Infra-estrutura de Redes de Telecomunicações. Prof. Marco Câmara

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1 Infra-estrutura de Redes de Telecomunicações

2 Redes de Computadores? As redes hoje interligam dispositivos dos mais diversos tipos: Celulares, câmeras, telefones IP, geladeiras e... Computadores! Múltiplos meios de conexão: Cabeamento ethernet, redes wireless, redes 3G, ADSL, Cable Modems, modems digitais (ISDN) e analógicos (conexão discada).

3 Redes de Comunicação! Os objetivos a muito deixaram de ser a simples execução de aplicações multiusuário: Ferramenta de comunicação; Envio de mensagens por já praticamente substituiu as cartas convencionais; O FAX já mostra sinais da idade; Músicas e Fotos Digitais realidade de mercado; Telefonia na Internet e sistemas P2P.

4 Infraestrutura das redes Para garantir as funcionalidades discutidas, a infra-estrutura de redes hoje praticamente é tão ou até mais importante que outras infra-estruturas ditas convencionais, como: Energia elétrica; Telefonia. Mercado aberto mundialmente. Fornecedores se completam no fornecimento de componentes de infra-estrutura diversos para formar as grandes redes de telecomunicações: Sistemas de cabeamento; - Equipamentos ativos; Sistemas operacionais; - Estações e servidores; Aplicações específicas.

5 Padronização é fundamental! Em um sistema aberto, diferentes produtos de diferentes fornecedores precisam se comunicar com facilidade, e defendem a compatibilidade com os concorrentes; Existem questões de diferentes níveis a serem resolvidas para garantir a compatibilidade, desde a interface mecânica de conexão, ao formato das mensagens a serem trocadas entre os componentes; Solução: um sistema de protocolos em camadas!

6 Modelos em Camadas : Exemplo Clássico Assessor Jurídico Tradutor Expedição Assessor Jurídico Tradutor Expedição Independência das camadas Funcionalidades; Implementação. Tamanho das Mensagens Aumentam de tamanho ao descer Diminuem de tamanho ao subir

7 O modelo OSI Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Sete camadas. Funções inequívocas; Compatibilidade com os padrões de mercado; O modelo TCP/IP tem apenas 3 camadas. Comunicação Virtual entre camadas semelhantes; Embora seja adotado como um modelo didático, na prática o TCP/IP é o modelo em camadas mais utilizado; Funções de cada camada?

8 O modelo OSI - Funções Camadas Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Física (Physical) Determina interfaces mecânica, elétrica e temporal; É a camada onde efetivamente ocorre a comunicação entre emissor e receptor; Domínio do cabeamento estruturado, engenharia elétrica; Ex. : Repetidor, HUB, Transceptores; Unidade de dados : BIT.

9 O modelo OSI - Funções Camadas Application Presentation Session Transport Network Enlace (Data Link) Delimita e estabelece campos; Faz o controle de erros; Faz o controle de fluxo; Ex. Placa de Rede, switch convencional; Unidade de dados : QUADRO (frame). Data Link Physical

10 O modelo OSI - Funções Camadas Application Presentation Session Transport Network Data Link Rede (Network) É a camada da interligação entre padrões de rede diferentes; Controle de operação e contabilização de recursos; Ex. : Roteadores, switches de camada 3, IP, IPx, X-25; Unidade de dados : PACOTE. Physical

11 O modelo OSI - Funções Camadas Application Presentation Session Transport Network Transporte Primeira camada fim a fim! Estabelece qualidade de serviço (QoS); Estabelecimento conexões & multiplexação; Ex. : TCP, UDP, SPX; Unidade de dados : SEGMENTO Data Link Physical

12 O modelo OSI - Funções Camadas Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Sessão (Session) Estabelece uma conexão de alto nível Determina pontos de checagem intermediária; Faz controle de fluxo e tratamento de erros; Sincronização; Ex. (de aplicações): aceleradores de download, emule etc. Unidade de dados: MENSAGEM ou SPDU (Tanenbaum)

13 O modelo OSI - Funções Camadas Application Presentation Session Transport Network Apresentação (Presentation) Não está relacionada diretamente à comunicação em si; Sintaxe e semântica; Criptografia, compactação; Estruturas de dados. Unidade de dados: MENSAGEM ou PPDU Data Link Physical

14 O modelo OSI - Funções Camadas Application Presentation Session Transport Network Data Link Aplicação (Aplication) Aplicações diretamente associadas à comunicação de dados : TELNET Serviços de Diretório Correio eletrônico Serviços de Sistemas Operacionais de Rede Serviços de Arquivo & FTP WEB Server, WEB cache etc Physical

15 Meios Físicos ethernet Características Básicas

16 Meios Físicos Típicos As redes surgiram com o suporte a 3 tipos diferentes de meio físico: Cabos coaxiais: o pioneiro, hoje abandonado devido à complexidade de montagem, custo e problemas relacionados ao aterramento; Cabos UTP: o mais utilizado, de baixo custo, oferece desempenho e funcionalidade equivalentes aos outros meios, desde que seja corretamente instalado; Cabos de Fibra Ótica: o mais moderno, já é utilizado a muito tempo em situações específicas.

