Protección de enlaces

La protección de enlaces está diseñada para proteger las redes de fallas. Las fallas en redes de alta velocidad siempre han sido una preocupación de máxima importancia. Un solo corte de fibra puede provocar grandes pérdidas de tráfico y las técnicas de conmutación de protección se han utilizado como la fuente clave para garantizar la supervivencia de las redes. La supervivencia se puede abordar en muchas capas de una red y la protección se puede realizar en la capa física ( SONET/SDH , red de transporte óptico ), la capa 2 ( Ethernet , MPLS ) y la capa 3 ( IP ).

Las arquitecturas de protección, como la protección de ruta y la protección de enlace, protegen las redes mencionadas anteriormente de diferentes tipos de fallos. En la protección de ruta, se utiliza una ruta de respaldo desde el origen hasta su destino para evitar el fallo. En la protección de enlace, los nodos finales del enlace fallido inician la protección. Estos nodos detectan el fallo responsable de iniciar los mecanismos de protección para desviar el tráfico afectado del enlace fallido hacia rutas reservadas predeterminadas. Otros tipos de protección son la protección de canal, de segmento y de ciclo p .

En las redes de transporte de alta velocidad más antiguas, la capa SONET (también SDH) era la capa principal de multiplexación por división de longitud de onda (WDM) del cliente. Por este motivo, antes de que se definieran los esquemas de protección WDM, los mecanismos de protección SONET se adoptaban principalmente para garantizar la supervivencia de la red óptica. Cuando se creó la capa WDM, las técnicas de supervivencia de las redes ópticas en consideración se basaban principalmente en muchos elementos de protección SONET para garantizar la máxima compatibilidad con los sistemas heredados (sistemas SONET). Por lo tanto, algunas de las técnicas de protección de la capa WDM son muy similares a las técnicas de protección SONET/SDH en el caso de las redes en anillo . ^[1]

En caso de fallo de un enlace o red, el mecanismo más simple para la supervivencia de la red es la conmutación automática de protección (APS). Las técnicas APS implican reservar un canal de protección (dedicado o compartido) con la misma capacidad del canal o elemento que se está protegiendo. ^[2] Cuando se utiliza una técnica de protección compartida, se necesita un protocolo APS para coordinar el acceso al ancho de banda de protección compartido. ^[3] Un ejemplo de una arquitectura de protección basada en enlaces en la capa de red de transporte óptico es un anillo conmutado de línea bidireccional (BLSR). En un BLSR, cada enlace puede transportar tanto el tráfico de trabajo como el de respaldo al mismo tiempo y, por lo tanto, no requiere enlaces de respaldo. A diferencia de un UPSR (consulte SONET ), en un BLSR, en circunstancias normales, la fibra de protección no se utiliza y esto es beneficioso para los ISP, ya que pueden usar la fibra de protección para enviar tráfico de menor prioridad (usando ancho de banda de protección) como tráfico de datos y tráfico de voz.

Existen dos arquitecturas para los BLSR: el BLSR de cuatro fibras y el BLSR de dos fibras. En un BLSR de cuatro fibras, dos fibras se utilizan como fibras de trabajo y las otras dos como fibras de protección, para ser utilizadas en caso de falla. Los BLSR de cuatro fibras utilizan dos tipos de mecanismos de protección durante la recuperación de fallas, a saber, conmutación en anillo y conmutación en tramo. En la conmutación en tramo, cuando falla la fuente o el destino en un enlace, el tráfico se enruta a la fibra de protección entre los dos nodos en el mismo enlace y cuando se corta una fibra o un cable, el servicio se restablece utilizando el mecanismo de conmutación en anillo.

En un BLSR de dos fibras, las fibras de protección están contenidas dentro de las fibras de trabajo (como en un BLSR de cuatro fibras) y ambas fibras se utilizan para transportar el tráfico de trabajo mientras se mantiene solo la mitad de la capacidad en cada fibra para fines de protección. Los BLSR de dos fibras también se benefician de la conmutación en anillo, pero no pueden realizar la conmutación de tramos como un BLSR de cuatro fibras.

Debido a su eficiencia en la protección, los BLSR se implementan ampliamente en redes de larga distancia e interoficinas, donde el patrón de tráfico está más distribuido que en las redes de acceso. La mayoría de los operadores metropolitanos han implementado BLSR de dos fibras, mientras que muchos operadores de larga distancia han implementado BLSR de cuatro fibras, ya que pueden manejar más carga que los BLSR de dos fibras. ^[1]

Las técnicas mencionadas anteriormente para redes SONET y WDM también se pueden aplicar a arquitecturas de redes en malla , siempre que existan descomposiciones en anillo para las arquitecturas en malla y se utilicen esquemas de conmutación de protección bien definidos para restablecer el servicio cuando se produce una falla. Las tres técnicas de protección basadas en anillo más notables para redes en malla son las coberturas en anillo, las coberturas dobles de ciclo y los ciclos p (ciclos de protección preconfigurados).

