7. Metro Ethernet

Ethernet tiene sus orígenes en la prestación de conectividad de red sin embargo, este fue diseñado para utilizarse sólo sobre infraestructuras específicas de corta distancia y no para servicios de área amplia. Metro Ethernet es la siguiente generación de redes Ethernet el cual está destinado a brindar servicios de conectividad en redes de área metropolitana y amplia (MAN/WAN), incluyendo herramientas adicionales que siempre han faltado en las tecnologías Ethernet, pero estaban disponibles en otras tecnologías existentes, tales como SONET/ SDH. Con la introducción de los servicios de Metro Ethernet, los proveedores de servicios comenzaron a usar esta tecnología Ethernet para proporcionar "servicios" Ethernet. Mientras que el protocolo Ethernet IEEE 802.3 se sigue utilizando, se adicionaron atributos y parámetros relacionados a Ethernet con el fin de crear los servicios Ethernet.

A Metro Ethernet también se le conoce como Carrier Ethernet, el nombre fue cambiado por el Metro Ethernet Forum (MEF) debido que las redes Carrier Ethernet pueden abarcar cualquier área geografía desde regionales hasta intercontinentales y no se limitan a solo las áreas metropolitanas.

El MEF indica que Metro/Carrier Ethernet es un servicio definido por 5 atributos que lo diferencia del Ethernet 802.3:

a. Servicios Estandarizados. Permiten que los suscritores, proveedores de servicio y operadores se coordinen con el fin de lograr conectividad de datos basada en Carrier Ethernet entre múltiples sitios de abonados a través de múltiples redes de los operadores.

b. Escalabilidad. Permite la conectividad de datos a cualquier cantidad de sitios de usuarios finales a cualquier distancia ya sea metropolitana, regional, nacional o internacional utilizando Carrier Ethernet. También cuenta con una amplia gama de velocidades de la interfaz para soportar la demanda de tráfico y permitir el crecimiento de la red.

c. Confiabilidad. Permite a los usuarios finales depender de Carrier Ethernet para administrar sus negocios y aplicaciones críticas.

d. Gestión de Servicios. Permite desenrollar, mantener y troubleshoot (resolver problemas) los servicios de conectividad de datos basados en Carrier Ethernet de manera eficaz y económica.

e. Calidad de Servicio. Permite el uso de una sola red para ejecutar múltiples servicios a múltiples usuarios finales que ejecutan una amplia variedad de aplicaciones con diferentes requerimientos de ancho de banda y latencia, todo mediante el uso de Carrier Ethernet.

7.1 Servicios Ethernet

El modelo de referencia básico para los servicios Ethernet se muestra en la Figura 1. El servicio Ethernet es proporcionado por la red Metro Ethernet (MEN) y el suscritor (Customer Edge o CE) está vinculado a la red por medio del User Network Interface (UNI) utilizando los

estándares de 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps o 10Gbps Ethernet. La definición técnica de servicio está en términos de lo que se refleja a la salida de cada suscriptor.

Figura 1. Modelo de básico del servicio Ethernet.

La UNI es el punto de demarcación física entre la responsabilidad del proveedor de servicios y la responsabilidad del suscriptor. El suscritor y la red Metro Ethernet intercambian tramas de servicio a través de la UNI. Una trama de servicio es una trama Ethernet transmitida a través del UNI hacia el proveedor de servicios o del UNI hacia el suscriptor. La trama de servicio consiste en el primer bit de la dirección MAC de destino hasta el último bit de Frame Check Sequence.

Figura 2. User Network Interface (UNI) y Ethernet Virtual Connection (EVC).

La conectividad de entre los UNI es especificada por el Ethernet Virtual Connection (EVC). La MEF define al EVC como la asociación entre dos o más UNI. En otras palabras, un EVC realiza dos funciones:

Conectar dos o más sitios permitiendo la transferencia de tramas de servicio Ethernet entre ellos.

