Redes de Telecomunicações :descrição e aplicação João Pires Redes de Telecomunicações 149
TDM versus multiplexagem estatistica No TDM a informação transmitida por cada fonte tem de ocupar a posição que lhe está atribuída na trama. No caso da multiplexagem estatística cada fonte envia para o multiplexador toda a informação que tem para enviar sem esperar pelo seu slot. No caso do esta informação é estruturada em células. 0 1 2 3 4 5 6 7 TDM Voz V1 V2 V3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A área representa o tráfego em bits Dados D2 D1 D3 D5 D4 MUX V1 D1 V2 D2 D3 V3 D4 D5 Bit/s s Os hiatos 4 e 8 vão em branco porque não há informação de voz para transmitir, embora haja dados para transmitir. 0 1 2 3 4 5 6 7 Multiplexagem estatística () V1 V2 V3 D2 D5 D1 D3 D4 MUX 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 V1 D1 V2 D2 D3 V3 D4 D5 Mais eficiente: Os hiatos não activos são usados para transmitir dados. João Pires Redes de Telecomunicações 150
Princípios do O (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 a informação é estuturada em células com 53 octetos, sendo 48 octetos destinados ao campo de informação e 5 destinados ao cabeçalho. O estabelece connexões entre dois pontos extremos (tecnologia orientada para a conexão). As conexões designam-se por canais virtuais (VC, virtual channel) às quais é atribuído um idendificador VCI (virtual channel identifier). Os VC podem ser agregados formando um caminho virtual (VP, virtual path). 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 Redes de Telecomunicações 151
Elementos de rede e interfaces (1) Equipamento de utilizador (CEQ, Customer Equipment): Equipamento capaz de comunicar com outro através de uma rede usando canais virtuais. Esse equipamento deve permitir aos seus utilizadores transmitir mensagens de voz, vídeo e dados. UNI User-Network Interface CEQ UNI é uma especificação técnica que permite que equipamento de utilizador comunique com o equipamento de rede UNI Os canais virtuais (VC, Virtual Channel) são estabelecidos e terminados numa base de chamada a chamada, como acontece na rede telefónica. Multiplexador : Permite que diferentes canais virtuais provenientes de diferentes utilizadores sejam agregados de modo a partilharem o mesmo meio de transmissão. A agregação é feita fazendo com que diferentes canais virtuais pertencentes a diferentes caminhos virtuais (VP, virtual path) partilhem um único caminho virtual. VPI=1, VCI=1 VPI a, VCI x NNI Network-Node Interface NNI: interface usada entre os nós da rede ou entre sub-redes UNI MUX NNI VPI=2, VCI=1 VPI=3, VCI=1 VPI=4, VCI=1,2 & 3 Multiplexador João Pires Redes de Telecomunicações 152
Elementos de rede (2) Comutador de cruzamento ( crossconnect): Permite reencaminhar os caminhos virtuais sem afectar os canais virtuais por eles transportados. VCI=1 VPI=1 VPI=4 VCI=3 VCI=2 VCI=3 VPI=2 VPI=5 VCI=4 VCI=5 VCI=4 VCI=5 VPI=3 VPI=6 VCI=6 VCI=1 VCI=6 Comutador de cruzamento Comutador ( switch): Permite não só reencaminhar os caminhos virtuais, mas também comutar os circuitos virtuais entre os diferentes caminhos virtuais. VCI=2 VCI=1 VCI=2 VPI=1 VPI=2 VPI=3 VCI=3 VCI=4 O comutador deve possuir a capacidade de processar e de transladar os VPI e VCI transportados nos cabeçalhos das células. João Pires Redes de Telecomunicações 153
