Planeamento e Projecto de Redes. Capítulo 3. Redes de Transporte SDH

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1 Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 3 Redes de Transporte SDH João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 114

2 Estrutura Estratificada das Redes de Telecomunicações Camada de rede de serviços Tecnologias usadas: PDH, SDH, OTN Camada de rede de transporte PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy; SDH: Synchronous Digital Hierarchy; OTN: Optical Transport Network Camada de serviços: Consiste em redes de diferentes serviços (circuitos, IP,etc.) Camada de transporte: Fornece à camada superior uma plataforma apropriada para transferência de informação, que se pretende independente dos serviços. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 115

3 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. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 116

4 Multiplexagem Multiplexagem designa a operação pela qual vários sinais analógicos ou digitais são combinados num único sinal tendo em vista a sua transmissão sobre um único canal. O dispositivo que realiza a operação de multiplexagem designa-se multiplexador (MUX), enquanto o dispositivo que realiza a operação inversa designa-se desmultiplexador (DEMUX). A multiplexagem pode ser realizada no domínio do tempo (TDM, Time-Division Multiplexing), no domínio da frequência (FDM, Frequency Division Multiplexing) ou no domínio do comprimento de onda (WDM, Wavelength Division Multiplexing). A operação de multiplexagem inversa consiste em separar um fluxo de informação em vários fluxos, os quais são transmitidos por diferentes canais e agregados na recepção. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 117

5 FDM e WDM Na multiplexagem por divisão na frequência (FDM) cada sinal (analógico ou digital) vai modular uma portadora com uma frequência própria. f f f 1 f N M U X f 1 f N f Aplicações: Redes de TV por cabo D E M U X f 1 f N f f Na multiplexagem por divisão no comprimento de onda (WDM) os sinais ópticos obtidos a partir da modulação de lasers são multiplexados. L 1 L 2 L N Laser λ 1 λ 2 λ N M U X Fibra Óptica λ 1, λ 2,...λ Ν Aplicações: Redes OTN e WDM D E M U X λ 1 λ 2 λ Ν R1 R2 R3 Receptor Óptico Na emissão N sinais eléctrícos vão modular N lasers, cada um emitindo num comprimento de onda próprio. Na recepção os N sinais ópticos obtidos a seguir ao DEMUX são convertidos para o domínio eléctrico e regenerados com receptores ópticos. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 118

6 Multiplexagem por Divisão no Tempo (I) A multiplexagem por divisão no tempo permite que uma via de transmissão seja usada simultaneamente por vários utilizadores (canais). Trama N N canais de entrada M U X Bits de sincro Bits do canal 1 multiplexador Bits do canal 2 Bits do canal 3 Via de transmissão Bits do canal N desmultiplexador D E M U X N N canais de saída Desvantagem do TDM A transmissão da informação na via é organizada em tramas. Cada trama contém um número fixo de time-slots. Cada time-slot é atribuído a um determinado canal de entrada. Se esse canal não transmitir informação o time-slot correspondente está vazio. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 119

7 Multiplexagem por divisão no tempo (II) A multiplexagem TDM pode-se realizar usando interposição de bit ou interposição de palavra. No primeiro caso, a cada canal atribui-se um time-slot constituído por um único bit, enquanto no segundo caso a cada canal corresponde um time-slot constituído por vários bits (palavra). Interposição de palavra: Exemplo da multiplexagem de 4 canais: C 1 Palavra de 8 bit do canal C1 Multiplexagem Desmultiplexagem C 1 C 2 Trama C 2 C 4 C 3 C 2 C 1 C 3 C 4 t 4 t 3 t 2 t 1 Time-slot Sincronismo C 3 C 4 João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 120

8 Relógios e Sincronismo A geração de sinais de sincronismo é feita por relógios. Um relógio ideal gera sinais isócronos, ou seja sinais em que a frequência é constante (pelo menos em valor médio). Sinais de relógio T o Relógio isócrono T 0 t t t Relógio real Desfasagem positiva Desfasagem negativa t Frequência nominal f 0 =1/T 0 A precisão de um relógio expressa em ppm (parte por milhão) traduz o afastamento da frequência real (f r ) da nominal (f 0 ). Estão definidas quatro hierarquias de precisão (níveis stratum). Precisão = f 0 f f 0 r Nível Precisão (ppm) Stratum 1 Stratum 2 Stratum 3 Stratum Os relógios de stratum 1 são relógios atómicos (césio ou rubídio) João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 121

9 Redes Síncronas e Plesiócronas Dois relógios são síncronos se operam com a mesma frequência e com uma diferença de fase constante. Os relógios não síncronos designam-me por assíncronos. Os relógios assíncronos dividem-se em: mesócronos, plesiócronos e heterocronous. Relógios mesócronos: têm a mesma frequência, mas a relação de fase é aleatória. Relógios plesiócronos: têm a mesma frequência nominal, mas a real pode ser ligeiramente diferente. Relógios heterocronous: têm a frequência e fases diferentes. Redes síncronas e plesiócronas Relógio de stratum 1 Rede plesiócrona Rede síncrona Relógios com a mesma frequência nominal, mas independentes NE 1 NE 2 NE 3 NE 4 Relógios com a mesma frequência nominal, controlados por um relógio central NE 1 NE 2 NE 3 NE 4 João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 122

10 Estrutura de uma Trama TDM (E1) A frequência de amostragem mínima (f a ) de um sinal deve ser igual ou superior ao dobro da frequência máxima do sinal (f a 2B). Um canal telefónico usa uma banda entre os 300 e os 3400 Hz. Para uma frequência máxima de 4000 Hz, tem-se uma frequência de amostragem de 8 khz, ou seja, um período de amostragem de 125 μs. Codificando cada amostra com 8 bits tem-se um débito de 64 kbit/s. A trama de um sinal E1 é consituída por 32 time-slots, a que correspondem 32 canais (30 de informação). Time-slot 8 bits μs Trama E1 Cada conjunto de 8 bits (time-slot) não poderá durar mais de 125μs/32=3.9 μs, o que corresponde a ns por bit, ou seja, um débito binário de Mbit/s. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 123

