Planeamento e Projecto de Redes. Capítulo 1. Introdução

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1 Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 1 Introdução João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 1

2 Aspectos da Evolução das Telecomunicações (I) 1837 Telégrafo 1844 Código de Morse ª rede telegráfica em Portugal º cabo submarino transatlântico º cabo submarino Lisboa-Brasil 1876 Telefone (Bell) 1882 Primeira rede telefónica em Portugal (concessão) 1891 Comutação automática (Strowger) 1894 Telegrafia sem fios (Marconi) 1925 Transmissão de imagens em movimento (Bird) televisão 1928 Teorema da amostragem (Nyquist) 1936 Invenção do PCM (Reeves) transmissão digital 1948 Transistor º cabo submarino telefónico transatlântico analógico (35 circuitos) João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 2

3 Aspectos da Evolução das Telecomunicações (II) 1964 Concepção da comutação de pacotes (Baran) ª satélite geo-estacionário (Intelsat1, 240 circuitos) 1966 Proposta de utilização de fibra óptica (Kao) 1967 Projecto da 1ª rede de comutação de pacotes (ARPAnet) 1968 Primeira central de comutação digital (tecnologia TTL) 1973 Ethernet (Metcalfe) º sistema de rádio móvel celular analógico 1981 TCP/IP 1982 Correio electrónico 1985 Proposta da SONET (Belcore) 1991 GSM (Global System for Mobile Communications) 1996 Cabo submarino óptico TAT12/13 ( circuitos) 2002 UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) 2008/2009 Instalação em Portugal da FTTH em larga escala João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 3

4 Código Morse S O S A maior parte das comunicações telegráficas, submarinas e rádio no início do século XX eram baseadas no código Morse O comprimento variável dos caracteres tornou difícil a sua adaptação às comunicações electrónicas, tendo sido substituído por outros códigos como é o caso do ASCII. Fonte: Wikipedia João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 4

5 Princípio do Telefone João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 5

6 Telefone: instrumento multimédia? Fonte: Rogério Santos, Olhos de Boneca, Uma história das telecomunicações , Edições Colibri e Portugal Telecom, 1999 João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 6

7 Comutação Manual Versus Automática Comutação Manual Comutação Automática Strowger Foi usada na rede telefónica portuguesa até ao início da década de 80 Foi usada na rede telefónica portuguesa até meados da década de 90 João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 7

8 Central de Comutação Digital (EWSD) João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 8

9 Rede da Eastern Telegraph Company (1901) Fonte: Wikipedia João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 9

10 Cabos Submarinos Ópticos Fonte: Alcatel Lucent João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 10

11 Cabos Submarinos Ópticos: Panorama Mundial Fonte: João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 11

12 Evoluçã ção o Histórica Fases Telefone e telégrafo (XIX) Comunicações via satélite (1960s) Comunicações digitais (1980s) Comunicações ópticas (1980s) Internet (1990s) Telemóvel (1990s) Século XXI: Convergência fixo-móvel; convergência voz, dados e vídeo em suporte IP (Internet Protocol); transporte óptico. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 12

13 Tráfego de Telecomunicações Global Fonte: H. Kogelnick, Perspectives on Optical Communications, OFC 2008 João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 13

14 Evolução/Previsão Tráfego Internet (USA) As análises de tráfego nos Estados Unidos mostram que o tráfego Internet passou a ser dominante a partir do ano 2000, com um crescimento que duplica todos os anos. Previsão para 2010 : > 50 EB/mês Cresce 35% ao ano Fonte: Maurizio Dècina, ECOC 2003 João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 14