Modelo de camadas (1) A rede é descrita em termos da camada de adaptação, da camada e da camada física. A camada física divide-se em sub-camada de suporte físico e sub-camada de convergência de transmissão. A camada de adaptação sub-divide-se em sub-camada de segmentação e agregação e subcamada de convergência. Camada de adaptação Sub-camada de convergência Sub-camada de segmentação Adapta as caracteristícas dos serviços suportados às caracteristícas do Segmentação e agregação da informação ou SAR (Segmention and Reassembly) Camada Controlo do fluxo de informação, geração e extracção do cabeçalho, translação do VPI/VCI da célula, multiplexagem/desmultiplexagem da célula Camada física Sub-camada de convergência Sub-camada de suporte físico Verificação/geração do HEC, delimitação da célula, adaptação à trama de transmissão geração e recuperação da trama Temporização de bit e meio físico João Pires Redes de Telecomunicações 154
Modelo de camadas (2) Cada camada (com excepção da física) tem um conjunto de octetos que são usados como cabeçalho da camada (cabeçalho de PDU). Estes octetos são adicionados sempre que a camada é introduzida e removidos sempre que esta é terminada. CEQ Comutador CEQ Camada física Camada Camada física Camada Camada de Adaptação Inserção de cabeçalhos de PDU (Protocol Data Unit) Serviços Camadas: Adaptação Física Adaptação -PDU -PDU Equipamento terminal Comutador Equipamento terminal João Pires Redes de Telecomunicações 155
Estrutura do cabeçalho da célula A estrutura do cabeçalho é diferente conforme o fluxo de dados é transmitido entre um utilizador e a rede através de uma interface UNI, ou entre dois elementos de rede através de uma interface NNI. 1 2 3 4 5 6 7 8 bit 1 2 3 4 5 6 7 8 bit GFC VPI 1 VPI 1 UNI VPI VCI VCI PT VCI CLP 2 3 4 Octeto NNI VPI VCI VCI PT VCI CLP 2 3 4 Octeto HEC 5 HEC 5 O controlo de fluxo genérico ou GFC (Generic Flow Control) permite controlar o fluxo de dados enviados pelo equipamento do utilizador para a rede. O conjunto VPI (virtual path identifier) e VCI (virtual channel identifier) constituem a informação de endereçamento da célula. O tipo de capacidade útil (PT, payload type) especifica se o campo de informação transporta informação dos clientes ou de gestão. O campo de prioridade de perda de células (CLP, Cell Loss Priority), permite definir dois níveis de prioridade: CLP=0 prioridade alta; CLP=1 prioridade baixa. O campo HEC (Header Error Control) permite detectar e corrigir erros nos primeiros 4 octetos do cabeçalho e permite realizar o enquadramento da célula. João Pires Redes de Telecomunicações 156
Função da camada Multiplexagem/desmultiplexagem de células: células pertencentes a diferentes caminhos virtuais ou diferentes canais virtuais são multiplexadadas/ desmultiplexadas no/de mesmo fluxo de células. Translação do VPI/VCI das células: a função de encaminhamento consiste em mapear o VPI/VCI de uma célula recebida numa via de entrada (por exemplo de um comutador) num novo VPI/VCI e numa via de saída usando uma tabela de encaminhamento presente no comutador. Geração/extracção do cabeçalho: O cabeçalho é inserido (extraído) quando a célula é recebida (enviada) da (para) camada de adaptação. Controlo do fluxo genérico: Esta função é usada para controlar o tráfego na UNI. Permite resolver conflitos entre utilizadores que acedem à mesma UNI, garantindo que cada utilizador só usa a largura de banda que lhe está disponível. Para garantir essa exigência pode ser necessário aniquilar células não prioritárias. João Pires Redes de Telecomunicações 157
Camada física A nível da sub-camada de suporte físico o ITU-T especificou duas interfaces UNI operando ao débito binário de 155.52 Mbit/s e de 622.08 Mbit/s. A primeira interface pode ser óptica ou eléctrica, enquanto a segunda é óptica. Para transportar as células são especificadas duas estruturas de suporte físico: estrutura baseada na SDH e a estrutura baseada em células. Na solução SDH o fluxo de células é mapeado num VC-4 ou num VC-4-4c. VC-4 J1 B3 C2 G1 F2 H4 F3 K3 N1 C-4 O C-4 suporta um débito de 149.760 Mb/s. Para adaptar o fluxo a este débito são inseridas células inactivas sempre que é necessário. Estas são caracterizadas por VPI=VCI=0, CLP=1 e PT=0. No