planeamento e projecto de redes capítulo 1 introdução · central de comutação digital (ewsd)...

©João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 1

Capítulo 1

Introdução

Planeamento e Projecto de Redes


Aspectos da Evolução das Telecomunicações(I)

1837 – Telégrafo1844 – Código de Morse1855 – 1ª rede telegráfica em Portugal1866 – 1º cabo submarino transatlântico1875 – 1º cabo submarino Lisboa-Brasil

1876 – Telefone (Bell)1882 – Primeira rede telefónica em Portugal (concessão)1891 – Comutação automática (Strowger)1894 – Telegrafia sem fios (Marconi)1925 – Transmissão de imagens em movimento (Bird) – televisão1928 – Teorema da amostragem (Nyquist) 1936 – Invenção do PCM (Reeves) – transmissão digital1948 – Transistor1956 – 1º cabo submarino telefónico transatlântico analógico (35 circuitos)


Aspectos da Evolução das Telecomunicações(II)

1964 – Concepção da comutação de pacotes (Baran)1965 – 1ª satélite geo-estacionário (Intelsat1, 240 circuitos)1966 – Proposta de utilização de fibra óptica (Kao)1967 – Projecto da 1ª rede de comutação de pacotes (ARPAnet)1968 – Primeira central de comutação digital (tecnologia TTL) 1973 – Ethernet (Metcalfe)1978 – 1º sistema de rádio móvel celular analógico1981 – TCP/IP1982 – Correio electrónico1985 – Proposta da SONET (Belcore)1991 – GSM (Global System for Mobile Communications)1996 – Cabo submarino óptico TAT12/13 (122 880 circuitos)2002 – UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)2008/2009 – Instalação em Portugal da FTTH em larga escala


Código Morse

A maior parte das comunicações telegráficas, submarinas e rádio

no início do século XX eram baseadas no código Morse

O comprimento variável dos caracteres tornou difícil a sua adaptação às comunicações

electrónicas, tendo sido substituído por outros códigos

como é o caso do ASCII.

Fonte: Wikipedia

S O S


Princípio do Telefone


Telefone: instrumento multimédia?

Fonte: Rogério Santos, Olhos de Boneca, Uma história das telecomunicações 1880-1952, Edições Colibri e Portugal Telecom, 1999


Comutação Manual Versus Automática

Comutação Manual

Foi usada na rede telefónica portuguesa até ao início da década de 80

Comutação Automática Strowger

Foi usada na rede telefónica portuguesa até meados da década de 90


Central de Comutação Digital (EWSD)


Rede da Eastern Telegraph Company (1901)

Fonte: Wikipedia


Cabos Submarinos Ópticos

Fonte: Alcatel Lucent


Cabos Submarinos Ópticos: Panorama Mundial

Fonte: http://image.guardian.co.uk/sys-images/Technology/Pix/pictures/2008/02/01/SeaCableHi.jpg


EvoluEvoluçãção Histo Históórica rica –– FasesFases

• Telefone e telégrafo (XIX)

• Comunicações via satélite (1960s)

• Comunicações digitais (1980s)

• Comunicações ópticas (1980s)

• Internet (1990s)

• Telemóvel (1990s)

• Século XXI: Convergência fixo-móvel; convergência voz, dados e vídeo em suporte IP (Internet Protocol); transporte óptico.


Tráfego de Telecomunicações Global

Fonte: H. Kogelnick, “Perspectives on Optical Communications”, OFC 2008


Evolução/Previsão Tráfego Internet (USA)

• As análises de tráfego nos Estados Unidos mostram que o tráfego Internet passou a ser dominante a partir do ano 2000, com um crescimento que duplica todos os anos.

Fonte: Maurizio Dècina, ECOC 2003

Cresce 35% ao ano

Previsão para 2010 : > 50 EB/mês


Tráfego Internet (USA) até 2009

0.001

0.01

0.1

1

10

100

1000

10000

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010

PByt

e/m

ês mínimo

máximo

Fonte : http://www.dtc.umn.edu/mi

nts/igrowth.html

Previsão para 2010 : 2.5 EB/mês (min) 4 EB/mês (max)

Estimativa para 2009: 1.8 EB/mês (min) 2.7 EB/mês (max)

Tendências Evolutivas do Tráfego Internet (USA):Entre 1990 e 2002 verifica-se que o tráfego Internet duplica todos os anos de um modo sustentável. Exceptuam-se os anos 1995 e 1996 em que se tem um crescimento de cerca de 10x devido ao facto do tráfego WEB ter substituído o tráfego baseado na transmissão de informação em texto.

