Redes de computadores:Infra-estrutura de Rede

Prof. Dr. Amine BERQIAProf. Dr. Amine BERQIA

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Infra-estruturaInfra-estrutura de Rede de Rede

Tecnologias: • Redes locais (LANs)

– por exemplo Ethernets, Token-Passing Rings

• Redes Área Metropolitana (MANs)

– por exemplo FDDI, DQDB

• Redes de área extensa (WANs)

– por exemplo PSTN, PSDN, ISDN, telephone celular

• Redes Privadas / Redes Privadas Virtuais (VPNs)

– por exemplo TV por cabo, redes enterprise

Modo de conexão Modo de conexão

orientado á conexão (cada pacote de dados segue o mesmo caminho na rede) • X.25

– Transferência de dados lenta, mas tem incorporado correção de erros, pode ser usado linhas de comunicação com alto BER (bit error rate).

• Frame switching (comutação por quadro) (disponível no ISDN; não muito popular)

– rede actua sobre controle de erro e de fluxo • Frame Relay (disponível no ISDN)

– considerado primeira geração de tecnologia de pacotes rápida– adequada para aplicações de velocidade de dados altas e do tipo

bursty– aplicações em redes privadas – overhead mínimo

BackboneBackbone

É necessária largura da banda no Backbone

• função de fluxo de tráfego entre subredes e de recursos centralizados (servidores)

BackBone (por ex. ATM switch, DQDB, FDDI)

Router...

Subrede

Tecnologias emerTecnologias emergentesgentes

Tecnologias emergentes• 100 Mbit/sec (por ex. 100 Base-T Fast Ethernet, 100VG-AnyLan,

ISO-Ethernet)– "extensão" de LANs para tratar de tráfego de LAN

multimedia de alta velocidade• FDDI-II

– extensão de FDDI para tratar tráfego LAN multimedia • DQDB

– desenho elegante que incorpora as melhores características de token ring e ethernet

• ISDN de Banda Estreita– sistema de telefone de circuito completamente digital que

integra voz e serviços de não-voz (normalização iniciou em 1984)

FDDI FDDI II & II (1) & II (1)

FDDI (Fibre Distributed Data Interface) • Anel token ring rápido (100 Mbit/sec) • Utiliza liberatação de testemunho mais cedo • Utiliza topologia de duplo anel • Utiliza fibra de multimode com LEDs baratos, ou fibra

monomodo e laser FDDI-II oferece também serviços síncronos (além dos

serviços assíncronos oferecidos pelo FDDI) Houve iniciativa para normalizar FDDI não fibra, por

exemplo STP CDDI (Copper Distributed Data Interface) para cablagem UTP e SDDI para cablagem STP

FDDI FDDI II & II (2) & II (2) Suporta tráfego síncrono e assíncrono

• Tráfego síncrono (como voz e vídeo):– Largura de banda garantida, conhecida como alocação de tempo

síncrono (alocado por procedimentos duma estação de gestão)– Atraso Bounded (atraso máximo = 2 x TTRT / Tempo de Rotação

do Target Token +atraso de propagação) • Tráfego assíncrono (como dados):

– Utiliza a capacidade restante do tráfego (utiliza tempo acima de TTRT; se testemunho viaja á volta do anel em menos de TTRT então tráfego assíncrono pode ser transmitido, até ao TTRT)

– 8 níveis de prioridade • FDDI-II utiliza um tempo de quadro de 125msec, permitindo a

distribuição no máximo de 16 canais síncronos de 6.144 Mbit/sec cada (alocados a pedido), mais um canal de testemunho residual de 768 kbit/sec (largura da banda disponível mínima para tráfico assíncrono)

DQDB (1) DQDB (1)

DQDB-Distributed-Queue Dual Bus

Normalizado por IEEE802.6 MAN conectado por routers ou bridges que utilizam um meio

de transmissão com alta taxa de bit como circuitos de operadoras públicos de 34/45/140/155 Mbit/sec

o utilização de circuitos públicos possibilita ainterconexão de muitas LANs na periferia da cidade (~50 km)

