6 de diciembre de 2010

Audio en Red - Parte III: Topologías de Red


P2P
Estrictamente, una topología Point to Point (P2P) no es una red, aunque puede usarse una red para crear este tipo de sistemas. Un sistema P2P incluye sólo dos ubicaciones con una conexión multicanal fija. Los ejemplos de formatos de audio digital para sistemas P2P son AES/EBU y MADI. Puede utilizarse un dispositivo de distribución como un divisor o un matrix router para incluir más ubicaciones en el sistema.

Conexión en cadena
La conexión en cadena es una topología simple que conecta dispositivos en serie. El protocolo EtherSound permite realizar conexiones utilizando una topología de conexión en cadena, con dispositivos que leen y escriben canales de audio en un flujo de datos bidireccional con una amplitud de banda fija de 64 canales en ambas direcciones.

Una de las ventajas de esta topología es que el direccionamiento de la información de red es relativamente simple y, por lo tanto, rápido; un dispositivo EtherSound conectado en cadena añade latencia de sólo 1,4 microsegundos a la red. El inconveniente de la topología de conexión en cadena es el comportamiento del sistema en caso de fallo de un dispositivo de la cadena: si falla un dispositivo, el sistema se corta en dos partes, sin ninguna conexión entre ellas.

Las conexiones en cadena EtherSound pueden dividirse utilizando switches en una topología de ubicación central, pero en este caso los datos de audio pueden fluir por los switches del sistema sólo en una dirección.

Los licenciatarios de EtherSound incluyen Allen & Heath, Archean, Audio Preformance, Auvitran, Bitner Audio,Bouyer, Camco, DiGiCo, Digigram, InnovaSon, Martin Audio, Fostex/Netcira, Klein & Hummel, Nexo, Peavy/Crest Audio, Richmond Sound Design, TESI, VTG Audio, Whirlwind, Yamaha.

Anillo
Una topología en anillo es una conexión en cadena donde el último dispositivo se conecta al primero para formar un anillo. Puesto que todos los dispositivos conectados al anillo pueden
llegar a otros dispositivos en dos direcciones, la redundancia está integrada: si un dispositivo falla, sólo se desactiva ese dispositivo.

Para mayor redundancia, puede utilizarse un doble anillo. OPTOCORE ofrece un sistema patentado que utiliza una topología en anillo con una gran amplitud de banda de hasta 500 canales de audio, vídeo y conexiones serie. El estándar EtherSound ES-100 permite una topología en anillo redundante que ofrece 64 canales de audio.

Estrella
Puesto que una topología en estrella consigue la máxima eficiencia de uso de la amplitud de banda de una red, la mayoría de redes informáticas se diseñan en estrella. El centro de una estrella que lleva el máximo tráfico de información de la red se puede diseñar con más potencia de procesamiento y redundancia, mientras que las ubicaciones finales de una red en estrella no necesitan tanta potencia de procesamiento. Las variaciones de una topología en estrella son el “árbol” y la “estrella de estrellas.

Una topología en estrella también permite una fácil ampliación, se pueden conectar nuevas ubicaciones en cualquier lugar de la red. Un inconveniente es el importante papel de la
ubicación central, ya que toda la información de la red hacia y desde los dispositivos conectados pasan por la misma; si falla, queda afectada una gran parte de la red. Una red que utilice una topología en estrella puede hacerse redundante utilizando el protocolo Ethernet Spanning Tree (árbol de expansión). CobraNet utiliza una topología en estrella, con total redundancia ofreciendo dobles enlaces a la red.

La lista de fabricantes que ofrecen dispositivos CobraNet incluye Alcorn-McBride, Ashly, Biamp, BSS, CAMCO, Creative, Crest, Crown, DBX, Digigram, DigiSpider, EAW, ElectroVoice, IED, JBL, LCS, Peavy, QSC, Rane, Renkus Heinz,Symetrix, Whirlwind, Yamaha.

Seleccionar una topología
Para cada aplicación individual, es más apropiada una de estas cuatro topologías o la combinación de algunas de ellas. Los parámetros de decisión incluyen el número de ubicaciones, el número de canales, la latencia, los costes estimados del sistema, la fiabilidad, la ampliación, tecnología Ethernet estándar, abierta o cerrada o sistemas patentados, etc. Para elegir la topología, se requiere cierto nivel de experiencia en la tecnología de redes, que puede encontrar en un consultor externo o un integrador de sistemas cualificado con experiencia en diseño
de sistemas de audio en red.

