Redes de Telecomunicações - fenix.tecnico.ulisboa.pt · With the implementation of ASON/GMPLS technology, ONI says it is the first service ... Os segundo, como é o caso dos caminhos

Redesde

Telecomunicações

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e e de Computadores

1º semestre 2009/2010

© João Pires Redes de Telecomunicações (09/10) 18

Capítulo 2

Fundamentos das redese dos serviços


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 salto é dado, nessa situação, por

• Se a matriz de adjacências e a matriz de pedidos forem conhecidos 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).


“Alcatel-Lucent's intelligent control plane is featured in Portuguese network” ,Lightwave

SEPTEMBER 16, 2009 -- Alcatel-Lucent has completed the deployment of a control-plane based optical network for ONI Communications (ONI), a leading Portuguese communications operator. Offering higher levels of network security and availability to its business customers, ONI expects to enhance the service quality of existing and new applications.

With the implementation of ASON/GMPLS technology, ONI says it is the first service provider in Portugal to use an intelligent control-plane-based optical network to offer the highest service quality. ONI can now negotiate differentiated service-level agreementswith its customers. The carrier also benefits from automatic traffic provisioning, and a high level of network protection, operation, and maintenance capabilities for minimized operational expenditures…

Alcatel-Lucent's intelligent control plane, based on Automatically Switched OpticalNetwork/Generalized Multi-Protocol Label Switching (ASON/GMPLS) technology, offers dynamic networking and traffic protection. Alcatel-Lucent has deployed the technology in ONI's core transport network through the Alcatel-Lucent 1678 Metro Core Connect (MCC).

Notícia na revista Lightwave (Plano de Controlo)


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 serviço. 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

Internet

Na Internet usa-se comutação de pacotes por datagramas

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


Modelo OSI: SumModelo OSI: Sumááriorio

7 – Aplicação: Serve de suporte aos programas de aplicação do utilizador.6 – Apresentação: Formata os dados para apresentação ao utilizador. Exemplos:

compressão de dados, tradução entre diferentes formatos de dados, encriptação.

5 – Sessão: Responsável por iniciar, manter e terminar cada sessão lógica entre emissor e receptor. Estabelece pontos de sincronismo.

4 – Transporte: Lida com problemas na transmissão extremo-a-extremo, tais como: segmentação das mensagens para transporte na rede, manutenção das ligações entre emissor e receptor.

3 – Rede: Responsável pelo encaminhamento de pacotes ao longo da rede e pelo controlo de congestão.

2 – Ligação de dados: Responsável pela transmissão e recepção de dados por um canal físico de comunicação. Lida com problemas nó-a-nó, tais como o controlo de erros e de fluxo, ou o controlo de acesso ao meio.

1 – Físico: Define as características mecânicas, eléctricas, funcionais e de procedimento da interface com o meio físico. Exemplo: como formatar cada bit a ser transmitido através da rede.



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

TCP: Transmissioncontrol protocol

UDP: User DatagramProtocol



Modelo TCP/IPModelo TCP/IP

Aplicação

Transporte

Rede

Dados

Físico

5 – Aplicação: Aplicações de rede distribuídas: FTP, SMTP, HTTP.

4 – Transporte:Transferência de dados entre estações: TCP, UDP.

3 – Rede:Encaminhamento e expedição de mensagens: IP, protocolos de encaminhamento.

2 – Ligação de dados:Transferência de dados entre máquinas vizinhas: PPP, Ethernet.

1 – Nível físico:Passagem de bits entre máquinas vizinhas: RS-232c, V.92.



Modelo TCP/IP (2)

Cliente ServidorComutador Ethernet Router

Aplicação HTTP Msg Aplicação

Transporte TCP Msg Transporte

Rede RedeRede

Dados TramaEthernet

Dados Dados Dados

Físico Físico FísicoFísico

Pacote IP


O encaminhador retira o pacote da rede de origem e retransmite-o na rede seguinte do caminho (funcionamento store-and-forward), usando em cada rede diferente o formato de trama adequado.

Trama

Mesmopacote

Formato de trama diferente

3º formatode trama

Encaminhamento



Protocolo IP v4Pacote IP v4:

TOS: Tipo de serviço;Identificador:

Número de sequência;Sinalizadores e offset:

Fragmentação e reconstrução de datagramas;

TTL (Time to Live):Decrementado em cada

encaminhador (máx=255);Protocolo:

Do nível de transporte: TCP, UDP, ICMP, IGMP, RVSP, ...

ver.

comprimento total

32 bits

dados da camada de transporte(comprimento variável)

identificador

checksumTTL

endereço IP fonte

comp. cab. TOS

sinal. offset

protocolo

endereço IP destino

opções (comprimento variável)



Redes do Século XXI

• As palavras chave vão ser banda larga e convergência.

• 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.

Camada de rede de Transporte

OTN

IP/MPLS

Camada de rede de serviçoPlataforma de acessomultiserviço

Utilizador

ONU

Fibra

Fibra

Cobre

CobreRede BT 21st

CenturyNetwork

Documents

Redes de Telecomunicações - fenix.tecnico.ulisboa.pt · With the implementation of ASON/GMPLS technology, ONI says it is the first service ... Os segundo, como é o caso dos caminhos