11 Sistema de Multiplexagem Primário E1 (ITU-G704) A trama correspondente ao sinal E1 tem uma duração de 125 μs e está dividida em 32 intervalos de tempo. Os intervalos de tempo numerados de 1 a 15 e 17 a 32 são atribuídos a canais de informação, cada um com um débito de 64 kbit/s. Os intervalos de tempo 0 e 16 são usados, respectivamente, para fins de sincronização de trama e sinalização. No intervalo de tempo 0 das tramas ímpares é transmitido o padrão de enquadramento de trama (PET), enquanto nas tramas pares é transmitido um padrão de não enquadramento (NPET) PET 1 2 S1 S PEM: padrão de enquadramento de multitrama de sinalização NPET 1 2 S3 S PET 1 2 S5 S PET 1 2 S29 S NPET 1 2 PEM xxxx Multitrama de sinalização (16x125μs=2 ms) Si: sinalização correspondente ao canal i. A sinalização de cada canal é actualizada de 2 em 2 ms. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 124

12 Hierarquia Plesiócrona Europeia Na hierarquia PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) os relógios dos diferentes elementos de rede (regeneradores e multiplexadores) não estão perfeitamente sincronizados. A primeira hierarquia PDH (sistema multiplex primário) europeia corresponde à multiplexagem de 30 canais de 64 kbit/s, enquanto as hierarquias de ordem superior obtêm-se multiplexando 4 de ordem inferior. 30 canais (64 kb/s) Mux Mux primário primário X30 X30 E Mbit/s (30 canais) E Mbit/s (120 canais) X4 X4 X4 X4 E Mbit/s (480 canais) X4 X4 E Mbit/s (1920 canais) Os relógios da hierarquia europeia requerem as seguintes precisões: Hierarquia E1 E2 E3 E4 Precisão 50 ppm 30 ppm 20 ppm 15 ppm João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 125

13 Hierarquia Plesiócrona Americana A nível mundial para além da hierarquia europeia há também as hierarquias plesiócronas americana e japonesa as quais têm a particularidade de serem incompatíveis entre si. As primeiras hierarquias PDH americana e japonesa usam como sistema multiplex primário um sistema com 24 canais de 64 kb/s. Hierarquia plesiócrona americana: 24 canais (64 kb/s) Mux Mux primário primário X24 X24 DS Mbit/s (24 canais) X4 X4 DS Mbit/s (96 canais) DS Mbit/s (672 canais) X7 X7 DS-n: Digital Signal ol Level n X6 X6 DS Mbit/s (4032 canais) Os sinais DS-n são transportadas usando um carrier system (inclui a componente de transmissão e as interfaces) designado por T-n. Assim, o DS1 é transportado através do T1. O DS2 através do T2, etc João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 126

14 Desvantagens da PDH (1) Não há normalização para débitos superiores a 140 Mbit/s. Incompatibilidade entre equipamento de diferentes fabricantes. Falta de flexibilidade. É díficil usar o equipamento PDH para funções de inserção/extracção de canais. Difícil a monitorização do desempenho dos canais ao longo da transmissão. Capacidade muito limitada para funções de gestão centralizada (não há canais nas tramas destinados a esta função). Não tem interfaces normalizadas a nível óptico (ex. definição dos códigos a usar, do nível de potência, da largura de linha das fontes). João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 127

15 Desvantagens da PDH (2) Cascata de multiplexadores/desmultiplexadores usados para extrair um E1 de um E4. Terminal de linha de 140 Mb/s DMUX Mb/s 8 Mb/s 2 Mb/s MUX Terminal de linha de 140 Mb/s Mb/s As interfaces só estão normalizadas a nível eléctrico MUX Interface eléctrica normalizada (G.703) Terminal de linha óptica Interface óptica proprietária do fabricante Códigos de linha, níveis de potência óptica, tipo de fibra, não normalizados. Fibra óptica João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 128

16 A hierarquia Digital Síncrona A hierarquia SONET (Synchronous Optical Network) foi proposta pela Bellcore (Telecordia) em 1985, com o objectivo de transportar os sinais DS-n no domínio óptico. A hierarquia SDH (Synchronous Digital Hierarchy) foi definida posteriomente pelo ITU-T como uma norma internacional, compatível com a SONET e com capacidade para transportar os sinais PDH E-n. A informação transmitida na SDH/SONET está organizada em tramas TDM. O sinal básico SDH designa-se por Synchronous Transport Module (STM). O sinal básico SONET no domínio eléctrico designa-se por Synchronous Tranport Signal (STS), enquanto no domínio óptico designa-se por Optical Carrier (OC). João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 129

17 Débitos SONET/SDH Hierarquias SONET e SDH SONET SONET SDH Débito Binário (Óptico) (Eléctrico) (Mb/s) OC-1 STS OC-3 STS-3 STM OC-12 STS-12 STM OC-48 STS-48 STM OC-192 STS-192 STM OC-768 STS-768 STM As hierarquais SDH também foram definidas para o transporte de células ATM e pacotes IP empacotados em PPP (point-to-point protocol) ou HDLC (high-level data link control). João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 130

18 VantagensdaSDH (1) Há normas até 10 Gbit/s: Apropriada para as rede de transporte. STM Mbit/s, STM Mbit/s, STM Mbit/s, STM Mbit/s, STM Gbit/s (STM: Synchronous Transport Module). Compatibilidade entre o equipamento de diferentes fabricantes e entre as hierarquias europeias e americanas. Função de inserção/extracção simplificada. Como a tecnologia é síncrona é fácil identificar os canais de ordem inferior. Gestão centralizada fácil. A trama SDH dispõe de um número elevado de octetos para comunicação entre os elementos de rede e um centro de gestão centralizada, usando o sistema TMN (Telecommunications Management Network). João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 131

19 VantagensdaSDH (2) Elevada disponibilidade permitindo uma provisão rápida dos serviços requeridos pelos clientes. Tal deve-se ao facto da SDH fazer uso intensivo de software, em contrapartida com a PDH cuja funcionalidade reside no hardware. Elevada fiabilidade. As redes SDH usam mecanismos de protecção que permitem recuperações rápidas a falhas (da ordem dos 50 ms), quer das vias de comunicação, quer dos nós da rede. Normalização das interfaces ópticas (definindo os códigos a usar, os níveis de potência, as características dos lasers e das fibras, etc.). Possibilidade de monitorizar o desempenho dos diferentes canais. Plataforma apropriada para diferentes serviços. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 132

