Redes de computadores:
Infra-estrutura de Rede
Prof. Dr. Amine BERQIA
[email protected]
http://w3.ualg.pt/~bamine /
Infra-estrutura de Rede
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Tecnologias:
• Redes locais (LANs)
– por exemplo Ethernets, Token-Passing Rings
• Redes Área Metropolitana (MANs)
– por exemplo FDDI, DQDB
• Redes de área extensa (WANs)
– por exemplo PSTN, PSDN, ISDN, telephone
celular
• Redes Privadas / Redes Privadas Virtuais (VPNs)
– por exemplo TV por cabo, redes enterprise
Modo de conexão
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orientado á conexão (cada pacote de dados segue o mesmo caminho na
rede)
• X.25
– Transferência de dados lenta, mas tem incorporado correção de
erros, pode ser usado linhas de comunicação com alto BER (bit
error rate).
• Frame switching (comutação por quadro) (disponível no ISDN; não
muito popular)
– rede actua sobre controle de erro e de fluxo
• Frame Relay (disponível no ISDN)
– considerado primeira geração de tecnologia de pacotes rápida
– adequada para aplicações de velocidade de dados altas e do tipo
bursty
– aplicações em redes privadas
– overhead mínimo
Backbone
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É necessária largura da banda no Backbone
• função de fluxo de tráfego entre subredes e de
recursos centralizados (servidores)
BackBone (por ex. ATM switch, DQDB, FDDI)
...
Router
Subrede
Tecnologias emergentes
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Tecnologias emergentes
• 100 Mbit/sec (por ex. 100 Base-T Fast Ethernet, 100VG-AnyLan,
ISO-Ethernet)
– "extensão" de LANs para tratar de tráfego de LAN
multimedia de alta velocidade
• FDDI-II
– extensão de FDDI para tratar tráfego LAN multimedia
• DQDB
– desenho elegante que incorpora as melhores características
de token ring e ethernet
• ISDN de Banda Estreita
– sistema de telefone de circuito completamente digital que
integra voz e serviços de não-voz (normalização iniciou em
1984)
FDDI I & II (1)
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FDDI (Fibre Distributed Data Interface)
•
•
•
•
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Anel token ring rápido (100 Mbit/sec)
Utiliza liberatação de testemunho mais cedo
Utiliza topologia de duplo anel
Utiliza fibra de multimode com LEDs baratos, ou fibra
monomodo e laser
FDDI-II oferece também serviços síncronos (além dos
serviços assíncronos oferecidos pelo FDDI)
Houve iniciativa para normalizar FDDI não fibra, por
exemplo STP CDDI (Copper Distributed Data Interface)
para cablagem UTP e SDDI para cablagem STP
FDDI I & II (2)
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Suporta tráfego síncrono e assíncrono
• Tráfego síncrono (como voz e vídeo):
– Largura de banda garantida, conhecida como alocação de tempo
síncrono (alocado por procedimentos duma estação de gestão)
– Atraso Bounded (atraso máximo = 2 x TTRT / Tempo de Rotação
do Target Token +atraso de propagação)
• Tráfego assíncrono (como dados):
– Utiliza a capacidade restante do tráfego (utiliza tempo acima de
TTRT; se testemunho viaja á volta do anel em menos de TTRT
então tráfego assíncrono pode ser transmitido, até ao TTRT)
– 8 níveis de prioridade
• FDDI-II utiliza um tempo de quadro de 125msec, permitindo a
distribuição no máximo de 16 canais síncronos de 6.144 Mbit/sec cada
(alocados a pedido), mais um canal de testemunho residual de 768
kbit/sec (largura da banda disponível mínima para tráfico assíncrono)
DQDB (1)
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DQDB-Distributed-Queue Dual Bus
Barramento Unidirectional A
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Barramento Unidirectional B
Normalizado por IEEE802.6 MAN
conectado por routers ou bridges que utilizam um meio de
transmissão com alta taxa de bit como circuitos de operadoras
públicos de 34/45/140/155 Mbit/sec
o utilização de circuitos públicos possibilita ainterconexão de muitas
LANs na periferia da cidade (~50 km)
DQDB (2)
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cada estação está ligada a ambos os barramentos.
em cada barramento, uma estação só pode transmitir àquelas que
estão a jusante desta.
usando ambos os barramentos, uma estação pode transmitir e
pode receber de todas as outras estações, mas tem que saber qual o
barramento a utilizar para transmitir a outro estação.
pode ser caracterizado em termos de um conjunto de filas de
espera FIFO.
