REDE DE TELECOMUNICAÇÕES: Comutação de Circuitos e de … · 2019. 12. 13. · 2.Redes de Comutação de Circuitos 2.1.Operação Básica Comutação de circuitos é a tecnologia

Figure 1.6 A Networking Configuration

Internet

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RouterEthernet

switch

Informationserver

Firewallhost

High-speed link(e. g. SONET)

LAN PCsand workstations

PrivateWAN

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ATMswitch

High-speedlink

Subscriberconnection

Residentialuser Internet service

provider (ISP)

Técnicas de . . .Redes de . . .Redes de . . .

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REDE DE TELECOMUNICAÇÕES:

Comutação de Circuitos e de Pacotes

Aula 3

Professor: Jaime

09 de setembro 2019

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE LONDRINA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA


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Sumário:

1 - Técnicas de Comutação;

2 - Redes de Comutação de Circuitos;

3 - Redes de Comutação de Pacotes;


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1. Técnicas de Comutação

• Utiliza-se o projeto de rede comutada também para implementar

redes locais (LANs).

• Os nós de comutação não se ocupam do conteúdo dos dados.

• Fornece recursos de comutação que moverá os dados de nó para

nó até que alcancem o destino (fig. 1).

• Dispositivos finais que se comunicam chama-se estações. Podem

ser: computadores, terminais, telefones ou outros dispositivos de

comunicação.

• Os nós são conectados uns aos outros em alguma topologia por

enlaces de transmissão.

• Cada estação está conectada a um nó. Grupo de nós é chamado

de rede de comunicação.


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B

A

E

F

C

D

1

4

5

2

3

6

7

Personalcomputer

Personalcomputer

Mainframe

SwitchingNode

Personalcomputer

Personalcomputer

Server

Figure 10.1 Simple Switching NetworkFigure 1: Rede de comutação simples.


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• Rede de comunicação comutada: os dados da estação são roteados

para o destino e são comutados de nó para nó.

• Exemplo: Dados da estação A para a estação F são enviados pelo

nó 4. Podem ser roteados pelos nós 5 e 6 ou 7 e 6. Observações:

1. Alguns nós se conectam apenas a outros nós (exemplo: 5 e 7).

Outros nós possuem uma ou mais estações anexadas.

2. Enlaces entre estações e nós são ponto a ponto dedicado. En-

laces nó para nó são multiplexados usando FDM ou TDM.

3. A rede não está totalmente conectada. Existe mais de um

caminho possível para cada par de estações → aumento de

confiabilidade.

• Existem duas tecnologias: a comutada de circuitos e a de pacotes.

Diferença: maneira como os nós comutam informações de um

enlace para outro.


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2. Redes de Comutação de Circuitos

2.1. Operação Básica

• Comutação de circuitos é a tecnologia dominante para as comuni-

cações de voz.

• Comunicação de circuitos significa que existe um caminho de co-

municação dedicado entre duas estações.

• Em cada enlace físico um canal é dedicado à conexão. Exemplo:

Rede de telefone.

• Comunicação por comutação de circuitos envolve 3 fases (fig. 1):


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1. Estabelecimento do circuito: antes da transmissão do sinal é es-

tabelecido um circuito direto (estação a estação). Exemplo:

(a) A envia para 4 requisição de conexão com E. A e 4 é uma linha

dedicada, conexão existente.

(b) O próximo nó é selecionado com base nas informações de rotea-

mento , nas medidas de disponibilidade e de custo.

(c) O 4 seleciona o 5 e aloca um canal livre (usando FDM ou TDM)

e e envia uma mensagem requisitando uma conexão com E.

(d) O nó 5 aloca um canal até o nó 6 e conecta internamente o 6

com o canal do nó 4.

(e) O 6 completa a conexão com o nó E. Em seguida um teste é

feito para determinar se E está ocupado ou não.


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2. Transferência de dados: a transmissão pode ser voz analógica,

voz digital ou dados binários, conforme a rede. O caminho é o

seguinte:

(a) Enlace A-4, comutação interna por meio de 4, canal 4-5,;

(b) Comutação interna por meio de 5, canal 5-6;

(c) comutação interna por meio de 6, enlace 6-E. Conexão: duplex.