17 O cabo de fibra ótica Motivos específicos podem levar à escolha de cabos de fibra ótica: Distâncias elevadas (mais do que 90m); Presença de interferências eletromagnéticas; Proteção na conexão entre prédios com diferentes sistemas de aterramento; Menor ocupação de espaço; Segurança contra acesso indevido às informações através de escutas no cabo.

18 O cabo de fibra ótica (cont) O custo dos sistemas óticos, que é um fator limitante, tende a cair no futuro por dois motivos: Baixo custo da matéria-prima (areia?); Demanda cada vez mais elevada.

19 Sensibilidade na Instalação Os cabos, de uma forma geral, são sensíveis a falhas de instalação: No cabo UTP, a preservação das características físicas originais garante a performance e funcionalidade do meio; Evitar tração excessiva, torção, esmagamento etc No cabo de FO, o problema normalmente é a infraestrutura de encaminhamento Curvas de raio curto, ataque de roedores etc

20 Distâncias máximas O cabo UTP tipicamente pode chegar até 90m de distância, que serão somados aos cabos de interligação; Cabos de FO multimodo têm limitação de distância em redes gigabit (275m); Cabos de FO monomodo normalmente têm limites bem elevados, a depender dos equipamentos nas extremidades.

21 Equipamentos Ethernet

22 Placas de Rede Transceptor Conector UTP Fêmea Placa de Conector AUI Rede

23 Placas de Rede Placa de rede propriamente dita : Interface com o barramento do micro Processamento de camada de enlace Precisa de configuração Transceptor Interface com o meio físico Ligado à placa através de conector AUI

24 Os repetidores Atuam na camada física (convertem padrões físicos e ampliam limites de distância) Regra Cinco segmentos Quatro repetidores Três segmentos vivos Diâmetro máx.: 500 m (elétrico) e 2000 m (ótico) Número máximo de hosts: 30

25 Interligando Segmentos de Rede Repetidores A A A Bridges Roteadores? B B B C C C

26 Interligando Segmentos de Rede Repetidores B A C B A C B A C Tráfegos se misturam Tudo funciona como um grande segmento A B C? A A A B B B C C C Bridges Roteadores A A B C B C

27 Interligando Segmentos de Rede Repetidores A A B Bridges Isola tráfego local? Direciona tráfego externo, através da análise do endereço de destino B A B C Roteadores

28 Interligando Segmentos de Rede A A B Repetidores Bridges Roteadores B A B? C Analisa cabeçalho do protocolo, oferecendo maior flexibilidade

29 Switches - Conceitos Básicos 10M 10M 10M 10M Back-Plane Unificam diversas bridges com n portas; Permitem a redução da latência típica das bridges;

30 Switches - Conceitos Básicos 10M 10M 10M 10M Back-Plane Unificam diversas bridges com n portas; Segmentos comunicam-se dois a dois, sem concorrência pelo canal de comunicação.

31 Switches - Conceitos Básicos 10M 10M 10M 10M Back-Plane Permitem a redução da latência típica das bridges; A eliminação da latência se dá pela modificação do método de chaveamento.

32 O conceito de auto-sense Os equipamentos conseguem detectar automaticamente a taxa utilizada, ajustando-se automaticamente; Muito útil em ambientes mistos 10BaseT/100BaseTx/1000BaseT; A grande maioria dos componentes fast-ethernet garante esta característica.

33 Equipamentos Ativos Embora tenham abrigado diversos tipos de equipamentos (repetidores, HUBs, roteadores e switches), hoje a categoria dos equipamentos ativos praticamente se limita aos switches; Na função de concentradores de tráfego, os switches agregam, tratam, selecionam e encaminham pacotes de dados em ambientes dos mais diversos portes e complexidades; Qualquer infra-estrutura de rede, mesmo envolvendo sistemas de comunicação diversos (telefonia, CFTV, vídeo etc) estará sempre baseada em um arranjo de switches.

34 Topologia de um Projeto de Ativos Servidores WAN Internet Núcleo (redundante) Núcleo Borda Borda Borda hosts Host redundante hosts

35 Topologia de um Projeto de Ativos Servidores Núcleo (redundante) Como interligar switches? Núcleo WA N Interne t Borda Borda Borda hosts Host redundante hosts

36 Cascateamento Utiliza portas convencionais; Uma porta em cada switch; o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o Up-link Qualquer switch pode ser interligado; Limita tráfego à capacidade do up-link; o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o PROBLEMAS TÍPICOS: Performance no up-link; Retardo pelo acréscimo de um novo switches; Jitter pela formação de filas no up-link.

