La red de comunicaciones de la Universidad Pompeu Fabra
Marc Vives,Jaume Portell, Carles Perarnau, Antoni González, Felipe Torres1.- Introducción
La Universitat Pompeu Fabra es la cuarta universidad pública de Cataluña. Es una universidad joven, pero cuenta ya con una pequeña historia: nació en el año 1990 con 316 estudiantes y dos titulaciones, y en la actualidad tiene 7.000 estudiantes, once carreras y un campus que va creciendo en el corazón de la ciudad, desde la Rambla hasta el Poblenou.
La UPF en el momento de su creación en 1990 optó, como decisión estratégica, por la contratación del que en aquel momento era el sistema de comunicaciones de empresa más avanzado: el servicio Ibercom de Telefónica. Los diferentes edificios dispersos que han ido conformando progresivamente el campus de la universidad se añadían como módulos de la RAI. Paralelamente se aprovechaban líneas de 64 Kbps para interconectar las redes de datos.
El modelo de red informática original de la UPF se basaba en segmentos ethernet compartidos, uno o dos por edificio en función de su tamaño: cada planta disponía de un armario de comunicaciones, donde se ubicaban los concentradores de red (`hub'). La conexión de red se hacía llegar hasta el puesto de trabajo mediante una red de cableado horizontal tipo PDS. Un cable coaxial conectaba los hub entre sí y con la sala de servidores, ubicada en el sótano. En los edificios docentes existía además una red de aulas independiente, con objeto de separar el tráfico de las aulas informáticas del de profesores y PAS. Cada edificio disponía de un router que conectaba las distintas redes ethernet entre sí y con el resto de edificios. Este modelo, correcto en el momento de su diseño el año 1990, se vió claramente insuficiente para absorber el crecimiento del tráfico en la red.
Coincidiendo con la inauguración el año 1996 del primer edificio del que está destinado a ser el campus central de la UPF: el edificio Jaume I del campus de Ciutadella, la UPF procedió al rediseño de su modelo de comunicaciones. El nuevo modelo está basado en una red ATM que conecta entre sí los edificios principales de la UPF y es utilizada tanto para las comunicaciones de telefonía como las de datos.
La red de la Universitat Pompeu Fabra ha sido una de las primeras en España en utilizar el protocolo ATM para el transporte de voz. Desde el mes de octubre de 1996 todo el tráfico de telefonía entre los edificios de la UPF se cursa por la red troncal ATM, sin que por ello los usuarios hayan notado ninguna disminución en la calidad del servicio prestado. En el apartado dedicado al sistema de telefonía se explica configuración utilizada.
El nuevo modelo de red de datos no solo se ha aplicado al nuevo edificio de Jaume I, también se ha procedido a una actualización de los demás edificios. Según se explica en el apartado dedicado al respecto.
2.- Red troncal de comunicaciones
La red troncal de comunicaciones debe soportar todas las comunicaciones entre los edificios de la UPF, dando servicio tanto a las necesidades actuales (transporte de voz y datos) como las que puedan aparecer en un futuro. Para ello se ha escogido el protocolo ATM, al ser éste un protocolo de última generación, con velocidades normalizadas muy por encima de las necesidades actuales de la universidad y que permite la correcta transmisión de señales de características muy distintas (voz, datos, imágenes) por una misma línea de comunicación. De este modo se minimizan los costes de transmisión, uno de los objetivos del proyecto.Los elevados costes de las líneas de alta velocidad necesarias para la transmisión ATM han obligado a un diseño mixto de la red. El núcleo de la red troncal está formado por tres líneas punto a punto de 155 Mbps que conectan los edificios de Mercé, Rambla y Est. de França con Jaume I, formando una red en estrella, mientras que dos edificios de menor tamaño (Rambla 31 y Balmes) quedan fuera de la red ATM. Para estos dos edificios se ha escogido una solución de menor coste, basada en líneas punto a punto de baja velocidad, que también permite integrar voz y datos.