20 Desvantagens da SDH Técnica complexa devido à necessidade de registar a relação de fase entre os sinais dos tributários e o cabeçalho. A justificação por octeto usada na SDH é mais problemática relativamente ao jitter originado no processo de desmultiplexagem, do que a justificação por bit. A estrutura de multiplexagem não está organizada de modo muito eficiente no que diz respeito ao transporte dos tributários CEPT. Por exemplo, só é possível transportar 3x34 Mbit/s numa trama STM-1, embora a capacidade do STM-1 permitisse 4x34 Mbit/s. A estrutura de multiplexagem não está organizada de modo uniforme no que diz respeito ao transporte dos tributários plesiócronos. Um determinado tributário pode ser transportado usando diferentes opções de multiplexagem. Não suporta de modo eficiente as tramas Ethernet. SDH nova geração João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 133

21 Definição dos Elementos de Rede (1) Regenerador: Regenera o relógio e a forma dos sinais de entrada. Possui canais de comunicação a 64 kb/s para transmitir mensagens. STM-N R STM-N Multiplexador terminal: Agrega sinais plesiócronos ou síncronos de modo a formar sinais STM-N de débito mais elevado. PDH SDH (STM-M) MT STM-N (N>M) Multiplexador de inserção/extracção: Permite extrair/inserir, quer sinais PDH, quer sinais SDH de débito mais baixo do que o da linha. STM-N Oeste STM-N Este Tributários PDH, SDH (STM-M) M<N João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 134

22 Definição dos Elementos de Rede (2) Comutador de cruzamento ou cruzador (DXC, digital cross-connect): Proporciona funções de comutação apropriadas para estabelecer ligações semi-permanentes a nível do VC-1, VC-3, VC-4, e permite o restauro das redes. STM-N STM-N STM-N STM-N Os comutadores de cruzamento são usados para interligar anéis SDH, ou como nós de redes em malha. 1 E3 C,2 E3 B,3 A DXC 4 C 2 4 Fibra Óptica 1 B João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 135

23 Topologias Físicas (1) Topologia em cadeia PDH SDH MT STM-N R STM-N MT PDH SDH PDH SDH PDH SDH Topologia em anel com duas ou quatro fibras Duas fibras ópticas Quatro fibras ópticas João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 136

24 Topologias Físicas (2) Anéis unidireccionais e bidireccionais Anel unidireccional Anel bidireccional Topologia emalhada (usada no núcleo central da rede) DXC DXC DXC DXC DXC DXC A presença dos DXC permite implementar um sistema de restauro dinâmico para fazer face a falhas na rede. Com esta técnica o sistema de gestão da rede reencaminha o tráfego por percursos alternativos àqueles onde ocorreram falhas. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 137

25 Arquitectura de uma Rede de Transporte DXC DXC DXC DXC DXC DXC Rede Dorsal ( STM-64) DXC Rede Metropolitana (STM-4 ou STM-16) Nó concentrador (Hub) TM Rede de Acesso (STM-1) João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 138

26 Exemplificação do Papel do Transporte A rede de transporte neste exemplo é representada pelo plano inferior e é constituída por multiplexadores interligados por fibras ópticas. A camada de rede de serviços é representada por centrais de comutação telefónica (CC). d Camada de rede de serviço CC CC c Tecnologias de rede para o transporte: SDH (Synchronous Digital Hierarchy), WDM, (Wavelength Division Multiplexing), OTN (Optical Transport Network) CC a CC E A Camada de rede de Transporte B b D C João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 139

27 Rede de Transporte em Aplicações de Dados CR Rede de Serviços (pacotes) ER CR CR ER ER Elementos de rede SDH DXC: Cruzador digital (digital crossconnect) : Multiplexador de inserção/extracção (add/drop multiplexer) 2.5 Gbit/s Elementos de rede de pacotes ER: Edge router CT: Core router DXC Rede de Transporte (SDH) Mbit/s Usada para interligar diferentes routers de uma rede IP ou diferentes comutadores de uma rede Ethernet Numa rede IP (Internet Protocol) os routers são usados para encaminhar os pacotes Os edge routers são aqueles que estão mais próximos do utilizador, enquanto os core routers fazem parte da dorsal da rede. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 140

28 Estabelecimento de Caminhos Fases do estabelecimento: 1) O sistema de gestão configura os diferentes elementos de rede envolvidos no circuito; 2) Os elementos de rede de serviço iniciam a sua actividade. Interligações representadas: 1: CL3 CT1 2: CL2 CT3 CT3 Rede de Serviços (circuitos) CL2 CL3 CT1 CT2 CL1 Sistema de Gestão de Rede 2.5 Gbit/s DXC Rede de Transporte (SDH) Mbit/s A informação de gestão é enviada através do DCC (Data Communication Channel) João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 141

29 Modelo de Camadas da SDH (1) Rede de transporte SDH Camada de caminho Camada de transmissão Ordem superior Ordem inferior Camada de secção Camada física Sub-camada de secção de multiplexagem Sub-camada de secção de regeneração João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 142

30 Modelo de Camadas da SDH (2) Algumas das funcionalidades das camadas: Caminho: Identificação da integridade da ligação, especificação do tipo de tráfego transportado no caminho e monitorização de erros. Secção de multiplexagem: Sincronização, comutação de protecção, monitorização de erros, comunicação com o sistema de gestão. Secção de regeneração: Enquadramento de trama, monitorização de erros, comunicação com o sistema de gestão. Física: Forma dos pulsos ópticos, nível de potência, comprimento de onda, sensibilidade dos receptores, etc. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 143

31 Modelo de Camadas da SDH (3) Cada camada (com excepção da física) tem um conjunto de octetos que são usados como cabeçalho da camada. Estes octetos são adicionados sempre que a camada é introduzida e removidos sempre que esta é terminada. Regenerador Multiplexador de inserção/extracção Multiplexador terminal MT R MT S. Regeneração S. Regeneração S. Regeneração Secção de Multiplexagem S. de Multiplexagem Inserção de cabeçalhos Caminho Serviços Camadas: Caminho Secção de Multiplexagem Secção Regeneração Física Cabeçalho de caminho Cabeçalho de secção de multiplexagem Cabeçalho de secção de regeneração Multiplexador terminal Regenerador Multiplexador Multiplexador terminal João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 144

32 Modelo de Camadas SDH (4) CL3 CT1 CT3 Rede de Serviços (circuitos) CL2 CL3 CT1 CT2 CL1 2.5 Gbit/s Caminho Mbit/s TM S. multiplexagem Rede de Transporte DXC: crossconnect TM: multiplexer terminal : multiplexer de inserção/extracção CT: central de trânsito CL: central local João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 145

