Redes Convergentes de Alta
Velocidade
Profa. Etianne Torres
[email protected]
Histórico e Fundamentos das Redes de
NGN (Next Generation Networks)
• Introdução:
– Forças de Transformação no Cenário das Redes de
Telecomunicação
– Ambiente multifornecedor (redução de custos de
equipamentos e serviços)
– Convergência de Voz, dados e vídeo na mesma infraestrutura de rede.
Então o que é Convergência
• Consiste no tratamento e encaminhamento de
todos os tipos de informação (voz, dados e
vídeo) na mesma infra-estrutura de rede, ou
seja, usando o mesmo tipo de equipamento.
(Tronco, 2006).
Consolidação do Mercado de
Telecomunicações
• Por meio da tecnologia que utiliza o protocolo da
Internet ou tecnologia IP (Internet Protocol).
• Valorização do Paradigma “tudo sobre IP”
• Tecnologia Fotônica (Melhora nos sistemas de
modulação e redução da atenuação e dispersão).
• WDM (Wavelength Division Multiplexing) – Técnica de
multiplexação em comprimento de onda.
União da área de Telecom com a
Informática
• Exercem duas funções básicas:
– Processamento da informação
– Transporte da informação
A Arquitetura proprietária, e
principalmente monolítica, dos atuais
equipamentos de rede faz com que as
operadoras de redes e provedores de
serviço fiquem inteiramente
dependentes dos fabricantes de
equipamentos para as atualizações de
software/hardware e para novas
aplicações. (Tronco 2006).
E o porque dessa Dependência?
• Ocorre porque os atuais equipamentos de
rede tem uma arquitetura cujas funções de
controle e de encaminhamento da informação
são inseparáveis.
• E Gera forte dependência do fabricante, com
relação á:
– Novas funcionalidades do software e do hardware
– Política de preço e
– Criação de novos serviços
Evolução da Tecnologia dos PC´s
IBM 1980
Atualmente
Um universo de aplicações
Poucas
Aplicações
proprietárias
sob SW e
HW
proprietários
Alguns Sistemas Operacionais
Grande Variedade de Hardware
Padronizado
Então Qual é o FOCO da NGN?
• Separar o HW do SW dos equipamentos de
telecomunicações, através de interfaces
padronizadas.
• Onde a criação de novos serviços é
independente do HW.
E como funciona a Arquitetura NGN
• Decompõe os elementos da camada de rede em Camadas
Funcionais:
– A primeira: Refere-se a Camada de Acesso (Edge Layer).
• Ex:Telefone Fixo ou Celular,
• PC´s, Modems, PABX
– A Segunda: Refere-se a Camada de Núcleo (Core Layer)
• Ex: Comutadores e Multiplexadores
– A Terceira: Refere-se a Camada de Controle da Rede (Network
Control Layer)
• Roteamento e Sinalização de Chamadas
– A Quarta: Refere-se a camada de Serviço e Aplicações
• Autenticações, Autorizações, Tarifações e Gerenciamento.
Modelo da NGN
Camada de
Serviços e
Aplicações
AAA
Camada de
Controle
CR
SC
Acesso Sem
Fio
SGW
SS7
Camada de
Núcleo da
Rede
Camada de
Acesso
Base da
Dados
Gerência
X
X
X
SGW
GW
Acesso
Residencial
X
X
X
GW
GW
Acesso
Empresas
RTPC
Principais Elementos São:
• Media Gateways (GW)
– Responsáveis pela conversão do tráfego de voz, dados
ou vídeo em sua forma original para a forma IP.
(Camada de Acesso)
• Media Gateway Controller – SC ou (MGC)
– Também denominado Servidor de Chamadas
(Softswitch). Fornece serviço de tratamento das
chamadas dos assinantes telefonicos para abrir a rota
para a passagem da informação da rede telefonica
sobre a rede IP.
• Controlador de Rotas (CR)
– Efetua o calculo das rotas para encaminhamento das
chamadas dentro da rede IP.