processo inverso estas células são ignoradas. O C-4 é constituído por 2340 octetos que não é um número divisível por 53. Assim se as células se dispuserem como na figura há uma célula que se inícia no presente contentor e termina no seguinte.o início das células é indicado no octeto H4 do cabeçalho de caminho. Este octeto indica o número de octetos que vão desde H4 até ao primeiro octeto da primeira célula a seguir a H4. O valor máximo é de 52. Célula x x Indicador da célula H4 0 0 0 1 0 0 1 1 C2 A definição dos limites das células é feita usando a informação do H4 ou uma técnica baseada no campo HEC João Pires Redes de Telecomunicações 158
sobre SDH Algums das funcões de OAM (operação, adiministração & manutenção) como por exemplo transmitir os alarmes AIS,RFI, REI e monitorização de erros são realizadas pela SDH. DXC Rede de DXC : Comutador DXC : Comutador de cruzamento ADM ADM ADM 2.5 Gbit/s ADM ADM DXC ADM Rede de Transporte SDH 155-622 Mbit/s TM ADM DXC: crossconnect SDH TM: multiplexer terminal SDH ADM: multiplexer de inserção/extracção As células OAM também são usadas para funções de gestão de falhas (transmissão de alarmes AIS e RDI) e monitorização de desempenho usando um BIP-16. Este BIP é aplicado a blocos com 128, 256, 512 ou 1024 células. João Pires Redes de Telecomunicações 159
Suporte físico usando células Na transmissão baseada em células, o fluxo de células é transmitido numa via de transmissão sem usar qualquer trama exterior. Para uma interface de 155.50 Mbit/s depois da transmissão de 26 células contíguas geradas pela camada é inserida uma célula inactiva pela camada física. 1 2 3 26 27 Célula da camada Célula inactiva ou OAM 1/27 da capacidade total (155. 52 Mb/s) é usada para transmitir células inactivas ou células para funcões OAM. Esta capacidade não usada é equivalente à capacidade usada no STM-1 para o cabeçalho de secção, ponteiro e cabeçalho de caminho. As células OAM são usadas para funções de manutenção (transmissão de alarmes) e monitorização de erros e são identificadas por uma padrão definido no cabeçalho. Célula inactiva Célula OAM da camada física (F1) Célula OAM da camada física (F3) VPI=0, VCI=0, PT=000, CLP=1 VPI=0, VCI=0, PT=001, CLP=1 VPI=0, VCI=0, PT=100, CLP=1 Equivalente ao cabeçalho de secção de regeneração Equivalente ao cabeçalho de caminho SDH João Pires Redes de Telecomunicações 160
Sub-camada de convergência de transmissão As principais funcões são as seguintes: Geração/recuperação da trama de transmissão & adaptação da trama de transmissão Desacoplamento do débito das células Estas funções correspondem em alocar o fluxo de células numa estrutura apropriada para transmissão (baseada no SDH ou na célula). Consiste em inserir (remover) na transmissão (recepção) células inactivas quando não há células provenientes da camada disponíveis, de modo a que o débito do fluxo de células na camada física se mantenha contante. Geração e verificação do campo HEC Consiste em proteger a informação transmitida no cabeçalho das células usando o campo HEC. Este campo permite corrigir um bit errado e detectar até quatro bits errados. É baseado no controlo de redundância cíclica com o polinómio gerador x 8 +x 2 +x+1. O resto da operação é transmitido no campo HEC. Modo de procura δ HEC incorrectos consecutivos Delimitação de células Modo de sincronismo HEC correcto HEC incorrecto Modo de presincronismo δ HEC correctos consecutivos A delimitação das células consistem em identificaas fronteiras das células no fluxo de bits constituído pela sequência das células transmitidas. A delimitação é feita com base no campo HEC. A ideia é encontrar 40 bits cuja divisão pelo polinómio gerador x 8 +x 2 +x+1 dê o resto transmitido no campo HEC. Diagrama de alinhamento de células do receptor: No modo de procura é realizada uma procura bit a bit até identificar o cabeçalho. Depois de identificado passa ao modo de presincronismo. Neste modo faz-se uma procura célula a célula. Depois de identificar δ cabeçalhos passa ao modo de sincronismo. João Pires Redes de Telecomunicações 161