• Em cada nó, uma fila de espera é formada para cada
barramento
• Para cada pedido de leitura numa slot que está de passagem, o
nó insere um item na fila
• Cada vez que passa uma slot livre (a jusante), um item é tirado
da fila
DQDB (3)
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• quando o próprio nó emitir um pedido, acrescenta um item à
fila para si mesmo
• Quando seu próprio item está no topo da fila o nó pode
transmitir na próxima slot QA livre (dados comutados por
pacote)
• Um nó pode ter só um item para si mesmo em cada fila (um
para cada barramento) em qualquer altura
transmissão em cada barramento consiste num fluxo fixo de slots
de tamanho fixo com um comprimento de 53 octetos (mesmo
tamanho que célula de ATM)
pode transportar dados comutados por pacote e por circuito
(ainda não normalizado)
é um protocolo com efeitos notáveis
• carga leve - atrasos são desprezíveis
• cargas pesadas - chega 100% utilização
ATM
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Modo de Transferência Assíncrono (ATM):
• inicialmente proposto para Broadband-ISDN
• actualmente também usado nas LANs baseadas
em ATM
• Espera-se tornar a rede universal unificada (para
redes fixas e móveis, locais e de área extensa) com
suporte pata tráfego de multimédia
Por que todo o interesse no ATM?
Hoje em dia é mais comum companhias quererem
interconectar redes. Existe um padrão internacional
para redes ATM e assim inter conexão é mais fácil.
 ATM pode ser usado para servir redes LAN e redes
WAN.
 ATM pode se comportar como outras redes padrão e
assim você não tem que jogar fora todo seu
equipamento antigo.
 ATM fornece uma rede de alta velocidade.
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Tecnologia ATM
 ATM
está baseada em tecnologia de Comutação de Células.
Utiliza circuitos virtuais para levar pacotes pequenos (apenas
53 bytes) num caminho predeterminado pela rede.
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Uma secção do caminho pode ser partilhada por outros
circuitos virtuais, assegurando deste modo que a rede é usada
mais eficazmente que no caso de comutação por circuito.
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Pouca verificação de erros é executada pela rede (isto
controla overheads).As estações de transmissão e recepção é
são responsáveis por verificação de erros.
Estabelecer uma Conexão
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Quando existe a necessidade de comunicar informação, o
remetente NEGOCEIA um "caminho pedido" com a rede
para estabelecer uma conexão para o destino.
Ao estabelecer esta conexão, o remetente especifica o tipo,
a velocidade e outros atributos da ligação que determina a
qualidade de fim-para-fim do serviço.
A rede então determina um caminho pela rede, e constitui
um circuito virtual ao longo deste caminho.
Um Circuito Virtual
A rede ATM consiste de vários comutadores ATM unidos por conexões de ponto a
ponto.
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Cada comutador ATM tem uma tabela de Ids de circuito virtuais e as portas de saída
associadas para os quais devem ser enviadas as células que usam um determinado
circuito virtual
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As células são enviadas de comutador para comutador até chegar ao destino.
Células ATM
O formato da célula de ATM :
Bits:
12
16
3
1
8
VPI
VCI
T
P
H
CRC
Payload
48 bytes
VPI
VCI
T
P
H CRC
Virtual Path ID
Virtual Channel ID
Payload Type
Priority
Header Checksum
5 bytes (40 bits) são usados para levar dados de cabeçalho
restam 48 bytes que levam dados.
O ID de Canal Virtual é usado para identificar qual o
circuito virtual que célula será encaminhada.
Velocidade de ATM
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ATM pode entregar dados a taxas de 155.52 Mbps ou
622.08 Mbps e é provável que taxas de dados mais altas
venham a seguir.