Prevenir la transferencia de datos entre sitios que no son parte del mismo EVC. Esto le brinda al EVC la capacidad de proporcionar privacidad y seguridad a los datos de manera similar que en Frame Relay y ATM.

La MEF define tres tipos de conexiones EVC:

Punto-a-punto (Point-to-point). Multipunto-a-multipunto (Multipoint-to-multipoint). Punto-a-multipunto (Rooted multipoint).

Otro componente de la red Metro Ethernet es la interface externa red-a-red (External Network-to-Network Interface o ENNI). El ENNI es el punto de demarcación física entre dos o más proveedores de la red Metro Ethernet para conectar sus redes Metro Ethernet.

Figura 3. External Network-to-Network Interface (ENNI).

7.2 Marco de Definiciones del Servicio Ethernet

Para un mayor entendimiento de los servicios Ethernet la MEF desarrolla un marco de definiciones para los servicios Ethernet el cual define y nombra los tipos de servicios Ethernet. Los tipos de servicios Ethernet son construcciones genéricas utilizadas para crear una amplia gama de servicios. Cada tipo de servicios Ethernet tiene un conjunto de atributos que definen las características de los servicios. Estos atributos a su vez también tienen un conjunto de parámetros asociados que proporcionan una variedad de opciones para los diferentes servicios.

Figura 4. Marco de definiciones del servicio Ethernet.

La MEF define tres tipos de servicios Ethernet, cuales son, Ethernet Line (E-Line), Ethernet LAN (E-LAN) y Ethernet Tree (E-Tree). Los tipos de servicios son categorías genéricas, dado que puede que abarque diferentes servicios específicos creados del mismo tipo de servicio

pero a su vez pueden diferir sustancialmente uno del otro. Una forma clave de diferenciar los tipos de servicios es por medio del tipo de conectividad cual es proporcionada por los atributos de servicios Ethernet.

Más de un servicio es definido en cada uno de los tipos de servicios Ethernet. Estos servicios son clasificados en dos categorías Privados y Virtual Privados. En su forma más simple, un UNI está dedicado a una sola instancia de servicio, proporcionando un simple mapeo del tráfico del suscriptor en el servicio, este tipo de servicio es referido como privado y también se le conoce como basado en el puerto, donde la granularidad del servicio es el puerto utilizado para la conectividad del UNI.

Para superar el problema de escalabilidad en los servicios privados, la MEF define los servicios virtuales privados basados en el concepto de VLAN donde cada servicio es identificado por uno o varios CE-VLAN ID, el CE-VLAN representa la identidad del VLAN en puerto Ethernet del suscriptor que esta anexado al UNI. Un servicio virtual significa que un UNI puede enviar múltiples servicios utilizando un solo puerto físico y puede ser ofrecido por cualquier topología. La relación de estos servicios se muestra en la Tabla 1.

Tipo de Servicio Basados en el Puerto Basados en el VLANE-Line

(EVC punto-a-punto)Ethernet Private Line

(EPL)Ethernet Virtual Private Line

(EVPL)E-LAN

(EVC multipunto-a-multipunto)Ethernet Private LAN

(EP-LAN)Ethernet Virtual Private LAN

(EVP-LAN)E-Tree

(EVC punto-a-multipunto)Ethernet Private Tree

(EP-Tree)Ethernet Virtual Private Tree

(EVP-Tree)Tabla 1. Clasificación de los servicios Ethernet.

7.3 Tipos de Servicios Ethernet

La MEF define tres tipos de servicios Ethernet cuales serán discutidos en las siguiente subsecciones.

7.3.1 Tipo de Servicio Ethernet Line (E-Line)

Cualquier servicio Ethernet que está basado en el EVC punto-a-punto es designado como tipo de servicio E-Line. El tipo de servicio E-Line está ilustrado en la Figura 5.

Figura 5. Tipo de servicio E-Line utilizado EVC punto-a-punto.

