Componentes de arquitectura de referencia
Los elementos arquitectónicos del diseño del borde de banda ancha que permiten la consolidación de elementos y servicios en el borde incluyen elementos de diseño de red, soporte para protocolos de acceso heredados y modernos, e interoperabilidad sin problemas con la red metropolitana o de agregación.
Esta sección aborda cada una de estas áreas, trabajando desde la capa de acceso hacia adentro hasta el borde de banda ancha, cubriendo áreas clave donde el diseño se puede optimizar para permitir operaciones más eficientes y ahorros de costos. Esta descripción resume los puntos clave de la consideración del diseño arquitectónico en la red de banda ancha más grande.
Los componentes de la arquitectura de referencia se describen en las secciones siguientes:
Descripción general de componentes
El borde de banda ancha se divide en varios niveles de operación y configuración, como se ilustra en la figura 1. La red doméstica y las capas de acceso proporcionan el punto de entrada del suscriptor a la red de banda ancha. La capa de agregación sirve para multiplicar a los suscriptores en un solo enlace o grupo de enlaces para la eficiencia del transporte. El borde de banda ancha es el nivel de la red donde se produce gran parte del aprovisionamiento de servicios. Los suscriptores se diferencian en esta capa de la red y se asignan a perfiles de servicio en función de sus servicios autorizados. Por lo general, esta diferenciación se logra mediante un intercambio entre la puerta de enlace de red de banda ancha (BNG) y el servidor RADIUS para autenticar y habilitar servicios dinámicamente por suscriptor. El núcleo proporciona transporte, y varios recursos proporcionan contenido (centro de datos del proveedor, cabecera de video, etc.).
del borde de banda ancha
La arquitectura de referencia de red de banda ancha de Juniper Networks admite modelos de despliegue de BNG distribuidos, centralizados e híbridos.
Red doméstica y de acceso
La red doméstica sirve como punto de control de los suscriptores residenciales para su experiencia de banda ancha. El suscriptor residencial a menudo compra varias ofertas de servicios que se combinan en algo llamado servicios multiplay (o triple play). Estas ofertas a menudo incluyen Internet de alta velocidad, voz sobre IP (VoIP), televisión por protocolo de Internet (IPTV) y video bajo demanda (VoD). Los dispositivos de red doméstica incluyen:
Módem de banda ancha: La línea de demarcación en la red de banda ancha, que termina como Ethernet o Coax, Terminal de Red Óptica Pasiva (PON) / Unidad de Red de Red Óptica (ONT/ONU) o DSL. Este es el módem de cable/DSL/PON.
Enrutador para equipo residencial en las instalaciones del cliente (CPE): este es el enrutador doméstico o puerta de enlace residencial.
Punto de acceso Wi-Fi: Los usuarios residenciales utilizan Wi-Fi incorporado o un punto de acceso discreto para proporcionar acceso inalámbrico a clientes domésticos como teléfonos inteligentes, impresoras, consolas de juegos y otros electrodomésticos. La función de acceso Wi-Fi a menudo se integra en la puerta de enlace de enrutamiento CPE doméstica.
Clientes de la red doméstica: los dispositivos domésticos que utilizan el servicio de banda ancha. Estos incluyen computadoras domésticas, decodificadores, impresoras, consolas de juegos, DVR, reproductores multimedia y cámaras de video, por nombrar algunos. Esta lista continúa expandiéndose.
La red doméstica se conecta a la red de acceso. Existen muchas tecnologías de acceso de banda ancha para el acceso de banda ancha, incluida la línea de abonado digital (DSL), el acceso por cable y las redes ópticas pasivas (PON). La función clave en la red de acceso es la multiplexación y demultiplexación de múltiples suscriptores (cientos o miles) a través de la red de agregación y hacia el borde de banda ancha para la prestación de servicios.