Principais Elementos São:
• Gateway de Sinalização (Signaling Gateway –
SGW).
– Converte a sinalização da chamada (Commom
Channel Signating System N°. 7 (SS#7) para a
sinalização da chamada da rede IP. As mensagens são
trocadas por meio de um canal dedicado de 64kbit/s
(Canal comum).
• Rede de Pacotes (Núcleo)
– Composta pelos equipamentos de encaminhamento e
transporte IP (comutadores e multiplexadores) e
utilizada na camada do núcleo da rede.
Teve início com o advento da Rede
Inteligente (RI).
Na RI surge o processo de
separação da camada de aplicação
(ambiente de criação de serviços)
das demais camadas de rede.
O Processo continuou com a
separação da camada de controle das
camadas de comutação e acesso.
A camada de acesso e comutação
passou a ser denominada Media
Gateway (MG) e a camada de controle
de Media Gateway Controller (MGC).
Temos então???
• A padronização da interface entre o MGC e MGs.
• O que possibilitou livre escolha entre os
fabricantes de equipamentos.
• E a separação do controle e da comutação
permitiu o compartilhamento dos recursos de
comutação por diferentes controladores e o
aumento da velocidade de comutação passa
somente a encaminhar dados.
Decomposição dos Elementos da Rede
MGC
Aplicação
Aplicação
Aplicação
Controle
MG
Controle
Porta
Porta
Porta
X
Porta
Controle
Porta
Porta
Comutador Telefonico
Monolítico
Porta
X
Porta
Comutador Decomposto
De RI
Porta
Porta
X
Porta
Porta
Media Gateway e
Media Controller Gateway
No momento Atual, redes e
serviços ainda estão muito
vinculadas. Mas superadas as
limitações impostas pelas redes e
equipamentos legados e pelos
aspectos financeiros e econômicos
as diferentes redes vão “convergir”
para uma plataforma única.
Característica Importante da NGN
• É a integração dos serviços, diminuindo o
custo de operação de redes distintas.
• Sendo assim, é fundamental a padronização
para efetuar a separação das camadas de rede
através da interface de programação de
Aplicações (APIs).
Princípios das Redes de Nova Geração
• Decomposição das funções dos elementos de rede em
componentes com interfaces bem definidas.
• Separação dos serviços da camada de rede, o que
permite a evolução dos serviços independentes dos
equipamentos de rede e a continuidade dos serviços
atuais
• Arquitetura distribuída e processamento transparente
da localização geográfica do componente.
Princípios das Redes de Nova Geração
• Desenvolvimento dos componentes para flexibilizar
configurações e atualização tecnológica. Componentes
individuais podem ser substituídos sem afetar o todo.
• Prover funções de interoperabilidade para possibilitar
às novas redes interação com o sistema já existente
(legado).
• Integração dos sistemas de operação, administração,
manutenção e aprovisionamento. A gerência de uma
rede única reduz o custo de operação/manutenção da
rede de forma significativa.
Princípios das Redes de Nova Geração
• Criação de um ambiente multifornecedor para
os diversos componentes da rede. Diminuindo
o custo.
• Rede multisserviço (rede única) que possibilita
a integração de todos os serviços.
• Uso eficiente dos recursos de comutação e
transmissão e ampla conectividade.
Exercícios
• Explicar a Mudança de paradigmas da NGN
comparada às redes tradicionais.
• Descrever as camadas da NGN e suas
principais funções.
• Cite exemplos de arquiteturas NGN
padronizadas atualmente e fale brevemente
do seu desenvolvimento.
Respostas
•
A mudança de paradigmas da NGN refere-se à decomposição dos elementos de rede
(equipamentos) monolíticos em diversas partes e à padronização das interfaces
entre essas partes, possibilitando a criação de um ambiente multifornecedor (um
forncedor para cada parte), fazendo com que o custo das partes componentes fique
cada vez menor. Além disso, com a utilização de uma única tecnologia de rede de
pacotes, é possível a integração de todos os serviços. O custo de
operação/manutenção de uma única rede é significativamente menor que o do
ambiente atual (uma rede para cada tipo de serviço).
