Desarrollo de una herramienta software de gestión/monitorización para una red de datos de cable CATV
INTRODUCCIÓN Y UBICACIÓN TECNOLÓGICA Origen
de las redes CATV Herramientas de control para el buen
funcionamiento de su red Servicios integrales de TV, Internet y
Telefonía
OBJETIVOS Implantación de una plataforma de gestión
/ monitorización basada en software libre e instalada
sobre una máquina Linux. Herramienta útil,
fácil de usar, robusta y fiable para el cable operador.
Desarrollada 100 % en español. Capaz de ejecutarse desde
cualquier parte del mundo tan sólo con un navegador web.
Servir como punto de partida para el desarrollo de nuevas
funcionalidades
SISTEMA DE DATOS CATV Estándares en redes CATV.
Transmisión de datos. Comunicación entre los
distintos elementos. Protocolo MAC.
Estándares en redes CATV Existen estándares que
especifican la utilización de redes CATV para la
transmisión de datos. DOCSIS/EuroDOCSIS y Davic.
frecuencias modulaciones velocidades de transmisión
relación señal-ruido comunicación QoS
(Calidad de servicio) encriptación de la
información
Transmisión de datos en redes CATV (Gp:) RED DE CABLE
(Gp:) CABECERA Receptores, moduladores … ESQUEMA GENERAL DE UNA
RED CATV TV = Servicio unidireccional
Transmisión de datos en redes CATV (Gp:) RED DE CABLE
CABECERA INTERNET RED TELEFONÍA CONVENCIONAL Receptores,
moduladores … RED CATV TRIPLE PLAY TV, Voz, Datos = Servicios
bidireccionales
Transmisión de datos en redes CATV Necesitaremos dos
canales de transmisión diferenciados: información
bajada información subida
Transmisión de datos en redes CATV (Gp:)
INFORMACIÓN BAJADA Canal TV 8 MHz ó 6 MHz la banda
alta de frecuencias Velocidades de hasta 55 Mbps (Gp:)
INFORMACIÓN SUBIDA Canal de diversas anchuras (3.2 KHz)
frecuencias más bajas Velocidades de hasta 10 Mbps
Transmisión de datos en redes CATV Rangos de frecuencias
utilizados para la transmisión de datos en este tipo de
redes:
Transmisión de datos en redes CATV Técnicas de
modulación distintas para el canal descendente como el
ascendente.
Transmisión de datos en redes CATV El caudal en bits por
segundo a compartir por todos los abonados en la red de cable:
(Gp:) Tipo de canal (Gp:) Anchura (KHz) (Gp:) Caudal
símbolos (Gp:) Caudal QPSK (Gp:) Caudal 16 QAM (Gp:)
Caudal 64 QAM (Gp:) Caudal 256 QAM (Gp:) Ascendente (Gp:) 200
(Gp:) 160 Ksym/s (Gp:) 320 Kb/s (Gp:) 640 Kb/s (Gp:) (Gp:)
(Gp:) Ascendente (Gp:) 400 (Gp:) 320 Ksym/s (Gp:) 640 Kb/s
(Gp:) 1280 Kb/s (Gp:) (Gp:) (Gp:) Ascendente (Gp:)
800 (Gp:) 640 Ksym/s (Gp:) 1280 Kb/s (Gp:) 2560 Kb/s (Gp:)
(Gp:) (Gp:) Ascendente (Gp:) 1600 (Gp:) 1280 Ksym/s (Gp:)
2560 Kb/s (Gp:) 5120 Kb/s (Gp:) (Gp:) (Gp:)
Ascendente (Gp:) 3200 (Gp:) 2560 Ksym/s (Gp:) 5120 Kb/s (Gp:)
