Teleinformática e Redes 1 - Redes de Transporte

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Teleinformática e 
Redes I
Redes de Transporte
Aula 09
 Profa. Priscila Solís Barreto
Retrospectiva…..Retrospectiva…..
O Sistema Telefônico em 1900O Sistema Telefônico em 1900
Par de fios de 
cobre
“local loop”
Roteamento local na local exchange 
office (CO)
• A voltagem analógica era transferida sobre o fio de cobre fim a fim  
o sinal de voz chegava ao destina severamente atenuado e distorcido 
• roteamento executado de forma manual
• o roteamento era mantido pela duração da chamada
Multiplexação na telefoniaMultiplexação na telefonia
1900: 25% da receita da telefonia ia para as minas de cobre 
1918: “Carrier system” (FDM)
5 ligações em um único tronco
f
canais 8 kHz
12 kHz
4 kHz
16 kHz
20 kHz
Digitalizacão do STFCDigitalizacão do STFC
Pelo Teorema de Shannon (Bell Labs) :
Comunicação Digital é sempre melhor que a comunicação 
analógica
 e o STFC virou digital
Melhores meios
Uso mais eficiênte de recursos 
Melhor qualidade da voz (menos ruido, menos distorção)
Após a invenção do transistor, em 1963, temos o sistema de 
portadoras T (TDM)
1 byte por amostra – 8000 amostras por segundo
T1 = 24 ligações por tronco
t
timeslots
Comutação ficou mais fácilComutação ficou mais fácil
Problema de complexidade na escalabilidade
1 2 4 5 6 7 83
1
2
3
4
5
6
7
Comutador Analógico Digital Cross-connect 
(DXC)
processador
t
1 2 3 4 5
t
2 1 5 4 3
Otimização de RoteamentoOtimização de Roteamento
Comutação de Circuitos(rota é mantida pela duração da chamada)
Estabelecimento da rota continua a ser uma operação cara
Hoje em dia são usados algoritmos de menor custo
A duração da chamada tem fases de estabelecimento, voz e finalização
O STFC por 1960O STFC por 1960
local loop
subscriber 
line
Roteamento automático através de uma rede 
universal de telefonia
• Voltagens analógicas usando FDM
• Sinal de voz chegava ao destino após amplificação e filtragem em 4 KHz
• Roteamento automático
• Tom de discagem universal
• Sinalização de voltagem e tom
• Comutação de Circuitos (rota é mantida na duração da chamada)
Troncos
Circuitos
O STFC de hojeO STFC de hoje
Inha do 
assinante
• Voltagens analógicos e par trançado usado somente na última milha
•Sinal de voz filtrado em 4 KHz para entrar na rede digital
• TDM na rede 
• Amplo uso de fibra óptica e enlaces físicos sem fio
• Prtocolos sincronos T1/E1, PDH e SONET/SDH
• Sinalização em rede separada (SS7) 
• Roteamento Automático
• Comutação de circuitos (rota mantida pela duração da chamada)
• Algoritmos complexos de otimização de roteamento
RTFC
Comutador 
classe 5
class 5 switch
Comutador 
tandem
Última milha
Temporização no TDMTemporização no TDM
Multiplexação no domínio do tempo deve existir em todos os canais : 
mesma frequencia e fase 
Sinais 
analógicos
Sinais
digitais
Se os inputs já são digitaisSe os inputs já são digitais
Se no TDM o comutador não digitaliza o sinal analógico, pode 
acontecer que os relógios usados para digitalizar não tenham 
frequencias idênticas. 