Los tipos de servicio E-Line es la base para una amplia gama de servicios punto-a-punto. El servicio E-Line puede proporcionar un ancho de banda para transmitir datos en cualquier dirección sin garantías de rendimiento, por ejemplo el servicio “best effort” entre dos UNI de 10Mbps. En forma más sofisticada, el servicio E-Line se puede dar entre dos UNI con diferentes velocidades de línea cuales se definen con garantías de rendimiento tales como Committed Information Rate (CIR) con un Committed Burst Size (CBS) asociado, Excess Information Rate (EIR) con un Excess Burst Size (EBS) asociado, retardo, variaciones de retardo, pérdidas y disponibilidad. E-Line es el servicio Ethernet más popular a causa de su simplicidad.

Servicios que utilizan E-Line:

Ethernet Private Line (EPL) Ethernet Virtual Private Line (EPVL)

El servicio EPL y EPVL proporciona un alto grado de transparencia para las tramas de servicio entre las UNI interconectadas de tal manera que la cabecera y el payload de la trama sean idénticos en el UNI de origen y destino cuando la trama sea entregada. Estos servicios también pueden ser utilizados para remplazar las líneas privadas TDM.

7.3.2 Tipo de Servicio Ethernet LAN (E-LAN)

Suscriptores con múltiples sitios que aparecen estar en una misma LAN, a menudo buscan interconectar todos los sitios a altas velocidades, obtener un rendimiento equivalente en cada uno de los sitios y tener acceso a recursos como servidores y almacenamiento. Con este fin se define el servicio E-LAN cual se basa en el EVC multipunto-a-multipunto. El tipo de servicio E-LAN está ilustrado en la Figura 6.

Figura 6. Tipo de servicio E-LAN utilizado EVC multipunto-a-multipunto.

El servicio E-LAN igual que E-Line proporciona el servicio best effort y también se puede definirse con garantías de rendimiento tales como CIR con un CBS asociado, EIR con un EBS asociado, retardo, variaciones de retardo, pérdidas y disponibilidad.

Servicios que utilizan E-LAN:

Ethernet Private LAN (EP-LAN)

Ethernet Virtual Private LAN (EVP-LAN)

Los servicios EP-LAN y EVP-LAN pueden brindar UNI dedicados o múltiples servicios en un solo UNI, también brinda servicios transparentes LAN y redes privadas virtuales (VPN) multipunto de capa 2. Una ventaja es que el suscriptor puede configurar las VLAN a través de los sitios sin necesidad de coordinar con el proveedor de servicios.

7.3.3 Tipo de Servicio Ethernet Tree (E-Tree)

Suscritores con múltiples sitios pueden que quieran interconectarse para proveer servicios distintitos pero semejantes a los servicios de LAN. Estos servicios son distribuidos desde un sitio centralizado designado como raíz (Root UNI) y el resto de los sitios son como ramas (Leaf UNI). Esto servicios Ethernet están basados en el EVC punto-a-multipunto y se les designan como servicios E-Tree. El tipo de servicio E-Tree se ilustra en la Figura 7.

Figura 7. Tipo de servicio E-Tree utilizado EVC punto-a-multipunto.

El servicio E-Tree puede proporcionar servicios desde una sola raíz a múltiples ramas. Cada rama puede intercambiar datos con una sola raíz. Una trama de servicio que es enviada desde una rama con la dirección de destino de otra rama no es entregada. Este servicio es útil para aplicaciones de acceso a Internet o video sobre IP.

El servicio E-Tree es capaz de soportar más de una raíz. En este escenario, cada rama puede intercambiar datos solo con las raíces. Además, permite que las raíces se comuniquen entre ellas. En este tipo de servicios también se proporciona acceso redundante a la raíz, efectivamente permitiendo mejorar la confiabilidad y flexibilidad en el servicio.

Servicios que utilizan E-Tree:

Ethernet Private Tree (EP-Tree) Ethernet Virtual Private Tree (EVP-Tree)

Los servicios EP-Tree y EVP-Tree disponen de los servicios punto-a-multipunto con menos aprovisionamiento que los servicios EPL y EVPL, además son utilizados para extensos hubs. Además proporciona separación de tráfico entre las ramas.