El objetivo principal de la técnica de cobertura de anillo es encontrar un conjunto de anillos que cubra todos los enlaces de la red y luego utilizar estos anillos para proteger la red contra fallas. Algunos enlaces de red en la cobertura de anillo pueden usarse en más de un anillo, lo que puede causar redundancia adicional en la red y, por este motivo, la reducción de la redundancia es el objetivo principal de esta técnica.

La técnica de doble cobertura cíclica proporciona una fibra de protección para cada fibra activa (como en los anillos SONET) manteniendo una redundancia del 100 %. Esta técnica se propuso inicialmente para eliminar el problema de redundancia adicional causado por el esquema de cobertura en anillo. ^[4]

La técnica de los p-ciclos se basa en la propiedad de un anillo de proteger no solo sus propios enlaces, sino también cualquier enlace posible que conecte dos nodos de anillo no adyacentes, llamados enlaces cordales. Al hacer esto, los p-ciclos reducen la redundancia necesaria para proteger una red en malla contra fallas de enlaces. Hay dos tipos de p-ciclos, a saber, p-ciclos de enlace y p-ciclos de nodo. Los p-ciclos de enlace protegen todos los canales de un enlace, mientras que un p-ciclo de nodo protege todas las conexiones que atraviesan un nodo.

Una de las mejores características de los p-ciclos es su capacidad de permitir ahorros en recursos de reserva y también se reconocen como las estructuras de protección más eficientes en cuanto a minimización de capacidad. Sin embargo, la planificación de p-ciclos es un problema NP-hard y no es escalable. ^[1]

Otra técnica denominada técnica de bucle invertido generalizado se puede incluir en los enfoques basados ​​en anillos. Aunque no se considera estrictamente como una de las técnicas de protección de anillos basadas en malla, su uso de una operación de bucle invertido es similar a la operación APS en anillos para cambiar la señal de funcionamiento a la capacidad redundante. ^[4]

Los enlaces Ethernet utilizan la agregación de enlaces como mecanismo para recuperarse de fallos. Incluso cuando un enlace falla, su capacidad de enlace se reduce, pero el sistema de comunicación sigue funcionando sin interrupciones en el flujo de datos. ^[5]

Otros términos utilizados para describir la agregación de enlaces incluyen IEEE 802.1ax (antes conocido como 802.3ad ), agrupación de enlaces o agrupación de NIC .

En los últimos años, las redes basadas en paquetes dieron un gran salto y casi todos los servicios que se ofrecen (voz, IP-TV, etc.) se basan en IP. Esto se debe a que la capa IP ha proporcionado durante mucho tiempo servicios de máximo esfuerzo. ^[3]

IP utiliza un enrutamiento dinámico de paquetes, salto a salto, y si hay una falla en el enlace, los protocolos de enrutamiento ( OSPF o IS-IS ) funcionan de manera distribuida y actualizan la tabla de enrutamiento en cada enrutador del dominio. Este proceso puede volverse lento y causar grandes demoras en la red. Para evitar una recuperación lenta, cada enlace IP se puede proteger utilizando protocolos en los niveles inferiores que ayudarán a los enlaces IP a recuperarse por sí solos en lugar de esperar a que cambie la tabla de enrutamiento IP. Por ejemplo, los enlaces IP se pueden realizar mediante MPLS protegido utilizando rutas conmutadas por etiquetas (LSP) (IP sobre MPLS).

Las redes basadas en MPLS utilizan el redireccionamiento rápido como mecanismo de resiliencia de la red. En el redireccionamiento rápido de MPLS , los datos de MPLS pueden dirigirse para evitar una falla de enlace sin necesidad de realizar ninguna señalización cuando se detecta una falla.

Una forma de redireccionamiento rápido se denomina protección de enlace. ^[6] En esta protección, se establece un túnel LSP a través de la red para proporcionar una copia de seguridad de un enlace físico vulnerable. El LSP proporciona un enlace virtual paralelo. Cuando el enlace físico falla, el nodo ascendente conmuta el tráfico al enlace virtual para que los datos sigan fluyendo con una interrupción mínima.

La capacidad del LSP de respaldo debe ser suficiente para transportar los LSP protegidos. Dependiendo de los LSP, la capacidad debe configurarse. Por ejemplo, si se deben proteger todos los LSP, la capacidad neta debe ser igual al ancho de banda del enlace protegido. De esta manera, el ancho de banda de respaldo aumentaría si se protegieran varios enlaces. Por otro lado, al dejar algunos LSP sin protección sobre el enlace, se puede reducir el ancho de banda de respaldo. ^[6]

• SONET
• Enrutamiento y asignación de longitud de onda
• Redes ópticas de múltiples longitudes de onda
• Red de malla óptica
• Red de transporte óptico
• Protección local MPLS