Redes de computadores: Infra-estrutura de Rede

1. Redes de computadores:Infra-estrutura de Rede Prof. Dr. Amine BERQIA bamine@ualg.pt http://w3.ualg.pt/~bamine /

2. Infra-estrutura de Rede • 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

3. Modo de conexão • 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 (disponívelno 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

4. Backbone • 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

5. Tecnologias emergentes • Tecnologias emergentes • 100 Mbit/sec (por ex. 100 Base-T Fast Ethernet, 100VG-AnyLan, ISO-Ethernet) • "extensão" de LANs para tratarde 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 (normalizaçãoiniciou em 1984)

6. FDDI I & II (1) • FDDI (Fibre Distributed Data Interface) • 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) paracablagem UTP e SDDI paracablagem STP

7. FDDI I & II (2) • 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 voltado 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 (alocadosa pedido), mais um canal de testemunho residual de 768 kbit/sec (largura da banda disponível mínima para tráfico assíncrono)

8. DQDB (1) • DQDB-Distributed-Queue Dual Bus • 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) Barramento Unidirectional A Barramento Unidirectional B

9. DQDB (2) • 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 barramentoautilizar 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 leituranuma slotque está de passagem, o nó insere um item na fila • Cada vezque passa uma slotlivre (a jusante), um item é tirado da fila

10. DQDB (3) • quando o próprio nó emitir um pedido, acrescenta um item à fila para si mesmo • Quando seu próprio item está notopo 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 quecélula de ATM) • pode transportar dados comutados por pacote e por circuito (ainda não normalizado) • é um protocolo com efeitos notáveis • carga leve - atrasossãodesprezíveis • cargas pesadas - chega 100% utilização

11. ATM • Modo de Transferência Assíncrono (ATM): • inicialmente proposto para Broadband-ISDN • actualmente também usado nas LANs baseadas em ATM • Espera-se tornar a rede universalunificada (para redes fixasemóveis, locais e de área extensa) com suporte pata tráfego de multimédia

12. 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.

13. 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. • 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. • Pouca verificação de erros é executada pela rede (isto controla overheads).As estações de transmissão e recepção é são responsáveis por verificação de erros.

14. Estabelecer uma Conexão • 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.

15. Um Circuito Virtual • A rede ATM consiste de vários comutadores ATM unidos por conexões de ponto a ponto. • 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 • As células são enviadas de comutador para comutador até chegar ao destino.

16. Bits: 12 16 3 1 8 VPI VCI T P HCRC Payload48 bytes VPI Virtual Path ID VCI Virtual Channel ID T Payload Type P Priority H CRC Header Checksum Células ATM O formato da célula de ATM : 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.

17. Velocidade de ATM • 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.

18. N-ISDN(1) • 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.

19. N-ISDN(2) • idéia por detrás do ISDN é a de umaconduta 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 escassosno mercado e relativamentecaros • 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 ligaçõesnormalizadas: • Acesso Basico: 2 B + 1 canal D • AcessoPrimário: 30 B + 1 D (na Europa) 23 B mais 1 D (nos EUA)

20. N-ISDN (3) • 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, transferênciade ficheiros de dados grandes, video conferência) • custo que desce • serviço está disponível (não em todos lugares, mas cobertura adequada) • mas oferta de serviço não ideal • largura da banda muito pequeno (comparado com 155 Mbits/sec para BISDN) • Podeser ineficiente para alguns serviços

21. SDH (1) • 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, possibilitandouma melhor gestão da rede, • Torna redes de múltiplos vendedores mais manejáveis • SDH/SONET esperava-se ser o transporte físico para o ATM

22. SDH (2) • Funções de principaisduma rede síncrona são: • multiplexação digital síncrona • Conexão cruzada • tributários de comutação digital

23. SDH (3) • 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 mapeadonum quadro de uma forma periódica • Método de multiplexação síncrona; • conceito novo utilizado: o VC (Virtual Container). • possibilitaa 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.

24. 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 tempo 125 ms 261 bytes informação 9 bytes OH

25. 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 plesiochronaspara 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

26. BISDN (1) • ISDN de Broadband (Serviços Integrados Rede Digital) • motivado por • exigência do mercado : desejode 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

27. 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 queofereça qualidade garantida de serviço a utilizadores • tecnologia de transporte : • baseada no ATM (Asynchronous Transfer Mode) • backbone: • baseadaem • SDH/SONET (Hierarquia Digital Síncrona) • camada física baseada em células

28. 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 burstye de taxa constante

29. Redes privadas • 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 • nova tendência • ofertade redes privadas virtuais (VPNs) • montadas dentro das redes públicas

30. Infra-estrutura de rede : comparação de alguns serviços