Exemplo:
Relógio derivado de um cristal de quartzo de 
8000 Hz
Precisão típica = ± 50 ppm (1 ppm=0.0001%)
Então 2 cristais podem diferir em até 100 ppm 
Ou seja 0.8 amostras/segundo
Então a diferença é 1 amostra em 1 ¼ segundo 
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
3
4
4
4
4
4
4
5
5
5
6
6
6
5
5
5
7
7
7
6
6
6
8
8
8
9
9
9
7
7
7
9
8
8
sinais
TDM
Correção Correção 
Todos os relógios devem ter a mesma frequencia
Cada rede de telefonia deve ter um relógio preciso chamada de ‘estrato 1’ou 
“Primary Reference Clock”
Todos os outros relógios são direta ou indiretamente conectados a esse relógio 
(master – slave)
Um dispositivo de recepção TDM se fixa no relógio fonte com base nos dados 
de entrada (FLL, PLL)
Para que isto funcione, os dados devem ter transições suficiêntes (codificação 
de linha, por exemplo)
1
0
transições Sem transições
TerminologiaTerminologia
Um relógio é isocronico (isos=igual, chronos=tempo) se seus tics são 
igualmente espaçados no tempo
2 relógios são sincronos (syn=igual chronos=tempo) se têm a mesma 
frequencia
2 relógios são plesiocronicos (plesio=próximo chronos=tempo)
Se estão nominalmente na mesma frequencia mas sem 
estarem ligados
Príncipio PDHPríncipio PDH
Ao se procurar maiores taxas, podem-se multiplexar sinais TDM (tributários)
Poderia se demultiplexar os timeslots TDM e voltar a multiplexar em taxas 
maiores, mas isto é muito complexo e leva tempo 
Como os sinais TDM já são digitais, então:
A multiplexação deve fornecer um relógio a todos os tributários
 (isto não sempre é possível, a rede deve estar ligada a outra rede)
OU
De alguma forma transportar o tributário com seu relógio através de uma 
rede de maior velocidade com um relógio diferente (sem estragar a 
recuperação futura do relógio)
Hierarquias PDHHierarquias PDH
64 kbps
2.048 Mbps 1.544 Mbps 1.544 Mbps
6.312 Mbps 6.312 Mbps8.448 Mbps
34.368 Mbps
139.264 Mbps
44.736 Mbps 32.064 Mbps
97.728 Mbps274.176 Mbps
Europa Norte 
América.
Japão
4
3
2
1
0
nível
* 30
* 24
* 24
* 4
* 4
* 4
* 4
* 7
* 6
* 4
* 5
* 3
E1
E2
E3
E4
T1
T2
T3
T4
J1
J2
J3
J4
SONET: Visão Geral
Synchronous Optical NETwork
Padrão Norte Americano para comunicações de fibra 
óptica
8000 quadros/sec. (Tframe = 125 µsec)
Compatível com hierarquia digital norteamericana
SDH (Synchronous Digital Hierarchy)
Carrega sinais E1 e E3 
Compatível com altas velocidades do SONET
Simplifica enormemente a multiplexação em um backbone
Proteção e restauração
A idéia do SONETA idéia do SONET
Synchronous Optical NETwork 
Projetada para transporte óptico (altas taxas)
Mapeamento Direto dos níveis mais baixos nos mais altos 
Carrega todos os tipos PDH em uma hierarquia universal
Versão ITU = Synchronous Digital Hierarchy
Terminologia diferente mais interoperável
Pre-SONET multiplexação : Estufamento de pulsos requeria a 
demultiplexação de todos os canais
Multiplexação SONET Add-Drop : Permite retirar e por canais 
individuais sem multiplexação total
Remover
tributario
Inserir
tributario
DEMUX MUXMUX DEMUX
ADM
Remover
tributario
Inserir
tributario
MUX DEMUX
SONET simplifica a multiplexação 
Low-speed
mapping
function
DS1
DS2
 E1 STS-1
51.84 Mbps
Medium
speed
mapping
function
DS3
44.736
STS-1
High-
speed
mapping
function
 E4
139.264
STS-1
STS-1
STS-1
STS-3c
MUX
OC-n
Scrambler E/O
STS-n
ATM or 
POS
STS-3c
High-
speed
mapping
function
STS-1
STS-1
STS-1
. .
 .
. .
 .