Barramento Unidirectional A

Barramento Unidirectional B

DQDB (2) DQDB (2)

cada estação está ligada a ambos os barramentos. em cada barramento, uma estação só pode transmitir àquelas que

estão a jusante desta. usando ambos os barramentos, uma estação pode transmitir e

pode receber de todas as outras estações, mas tem que saber qual o barramento a utilizar para transmitir a outro estação.

pode ser caracterizado em termos de um conjunto de filas de espera FIFO. • Em cada nó, uma fila de espera é formada para cada

barramento • Para cada pedido de leitura numa slot que está de passagem, o

nó insere um item na fila • Cada vez que passa uma slot livre (a jusante), um item é tirado

da fila

DQDB (3) DQDB (3)

• quando o próprio nó emitir um pedido, acrescenta um item à fila para si mesmo

• Quando seu próprio item está no topo da fila o nó pode transmitir na próxima slot QA livre (dados comutados por pacote)

• Um nó pode ter só um item para si mesmo em cada fila (um para cada barramento) em qualquer altura

transmissão em cada barramento consiste num fluxo fixo de slots de tamanho fixo com um comprimento de 53 octetos (mesmo tamanho que célula de ATM)

pode transportar dados comutados por pacote e por circuito (ainda não normalizado)

é um protocolo com efeitos notáveis• carga leve - atrasos são desprezíveis• cargas pesadas - chega 100% utilização

ATMATM

Modo de Transferência Assíncrono (ATM):

• inicialmente proposto para Broadband-ISDN

• actualmente também usado nas LANs baseadas em ATM

• Espera-se tornar a rede universal unificada (para redes fixas e móveis, locais e de área extensa) com suporte pata tráfego de multimédia

Hoje em dia é mais comum companhias quererem interconectar redes. Existe um padrão internacional para redes ATM e assim inter conexão é mais fácil.

ATM pode ser usado para servir redes LAN e redes WAN.

ATM pode se comportar como outras redes padrão e assim você não tem que jogar fora todo seu equipamento antigo.

ATM fornece uma rede de alta velocidade.

Por que todo o interesse no Por que todo o interesse no ATM?ATM?

Tecnologia ATMTecnologia ATM

ATM está baseada em tecnologia de Comutação de Células. Utiliza circuitos virtuais para levar pacotes pequenos (apenas 53 bytes) num caminho predeterminado pela rede.

Uma secção do caminho pode ser partilhada por outros circuitos virtuais, assegurando deste modo que a rede é usada mais eficazmente que no caso de comutação por circuito.

Pouca verificação de erros é executada pela rede (isto controla overheads).As estações de transmissão e recepção é são responsáveis por verificação de erros.

Estabelecer uma ConexãoEstabelecer uma Conexão

Quando existe a necessidade de comunicar informação, o remetente NEGOCEIA um "caminho pedido" com a rede para estabelecer uma conexão para o destino.

Ao estabelecer esta conexão, o remetente especifica o tipo, a velocidade e outros atributos da ligação que determina a qualidade de fim-para-fim do serviço.

A rede então determina um caminho pela rede, e constitui um circuito virtual ao longo deste caminho.

Um Circuito VirtualUm Circuito Virtual

A rede ATM consiste de vários comutadores ATM unidos por conexões de ponto a ponto.

Cada comutador ATM tem uma tabela de Ids de circuito virtuais e as portas de saída associadas para os quais devem ser enviadas as células que usam um determinado circuito virtual

As células são enviadas de comutador para comutador até chegar ao destino.

Células ATMCélulas ATM

Bits:

VCI Payload48 bytes

3

T

T

12

VPIVCI

PH CRC

16

P

1

HCRC

8

VPI

Payload Type

Virtual Path IDVirtual Channel ID

PriorityHeader Checksum

O formato da célula de ATM :

5 bytes (40 bits) são usados para levar dados de cabeçalho restam 48 bytes que levam dados.

O ID de Canal Virtual é usado para identificar qual o circuito virtual que célula será encaminhada.