3. Desconexão de circuito: a conexão é terminada pela ação de uma

das duas estações. Os sinais se propagam para os nós 4, 5 e 6 para

desacoplar os recursos dedicados.

• O caminho de conexão forma antes de começar a transmissão.

• Os comutadores precisam ter inteligência para fazer essas alo-

cações e criar uma rota através da rede.

• Existe um retardo antes da transferência de sinal para o estabe-

lecimento da chamada.


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• Uma vez o circuito se estabelece, a rede se torna transparente aos

usuários.

• As informações são transmitidas sem retardo, somente o de propa-

gação pelos enlaces de transmissão.

• O retardo em cada nó é insignificante.

• Exemplo de uma rede de comutação de circuito é a rede pública

de telefonia (fig. 2).

• Outro exemplo é o PBX (Private Branch Exchange) que interconecta

telefones dentro de um prédio ou escritório.

• É usada também em redes privadas.

• Essa rede é configurada por uma corporação para interconectar

seus vários escritórios.

Consiste de sistemas PBX em cada escritório interconectados

pelas linhas dedicadas alugadas de uma operadora.


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End Office

Subscriber Loop

Connecting TrunkConnecting Trunk Intercity Trunk

Long-distanceoffice

Long-distanceoffice

End Office

Digital PBX

Figure 10.2 Example Connection Over a Public Circuit-Switching NetworkFigure 2: Exemplo de conexão por meio de uma rede pública de comutação de circuitos.


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• Os quatro componentes arquitetônicos que compõem uma rede

pública de telecomunicações:

1. Assinantes: composta de telefones, mas o tráfego de dados

está aumentando.

2. Linha de assinante: enlace entre assinante e a rede chamado de

loop de assinante ou loop local. tamanho de alguns kilômetros

a dezenas de kilômetros.

3. Centro de comutação: centro de comutação que aceita assi-

nantes é chamada de central telefônica. Existem centros de

comutação intermediário para interlizar localidades distantes.

4. Tronco: Os braços entre os centros de comutação.

• Os assinantes se conectam a uma central telefônica que comuta o

tráfego entre os assinantes e entre os assinantes e outros centros.

• Outros centros roteiam e comutam tráfego entre centrais telefone.


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• Para conectar dois assinantes ligados a mesma central telefônica

configura-se um circuito entre eles.

• Para dois assinantes de centrais diferentes se conectarem, um cir-

cuito entre eles consistirá em uma cadeia de circuitos por meio de

uma ou mais centrais intermediárias.

• Na figura 3, uma conexão entre A e B se estabelece configurando-se

a conexão por meio da central.

• Para a conexão entre C e D. Uma conexão se estabelece entre C e

um canal tronco para o comutador intermediário que se conecta

a um canal do tronco para a central de D. Na central, o canal é

conectado à linha D.

• Requisito para tráfego de voz→ não haver retardo ou variação de

retardo e a qualidade do sinal recebido deve garantir inteligibili-

dade.


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Figure 10.3 Circuit Establishment

a

b

c

d

Trunk

Trunk

Endoffice

Endoffice

Intermediateexchange

Figure 3: Estabelecimento do circuito.


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2.2. Sinalização de Controle

• São o meio pelo qual a rede é gerenciada, as redes se estabelecem

e são mantidas e terminadas.

• O gerenciamento de chamadas e de redes geral exigem que as

informações sejam trocadas entre:

Assinante e comutador;

Entre comutadores;

Entre comutador e o centro de gerencia de rede.

• Rede pública de telecomunicações → esquema de sinalização de

controle complexo.

2.2.1. Funções de sinalização

• Os sinais de controle afetam aspectos de comportamento da rede:

serviços de rede visíveis ao assinante e os mecanismos internos.


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• As funções mais importantes são:

1. Comunicação audível com o assinante: tom de discagem, tom

de chamada, sinal de ocupado, etc.

2. Transmissão do número discado para central de comutação

que completa uma conexão.

3. Transmissão de informações entre comutadores para indicar

que a chamada não pode ser completada.

4. Transmissão de informações entre comutadores indicando tér-

mino e que o caminho pode ser desconectado.