Multiplexação SONET
Equipamento SONET
Por funcionalidade 
ADMs: retiram e inserem tributarios
Regeneradores: regeneração de sinais digitais
Cross-Connects: interconexão de streams SONET
Por sinalização entre elementos
Section Terminating Equipment (STE): distribuição de fibra 
entre dispositivos adjacentes e.g. regeneradores
Line Terminating Equipment (LTE): distribuição entre 
multiplexadores adjacentes
Path Terminating Equipment (PTE): distribuição entre 
terminais SONETS no final da rede, agrupa várias linhas
Seção, Linha e Caminho em 
SONET 
Normalmente, o PTE e LTE são os mesmos equipamentos
A diferença é baseada na função ou localização
PTE está no final, e.g., STS-1 multiplexador 
LTE na metadae, e.g., STS-3 a STS-1 multiplexadores
PTE
LTE
STE
STS-1 Path
STS Line
Section Section
STE = Section Terminating Equipment, e.g.,a repeater/regenerator
LTE = Line Terminating Equipment, e.g., a STS-1 to STS-3 multiplexer
PTE = Path Terminating Equipment, e.g., an STS-1 multiplexer
MUX MUXReg Reg Reg
SONET
 terminal 
STE STE
LTE
PTE
SONET
 terminal 
Section Section
Optical
Section
Optical
Section
Optical
Section
Optical
Section
Line
Optical
Section
Line
Optical
Section
Line
Path
Optical
Section
Line
Path
Seção, Linha e Camadas de 
Caminho em SONET 
SONET tem 4 camadas
Optical, section, line, path
Cada sinal tem como foco a integridade dos seus sinais
Cada camada tem seus próprios protocolos
SONET fornece canais de sinalização para elementos dentro 
de uma camada
Especificações SONET
Define interfaces ópticas e elétricas
Elétricas 
Multiplexação, regeneração, executadas no domínio elétrico
STS – Synchronous Transport Signals
Intervalo muito curto (e.g., dentro de um comutador)
Óptico
Transmissão carregada no domínio óptico
Transmissor e receptor óptico
OC – Portadora Óptica 
Terminologia Terminologia 
Um sinal SONET é chamado de Synchronous Transport Signal 
A unidade básica STS é o STS-1, e todos os outros são múltiplos - STS-
N
A camada física (óptica) que corresponde a um STS-N é um OC-N
SONET Óptica taxa
STS-1 OC-1 51.84M
STS-3 OC-3 155.52M
STS-12 OC-12 622.080M
STS-48 OC-48 2488.32M
STS-192 OC-192 9953.28M
* 3
* 4
* 4
* 4
Quadros SONET / SDHQuadros SONET / SDH
Synchronous Transfer Signals são bits (OC são ópticos)
Como todos os sinais TDM, existem bits de enquadramento no ínicio do 
quadro 
Entretanto, os sinais SONET/SDH são representados como rectangulos 
framing
Quadro SONET STS-1Quadro SONET STS-1
Cada quadro STS-1 tem 90 colunas * 9 filas= 810 bytes
Existem 8000 STS-1 quadros por segundo
Então cada byte representa 64 kbps (cada coluna é 576 kbps)
A taxa básica do STS-1 é 51.840 Mbps
90 
columns
9 
ro
w
s
framing
Quadro SDH STM-1Quadro SDH STM-1
Synchronous Transport Modules são sinais de bits para o SDH
Cada quadro STM-1 tem 270 colunas * 9 filas= 2430 bytes
Existem 8000 quadros STM-1 por segundo
Cada quadro STM-1 tem uma taxa de 155.520 Mbps
3 vezes a taxa do STS-1
270 colunas
9 
fil
as …
Taxas SONET/SDHTaxas SONET/SDH
STS-N tem 90N colunas STM-M tem STS-N com N = 3M
A taxa SDH aumenta em fatores de 4 cada vez
