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Fundamentos de Redes de Computadores
Professor: Rodrigo da Rosa Righi
Contato: rrrighi@unisinos.br
Aula: 12 - 14 de Maio de 2015
Dia/Horário: Quinta-Feira, 19:30 - 22:23
Agenda
Hierarquias de Multiplexação Digitais em Telecomunicações
SONET/SDH (Continuação)
Hierarquia de Transporte Óptica OTH
A Tecnologia de Multiplexação WDM
Rede de Transporte Óptica do ITU (OTN) e Internet do Futuro
SONET/SDH
Sistemas Síncronos
Os sistemas síncronos podem ser encarados como o último 
estágio na hierarquia dos sistemas de transmissão, pois, 
possibilitam a inserção e extração de enlaces sem que seja 
necessária uma demultiplexação. É simples: numa rede onde 
há perfeito sincronismo entre todos os enlaces, é 
possível saber exatamente a que enlace pertence 
determinado bit, assim como saber quando começa e 
quando termina um enlace.
SONET/SDH
A hierarquia SDH é composta de 4 níveis:
Camada Fotônica: nível físico, inclui especificações sobre o tipo da fibra óptica 
utilizada, detalhes sobre a potência mínima necessária, características de dispersão 
dos lasers transmissores e a sensibilidade necessária dos receptores. É responsável, 
ainda, pela conversão eletro-óptica dos sinais.
Camada de Seção: responsável pela criação dos quadros SDH, embaralhamento 
e controle de erro. É processada por todos equipamentos, inclusive os 
regeneradores.
Camada de Linha: cuida da sincronização, multiplexação dos quadros e 
comutação. É responsável, ainda, pela delimitação de estruturas internas ao 
envelope de carga. Seu processamento ocorre em todos os equipamentos, exceto 
os regeneradores.
Camada de Caminho: responsável pelo transporte de dados fim-a-fim e da 
sinalização apropriada. Processada apenas nos terminais.
SONET/SDH
Figura 1. Equipamentos e componentes de uma Rede SDH
SONET/SDH
Figura 2. Estrutura de um Quadro SDH
SONET/SDH
Um frame básico SDH/Sonet é um bloco com 810 bytes colocado a cada 125 
microsegundos. Uma vez que Sonet é síncrono, frame são emitidos ainda que não 
tenhamos dados úteis para enviar. 8000 frames/segundo fecha exatamente com a 
taxa de amostra de canais PCM usados nos sistemas de telefônia digital.
Frames Sonet com 810 bytes são melhores descritos como uma retângulo de bytes: 90 
colunas de largura com 9 linhas de altura. Assim, temos 8x810 = 6480 bits 
transmitidos 8000 vezes por segundo, atingindo uma taxa de 51.84 Mbps. 
Isto é um canal Sonet básico, chamado de STS-1 (Synchronous Transport Signal-1). 
Todos os dados enviados com Sonet são múltiplos de STS-1.
Observando o STS-1, as primeiras três colunas de cada frame são reservadas para 
informações sobre gerenciamento do sistema. As primeiras três linhas contém as 
Seção de Sobrecarga (Section Overhead). As próxima 6 linhas contém a Linha de 
Sobrecarga (Line Overhead). Section Overhead é gerada e verificada a cada começo e 
fim de seção, enquanto a Line Overhead é gerada e checada a cada início e começo de 
linha.
SONET/SDH
Figura 3. Estrutura de dois Quadros SDH básicos STS-1
SONET/SDH
Um transmissor Sonet envia um frame de 810 bytes, sem intervalos entre eles, ainda 
que não existam dados. Nesse caso, envia-se dummy data. Do ponto de vista do 
receptor, tudo que ele vê é um contíguo stream (fluxo) de bits, e então, como ele sabe 
onde um frame começa? A resposta é que os primeiros dois bytes de cada frame 
contém um padrão fixo no qual é procurado pelo receptor. Caso ele encontrar esse 
padrão no mesmo lugar num número consecutivo de frames, ele assume que está 
sincronizado com o transmissor.
As demais 87 colunas carregam 81 x 9 x 8 x 8000 = 50.112 Mbps de dados do usuário. 
