infra-estrutura de redes de telecomunicações · –ex. placa de rede, switch convencional; ......

Infra-estrutura de Redes de Telecomunicações

Prof. Marco Câmara

Redes de “Computadores” ?

• As redes hoje interligam dispositivos dos mais diversos tipos:

– Celulares, câmeras, telefones IP, geladeiras e ...

– Computadores !

• Múltiplos meios de conexão:

– Cabeamento ethernet, redes wireless, redes 3G, ADSL, Cable Modems, modems digitais (ISDN) e analógicos (conexão discada).

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Redes de Comunicação !

• Os objetivos a muito deixaram de ser a simples execução de aplicações multiusuário:

– Ferramenta de comunicação;

– Envio de mensagens por email já praticamente substituiu as cartas convencionais;

– O FAX já mostra sinais da idade;

– Músicas e Fotos Digitais – realidade de mercado;

– Telefonia na Internet e sistemas P2P.

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Infraestrutura das redes

• Para garantir as funcionalidades discutidas, a infra-estrutura de redes hoje praticamente é tão ou até mais importante que outras infra-estruturas ditas “convencionais”, como:

– Energia elétrica;

– Telefonia.

• Mercado aberto mundialmente. Fornecedores se completam no fornecimento de componentes de infra-estrutura diversos para formar as grandes redes de telecomunicações:

– Sistemas de cabeamento; - Equipamentos ativos;

– Sistemas operacionais; - Estações e servidores;

– Aplicações específicas.Prof. Marco Câmara

Padronização é fundamental !

• Em um sistema aberto, diferentes produtos de diferentes fornecedores precisam se comunicar com facilidade, e defendem a compatibilidade com os concorrentes;

• Existem questões de diferentes níveis a serem resolvidas para garantir a compatibilidade, desde a interface mecânica de conexão, ao formato das mensagens a serem trocadas entre os componentes;

• Solução: um sistema de protocolos em camadas !

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Modelos em Camadas : Exemplo Clássico

Expedição

Tradutor

Jurídico

Assessor

Expedição

Tradutor

Jurídico

Assessor

• Independência das camadas

• Funcionalidades;

• Implementação.

• Tamanho das Mensagens

• Aumentam de tamanho ao descer

• Diminuem de tamanho ao subir

Physical

Data Link

Network

O modelo OSI

• Sete camadas.– Funções inequívocas;

– Compatibilidade com os padrões de mercado;

– O modelo TCP/IP tem apenas 3 camadas.

• Comunicação Virtual entre camadas semelhantes;

• Embora seja adotado como um modelo “didático”, na prática o TCP/IP é o modelo em camadas mais utilizado;

• Funções de cada camada ?

Transport

Session

Presentation

Application

O modelo OSI - Funções Camadas

• Física (Physical)

– Determina interfaces mecânica, elétrica e temporal;

– É a camada onde efetivamente ocorre a comunicação entre emissor e receptor;

– Domínio do cabeamento estruturado, engenharia elétrica;

– Ex. : Repetidor, HUB, Transceptores;

– Unidade de dados : BIT.

Physical

Data Link

Network

Transport

Session

Presentation

Application


• Enlace (Data Link)

– Delimita e estabelece campos;

– Faz o controle de erros;

– Faz o controle de fluxo;

– Ex. Placa de Rede, switch convencional;

– Unidade de dados : QUADRO (frame).

Physical

Data Link

Network

Transport

Session

Presentation

Application


• Rede (Network)

– É a camada da interligação entre “padrões de rede” diferentes;

– Controle de operação e contabilização de recursos;

– Ex. : Roteadores, switches de camada 3, IP, IPx, X-25;

– Unidade de dados : PACOTE.

Physical

Data Link

Network

Transport

Session

Presentation

Application


• Transporte

– Primeira camada fim a fim !