Desde 2003 até 2009 têm-se verificado um crescimento de tráfego ligeiramente superior a 50% ao ano.


Lei de Moore

Fonte: Wikipedia

A lei de Moore indica que o número de transístores que pode ser inserido num único chip duplica todos os 18 meses, ou seja tem-se um crescimento anual de cerca de 60%. A lei actualizada indica uma duplicação todos os 24 meses, ou seja um crescimento anual de cerca de 50%.

A evolução do tráfego Internet (USA) nos últimos anos parece

seguir a lei de Moore


Cenários de Evolução dos Requisitos de Largura de Banda

Fonte: P. Morin, “The NewEconomy, Global Megatrends

Driving Optical Inovation,” Nortel, OFC´09


Como dar Resposta ao Aumento dos Requisitos de Largura de Banda?

Explorando as potencialidades das redes ópticas

Fonte: P. Morin, “The New Economy, Global Megatrends Driving Optical Inovation,” Nortel, OFC´09


Transmissão Óptica: Estado da Arte

Fonte: Diário Económico, 01/10/09

Débito binário for fibra óptica: 155 comprimentos de onda × 100 Gb/s = 15. 5 Tbit/s

Tráfego Internet (USA) 2009: 2 700 Pbyte/mês ≈ 1 Tbyte/s = 8 Tbit/s

15. 5 Tbit/s × 7000 km = 108. 5 Pbit/s × km


Lei de Nielsen

• A lei de Nielsen prevê um crescimento na velocidade de acesso à Internet na terminação do utilizador de cerca de 50% ao ano.

Fonte: http://connectedhome2go.com/2008/03/18/nielsens-law/

2005 – 2.3 Mbps

2010 – 17 Mbps

2015 – 129 Mbps

2020 – 980 Mbps


Utilizadores por Tecnologia de Banda Larga (Mundial)

Fonte: H. Kogelnick, “Perspectives on Optical Communications”, OFC 2008


Penetração das soluções FTTH e FTTB em 2009

Fonte:Fiber-to-the-HomeCouncil, Fev. 2009


Implementações FTTH/B na Europa


Definição e Ramos

• Transmissão: Transporte fiável da informação à distância.

• Comutação: Encaminhamento da informação (pôr em contacto dois utilizadores quaisquer, de acordo com as suas ordens).

• Controlo e gestão: Responsável pela dinâmica (controlo) e pela fiabilidade (gestão) das redes. A função de controlo é implementada através da sinalização.

As redes de telecomunicações compreendem o conjunto dos meios técnicos (de natureza electromagnética) necessários para transportar e encaminhar tão fielmente quanto possível a informação à distância.

Ramos das telecomunicações


Critérios de Qualidade

As redes de telecomunicações devem garantir que a informação nas suas diversas formas (voz, música, vídeo, texto, etc.) é transmitida sem perdas e alterações.

As redes de telecomunicações públicas devem assegurar um serviço permanente e sem falhas (menos de duas horas de indisponibilidade em 40 anos).

Fidelidade

Fiabilidade


Normalização em Telecomunicações

• O carácter internacional das telecomunicações implica normalização em aspectos tais como:

aspectos técnicos (qualidade de serviço, interfaces, etc.);planificação geral da rede (estrutura da rede, números telefónicos internacionais,etc.);problemas de exploração e gestão (preços das chamadas internacionais, análise de tráfego, etc.).

• No plano das redes nacionais a normalização também é importante de modo a:

garantir a compatibilidade dos sistemas de diferentes fabricantes;assegurar uma qualidade de serviço mínima a todos os utilizadores;respeitar as convenções internacionais.


Principais Organismos de Normalização (I)

• International Telecommunication Union (ITU)Agência da ONU responsável por todos os sectores das telecomunicações. Os seus principais órgãos são:

ITU Telecommunications Sector (ITU-T)Estudo de questões técnicas, métodos de operação e tarifas para as redes de transporte, redes telefónicas e de dados.ITU Radiocommunications Sector (ITU-R)Estudo de questões técnicas e operacionais relacionadas com rádio-comunicações, incluindo ligações ponto-a-ponto, serviços móveis e de radiodifusão e ligações via satélite.