Dados do usuário são chamados de SPE (Sycnhronous Payload Envelope) e podem 
não começar na coluna 4 e linha 1. O SPE pode começar em qualquer lugar dentro de 
um frame. Um ponteiro para o primeiro byte está contido na primeira linha da Linha 
de Overhead (Line Overhead). A primeira coluna do SPE é sempre o Path Overhead.
SONET/SDH
Analogia de SDH com uma Estação de Trem
 Trens são uma boa imagem para ajudar a entender sistemas síncronos. 
O carregamento de um trem de carga é a mais famosa analogia de um 
sistema de SDH. Um infindável trem de carga passa por uma estação, 
parando por um instante para que cada vagão seja carregado e 
descarregado. Dentro de cada vagão há caixas com rótulos indicando o que 
há dentro delas, de onde vem e para onde vão. Há caixas que contém 
outras caixas menores. Nas plataformas, funcionários possuem listas 
completas sobre os vagões, o que carregam, etc. Quando o vagão pára, 
retiram-se as caixas destinadas àquela estação e colocam-se as que devem 
seguir para as estações subsequentes. Evidentemente, todas as listas e 
rótulos são atualizados. Os gerentes da companhia possuem estatísticas 
completas do desempenho do trem - o tráfego por estação, por cliente, o 
tipo de pacote, etc.
SONET/SDH
Algumas atualidades sobre SDH
 Existem propostas de orçamento para a construção do SDH na região 
Metropolitana de São Paulo. Redes de SDH são relativamente caras. A Telesp propôs 
US$ 110 milhões, a Promon propôs em torno de US$ 54 milhões e o consórcio NEC/
Splice/Equitel/Ericsson em torno de US$ 144 milhões.
 O ATM é uma das grandes promessas para operadoras telefônicas porque elas 
fazem a interconexão. Redes de computadores, videoconferência, acesso a banco de 
dados remotos, internet, interconexão de frames, tudo num só equipamento. E para 
baratear o custo utiliza-se a rede de SDH. 
 Os amplificadores ópticos e os multiplexadores por divisão de frequência óptica 
(WDM) são duas tecnologias que estão causando impactos nas redes SDH. A primeira é 
baseada em fibra óptica, onde as transmissões podem ser feitas por distâncias de até 
300 km sem usar repetidoras. A segunda tecnologia modula os sinais ópticos, fazendo 
com que cada sinal ocupe uma frequência de luz diferente e todos esses sinais são 
transmitidos na mesma fibra óptica.
A Hierarquia de Transporte Óptica (OTH)
Nos últimos anos, verificou-se um gigantesco aumento da capacidade e do 
desempenho dos sistemas de tranmissão ópticos. A infraestrutura de fibras ópticas em 
muitas redes teve a sua capacidade multiplicada por fatores de 32, ou mais, com a 
simples troca de equipamentos nas pontas. 
Avanços espetaculares em diversas áreas da engenharia e da física foram decisivos na 
obtenção desse desempenho, entre os quais destaca-se: 
Os lasers semicondutores, os fotodeetectores do tipo APD (Avalanche 
Photodiode) e PIN (Positive Intrisic Negative), as modernas fibras ópticas MMF 
(fibra mono modo) e a fotônica como um todo, que alavancou o desenvolvimento 
de dispositivos como: regeneradores, amplificadores ópticos, filtros ativos e 
equipamentos como comutadores e multiplexadores ópticos.
Importante: Os backbones de telecomunicações atuais, baseados nas hierarquias 
digitais PDH e SDH/Sonet, não possuem condições de incorporar muitos desses 
avanços tecnológicos, nem têm condições de atender às necessidades para definir um 
novo modelo de serviço não mais centrado em voz, mas em dados (Internet). 
A Hierarquia de Transporte Óptica (OTH)
Fatores que contribuíram para o surgimento de OTH:
Explosiva demanda por taxas cada vez maiores das modernas aplicações de redes 
como a realidade virtual, telemedicina, videoconferência interativa, televisão de 
alta resolução, etc.