– Estabelece qualidade de serviço (QoS);

– Estabelecimento conexões & multiplexação;

– Ex. : TCP, UDP, SPX;

– Unidade de dados : SEGMENTO

Physical

Data Link

Network

Transport

Session

Presentation

Application


• Sessão (Session)

– Estabelece uma “conexão de alto nível”

– Determina pontos de checagem intermediária;

– Faz controle de fluxo e tratamento de erros;

– Sincronização;

– Ex. (de aplicações): aceleradores de download, eMule etc.

– Unidade de dados: MENSAGEM ou SPDU (Tanenbaum) Physical

Data Link

Network

Transport

Session

Presentation

Application


• Apresentação (Presentation)

– Não está relacionada diretamente à comunicação em si;

– Sintaxe e semântica;

– Criptografia, compactação;

– Estruturas de dados.

– Unidade de dados: MENSAGEM ou PPDU

Physical

Data Link

Network

Transport

Session

Presentation

Application


• Aplicação (Aplication)

– Aplicações diretamente associadas à comunicação de dados :

• TELNET

• Serviços de Diretório

• Correio eletrônico

– Serviços de Sistemas Operacionais de Rede

• Serviços de Arquivo & FTP

• WEB Server, WEB cache etc

Physical

Data Link

Network

Transport

Session

Presentation

Application

Meios Físicos ethernet

Características Básicas

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Meios Físicos Típicos

• As redes surgiram com o suporte a 3 tipos diferentes de meio físico:

– Cabos coaxiais: o pioneiro, hoje abandonado devido à complexidade de montagem, custo e problemas relacionados ao aterramento;

– Cabos UTP: o mais utilizado, de baixo custo, oferece desempenho e funcionalidade equivalentes aos outros meios, desde que seja corretamente instalado;

– Cabos de Fibra Ótica: o mais “moderno”, já é utilizado a muito tempo em situações específicas.

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O cabo de fibra ótica

• Motivos específicos podem levar à escolha de cabos de fibra ótica:

– Distâncias elevadas (mais do que 90m);

– Presença de interferências eletromagnéticas;

– Proteção na conexão entre prédios com diferentes sistemas de aterramento;

– Menor ocupação de espaço;

– Segurança contra acesso indevido às informações através de escutas no cabo.

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O cabo de fibra ótica (cont)

• O custo dos sistemas óticos, que é um fator limitante, tende a cair no futuro por dois motivos:

– Baixo custo da matéria-prima (areia?);

– Demanda cada vez mais elevada.

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Sensibilidade na Instalação

• Os cabos, de uma forma geral, são sensíveis a falhas de instalação:

– No cabo UTP, a preservação das características físicas originais garante a performance e funcionalidade do meio;

• Evitar tração excessiva, torção, esmagamento etc

– No cabo de FO, o problema normalmente é a infraestrutura de encaminhamento

• Curvas de raio curto, ataque de roedores etcProf. Marco Câmara

Distâncias máximas

• O cabo UTP tipicamente pode chegar até 90m de distância, que serão somados aos cabos de interligação;

• Cabos de FO multimodo têm limitação de distância em redes gigabit (275m);

• Cabos de FO monomodo normalmente têm limites bem elevados, a depender dos equipamentos nas extremidades.

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Equipamentos Ethernet

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“Placas de Rede”

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Placa de

Rede

Transceptor

Conector

UTP Fêmea

Conector

AUI

Placas de Rede

• Placa de rede propria-mente dita :

– Interface com o barramento do micro

– Processamento de camada de enlace

– Precisa de “configuração”

• Transceptor

– Interface com o meio físico

– Ligado à placa através de conector AUI

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Os repetidores

• Atuam na camada física (convertem padrões físicos e ampliam limites de distância)

• Regra 5-4-3

– Cinco segmentos

– Quatro repetidores

– Três segmentos vivos

• Diâmetro máx.: 500 m (elétrico) e 2000 m (ótico)

• Número máximo de hosts: 30Prof. Marco Câmara

• Repetidores

• Bridges

• Roteadores

?