7.4 Atributos de los Servicios Ethernet

Los atributos de los servicios Ethernet define las capacidades de los tipos de servicios Ethernet. Ciertos atributos pueden ser aplicados en el UNI mientras que otros se aplican al EVC. En esta sección se describirá los atributos más significantes.

7.4.1 Interfaz Física de los Servicios Ethernet

La interfaz física de los servicios Ethernet tiene distintos atributos en el UNI, tales como:

a. Medio Físico. Específica la interfaz física como se define en el estándar IEEE 802.3-2012 excluyendo los medios 1000BASE-PX-D y 1000BASE-PX-U.

b. Velocidad. Específica las velocidades de los estándares Ethernet de 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps y 10Gbps.

c. Modo. Específica si la UNI opera en full-duplex o half-dúplex. Según el MEF 10.3 la capa física debe operar en full-duplex.

d. Capa MAC. Específica qué tipo de capa MAC soporta. Las capas MAC que actualmente soporta los UNI se especifican en el estándar IEEE 802.3-2012.

7.4.2 Perfil del Ancho de Banda

La MEF ha definido que los perfiles del ancho de banda pueden ser aplicados en el UNI y al EVC. El perfil del ancho de banda es la tasa límite al cual las tramas Ethernet pueden atravesar el UNI. Los perfiles del ancho de banda se separan en dos categorías, perfil de ancho de banda de ingreso que es la tasa límite de tramas que entran en la red y el perfil de ancho de banda de egreso que es la tasa límite de tramas que salen de la red. Desde el punto de vista del suscriptor, el perfil de ancho de banda especifica la tasa promedio de las tramas de servicio “comprometidas” y las tramas de “exceso” permitidas en la red del proveedor en el UNI.

Las tramas de servicio enviadas dentro de la tasa “comprometida” son permitidas en la red del proveedor y entregadas con garantías de rendimiento, tales como retardo, disponibilidad y perdida, cuales están especificadas en el acuerdo de nivel de servicio (Service Level Agreement o SLA). Estas tramas de servicio son referidas como “conforme” al perfil de ancho de banda. Las tramas de servicio enviadas dentro de la tasa de “exceso” son permitidas en la red del proveedor y entregadas sin garantías de rendimiento. Estas tramas de servicio son referidas como “no-conforme” al perfil de ancho de banda. Finalmente, las tramas de servicio enviadas fuera de la tasa de “exceso” son descartadas.

Una forma útil de describir si las tramas son “conforme” o “no-conforme” es a través del uso de colores. El color de una trama de servicio se utiliza para identificar la conformidad del perfil de ancho de banda de una trama de servicio en particular.

Una trama de servicio es “verde” si es conforme a la tasa “comprometida” del perfil del ancho de banda. Una trama de servicio es “amarilla” si es no-conforme a la tasa “comprometida”, pero es conforme a la tasa de “exceso” del perfil del ancho de banda. Y una trama de servicio es “roja” si es no-conforme a la tasa “comprometida”, ni a la tasa de “exceso” del perfil de ancho de banda.

La MEF define que los perfiles de ancho de banda consisten en cuatro parámetros de tráfico:

CIR (Committed Information Rate o Tasa de Información Comprometida) CBS (Committed Burst Size o Tamaño de Ráfaga Comprometida) EIR (Excess Information Rate o Tasa de Exceso de Información) EBS (Excess Burst Size o Tamaño de Exceso de Ráfaga)

Figura 9. Modelo ejemplo del perfil de ancho de banda.

El CIR es la tasa promedio al cual las tramas de servicio son enviadas con garantías de rendimiento, tales como, retraso, pérdida, etc. El CIR es una tasa promedio debido que todas las tramas de servicio son enviadas a la velocidad del UNI, por ejemplo, 10 Mbps y no la velocidad del CIR, 2Mbps. El CBS es la cantidad de tramas de servicio que pueden ser enviadas para ser parte del CIR-conforme.