• O ITU é o principal organismo de normalização a nível mundial naárea das telecomunicações e das tecnologias de informação e inclui 191 países como membros.


Principais Organismos de Normalização (II)

• European Telecommunications Standards Institute (ETSI)Criado em 1988 para desenvolver as normas necessárias para uma rede de telecomunicações pan-europeia. Teve um papel importante no desenvolvimento da norma GSM.

• International Organization for Standardization (ISO)É uma federação de organismos de normalização de vários países (mais de 130). A norma OSI (Open System Interconnection) é a mais conhecida na área das telecomunicações. O organismo americano ANSI (AmericanNational Standards Institute) também tem dado contribuições importantes. Refira-se, por exemplo a normalização das cablagens.

• The Intitute of Electrical and Electronics Engineering (IEEE)É a maior organização profissional em todo o mundo. O LAN/MAN standards committee tem tido um papel muito importante na área das redes com várias normas relevantes, como sejam a 802.3 (Ethernet) e o 802.11(Wireless LAN).


Tipos básicos de equipamento

• O equipamento básico pode-se dividir em vias de transmissão e elementos (dispositivos) de rede. Os elementos de rede incluem equipamento terminal, equipamento de comutação, sistemas de sinalização e gestão e servidores.

• Vias de transmissão: suporte de transmissão (cabos de pares simétricos, cabo coaxial, fibra óptica, feixes hertzianos,etc.) + repetidores (amplificadores, regeneradores).

• Equipamento terminal: interface com a rede (telefone, computador, PPCA, etc.).

• Equipamento de comutação: comutadores digitais nas redes telefónicas (comutação de circuitos), routers (comutação de pacotes) nas redes de dados.

• Sistemas de sinalização e gestão: responsáveis por processarem a informação de sinalização e gestão.

• Servidores: Dispositivos com capacidade para armazenar informação (servidores de WWW e cabeças de rede nas redes CATV,etc.).


Topologias

Representação de uma rede por um grafo

• A estratégia de interligação entre os nós define a topologia da rede, ou mais especificamente a topologia física. O modo como a informação flui define a topologia lógica.

v1v2

v3

v4

v5

e1

e2

e3e4

e5 e6

e7

1 2

3

4

5

Topologia física Topologia lógica

Fluxo de informação Grafo da

rede


Tipos de topologias

• O tipo de topologia condiciona a estratégia de desenvolvimento e o tipo de serviços que a rede pode oferecer.

Topologias com meio não partilhado

Topologias com meio partilhado

Anel Malha

Árvore

Estrela

Barramento (Bus)

A

B

C

D

E


Representação de uma Rede (T. Física)

• Um rede pode-se representar a partir de um grafo onde representa o conjunto dos vértices ou nós e representa o conjunto de ligações (links).

• A topologia física também se pode representar usando uma matriz de adjacências g. Essa matriz tem dimensão NxN. O elemento gij=1, se existir uma ligação entre i e j.Caso contrário é igual a 0.

• Define-se o grau do nó como sendo o número de ligações que convergem para um determinado nó, ou seja

• O valor médio do grau do nó é dado por

),( EVG v1v2

v3

v4

v5

e1

e2

e3e4

e5 e6

e7

Grafo da rede

).......,( ,21 NvvvV =).......,( ,21 LeeeE =

∑=

=N

jiji g

1

δ

NL

N

N

ii

211

=>=< ∑=

δδ

⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

0100110101010110010111110

g

Matriz de Adjacências

8.25

23324=

++++>=<δ


Representação de uma Rede (T. Lógica)

• A topologia lógica descreve o fluxo de tráfego que ocorre na rede. Este fluxo também é descrito através do número de pedidos de tráfego. Os pedidos de tráfego podem ser unidireccionais (um sentido) ou bidireccionais (nos dois sentidos).

• A topologia lógica também se pode representar através de uma matriz de pedidos d. O elemento dij=1, se existir um pedido de tráfego entre i e j. Caso contrário é igual a 0.