Camada de adaptação É usada para adaptar as características da informação fornecida pelos utilizadores às características da rede. A camada de adaptação pode proporcinar diferentes classes de serviços. Os principais parâmetros usados para diferenciar as classes são a necessidade de uma relação de temporização entre a fonte e o destinatário, o tipo de débito da fonte (constante ou variável) e o tipo de conexão de suporte ao serviço (orientado para a conexão ou orientado sem conexão). Classe A Classe B Classe C Classe D Relação de temporização Débito Binário Modo de Conexão Constante Requerido Orientado para a conexão Variável Não requerido Orientado s/ conexão O transporte de um sinal de voz a 64 kb/s é um serviço de classe A, o transporte de vídeo codificado com débito variável é um serviço de classe B, a transmissão de dados em modo orientado para a conexão (X.25, frame-relay) é um serviço de classe C e a transmissão de dados em modo orientado sem conexão ( IP) é um serviço de classe D. João Pires Redes de Telecomunicações 162
Protocolos AAL Tradicionalmente havia quatro tipos de protocolos AAL ( Adaptation Layer). Os protocolos AAL-1, AAL-2, AAL-3 e AAL-4, respectivamente para os serviços de classe A,B,C e D. Mais tarde os protocolos AAL-3 e AAL-4 foram fundidos no AAL-3/4 e foi normalizado o protocolo AAL-5. A informação associada a cada um destes protocolos consome alguns octetos do campo de informação da célula (cabeçalho da PDU-SAR). A única excepção é o AAL5 que não introduz nenhuma cabeçalho de sub-camada SAR. Suporte físico 155.520 Mbit/s Convergência de transmissão Cabeçalho SDH Cabeçalho da célula Campo de informação do VC-4 149.760 Mbit/s Campo de informação da célula (48 octetos) SAR: Segmention and Reassembly AAL-5 135.632 Mbit/s AAL-1 AAL-3/4 1 octeto 5 octetos Cabeçalho de PDU Cabeçalho de PDU Campo de informação do PDU-SAR (47 octetos) 132.806 Mbit/s Campo de informação do PDU-SAR (44 octetos) 2 octeto 2 octeto 124.329 Mbit/s Cabeçalho de PDU João Pires Redes de Telecomunicações 163
Formato AAL5 O protocolo AAL5 é usado para suportar tráfego IP. Permite transferir unidades de dados de comprimento variável até um máximo de 65 535 octetos. Para aumentar a eficiência de transmissão insere-se um cabeçalho mínimo antes da operação de segmentação e agregação. A sub-camada de convergência introduz em cada unidade um cabeçalho com oito octetos. Entre estes encontram-se os campos que indicam o comprimento do bloco e um código CRC. Esta sub-camada introduz ainda em cada unidade um certo número de octetos sem informação (enchimento) (0-47) de modo que o número de octetos da PDU- SC resultante seja múltiplo de 48. A sub-camada SAR não introduz nenhum cabeçalho. Esta sub-camada só usa um dos bits do campo PTI (terceiro) do cabeçalho da célula. Este bit é feito igual a 1 se a célula transporta os 48 octetos correspondentes à ultima parte da PDU-CS e igual a zero nos outros casos. 1 a 65535 1 a 47 8 Octetos PDU-CS Dados do utilizador PAD Cabeçalho Cabeçalho da célula PT 48 octetos PT 48 octetos PT 48 octetos PTI=xx0 PTI=xx0 PTI=xx1 João Pires Redes de Telecomunicações 164
Ligações virtuais comutadas CEQ B Rede (Plano do utilizador) CEQ E CEQ F CEQ A sinalização CEQ D UNI UNI OA DM CP CP UNI:user network interface CP: call processor CP AD M2 Plano de Controlo CP : comutador Ligação virtual comutada Rede As ligações virtuais semipermanentes são estabelecidas sobre o controlo do sistema de gestão João Pires Redes de Telecomunicações 165