10240 Kb/s (Gp:) (Gp:) (Gp:) Descendente (Gp:) 6000
(Gp:) 5057 Ksym/s (Gp:) (Gp:) (Gp:) 30342 Kb/s
(Gp:) (Gp:) Descendente (Gp:) 6000 (Gp:) 5361 Ksym/s (Gp:)
(Gp:) (Gp:) (Gp:) 42888 Kb/s (Gp:)
Descendente (Gp:) 8000 (Gp:) 6952 Ksym/s (Gp:) (Gp:)
(Gp:) 41712 Kb/s (Gp:) (Gp:) Descendente (Gp:) 8000
(Gp:) 6952 Ksym/s (Gp:) (Gp:) (Gp:) (Gp:)
55616 Kb/s
Transmisión de datos en redes CATV El caudal en bits por
segundo a compartir por todos los abonados en la red de cable:
(Gp:) Tipo de canal (Gp:) Anchura (KHz) (Gp:) Caudal
símbolos (Gp:) Caudal QPSK (Gp:) Caudal 16 QAM (Gp:)
Caudal 64 QAM (Gp:) Caudal 256 QAM (Gp:) Ascendente (Gp:) 200
(Gp:) 160 Ksym/s (Gp:) 320 Kb/s (Gp:) 640 Kb/s (Gp:) (Gp:)
(Gp:) Ascendente (Gp:) 400 (Gp:) 320 Ksym/s (Gp:) 640 Kb/s
(Gp:) 1280 Kb/s (Gp:) (Gp:) (Gp:) Ascendente (Gp:)
800 (Gp:) 640 Ksym/s (Gp:) 1280 Kb/s (Gp:) 2560 Kb/s (Gp:)
(Gp:) (Gp:) Ascendente (Gp:) 1600 (Gp:) 1280 Ksym/s (Gp:)
2560 Kb/s (Gp:) 5120 Kb/s (Gp:) (Gp:) (Gp:)
Ascendente (Gp:) 3200 (Gp:) 2560 Ksym/s (Gp:) 5120 Kb/s (Gp:)
10240 Kb/s (Gp:) (Gp:) (Gp:) Descendente (Gp:) 6000
(Gp:) 5057 Ksym/s (Gp:) (Gp:) (Gp:) 30342 Kb/s
(Gp:) (Gp:) Descendente (Gp:) 6000 (Gp:) 5361 Ksym/s (Gp:)
(Gp:) (Gp:) (Gp:) 42888 Kb/s (Gp:)
Descendente (Gp:) 8000 (Gp:) 6952 Ksym/s (Gp:) (Gp:)
(Gp:) 41712 Kb/s (Gp:) (Gp:) Descendente (Gp:) 8000
(Gp:) 6952 Ksym/s (Gp:) (Gp:) (Gp:) (Gp:)
55616 Kb/s
INTERNET RED CATV CABLE MODEM ( CM ) Comunicación en un
sistema de datos CATV CMTS (Gp:) Servidor de gestión de
red y abonados (Gp:) Red del abonado
Comunicación en un sistema de datos CATV dos CM no pueden
comunicarse directamente aunque se encuentren en la misma zona.
las redes CATV son broadcast pero solo en el sentido descendente.
La información viaja cifrada para evitar que usuarios
malintencionados capturen tramas no dirigidas a él.
Existen mecanismos para controlar el número máximo
de hosts que se pueden conectar a través del mismo cable
modem. CARACTERÍSTICAS DE LA COMUNICACIÓN EN ESTE
TIPO DE REDES
Comunicación en un sistema de datos CATV FLUJO DE
INFORMACIÓN – BAJADA
Comunicación en un sistema de datos CATV FLUJO DE
INFORMACIÓN – SUBIDA Sistema ajuste vía
retorno
Protocolo MAC en un sistema de datos CATV Comunicación
asimétrica Necesidad de un mecanismo de control de acceso
al medio compartido Descendente: sólo el CMTS puede
transmitir. No hay conflicto. Ascendente: Todos los CM pueden
transmitir, pero sólo el CMTS recibe. Todos los CM
comparten el canal.
Protocolo MAC en un sistema de datos CATV FUNCIONAMIENTO DEL
PROTOCOLO MAC Basado en créditos. El canal ascendente se
divide en intervalos de tiempo de duración constante
(mini-slots). El CMTS asignará tiempos en el canal
ascendente a los CM que lo soliciten.