El EIR especifica la tasa promedio (mayor o igual al CIR) al cual las tramas de servicio son enviadas sin garantías de rendimiento. El EIR es una tasa promedio debido que todas las tramas de servicio son enviadas a la velocidad del UNI, por ejemplo, 10 Mbps y no la velocidad del EIR, 8Mbps. El EBS es la cantidad de tramas de servicio que pueden ser enviadas para ser parte del EIR-conforme.

7.4.3 Parámetros de Rendimiento

Los parámetros de rendimiento afectan la calidad de servicio (QoS) experimentada por el suscritor. Los parámetros de rendimiento consisten en los siguientes:

a. Retardo de la Trama. El retardo es un parámetro crítico y puede tener un significante impacto en el QoS para aplicaciones en tiempo real como la telefonía IP. El retardo es definido como el tiempo transcurrido desde el ingreso de del primer bit de la trama de servicio al UNI de entrada, hasta el egreso del ultimo bit de la trama de servicio en el UNI de salida.

b. Variación de Retardo de la Trama. La variación de retardo se deriva de las mediciones de los retardo. La variación del retardo se define como el cambio perceptible de los valores absolutos de retardos de todas las tramas de servicio cualificadas ingresadas en el UNI desde el ingreso del primer bit.

c. Perdida de la Trama. La pérdida es definida como el porcentaje de tramas de servicio CIR-conforme (verde) que no fueron enviadas entre los UNI sobre un intervalo medido.

d. Disponibilidad. Es el porcentaje de tiempo dentro de intervalo de tiempo determinado en el cual la tasa de perdidas es pequeña.

Figura 10. Retardo de las tramas de servicio

7.4.4 Multiplexación de Servicios y Bundling

Hay ciertos atributos de los servicios que influyen en los tipos de servicios y pueden ser definidos en el UNI, los atributos que hablamos son la multiplexación de servicios y bundling.

En un UNI se puede ejecutar uno o múltiples servicios Ethernet dependiendo del atributo que este habilitado. La multiplexación de servicios brinda la posibilidad ejecutar múltiples servicios Ethernet en un solo UNI, este atributo se presenta en los servicios referidos como virtuales privados o basados en el VLAN.

Figura 11. Ejemplo de multiplexación de servicios en el UNI.

El atributo Bundling permite que múltiples CE-VLAN ID estén asociados a un servicio Ethernet en el UNI. All-to-One Bundling es un caso especial de Bundling donde todos los CE-VLAN ID son asignados a un servicio Ethernet. Solo un servicio se puede asociar al UNI y ese servicio

debe ser privado, además este atributo se presenta en los servicios referidos como privados o basados en el puerto.

Estos tres atributos se pueden interrelacionan entre ellos, y en la Tabla 2 explica las combinaciones válidas.

Multiplexación de Servicios

Bundling All-to-One Bundling

Descripción

Habilitada Deshabilitada Deshabilitada Múltiples servicios en el UNI con un solo CE-VLAN ID asignado para cada servicio.

Habilitada Habilitada Deshabilitada Múltiples servicios en el UNI con múltiples CE-VLAN ID asignados para cada servicio.

Habilitada Habilitada Habilitada Configuración no validaHabilitada Deshabilitada Habilitada Configuración no valida

Deshabilitada Deshabilitada Habilitada Servicio privado único en el UNIDeshabilitada Habilitada Deshabilitada Un servicio en el UNI con múltiples CE-VLAN ID

asignados para el servicio.Deshabilitada Habilitada Habilitada Configuración no validaDeshabilitada Deshabilitada Deshabilitada Un servicio en el UNI con un solo CE-VLAN ID

asignado para el servicio.Tabla 2. Relación entre los atributos bundling y multiplexación de servicios.