15 Tráfego Internet (USA) até PByte/mês mínimo máximo Previsão para 2010 : 2.5 EB/mês (min) 4 EB/mês (max) Estimativa para 2009: 1.8 EB/mês (min) 2.7 EB/mês (max) Fonte : nts/igrowth.html Tendências Evolutivas do Tráfego Internet (USA): Entre 1990 e 2002 verifica-se que o tráfego Internet duplica todos os anos de um modo sustentável. Exceptuam-se os anos 1995 e 1996 em que se tem um crescimento de cerca de 10x devido ao facto do tráfego WEB ter substituído o tráfego baseado na transmissão de informação em texto. Desde 2003 até 2009 têm-se verificado um crescimento de tráfego ligeiramente superior a 50% ao ano. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 15

16 Lei de Moore A lei de Moore indica que o número de transístores que pode ser inserido num único chip duplica todos os 18 meses, ou seja tem-se um crescimento anual de cerca de 60%. A lei actualizada indica uma duplicação todos os 24 meses, ou seja um crescimento anual de cerca de 50%. A evolução do tráfego Internet (USA) nos últimos anos parece seguir a lei de Moore Fonte: Wikipedia João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 16

17 Cenários de Evolução dos Requisitos de Largura de Banda Fonte: P. Morin, The New Economy, Global Megatrends Driving Optical Inovation, Nortel, OFC 09 João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 17

18 Como dar Resposta ao Aumento dos Requisitos de Largura de Banda? Explorando as potencialidades das redes ópticas Fonte: P. Morin, The New Economy, Global Megatrends Driving Optical Inovation, Nortel, OFC 09 João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 18

19 Transmissão Óptica: Estado da Arte Fonte: Diário Económico, 01/10/09 Débito binário for fibra óptica: 155 comprimentos de onda 100 Gb/s = Tbit/s Tráfego Internet (USA) 2009: Pbyte/mês 1 Tbyte/s = 8 Tbit/s Tbit/s 7000 km = Pbit/s km João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 19

20 Lei de Nielsen A lei de Nielsen prevê um crescimento na velocidade de acesso à Internet na terminação do utilizador de cerca de 50% ao ano Mbps Mbps Mbps Mbps Fonte: João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 20

21 Utilizadores por Tecnologia de Banda Larga (Mundial) Fonte: H. Kogelnick, Perspectives on Optical Communications, OFC 2008 João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 21

22 Penetração das soluções FTTH e FTTB em 2009 Fonte:Fiber-to-the-Home Council, Fev João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 22

23 Implementações FTTH/B na Europa João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 23

24 Definição e Ramos As redes de telecomunicações compreendem o conjunto dos meios técnicos (de natureza electromagnética) necessários para transportar e encaminhar tão fielmente quanto possível a informação à distância. Ramos das telecomunicações Transmissão: Transporte fiável da informação à distância. Comutação: Encaminhamento da informação (pôr em contacto dois utilizadores quaisquer, de acordo com as suas ordens). Controlo e gestão: Responsável pela dinâmica (controlo) e pela fiabilidade (gestão) das redes. A função de controlo é implementada através da sinalização. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 24

25 Critérios de Qualidade Fidelidade As redes de telecomunicações devem garantir que a informação nas suas diversas formas (voz, música, vídeo, texto, etc.) é transmitida sem perdas e alterações. Fiabilidade As redes de telecomunicações públicas devem assegurar um serviço permanente e sem falhas (menos de duas horas de indisponibilidade em 40 anos). João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 25

26 Normalização em Telecomunicações O carácter internacional das telecomunicações implica normalização em aspectos tais como: aspectos técnicos (qualidade de serviço, interfaces, etc.); planificação geral da rede (estrutura da rede, números telefónicos internacionais,etc.); problemas de exploração e gestão (preços das chamadas internacionais, análise de tráfego, etc.). No plano das redes nacionais a normalização também é importante de modo a: garantir a compatibilidade dos sistemas de diferentes fabricantes; assegurar uma qualidade de serviço mínima a todos os utilizadores; respeitar as convenções internacionais. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 26