2.1.- La red ATM
Como se ve en la figura 2 el esquema de la red ATM es muy simple: una red en estrella formada por tres líneas punto a punto de 155 Mbps. En cada edificio se ubica un switch ATM Cisco LightStream 1010, donde se conectan los sistemas de telefonía y datos. La simplicidad de la red provoca la utilización de un esquema de routing ATM estático, también extremadamente simple.
2.2.- Otras conexiones
Como se ha mencionado por motivos de coste se descartó hacer llegar la red ATM a dos de los edificios de la Universidad. Para estos edificios se optó por una solución basada en líneas punto a punto de 2 Mbps.
3.- El sistema de telefonía
3.1.- Antecedentes
Dentro del proyecto de plan de comunicaciones de la Universidad, puesto en marcha en 1996, se decidió abandonar el servicio Ibercom, pasando la telefonía a ser un servicio propietario que aprovechaba como transporte interno la red troncal de comunicaciones.Se identificaron tres elementos relacionados con el sistema:
- Transporte de voz sobre la red troncal de comunicaciones.
- Subsistema de telefonía fija.
- Subsistema de comunicaciones móviles.
3.2.- Transporte de telefonía sobre la red troncal de comunicaciones
La red troncal de comunicaciones define dos tipos de conexión para los edificios de la UPF: conexión a la red ATM o una línea punto a punto. En el caso de líneas punto a punto se optó por multiplexores Newbridge de voz y datos que permiten dividir los 30 canales de la línea en canales de voz y datos. La configuración escogida ha sido configurar 4 canales para datos (equivalente a un canal de 256 Kbps) y 26 canales para telefonía.Para la integración en la red ATM se escogieron multiplexores de E1 a ATM Kentrox. Estos multiplexores permiten crear circuitos virtuales permanentes tipo CBR (Constant Bit Rate) de 2 Mbps en la red ATM, de forma que sean vistos como líneas punto a punto virtuales por la red de voz. Con posterioridad a la instalación de la red, han aparecido en el mercado tarjetas del fabricante de los conmutadores ATM que permiten esta misma funcionalidad sin necesidad de un multiplexor externo.
3.3.- Subsistema de Telefonía
Se define el servicio de telefonía como un sistema que integra las seis centralitas digitales a través de la red troncal de la Universidad. Así mismo se definen tres accesos, en dos edificios diferentes, a la red de telefonía pública con líneas digitales RDSI primarias (30B+D).La red se comporta funcionalmente como una única PABX con una arquitectura que permite un funcionamiento totalmente integrado, pero autónomo (edificio a edificio ) en caso de ruptura de la conexión troncal.
La gestión y administración de la red se realiza desde un único punto dotado de terminales de gestión y de sistema propio de tarificación.
Para la operación del sistema se cuenta con operadoras en cada edificio totalmente integradas en el sistema, en caso necesario la gestión del sistema se puede realizar desde cualquiera de las operadoras.
La distribución interior del servicio en cada edificio hasta cada usuario se realiza aprovechando el cableado estructurado PDS.
Existen terminales de usuarios de tipo digital y analógico.
Como sistema de seguridad se instalaron líneas analógicas de emergencia.
Como valor añadido se dota al sistema de correo de voz "voice 250" de Ericsson y un servicio de distribución automática de llamadas para conformar el servicio de atención telefónica de la Universidad.
Cuantitativamente la red de telefonia de la Universidad cuenta con seis centralitas digitales modulares Ericsson MD-110 en versión BC-7, con 80 líneas digitales y 1100 líneas analógicas, todas integradas en la red telefónica básica (tienen posibilidad de acceso directo desde la red pública).
3.4.- Subsistema de comunicaciones móviles
El objetivo de este subsistema es resolver la conectividad del personal que no realiza su trabajo en un lugar fijo dentro de la organización de la Universidad, responsables de mantenimiento, operadores de informática, vigilancia, limpieza, etc.Para el colectivo que precisa comunicación de voz, se decidió instalar un sistema de telefonía sin hilos "Freeset" de Ericsson, de acuerdo con la tecnología DECT (Digital European Cordless Telecommunication), totalmente integrado en la red de telefonía. Este sistema necesita de una red de antenas distribuida por todo el edificio que asegure una correcta cobertura dentro del ámbito de los edificios.
