “Ethernet en la Primera Milla”. Y no se trata de meras especulaciones teóricas; algunos pequeños operadores y alguno grande ya están dando este tipo de servicios comercialmente. De hecho, Gartner Group ya ha puesto cifra a las expectativas que están levantando estos nuevos servicios; concretamente 50.000 millones de dólares en 2005 a nivel mundial. En otras palabras: en ese año, la tecnología estará presente en más del 20% de las grandes y medianas empresas.
Con este informe cerramos de momento el ciclo dedicado a las nuevas soluciones Ethernet iniciado en el número de septiembre y continuado en el especial “Alta velocidad en Ethernet” publicado el pasado mes de octubre. Pero, dada la vitalidad de esta tecnología, seguro que muy pronto nos veremos obligados a abrirlo de nuevo. Ya se habla de Ethernet a 40 Gbps.

El grupo de estudio EFM (Ethernet in the First Mille), que se convertirá en el grupo de trabajo IEEE 802.3ah EFM este mismo otoño, pretende desarrollar estándares Ethernet a nivel de operador que hagan posible llevar esta tecnología a las redes públicas como una alternativa de acceso a DSL y cablemódem, e incluso como sustituto de Sonet/SDH. Cuando, según lo previsto, el grupo de trabajo lance el borrador del estándar en enero de 2003, los operadores comenzarán a ver como una posibilidad real los importantes ahorros que podrían conseguir desplegando en sus redes de acceso equipamiento basado en Ethernet, mucho más barato que los equipos Sonet/SDH o ATM. Todavía es pronto, sobre todo aquí en Europa, donde este tipo de ofertas es apenas testimonial, pero los usuarios deberían tener ya en mente esta opción a la hora de planificar sus futuras conexiones MAN y WAN: tanto los consumidores como las empresas podrían contar con accesos de banda ancha de mayor capacidad, y más baratos y flexibles de escalar que los proporcionados por DSL o cablemódem.
Hoy, Ethernet domina las LAN, mientras Sonet/SDH es la tecnología de transmisión protagonista en las WAN públicas. Por tanto, encaminar tráfico TCP/IP basado en Ethernet dentro o fuera de la WAN obliga a efectuar algún tipo de conversión entre ambas. Pero como más del 95% de las comunicaciones Internet comienzan y acaban como tramas formateadas Ethernet, la intención última de EFM es que esta tecnología acabe quitando protagonismo a Sonet/SDH como primera opción de transmisión en redes públicas multiservicio.

Nuevos desarrollos

Tradicionalmente, Ethernet ha sido una topología LAN privada que soporta distancias punto a punto de 100 metros sobre cables de cobre de par trenzado a 3 kilómetros sobre fibra monomodo en Gigabit Ethernet. Sin embargo, durante los pasados cinco años, los avances en tecnologías ópticas, combinados con la eliminación de las limitaciones de “dominio de colisión” del modo de operación CSMA/CD, ha extendido estas distancias incluso hasta 40 kilómetros sobre fibra monomodo en Ethernet a 10 Gbps.
Además, recientes desarrollos de IEEE 802.3 sobre 10 Gigabit Ethernet y diversas actividades de la UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones) definen cómo poner tramas Ethernet dentro de Sonet/SDH para su transmisión sobre la troncal WAN pública. Por otra parte, se pueden tomar prestadas y adaptar las tecnologías de nivel físico ya estandarizadas para VDSL (Very-high bit rate DSL ) a fin de proporcionar Ethernet a 10 Mbps sobre cableado de cobre de par trenzado a distancias de hasta 80 kilómetros.
Teniendo en cuenta todos estos desarrollos, el grupo EFM está definiendo Ethernet a escala de operador para tres topologías diferentes: fibra monomodo punto a punto de larga distancia, bucles de cobre para voz y redes ópticas pasivas
Con todo, será imprescindible introducir otros cambios significativos en Ethernet. Aunque algunos nuevos operadores, sobre todo norteamericanos, ya, están desplegando redes públicas basadas en Ethernet, la clave será convencer a los operadores tradicionales de que esta tecnología ofrece las características de gestión, administración y operación que hoy sólo proporciona Sonet/SDH como para ser considerada como una opción de transporte válida en redes públicas. Es decir, Ethernet debe convertirse en una alternativa más robusta si quiere tener éxito en el mercado de operadores y proveedores de servicios, acostumbrados a confiar en la integridad de sus redes y a poder cumplir acuerdos de nivel de servicio sin impactar significativamente el tráfico del usuario.
Ante estos retos, EFM también está abordando la mejora de Ethernet en lo que respecta a sus características de gestión, administración y operación, como las funciones de monitorización y localización de fallos remotas. Pero los nuevos desarrollos todavía están en su estadio inicial, sin que aún haya acuerdo sobre el modo de acometer tales mejoras. De hecho, en estos momentos se sigue debatiendo si introducir estas funciones fuera de banda desde el tráfico portador o si intentar utilizar en banda el rico conjunto de prestaciones de diagnóstico y estadísticas SNMP disponibles hoy en el mercado Ethernet corporativo.

