redes convergentes de alta velocidade profa. etianne torres [email protected]
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Histórico e Fundamentos das Redes de NGN (Next Generation Networks)
• Introdução:
– Forças de Transformação no Cenário das Redes de Telecomunicação
– Ambiente multifornecedor (redução de custos de equipamentos e serviços)
– Convergência de Voz, dados e vídeo na mesma infra-estrutura de rede.
Então o que é Convergência
• Consiste no tratamento e encaminhamento de todos os tipos de informação (voz, dados e vídeo) na mesma infra-estrutura de rede, ou seja, usando o mesmo tipo de equipamento.
(Tronco, 2006).
Consolidação do Mercado de Telecomunicações
• Por meio da tecnologia que utiliza o protocolo da Internet ou tecnologia IP (Internet Protocol).
• Valorização do Paradigma “tudo sobre IP”
• Tecnologia Fotônica (Melhora nos sistemas de modulação e redução da atenuação e dispersão).
• WDM (Wavelength Division Multiplexing) – Técnica de multiplexação em comprimento de onda.
União da área de Telecom com a Informática
• Exercem duas funções básicas:
– Processamento da informação
– Transporte da informação
A Arquitetura proprietária, e principalmente monolítica, dos atuais
equipamentos de rede faz com que as operadoras de redes e provedores
de serviço fiquem inteiramente dependentes dos fabricantes de
equipamentos para as atualizações de software/hardware e para novas
aplicações. (Tronco 2006).
E o porque dessa Dependência?
• Ocorre porque os atuais equipamentos de rede tem uma arquitetura cujas funções de controle e de encaminhamento da informação são inseparáveis.
• E Gera forte dependência do fabricante, com relação á:– Novas funcionalidades do software e do hardware– Política de preço e – Criação de novos serviços
Evolução da Tecnologia dos PC´s
Poucas Aplicações
proprietárias sob SW e
HW proprietários
Um universo de aplicações
Alguns Sistemas Operacionais
Grande Variedade de Hardware Padronizado
IBM 1980 Atualmente
Então Qual é o FOCO da NGN?
• Separar o HW do SW dos equipamentos de telecomunicações, através de interfaces padronizadas.
• Onde a criação de novos serviços é independente do HW.
E como funciona a Arquitetura NGN• Decompõe os elementos da camada de rede em Camadas Funcionais:
– A primeira: Refere-se a Camada de Acesso (Edge Layer). • Ex:Telefone Fixo ou Celular,• PC´s, Modems, PABX
– A Segunda: Refere-se a Camada de Núcleo (Core Layer)• Ex: Comutadores e Multiplexadores
– A Terceira: Refere-se a Camada de Controle da Rede (Network Control Layer)• Roteamento e Sinalização de Chamadas
– A Quarta: Refere-se a camada de Serviço e Aplicações• Autenticações, Autorizações, Tarifações e Gerenciamento.
Modelo da NGNCamada de Serviços e Aplicações
Camada de Controle
Camada de Núcleo da Rede
Camada de Acesso
AAA Gerência Base da Dados
CR SC SGW
XX
XX
X
X
SS7
SGW GWGW
GW
RTPC
Acesso EmpresasAcesso
Residencial
Acesso Sem Fio
Principais Elementos São:• Media Gateways (GW)– Responsáveis pela conversão do tráfego de voz, dados ou
vídeo em sua forma original para a forma IP. (Camada de Acesso)
• Media Gateway Controller – SC ou (MGC)– Também denominado Servidor de Chamadas (Softswitch).
Fornece serviço de tratamento das chamadas dos assinantes telefonicos para abrir a rota para a passagem da informação da rede telefonica sobre a rede IP.
• Controlador de Rotas (CR)– Efetua o calculo das rotas para encaminhamento das
chamadas dentro da rede IP.
Principais Elementos São:• Gateway de Sinalização (Signaling Gateway –
SGW).– Converte a sinalização da chamada (Commom Channel
Signating System N°. 7 (SS#7) para a sinalização da chamada da rede IP. As mensagens são trocadas por meio de um canal dedicado de 64kbit/s (Canal comum).
• Rede de Pacotes (Núcleo)– Composta pelos equipamentos de encaminhamento e
transporte IP (comutadores e multiplexadores) e utilizada na camada do núcleo da rede.
Teve início com o advento da Rede Inteligente (RI).
Na RI surge o processo de separação da camada de aplicação (ambiente de criação de serviços)
das demais camadas de rede.
O Processo continuou com a separação da camada de controle das
camadas de comutação e acesso.
A camada de acesso e comutação passou a ser denominada Media
Gateway (MG) e a camada de controle de Media Gateway
Controller (MGC).
Temos então???
• A padronização da interface entre o MGC e MGs.