Conceptos de redundancia

Troncalización
El estándar de agregación del enlace Ethernet IEEE 802.1.ad permite conectar switches gestionados con 2 o más cables, para distribuir el tráfico de información que pasa por los cables. Esta función también se denomina troncalización. Una gran ventaja de este tipo de sistemas es que si falla un cable, los otros cables asumen la conexión perdida automáticamente. El enlace agrega do pasará a una velocidad inferior cuando pierda un cable, por lo que los enlaces agregados deberían diseñarse con espacio abundante. La troncalización sólo hace redundante la conexión, si falla uno de los switches, se desconectan los dispositivos adjuntados al mismo.

Anillo
Un anillo es básicamente una colección de dispositivos conectados en cadena con el último dispositivo y el primero también conectados para formar un anillo. Cada dispositivo se conecta a
la red con dos cables, por lo que si un cable del sistema falla, la conexión queda intacta. Un segundo fallo cortaría la red en dos. Una topología en anillo redundante ofrece una redundancia
excelente ya que requiere menos cables en comparación con las
topologías en estrella.

Árbol de expansión
En las redes en estrella los paquetes de información se envían a través de la red basándose en direcciones IP y MAC. Es vital que la red disponga de una arquitectura lógica: para cada combinación de origen-destino, puede haber sólo una ruta por los switches y los cables. Si hay más rutas pueden producirse bucles, con el peligro de que los paquetes de información fluyan siempre por el bucle, lo que podría deteriorar o incluso desactivar la red.

Por lo tanto, los bucles no se permiten en las redes en estrella, excepto en redes que utilizan switches gestionados compatibles con IEEE 802.1w Spanning Tree Protocol, abreviado STP. Los switches compatibles con STP pueden bloquear los puertos que provocan un bucle pero desbloquearlos cuando el puerto activo del bucle falla. Se pueden crear varios bucles
en una red para proteger áreas de red. Para una redundancia total, una red puede simplemente construirse doble, con dobles switches en todas las ubicaciones conectadas entre ellas.

La ventaja es que el sistema puede recuperarse de cualquier fallo, y la desventaja es que tarda un poco: hasta 30 segundos para redes grandes. Recientemente, se ha desarrollado el protocolo IEEE 802.p Rapid STP que reduce el tiempo de recuperación hasta los 100 milisegundos. La mayoría de switches gestionados permiten alguna forma de STP.

Malla
La malla es un caso extremo de uso de STP: cada dispositivo se conecta a todos los otros dispositivos. El resultado es una red que es prácticamente inmune al sabotaje: pueden extraerse muchos cables antes de que el dispositivo quede aislado de la red. Un inconveniente es la gran cantidad de cables y capacidad de switch que se requieren, con mayor complejidad y costes.

CobraNet Dual Link
Cada dispositivo CobraNet dispone de dos puertos Ethernet integrados, marcados como “primario” y “secundario”, que funcionan de forma redundante. En general, las tareas las ejecuta el puerto primario, pero si la conexión falla, el puerto secundario se recupera automáticamente.

Esto protege el cableado del dispositivo a la red, pero no la red. Sin embargo, los puertos de enlaces duales permiten conectar cada dispositivo CobraNet™ a switches separados, para permitir utilizar configuraciones STP de redundancia total que incluyan switches redundantes.

EtherSound ES-100 PPM
El estándar EtherSound ES-100 permite conectar dispositivos utilizando una topología en anillo, ajustando un dispositivo como “Maestro primario preferente”. Este dispositivo PPM bloquea el anillo en un funcionamiento normal, y lo desbloquea cuando el anillo falla en algún punto; una función similar al Árbol de expansión.

Seleccionar un concepto de redundancia
Para cada aplicación individual, puede seleccionarse uno de estos conceptos de redundancia o la combinación de algunos de ellos. Un parámetro de decisión es el nivel de redundancia requerido; en aplicaciones de giras sería recomendable el uso de switches redundantes, mientras que en sistemas instalados serían suficientes switches individuales.

En general, el mínimo es disponer de cableado redundante de larga distancia, con los cables separados al máximo físicamente. Otro parámetro de decisión es el tiempo de recuperación: el tiempo que necesita el sistema para recuperarse del fallo de un cable o de un switch.

Si se utiliza un sistema cerrado como OPTOCORE, el concepto de redundancia lo selecciona el fabricante. Si se utilizan equipos Ethernet estándar, se requieren algunos conocimientos
para seleccionar el concepto de redundancia y programar todos
los switches en un sistema de audio en red.


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