La perspectiva del operador

Pese a estos inconvenientes, optimista por convencimiento o por necesidades del guión, Jonathan Thatcher, responsable del grupo de estándares IEEE 802.3ae 10 Gigabit Ethernet, ve la adopción de Ethernet por las redes de los operadores como un proceso inicialmente gradual pero inexorable dentro de muy poco. “Los operadores dominantes acabarán implementado Ethernet por motivos de competitividad, disponibilidad y menores costes, una vez que los estándares se hayan mejorado y que los grandes clientes corporativos empiecen a demandarlo.”
Cabe preguntarse, sin embargo, qué interés pueden tener los operadores dominantes en cambiar sus modelos de infraestructura basados en Sonet/SDH por un modelo de transmisión Ethernet, sólo porque sea capaz de proporcionar más ancho de banda a precios más bajos: de entrada, eso supone nuevas inversiones y menos ingresos. Parece más lógico que sean sólo los nuevos entrantes, que parten de cero o casi, los que desplieguen redes de acceso Ethernet, dados sus atractivos precios. Sin embargo, si las grandes corporaciones multinacionales –el segmento más rentable y poderoso de la base de clientes de los dominantes- se muestran atraídos por la idea, quizás empiecen a cambiar de opinión. AT&T ya lo ha hecho, y muy pronto lo hará WorldComm.
Cuenta IDG News Service el caso de un operador estadounidense que prefiere permanecer en el anonimato y que claramente sólo ve ventajas en Ethernet. Bajando al mundo real, a este operador proporcionar 45 Mbps DS3 a una sede corporativa le supone alrededor de 50.000 dólares (25.000 dólares por extremo) en gastos de capital en las interfaces DS3, más otros 42.000 dólares anuales en costes de personal de soporte WAN. Si ese mismo operador ofreciese 100 Mbps Ethernet a esa misma empresa, utilizando control de flujos o modelado de tráfico para limitar ese ancho de banda a 45 Mbps, y cobrase el mismo precio de cuota mensual, estaría en condiciones de ayudar al cliente a ahorrar mucho dinero. El coste de capital para conectarse al enlace de 100 Mbps Ethernet caería a 400 dólares (200 por extremo) y el coste del personal a 24.000 dólares.
El operador anónimo pasó a la acción, creando un diseño de referencia para un hipotético servicio de línea privada virtual, utilizando conmutación Ethernet, conmutación ATM y conmutación de circuitos Sonet tradicional. El resultado fue revelador: Ethernet fue más barato en un orden de 3 a 1 que los circuitos conmutados, y de 10 a 1 que los conmutadores ATM.

El reto residencial

Quizá el verdadero potencial de Ethernet en las redes de acceso se encuentre en los servicios de banda ancha para el sector residencial. Teniendo en cuenta la situación de Estados Unidos, el país más avanzado tecnológicamente, sólo el 5% de sus más de 120 millones de hogares están abonados a servicios de Internet de alta velocidad (más de 300 Kbps), lo que supone una verdadera oportunidad de negocio para nuevas alternativas.
Es cierto que en este segmento de la demanda, Ethernet tendrá que luchar a brazo partido con las soluciones DSL y cablemodems, pero también lo es que el ritmo de despliegue de estas tecnologías que están siguiendo la gran mayoría de los operadores resulta desesperante para los usuarios potenciales. Sirva de ejemplo el caso de España. Además, aún cuando los planes de despliegue de estos servicios se agilicen finalmente, quizá cuando lleguen a las masas empiece ya a ser una necesidad imperiosa la mejora y actualización de la base instalada a fin de que sea capaz de soportar difusión de video, televisión de alta velocidad y servicios de entretenimiento de grandes anchos de banda.
“Veo la red de acceso de abonado como el último horizonte para Ethernet. Hemos llevado la tecnología de los 10 Mbps originales a 100, 1.000 y ahora 10.000 Mbps. Y el coste de la conmutación Ethernet es mucho más bajo que el de tecnologías competidoras como DSL y ATM. Es más, al poder correr Ethernet sobre cobre de voz de baja calidad a distancias mayores de cien metros, surgirán nuevas oportunidades en el cableado no estructurado de hoteles, edificios de oficinas ya antiguos, hospitales, aeropuertos...”, afirma Howard Frazier, presidente de IEEE 802.3 EFM.
Frazier añade que la relación precio/rendimiento del equipamiento Ethernet para servicios de banda residencial puede ser de dos ordenes de magnitud mejor que los actuales equipos DSL. Además, DSL requiere una troncal ATM, mucho más cara que una troncal Ethernet. “Es decir, el coste de la totalidad de la red es absolutamente menor, mientras que proporciona mucha más capacidad al abonado”.