27 Principais Organismos de Normalização (I) International Telecommunication Union (ITU) Agência da ONU responsável por todos os sectores das telecomunicações. Os seus principais órgãos são: ITU Telecommunications Sector (ITU-T) Estudo de questões técnicas, métodos de operação e tarifas para as redes de transporte, redes telefónicas e de dados. ITU Radiocommunications Sector (ITU-R) Estudo de questões técnicas e operacionais relacionadas com rádio-comunicações, incluindo ligações ponto-a-ponto, serviços móveis e de radiodifusão e ligações via satélite. O ITU é o principal organismo de normalização a nível mundial na área das telecomunicações e das tecnologias de informação e inclui 191 países como membros. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 27

28 Principais Organismos de Normalização (II) European Telecommunications Standards Institute (ETSI) Criado em 1988 para desenvolver as normas necessárias para uma rede de telecomunicações pan-europeia. Teve um papel importante no desenvolvimento da norma GSM. International Organization for Standardization (ISO) É uma federação de organismos de normalização de vários países (mais de 130). A norma OSI (Open System Interconnection) é a mais conhecida na área das telecomunicações. O organismo americano ANSI (American National Standards Institute) também tem dado contribuições importantes. Refira-se, por exemplo a normalização das cablagens. The Intitute of Electrical and Electronics Engineering (IEEE) É a maior organização profissional em todo o mundo. O LAN/MAN standards committee tem tido um papel muito importante na área das redes com várias normas relevantes, como sejam a (Ethernet) e o (Wireless LAN). João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 28

29 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.). João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 29

30 Topologias Representação de uma rede por um grafo Fluxo de informação 1 2 v 1 v 2 e 1 e 5 e 6 e 2 Grafo da rede 5 3 v 5 e 4 e 7 v 4 e 3 v 3 4 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. Topologia física Topologia lógica João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 30

31 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 Estrela Anel Malha A Topologias com meio partilhado B C Barramento (Bus) Árvore João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 31 E D

32 Representação de uma Rede (T. Física) Um rede pode-se representar a partir de um grafo ( V, E) onde V = ( v1, v2,... vn ) representa o conjunto dos vértices ou nós e E = ( e,... ) representa o 1 e2, el conjunto de ligações (links). A topologia física também se pode representar usando uma matriz de adjacências g. Essa matriz tem dimensão NxN. O elemento g ij =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 N δ = i g ij j = 1 O valor médio do grau do nó é dado por G v 1 v 2 v 5 e 4 v 4 e 1 e 5 e g = e e e 2 v 3 Matriz de Adjacências Grafo da rede N 1 < δ >= δi = N i= 1 2L N <δ >= = 2.8 João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 32

33 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). v 5 v 1 v 2 v 3 Topologia Lógica em malha (um sentido) v 4 A topologia lógica também se pode representar através de uma matriz de pedidos d. O elemento d ij =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 pedidos N N é dado por 1 < d >= d ij N i = 1 j = 1 d = Matriz de pedidos Para uma topologia lógica em malha (padrão de pedidos uniforme) têm-se < d>= N 1 O número total de pedidos de tráfego unidireccionais é então D1= N( N 1) e bidireccional D = N( N 1) / 2. 2 Dois sentidos < d >= 2= 4 5 João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 33

34 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 h ij represente o número mínimo de ligações de um pedido entre o nó i e o nó j. O número médio de ligações por pedido é dado, nessa situação, por (D=D 2 ) < h >= 1 1 N N h ij D i= 1 j= i+ 1 Se a matriz de adjacências e a matriz de pedidos forem conhecidas pode-se determinar <h>. Para um padrão de pedidos uniforme e para topologias físicas com um nível de conectividade elevado tem-se que < h > < N δ > Inversamente proporcional à raiz do valor médio do grau João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 34

35 Planos de Rede Numa rede de telecomunicações podem-se individualizar três panos: Plano de utilizador, plano de controlo e plano de gestão. 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). João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 35