El abonado accede a la red a través de un protocolo de acceso. Tradicionalmente, el protocolo punto a punto sobre Ethernet (PPPoE) se ha empleado para permitir el acceso de suscriptores, aunque el modelo actual se inclina cada vez más hacia el protocolo de Internet sobre Ethernet (IPOE), que generalmente se basa en el protocolo de configuración dinámica de host (DHCP). Tanto PPPoE como IPoE/DHCP están respaldados por el Foro de Banda Ancha. Consulte la figura 2 para ver una ilustración de las interfaces orientadas a la WAN.
de banda ancha
Los mecanismos de transporte ayudan a establecer sesiones entre suscriptores y servicios. Los mecanismos de transporte permiten que varias funciones clave de la red de banda ancha incluyan el establecimiento del vínculo físico y la sesión, la autenticación, la autorización, la identificación del usuario y la supervisión de la red. Las sesiones se pueden utilizar para administrar la conexión del suscriptor a la red.
Si bien tanto PPPoE como IPoE se utilizan hoy en día, el método utilizado en el diseño prospectivo es IPoE, ya que se implementa fácilmente.
En la red de acceso, cada abonado dispone de un circuito discreto, o conexión, a la red de banda ancha. En algún momento, todos estos suscriptores deben converger en un único punto de agregación de servicios (un solo dispositivo o un grupo de dispositivos) para el transporte hacia y desde los servicios a los que están suscritos. El tráfico debe agregarse a un único transporte, manteniendo la separación entre el tráfico de suscriptores. Esto se hace mediante la agregación de LAN virtual (VLAN) en la capa de acceso. Hay un par de opciones para el diseño de VLAN. La VLAN de servicio (S-VLAN) proporciona una VLAN dedicada para cada servicio. En este modelo, varios suscriptores comparten VLAN individuales (los suscriptores de video, por ejemplo, recibirían servicios de video de una sola VLAN de IPTV). La VLAN del cliente (C-VLAN) utiliza una VLAN dedicada para cada suscriptor u hogar individual. Esto suele denominarse modelo 1:1 porque cada VLAN está asociada a un único cliente, como se muestra en la figura 3.
La red de agregación en esta arquitectura de solución asume un modelo C-VLAN 1:1. La etiqueta VLAN externa representa todo el tráfico del nodo de acceso y la etiqueta VLAN interna representa cada hogar del suscriptor. Este diseño permite una escala óptima de suscriptores en el borde de banda ancha.
Existen varios métodos de aprovisionamiento de tipos de VLAN para agregar tráfico de usuarios. Los requisitos de ancho de banda a menudo dictan la necesidad de implementar tanto C-VLAN como S-VLAN, y la arquitectura de la solución de borde de banda ancha de Juniper Networks admite ambos. Debido a la amplia gama de servicios y requisitos de ancho de banda de las redes multiplay modernas, recomendamos la implementación de la arquitectura VLAN híbrida (H-VLAN) para optimizar los medios en tiempo real y el tráfico de Internet.
Red de agregación
Los distintos nodos de acceso suelen agregarse en menos conexiones para un transporte óptimo al borde de banda ancha. La agregación se puede hacer de varias maneras. En algunos casos, tiene sentido conectar directamente los nodos de acceso (DSLAM, OLT, etc.) al borde de banda ancha. También se puede utilizar una topología de base dual, donde cada nodo de acceso está conectado de forma redundante en un nodo de agregación; El nodo de agregación en sí está conectado como una malla completa o parcial, con múltiples conexiones existentes entre cada uno de los enrutadores de agregación. Finalmente, se puede emplear una topología de anillo. En una topología de anillo, los nodos de agregación se conectan de forma redundante entre sí en un anillo, formando una ruta de redundancia derecha e izquierda. Algunos diseños de acceso/agregación emplean anillos ópticos y tecnología de multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM). En este diseño, los nodos de acceso se agregan directamente a los anillos ópticos. La topología recomendada se basa en el costo y la necesidad de resistencia, aunque la topología en anillo ofrece la mejor combinación de redundancia y optimización de costos, ya que proporciona rutas redundantes para el tráfico y menos interconexiones. Un enfoque en la simplicidad debería guiar cualquier diseño de red de agregación eficaz, ya que este nivel de red solo sirve para agregar suscriptores a la red de borde. La solución de borde de banda ancha de Juniper Networks da cabida a todas estas opciones de agregación.