7.5 Metro Ethernet OAM

OAM (Operaciones, Administración y Mantenimiento) se utiliza en las infraestructuras de red y servicios proporcionados a través de estas infraestructuras de red. El servicio OAM proporciona mecanismos de monitoreo de conectividad y rendimiento de las diferentes entidades tales como enlaces, servicios entre otros dentro de la red Metro Ethernet cuales brindan beneficios para el proveedor de servicios y al suscriptor.

El servicio OAM tiene dos componentes gestión de fallos y monitoreo del rendimiento. El servicio OAM se ha añadido a los servicios Ethernet por medio de los estándares IEEE 802.1Q (originalmente documentado en 802.1ag) e ITU-T Y.1731. Ambos estándares abarcan sobre la gestión de fallo, mientras que el monitoreo del rendimiento es únicamente cubierto por el estándar ITU-T Y.1731. La gestión de fallos se puede utilizar para detectar y aislar fallos en una red, tal como notificar acerca de los fallos. La monitoreo del rendimiento permite medir el rendimiento, retardo, etc. Esto ayuda a verificar y probar el rendimiento de servicio contra el SLA.

7.5.1 Componentes del Servicio Ethernet OAM

Antes de discutir sobre las funciones del servicio Ethernet OAM, hay que describir sus componentes:

ME (Maintenance Entity o Entidad de Mantenimiento) MEG (Maintenance Entity Group o Grupo de Entidades de Mantenimiento) MEP (MEG End Point o MEG Punto Final) MIP (MEG Intermediate Point o MEG Punto Intermedio)

Figura 12. Una red Metro Ethernet punto-a-punto con un despliegue de entidades y puntos de mantenimiento.

MEG se define como un conjunto de puntos conexión/flujo que están situados en el límite de un dominio administrativo o un dominio de protección, o los límites de dos dominios administrativos adyacentes. ME se define como la entidad de entre los puntos de conexión/flujo dentro de MEG. MEP es el punto final de un MEG, el MEP tiene la capacidad de iniciar y terminar las tramas OAM para gestión de fallo y monitoreo del rendimiento. MIP es el punto intermedio en un MEG y es capaz de reaccionar a algunas tramas OAM.

7.5.2 Funciones de Gestión de Fallos

El servicio Ethernet OAM abarca las siguientes funciones de gestión de fallos:

a. Continuity Check Messages (CCM). Los CCM se utilizan para detectar interrupciones en la conectividad entre los MEP en la red Metro Ethernet. Esto se logra por medio de mensajes pulsantes entre los MEP, cuales son remitidos por los MIP. Realizando esta función periódicamente se puede verificar la conectividad.

b. Loopback Message (LBM). Los LBM proporcionan una forman de trasmitir mensajes de petición/respuesta, en orden para verificar la conectividad bidireccional entre los MEP o MIP. A diferencia de CCM, estos mensajes son iniciados por comando del operador.

c. Link Trace Message (LTM). Los LTM son utilizados para aislar fallas en las redes Metro Ethernet. El MEP envía un mensaje LTM a un particular ME, para verificar la conectividad y relación entre MEP/MIP remotos. Los LTM son iniciados por un MEP y todos los puntos de mantenimiento con trayectoria al MEP destino a un mismo nivel OAM responderán.

7.5.3 Funciones de Monitoreo de Rendimiento

Los siguientes parámetros de rendimiento se miden mediante mensajes OAM:

a. Frame Loss Ratio (FLR). El FLR ofrece una forma de determinar la cantidad de tramas perdidas en la red Metro Ethernet sobre una instancia EVC. El FLR es el porcentaje de tramas de servicio no recibidas entre el total de trama de servicio recibidas en un intervalo de tiempo.

b. Frame Delay (FD). El FD permite medir el retardo en la red Metro Ethernet. La unidad de medida es el retardo de ida y vuelta de la trama, medida desde el primer bit transmitido hasta el último bit recibido.

c. Frame Delay Variation (FDV). El FDV es la variación del FD entre los pares de tramas de servicio.