36 Classificação das redes Em termos do modo de transferência de informação as redes podemse 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 Rede de satélites Rede de difusão de televisão e rádio Rede Ethernet CSMA/CD Redes de comutação de circuitos Redes de comutação de pacotes Rede telefónica Rede celular Circuitos alugados Redes de transporte (SDH e OTN) Redes não orientadas à ligação (Datagramas) Rede IP Redes orientadas à ligação (Circuitos virtuais) Frame relay ATM (Asynchonous transfer mode) MPLS (Multi-protocol label switching) João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 36

37 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. 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. 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. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 37

38 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. Comutação por datagramas Fonte D T X U R C B D X T U C R B D T X U R C B Controlo da sequência Nó 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. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 38

39 Estratificação em camadas Uma rede de telecomunicações pode-se dividir em camada de rede de transporte e camada de rede de serviços. 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 telefónica Rede de dados Rede celular Rede de cabo Circuitos alugados Rede de Transporte João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 39

40 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) 40

41 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). 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 ADM E A ADM ADM Camada de rede de Transporte B b ADM D ADM C João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 41

42 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. Na rede de núcleo e na rede metropolitana a topologia física é normalmente imposta pela camada de transporte. Núcleo 100s-1000s km Malha 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). Metro km Anel Acesso <10 km Anel, estrela, etc Utilizadores João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 42

43 Rede Telefónica Pública Comutada A topologia em estrela é a solução mais simples A topologia mais simples para uma rede telefónica é a topologia em estrela, ligando uma central de comutação telefónica ao equipamento terminal do utilizador. CC Central de comutação tefefónia Quando a dimensão da rede aumenta, tornase mais económico dividir essa rede em subredes 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. Custo nº óptimo de centrais Telefone custo total custo da comutação custo da linha Número de centrais de comutação Estrutura hierárquica João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 43

44 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 internacional Central internacional Rede de núcleo ou de troncas Rede de junção Rede de acesso ou local Central Tandem Centros de trânsito secundário Centros de trânsito primários Centrais locais 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 Transmissão a 2 fios João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 44

45 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. Central analógica Equipamento de rede. Conversão A/D Telefone analógico CT CL Transmissão digital Transmissão analógica CT RDI CT CL Acesso analógico CL CL CL CT Central de trânsito digital CL Central local digital CR CR Concentrador digital A qualidade do sinal na RDI devido à regeneração é independente do número de troços e centrais presentes na ligação. Passo seguinte: Proporcionar transmissão digital até ao utilizador (RDIS) João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 45

46 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 Acesso primário PPCA NT1 Para manter compatibilidade com os telefones analógicos usa-se um adaptador TA Interface S TA Interface T NT1 Interface U Acesso básico Interface U Central de comutação Telefone analógico Telefone digital João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 46

47 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. Cabeça de Rede Amplificador de tronca com repartição 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 Fibra Óptica Nó de acesso óptico Repartidor coaxial Cabo coaxial Amplificador de linha Utilizador Utilizador A rede coaxial apresenta uma topologia em árvore O servidor situado na cabeça da rede distribui para os utilizadores os diferentes sinais de televisão usando multiplexagem por divisão na frequência (FDM). João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 47

48 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. Cabeça Cabeça de de Rede Rede 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. Rede de Transporte Primária Nó Nóde de Acesso Acesso Par de fibras ópticas Nó Nóde de Acesso Acesso No nó de acesso acesso o sinal óptico é convertido para um sinal de radiofrequência (RF) e injectado na rede coaxial Rede de Transporte Secundária Fibra óptica Nó de acesso óptico Rede Coaxial A rede de transporte primária usa a informação digitalizada. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 48

49 Espectro de radio-frequência O canais de televisão (serviço distributivo) fazem uso da banda directa 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. Via de Retorno Canais FM Canais de TV analógicos Canais digitais Upgrade futuro f (MHz) Note que os sinais transmitidos são sinais de radiofrequência FDM, logo analógicos. Desmodulador (Televisor) Fibra Óptica Receptor Óptico f 1 f N Sinal de radiofrequência Oscilador local sintonizável f f N Filtro Passa Baixo f João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 49

