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Desarrollo de una herramienta software de gestión/monitorización para una red de datos de cable CATV

Enviado por Pablo Turmero

    edu.red 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

    edu.red 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

    edu.red SISTEMA DE DATOS CATV Estándares en redes CATV. Transmisión de datos. Comunicación entre los distintos elementos. Protocolo MAC.

    edu.red 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

    edu.red Transmisión de datos en redes CATV (Gp:) RED DE CABLE (Gp:) CABECERA Receptores, moduladores … ESQUEMA GENERAL DE UNA RED CATV TV = Servicio unidireccional

    edu.red 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

    edu.red Transmisión de datos en redes CATV Necesitaremos dos canales de transmisión diferenciados: información bajada información subida

    edu.red 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

    edu.red Transmisión de datos en redes CATV Rangos de frecuencias utilizados para la transmisión de datos en este tipo de redes:

    edu.red Transmisión de datos en redes CATV Técnicas de modulación distintas para el canal descendente como el ascendente.

    edu.red 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

    edu.red 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

    edu.red 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

    edu.red 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

    edu.red Comunicación en un sistema de datos CATV FLUJO DE INFORMACIÓN – BAJADA

    edu.red Comunicación en un sistema de datos CATV FLUJO DE INFORMACIÓN – SUBIDA Sistema ajuste vía retorno

    edu.red 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.

    edu.red 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.

    edu.red 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

    edu.red Desarrollo de la aplicación Diseño de la aplicación uso software libre protocolos estándar restricciones tecnológicas experiencia anterior en otras aplicaciones

    edu.red 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

    edu.red Desarrollo de la aplicación MÓDULO DE MONITORIZACIÓN Consulta y representación en GRAFICAS Datos específicos

    edu.red 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

    edu.red 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 …).

    edu.red 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

    edu.red 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

    edu.red 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

    edu.red 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.

    edu.red 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

    edu.red 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

    edu.red 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.

    edu.red 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

    edu.red Desarrollo de la aplicación MÓDULO DE GESTIÓN

    edu.red 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

    edu.red 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

    edu.red 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

    edu.red Desarrollo de la aplicación OTRAS ALTERNATIVAS EN MONITORIZACIÓN C++, Java, VisualBasic. RRDtool, Ntop. OTRAS ALTERNATIVAS EN GESTIÓN Sockets

    edu.red PRUEBAS

    edu.red 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.

    edu.red 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.

    edu.red 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 .

    edu.red 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. …

    edu.red DEMOSTRACIÓN PRÁCTICA

    edu.red 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