• No caso em que o fluxo de tráfego entre dois nós ocorre nos dois sentidos têm-se que o número médio de pedidosé dado por

• Para uma topologia lógica em malha (padrão de pedidos uniforme) têm-se O número total de pedidos de tráfego unidireccionais é então e bidireccional .

1−>=< Nd

v1v2

v3

v4

v5

Topologia Lógica em malha (um

sentido)

∑ ∑= =

>=<N

i

N

jijd

Nd

1 1

1⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

0000010000110001110011110

d

Matriz de pedidos

425

1234=×

+++>=<d

)1(1 −= NND2/)1(2 −= NND

Dois sentidos


Número de saltos por pedido• Define-se o número de saltos por pedido como sendo o número de ligações por

pedido.

• Para calcular esse número é necessário definir uma regra de encaminhamento, como por exemplo escolher o caminho entre dois nós que percorre o número mínimo de ligações possíveis usando o algoritmo de Dijksta.

• A matriz de saltos h é definida de modo que cada elemento dessa matriz hijrepresente o número mínimo de ligações de um pedido entre o nó i e o nó j. O número médio de ligações por pedido é dado, nessa situação, por (D=D2)

• Se a matriz de adjacências e a matriz de pedidos forem conhecidas pode-se determinar <h>. Para um padrão de pedidos uniforme e para topologias físicas com um nível de conectividade elevado tem-se que

∑ ∑−

= +=

>=<1

1 1

1 N

i

N

ijijh

Dh

><>≅<

δNh 12.1 Inversamente proporcional à

raiz do valor médio do grau


Planos de Rede

• Numa rede de telecomunicações podem-se individualizar três panos: Plano de utilizador, plano de controlo e plano degestão.

• Plano de utilizador: responsável por transferir a informação do utilizador através da rede. Assegura o suporte físico.

• Plano de controlo: responsável pelo processo de sinalização associado ao estabelecimento, supervisão e terminação de ligações. Exemplo de planos de controlo: Sistema de sinalização nº 7, GMPLS (Generalized multiprotocol label switching), etc.

• Plano de gestão: Funções a nível de detecção e correcção de falhas (gestão de falhas), configuração dos elementos de rede (gestão de configuração), monitorização de desempenho (gestão de desempenho), autorização de acesso (gestão de segurança).


Classificação das redes

• Em termos do modo de transferência de informação as redes podem-se classificar em comutadas e de difusão. Por sua vez as comutadas podem ser de comutação de circuitos ou de pacotes.

Redes de Telecomunicações

Redes comutadas Redes de difusão

Redes de comutação de circuitos Redes de comutação de pacotes

Redes orientadas à ligação (Circuitos virtuais)

Redes não orientadas à ligação (Datagramas)

• Rede de satélites

• Rede de difusão de televisão e rádio

• Rede Ethernet CSMA/CD

• Rede telefónica

• Rede celular

• Circuitos alugados

• Redes de transporte (SDH e OTN)

• Rede IP • Frame relay

• ATM (Asynchonous transfer mode)

• MPLS (Multi-protocol label switching)


Comutação de circuitos• Na comutação de circuitos é estabelecida pela rede uma ligação (circuito)

entre dois utilizadores (chamado e chamador) para a transferência de informação a qual é mantida durante toda a comunicação.

• Envolve três fases: estabelecimento do circuito, transferência de dados, e terminação.

• Os circuitos podem ser comutados ou semi-permanentes. Os primeiros, como é o caso dos circuitos telefónicos, são estabelecidos por acção do plano de controlo. Os segundo, como é o caso dos caminhos nas redes SDH e dos canais ópticos nas redes OTN são estabelecidos pela acção do plano de gestão.

• Como os recursos usados na ligação são reservados durante todo o tempo em que a ligação está activa esta solução é apropriada para o tráfego de voz, mas não é adequada para o tráfego de dados que é bursty por natureza.

Numa ligação telefónica a primeira fase tem lugar quando se marca o número do destinatário e a central de comutação estabelece uma ligação para o telefone do destinatário e envia o sinal de chamada. A segunda fase corresponde à conversação entre os interlocutores. A terceira fase inicia-se quando se pousa o telefone.


Comutação de pacotes

• Na comutação de pacotes a informação é segmentada em pacotes, que por sua vez são enviados através da rede de nó para nó até atingirem o destino.