50 Redes IP Na Internet usa-se comutação de pacotes por datagramas Rede 2 Encaminhadores (Routers) Pacote Rede 1 Caminho Fonte: Prof. Paulo Correia, TRC, Os pacotes são encaminhados através da Internet. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 50

51 Arquitecturas de Rede: Modelo TCP/IP TCP: Transmission control protocol UDP: User Datagram Protocol Fonte: Prof. Paulo Correia, TRC, João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 51

52 Limitações do IP O protocolo IP foi desenvolvido tendo por objectivo o transporte de dados. O encaminhamento de datagramas é feito usando o caminho mínimo e não tem em conta nem aspectos de qualidade de serviço nem de engenharia de tráfego. A qualidade de serviço ou QoS (Quality of Service) garante que os pacotes são sujeitos a um determinado processamento de modo a verificarem certas exigências em termos de perdas de pacotes, atraso de pacotes, variação do atraso de pacotes, disponibilidade, etc. A engenharia de tráfego trata do conjunto de procedimentos requeridos para permitir uma utilização eficiente dos recursos da rede, realizando por exemplo um encaminhamento de tráfego de modo a evitar congestão e a maximizar o tráfego transportado. As redes IP multiserviço, suportam para além de dados, voz (VoIP) e vídeo (IP-TV) e requerem garantias de QoS e de engenharia de tráfego. Requer-se por isso uma comunicação orientada à ligação. O ATM (Asynchronous Transfer Mode) e o MPLS (MultiProtocol Label Switching) são tecnologias que permitem dar resposta a essas exigências. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 52

53 Aplicações ATM Antes do advento do MPLS (multi-protocol label switching) o ATM era a única tecnologia de rede que permitia garantir qualidade de serviço por ligação. Aplicações Redes de núcleo dos ISP (Internet Service Providers) Rede de acesso no ADSL Redes APON (ATM passive optical networks) e GPON? Rede UTRAN no UMTS Vídeo p2p e p2m Nas redes UMTS o ATM é usado na UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) para interligar os nós B (Base Station) aos RNC (Radio Network Controller) UTRAN na rede UMTS Nó B Nó B Interface Iub RNC UTRAN MSC João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 53

54 Princípios do ATM O ATM (Asynchronous Transfer Mode) usa o modo de transferência assíncrono: as fontes de informação são mutuamente assíncronas e a informação é segmentada em células, as quais são enviadas pelas fontes em instantes independentes. O TDM usa o modo de transferência síncrono: as fontes de informação são sincronizadas, e enviam as suas unidades de informação em intervalos de tempo que lhes são previamente atribuídos. No ATM a informação é estruturada em células com 53 octetos, sendo 48 octetos destinados ao campo de informação e 5 destinados ao cabeçalho. O ATM estabelece conexões entre dois pontos extremos (tecnologia orientada para a conexão). As conexões ATM designam-se por circuitos virtuais (VC, virtual circuits) às quais é atribuído um idendificador VCI (virtual circuit identifier). Os VC podem ser agregados formando um caminho virtual (VP, virtual path) também designado por conduta virtual. Cada VP é caracterizado por um identificador VPI (virtual path identifier). Conexão física VPI a VPI b VCI x VCI y VCI x VCI y João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 54

55 Permuta de Identificadores de Ligação O estabelecimento de um circuito virtual entre dois utilizadores normalmente consiste num caminho através de vários comutadores ATM. Como cada ligação pertencente ao caminho é caracterizada pelo seu identificador próprio (CI={VPI, VCI}) a função do comutador consiste em fazer a permuta de CIs (label swapping). B A VPI=10 VCI=55 VPI=20 VCI= Comutador ATM 3 4 VPI=10 VCI=74 VPI=30 VCI= Tabela de encaminhamento 1 VPI, VCI Porto de entrada Porto de saída Comutador ATM Note-se que os valores VPI/PCI só têm significado local, só são válidos para uma ligação. VPI=50 VCI= Comutador ATM Os circuitos virtuais podem ser permanentes ou comutados. Os primeiros são estabelecidos pelo sistema de gestão e os segundos por sinalização. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 55 D VPI=70 VCI=66 C O caminho entre A e C é constituído pelos seguintes CIs: 10/55, 30/37 e 70/66. A ligação efectua-se através do porto de entrada 1 do comutador 1 e sai do porto 3 do mesmo comutador, entra em seguida no porto 2 do comutador 2 e sai no porto 6 do mesmo comutador.