As limitações tecnológicas das hierarquias digitais PDH e SDH/Sonet, hoje 
amplamente utilizadas nos backbones de telecomunicações, que não conseguem 
enxergar diferentes comprimentos de onda em tronco de fibra óptica;
A estrutura de dados utilizada em PDH e SDH/Sonet, que é voltadapara serviço 
de voz (telefonia), utiliza quadros de duração fixa (125 microsegundos), quando a 
realidade atual nesses backbones é a predominância de tráfego de dados.
A Hierarquia de Transporte Óptica (OTH) 
Tecnologia de Multiplexação WDM
WDM - Wave Length Division Multiplexing 
Uma fibra óptica tem como banda passante (250 THz) que é aproximadamente 2500 
vezes a banda de todo o spectrum de frequência eletromagnético (100 GHz) 
atualmente em uso. Para aproveitar melhor esse imenso potencial de banda das fibras 
ópticas, foi desenvolvida a multiplexação por comprimento de onda - WDM.
WDM não é nada mais do que uma espécie de multiplexação FDM em que λ 
repreenta uma determinada freqüência de portadora dentro da banda passante da 
fibra. Assim, dependendo da largura de banda de cada λ (que define os espaçamento 
entre os lambdas), podemos ter atualmente sistemas WDM que comportam mais de 
cem canais ópticos em um única fibra.
A primeira geração de sistemas WDM surgiu na década de 80, com somente dois 
comprimentos de onda por fibra. Na segunda metade da década de 90, surgem os 
primeiros sistemas denominados DWDM (dense WDM). Esses sistemas 
apresentam 16 a 40 canais de espaçamento de 100 a 200 GHz. Finalmente, no início 
do milênio, surgem os sistemas capazes de operar com 64 a 160 canais, espaçados em 
intervalos de 50 a 25 GHz.
A Hierarquia de Transporte Óptica (OTH) 
Tecnologia de Multiplexação WDM
Importante: A plataforma óptica DWDM tem capacidade de suportar todos os 
protocolos das tradicionais estruturas de transporte como: ATM, Frame Relay, MPLS, 
SDH/PDH, IP, Gigabit Ethernet, 10 GE, Fibre Channel, sem maiores problemas de 
interoperabilidade.
Figura 4. Multiplexação WDM
A Hierarquia de Transporte Óptica (OTH) 
Tecnologia de Multiplexação WDM
Evolução dos sistemas DWDM
Note que com o passar do tempos, temos sistemas com mais canais. Entretanto, 
cada canal opera em um intervalo de freqüência menor
Figura 5. Evolução dos sistemas DWDM
2000 
Início
1995
Final da Década
1990
Início da Década
Década de 1980
64 Canais, espaçamento 25-50 GHz
OTN (Optical Transport Network)
16+ Canais, espaçamento 100-200 GHz
DWDM - sistema integrado com gerência
2-8 canais, espaçamento de 200-400 GHz
CWDM, Coarse WDM
2 canais WDM
A Hierarquia de Transporte Óptica (OTH) 
Tecnologia de Multiplexação WDM
Pilha de protocolos suportada pela plataforma DWDM
A idéia é que pacotes IP consigam trafegar em todos os demais protocolos. IP é 
padrão e é o protocolo visto pelo usuário final
Figura 6. Pilha de Protocolos suportada pela plataforma DWDM
Plataforma Óptica 0 DWDM
PDH / SDH
ATM
Frame Relay Gigabit 
Ethernet 
e 10 
Gigabit 
Ethernet
Fibre 
Channel
IP
A Hierarquia de Transporte Óptica (OTH) 
A Rede de Transporte Óptica do ITU (OTN)
Com o rápido desenvolvimento do DWDM, que atualmente fornece uma tecnologia 
de multiplexação de centenas de comprimentos de onda em uma unica fibra, a 
capacidade dos troncos ópticos salta para dezenas de Tbits/s.
Baseado nessa tecnologia, a ITU começa, a partir da década de 90, os esforços para a 
padronização de uma nova rede óptica que é conhecida como OTN (Optical Transport 
Network). O paradigma dessa rede não privilegia mais aplicações de voz da 
telefonia, mas os dados como um todo: voz, dados e vídeo (multimídia). 
Importante: Em vez de cadenciamento fixo de 125 microsegundos dos módulos de 
transporte PDH e SDH, no sistema WDM, os módulos de transporte possuem 
tamanho fixo de 16.320 octetos, o que favorece o encapsulamento dos serviços de 
dados.