Desarrollo de la aplicación Análisis de requisitos
Satisfacer necesidades de un pequeño colectivo de
pequeños-medianos cable operadores robusta, intuitiva y
fácil de utilizar español funcionalidades
relevantes
Desarrollo de la aplicación Diseño de la
aplicación uso software libre protocolos estándar
restricciones tecnológicas experiencia anterior en otras
aplicaciones
Desarrollo de la aplicación (Gp:) CM (Gp:) CMTS (Gp:)
MONITORIZACIÓN (Gp:) GESTIÓN (Gp:) DISPOSITIVOS
GESTIONADOS (Gp:) SISTEMA GESTOR DE RED (Gp:) APLICACIÓN
(Gp:) Navegador web
Desarrollo de la aplicación MÓDULO DE
MONITORIZACIÓN Consulta y representación en
GRAFICAS Datos específicos
Desarrollo de la aplicación (Gp:) DISPOSITIVO GESTIONADO
(Gp:) SISTEMA GESTOR DE RED Uso de la implementación de
SNMP incluida en MRTG MÓDULO DE MONITORIZACIÓN
GRAFICAS
Desarrollo de la aplicación MÓDULO DE
MONITORIZACIÓN SNMP – protocolo a nivel de
aplicación para consultar y ó modificar el estado
de los distintos elementos dentro de una red de datos CATV (CMTS,
CM, routers, swiches …).
DISPOSITIVO GESTIONADO (Gp:) SISTEMA GESTOR DE RED Desarrollo de
la aplicación Elementos en la arquitectura SNMP agentes
sistema gestor de red información de red de los distintos
dispositivos gestionados protocolo para la transmisión de
dicha información entre agentes y sistema de
gestión. AGENTE SNMP Protocolo
Desarrollo de la aplicación MÓDULO DE
MONITORIZACIÓN – SNMP Funcionamiento SNMP PREGUNTA: El
sistema de gestión envía una solicitud a un agente
pidiéndole información. RESPUESTA: La
información recibida del agente es la respuesta ó
confirmación a la acción solicitada
Desarrollo de la aplicación SISTEMA GESTION DE RED
DISPOSITIVO GESTIONADO (Gp:) AGENTE (Gp:) MIB (Gp:) UDP 161 (Gp:)
? (Gp:) UDP 161 (Gp:) ? Los comandos básicos que ejecuta
son: OBTENER (GET), el sistema de gestión recupera datos
del agente COLOCAR (PUT), el sistema de gestión establece
los valores de los objetos en el agente CAPTURAR (TRAP), el
agente notifica al sistema de gestión acerca de los
sucesos de importancia por interrupción
Desarrollo de la aplicación MÓDULO DE
MONITORIZACIÓN -MRTG MRTG – Herramienta de
monitorización. Genera páginas HTML con
imágenes PNG que ofrecen gráficas en tiempo real
del tráfico. Escrito en Perl y C, trabaja tanto en
sistemas Unix como bajo Windows. Utiliza un algoritmo de
consolidación – base de datos circular.
Desarrollo de la aplicación BROWSER HTTP (Gp:)
DISPOSITIVOS DE RED GESTIONADOS (Gp:) DISPOSITIVOS DE RED
GESTIONADOS (Gp:) DISPOSITIVOS DE RED GESTIONADOS SNMP
Generación gráficas Scripts SERVIDOR WEB
Monitorización GRAFICAS Gráficas
Desarrollo de la aplicación DISPOSITIVO GESTIONADO SISTEMA
GESTOR DE RED AGENTE SNMP MONITORIZACIÓN – Datos
específicos Librería específica de PHP para
el manejo de SNMP DATOS ESPECIFICOS Nivel de salida Estado de un
interfaz modulación empleada frecuencia
Desarrollo de la aplicación LIBRERÍA PHP PARA EL
MANEJO DE SNMP Multitud de primitivas string snmpget ( string
hostname, string community, string object_id) Es usada para leer
el valor de un objeto SNMP especificado por el object_id. El
agente SNMP es especificado por el hostname y la comunidad
lectora es especificada por el parámetro community.