•
A arquitetura NGN decompõe os elementos de rede em quatro camadas funcionais:
camada de acesso, camada central, camada de controle e camada de serviços. A
camada de acesso (Edge Layer) provê interfaces para os dispositivos do usuário ou
para outras entidades da rede no plano de adaptação do fluxo de dados do usuário
às características da rede. A camada central (Core Layer) tem a função de comutação
e transporte. A camada de controzle (Network Control Layer) controla os
comutadores e os elementos do acesso e na camada de serviços de rede são
implementados os serviços.
•
Dois exemplos importantes de arquiteturas NGN são o IMS (IP Multimedia
Subsystem) e o Parlay, que tratam da convergência dos serviços de voz da rede de
telefonia pública fixa e da rede de telefonia celular.
ISDN – Redes Digitais de Serviços
Integrados
• Conexão última milha (conexão do terminal
telefônico com a central telefônica baseada em
sinal digital).
• Permite a transmissão de dados de forma mais
fácil e transparente que as linhas analógicas.
• Na década de 90, no Brasil não existiam linhas
digitais para assinantes.
• Discussões em Grupo
– ISDN
– Futuro da Telefonia Móvel
– Vídeo - PVS
Aula 2
REDES DE LONGAS DISTÂNCIAS
(WAN)
Histórico e Introdução
•
•
•
•
São Redes de Longas Distâncias
Trafegam a uma velocidade inferior as Lan´s
Possuem protocolos específicos
Meios de Transmissão mais comuns:
– Cabos de cobre, satélite, microondas e fibra óptica.
• Surgiu pela necessidade de conexão de
mainframes e controladoras de terminais.
– Modems nas duas pontas.
– Comutação por circuitos.
Histórico e Introdução
• A primeira rede de pacotes comercialmente disponível
com alta abrangência geográfica foi a X.25 (VideoTexto
e conexão remota entre mainframes).
• Baseada em Cabos de Cobre (altas taxas de erro)
• Possuía mecanismos de tratamento e correção de
erros.
• Ocasionava muita latência
Histórico e Introdução
• Surge então o Frame Relay como solução a rede
X.25.
• Utiliza fibra óptica
• Permite velocidades n X 64 até 34 Mbps
• Comutação por Frames
• Não possui mecanismos de priorização de dados
Histórico e Introdução
• Surge então o ATM (Assynchronous Transfer
Mode).
• Baseada em Comutação por Células
• Custo Elevado e complexidade
• Substituído pelas redes IP.
Técnicas de Comutação
•
Por Circuitos
– Capacidade Fixa
– Rede de Telefonia
– Conexão Fim a Fim
•
Por Pacote (frames)
–
–
–
–
–
–
•
Mesma conexão Física
Utiliza Técnicas de Multiplexação
Tráfego é Estático
Trata todo o conteúdo antes de decidir roteamento (Store and Foward)
Compartilhamento de banda
Redundância
Por Células
– Células de Tamanho Fixo
– Tráfego Dinâmico
– Encapsulamento via ATM (IP)
Tecnologias WAN
•
•
•
•
•
•
•
•
Linhas Discadas e Privativas
ISDN
E-1
X.25
Frame Relay
ATM
IP
MPLS
Linhas Discadas
• Custo Baixo
• Funcionam com circuitos de dados ponto a
ponto
• Utilizadas por roteadores e modems com a
finalidade de redundância (dial backup).
• Velocidade Limitada a 56Kb.
Linhas Privativas
•
•
•
•
Enlace dedicado entre dois pontos
Utiliza comutação por Circuitos
Permanece sempre conectada
Não ocorre variação no atraso e nem
congestionamento.
• Taxas constantes
• Interligação de PABX via serviços de voz.