Sinais STS/STM carregam tributários PDH :
STS-1 carrega 1 T3 ou 28 T1s ou 1 E3 ou 21 E1s
STM-1 carrega 3 E3s ou 63 E1s ou 3 T3s ou 84 T1s 
SONET SDH colunas taxas
STS-1 90 51.84M
STS-3 STM-1 270 155.52M
STS-12 STM-4 1080 622.080M
STS-48 STM-16 4320 2488.32M
STS-192 STM-64 17280 9953.28M
Tributários SONET/SDHTributários SONET/SDH
E3 e T3 são transportados em Higher Order Paths (HOPs)
E1 e T1 são transportados em Lower Order Paths (LOPs) 
SONET SDH T1 T3 E1 E3 E4
STS-1 28 1 21 1
STS-3 STM-1 84 3 63 3 1
STS-12 STM-4 336 12 252 12 4
STS-48 STM-16 1344 48 1008 48 16
STS-192 STM-64 5376 192 4032 192 64
Hierarquia SONET e SDH
 SONET Electrical 
Signal
Optical Signal Bit Rate (Mbps) SDH
Electrical Signal 
STS-1 OC-1 51.84 N/A
STS-3 OC-3 155.52 STM-1
STS-9 OC-9 466.56 STM-3
STS-12 OC-12 622.08 STM-4
STS-18 OC-18 933.12 STM-6
STS-24 OC-24 1244.16 STM-8
STS-36 OC-36 1866.24 STM-12
STS-48 OC-48 2488.32 STM-16
STS-192 OC-192 9953.28 STM-64
STS: Synchronous 
Transport Signal 
OC: Optical Channel STM: Synchronous 
Transfer Module
Quadro SONET STS
Os streams SONET carregam dois tipos de overhead
Path overhead (POH): 
Inserido e removido nas pontas
Synchronous Payload Envelope (SPE) consiste de Dados + POH, 
atravessa a rede em uma unidade única
Transport Overhead (TOH): 
Processado a cada node SONET 
TOH ocupa uma porção de cada quadro SONET
TOH carrega gerenciamento e informação de integridade do enlace
Telephone 
Switch
Transport Network
Router
Router
Router
Telephone 
Switch
Telephone 
Switch
Redes de Transporte
Backbone de redes modernas
Fornece conexões de alta velocidade: tipicamente STS-1 até OC-192
Clientes: grandes roteadores, comutadores telefônicos, redes regionais
Alta confiabilidade requerida
1 STS-1 = 783 chamdas de voz; 1 OC-48 = 32000 chamadas de voz; 
ADM
Remove
tributary
Insert
tributary
MUX DEMUX
Redes SONET ADM
SONET ADMs: o coração das redes de transporte 
existentes
Os ADMs são interconectados em topologias de anél e 
estrela
A sinalização em SONET permite rápida recuperação ( 50 
ms) de conexões de transporte
1 2 43
1
2
3
4
Topologia linear ADM
ADMs conectados em linha
Os tributarios são inseridos e retirados para conectar clientes
 Os tributarios atravessam os ADMs de forma transparente
 As conexões criam topologias lógicas vistas pelos clientes
 Os tributarios de direita a esquerda não são mostrados
T = Transmitter W = Working line R 
= Receiver P = Protection line
Bridge
T
T R
R
W
P
Selector
1+1 Proteção Linear Automática
• Transmissão simultanea sobre diversas rotas
• Monitoramento da qualidade do sinal
• Comutação rápida em resposta a degradação do sinal
• Largura de banda 100% 
Switch
T
T R
RW
P
Switch
APS signaling
1:1 Linear APS
• Transmissão em fibra operativa
• Um sinal para o comutador para proteção da rota em 
resposta à degradação do sinal
• Pode carregar portadora adicional na linha de proteção
Switch
T R
W
T R
P
Switch
T R
W ²
1
T R
Wn
…
…
……
…
APS signaling
1:N Linear APS
• Transmissão em várias rotas; protege um por falha
• Reversão para o canal original depois da recuperação
• Mais eficiência de banda
a
b
c
OC-3nOC-3n
OC-3n
