Restauración de redes informáticas y de comunicación de próxima generación

Los fallos de red son sucesos indeseables pero inevitables para la mayoría de las redes informáticas y de comunicaciones modernas. Un buen diseño de red debe ser lo suficientemente robusto para manejar fallas repentinas, mantener el flujo de tráfico y restaurar las partes defectuosas de la red dentro de un período de tiempo permisible, al menor costo posible y con la menor complejidad adicional posible en la red.

Las redes informáticas y de comunicación de próxima generación (xG) emergentes, como las redes de quinta generación, las redes definidas por software y las redes de Internet de las cosas, prometen velocidades rápidas, tasas de datos impresionantes y una fiabilidad notable.

Fallos en las redes de comunicación y computación

Las redes modernas de comunicación e informática se diseñan utilizando modelos de red. Un modelo de red es una interconectividad de dispositivos activos, conmutadores, equipos, etc., desarrollado para impulsar las necesidades informáticas y de telecomunicaciones.

En una descripción simple, los dispositivos y otros equipos que componen la red se representan como nodos, mientras que las conexiones entre ellos (cableadas o inalámbricas) se denominan enlaces. La dirección en la que fluye la transmisión de datos o en la que se enruta el tráfico se denomina ruta.

Para lograr estas promesas, estas redes xG complejas y dinámicas deben construirse con pocas posibilidades de fallas, alta capacidad de restauración de la red y capacidades de recuperación rápida de fallas. Por eso, Se deben desarrollar e incorporar en su diseño modelos mejorados de restauración de redes.

Una experiencia compartida para todas las redes informáticas y de comunicación es la posibilidad y / o la ocurrencia de fallas en la red. Un fallo de red puede definirse como una modificación temporal forzada de una red, normalmente como resultado de la interrupción del diseño real del flujo o tráfico, que da como resultado que la capacidad de ciertos enlaces de la red disminuya, posiblemente a cero. Los fallos de red en las redes informáticas y de comunicación se clasifican en general en las siguientes categorías:

Fallos de enlace

Se produce un fallo de enlace cuando falla un componente de enlace en una red. Se puede resolver un problema de falla de enlace agregando un nuevo enlace o redirigiendo y redistribuyendo el tráfico del enlace fallido a otros enlaces aún funcionales con capacidad suficiente para transportar el tráfico adicional del enlace fallido.

Fallos de nodo

Un fallo de nodo se produce debido al fallo de un equipo en los nodos de la red, como un conmutador o un enrutador. La falla de un nodo también se puede considerar como la falla simultánea de todos los enlaces adyacentes a un nodo. Una forma de protegerse contra fallas en los nodos es instalar junto con uno o más equipos redundantes que puedan reemplazar inmediatamente a un equipo activo que actúa como un nodo.

Fallos únicos

Se produce un fallo único en una red cuando sólo falla un equipo, nodo o enlace a la vez. Para proteger las redes de fallas únicas, se desarrollan modelos de restauración de redes para ofrecer protección para elementos individuales o únicos en la red, con el supuesto de que fallas múltiples, casi simultáneas, son un evento poco común y / o improbable.

Múltiples fallas

Pueden ocurrir múltiples fallas en una red cuando más de un equipo, nodo o enlace fallan al mismo tiempo. Para proteger las redes de múltiples fallas, los modelos de restauración de la red se desarrollan para ofrecer protección para dos o más elementos en la red, con el entendimiento de que tales fallas múltiples, casi simultáneas, aunque raras, no son eventos del todo imposibles.

Las buenas redes de comunicación y de computación están diseñadas para restaurar rápidamente las redes a plena actividad y / o capacidad cuando ocurren fallas. En la siguiente sección, se discuten los diversos tipos de mecanismos de restauración de red diseñados para abordar fallas en las redes modernas de comunicación e informática.

Tipos de restauración de redes

La restauración de la red busca encontrar instantáneamente la mejor ruta alternativa para transmitir el tráfico de la red cuando ocurre una falla. 