La industria, en vanguardia

Firmas de gran peso como Cisco Systems, Nortel Networks, 3Com, Lucent Technologies, Intel y Alcatel apoyan decididamente las tecnologías MAN/WAN Ethernet, y algunas ya disponen de productos y estrategias propietarias para abordar el mercado. El interés es tal, aunque todos reconocen que hasta que no se disponga de estándares no se logrará una amplia difusión de Ethernet en las redes públicas, que mientras las normas llegan ya están apareciendo soluciones preestandarizadas capaces de cubrir las necesidades de los operadores. Cisco, por ejemplo, ha lanzado un conmutador Catalyst que se basa en una implementación propietaria de Ethernet VDSL para suministrar hasta 15 Mbps sobre cable de cobre de voz a distancias de hasta más de 1,5 Kilómetros.
Este compromiso de la industria se ha plasmado en la creación el pasado mes de mayo de Metro Ethernet Forum (MEF), que cuenta ya con 50 miembros, entre operadores, proveedores de servicios y firmas de networking y telecomunicaciones. Bajo la presidencia de Nan Chen, director de Marketing de la compañía especializada Atrica, y la dirección de Ron Young, director de Marketing de Yipes Communications, el objetivo de MEF es contribuir a la estandarización y difusión de Ethernet en la MAN (www.metroethernetforum.org).
Según el propio foro, “a diferencia de organizaciones como IEEE, 10 Gigabit Ethernet Alliance o Resilient Packet Ring (RPR) Alliance, MEF no trata de definir una nueva tecnología de nivel MAC o influir en los grupos de trabajo de normalización. El interés del Foro se centra en la aceleración de la adopción de servicios Ethernet de extremo a extremo en redes MAN. Y eso incluye el soporte de tecnologías relacionadas que mejoran Ethernet en estos entornos, como Multi-Protocol Label Switching (MPLS) en las MAN, la escalabilidad de 802.1q VLAN, integración con Wave Division Multiplexing (WDM), emulación de circuitos y otras herramientas de creación, definición y configuración de servicios”.

Ethernet vs. DSL
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- La relación precio/rendimiento del equipamiento basado en Ethernet para servicios de banda ancha residencial puede ser extraordinariamente mejor que el de los actuales equipos DSL.
- DSL requiere una troncal ATM, que resulta mucho más cara que una troncal Ethernet.
- El coste de la infraestructura de red Ethernet en su totalidad puede ser menor, al tiempo que entrega al abonado un rendimiento mucho mayor.


Nuevas interfaces físicas
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A fin de disponer de nuevas interfaces físicas que permitan aumentar las distancias de Ethernet, el grupo “Ethernet in the First Mile” trabaja en tres frentes:

- Ethernet sobre cable de cobre telefónico. El objetivo técnico es soportar distancias punto a punto mayores o iguales a 760 metros a velocidades de 10 Mbps o superiores. Las presentaciones técnicas han mostrado operaciones a velocidades de casi 50 Mbps en distancias más cortas y velocidades inferiores a 10 Mbps a distancias mucho mayores. Aunque las pretensiones de algunos miembros del grupo se limitan a tomar prestada la especificación de nivel físico de VDSL (Very-hight bit rate DSL), otros abogan por desarrollar especificaciones propias.