Red perimetral
Es en el borde de banda ancha donde se produce gran parte de la funcionalidad de la arquitectura de referencia. El borde de banda ancha es el nivel de la red donde se utilizan los BNG para realizar la administración de suscriptores, incluidas las funciones de agregación de sesiones y circuitos, autenticación/autorización/contabilidad (AAA), políticas y administración de tráfico, entre otras. Los BNG también administran el direccionamiento y la conexión del servicio, y manejan la multiplexación y demultiplexación del tráfico hacia y desde el suscriptor individual.
Esta sección consta de las siguientes subsecciones:
- Puertas de enlace de red de banda ancha
- Interfaces lógicas
- Mejoras de DHCP
- Puntos de prestación de servicios
Puertas de enlace de red de banda ancha
Un área importante de consideración de diseño es la colocación de BNG en la red; Deben colocarse de manera que optimicen la activación y el archivo adjunto del servicio. En un modelo BNG centralizado, un BNG se coloca en el punto de presencia (POP), cerca de la red central. Un modelo distribuido coloca los BNG en CO mucho más cerca del suscriptor. En un modelo híbrido, los BNG se colocan cerca del suscriptor y en el POP, dependiendo de la densidad del suscriptor y los requisitos de ancho de banda de la oficina de servicio. Estos tres modelos se muestran en la Figura 4. La arquitectura de borde recomendada es el modelo híbrido, ya que permite la mejor combinación de flexibilidad e impacto en el servicio y se puede adaptar para adaptarse tanto a la huella de servicio como a la carga de tráfico más fácilmente que los modelos distribuidos o centralizados. En cualquier caso, la arquitectura de la solución de borde de banda ancha de Juniper Networks y el BNG de la serie MX admiten todas estas opciones.
Cada uno de estos modelos tiene compensaciones. El modelo BNG distribuido aumenta el número de dispositivos a medida que se requieren más BNG, aunque el costo se puede mitigar un poco porque el BNG distribuido sirve como un enrutador de preagregación, minimizando las interconexiones en la capa de agregación. El modelo BNG centralizado requiere menos dispositivos en el borde de la red; Sin embargo, este enfoque podría resultar en costos potencialmente más altos en la capa de agregación. El principal beneficio del modelo BNG híbrido, donde se emplea una mezcla de BNG centralizados y distribuidos, es la flexibilidad. El modelo híbrido permite que un BNG central se emplee de manera eficiente en un área de baja densidad de suscriptores o en un nuevo mercado. En áreas con alta densidad, se puede emplear un BNG distribuido. Otro valor de una arquitectura híbrida, especialmente cuando se trata de MPLS sin problemas, es que el borde del servicio se puede colocar en la ubicación que sea más adecuada para el servicio que se está terminando. Esto permite la entrega de una arquitectura metropolitana unificada que puede terminar diferentes servicios en diferentes modelos en la misma infraestructura. Por ejemplo, podría ser deseable terminar el acceso a Internet de alta velocidad muy cerca del núcleo en un BNG centralizado, mientras que los servicios que tienen requisitos muy estrictos de latencia y ancho de banda alto, como IPTV, VoD y VoIP, se pueden terminar en un BNG distribuido para permitir la distribución directa al recurso apropiado en la red del proveedor. La cartera de enrutadores de borde universal 3D serie MX de Juniper Networks es compatible con todos estos modelos. Además, admiten servicios móviles y empresariales que permiten la consolidación de la red.