Velocidade de ATMVelocidade de ATM ATM pode entregar dados a taxas de 155.52 Mbps ou

622.08 Mbps e é provável que taxas de dados mais altas venham a seguir.

O ATM pode operar a estas velocidades altas porque foram desenvolvidos mecanismos especializados de comutação que podem comutar as células curtas de 53 bytes muito rapidamente pela rede.

O ATM pode funcionar em cima de uma variedade de meios. Cabo coaxial e fibra óptica são os geralmente os mais usados.

A Tecnologia ATM está sendo usada para desenvolver a próxima geração de sistemas de telefone de grande largura da banda.

N-ISDN(1) N-ISDN(1)

N-ISDN (Narrowband-Integrated Services Digital Network ou “Inovações Subscritores não Precisam"): • Conjunto de protocolos de transmissão digitais definidos pelo ITU

– mundialmente aceite como padrão por operadoras de comunicação

• após anos de ser alcunhado de “demasiado pouco demasiado tarde”, por exemplo

– para uso domestico não satisfatório para vídeo a pedido (por 2 ordens de magnitude)

– para uso nas empresas não suficiente (LAN’s emergentes a 100Mbits/s)

finalmente ganhando alguma aceitação de mercado (principalmente devido ao acesso á internet ) na América do Norte e Austrália. Na Europa já tem grande base instalada.

N-ISDN(2) N-ISDN(2)

• idéia por detrás do ISDN é a de uma conduta digital entre o cliente e a operadora

• Os términais de ISDN fornecem os bits (por exemplo telefone digital, modem digital, fax digital). Términais de ISDN são escassos no mercado e relativamente caros

• consiste em vários canais B (64 kbits/sec) para voz e outros serviços (por exemplo dados) e um canal D (16 kbits/sec or 64 kbits/sec) para informação de sinalização e controlo. Existem 2 ligações normalizadas:

– Acesso Basico: 2 B + 1 canal D

– Acesso Primário: 30 B + 1 D (na Europa) 23 B mais 1 D (nos EUA)

N-ISDN (3) N-ISDN (3)

porque novo interesse (definitivamente não por causa de tecnologia de N-ISDN) procura de mercado

– Acesso à Internet (por exemplo e-mail, ftp, www browsing)– telecomutação (por exemplo partilha documentos, transferência de

ficheiros de dados grandes, video conferência) custo que desce serviço está disponível (não em todos lugares, mas cobertura

adequada) mas oferta de serviço não ideal

largura da banda muito pequeno (comparado com 155 Mbits/sec para BISDN)

Pode ser ineficiente para alguns serviços

SDH (1) SDH (1)

Synchronous Digital Hierarchy (SDH) ou Synchronous Optical Network (SONET) • Introduzido em 1984. Antes das 1988, CCITT adoptou um conjunto

de normas de interface para SDH e ANSI publicou normas para SONET.

• Atualmente 2.4 Gbit/sec; espera-se alcançar 10 Gbit/sec • rede sincronizada que permite escolher ou inserir um fluxo (digamos

2 Mbit/sec) de um fluxo de ordem mais alta (diga 140 Mbits/sec) usando multiplexadores add/drop

• Introduz alguma inteligência nos multiplexadores de add/drop, possibilitando uma melhor gestão da rede,

• Torna redes de múltiplos vendedores mais manejáveis • SDH/SONET esperava-se ser o transporte físico para o ATM

SDH (2) SDH (2)

Funções de principais duma rede síncrona são:

– multiplexação digital síncrona

– Conexão cruzada

– tributários de comutação digital

SDHmultiplexer

SDHmultiplexer

repeater

Add-Dropmultiplexer(or DigitalCross Connect)

repeater

terminals

sectionline

path

SDH (3) SDH (3)

características principais de Interface de Nó de Rede (NNI) – estrutura de quadro; escolhido para satisfazer todas as funções

principais. Adoptada estrutura octeto para fornecer acesso directo aos tributários. Um tributário é mapeado num quadro de uma forma periódica

– Método de multiplexação síncrona; – conceito novo utilizado: o VC (Virtual Container). – possibilita a multiplexagem , conexão cruzada, e

comutação de vários tributários, sem conhecimento dos tributários ou os seus conteúdos.