• Na comutação com datagramas a cada pacote inclui um cabeçalho com informação do destino e da fonte. Cada pacote é encaminhado individualmente através da rede, podendo diferentes pacotes com o mesmo destino seguirem caminhos diferentes.

• Na comutação por circuitos virtuais por sua vez requer o estabelecimento prévio de uma circuito virtual entre a fonte e o destinatário, o qual é seguido por todos os pacotes. O processo de comunicação envolve três fases como na comutação de circuitos.

B

C

R

U

X

T

X D T

D

U R C B

X D T U R C B

FonteControlo da sequência

Nó

Comutação por datagramas


Estratificação em camadas

• Uma rede de telecomunicações pode-se dividir em camada de redede transporte e camada de rede de serviços. A camada de rede de serviços funciona como cliente da camada de rede de transporte.

• A camada de rede de transporte porpociona caminhos (capacidade de transporte) à camada de serviços. Uma ligação a 34 Mb/s por segundo é um exemplo de uma caminho eléctrico e um comprimento de onda suportando um canal a 10 Gb/s é um exemplo de um caminho óptico.

• As camadas de serviço são de diferentes tipos (rede telefónica, redes de dados, rede celulares, redes de cabo, circuitos alugados.

Rede de Transporte

Rede telefónica

Rede de dados

Rede celular

Circuitos alugados

Rede de cabo


Rede de Transporte

• A rede de transporte é uma plataforma tecnológica que assegura uma transferência transparente e fiável da informação à distância, permitindo suportar diferentes serviços.

• A rede de transporte garante diferentes funcionalidades, como sejam, transmissão, multiplexagem, encaminhamento,protecção, supervisão e aprovisionamento de capacidade.

• A rede de transporte é constituída por diferentes elementos de rede ligados entre si segundo uma certa topologia física (anel ou malha) e interagindo directamente com o plano de gestão.


Exemplificação do papel do transporte

• A rede de transporte neste exemplo é representada pelo plano inferior e é constituída por multiplexadores ADM interligados por fibras ópticas.

• A camada de rede de serviços é representada por centrais de comutação telefónica (CC).

ADM

CC

Camada de rede de Transporte

Camada de rede de serviço

CC

CC

CC

ADM

ADM

ADMADM

A

BC

DE

a b

c

d

Tecnologias de rede para o transporte: SDH (Synchronous Digital

Hierarchy) , WDM, (Wavelength Division

Multiplexing), OTN (Optical Transport

Network)


Hierarquização da rede

• Uma rede de telecomunicações de dimensão nacional é representada por uma estrutura hierárquica com três níveis: núcleo, metro e acesso.

• A estrutura hierárquica é comum à rede de transporte e de serviços.

Núcleo100s-1000s kmMalha

Metro10-100 kmAnel

Acesso<10 kmAnel, estrela, etc

Utilizadores

Na rede de núcleo e na rede metropolitana a topologia física é normalmente imposta

pela camada de transporte.

A rede de acesso usa uma grande variedade de tecnologias e topologias, e é

responsável por uma fracção muito importante do investimento feito numa rede.

Tecnologias de transmissão no acesso: pares de cobre, cabo coaxial, fibra óptica,

soluções rádio (FWA).


Rede Telefónica Pública Comutada

• A topologia em estrela é a solução mais simples

CCCentral de comutaçãotefefónia

Telefone

A topologia mais simples para uma rede telefónica é a topologia em estrela, ligando

uma central de comutação telefónica ao equipamento terminal do utilizador.

Número de centrais de comutaçãoC

usto

custo da linha

custo total

nº óptimode centrais

custo da comutação

Quando a dimensão da rede aumenta, torna-se mais económico dividir essa rede em sub-

redes de pequenas dimensões, cada uma servida pela sua própria central de

comutação telefónica.

Para interligar todas as centrais entre si, a solução mais económica é usar uma central

de nível superior: central tandem.

Estrutura hierárquica


Estrutura hierárquica

• Uma rede telefónica pública comutada apresenta uma estrutura hierárquica e uma topologia em árvore não pura, porque à medida que se sobe na hierarquia aumenta o número de ligações directas entre centrais do mesmo nível.