• Linhas de Alta Velocidade
– Nx64K (Síncronos) até 2Mbps
• Linhas de Baixa Velocidade
– 1200bps a 19.200bps (Síncronos)
Linha Discada X Linha Privativa
X
X
X
X
X
X
X
X
Fundamentos ISDN
• Composta por:
– Equipamentos Digitais
– Trafegam voz e dados digitalizados
– Centrais, Comutadores e Switches
O que é?
• Rede Digital de Serviços Integrados
– É uma rede comutada por circuito, ou seja, opera
como uma ligação telefônica e concede
velocidades maiores que as usualmente obtidas
com os modems analógicos das conexões
telefônicas.
– Possui menor custo que serviços dedicados
Como funciona
• Dois fios da rede telefônica chegam ao cliente
(Central ISDN).
• São conectados aos NT (Network Terminal).
• Converte os Dois fios em Quatro
• São conectados a equipamentos com Interface
ISDN (Computador, roteadores, telefones e
outros) – TE1 (Terminal Equipment tipo 1).
• TA (Terminal Adapter)
• TE2.
Fonte: Cisco Networking Academy
Exemplo
Roteador com
Interface ISDN
(TE1)
2 Fios da
Rede Telefônica
NT
Equipamento sem
Interface ISDN
(TE2)
TA
X
Rede ISDN
Fonte: Cisco Networking Academy
Pontos de Referência ISDN
•
R – Faz referência à conexão entre um dispositivo TE2 (Terminal Equipment type 2)
não compatível com ISDN e um TA (Terminal Adapter), como por exemplo, uma
interface serial RS-232.
•
S – Faz referência aos pontos que se conectam ao dispositivo de comutação do
cliente NT2 (Network Termination type 2) e que permitem chamadas entre os
vários tipos de equipamentos das instalações do cliente.
•
T – Eletricamente idêntica à interface S, faz referência à conexão que sai da NT2 e
vai para a rede ISDN ou NT1 (Network Termination type 1).
U – Faz referência à conexão entre a NT1 e a rede ISDN de propriedade da
companhia telefônica.
•
Como as referências S e T são eletricamente semelhantes, algumas interfaces são
indicadas por S/T. Embora realizem funções diferentes, a porta é eletricamente
idêntica e pode ser usada para qualquer uma das funções.
Acesso a Rede ISDN
• Basicamente se disponibiliza em dois tipos:
– BRI (Basic Rate Interface)
• Disponibiliza dois canais digitais de 64Kbps (Canais B) e um canal
de 16Kbps (Canal D)
• Tráfego de sinalização do Canal D utiliza protocolo LAPD (Data Link
Layer Protocol) baseado em HDLC (high-level data link control).
– PRI (Primary Rate Interface)
• Disponibiliza em acessos E1 (2Mbps)
• 30 Canais de 64Kbps (canais B) e um canal de sinalização de
64Kbps (canal D)
• Equipamento semelhante ao Modem CSU/DSU (Chanel Service
Unit/Data Service Unit).
Em acessos residenciais a interface mais
comum é a ISDN BRI, na qual com dois
canais de 64Kbps é possível ligar um
telefone e um computador. Cada canal
no acesso ISDN BRI deve ter um número
ou endereço (análogo ao número do
telefone) e identificador de acesso
chamado de SPID (Service Profile
Identifier) utilizado pelos Switches ISDN
da rede para realizar a comutação e
encaminhamento.
Padrões
• São normatizados pela ITU-T (International
Telecomunication Union) e atuam nas camadas 1, 2 e 3 do
modelo OSI.
• Os endereços de acesso são controlados pelos protocolos
E.163 e E.164 (RFC 1183).
• Interfaces, conceitos e estruturas da rede utilizam os
protocolos I100, I200, I300 e I400.
• A sinalização e a comutação são realizados pelos protocolos
Q.921 (LAPD) e Q.931.
Padrões
• Protocolos E – Recomendam padrões de rede de telefonia
para o ISDN. Por exemplo, o protocolo E.164 descreve o
endereçamento internacional do ISDN.