C

AA

A

BB B

CC

Interligando Segmentos de Rede

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• Repetidores

– Tráfegos se misturam

– Tudo funciona como um grande segmento

• Bridges

• Roteadores

?

C

AA

A

BB B

CC

AA

A AA

AB

B B

BB B

CC

C

CC

C


Prof. Marco Câmara

• Repetidores

• Bridges

– Isola tráfego local

– Direciona tráfego externo, através da análise do endereço de destino

• Roteadores

?

C

A

B

AB

AB


Prof. Marco Câmara

?

C

A

B

AB

AB


• Repetidores

• Bridges

• Roteadores

– Analisa cabeçalho do protocolo, oferecendo maior flexibilidade

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Switches - Conceitos Básicos

• Unificam diversas bridges com “n” portas;

• Permitem a redução da latência típica das bridges;

•10M

•10M

•10M•10M

•Back-Plane

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• Unificam diversas bridges com “n” portas;

Segmentos comunicam-se dois a dois, sem concorrência

pelo canal de comunicação.

•10M

•10M

•10M•10M

•Back-Plane

Prof. Marco Câmara


• Permitem a redução da latência típica das bridges;

A eliminação da latência se dá pela modificação do

método de chaveamento.

•10M

•10M

•10M•10M

•Back-Plane

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O conceito de auto-sense

• Os equipamentos conseguem detectar automaticamente a taxa utilizada, ajustando-se automaticamente;

• Muito útil em ambientes mistos 10BaseT/100BaseTx/1000BaseT;

• A grande maioria dos componentes fast-ethernetgarante esta característica.

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Equipamentos Ativos

• Embora tenham abrigado diversos tipos de equipamentos (repetidores, HUBs, roteadores e switches), hoje a categoria dos “equipamentos ativos” praticamente se limita aos switches;

• Na função de concentradores de tráfego, os switches agregam, tratam, selecionam e encaminham pacotes de dados em ambientes dos mais diversos portes e complexidades;

• Qualquer infra-estrutura de rede, mesmo envolvendo sistemas de comunicação diversos (telefonia, CFTV, vídeo etc) estará sempre baseada em um arranjo de switches.

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Topologia de um Projeto de Ativos

Internet

WAN

Núcleo

Borda

Núcleo (redundante)

Borda Borda

hosts hostsHost

redundante

Servidores

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Topologia de um Projeto de Ativos

Interne

t

WA

N

Núcleo

Borda

Núcleo (redundante)

Borda Borda

hosts hostsHost

redundante

Servidores

Como interligar switches?

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Cascateamento

• Utiliza portas convencionais;

• Uma porta em cada switch;

• Qualquer switch pode ser interligado;

• Limita tráfego à capacidade do up-link;

• PROBLEMAS TÍPICOS:

– Performance no up-link;

– Retardo pelo acréscimo de um novo switches;

– Jitter pela formação de filas no up-link.

o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o


Up-link

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Link Aggregation

• Utiliza portas convencionais;

• “n” portas em cada switch

– Número limitado pelas características técnicas do modelo.

• Switches precisam ser compatíveis com a norma IEEE802.3ad

• Limita tráfego à capacidade do up-link;


– Problemas de configuração do tipo, quantidade e localização das portas envolvidas no up-link;

– Perda significativa de número de portas disponíveis nos switches interligados;

– Problemas com a re-alocação de equipamentos quando ocorrem falhas, por exemplo.



Up-link

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Empilhamento

• Utiliza portas proprietárias;

• 1 a “n” portas em cada switch a depender da topologia da interligação;

• Switches precisam ser do mesmo fabricante e família, além de possuir a porta, o cabo de interligação e a licença de software;

– No caso da topologia em anel, pode ser necessário cabo adicional (“return cable”) para garantir redundância.

• Limita tráfego e pilha à capacidade de backplane OU do cabo de empilhamento;



Cabo de

Empilhamento


Return Cable

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Empilhamento


– Switches descontinuados ou falhas no processo de compra;

– Falhas no contrato de reposição em caso de danos;

– Aplicável apenas em switches específicos (“empilháveis”).