33 Estrutura da Trama Básica Uma trama SDH básica (STM-1) contém três blocos: - Cabeçalho de secção (SOH, section overhead) - Ponteiro (PT): permite localizar a informação transportada no VC - Contentor virtual (VC): capacidade transportada + cabeçalho de caminho. A duração da trama é igual a 125 μs, o que corresponde a 8000 tramas/s. Cabeçalho da secção de regeneração Ponteiro Cabeçalho da secção de multiplexagem SOH PT SOH Contentor Virtual Representação bidimensional de uma trama STM-1: matriz com 9 linhas e 270 colunas, a que correspondem 2430 octetos. Os diferentes octetos são transmitidos linha a linha, começando pela 1ª linha e 1ª coluna. Uma trama STM-1 suporta 63 E1, ou 3 E3, ou 1 E4 125 μs Contentores virtuais usados: VC-12 para o E1, VC-3 para o E3 e VC-4 para o E4 João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 146

34 Cabeçalho de Secção da Trama STM-1 (1) Estrutura do cabeçalho de secção Cabeçalho de secção de regeneração Ponteiro A1 B1 D1 H1 A1 Δ Δ h1 A1 Δ Δ h1 A2 E1 D2 H2 A2 Δ Δ h2 A2 h2 J0 F1 D3 H3 X X H3 X X H3 X: usados para uso nacional Δ: informação dependente do meio de transmissão (fibra óptica, feixe hertziano, etc). B2 B2 B2 K1 K2 Cabeçalho de secção de multiplexagem D4 D7 D10 S1 D5 D8 D11 M1 D6 D9 D12 E2 X X Ex: Comandos de aprovisionamento remoto de capacidade; reportagem de alarmes; reportagem de parâmetros de desempenho, etc. Cabeçalho de secção de regeneração A1, A2 : Padrão de enquadramento de trama (A1= , A2= ). Jo: Traço de secção de regeneração. Verifica a integridade da ligação a nível de secção. B1: Monitorização de erros a nível da secção de regeneração. D1- D3: Canal de comunicação de dados. Transporta informação de gestão de rede. E1: Canal de comunicação de voz (64 kb/s) entre regeneradores. F1: Canal de utilizador. Diferentes aplicações. Ex: transmissão de dados, alarmes, etc. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 147

35 Cabeçalho de Secção da Trama STM-1 (2) Cabeçalho de secção de multiplexagem B2: Monitorização de erros a nível da secção de multiplexagem. K1- K2: Comutação de protecção automática (Transporta o protocolo APS). D4- D12: Canal de comunicação de dados a 576 kbit/s. Transporta informação de gestão de rede entre os elementos que terminam a secção de multiplexagem e entre estes e o sistema de gestão de rede. S1: Indicador da qualidade do relógio. Transporta mensagens referentes ao tipo de relógio usado no processo de sincronização. M1: É usado para transportar uma indicação de erro remoto ou REI (remote error indication) a nível de secção de multiplexagem. O alarme REI é enviado para o ponto onde a secção de multiplexagem é originada e indica o número de blocos detectados errados a partir da informação dada pelo B2. E2: Canal de comunicação de voz (64 kb/s) para comunicações vocais entre as extremidades da camada de multiplexagem. Ponteiro H1, H2: Octetos de ponteiro. Indicam o início do contentor virtual na trama. H3: Octetos de acção do ponteiro. Usados para justificação negativa. h1, h2: Octetos com um valor invariável. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 148

36 Formação da Trama STM-N Sinais SDH multiplex de ordem superior são obtidos através de uma multiplexagem por interposição de palavra (octeto) de vários STM-1 O débito binário do sinal STM-N é N Mbit/s STM-1 #1 STM-1 #2 STM-1 #N SOH SOH SOH PT VC PT VC PT VC SOH SOH SOH 125 μs 125 μs 125 μs 9 N SOH PT SOH 261 N Contentor virtual N 125 μs João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 149

37 Subestruturas Modulares do STM-1 Contentor (C) Unidade básica usada para transportar informação dos tributários (ex PDH). Inclui ainda octetos de justificação fixa (sem informação) para adaptar os débitos dos tributários aos débitos dos contentores e bits usados para justificação dos tributários PDH. Contentor Virtual (VC) O contentor virtual consiste num contentor mais o cabeçalho de caminho. O VC é uma entidade que não sobre modificações desde o ponto onde o caminho é originado até ao ponto onde é terminado. Os VCs transmitidos directamente no STM-1 designam-se contentores virtuais de ordem superior, e os restantes de ordem inferior. Unidade Administrativa (AU) Consiste num contentor virtual de ordem superior mais um ponteiro de unidade administrativa. O ponteiro regista a relação de fase existente entre o contentor virtual e a trama e específica o início do contentor virtual. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 150

38 Subestruturas modulares do STM-1 (2) Grupo de unidade administrativa (AUG) Resulta da combinação por interposição de octeto de várias unidades administrativas. Adicionando o cabeçalho de secção à AUG obtem-se a trama STM-1. Unidade tributária (TU) A unidade tributária consiste num contentor virtual de ordem inferior mais um ponteiro da unidade tributária. Como o VC de ordem inferior pode flutuar dentro do VC de ordem superior, o início do primeiro dentro do segundo é indicado pelo ponteiro da unidade tributária. Grupo de unidade tributária (TUA) Resulta da combinação de várias unidades tributárias por interposição de octeto. Em alguns casos é necessário proceder a justificação fixa, para adaptar débitos binários. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 151

39 Transporte das Hierarquias E3 e E4 no STM-1 Transporte do E3 e E4 E3 E4 Octetos sem informação Octetos sem informação Mapeamento do E3 C-3 C-4 Cabeçalho de caminho de ordem superior Cabeçalho de caminho de ordem superior Alinhamento VC-3 VC-4 Ponteiro da AU-3 Ponteiro da AU-4 Multiplexagem por interposição de octeto AU-3 Unidade administrativa Multiplexagem de 3 AU-3 AU-4 Unidade administrativa AUG AUG Cabeçalho de secção Cabeçalho de secção STM-1 STM-1 João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 152