Rede de núcleo oude troncas

Rede internacionalCentral internacional

Centros de trânsitosecundário

Centros de trânsitoprimários

Centrais locais

CentralTandem

Rede de acessoou local

Rede de junção

Linha de assinante

A linha de assinante é constituída por pares de cobre, por isso esta rede é muitas vezes designada por rede de cobre

Tran

smis

são

a 2

fios


Rede Digital Integrada

• Uma rede digital integrada (RDI) é uma rede telefónica pública em que a comutação é digital e a transmissão no núcleo e nas junções também é feita usando transmissão digital.

• A qualidade do sinal na RDI devido à regeneração é independente do número de troços e centrais presentes na ligação.

CR

CLRDI

Central analógica

Equipamentode rede. Conversão A/D

CL

CT

CR

CT

CT CL

CT

CL CL CL Central de trânsito digital

Central local digital

Concentrador digital

Telefone analógico

Transmissão digital

Transmissão analógica

Acesso analógico

Passo seguinte: Proporcionar transmissão digital até ao utilizador (RDIS)


Rede Digital com Integração de Serviços

• A característica fundamental da RDIS é a digitalização do lacete de assinante.

• O RDIS oferece acesso básico e acesso primário.

Acesso básico

2x64 Kbits – canais B para comunicação

1x16 kbit/s – canal D para sinalização

Interface U a 2 fios a 160 kbit/s

Acesso primário

30x64 Kbits – canais B para comunicação

1x64 kbit/s – canal D para sinalização

Interface U a 4 fios a 2 Mbit/s

NT1

NT1

TA

Telefone analógico Telefone digital

PPCA

Interface U

Interface U

Acesso básico

Acesso primário

Interface SInterface T Central de

comutação

Para manter compatibilidade com os telefones analógicos

usa-se um adaptador TA


Redes híbridas fibra-coaxial• As redes de distribuição de televisão por cabo CATV ( CAble TV) (rede de

cabo) usam uma infra-estrutura de fibra óptica, para servirem células de 200 a 1000 utilizadores, seguida de uma rede em cabo coaxial.

• O servidor situado na cabeça da rede distribui para os utilizadores os diferentes sinais de televisão usando multiplexagem por divisão na frequência (FDM).

Cabeçade

Rede

Repartidorcoaxial

Amplificador de troncacom repartição

Utilizador

Amplificadorde linha

Nó de acessoóptico Cabo coaxial

Fibra ÓpticaUtilizador

A rede coaxial apresenta uma topologia em

árvore

Para o fornecimento de serviços interactivos, é necessário usar amplificadores bidireccionais e

um protocolo da acesso múltiplo para evitar colisões entre os sinais de retorno enviados

pelos diferentes utilizadores


Rede deTransporteSecundária

Rede de transporte da rede híbrida

• A ligação entre a cabeça da rede e o nó de acesso óptico é realizado pela componente de transporte. Na rede de transporte representada a rede de transporte tem dois níveis.

• A rede de transporte primária usa a informação digitalizada.

Cabeçade Rede

Cabeçade Rede

Nó deAcessoNó de

AcessoNó de

AcessoNó de

Acesso

Par de fibrasópticas

Rede deTransportePrimária

Fibra óptica

Rede CoaxialNó de acesso

óptico

No rede de transporte primária a informação é digitalizada (PCM). No nó de acesso a informação é convertida para o domínio analógico (RF) e em

seguida para o domínio óptico.

No nó de acesso acesso o sinal óptico é convertido para um sinal de radiofrequência

(RF) e injectado na rede coaxial


Espectro de radio-frequência

• O canais de televisão (serviço distributivo) fazem uso da bandadirecta situada entre 111 e 750 MHz. A parte entre os 550 e 750 MHz é usada para televisão digital e ligação interactiva descendente.

• O via de retorno é usada para as ligações interactivas ascendentes.

• Note que os sinais transmitidos são sinais de radiofrequência FDM, logo analógicos.

5 65 88 108 111 550 750 1000 f (MHz)

Via deRetorno

CanaisFM

Canais de TV analógicos

Canaisdigitais

Upgradefuturo

Fibra Óptica ff1 fN

fN

Receptor Óptico f

Filtro Passa Baixo

Desmodulador (Televisor)

Oscilador local sintonizável

Sinal de radiofrequência


Os pacotes são encaminhados através da Internet.