Desarrollo de la aplicación BROWSER HTTP (Gp:)
DISPOSITIVOS DE RED GESTIONADOS (Gp:) DISPOSITIVOS DE RED
GESTIONADOS (Gp:) DISPOSITIVOS DE RED GESTIONADOS SNMP Ficheros
PHP Funciones PHP para el manejo de SNMP SEVIDOR WEB
Monitorización con una librería especifica de PHP
para el manejo de SNMP Datos específicos
Desarrollo de la aplicación MÓDULO DE
GESTIÓN
Desarrollo de la aplicación (Gp:) DISPOSITIVO GESTIONADO
(Gp:) SISTEMA GESTOR DE RED (Gp:) SERVIDOR TELNET (Gp:) CLIENTE
TELNET Conexión a hosts remotos vía TELNET
Net::Telnet MÓDULO DE GESTIÓN Gestión
efectuada vía línea de comandos
Desarrollo de la aplicación MÓDULO DE
GESTIÓN Net::Telnet – Uso de Perl para la
conexión a hosts remotos via Telnet. use Net::Telnet ();
$t = new Net::Telnet (Timeout => 10, Prompt => '/bash$
$/'); $t->open($dispositivo_gestionado);
$t->login($username, $passwd);
$t->cmd(“cambiar_frecuencia"); $t->close(); Ejemplo
– Cambio de frecuencia
Desarrollo de la aplicación BROWSER HTTP (Gp:)
DISPOSITIVOS DE RED GESTIONADOS Ficheros HTML Ejecutan Scripts
PERL (Net::Telnet) SEVIDOR WEB Establecen sesión TELNET
Gestión a través de conexión TELNET
Desarrollo de la aplicación OTRAS ALTERNATIVAS EN
MONITORIZACIÓN C++, Java, VisualBasic. RRDtool, Ntop.
OTRAS ALTERNATIVAS EN GESTIÓN Sockets
PRUEBAS
Pruebas realizadas ENTORNO PASIVO 1 CMTS Cisco uBR7114e. 3 cable
modems de distintos fabricantes EURODOCSIS 1.0, 1.1. Servidor de
Provisioning DELL. Portátil donde reside la
aplicación. ADSL 4 Mbps. Diplexor, taps, cable,
atenuadores.
Pruebas realizadas ENTORNO REAL Cable operador en
Benalmádena. 2 días. 1 CMTS Cisco uBR7114e. 10
cable modems de ScientificAtlanta. Cabecera de TV. Red 100%
coaxial Servidor de Provisioning Portátil donde reside la
aplicación. Acceso LMDS 1 Mbps.
Conclusiones Se ha desarrollado una herramienta de gestión
/ monitorización para una red de datos de cable CATV
basada en software libre e instalada sobre una máquina
Linux. Satisfacer las necesidades de un colectivo de
pequeños cable operadores con las funciones elementales
para todo administrador en este tipo de redes. Herramienta web
robusta, flexible y fácil de usar. Desarrollada 100 % en
español Permitirá un exhaustivo control de los
factores que afectan al buen funcionamiento de su red de datos
.
Líneas futuras Alarmas ante determinados eventos.
Actuación y toma de decisiones. Gestión /
Monitorización otros elementos en la red CATV (UPS,
amplificadores …). Funciones avanzadas de comunicaciones.
Monitorización otros parámetros. Herramientas de
diagnóstico de red. Sistema de “provisioning”
integrado. …
DEMOSTRACIÓN PRÁCTICA
DEMOSTRACIÓN PRÁCTICA (Gp:) RED DE CABLE CABLE
MODEM CMTS AMPLIFICADOR APLICACIÓN PROVISIONING 172.26.0.8
192.168.1.1 192.168.1.2 172.16.30.0 CM 172.16.32.0 HOST