5. Um sinal para fazer o telefone tocar.

6. Transmissão de informações usadas para fins de cobrança.

7. Transmissão informações que fornecem o estado do equipa-

mento ou troncos da rede. Usadas no roteamento e manutenção.

8. Transmissão para diagnóstico e isolamento de falhas sistema.


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9. Controle de equipamentos especiais, como o equipamento de

canal de satélite.

• Exemplo de uso do controle de sinalização: dois assinantes da

mesma central.

1. Chamada inicia quando um assinante retira o telefone do gan-

cho. Sinalizada para o comutador da central.

2. O comutador envia tom de discagem sinalizando que o número

pode ser discado.

3. O chamador disca um número, que é um endereço chamado

para o comutador.

4. Para o assinante não ocupado, o comutador envia um sinal

para o telefone tocar.


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5. É fornecido retorno para o assinante chamador:

Assinante não ocupado: o comutador envia tom de chamada.

Assinante ocupado: o comutador envia tom de ocupado.

Chamada não pode ser completada: comutador envia men-

sagem audível.

6. A parte chamada aceita tirando o fone do gancho, sinalizado

ao comutador.

7. O comutador estabelece uma conexão entre os dois assinantes.

8. A conexão é liberada quando um dos assinantes coloca o fone

no gancho.


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• Assinante chamado conectado a um comutador diferente temos

as seguintes funções de sinalização de tronco comutador para co-

mutador:

1. O comutador iniciador captura um tronco intercomutador, en-

via uma indicação de fora do gancho no tronco e requisita um

registrador de dígito na outra ponta para que o endereço possa

ser comunicado.

2. O comutador finalizador envia uma indicação de fora do gan-

cho seguida de um sinal de no gancho conhecido como um

wink. Isso indica um estado de registrador pronto.

3. O comutador iniciador envia os dígitos de endereço para o

comutador finalizador.

• A sinalização é classificada como: de supervisão, endereço, infor-

mação de chamada e gerenciamento de rede.


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• Supervisão: usado para se referir às funções de controle que pos-

suem caracter binário (verdadeiro/falso, ligado/desligado).

Exemplo: requisição de serviço, resposta, alerta e retornar para

desocupado.

São usados para determinar se o recurso está disponível e se

tiver capturá-lo. Também para comunicar o estado dos recursos

requisitados.

• Endereço: identificam um assinante. Gerado por um assinante

chamador quando disca um número telefônico.

• Informação de chamada: são os sinais que fornecem informações

aos assinantes sobre o estado de uma chamada. São tons audíveis

que podem ser ouvidas pelo chamador.


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• Gerenciamento de rede: são usados para a manutenção, o diag-

nóstico e a operação geral da rede.

Podem ser na forma de mensagem, como uma lista de rotas

pré-planejadas enviadas para uma estação a fim de atualizar suas

tabelas de roteamento.

Essa categoria irá se expandir com a crescente complexidade

das redes comutadas.

2.2.2. Localização da Sinalização

• Existem dois contextos: sinalização entre um assinante e a rede e

sinalização dentro da rede.

• As características do dispositivo do assinante e as necessidade do

usuário determinam a sinalização entre assinante e a central.

• Dentro da rede são inteiramente de computador a computador.


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• A sinalização interna gerencia as chamadas de assinantes e a

própria rede.

• A sinalização interna possui um repertório mais completo de co-

mandos, respostas e conjunto de parâmetros.

• A central possui um mapeamento entre a técnica de sinalização

menos complexa usada pelo assinante e a técnica mais complexa

usada dentro da rede.

• Para a sinalização intra-rede é usado o SS7 (Signaling System

Number) para as redes digitais.

2.2.3. Sinalização de Canal Comum

• Nas redes de comutação de circuitos ocorre numa base por tronco

ou no canal.


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• Os recursos para transmissão de voz são compartilhados com a

sinalização de controle.

• A velocidade de transferência de informações é limitada pela sinal-

ização do canal.

• Outra desvantagem da sinalização no canal é a quantidade de

retardo entre a discagem e a conexão.

• Esses dois problemas são resolvidos com a sinalização de canal

comum.

Os sinais de controle são transportados sobre caminhos difer-

entes do canal de voz.

• Um caminho de sinal de controle independente pode transportar

sinais para diversos canais de assinante.