• O que possibilitou livre escolha entre os fabricantes de equipamentos.
• E a separação do controle e da comutação permitiu o compartilhamento dos recursos de comutação por diferentes controladores e o aumento da velocidade de comutação passa somente a encaminhar dados.
Decomposição dos Elementos da Rede
MGC Aplicação Aplicação
Controle
Porta
Porta Porta
PortaX
Comutador Telefonico Monolítico
Controle
Porta
Porta Porta
PortaX
MG
Aplicação
Controle
Porta
Porta Porta
Porta
X
Comutador DecompostoDe RI
Media Gateway eMedia Controller Gateway
No momento Atual, redes e serviços ainda estão muito
vinculadas. Mas superadas as limitações impostas pelas redes e
equipamentos legados e pelos aspectos financeiros e econômicos as diferentes redes vão “convergir”
para uma plataforma única.
Característica Importante da NGN
• É a integração dos serviços, diminuindo o custo de operação de redes distintas.
• Sendo assim, é fundamental a padronização para efetuar a separação das camadas de rede através da interface de programação de Aplicações (APIs).
Princípios das Redes de Nova Geração
• Decomposição das funções dos elementos de rede em componentes com interfaces bem definidas.
• Separação dos serviços da camada de rede, o que permite a evolução dos serviços independentes dos equipamentos de rede e a continuidade dos serviços atuais
• Arquitetura distribuída e processamento transparente da localização geográfica do componente.
Princípios das Redes de Nova Geração
• Desenvolvimento dos componentes para flexibilizar configurações e atualização tecnológica. Componentes individuais podem ser substituídos sem afetar o todo.
• Prover funções de interoperabilidade para possibilitar às novas redes interação com o sistema já existente (legado).
• Integração dos sistemas de operação, administração, manutenção e aprovisionamento. A gerência de uma rede única reduz o custo de operação/manutenção da rede de forma significativa.
Princípios das Redes de Nova Geração
• Criação de um ambiente multifornecedor para os diversos componentes da rede. Diminuindo o custo.
• Rede multisserviço (rede única) que possibilita a integração de todos os serviços.
• Uso eficiente dos recursos de comutação e transmissão e ampla conectividade.
Exercícios
• Explicar a Mudança de paradigmas da NGN comparada às redes tradicionais.
• Descrever as camadas da NGN e suas principais funções.
• Cite exemplos de arquiteturas NGN padronizadas atualmente e fale brevemente do seu desenvolvimento.
Respostas• A mudança de paradigmas da NGN refere-se à decomposição dos elementos de rede
(equipamentos) monolíticos em diversas partes e à padronização das interfaces entre essas partes, possibilitando a criação de um ambiente multifornecedor (um forncedor para cada parte), fazendo com que o custo das partes componentes fique cada vez menor. Além disso, com a utilização de uma única tecnologia de rede de pacotes, é possível a integração de todos os serviços. O custo de operação/manutenção de uma única rede é significativamente menor que o do ambiente atual (uma rede para cada tipo de serviço).
• A arquitetura NGN decompõe os elementos de rede em quatro camadas funcionais: camada de acesso, camada central, camada de controle e camada de serviços. A camada de acesso (Edge Layer) provê interfaces para os dispositivos do usuário ou para outras entidades da rede no plano de adaptação do fluxo de dados do usuário às características da rede. A camada central (Core Layer) tem a função de comutação e transporte. A camada de controzle (Network Control Layer) controla os comutadores e os elementos do acesso e na camada de serviços de rede são implementados os serviços.
• Dois exemplos importantes de arquiteturas NGN são o IMS (IP Multimedia Subsystem) e o Parlay, que tratam da convergência dos serviços de voz da rede de telefonia pública fixa e da rede de telefonia celular.
ISDN – Redes Digitais de Serviços Integrados
• Conexão última milha (conexão do terminal telefônico com a central telefônica baseada em sinal digital).
• Permite a transmissão de dados de forma mais fácil e transparente que as linhas analógicas.
• Na década de 90, no Brasil não existiam linhas digitais para assinantes.
• Discussões em Grupo
– ISDN
– Futuro da Telefonia Móvel
– Vídeo - PVS
REDES DE LONGAS DISTÂNCIAS (WAN)
Aula 2
Histórico e Introdução
• São Redes de Longas Distâncias• Trafegam a uma velocidade inferior as Lan´s• Possuem protocolos específicos• Meios de Transmissão mais comuns:– Cabos de cobre, satélite, microondas e fibra óptica.
• Surgiu pela necessidade de conexão de mainframes e controladoras de terminais.– Modems nas duas pontas.– Comutação por circuitos.