(a) (b)
3 ADMs conectdos em topologia 
anél 
Topologia lógica totalmente 
conectada 
a
b c
Anéis SONET
Os ADMs podem ser conectados em topologia anél
Os usuários observam uma topologia lógica criada pelos tributários
Opções dos anéis SONET
2 cpntra 4 Fibras na rede de anél
Transmissão unidirecional ou biderecional
Proteção de caminho contra proteção de enlace 
Reuso da capacidade espacioal em relação à eficiência de banda 
Requerimentos de sinalização 
Caminho de Anél comutado com 
Duas fibras unidirecionais
Duas fibras transmitem em direções opostas
Unidirecional
Tráfego de trabalho no sentido relógio 
Tráfego de proteção no sentido contrário
1+1 l
Seletor no receptor aplica comutação de proteção de caminho
W = Working Paths
W
P
1
2
3
4
UPSR
P = Protection 
Paths
Sem reuso espacial
Cada caminha usa 2x bw
W = Working 
line P = 
Protection line
W
P
1
2
3
4
UPSR - Recuperação
Propriedades UPSR
Baixa complexidade
Proteção rápida do Caminho 
2 TX, 2 RX
Sem uso espacial
Útil para redes de acesso de baixa velocidade
Atrasos diferentes nos caminhos P e W
Anél Comutado de 4 fibras
1 par de fibras de trabalho, 1 par de fibras de proteção
Bidirecional
Tráfego de trabalho e proteção usam a mesma rota como par de trabalho
1:N
Restauração da linha 
P
W
Atraso igual
Reuso espacial
1
2
3
4
4-BLSR
Largura de banda 
de reserva é compartilhada 
P
W
Atraso igual
1
2
3
4
Falha em 
anéis de 
trabalho
BLSR Span Switching
Span 
Switching 
restaura a 
falha na linha
P
WAtraso igual 
1
2
3
4
Falha em 
anéis de 
trabalho e 
proteção
BLSR Span Switching
Comutação 
de linha 
recupera as 
linhas com 
falha
Propriedades do 4-BLSR
Alta complexidade : sinalização necessária
Proteção de linha rápida em distanciasespecíficas (1200 km) e para 
certos nós(16)
4 TX, 4 RX
Reuso espacial: maior eficiência na largura de banda
Várias falhas simultaneas podem ser tratadas
Anéis empresariaisAnel
Metropolitano
Anel regional
Redes de Backbone são vários 
anéis interconectados
UPSR 
OC-12
BLSR 
OC-48, 
OC-192
UPSR ou BLSR 
OC-12, OC-48
	Slide 1
	Retrospectiva…..
	O Sistema Telefônico em 1900
	Multiplexação na telefonia
	Digitalizacão do STFC
	Comutação ficou mais fácil
	Otimização de Roteamento
	O STFC por 1960
	O STFC de hoje
	Temporização no TDM
	Se os inputs já são digitais
	Correção
	Terminologia
	Príncipio PDH
	Hierarquias PDH
	SONET: Visão Geral
	A idéia do SONET
	SONET simplifica a multiplexação
	Multiplexação SONET
	Equipamento SONET
	Seção, Linha e Caminho em SONET
	Seção, Linha e Camadas de Caminho em SONET
	Especificações SONET
	Terminologia
	Quadros SONET / SDH
	Quadro SONET STS-1
	Quadro SDH STM-1
	Taxas SONET/SDH
	Tributários SONET/SDH
	Hierarquia SONET e SDH
	Quadro SONET STS
	Redes de Transporte
	Redes SONET ADM
	Topologia linear ADM
	1+1 Proteção Linear Automática
	Slide 36
	Slide 37
	Anéis SONET
	Opções dos anéis SONET
	Caminho de Anél comutado com Duas fibras unidirecionais
	UPSR
	UPSR - Recuperação
	Propriedades UPSR
	Anél Comutado de 4 fibras
	4-BLSR
	BLSR Span Switching
	Slide 47
	Propriedades do 4-BLSR
	Redes de Backbone são vários anéis interconectados