37 Link Aggregation Utiliza portas convencionais; o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o Up-link n portas em cada switch Número limitado pelas características técnicas do modelo Switches precisam ser compatíveis com a norma IEEE802.3ad Limita tráfego à capacidade do up-link; o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o PROBLEMAS TÍPICOS: Problemas de configuração do tipo, quantidade e localização das portas envolvidas no up-link; Perda significativa de número de portas disponíveis nos switches interligados; Problemas com a re-alocação de equipamentos quando ocorrem falhas, por exemplo.

38 Empilhamento Utiliza portas proprietárias; o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o Cabo de Empilhamento o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o 1 a n portas em cada switch a depender da topologia da interligação; Switches precisam ser do mesmo fabricante e família, além de possuir a porta, o cabo de interligação e a licença de software; No caso da topologia em anel, pode ser necessário cabo adicional ( return cable ) para garantir redundância. Limita tráfego e pilha à capacidade de backplane OU do cabo de empilhamento; Return Cable

39 Empilhamento PROBLEMAS TÍPICOS: Switches descontinuados ou falhas no processo de compra; o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o Cabo de Empilhamento Falhas no contrato de reposição em caso de danos; Aplicável apenas em switches específicos ( empilháveis ). o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o Return Cable

40 Classificação dos Switches SOHO (Small Office, Home Office); Desktop ( de mesa ); Stackable (empilháveis); Modulares. Marco Câmara FRB 14 a 17/04//2008

41 Switches SOHO Normalmente utilizados na posição de núcleo devido à simplicidade das redes atendidas; Design agradável, porém inadequado para uso profissional (não são rack mountable); Pequenas redes com funcionalidade e recursos limitados Não têm portas de fibra ótica; Não oferecer recursos de gerenciamento remoto centralizado; Não oferecem escalabilidade.

42 Switches Desktop Aplicação típica de borda, conectado a um switch central; Oferece funcionalidades e recursos mais avançados, podendo atender a departamentos de grandes empresas; Design adequado a aplicações profissionais (rack mountable); Tipicamente não oferece escalabilidade, ficando limitado ao número de portas padrão (12, 24 ou até 48 portas);

43 Switches Empilháveis Recursos podem ser avançados, além de oferecer escalabilidade, através da conexão de diversas unidades em pilhas especializadas: Interligação através de cabos proprietários de altíssima performance; Empilhamento proprietário, podendo ser incompatível até com switches do mesmo fabricante, porém de outra família. Toda a pilha se comporta tipicamente como um único equipamento; Extremamente comum no nosso mercado, assumindo o papel de switches modulares, tanto na borda quanto no núcleo. Recomendação: tipicamente até 80 estações de trabalho (2007); Alguns modelos têm capacidade impressionante, mas são exceções.

44 Switches Modulares Tipicamente ficam no núcleo, embora possam ser utilizados na borda, para instalações maiores; Oferecem, antes de mais nada, flexibilidade A escolha do tipo e quantidade de módulos de interface é feita pelo cliente; Tipicamente existem dezenas de módulos e configurações diferentes para cada modelo. Tipicamente são muito estáveis e oferecem recursos avançados de redundância Diversos componentes podem ser substituídos: fonte, ventoinha, processador, interfaces etc; Mesmo em configurações convencionais, oferecem alta confiabilidade (robustez e MTBF alto)

45 Switches Modulares Capacidade Máxima pode ser grande, mas é delimitada: Backplane do chassis; Número de módulos suportados. Passivos ou Ativos: Passivos: não possuem componentes embutidos no chassis todos os recursos estão nos módulos; Ativos: possuem capacidade de processamento no chassis, que, por outro lado, se torna um possível ponto de falha.

46 Aspectos Técnicos Relevantes Suporte a VLAN IEEE802.1q Priorização de Tráfego IEEE802.1p Autenticação IEEE802.1x

47 Aspectos Físicos da Implantação de Equip. Ativos Conexão ao Meio Físico Instalação Física Instalação Elétrica Climatização

48 Conexão ao Meio Físico UTP Portas Individuais X Telco Patch Pannels & Organização Espelhamento de Portas Fibras Óticas Conectores Individuais & GBICs DIOs, Cx.Terminação, FOB Cordões Óticos Organizadores Horizontais e Verticais

49 Instalação Física Equipamentos Rack-Mountable Largura Padrão & Suporte Altura em U s Profundidade Distância entre Equipamentos Folga e Organizadores

50 Instalação Elétrica Circuitos Independentes 2 para equipamentos 1 convencional Aterramento Independente Interligado No-break VA X W Banco de Baterias Autonomia Vida Útil Dissipação

51 Climatização Durabilidade & Temperatura Umidade Redundância