• A contínua queda nos custos de hardware de computador torna a

sinalização de canal comum cada vez mais atraente.


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• Para a sinalização no canal, no receptor, os sinais de controle são

comutados do canal de voz para o processador de controle.

• Para a sinalização de canal comum, os sinais de controle transferem-

se diretamente de um processador de controle para outro.

Esse procedimento é menos susceptível a interferências aciden-

tais ou intencionais entre assinante e sinais de controle.

• Para a sinalização de canal comum o tempo de configuração de

chamada reduz.

• Na sinalização no canal, quando mais de um comutador é en-

volvido, o sinal de controle não pode ser transferido por meio do

comutador para o próximo segmento da rota até que o circuito

associado se estabeleça por meio desse comutador.


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• Com a sinalização de canal comum, o encaminhamento das infor-

mações de controle pode se sobrepor ao processo de configuração

de circuito.

Essa técnica é usada externamente à rede, na interface entre o

assinante e a rede. Isso ocorre com RDSI (ou ISDN) e muitas outras

redes digitais.


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3. Redes de Comutação de Pacotes

• Comutação de pacotes: é uma arquitetura para comunicação de

dados digitais de longa distância. Estudo iniciado em 1970.

• A tecnologia da comutação de pacotes evoluiu substancialmente,

mas:

1. Hoje é basicamente a mesma do início da década de 1970.

2. Continua sendo uma das poucas tecnologias eficazes para a

comunicação de dados de longa distância.

• As duas tecnologias mais recente, Frame Relay e ATM, são vari-

ações do método básico de comutação de pacotes.


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3.1. Operação Básica

• Deficiências do uso da rede de comutação de circuitos para conexões

de dados:

1. Para uma conexão de um computador pessoal a um servidor de

banco de dados, em grande parte do tempo, a linha está livre.

Portanto o método de comutação por circuito é ineficiente.

2. Cada um dos dispositivos conectados precisam transmitir e

receber na mesma velocidade de dados do outro. Isso limita

a utilidade da rede para interconectar diversos computadores

host e estações de trabalho.

• A transmissão por pacote resolve esses problemas. Os dados são

transmitidos em pacotes curtos.

• Limite superior típico: 1000 bytes. Se origem possui uma men-

sagem mais longa, desmembra-se em pacotes, fig. 4.


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Application data

control information(packet header)

packet

Figure 10.8 The Use of Packets

Packet-SwitchingNetwork

Figure 4: O uso de pacotes.


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• Cada pacote contém uma parte dos dados dos usuários e algumas

informações de controle.

• As informações de controle possui informações para a rede rotear

o pacote e entregá-lo ao destino.

• Em cada nó na rota, o pacote é armazenado temporariamente e

repassada para o próximo nó.

• Um computador transmissor envia uma mensagem como uma

sequência de pacotes figura 5(a).

• Cada pacote inclui informações que indicam a estação de destino.

• Os pacotes são enviados para o nó em que a estação emissora está

conectada.

• Esse nó armazena o pacote temporariamente, determina o próxi-

mo segmento da rota e coloca o pacote na fila de saída do enlace.


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• Cada pacote será transmitido para o próximo nó de enlace disponí-

vel figura 5(b).

• Todos os pacotes atravessarão a rede e serão entregues para o

destino.

• Vantagens da comutação por pacotes:

1. A eficiência de linha é maior, já que um único enlace pode

ser compartilhado por muitos pacotes ao longo do tempo. Os

pacotes são colocados em fila e transmitidos pelo enlace. A

comutação de circuitos, o tempo de enlace nó a nó é pré-alocado

mediante a TDM síncrona. Grande parte do tempo o enlace

está livre.

2. Duas estações com velocidade de dados diferentes podem tro-

car pacotes, pois cada uma se conecta ao seu nó em sua própria

velocidade de dados.


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21

3 2 1

3

(c)

3

12

(b)

(a)

(d)

(e)

2 1

3

32

1

Figure 10.9 Packet Switching: Datagram ApproachFigure 5: Comutação de pacotes: Método de datagrama.


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3. Quando o tráfego se torna pesado em uma comutação de cir-

cuitos algumas chamadas são bloqueadas até a carga diminuir.

Na rede de comutação de pacotes, os pacotes ainda são aceitos,

mas o retardo da entrega aumenta.