O ATM pode operar a estas velocidades altas porque
foram desenvolvidos mecanismos especializados de
comutação que podem comutar as células curtas de 53
bytes muito rapidamente pela rede.
O ATM pode funcionar em cima de uma variedade de
meios. Cabo coaxial e fibra óptica são os geralmente os
mais usados.
A Tecnologia ATM está sendo usada para desenvolver a
próxima geração de sistemas de telefone de grande
largura da banda.
N-ISDN(1)
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N-ISDN (Narrowband-Integrated Services Digital Network ou
“Inovações Subscritores não Precisam"):
• Conjunto de protocolos de transmissão digitais definidos pelo ITU
– mundialmente aceite como padrão por operadoras de
comunicação
• após anos de ser alcunhado de “demasiado pouco demasiado
tarde”, por exemplo
– para uso domestico não satisfatório para vídeo a pedido (por 2
ordens de magnitude)
– para uso nas empresas não suficiente (LAN’s emergentes a
100Mbits/s)
finalmente ganhando alguma aceitação de mercado
(principalmente devido ao acesso á internet ) na América do
Norte e Austrália. Na Europa já tem grande base instalada.
N-ISDN(2)
• idéia por detrás do ISDN é a de uma conduta digital entre o
cliente e a operadora
• Os términais de ISDN fornecem os bits (por exemplo telefone
digital, modem digital, fax digital). Términais de ISDN são
escassos no mercado e relativamente caros
• consiste em vários canais B (64 kbits/sec) para voz e outros
serviços (por exemplo dados) e um canal D (16 kbits/sec or 64
kbits/sec) para informação de sinalização e controlo. Existem 2
ligações normalizadas:
– Acesso Basico: 2 B + 1 canal D
– Acesso Primário: 30 B + 1 D (na Europa) 23 B mais 1 D
(nos EUA)
N-ISDN (3)
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porque novo interesse (definitivamente não por causa de
tecnologia de N-ISDN)
 procura de mercado
– Acesso à Internet (por exemplo e-mail, ftp, www browsing)
– telecomutação (por exemplo partilha documentos, transferência de
ficheiros de dados grandes, video conferência)
 custo que desce
 serviço está disponível (não em todos lugares, mas cobertura
adequada)
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mas oferta de serviço não ideal
 largura da banda muito pequeno (comparado com 155 Mbits/sec
para BISDN)
 Pode ser ineficiente para alguns serviços
SDH (1)
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Synchronous Digital Hierarchy (SDH) ou Synchronous
Optical Network (SONET)
• Introduzido em 1984. Antes das 1988, CCITT adoptou um conjunto
de normas de interface para SDH e ANSI publicou normas para
SONET.
• Atualmente 2.4 Gbit/sec; espera-se alcançar 10 Gbit/sec
• rede sincronizada que permite escolher ou inserir um fluxo (digamos
2 Mbit/sec) de um fluxo de ordem mais alta (diga 140 Mbits/sec)
usando multiplexadores add/drop
• Introduz alguma inteligência nos multiplexadores de add/drop,
possibilitando uma melhor gestão da rede,
• Torna redes de múltiplos vendedores mais manejáveis
• SDH/SONET esperava-se ser o transporte físico para o ATM
SDH (2)
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Funções de principais duma rede síncrona são:
– multiplexação digital síncrona
– Conexão cruzada
– tributários de comutação digital
repeater
terminals
repeater
Add-Drop
multiplexer
(or Digital
Cross Connect)
SDH
multiplexer
section
line
path
SDH
multiplexer
SDH (3)
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características principais de Interface de Nó de Rede (NNI)
– estrutura de quadro; escolhido para satisfazer todas as funções
principais. Adoptada estrutura octeto para fornecer acesso
directo aos tributários. Um tributário é mapeado num quadro
de uma forma periódica
– Método de multiplexação síncrona;
– conceito novo utilizado: o VC (Virtual Container).
– possibilita a multiplexagem , conexão cruzada, e
comutação de vários tributários, sem conhecimento dos
tributários ou os seus conteúdos.