Encaminhadores (Routers)

CaminhoRede 1

Rede 2

Pacote

Redes IP

Na Internet usa-se comutação de pacotes por datagramas

Fonte: Prof. Paulo Correia, TRC, 2006-2007


Arquitecturas de Rede: Modelo TCP/IPArquitecturas de Rede: Modelo TCP/IP

TCP: Transmissioncontrol protocol

UDP: User DatagramProtocol

Fonte: Prof. Paulo Correia, TRC, 2006-2007


Limitações do IP

• O protocolo IP foi desenvolvido tendo por objectivo o transporte de dados. O encaminhamento de datagramas é feito usando o caminho mínimo e não tem em conta nem aspectos de qualidade de serviço nem de engenharia de tráfego.

• As redes IP multiserviço, suportam para além de dados, voz (VoIP) e vídeo (IP-TV) e requerem garantias de QoS e de engenharia de tráfego. Requer-se por isso uma comunicação orientada à ligação.

• O ATM (Asynchronous Transfer Mode) e o MPLS (MultiProtocol LabelSwitching) são tecnologias que permitem dar resposta a essas exigências.

A qualidade de serviço ou QoS (Quality of Service) garante que os pacotes são sujeitos a um determinado processamento de modo a verificarem certas exigências em termos de perdas de pacotes, atraso de pacotes, variação do atraso de pacotes, disponibilidade, etc.

A engenharia de tráfego trata do conjunto de procedimentos requeridos para permitir uma utilização eficiente dos recursos da rede, realizando por exemplo um encaminhamento de tráfego de modo a evitar congestão e a maximizar o tráfego transportado.


Aplicações ATM

• Antes do advento do MPLS (multi-protocol label switching) o ATM era a única tecnologia de rede que permitia garantir qualidade de serviço por ligação.

• Nas redes UMTS o ATM é usado na UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) para interligar os nós B (Base Station) aos RNC (Radio NetworkController)

Redes de núcleo dos ISP (Internet ServiceProviders)

Rede de acesso no ADSL

Redes APON (ATM passive optical networks) e GPON?

Rede UTRAN no UMTS

Aplicações

Nó B

Nó BRNC

Interface Iub

UTRAN

MSC

Vídeo p2p e p2m

UTRAN na rede UMTS


Princípios do ATM

• O ATM (Asynchronous Transfer Mode) usa o modo de transferência assíncrono: as fontes de informação são mutuamente assíncronas e a informação é segmentada em células, as quais são enviadas pelas fontes em instantes independentes.

• O TDM usa o modo de transferência síncrono: as fontes de informação são sincronizadas, e enviam as suas unidades de informação em intervalos de tempo que lhes são previamente atribuídos.

• No ATM a informação é estruturada em células com 53 octetos, sendo 48 octetos destinados ao campo de informação e 5 destinados ao cabeçalho.

• O ATM estabelece conexões entre dois pontos extremos (tecnologia orientada para a conexão). As conexões ATM designam-se por circuitos virtuais (VC, virtual circuits) às quais é atribuído um idendificador VCI (virtual circuit identifier). Os VC podem ser agregados formando um caminho virtual (VP, virtual path) também designado por conduta virtual. Cada VP é caracterizado por um identificador VPI (virtual path identifier).

Conexão física

VPI a

VPI b

VCI xVCI y

VCI xVCI y


Permuta de Identificadores de Ligação

• O estabelecimento de um circuito virtual entre dois utilizadores normalmente consiste num caminho através de vários comutadores ATM.

• Como cada ligação pertencente ao caminho é caracterizada pelo seu identificador próprio (CI={VPI, VCI}) a função do comutador consiste em fazer a permuta de CIs (label swapping).

• Os circuitos virtuais podem ser permanentes ou comutados. Os primeiros são estabelecidos pelo sistema de gestão e os segundos por sinalização.

Comutador ATM

Comutador ATM

Comutador ATM

A

B

VPI=10 VCI=55

VPI=20 VCI=37

1

2

3

4

VPI=10 VCI=74

VPI=30 VCI=37

10 55 1 10 74 4 20 37 2 30 37 3 Tabela de

encaminhamento 1

5D

VPI=50 VCI=43

10 74 1 50 43 5

C2 6

30 37 2 70 66 6

VPI=70 VCI=66

VPI, VCI Porto de entrada

Porto de saída

O caminho entre A e C é constituído pelos seguintes CIs: 10/55, 30/37 e 70/66. A ligação efectua-se através do porto de entrada 1 do comutador 1 e sai do porto 3 do mesmo comutador, entra em seguida no porto 2 do comutador 2 e sai no porto 6 do mesmo comutador.