40 Estrutura de Multiplexagem Estrutura de multiplexagem do SDH ATM E3: Mb/s DS3: Mb/s DS2: Mb/s C-3 C-2 VC-3 VC-2 TU-3 TU VC-3 AU-3 3 AUG 1 STM-N=N Mb/s N STM-N E1: Mb/s DS1: Mb/s E4: Mb/s ATM C-12 C-11 C-4 VC-12 VC-11 C - Contentor VC - Contentor Virtual TU - Unidade Tributária TUG - Grupo de Unidade Tributária AU - Unidade Administrativa AUG - Grupo de Unidade Administrativa TU-12 TU-11 3 Em TUG TUG-3 3 Alinhamento Mapeamento Multiplexagem VC-4 AU-4 A informação entre os routers IP pode ser enviada usando o esquema Packet over Sonet/SDH. Os pacotes IP são encapsulados no protocolo PPP (Point-to- Point Protocol) e o signal resultante é depois transmitido num STM-N. existe processamento de ponteiros João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 153

41 Contentores Virtuais de Ordem Superior Os contentores virtuais VC-3 e VC-4 obtêm-se adicionando, respectivamente, aos contentores C-3 e C-4 um cabeçalho de caminho de ordem superior J1 J1 B3 B3 VC-4 C2 G1 F2 H4 C4 VC-3 C2 G1 F2 H4 C3 Cabeçalho de caminho de ordem superior F3 K3 N1 Duração=125 μs F3 K3 N1 O cabeçalho de caminho de ordem superior é constituído por 9 octetos iniciando-se com octeto J1, que é também o primeiro octeto do VC. O contentor VC-4 é constituído por 261 9=2349 octetos, o que dá um débito de Mbit/s. Ao VC-3 corresponde um débito de Mb/s. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 154

42 Concatenação Concatenação é o processo de agregação de X contentores de mesmo tipo de modo a formar um contentor de maior capacidade. A concatenação poder ser contínua ou virtual. Concatenação contínua (CC): Cria contentores de grande capacidade, que não podem ser segmentados, para transmissão. Todos os elementos de rede têm de suportar a funcionalidade concatenação contínua. Concatenação virtual (VC): Corresponde a uma operação de multiplexagem inversa. Os contentores de grande capacidade podem ser segmentados nos VCs usuais para fins de transmissão. Só os elementos de rede fonte e terminação do caminho é que necessitam de suportar a funcionalidade concatenação virtual. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 155

43 Concatenação Contínua Permite transportar tráfego com um débito binário superior ao permitido pelo C-4. A concatenação é identificada pelo sufixo c e o número de concatenações por X. Por exemplo, um VC-4 concatenado é representado por VC-4-Xc (genérico VC-n-Xc) e uma AU-4 por AU-4-Xc (genérico AU-n-Xc). No caso do AU-4-Xc a concatenação dos ponteiro é feita usando multiplexagem por interposição de octeto. O primeiro ponteiro tem as funções usuais dos ponteiros da AU-4, enquanto os restantes X-1 ponteiros transportam o indicador CI octetos VC-4-4C O cabeçalho de caminho do primeiro VC-4 transporta os octetos normais. Os cabeçalhos de caminho dos outros VC-4 transportam octetos de enchimento (sem informação). J1 B3 C2 G1 F2 H4 F3 K3 N1 C-4-4c Capacidade do C-4-4c Mb/s João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 156

44 SDH de Nova Geração João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 157

45 Ineficiências da SDH Convencional A utilização da estrutura de contentores da SDH convencional (incluindo a concatenação contínua ) é muito pouco eficiente para o transporte de dados. Aplicação Débito da aplicação Estrutura/ Ineficiência Ethernet 10 Mbit/s VC-3 /80% Fast Ethernet 100 Mbit/s VC-4/33% Gigabit Ethernet 1 Gbit/s VC-4-16C/58% Enterprise Systems Connection ESCON 200 Mbit/s VC-4-4C/67% A fragmentação dos contentores virtuais vai também contribuir para aumentar a ineficiência. STM-1 livre A B C SDH NE-A STM-16 SDH NE-B D E F STM-1 #1 STM-1 #2 STM-1 #3 STM-1 #4 STM-1 #5 STM-1 #6 STM-1 #7 STM-1 #8 STM-1 #9 STM-1#10 STM-1#11 STM-1#12 STM-1#13 STM-1#14 STM-1#15 STM-1#16 Etapa 1: Os primeiros 8 STM-1 são atribuídos à ligação entre A e D, enquanto os últimos 8 STM-1 são usados entre B e E. STM-1 #1 STM-1 #2 STM-1 #3 STM-1 #4 STM-1 #5 STM-1 #6 STM-1 #7 STM-1 #8 STM-1 #9 STM-1#10 STM-1#11 STM-1#12 STM-1#13 STM-1#14 STM-1#15 STM-1#16 Etapa 2: Os utilizadores A-B libertam 2 STM-1 e os utilizadores B-E libertam outros 2. Os utilizadores C-F requerem uma capacidade VC-4-4c. Embora fisicamente haja capacidade disponível, como os STM-1 livres não são contínuos, não é possível satisfazer o pedido de C-F. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 158

46 Tecnologias Chave da SDH-NG GFP (Generic Framing Procedure) É uma técnica ( ITU-T Rec. G7041) apropriada para mapear o tráfego de pacotes (Ethernet, Escon, etc) em canais SDH ou OTN de débito fixo. O mapeamento pode ser feito de modo transparente (GFP-T), ou usando as tramas dos clientes completas (GFP-F). Concatenação virtual ou VCAT (Virtual Concatenation) É um mecanismo (ITU-T G707) que permite combinar um número variável de contentores virtuais de diferentes ordens de modo a criar canais de capacidade muito elevada. É mais eficiente do que a concatenação contínua para o tráfego de pacotes e contrariamente aquela não requer que todos os elementos de rede suportem essa funcionalidade. LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme) Permite modificar dinamicamente a capacidade alocada pelo VCAT através da adição/remoção de membros do caminho estabelecido (ITU-T Rec. G7042). João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 159

47 Protocolo GFP O protocolo GFP foi definido por ITU-T G.7041 e proporciona um mecanismo para encapsular diferentes sinais de dados em redes SDH ou OTN (ver cap. 5). O serviço GFP apresenta dois modos de funcionamento: Modo Transparente ou GFP-T (Transparent) e modo enquadrado ou GFP-F (Framed). A solução GFP-T corresponde a um encapsulamento de nível 1 e vai gerar tramas de comprimento constante. Está optimizado para tráfego que usa o código de blocos 8B10B (Gigabit Ethernet, Fibre Channel, etc.) A solução GFP-F corresponde a um encapsulamento de nível 2 e e vai gerar tramas de comprimento variável. Optimizado para tráfego Ethernet, IP/PPP, DVD, etc. Na solução GFP-F deve ser extraído o pacote completo do cliente antes da trama GFP ser gerada. Isto envolve, por exemplo, a memorização de uma trama completa no caso da Ethernet, o que vai aumentar a latência (atraso) do processo. Na solução GFP-T não se verifica esse atraso porque o processamento é feito a nível de blocos de 10 bits. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 160