56 MPLS O MPLS é uma norma da IETF (Internet Engineering Task Force), que é independente dos protocolos de nível 2 e 3. O protocolo baseia-se na adição de uma etiqueta (label) a cada pacote, a qual vai ser usada na rede MPLS para fazer o encaminhamento do pacote. A etiqueta é de comprimento fixo (32 bits) e tem funcionalidades equivalentes ao VPI/VCI do ATM, tendo também significado local. Cabeçalho de nível 2 Etiqueta MPLS 32 bits Cabeçalho de IP Cabeçalho das camadas superiores O MPLS suporta vários protocolos (MultiProtocol), tais como IP, ATM e frame-relay. Os elementos de rede usados são os LSR (Label Switched Routers) e LER (Label Edge Routers) João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 56

57 Exemplo de uma rede MPLS Os LSR são routers de elevada velocidade usados no núcleo da rede que fazem o encaminhamento dos pacotes com base nas etiquetas. Os LER são routers usados nas orlas da rede e são responsáveis por inserir/extrair as etiquetas. Podem ter cartas IP, ATM, Frame-relay. LER LSP 17 LSR 68 LSR 15 LER Etiqueta LSR Numa rede MPLS a transmissão de dados tem lugar usando LSP (Label Switched Paths). Os LSP correspondem a uma sequência de etiquetas, sendo cada etiqueta valida unicamente para uma ligação. LSR João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 57

58 Redes do Século XXI As palavras chave vão ser banda larga, convergência e resiliência. 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. Cobre Cobre Plataforma de acesso multiserviço Camada de rede de serviço IP/MPLS Convergência Utilizador ONU Fibra Fibra OTN Camada de rede de Transporte Redes Multiserviço A resiliência permite garantir redes com elevada disponibilidade. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 58

59 Processo de Planeamento Cenário Identificação do problema e análise Fase conceptual Situação inicial, estado da arte, tendências de evolução e objectivos Normas de qualidade, requisitos da rede, opções técnicas, restrições económicas e organizativas Matriz de tráfego, perfil de tráfego, evolução do tráfego Descrição do tráfego Definição do problema Plano mestre Topologias, componentes, produtos. Decisões principais Alternativas para o sistema Mapeando o tráfego sobre as diferentes alternativas para o sistema, procura-se uma solução óptima em termos de custo e qualidade de serviço Fase de projecto Fase de instalação Estrutura de rede e elementos de rede (especificação do hardware e do software), gestão da rede, estratégias e testes de instalação Os diferentes componentes são testados em projectos pilotos Monitorizar, analisar e avaliar a qualidade de serviço para ajustar os componentes Plano de configuração Projecto piloto Instalação completa Monitorização, analise O plano de configuração resulta da solução óptima As extensões estão associadas ao aumento do tráfego ou expansão geográfica extensões, actualizações João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 59

60 Etapas do planeamento Longo termo Orientações iniciais para satisfazer futuras procuras de serviços; Orientadas por previsões económicas e de servicos, escolha de tecnologia e estratégia de operação. Período de 4 a 10 anos Médio termo Preparação da expansão da rede ( topologia, capacidade, encaminhamento, instalação de equipamento e de cabos) com bases nos resultados do planeamento a longo prazo. Período de 1 a 4 anos Curto termo Período de semanas a meses Optimização da topologia e da capacidade, dimensionamento das vias de comunicação e dos elementos de rede. Resposta a procura de serviços inesperada Está directamente associada à gestão dia a dia. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 60