Note-se que os valores VPI/PCI só têm significado local, só são válidos para uma ligação.


MPLS

• O MPLS é uma norma da IETF (Internet Engineering Task Force), que é independente dos protocolos de nível 2 e 3.

• O protocolo baseia-se na adição de uma etiqueta (label) a cada pacote, a qual vai ser usada na rede MPLS para fazer o encaminhamento do pacote.

• A etiqueta é de comprimento fixo (32 bits) e tem funcionalidadesequivalentes ao VPI/VCI do ATM, tendo também significado local.

• O MPLS suporta vários protocolos (MultiProtocol), tais como IP, ATM e frame-relay.

• Os elementos de rede usados são os LSR (Label Switched Routers) e LER (Label Edge Routers)

Cabeçalho de nível 2

Etiqueta MPLS 32 bits

Cabeçalho de IP

Cabeçalho das camadas superiores


Exemplo de uma rede MPLS• Os LSR são routers de elevada velocidade usados no núcleo da rede

que fazem o encaminhamento dos pacotes com base nas etiquetas.

• Os LER são routers usados nas orlas da rede e são responsáveis por inserir/extrair as etiquetas. Podem ter cartas IP, ATM, Frame-relay.

• Numa rede MPLS a transmissão de dados tem lugar usando LSP (Label Switched Paths). Os LSP correspondem a uma sequência de etiquetas, sendo cada etiqueta valida unicamente para uma ligação.

LER

LSR

LSR

LSR

LSR

LER1768

15LSP

Etiqueta


Redes do Século XXI

• As palavras chave vão ser banda larga, convergência e resiliência.

• A banda larga irá exigir a aproximação da fibra óptica ao utilizador.

• A convergência irá reduzir o número de tecnologias de rede usadas tanto na camada de serviço, como na camada de transporte.

• A resiliência permite garantir redes com elevada disponibilidade.

Camada de rede de Transporte

OTN

IP/MPLS

Camada de rede de serviçoPlataforma de acessomultiserviço

Utilizador

ONU

Fibra

Fibra

Cobre

Cobre

Convergência

Redes Multiserviço


Processo de Planeamento

Cenário

Definição do problema

Plano mestre

Descrição do tráfego

Alternativas para o sistema

Plano de configuração

Projecto piloto

Instalação completa

Decisões principais

Monitorização, analise

extensões, actualizações

Identificação do problema e análise

Situação inicial, estado da arte, tendências de evolução e objectivos

Normas de qualidade, requisitos da rede, opções técnicas, restrições económicas e organizativas

Matriz de tráfego, perfil de tráfego, evolução do tráfego

Topologias, componentes, produtos.

Mapeando o tráfego sobre as diferentes alternativas para o sistema, procura-se uma solução óptima em termos de custo e qualidade de serviço

Estrutura de rede e elementos de rede (especificação do hardware e do software), gestão da rede, estratégias e testes de instalação

O plano de configuração resulta da solução óptima

Os diferentes componentes são testados em projectos pilotos

Fase

co

ncep

tual

Fase

de

proj

ecto

Fase

de

inst

alaç

ão

Monitorizar, analisar e avaliar a qualidade de serviço para ajustar os componentes

As extensões estão associadas ao aumento do tráfego ou expansão geográfica


Etapas do planeamento

Longo termoOrientações iniciais para satisfazer futuras procuras de serviços; Orientadas por previsões económicas e de servicos, escolha de tecnologia e estratégia de operação.

Médio termoPreparação da expansão da rede ( topologia, capacidade, encaminhamento, instalação de equipamento e de cabos) com bases nos resultados do planeamento a longo prazo.

Curto termoOptimização da topologia e da capacidade, dimensionamento das vias de comunicação e dos elementos de rede. Resposta a procura de serviços inesperada Está directamente associada à gestão dia a dia.

Período de 4 a 10 anos

Período de 1 a 4 anos

Período de semanas a meses

planeamento e projecto de redes capítulo 1 introdução · central de comutação digital (ewsd)...

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