48 Transporte de Pacotes IP sobre SDH/WDM Existem diferentes soluções para o transporte de pacotes, originados quer com o protocolo IP, quer com os protocolos SAN, sobre uma rede SDH/WDM. AAL5 ATM PPP IP (Internet Protocol) MPLS VLAN Vídeo DVB SAN Os protocolos SAN, tais como Fibre Channel, Enterprise Systems CONnectivity (ESCON) e Fibre CONnectivity (FICON) eram transportados tradicionalmente sobre soluções proprietárias 10/100/1000 Mbps Ethernet Fibre Channel ESCON FICON SAN: Storage Area Networks DVB: Digital Video Broadcasting HDLC PPP: Point-to-point protocol GFP HDLC: High-level Data Link control Concatenação contínua SDH Concatenação virtual LCAS VLAN: Virtual LAN MPLS: Multiprotocol Label switching WDM, OTN, Fibra óptica João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 161

49 Storage Area Networks De: U. Troppens et al., Storage Networks Explained, Wiley, 2004 João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 162

50 Concatenação Virtual O ponto de partida para implementar a concatenação virtual consiste em segmentar um fluxo de informação (ex: Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, etc.) em diferentes contentores de ordem superior ou inferior, ligados entre si a nível lógico através da integração no mesmo grupo de concatenação virtual ou VCG (virtual concatenation group). Os elementos do grupo são transportados individualmente através da rede SDH e recombinados na terminação do VCG de modo a originar o fluxo original. A concatenação virtual é representada por v e o número de contentores que pertencem ao grupo por X. VC-n-Xv Tipo de Número VCs de VCs Concatenação virtual Capacidades dos diferentes contentores em concatenação virtual Contentores VC-11-Xv VC-12-Xv VC-3-Xv Tipo Ordem inferior Ordem inferior Ordem superior Capacidade disponível (Mb/s) X (X=1,..,64) X (X=1,..,64) X (X=1,..,256) VC-4-Xv Ordem superior X (X=1,..,256) Os diferentes elementos do grupo podem ser encaminhado seguindo todos o mesmo percurso, ou diferentes percursos (multi-percurso). João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 163

51 Concatenação Virtual vs. Contínua Uma das vantagens da concatenação virtual consiste no aumento significativo das eficiências de mapeamento. Aplicação Débito da aplicação Eficiência Conc. Contínua Eficiência Conc. Virtual Ethernet 10 Mbit/s VC-3 /20% VC-11-7v /89% Fast Ethernet 100 Mbit/s VC-4/67% VC-3-2v/99% Gigabit Ethernet 1 Gbit/s VC-4-16c/42% VC-4-7v/95% 10 Gb Ethernet 10 Gbit/s VC-4-64c/100% VC-4-64v/100% DVB 270 Mb/s VC-4-4c/37% VC-3-6v (93%) ESCON 160 Mbit/s VC-4-4c/26% VC-3-4v/83% FiCON 850 Mb/s VC-4-16c /35% VC-4-6v /94% Fibre Channel 1700 Mb/s VC-4-16c/42% VC-4-12v/90% João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 164

52 Implementação da Concatenação Virtual Caso do encaminhamento multi-percurso: Etapa 1 Nó fonte H4 VC-3 #0 H4 VC-3 #0 Nó terminção Etapa 5 Etapa 2 VC-3-3v SQ=0 SQ=1 SQ=2 H4VC-3 H4VC-3 VC-3 H4 H4 VC-3 #2 H4 VC-3 #1 Etapa 3 H4 H4 VC-3 #1 VC-3 #2 SQ=1 SQ=0 SQ=2 H4 H4VC-3 H4 Etapa 4 VC-3-3v O atraso diferencial não pode ultrapassar os 250 ms Etapa1: O elemento de rede fonte aloca o tráfego em memória de modo a formar um sinal SDH contínuo. Etapa2: São constituídos os diferentes contentores virtuais que pertencem ao mesmo VCG os quais são identificados pelo indicador de sequência ou SQ (sequence indicator). Etapa3: Os diferentes contentores virtuais são transportados individualmente através da rede SDH podendo seguir caminhos diferentes, o que conduz a tempos de propagação diferentes- atraso diferencial. Etapa4: Os diferentes contentores são armazenados em memória no nó receptor, para compensar o atraso diferencial. Etapa5: Os contentores são realinhados, colocados em ordem e recombinados de modo a originar o fluxo inicial. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 165

53 LCAS No SDH convencional para alterar a capacidade de um caminho era necessário interromper a ligação e consequentemente o fluxo de tráfego, alterar a capacidade e voltar a estabelecer a ligação e o tráfego. O LCAS foi concebido para gerir a capacidade alocada a qualquer caminho, de modo dinâmico em resposta a mudanças nos padrões de tráfego, adicionando ou removendo membros de um VCG, sem haver necessidade de interromper a ligação. O LCAS é um protocolo de sinalização, que permite sincronizar as alterações de capacidade entre o nó fonte e o nó terminal através do envio de mensagens apropriadas entre esses dois nós. Essas mensagens são enviadas usando um octeto apropriado (H4) do cabeçalho de caminho. O LCAS também pode ser usado para remover temporariamente VCs que falham. Consequentemente, a capacidade vai ser reduzida, enquanto a falha não for reparada. Funciona, como um técnica de sobrevivência em presença de falhas nas ligações. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 166

54 Elementos de Rede SDH-NG (I) Multiservice Provisioning Platform (MSPP) Virtual Private Networks Digital Video Broadcasting StorageAreaNetworks (Fiber Channel, ESCON, etc.) Um MSPP resulta da evolução dos s convencionais com interfaces PDH e ópticas para um nó de acesso que inclui: Interfaces PDH convencionais Interfaces de dados como Ethernet, GigE, Fiber Channel, ou DVB Funcionalidades GFP (Generic Framing Procedure), VCAT(Virtual Concatenation) e LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme) Interfaces ópticas desde STM-1 até STM-16 Funcionalidades SDH-NG João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 167

55 Elementos de Rede SDH-NG (II) Multiservice Switching Platform (MSSP) O MSSP é o elemento de rede SDH-NG equivalente ao cruzador da SDH, realizando agregação de tráfego e cruzamento não só ao nível STM-N, como também ao nível VC. A nível de dados (Ethernet) o MSSP para além das funções de mapeamento de tráfego, suporta também funções de switching. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 168