Cabo de

Empilhamento


Return Cable

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•Marco Câmara – FRB 14 a 17/04//2008

Classificação dos Switches

• SOHO (Small Office, Home Office);

• Desktop (“de mesa”);

• Stackable (empilháveis);

• Modulares.

Switches SOHO

• Normalmente utilizados na posição de núcleo devido à simplicidade das redes atendidas;

• Design agradável, porém inadequado para uso profissional (não são rack mountable);

• Pequenas redes com funcionalidade e recursos limitados

– Não têm portas de fibra ótica;

– Não oferecer recursos de gerenciamento remoto centralizado;

– Não oferecem escalabilidade.Prof. Marco Câmara

Switches Desktop

• Aplicação típica de borda, conectado a um switch central;

• Oferece funcionalidades e recursos mais avançados, podendo atender a departamentos de grandes empresas;

• Design adequado a aplicações profissionais (rack mountable);

• Tipicamente não oferece escalabilidade, ficando limitado ao número de portas padrão (12, 24 ou até 48 portas);

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Switches Empilháveis

• Recursos podem ser avançados, além de oferecer escalabilidade, através da conexão de diversas unidades em “pilhas” especializadas:

– Interligação através de cabos proprietários de altíssima performance;

– Empilhamento proprietário, podendo ser incompatível até com switches do mesmo fabricante, porém de outra família.

• Toda a pilha se comporta tipicamente como um único equipamento;

• Extremamente comum no nosso mercado, assumindo o papel de switches modulares, tanto na borda quanto no núcleo.

– Recomendação: tipicamente até 80 estações de trabalho (2007);

– Alguns modelos têm capacidade impressionante, mas são exceções.

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Switches Modulares

• Tipicamente ficam no núcleo, embora possam ser utilizados na borda, para instalações maiores;

• Oferecem, antes de mais nada, flexibilidade

– A escolha do tipo e quantidade de módulos de interface é feita pelo cliente;

– Tipicamente existem dezenas de módulos e configurações diferentes para cada modelo.

• Tipicamente são muito estáveis e oferecem recursos avançados de redundância

– Diversos componentes podem ser substituídos: fonte, ventoinha, processador, interfaces etc;

– Mesmo em configurações convencionais, oferecem alta confiabilidade (robustez e MTBF alto)

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Switches Modulares

• Capacidade Máxima pode ser grande, mas é delimitada:

– Backplane do chassis;

– Número de módulos suportados.

• Passivos ou Ativos:

– Passivos: não possuem componentes embutidos no chassis – todos os recursos estão nos módulos;

– Ativos: possuem capacidade de processamento no chassis, que, por outro lado, se torna um possível ponto de falha.

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Aspectos Técnicos Relevantes

• Suporte a VLAN

– IEEE802.1q

• Priorização de Tráfego

– IEEE802.1p

• Autenticação

– IEEE802.1x

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Aspectos Físicos da Implantação de Equip. Ativos

• Conexão ao Meio Físico

• Instalação Física

• Instalação Elétrica

• Climatização

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Conexão ao Meio Físico

• UTP

– Portas Individuais X Telco

– Patch Pannels & Organização

– Espelhamento de Portas

• Fibras Óticas

– Conectores Individuais & GBICs

– DIOs, Cx.Terminação, FOB

– Cordões Óticos

• Organizadores Horizontais e VerticaisProf. Marco Câmara

Instalação Física

• Equipamentos Rack-Mountable

– Largura Padrão & Suporte

– Altura em U’s

– Profundidade

• Distância entre Equipamentos

• Folga e Organizadores

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Instalação Elétrica

• Circuitos Independentes

– 2 para equipamentos

– 1 convencional

• Aterramento

– Independente

– Interligado

• No-break

– VA X W

– Banco de Baterias

• Autonomia

• Vida Útil

• Dissipação

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Climatização

• Durabilidade & Temperatura

• Umidade

• Redundância

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