Histórico e Introdução
• A primeira rede de pacotes comercialmente disponível com alta abrangência geográfica foi a X.25 (VideoTexto e conexão remota entre mainframes).
• Baseada em Cabos de Cobre (altas taxas de erro)
• Possuía mecanismos de tratamento e correção de erros.
• Ocasionava muita latência
Histórico e Introdução
• Surge então o Frame Relay como solução a rede X.25.
• Utiliza fibra óptica
• Permite velocidades n X 64 até 34 Mbps
• Comutação por Frames
• Não possui mecanismos de priorização de dados
Histórico e Introdução
• Surge então o ATM (Assynchronous Transfer Mode).
• Baseada em Comutação por Células
• Custo Elevado e complexidade
• Substituído pelas redes IP.
Técnicas de Comutação• Por Circuitos
– Capacidade Fixa– Rede de Telefonia– Conexão Fim a Fim
• Por Pacote (frames)– Mesma conexão Física– Utiliza Técnicas de Multiplexação– Tráfego é Estático– Trata todo o conteúdo antes de decidir roteamento (Store and Foward)– Compartilhamento de banda– Redundância
• Por Células– Células de Tamanho Fixo– Tráfego Dinâmico– Encapsulamento via ATM (IP)
Tecnologias WAN
• Linhas Discadas e Privativas• ISDN• E-1• X.25• Frame Relay• ATM• IP• MPLS
Linhas Discadas
• Custo Baixo• Funcionam com circuitos de dados ponto a
ponto• Utilizadas por roteadores e modems com a
finalidade de redundância (dial backup).• Velocidade Limitada a 56Kb.
Linhas Privativas• Enlace dedicado entre dois pontos• Utiliza comutação por Circuitos• Permanece sempre conectada• Não ocorre variação no atraso e nem congestionamento.• Taxas constantes• Interligação de PABX via serviços de voz.• Linhas de Alta Velocidade
– Nx64K (Síncronos) até 2Mbps• Linhas de Baixa Velocidade
– 1200bps a 19.200bps (Síncronos)
Linha Discada X Linha Privativa
XX X
XX
XXX
Fundamentos ISDN
• Composta por:
– Equipamentos Digitais– Trafegam voz e dados digitalizados– Centrais, Comutadores e Switches
O que é?
• Rede Digital de Serviços Integrados
– É uma rede comutada por circuito, ou seja, opera como uma ligação telefônica e concede velocidades maiores que as usualmente obtidas com os modems analógicos das conexões telefônicas.
– Possui menor custo que serviços dedicados
Como funciona
• Dois fios da rede telefônica chegam ao cliente (Central ISDN).
• São conectados aos NT (Network Terminal).• Converte os Dois fios em Quatro• São conectados a equipamentos com Interface ISDN
(Computador, roteadores, telefones e outros) – TE1 (Terminal Equipment tipo 1).
• TA (Terminal Adapter)• TE2.
Fonte: Cisco Networking Academy
Exemplo
Rede ISDNXNT
TA
Roteador com Interface ISDN
(TE1)
Equipamento sem Interface ISDN
(TE2)
2 Fios daRede Telefônica
Fonte: Cisco Networking Academy
Pontos de Referência ISDN• R – Faz referência à conexão entre um dispositivo TE2 (Terminal Equipment type 2)
não compatível com ISDN e um TA (Terminal Adapter), como por exemplo, uma interface serial RS-232.
• S – Faz referência aos pontos que se conectam ao dispositivo de comutação do cliente NT2 (Network Termination type 2) e que permitem chamadas entre os vários tipos de equipamentos das instalações do cliente.
• T – Eletricamente idêntica à interface S, faz referência à conexão que sai da NT2 e vai para a rede ISDN ou NT1 (Network Termination type 1). U – Faz referência à conexão entre a NT1 e a rede ISDN de propriedade da companhia telefônica.
• Como as referências S e T são eletricamente semelhantes, algumas interfaces são indicadas por S/T. Embora realizem funções diferentes, a porta é eletricamente idêntica e pode ser usada para qualquer uma das funções.
Acesso a Rede ISDN• Basicamente se disponibiliza em dois tipos:
– BRI (Basic Rate Interface)• Disponibiliza dois canais digitais de 64Kbps (Canais B) e um canal de 16Kbps
(Canal D)• Tráfego de sinalização do Canal D utiliza protocolo LAPD (Data Link Layer
Protocol) baseado em HDLC (high-level data link control).
– PRI (Primary Rate Interface)• Disponibiliza em acessos E1 (2Mbps)• 30 Canais de 64Kbps (canais B) e um canal de sinalização de 64Kbps (canal D)• Equipamento semelhante ao Modem CSU/DSU (Chanel Service Unit/Data
Service Unit).
