desarrollo de una herramienta software de gestiÓn / monitorizaciÓn para una red de datos de cable...

DESARROLLO DE UNA HERRAMIENTA SOFTWARE DE GESTIÓN / MONITORIZACIÓN PARA UNA RED DE DATOS DE CABLE CATV

Autor:Oscar Romero Argote

Directores del proyecto: Eduardo Casilari PérezEladio Gutiérrez Carrasco

ESTRUCTURA DE LA PRESENTACIÓN

• Introducción y ubicación tecnológica.

• Objetivos.

• Sistema de datos CATV.

• Desarrollo de la aplicación.

• Pruebas realizadas.

• Conclusiones y líneas futuras.

• Demostración práctica.

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

RED DE CABLE

CABECERA

Receptores, moduladores ...

ESQUEMA GENERAL DE UNA RED CATV

TV = Servicio unidireccional

Transmisión de datos en redes CATV

RED DE CABLE

CABECERA

INTERNET

REDTELEFONÍA

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

INFORMACIÓN BAJADA

• Canal TV 8 MHz ó 6 MHz

• la banda alta de frecuencias

• Velocidades de hasta 55 Mbps

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:

SENTIDO DE

TRANSMISIÓN

Europa (PAL ó SECAM)

América (NTSC) Relación Señal-Ruido

Ascendente 5-65 MHz 5-42 MHz > 25 dB

Descendente 96-864 MHz 88-860 MHz > 34 dB (típica 46 dB)

Transmisión de datos en redes CATV

• Técnicas de modulación distintas para el canal descendente como el ascendente.

MODULACIÓN SENTIDO Bits / Simb S/R mínima

QPSK Ascendente 2 > 21 dB

16 QAM Ascendente 4 > 24 dB

64 QAM Descendente 6 > 25 dB

256 QAM Descendente 8 > 33 dB

Transmisión de datos en redes CATV

• El caudal en bits por segundo a compartir por todos los abonados en la red de cable:

Tipo de canal Anchura(KHz)

Caudalsímbolos

CaudalQPSK

Caudal16 QAM

Caudal64 QAM

Caudal256 QAM

Ascendente 200 160 Ksym/s 320 Kb/s 640 Kb/s    

Ascendente 400 320 Ksym/s 640 Kb/s 1280 Kb/s    

Ascendente 800 640 Ksym/s 1280 Kb/s 2560 Kb/s    

Ascendente 1600 1280 Ksym/s 2560 Kb/s 5120 Kb/s    

Ascendente 3200 2560 Ksym/s 5120 Kb/s 10240 Kb/s    

Descendente 6000 5057 Ksym/s     30342 Kb/s  

Descendente 6000 5361 Ksym/s       42888 Kb/s

Descendente 8000 6952 Ksym/s     41712 Kb/s  

Descendente 8000 6952 Ksym/s       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:

Tipo de canal Anchura(KHz)

Caudalsímbolos

CaudalQPSK

Caudal16 QAM

Caudal64 QAM

Caudal256 QAM

Ascendente 200 160 Ksym/s 320 Kb/s 640 Kb/s    

Ascendente 400 320 Ksym/s 640 Kb/s 1280 Kb/s    

Ascendente 800 640 Ksym/s 1280 Kb/s 2560 Kb/s    

Ascendente 1600 1280 Ksym/s 2560 Kb/s 5120 Kb/s    

Ascendente 3200 2560 Ksym/s 5120 Kb/s 10240 Kb/s    

Descendente 6000 5057 Ksym/s     30342 Kb/s  

Descendente 6000 5361 Ksym/s       42888 Kb/s

Descendente 8000 6952 Ksym/s     41712 Kb/s  

Descendente 8000 6952 Ksym/s       55616 Kb/s

INTERNET

RED CATV

CABLE MODEM ( CM )

Comunicación en un sistema de datos CATV

CMTS Servidor de gestión de red y abonados

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

CMCMTS

MONITORIZACIÓN

GESTIÓN

DISPOSITIVOS DISPOSITIVOS GESTIONADOSGESTIONADOS

SISTEMA GESTORSISTEMA GESTOR

DE REDDE RED

APLICACIÓN

Navegador web

Desarrollo de la aplicación

MÓDULO DE MONITORIZACIÓN

• Consulta y representación en GRAFICAS

• Datos específicos

Desarrollo de la aplicación

DISPOSITIVO DISPOSITIVO GESTIONADOGESTIONADO

SISTEMA GESTORSISTEMA GESTOR

DE REDDE REDUso 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 DISPOSITIVO GESTIONADOGESTIONADO

SISTEMA GESTOR SISTEMA GESTOR DE REDDE 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.

AGENTESNMP

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

AGENTE

MIB

UDP 161UDP 161??

UDP 161UDP 161

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

BROWSERHTTP

DISPOSITIVOS DE RED DISPOSITIVOS DE RED GESTIONADOSGESTIONADOS

DISPOSITIVOS DE RED DISPOSITIVOS DE RED GESTIONADOSGESTIONADOS

DISPOSITIVOS DE RED DISPOSITIVOS DE RED GESTIONADOSGESTIONADOS

SNMP

Generación gráficas

Scripts

SERVIDOR WEB

Monitorización GRAFICAS

Gráficas

Desarrollo de la aplicación

DISPOSITIVO DISPOSITIVO GESTIONADOGESTIONADO

SISTEMA GESTORSISTEMA GESTOR

DE REDDE RED

AGENTESNMP

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

BROWSERHTTP

DISPOSITIVOS DE RED DISPOSITIVOS DE RED GESTIONADOSGESTIONADOS

DISPOSITIVOS DE RED DISPOSITIVOS DE RED GESTIONADOSGESTIONADOS

DISPOSITIVOS DE RED DISPOSITIVOS DE RED GESTIONADOSGESTIONADOS

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

DISPOSITIVO DISPOSITIVO GESTIONADOGESTIONADO

SISTEMA GESTORSISTEMA GESTOR

DE REDDE RED

SERVIDORTELNET

CLIENTETELNET

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

BROWSERHTTP

DISPOSITIVOS DE RED DISPOSITIVOS DE RED GESTIONADOSGESTIONADOS

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

RED DE CABLE

CABLE MODEM

CMTS

AMPLIFICADOR

APLICACIÓN

PROVISIONING

172.26.0.8

192.168.1.1192.168.1.2

172.16.30.0 CM172.16.32.0 HOST