- Ethernet óptica pasiva (Passive Optical Ethernet Network). Quizá sea esta la más agresiva y controvertida de las tres topologías que están siendo consideradas por EFM. El objetivo técnico de Ethernet Passive Optical Network (EPON) es desarrollar una interfaz de nivel físico compatible con 802.3 para operaciones a 1.000 Mbps en distancias mayores o iguales a 10 Kilómetros, con soporte de al menos 16 puntos extremos, en una topología punto a multipunto compartida. Para ello, EPON tomará prestado parte del trabajo desarrollado por el consorcio esponsorizado por la administración de telégrafos y teléfonos estadounidense Full Service Access Network (FSAN).
Una red óptica pasiva (PON) usa una sola fibra desde la cabecera de la central de conmutación (u otra localización activa) para dar servicio a de 16 a 32 puntos extremos. La señal óptica podría ser dividida por uno o más splitters “pasivos” situados en medio de la red. En esta topología, cualquier punto extremo podría recibir tráfico a 1.000 Mbps, pero tendría que compartir el ancho de banda hacia la red entre un máximo de otros 32 nodos, lo que le daría 30 Mbps.
Como ventajas inherentes, las arquitecturas PON requieren menos fibra para dar servicio a un número mayor de usuarios, y pueden disponer de una estructura electrónica de menor coste. Sin embargo, dado el cada vez menor precio de los conmutadores Ethernet, no está claro del todo que esto siga siendo así.
Desafortunadamente, a diferencia de las PON ATM definidas por FSAN, la operación Ethernet sobre redes punto a multipunto no está todavía definida. Las interfaces Ethernet actuales precisan que la red subyacente esté basada en enlaces punto a punto o en una topología peer-to-peer compartida. Por ello, habrá que evitar con nuevos desarrollos que no impida cumplir las funciones de protocolos de nivel superior, como el de bridging IEEE 802.1.

- Ethernet Óptica punto a punto de larga distancia. El objetivo técnico consiste en estandarizar operaciones de 1.000 Mbps (1000BaseX) Ethernet sobre una sola fibra, en vez de sobre un par de fibras, a distancias iguales o superiores a 10 Kilómetros. Esta nueva interfaz de nivel físico de fibra óptica podría ser empleada para proporcionar interfaces ópticas monomodo de bajo coste, utilizando la mitad del volumen de fibra requerida hoy para Gigabit Ethernet al doble de distancia de la especificada actualmente por los estándares. Para ello, se optimizarán las interfaces ópticas monomodo 1300 nm y 1550nm.


Accesos ópticos Ethernet
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Las plataformas inteligentes de acceso óptico permiten a las empresas adaptar y configurar servicios proporcionados sobre una red óptica.

1- Múltiples tráficos llegan a un único puerto Ethernet.
2- La plataforma inteligente de acceso óptico segrega los servicios y proporciona mediación de protocolo a cada uno de ellos.
3- En función de su respectivo protocolo, a cada servicio se le asigna un camino SONET/SDH diferente.
4- La red de transmisión transporta los caminos SONET/SDH hasta el correspondiente conmutador POP (punto de presencia).
5- El conmutador POP soporta los distintos servicios.


Ethernet Óptica en redes metropolitanas
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Las redes metropolitanas (MAN) basadas en Ethernet Óptica podrán entregar tráficos de voz y datos a través de una troncal 10 Gigabit Ethernet.

1- El usuario se conecta a la MAN a través de un enlace Fast Ethernet o Gigabit Ethernet.
2- Al tráfico entrante se le asigna una sola etiqueta (tag) de destino, así como prioridad.
3- Gestión del servicio.


La opinión de los expertos
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- Gartner Group. “Los ingresos mundiales por MAN Ethernet serán de alrededor de 50.000 millones de dólares en 2005. En ese momento, la tecnología estará presente en más del 20% de las grandes y medianas empresas.“ (The Ethernet MAN Service Opportunity, 2001).

- Epoch Partners. “Con Ethernet óptico se pueden conseguir redes más integradas y más fáciles de gestionar y escalar, con bajos costes de transmisión. Permite crear servicios con una calidad precio/rendimiento revolucionario.“ (Metro Optical Networking Providers: Bringing Light To The Metro Massess, 2001).

- Probe Research. “Los servicios Ethernet en la WAN y la MAN están ganando popularidad porque ofrecen más ancho de banda y un mejor método de aprovisionamiento, sin conversión de protocolos y por menos dinero.“ (2001: An Ethernet Protocol Odyssey, 2001).

- Analysys Research. “Las MAN actuales han de eliminar sus cuellos de botella, y para ello han de adoptar nuevas tecnologías. Creemos que Gigabit Ethernet podría ser esta tecnología.“ (Gigabit Ethernt: the solution to the MMAN bandwidth bottleneck, 2001).