Um fato marcante da atual realidade da Internet é a sua convergência para uma 
rede única (rede convergente) que suportará todos os serviços multimídia. Essa rede 
global será baseada essencialmente na pilha de protocolos TCP/IP. É justo que 
pacotes IP trafeguem diretamente sobre o canal físico, que será construído 
basicamente de um subsistema inteligente, baseado na plataforma de transporte 
DWDM. 
Estrutura de protocolos atual e idéias para o futuro
Futuro = Redes convergentes com serviços inteligentes
Figura 7. Migração da atual plataforma IP / ATM / SDH / OTN para uma 
nova plataforma mais enxuta e mais otimizada do tipo IP / OTH
A Hierarquia de Transporte Óptica (OTH) 
A Rede de Transporte Óptica do ITU (OTN)
OTN
SDH
ATM
OTH
IP
IP / GMPLS
Comutação de pacotes
Restauração de pacotes
Engenharia de tráfego
Diferenciação de serviços
Reserva de Banda
Aprovisionamento de banda
Proteção de circuito virtual
Multiplexação de velocidade
Transmissão de alta velocidade
Comutação de pacotes
Restauração de pacotes
Engenharia de tráfego
Diferenciação de serviços
Aprovisionamento de banda
Reserva de banda
Multiplexação de alta velocidade
Transmissão de alta velocidade
(a) Estrutura de 
protocolos 
das atuais redes 
para voz e dados
(b) Futura Rede IP 
com convergência 
de serviços
A Hierarquia de Transporte Óptica (OTH) 
A Rede de Transporte Óptica do ITU (OTN)
Baseado na constatação apresentada previamente (figura anterior), seriam suprimidas 
as diversas etapas intermediárias de transporte de tráfego IP que foram desenvolvidos 
nos últimos anos, passando a uma plataforma mais enxuta.
Entretanto, tem-se alguns problemas quando tentamos encapsular IP diretamente na 
plataforma óptica DWDM, como:
Sinais digitais ópticos necessitam de regeneração 3R (reamplificação, 
reformatação e resincronização). No entanto, o protocolo IP, que é basicamente 
um protocolo de curta distância (hop by hop), não prevê esse tipo de regeneração.
A plataforma de transporte óptica deve possuir mecanismos para que o serviço 
de transporte oferecido seja confiável e de qualidade. Para isso, é necessário 
que a plataforma tenha mecanismos de monitoração de qualidade, alta 
disponibilidade, comutação segura e correção de erros. Hoje, nenhuma dessas 
exigências é atendida plenamente pela plataforma DWDM.
Problema de escalabilidade. Troncos ópticos de dezenas de giga e até terabits 
por segundo exigiriam nas pontas megarroteadores ou terarroteadores que 
comutassem milhões de pacotes por segundo, o que atualmente é impraticável.
A Hierarquia de Transporte Óptica (OTH) 
A Rede de Transporte Óptica do ITU (OTN)
Nenhum dos problemas levantados é, atualmente, resolvido de forma satisfatória, nem 
do nível óptico puro, nem no nível IP. É necessário definir uma estrutura 
intermediárias que resolva esses problemas, aproximando dessa maneira o IP de forma 
adequada ao nível de transmissão DWDM.
Essa nova estrutura foi definida pelas recomendações G.709 e G.872 do ITU de 
fevereiro de 2001 e é chamada de OTH - Optical Transmission Hierarchy. OTH é 
parte integrante de qualquer OTN pública. 
OTH combina conceitos analógicos e digitais. Nos aspectos analógicos, atende a 
transmissão, multiplexação e comutação óptica, enquanto nos aspectos digitais, 
atende o mapeamento de dados em diferentes níveis e quadros com cabeçalhos 
que permitem operações do tipo OAM (Operation, Administration, 
Management).
Os estudos do ITU, atualmente, se concentram também em um novo e avançado 
conceito de rede óptica com comutação automática - ASON (Automatic Switched 
Optical Network). Ela está sendo proposta pela recomendação provisória 
conhecida como G. ASON, que deve ser o futuro do suporte inteligente de 
WAN da Internet Global no nível físico.