56 Exemplo: CISCO SDH MSPP Plataforma apropriada para aplicações multiserviço, em redes metro. Interfaces E1 (75 Ohm) Cartas de temporização, comunicação e controlo Suporta as interface usais, E1, E3, E4, DS3, as soluções 10/100/1000 Mb/s Ethernet e o transporte óptico desde 155 Mb/s (STM-1) até 320 Gb/s (32- STM-64 comprimentos de onda). Cartas de cruzamento Permite diferentes topologias físicas: anel, linear, estrela, etc. Cartas com interfaces ópticas de débitos elevados (STM-64 e STM-16) Suporta diferentes esquemas de protecção: MS-SPRing (2 e 4 fibras), SNCP, caminho em malha, etc. Fonte: João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 169

57 Cartas do CISCO SDH MSPP (I) Carta Ethernet Multidébito de 10 portos Suporta 10/100/1000 Mbps Base T; 100 Mbps Fx, Lx, Bx; 1000 Mbps SX, LX, Zx. Suporta VCAT e LCAS Suporta encapsulamento GFP- F e Cisco HDLC Suporta esquemas de protecção/restauro SDH com tempos de resposta inferiores a 50 ms Porto Ethernet multidébito: 10/100/1000 Mbps Concatenação virtual e contínua 1000 Mbps: VC4-7v, VC4-8c, VC4-16c, VC3-21v 100 Mpps: VC4; VC3-2v; VC3-3v, VC12-50v João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 170

58 Cartas do CISCO SDH MSPP (II) Carta STM-64 com interface óptica XFP Carta STM-1 com 8 portos Permite a transmissão de um débito até 10 Gbps, com um BER máximo de a uma distância máxima de 80 km (atenuação máxima =22 db, tolerância à dispersão máxima de 1600 ps/nm). Proporcional 8 interface emissoras/ receptoras, cada uma operando a um débito de 155 Mbps (STM- 1) e usando óptica de 1310 nm. Interface óptica Suporta VC-4-nc ( com N=2, 3, 4, 4,16, 32), assim como VC-11, VC-12, VC-3 e VC-4. Suporta protecção SNCP, e MSP. Suporta esquemas de protecção tais como : SNCP, MS-SPRing de 2 e 4 fibras e protecção de caminho em redes em malha. Suporta sinais concatenados (VC3-3c) e não concatenados (VC- 11/12, VC-3 e VC-4) Interface óptica STM-1 João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 171

59 Cartas do CISCO SDH MSPP (III) Carta de temporização, controlo e comunicação (TCC) Carta responsável pelo cruzamento dos VCs (XC-VXC Cross-connect) Permite inicializar o sistema, reporta alarmes, gera sinais de controlo para provisionamento de capacidade, detecta falhas no sistema e outras funções OAM e termina os canais DCC da camada de regeneração e de multiplexagem Incorpora um relógio de stratum 3 o qual é controlado por um sinal de sincronismo exterior. Processa as mensagens SSM, de modo a seleccionar o melhor relógio externo. Suporta cruzamentos a nível de VC-11/12, VC-3, VC-4 e VC-4-Xc (com X=2, 3, 4, 16 e 64). Disponibiliza uma capacidade de comutação de 60 Gb/s para VC de ordem superior (1152x1152 VC-3, ou 384x384 VC-4) e de 5 Gb/s para os VCs de ordem inferior (2016x2016 VC-12). Interface RJ45 Possuí uma interface RJ45 (10 Base T) para interligação com o sistema de gestão de rede. Os sinais de controlo requeridos nas operações de cruzamento são proporcionados pela carta TCC. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 172

60 Aplicação da NG-SDH em redes empresariais MSPP Fonte: Cisco João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 173

61 Aplicação da NG-SDH na rede metro MSSP (MultiService Switching Platform) = MSPP+ Switching Ethernet LH/ELH = Long Haul/Extended Long Haul Fonte: Defining the Multiservice Switching Platform, White Paper, Cisco João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 174

62 Sobrevivência de Rede João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 175

63 Sobrevivência de Rede A sobrevivência de rede traduz a capacidade de uma rede continuar a oferecer serviços na presença de falhas internas. As falhas podem ocorrer a nível dos nós da rede (equipamento) ou a nível das vias de transmissão, sendo as últimas as mais frequentes. A causa mais comum está associada à danificação dos cabos de fibras ópticas devido a causas de origem natural (tremores de terra, etc. ) ou humana (escavadoras, incêndios, etc.). AT&T fiber optic cable cut in California April 9, :07pm ET An AT&T-owned fiber optic cable was severed in Silicon Valley Thursday, causing Internet, voice, and wireless outages, as well as compromised 911 access for thousands of customers. AT&T confirmed the outage to CNET, and said it is working to fix the issue. Fonte: In December 2006, 4 major fiber optic lines were severely damaged following a major earthquake in Taiwan. The cuts basically erased all eastward data routes from Southeast Asia. It took 49 days for crews on 11 giant cable-laying ships to fix all of the 21 damage points. Fonte: Corte de cabos de fibra óptica em Lisboa deixa... (1/11/2007) Um corte nos cabos de fibra óptica na zona de São Sebastião, junto ao Corte Inglés, em Lisboa, privou cerca de 12 mil clientes da TV Cabo dos serviços da Portugal Telecom na quarta-feira, disse à Lusa fonte oficial da operadora. «Também alguns clientes móveis foram afectados», adiantou a mesma fonte. O corte deveu-se às obras do metropolitano em São Sebastião, onde umas estacas bateram num cabo de fibra óptica e deitaram-no abaixo, indicou à Lusa fonte do Metropolitano de Lisboa. Fonte:metrolisboa.blogspot.com/2007/11/corte-de-cabos-de-fibra-ptica-em-lisboa.html João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 176