Interfaces lógicas
El BNG utiliza interfaces lógicas para realizar un seguimiento de los datos adjuntos del suscriptor. El uso de interfaces lógicas proporciona un identificador, o ancla, para asignar funciones de políticas y control, como filtros por servicio de suscriptor y políticas de calidad de servicio (QoS). Las interfaces lógicas de suscriptor generalmente se crean después de una autenticación y autorización correctas. Debido a que las interfaces lógicas son un recurso limitado tanto a nivel de tarjeta de línea como a nivel de plataforma, el método por el cual los suscriptores terminan en el BNG tiene consecuencias en términos de escalabilidad del BNG.
Los resultados de las pruebas de escala dependen en gran medida de la configuración que se está probando. Variables como la escala de ruta, los tipos y números de filtro, la contabilidad y las estadísticas, y las políticas/QoS pueden afectar a los resultados de escalado. Se recomienda encarecidamente realizar pruebas de laboratorio y de prueba de concepto para validar las configuraciones del cliente y comparar el escalado alcanzable.
La solución de borde de banda ancha de Juniper Networks utiliza un modelo de acceso de demultiplexación de VLAN, en el que se consume una única interfaz lógica, independientemente de la implementación de la pila o la configuración del lado de acceso. La Tabla 1 destaca las diferencias entre los diversos modelos de acceso.
Arquitectura de VLAN |
Protocolo de acceso |
Configuración de BNG |
Tipo de interfaz lógica |
Origen de la dirección IP |
AAA |
|---|---|---|---|---|---|
VLAN del cliente |
IPoE |
Servidor local DHCP |
VLAN |
Piscina local o RADIUS |
VLAN y/o DHCP |
Relé DHCP |
VLAN |
Servidor DHCP externo |
VLAN y/o DHCP |
||
Pppoe |
Servidor local PPPoE |
PPP |
Piscina local o RADIUS |
VLAN y/o DHCP |
|
Relé PPP (L2TP LAC) |
Sesión L2TP |
— |
VLAN y/o DHCP |
||
VLAN compartida |
IPoE |
Servidor local DHCP |
IP Demux o ACI-set VLAN |
Piscina local o RADIUS |
VLAN y/o DHCP |
Relé DHCP |
IP Demux o ACI-set VLAN |
Servidor DHCP externo |
VLAN y/o DHCP |
||
Pppoe |
Servidor local PPPoE |
PPP |
Piscina local o RADIUS |
VLAN y/o DHCP |
|
Relé PPP (L2TP LAC) |
Sesión L2TP |
— |
VLAN y/o DHCP |
Mejoras de DHCP
Los elementos arquitectónicos del diseño de borde de banda ancha que permiten la consolidación de servicios en el borde incluyen el diseño de red, la compatibilidad con protocolos de acceso heredados y actuales, y la interoperabilidad con la red de agregación. Comenzando en la capa de acceso de la red, un requisito para la nueva arquitectura de borde es la compatibilidad con una combinación de protocolos de acceso, incluidos PPPoE e IPoE/DHCP.
La capacidad de la red para identificar a un suscriptor y adjuntar los servicios apropiados implica identificar al usuario, autenticarlo y autorizarlo, y establecer una sesión a través de la interfaz lógica. En las redes tradicionales de banda ancha estas acciones se realizaban utilizando PPPoE. Ahora, los proveedores se están moviendo más hacia el uso de IPoE (que depende de DHCP), especialmente para el servicio de voz y video. Consulte la figura 2.
Aunque al IPoE le falta un aspecto clave que es inherentemente compatible con PPPoE (a saber, un mecanismo de monitoreo y mantenimiento de la sesión IP), proporciona beneficios al proveedor de banda ancha y al suscriptor y es un sustituto apropiado en algunos casos. Broadband Forum TR-146 Subscriber Sessions es una buena referencia para obtener más información. Es importante tener en cuenta que la adopción generalizada de DHCP también está impulsada por la necesidad de consolidar las redes de borde residenciales y empresariales en un solo borde universal. A la luz de esa unidad, el soporte para DHCP para manejar suscriptores residenciales y comerciales es esencial.