Em acessos residenciais a interface mais comum é a ISDN BRI, na qual com dois
canais de 64Kbps é possível ligar um telefone e um computador. Cada canal
no acesso ISDN BRI deve ter um número ou endereço (análogo ao número do telefone) e identificador de acesso chamado de SPID (Service Profile
Identifier) utilizado pelos Switches ISDN da rede para realizar a comutação e
encaminhamento.
Padrões• São normatizados pela ITU-T (International Telecomunication
Union) e atuam nas camadas 1, 2 e 3 do modelo OSI.
• Os endereços de acesso são controlados pelos protocolos E.163 e E.164 (RFC 1183).
• Interfaces, conceitos e estruturas da rede utilizam os protocolos I100, I200, I300 e I400.
• A sinalização e a comutação são realizados pelos protocolos Q.921 (LAPD) e Q.931.
Padrões• Protocolos E – Recomendam padrões de rede de telefonia para
o ISDN. Por exemplo, o protocolo E.164 descreve o endereçamento internacional do ISDN.
• Protocolos I – Tratam de conceitos, terminologia e métodos gerais. A série I.100 inclui conceitos ISDN gerais e a estrutura de outras recomendações da série I. A I.200 trata de aspectos de serviço do ISDN. A I.300 descreve aspectos de rede. A I.400 descreve a maneira como a UNI é fornecida.
• Protocolos Q – Abordam a maneira como a comutação e a sinalização devem operar. O termo sinalização, neste contexto, significa o processo de estabelecer uma chamada ISDN.
Processo de Conexão – Interface BRI à Rede ISDN
1. Quando uma chamada se inicia, envia-se o número chamado à rede ISDN pelo canal D.
2. O Switch ISDN da rede que recebe a chamada estabelece um caminho até o switch na ponta de destino e passa o número do destinatário a ele.
3. O Switch da ponta de destino envia a sinalização pelo Canal D até o destinatário.
4. Conecta-se o Canal B entre a origem e o destino final para a transmissão dos dados.
Uma Rede ISDN transmite pacotes de protocolos de rede (IP, IPX e
outros) encapsulando-os em protocolos de enlace de redes WAN como PPP, HDLC e LAPD.
E o que são esses protocolos• PPP (Point-to-Point Protocol)
– Encapsulamento do datagrama no quadro: Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (não apenas o IP) ao mesmo tempo.
– Capacidade de separar os protocolos na recepção
• HDLC– Trata-se de um protocolo síncrono, full-duplex, suporta configurações ponto-
a-ponto ou multiponto operando em linhas privadas ou discadas.
– Cada bloco de mensagem transmitido no protocolo HDLC deve obedecer sempre ao mesmo formato: Iniciando pelo campo Flag, precedidos pelos campos de endereço, controle, informação, e FCS (frame Check Sequence), respectivamente.
E o que são esses protocolos
• LAPD– Transportar informações entre entidades da camada 3 através da
interface de rede ISDN, usando o canal D. – O LAPD inclui funções para :
• O atendimento de uma ou mais conexões de enlace de dados no canal D. A distinção entre as conexões de enlace de dados é feita através do DLCI (Data Link Connection Identifier) contido em cada frame.
• Delimitação de frame, alinhamento e transparência, permitem reconhecer uma seqüência de bits transmitidos através do canal D, como um frame;
• detecção e correção de erros de transmissão, de formato e de operação numa conexão de enlace de dados;
• aviso de erros irrecuperáveis para a entidade gerenciadora; e controle de fluxo.
Exercícios
1. O que é ISDN?
2. Descreva as características das interfaces BRI e PRI.
3. Qual a função dos equipamentos NT e TA em uma conexão ISDN.
4. Quais os protocolos utilizados em uma rede ISDN e suas funções?
Respostas1. É uma rede de comunicação que opera por conexões comutadas, temporárias,
que utiliza a rede telefônica digitalizada para comunicação de voz e dados em velocidades maiores que as conexões dos modems analógicos feitas pela linha telefônica analógica comum.
2. BRI: conexão básica com dois canais de 64Kbps (canais B) e um canal D de 16Kbps para sinalização. PRI: conexão E1 (2Mbps) com 30 canais de 64Kbps que permite a conexão de uma quantidade maior de equipamentos.
3. O equipamento NT (Network Terminal) converte a sinalização dos dois fios da rede pública em quatro fios da arquitetura ISDN. O equipamento TA (Terminal Adapter) converte os sinais de equipamentos não ISDN na sinalização ISDN de quatro fios que é conectada ao NT.
4. E.163 e E.164 para endereçamento nas redes I.100, I.200, I. 300 e I.400, na especificação e estrutura da rede Q.921 (LAPD) e Q.931 para sinalização e comutação.
FRAME RELAY
Estudo de Caso