64 Fiber Optic Cable Cuts Isolate Millions From Internet,Future Cuts Likely (January 31, 2008) O cabo submarino FLAG foi um dos cabos afectados Large swaths of the Middle East and Southeast Asia fell into internet darkness after two major underseas fiber optic links were damaged off Egypt s coast on Wednesday. Early reports blamed an errant anchor for severing the cables, but THREAT LEVEL has not yet been able to confirm that s the cause. Telecoms in Egypt, India, Pakistan and Kuwait (among others) are scrambling to find other arrangements to carry their internet and long distance phone traffic. Some telecoms had complete outages since their contingency plans if one cable broke was to use the other. Seventy percent of the networks in Pakistan experienced an out, with Egypt, Malidives, Kuwait, Lebanon and Algeria also suffering severe outages, according to traffic analysis by Renesys. The cuts hit two fiber optic links: FLAG Europe Asia and SEA-ME-WE-4. The two cables are competitors that carry traffic from Europe through the Middle East along to Japan (and vice versa). FLAG runs about 17,000 miles, stretching from London, through the Suez canal, around India, along China s coast to Japan. SEA-ME-WE-4 follows roughly the same geographic path. Fonte: João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 177

65 Disponibilidade A disponibilidade (availability) de um sistema traduz a probabilidade desse sistema estar perfeitamente operacional num certo instante de tempo. A disponibilidade é normalmente expressa em termos da percentagem de tempo durante um ano em que o sistema está totalmente operacional. Disponibilidade (%) 99% (2 noves) 99.9% (3 noves) 99.99% (4 noves) % (5 noves) % (6 noves) Tempo em baixa/ano 3.65 dias 8.76 h 52.6 m 5.26 m 31.5 s Assumindo que as disponibilidades de um nó (elemento de rede) e de uma ligação (via de transmissão) são independentes, a disponibilidade de um caminho obtém-se multiplicando as disponibilidades DXC DXC DXC Protecção DXC DXC A disponibilidade do caminho representado seria dada por: x0.9995x x0.9998x Para aumentar e disponibilidade do caminho seria necessário ter por exemplo um caminho redundante (caminho de protecção) para o caso de falha do primeiro. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 178

66 Técnicas de Sobrevivência As técnicas usadas para garantir que uma rede SDH continue a proporcionar serviços mesmo em presença de falhas na rede são as seguintes: Protecção de equipamento; Protecção linear; Protecção de anel; Restauro. A protecção de equipamento é garantida duplicando as cartas e as ligações entre estas. A protecção linear é aplicada em ligações ponto-a-ponto. Essa protecção pode ser realizada a nível de caminho (protecção de caminho), ou a nível de secção de multiplexagem (protecção de secção). A protecção de anel aplica-se a topologias físicas em anel e também pode ser realizada a nível de caminho ou a nível de secção. O restauro aplica-se a redes com uma topologia física em malha e consiste em encontrar caminhos alternativos aos caminhos com falhas, sendo a operação, normalmente, coordenada pelo plano de gestão de rede. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 179

67 Anomalias, Defeitos e Falhas O sistema de protecção ou de restauro numa rede SDH é activado na presença de falhas graves. Essas falhas desencadeiam um processo de geração de alarmes, que por sua vez são responsáveis por activar o sistema referido. Um comportamento errático em certas funcionalidades da rede pode ser classificado como anomalia, defeito ou falha. Uma anomalia corresponde a uma degradação do desempenho do sistema. Um defeito conduz a uma incapacidade para executar um serviço devido ao mau funcionamento do hardware ou do software do sistema, ou a uma degradação do desempenho muito acentuada, traduzida por uma razão de erros binários igual ou superior a Uma falha é um defeito persistente. A detecção de um defeito a nível de caminho ou secção é realizada monitorizando o sinal recebido. Exemplos de defeitos: perda de sinal ou LOS (loss of signal), perda de trama ou LOF (loss of frame), incoerência do traço de sinal ou TIM (trace identification mismatch), perda de ponteiro ou LOP (loss of pointer), etc. As anomalias são originadas por eventos tais como perda de enquadramento de trama ou OOF (out of frame alignment), sinal degradado ou SD (signal degrade) e os erros de detectados usando B1, B2, B3 e BIP-2 desde que a razão de erros fique abaixo de João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 180

68 Protecção Linear A protecção linear de caminho protege os caminhos (VCs) individualmente (extremo-aextremo), enquanto a protecção de secção protege todo o sinal STM-N (em cada arco). Qualquer uma dessas protecções ainda pode ser dedicada (1+1) ou partilhada (1:1). Protecção de secção dedicada (1+1) O sinal STM-N é duplicado e enviado simultaneamente pela via de serviço e pela via de protecção (fibras de serviço e protecção). Na recepção é seleccionado o sinal da via de serviço. Quando esse sinal se degrada o receptor comuta para a via de protecção. Funcionamento em estado normal STM-N comutador Fibra de serviço (ou λ) Fibra de protecção (ou λ) NE 1 NE 2 Corte na fibra de serviço (ou λ) comutador Alarmes que desencadeiam a comutação Perda de sinal ou LOS (Loss of Signal) Perda de trama ou LOF (Loss of Frame) Sinal degradado ou DS (Degraded Signal) (Valor de BER elevado 10-3 Funcionamento depois de uma falha Fibra de protecção (ou λ) NE 1 NE 2 O sistema pode funcionar em modo de protecção reversível (volta à situação normal depois da falha ser reparada) ou modo irreversível no caso oposto. Esta forma de protecção é muito rápida e não requer nenhum protocolo de sinalização João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 181

69 Protecção Linear (secção 1:1) A protecção de secção 1+1 requer a duplicação dos sinais STM-N, sendo por isso uma solução dispendiosa. Tem a vantagem de não requerer sinalização entre os nós da rede, sendo portanto muito rápida. A protecção 1:1 requer o uso de sinalização (mais lenta), mas pode usar o sistema de protecção para tráfego não prioritário. Protecção de secção partilhada (1:1) O sinal STM-N é enviado num certo instante é enviado através de uma única via. Em presença de uma falha na fibra o sinal é comutado para a outra fibra. Requer também o uso de um comutador no emissor e um protocolo APS (Automatic Protection Switching). comutador comutador Funcionamento em estado normal Funcionamento depois de uma falha STM-N Fibra de serviço (ou λ) Fibra de protecção (ou λ) NE 1 NE 2 Fibra de serviço (ou λ) Fibra de protecção (ou λ) comutador NE 1 NE 2 Alarmes que desencadeiam a comutação Perda de sinal ou LOS (Loss of Signal) Perda de trama ou LOF (Loss of Frame) ) Sinal degradado ou DS (Degraded Signal) O NE que detecta a falha (NE 2) deve comunicar com o NE que inicia a secção (NE 1) usando o protocolo APS, para este comutar o tráfego para a via de protecção. O APS é transmitido nos octetos K1 e K2 do cabeçalho de sec. de multiplexagem. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 182