– VC flutua dentro do quadro NNI, de forma que o alinhamento do quadro VC (e buffering) não é necessário nos nós de transição. Consequentemente os atrasos nos nós de transição são minimizados.

Quadro Quadro SDH/SONETSDH/SONET

Transporte síncrono módulo 1 a 155.520 Mbits/sec. Os 19440 bits em num quadro de 125ms são representados por este retângulo de 9 filas com 270 bytes/fila para um total de 2430 bytes.

155.520 Mbits/sec=(270x9x8) bits/quadro x 8000 quadros/sec

270 bytes

9 bytes OH 261 bytes informação

Enquadramento

Ponteiros

tempo 125

SDH (5) SDH (5)

• Evolução da Rede. – NNI foi aplicado a vários tipos rede como a rede local e a rede

metropolitana. Tem arquitetura flexível capaz de acomodar aplicações futuras como Broadband-ISDN com uma variedade de taxas de transmissão

• Aplicação da Interface de Nó de Rede (NNI) – a aplicação principal é fazer evoluir redes plesiochronas para redes

síncronas. Outra aplicação importante é gestão de redes internacional • SDH introduzirá capacidades de rede novas

– operações de terminação única– Sobrevivência de rede – distribuição de largura da banda flexível

• SDH será próxima geração de equipamento de transmissão e ATM o modo de transferência designado para BISDN que utilizará SDH como rede de Backbone

BISDN (1) BISDN (1)

ISDN de Broadband (Serviços Integrados Rede Digital) • motivado por

– exigência do mercado : desejo de transportar dados, voz, imagens, vídeo e uma mistura destes (multiservice e multimédia )

– pressão tecnologia: evolução rápida de semicondutores e tecnologias ópticas

– fusões estratégicas pelos operadoras e distribuidores de informação, por exemplo na Australia, Murdock with Telstra, Packer with Optus

• normalização começou em 1988 pelo ITU como parte de recomendações de ISDN

• taxa de acesso planificada para ISDN de Broadband é 155 Mbit/sec

– permite transferência de imagens, vídeo de alta definição e interconexão de LAN

BISDN (2) BISDN (2)

• rede independente de serviço: – flexível e salvaguarda futura

– eficiente na utilização de recursos disponíveis

– menos caro, uma vez que só 1 rede para todos os serviços

• espera-se que ofereça qualidade garantida de serviço a utilizadores

• tecnologia de transporte : – baseada no ATM (Asynchronous Transfer Mode)

• backbone:– baseada em

– SDH/SONET (Hierarquia Digital Síncrona)

– camada física baseada em células

• pode ser contrastado com – redes de dados

– um aumento de mais de 3 ordens de magnitude em velocidades de ligação

– exigências de utilizadores individuais são extremamente importantes para ISDN de Broadband mas não para redes de dados

– redes de voz – todas as sessões de voz fundamentalmente iguais (taxa

constante 64 Kbits/sec) – ISDN de Broadband deve poder manusear taxas de bit

variáveis de menos de 1 bit/sec até centenas de Mbits/sec, e também tem que ser capaz de tratar com tráfego bursty e de taxa constante

BISDN (3) BISDN (3)

Redes privadas Redes privadas

muitas redes de voz e dados integrados privadas

• devido a – chamadas de voz feitas pela PSTN pública ou por ISDN

cobradas por hora e distância (ou quantidade em redes de dados públicas)

– múltiplo (geograficamente dispersou) locais interconectados por linhas alugadas (evita custos na base da chamada)

– Centrais de comutação pertencentes e operadas pelas empresas

– Aumento de segurança

nova tendência

• oferta de redes privadas virtuais (VPNs)

• montadas dentro das redes públicas

Infra-estrutura Infra-estrutura de de rede : rede : comparação de alguns comparação de alguns

serviços serviços

DQDB SMDS X.25 framerelay

ATMAAL

connectionoriented

yes no yes yes yes

speed(Mbits/sec)

45 45 0.064 1.5/2 155

switched no yes yes no yes

fixed sizepayload

yes no no no no

max payloadtransport layer

(bytes)

44 9188 128 1600 variable

multicasting no yes no no yes

permanent VCs no no yes yes yes