Por último la implantación de los planes de emergencia de los diferentes edificios y la necesidad de recibir las alarmas de los sistemas de gestión técnica de los mismos creó la necesidad de implantar un sistema de buscapersonas Teletracer 2600 dotado de dos tipos de terminales, de tonos para los integrantes de los equipos de emergencia y terminales alfanuméricos para personal de mantenimiento de las instalaciones.
4.- La red de datos
En verano de 1996, coincidiendo con la instalación de la red ATM, se procedió al diseño de un nuevo modelo de red de datos de la UPF. El nuevo modelo contempla el uso de la red ATM como red de transporte y mantiene el soporte a los tres protocolos de red utilizados hasta el momento (IP, IPX y AppleTalk).El nuevo modelo incorpora importantes mejoras gracias a la utilización de equipos conmutadores ethernet en cada edificio. Entre las mismas destaca el aumento del ancho de banda interno en las redes de edificio y la incorporación de redes virtuales, mediante la utilización del protocolo ATM LanEmulation.
En cada edificio conectado a la red ATM se han ubicado uno o dos conmutadores ethernet Cisco Catalyst, que sustituyen el antiguo cable coaxial. Cada hub y cada servidor del edificio dispone de una conexión directa a un puerto del conmutador, la conexión se realiza a 10 Mbps en el caso de los hub y a 100 Mbps siempre que sea posible en los servidores. De este modo se consigue aumentar las prestaciones de la red interna del edificio. En Jaume I, además, se adquirieron tarjetas ATM para dos servidores, con objeto de permitir su pertenencia a varias redes virtuales simultáneamente.
Cada conmutador ethernet dispone de un puerto ATM 155 Mbps que lo conecta al conmutador ATM de su edificio. La configuración de los mismos se realiza utilizando el protocolo ATM LanEmulation, según se explica en el siguiente apartado.
Para el correcto funcionamiento de la red se adquirió también un router Cisco 7507 con tarjeta ATM, gracias a la utilización de la red ATM un único router sustituye a los antiguos routers ubicados en cada edificio.
4.1.- Lan Emulation
Una vez definida la red ATM el siguiente paso fue definir el protocolo de transporte del tráfico LAN sobre la misma. La utilización de LanEmulation presenta como principales ventajas la posibilidad de crear un esquema de redes virtuales que coincida con el esquema de redes compartidas existente hasta entonces y la posibilidad de mantener el soporte a los 3 protocolos existentes en nuestra red (IP, IPX y Appletalk).El protocolo LanEmulation se basa en la existencia de 3 entidades en la red ATM:
- LECS (LanEmulation Configuration Server), único en toda la red y donde se guarda la información de las redes virtuales definidas y sus parámetros.
- LES/BUS (LanEmulation Server, Broadcast and Unknown Server), existe un servidor LES/BUS por red virtual, y realiza aquellas funciones (resolución ARP, gestión de paquetes de broadcast, ...) necesarias para el correcto funcionamiento de una red ethernet.
- LEC (LanEmulation Client), cliente de una red virtual. Un equipo con targeta de red ATM (commutador ethernet, servidor, router) puede ser cliente de varias redes virtuales al mismo tiempo. Por cada LEC se crea un interfaz virtual asociado al que se configuran los parámetros de nivel 3 correspondientes.
El siguiente paso fue configurar los conmutadores ethernet. La configuración de redes virtuales se realiza por puerto: cada puerto del conmutador se configura como perteneciente a la red virtual asociada al segmento ethernet donde estaba ubicado el servidor o hub que va a estar conectado a este puerto. La tarjeta ATM del conmutador ethernet se configura como LEC de todas las redes virtuales en las que tenga puertos configurados.
También se configuraron las tarjetas ATM adquiridas para dos servidores de la red. Un equipo con tarjeta ATM puede pertenecer a varias redes virtuales al mismo tiempo, esta ventaja, además de disponer de un ancho de banda mayor que en el caso de fast ethernet, puede compensar en algún caso el mayor precio de las tarjetas ATM.