– VC flutua dentro do quadro NNI, de forma que o
alinhamento do quadro VC (e buffering) não é necessário
nos nós de transição. Consequentemente os atrasos nos nós
de transição são minimizados.
Quadro SDH/SONET
Transporte síncrono módulo 1 a 155.520 Mbits/sec. Os 19440 bits em num quadro de 125ms são
representados por este retângulo de 9 filas com 270 bytes/fila para um total de 2430 bytes.
155.520 Mbits/sec=(270x9x8) bits/quadro x 8000 quadros/sec
270 bytes
Enquadramento
Ponteiros
9 bytes OH
261 bytes informação
tempo
125
ms
SDH (5)
• Evolução da Rede.
– NNI foi aplicado a vários tipos rede como a rede local e a rede
metropolitana. Tem arquitetura flexível capaz de acomodar
aplicações futuras como Broadband-ISDN com uma variedade de
taxas de transmissão
• Aplicação da Interface de Nó de Rede (NNI)
– a aplicação principal é fazer evoluir redes plesiochronas para redes
síncronas. Outra aplicação importante é gestão de redes internacional
• SDH introduzirá capacidades de rede novas
– operações de terminação única
– Sobrevivência de rede
– distribuição de largura da banda flexível
• SDH será próxima geração de equipamento de transmissão e ATM o
modo de transferência designado para BISDN que utilizará SDH como
rede de Backbone
BISDN (1)
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ISDN de Broadband (Serviços Integrados Rede Digital)
• motivado por
– exigência do mercado : desejo de transportar dados, voz,
imagens, vídeo e uma mistura destes (multiservice e
multimédia )
– pressão tecnologia: evolução rápida de semicondutores e
tecnologias ópticas
– fusões estratégicas pelos operadoras e distribuidores de
informação, por exemplo na Australia, Murdock with Telstra,
Packer with Optus
• normalização começou em 1988 pelo ITU como parte de
recomendações de ISDN
• taxa de acesso planificada para ISDN de Broadband é 155
Mbit/sec
– permite transferência de imagens, vídeo de alta definição e
interconexão de LAN
BISDN (2)
• rede independente de serviço:
– flexível e salvaguarda futura
– eficiente na utilização de recursos disponíveis
– menos caro, uma vez que só 1 rede para todos os serviços
• espera-se que ofereça qualidade garantida de serviço
a utilizadores
• tecnologia de transporte :
– baseada no ATM (Asynchronous Transfer Mode)
• backbone:
– baseada em
– SDH/SONET (Hierarquia Digital Síncrona)
– camada física baseada em células
BISDN (3)
• pode ser contrastado com
– redes de dados
– um aumento de mais de 3 ordens de magnitude em
velocidades de ligação
– exigências de utilizadores individuais são extremamente
importantes para ISDN de Broadband mas não para redes de
dados
– redes de voz
– todas as sessões de voz fundamentalmente iguais (taxa
constante 64 Kbits/sec)
– ISDN de Broadband deve poder manusear taxas de bit
variáveis de menos de 1 bit/sec até centenas de Mbits/sec, e
também tem que ser capaz de tratar com tráfego bursty e de
taxa constante
Redes privadas
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muitas redes de voz e dados integrados privadas
• devido a
– chamadas de voz feitas pela PSTN pública ou por ISDN
cobradas por hora e distância (ou quantidade em redes de
dados públicas)
– múltiplo (geograficamente dispersou) locais interconectados
por linhas alugadas (evita custos na base da chamada)
– Centrais de comutação pertencentes e operadas pelas empresas
– Aumento de segurança
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nova tendência
• oferta de redes privadas virtuais (VPNs)
• montadas dentro das redes públicas
Infra-estrutura de rede :
comparação de alguns serviços
DQDB
SMDS
X.25
yes
frame
relay
yes
ATM
AAL
yes
connection
oriented
yes
no
speed
(Mbits/sec)
45
45
0.064
1.5/2
155
switched
no
yes
yes
no
yes
fixed size
payload
max payload
transport layer
(bytes)
multicasting
yes
no
no
no
no
44
9188
128
1600
variable
no
yes
no
no
yes
permanent VCs
no
no
yes
yes
yes