La solución de borde de banda ancha de Juniper Networks incorpora un amplio conjunto de mejoras específicas de DHCP que abordan muchos de los desafíos de DHCP ya analizados, incluyendo:
Monitoreo de sesión de IPoE/DHCP y recuperación acelerada de sesiones
Integración de la sesión DHCP con AAA/RADIUS y capas de políticas, por ejemplo, función de reglas de cobro y políticas (PCRF) y cambio de autorización (CoA) de RADIUS
Procesamiento de información de bucle de acceso de suscriptores codificada en mensajes de control DHCP
Varios modelos de despliegue de administración de direcciones, como el servidor local DHCP, la retransmisión DHCP y el proxy DHCP
La solución de borde de banda ancha de Juniper Networks también mantiene soporte simultáneo para PPPoE y conexión de suscriptor basada en DHCP. La figura 5muestra el flujo de paquetes en la funcionalidad de autenticación DHCP de Junos OS.
DHCP mejorada
Puntos de prestación de servicios
Otro elemento arquitectónico y consideración de diseño es la ubicación de puntos de prestación de servicios dentro de una red de banda ancha. Se puede utilizar una arquitectura de un solo borde o de varios bordes y, para la redundancia con estado, se puede emplear un diseño de chasis virtual.
En una arquitectura de múltiples bordes, se implementa un BNG por servicio. Por ejemplo, se podría implementar un BNG para el acceso a Internet de alta velocidad; es posible que se configure otro para IPTV y VoD. Esto permite la separación física de los perfiles de tráfico y los requisitos, aunque impone un gasto adicional en el sentido de que cada dispositivo perimetral debe conectarse de forma redundante a la red de retorno o agregación, como se muestra en la figura 6.
de red multiborde
Como alternativa, en una arquitectura de un solo borde, un solo BNG admite todos los servicios de banda ancha. El concepto de unificar varios servicios en una única plataforma de borde, que se muestra en la figura 7, simplifica el diseño de la red y mejora la administración y los costos.
La serie MX admite arquitecturas de un solo borde y de múltiples bordes, y recomienda un solo borde con un diseño de chasis virtual para la implementación ágil y resistente de todos los servicios. Este enfoque optimiza los gastos de capital y operativos.
de un solo borde
Núcleo
El diseño de la red principal y los recursos es algo periférico a la discusión, pero puede afectar las decisiones de diseño. En muchos casos, MPLS se utiliza como transporte para todas las redes centrales. Un concepto que está ganando adeptos es el uso de MPLS sin fisuras. La MPLS perfecta permite al proveedor diseñar y operar una verdadera red de extremo a extremo que aprovecha las fortalezas y capacidades de MPLS en cada capa. Este enfoque es totalmente compatible con la arquitectura de la solución de borde de banda ancha de Juniper Networks.
Borde universal de Juniper Networks
La solución de borde de banda ancha de Juniper Networks forma parte de una solución de borde universal más amplia. El borde universal es una arquitectura consolidada que une múltiples redes de borde en un diseño de borde único y unificado. Si bien esta arquitectura de referencia cubre solo el segmento de borde de banda ancha, los proveedores que operan en múltiples segmentos empresariales pueden multiplicar los ahorros de costos y eficiencia de un segmento y aprovechar esa optimización en cada segmento. Aunque muchos proveedores de servicios manejan estas redes como entidades discretas, con Juniper Networks Universal Edge, el borde de la red puede servir a todos los segmentos, lo que reduce la necesidad de redes redundantes y contribuye a reducir los gastos operativos y de capital. El borde de banda ancha es una introducción al borde universal para muchos proveedores. Ver este mismo nivel de optimización operativa y de costos en cada uno de los segmentos empresariales y unificar el funcionamiento de la red de borde puede revolucionar un negocio.
Incluso en los casos en que se mantienen redes de borde separadas, la capacidad de usar una sola plataforma de borde, el enrutador de borde universal 3D de la serie MX, reduce los gastos operativos al simplificar y agilizar las tareas de ahorro, mantenimiento, actualización y solución de problemas.