En este punto ya sólo nos queda configurar el enrutamiento entre redes, para ello configuramos la tarjeta ATM del router como LEC de todas las redes virtuales creadas. Por cada LEC el router crea un subinterfaz ethernet en el que se configuran los parámetros IP, IPX y AppleTalk asociados al segmento ethernet que corresponde a la red virtual.
La decisión definir un esquema de redes virtuales igual al esquema de red existente hasta entonces simplificó en extremo la migración de la red existente a la red ATM, evitándose la reconfiguración de todos los equipos conectados a la red (más de 1.300). Posteriormente se han añadido nuevas redes virtuales explotando la posibilidad de hacer pertenecer a una misma red virtual ordenadores que están en edificios distintos.
4.2.- Diseño a nivel de red
Una vez configurados los equipos con LanEmulation el esquema de la red de nivel 3 de la UPF queda como se muestra en la figura 4. Es importante distinguir bien los dos esquemas, el esquema físico mostrado en la figura 3 y el esquema de red mostrado en la figura 4. Antes de la red ATM ambos esquemas coincidían, ahora, con el uso de redes virtuales, los dos diagramas son distintos, y hay que saber utilizar uno u otro en función de la operación que vayamos a realizar.
El esquema de la figura 4 no difiere mucho del esquema existente antes de la migración a ATM: han aparecido 3 redes nuevas, correspondientes a las redes del nuevo edificio de Jaume I, desaparecen las líneas punto a punto: el nuevo router con tarjeta ATM tiene conexión a todas las redes virtuales y asume el tráfico entre todas las redes virtuales. Se ha creado una nueva red virtual, denominada de routing, que conecta entre si los routers de la universidad: el de acceso a RedIris, el servidor de acceso remoto y el router ATM de interconexión de las redes virtuales.
4.3.- Conexión del resto de edifcios
El servicio LanEmulation no puede llegar a los dos edificios (Rambla 31 y Balmes) al no estar conectados a la red ATM. En estos edificios se instaló un conmutador ethernet de 12 puertos sin posibilidad de redes virtuales y un router de acceso a la línea de 256 Kbps para datos que reserva el multiplexor que conecta el edificio con el nodo central de la red ATM.
5.- Líneas de futuro
Con la nueva red es posible plantearse nuevos servicios. En este momento los servicios técnicos de la Universitat Pompeu Fabra estamos valorando las siguientes posibilidades:
- Uso de la red ATM para la interconexión de equipos de videoconferencia estableciendo con esa solución la posibilidad de crear aulas virtuales que superen las limitaciones de espacio actuales.
- Migración de la red de Lan Emulation 1.0 a Lan Emulation 2.0 con soporte MPOA para añadir capacidades de conmutación IP que descarguen el router central de la red.
- Mallar parcialmente la red, proporcionando líneas de backup entre los equipos ATM desde sus tarjetas redundantes y proporcionar de este modo una mayor tolerancia a fallos.
- Aprovechar el protocolo ATM como puerta de enlace de alta velocidad hacia otras organizaciones con las que existan convenios de investigación conjuntos.
- Aprovechar las capacidades de la red para la definición de canales de comunicación que garanticen calidad de servicio para comunicaciones específicas con servidores en períodos claves como la matrícula.
- Redefinir las políticas de diseño y seguridad en entornos relativos a la centralización de servicios y definición de redes protegidas. Permitiendo soluciones de backup distribuido, gestión centralizada de equipos de red y hosts, reducción de costes de tenencia ...
Marc Vives Pizà
marc [dot] vives [at] info.upf.es
Jaume Portell Guarch
jaume [dot] portell [at] info.upf.es
Carles Perarnau Sabés
carles [dot] perarnau [at] info.upf.es
Unitat Informàtica
Universitat Pompeu Fabra
Antoni González Cubo
antonio [dot] gonzalez [at] gpat.upf.es
Felipe Torres López
felipe [dot] torres [at] gpat.upf.es
Servei de Gestió Patrimonial
Universitat Pompeu Fabra
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