Restauración de línea

En la restauración de línea (también denominada restauración de enlace), el tráfico transportado por el enlace fallido se redirige desde su nodo de cola a su nodo principal. Por lo tanto, la ruta original para el tráfico que usa el enlace fallido se modifica sólo ligeramente al reemplazar el enlace fallido con una ruta alternativa que conecta sus nodos finales.

Por lo general, se hace que los nodos finales del enlace fallido participen en un algoritmo distribuido para descubrir dinámicamente una nueva ruta. El diseño de redes bajo restauración de línea requiere información limitada, es decir, cargas y capacidades de enlace, pero no requiere información de tráfico fuente-destino. Además, la restauración se puede ejecutar muy rápidamente ya que no hay necesidad de retroceder conexiones individuales a sus correspondientes nodos de entrada.

En la figura2 es una continuación de la figura 1, pero ahora ofrece una representación gráfica de una falla de enlace y un enfoque de restauración de línea para recuperar la red. En la figura 2 , cuando falla el enlace AB, entonces

(I)           el enlace AB se reemplaza por la línea ACDB y, por lo tanto, la ruta se reemplaza por la ruta ;

(ii)          el enlace AB se reemplaza por la línea ACB y, por lo tanto, la ruta se reemplaza por P2 P1.

Restauración de caminos

En la restauración de la ruta, el tráfico enrutado en un enlace fallido se retrocede a sus nodos de entrada y se seleccionan nuevas rutas alternativas, quizás totalmente disjuntas, para restaurar el tráfico para todos los pares fuente-destino afectados. Esto implica que se utiliza una ruta completamente nueva como ruta alternativa.

Los esquemas de restauración de rutas tienen reservas de respaldo dedicadas (repuestos) que se utilizan como rutas de respaldo para demandas particulares. La restauración de la ruta a menudo requiere menos recursos de capacidad de restauración que la restauración de la línea a expensas de una señalización más compleja y un mayor tiempo de ejecución.

La restauración de rutas por ejemplo sirve para proporcionar una capacidad de reserva adecuada en un entorno de red de telecomunicaciones. La Figura 3 es un seguimiento de la Figura 1pero ahora ofrece una representación gráfica de una falla de enlace. Y un enfoque de restauración de ruta para recuperar la red. En la Figura 3 , cuando falla el enlace AB, entonces

Restauración reactiva

En los esquemas de restauración reactiva, las rutas alternativas solo se calculan después de que se ha producido la falla real. En estos esquemas, los paquetes de datos se inundan en la red después de que ocurra una falla. Para buscar capacidad libre y configurar la nueva ruta. Estos esquemas de restauración también se conocen como enfoques de restauración en tiempo real. Y son principalmente aplicables en escenarios donde el tráfico cambia con mucha frecuencia en la red.

Restauración proactiva

En los esquemas de restauración proactiva, las rutas alternativas siempre se calculan previamente antes de que ocurra la falla. En caso de falla, la conexión simplemente se redirige a la ruta previamente diseñada. Estos esquemas también se denominan enfoques de restauración planificados previamente. Y son más rápidos en ejecución que los enfoques de restauración reactiva o en tiempo real. Aunque generalmente dan una utilización de la capacidad más pobre que los enfoques en tiempo real.

Los modelos de restauración de red se clasifican con mayor frecuencia en las categorías mencionadas anteriormente. Generalmente, las redes de comunicación e informática se diseñan utilizando la arquitectura centralizada o distribuida. En algunos casos, por lo tanto, los mecanismos de restauración generalmente se clasifican en función de estas representaciones arquitectónicas.

Restauración centralizada

En los esquemas centralizados, suele haber un controlador central que realiza cálculos y envía información sobre el estado actual de la red, así como decisiones de restauración a todos los componentes de la red. Los esquemas centralizados son eficientes en cuanto a capacidad, pero tienen puntos únicos de falla. También pueden tener problemas de escalabilidad y sobrecarga de comunicación.

Restauración distribuida

En los esquemas distribuidos, generalmente no hay un hub central que dirija las decisiones de la red y la diseminación de la información. Sino que los componentes individuales de la red están facultados para comprender situaciones en la red y tomar decisiones inmediatamente para mejorar la confiabilidad de la red. Y la recuperación rápida después de fallas.

Restauración de redes informáticas

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