4. As prioridades podem ser aplicadas. Os pacotes prioritários

sofrerão menos retardos do que os pacotes de baixa prioridade.

• Desvantagens da comutação por pacotes;

1. Um pacote sofre um retardo de transmissão igual ao tamanho

do pacote de bits dividido pela velocidade do canal de entrada

de bits por segundo; esse é o tempo que leva para absorver

o pacote no buffer interno. Pode haver também um retardo

variável devido ao processamento e enfileiramento no nó.


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2. Os pacotes entre a origem e o destino podem variar em tamanho,

tomar diferentes rotas e estar sujeitos a retardos variáveis nos

comutadores, o retardo geral pode variar substancialmente.

Fenômeno conhecido como jitter (Não desejável em: voz por

telefone e vídeo em tempo real).

3. A comutação por pacotes possui overhead, o circuito comutado

não possui.

4. Mais processamento na transferência de informações em cada

nó usando a comutação por pacotes. Na comutação de circuitos

não há processamento após configurado o circuito.


Internet

Router

RouterEthernet

switch

Informationserver

Firewallhost



PrivateWAN

ATMNetwork

ATMswitch

High-speedlink



provider (ISP)

Técnicas de . . .

Redes de . . .

Redes de . . .

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3.2. Técnica de Comutação

• Uma mensagem com tamanho maior do que o pacote máximo; a

mensagem é dividida em pacotes que são enviados um de cada

vez; a rede poderá manipular esse fluxo para roteá-lo ao destino

de duas formas diferentes:

3.2.1. Datagrama

• Cada pacote será tratado de forma diferente, conforme figura 5.

• Podem chegar fora de ordem no ponto de saída. Nesse exemplo o

nó de saída restaura a ordem.

• Em algumas redes, cabe ao destino fazer a ordenação.

• É possível que um pacote seja danificado na rede. Cabe a saída e

ao destino detectar e recuperá-lo.

• Cada pacote é tratado independentemente.


Internet

Router

RouterEthernet

switch

Informationserver

Firewallhost



PrivateWAN

ATMNetwork

ATMswitch

High-speedlink



provider (ISP)

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Redes de . . .

Redes de . . .

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3.2.2. Circuito virtual

• Uma rota pré-planejada se estabelece antes do envio do pacote.

• Uma vez estabelecida a rota, todos os pacotes seguem essa mesma

rota, figura 6.

• Cada pacote contém um identificador de circuitos virtual.

• Estação pode ter mais de um circuito virtual para qualquer outra

estação e pode ter circuitos virtuais para mais de uma estação.

• Circuito virtual uma rota entre estações é configurado antes da

transferência de dados.

• Um pacote ainda é colocado em buffer em cada nó e enfileirado

para saída.

• O nó não precisa tomar uma decisão de roteamento para cada

pacote.


Internet

Router

RouterEthernet

switch

Informationserver

Firewallhost



PrivateWAN

ATMNetwork

ATMswitch

High-speedlink



provider (ISP)

Técnicas de . . .

Redes de . . .

Redes de . . .

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• Duas estações desejam trocar dados por um longo tempo, o cir-

cuito virtual é vantajoso.

• Se uma estação deseja enviar apenas um ou alguns pacotes, a

entrega por datagrama é mais rápida.

• Se houver congestionamento, os datagramas poderão rotear para

fora do congestionamento.

• Circuito virtual se um nó falhar, todos os circuitos virtuais que

passam por esse nó serão perdidos.

• No datagrama se um nó falhar, os outros pacotes podem encontrar

uma rota alternativa.


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Router

RouterEthernet

switch

Informationserver

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PrivateWAN

ATMNetwork

ATMswitch

High-speedlink



provider (ISP)

Técnicas de . . .

Redes de . . .

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3

(c)

1

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(b)

(a)

(d)

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Figure 10.10 Packet Switching: Virtual-Circuit ApproachFigure 6: Comutação de pacotes: Método de circuito virtual.

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REDE DE TELECOMUNICAÇÕES: Comutação de Circuitos e de … · 2019. 12. 13. · 2.Redes de Comutação de Circuitos 2.1.Operação Básica Comutação de circuitos é a tecnologia