• Protocolos I – Tratam de conceitos, terminologia e métodos
gerais. A série I.100 inclui conceitos ISDN gerais e a
estrutura de outras recomendações da série I. A I.200 trata
de aspectos de serviço do ISDN. A I.300 descreve aspectos
de rede. A I.400 descreve a maneira como a UNI é fornecida.
• Protocolos Q – Abordam a maneira como a comutação e a
sinalização devem operar. O termo sinalização, neste
contexto, significa o processo de estabelecer uma chamada
ISDN.
Processo de Conexão – Interface BRI à
Rede ISDN
1. Quando uma chamada se inicia, envia-se o número
chamado à rede ISDN pelo canal D.
2. O Switch ISDN da rede que recebe a chamada estabelece
um caminho até o switch na ponta de destino e passa o
número do destinatário a ele.
3. O Switch da ponta de destino envia a sinalização pelo
Canal D até o destinatário.
4. Conecta-se o Canal B entre a origem e o destino final para
a transmissão dos dados.
Uma Rede ISDN transmite pacotes
de protocolos de rede (IP, IPX e
outros) encapsulando-os em
protocolos de enlace de redes
WAN como PPP, HDLC e LAPD.
E o que são esses protocolos
• PPP (Point-to-Point Protocol)
–
Encapsulamento do datagrama no quadro: Transporta dados da
camada de rede de qualquer protocolo de rede (não apenas o IP) ao
mesmo tempo.
–
Capacidade de separar os protocolos na recepção
• HDLC
– Trata-se de um protocolo síncrono, full-duplex, suporta configurações
ponto-a-ponto ou multiponto operando em linhas privadas ou
discadas.
– Cada bloco de mensagem transmitido no protocolo HDLC deve
obedecer sempre ao mesmo formato: Iniciando pelo campo Flag,
precedidos pelos campos de endereço, controle, informação, e FCS
(frame Check Sequence), respectivamente.
E o que são esses protocolos
• LAPD
– Transportar informações entre entidades da camada 3 através da
interface de rede ISDN, usando o canal D.
– O LAPD inclui funções para :
• O atendimento de uma ou mais conexões de enlace de dados no canal D. A
distinção entre as conexões de enlace de dados é feita através do DLCI (Data
Link Connection Identifier) contido em cada frame.
• Delimitação de frame, alinhamento e transparência, permitem reconhecer
uma seqüência de bits transmitidos através do canal D, como um frame;
• detecção e correção de erros de transmissão, de formato e de operação numa
conexão de enlace de dados;
• aviso de erros irrecuperáveis para a entidade gerenciadora; e controle de
fluxo.
Exercícios
1. O que é ISDN?
2. Descreva as características das interfaces BRI e
PRI.
3. Qual a função dos equipamentos NT e TA em
uma conexão ISDN.
4. Quais os protocolos utilizados em uma rede
ISDN e suas funções?
Respostas
1.
É uma rede de comunicação que opera por conexões comutadas, temporárias,
que utiliza a rede telefônica digitalizada para comunicação de voz e dados em
velocidades maiores que as conexões dos modems analógicos feitas pela linha
telefônica analógica comum.
2.
BRI: conexão básica com dois canais de 64Kbps (canais B) e um canal D de
16Kbps para sinalização. PRI: conexão E1 (2Mbps) com 30 canais de 64Kbps que
permite a conexão de uma quantidade maior de equipamentos.
3.
O equipamento NT (Network Terminal) converte a sinalização dos dois fios da
rede pública em quatro fios da arquitetura ISDN. O equipamento TA (Terminal
Adapter) converte os sinais de equipamentos não ISDN na sinalização ISDN de
quatro fios que é conectada ao NT.
4.
E.163 e E.164 para endereçamento nas redes I.100, I.200, I. 300 e I.400, na
especificação e estrutura da rede Q.921 (LAPD) e Q.931 para sinalização e
comutação.
FRAME RELAY
Estudo de Caso