Tecnologias de Transporte Digital Tecnologias de - DSIF

IE-008
Redes de Comunica
ções Ó
pticas
Comunicações
Ópticas
Tecnologias de Transporte Digital
Passado, Presente e Futuro
(PDH, SDH, OTN)
Felipe Rudge Barbosa
[email protected]
LTF-FEEC
Unicamp
BRASIL
Save the humans.
mês/2003
Redes Ópticas - Transporte
Objetivo das redes de telecom é transportar informaçao;
o mais limpo e mais rapido possivel;
com maxima confiabilidade, transparencia e livre de erros;
Fibras óticas (e os sistemas fotonicos) são o melhor meio de
transporte fisico;
interfaces com outros sistemas são sempre necessárias...
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Diferentes sistemas e seus protocolos precisam de
compatibilidade para serem operacionais e eficazes;
Protocolos de transporte em sistemas analogicos e digitais tem
sido desenvolvidos ao longo de décadas, e continuam! ...
Vejamos ...
2
Redes Ópticas -- Conceitos
Compatibilidade vertical (ou transversa)
-- Padronizaçã
o
Padronização
Cliente/Usuário
Modelo OSI/ ISO
Serviç
ços
Servi
Serviços
Presentation
Application
Modelo OTN/ ITU-T
Application
Session
Transporte
Transport
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Link
Rede Óptica
Network
Planta Fí
ísica
F
Física
Physical
Physical
Link
Novas
tecnologias
Telecom
& Internet
Transport
G&C
Network/IN
Redes Comput
(mod. original)
O objetivo das Redes de Comunicações é interconectar clientes e usuários;
e a rede deve funcionar de modo transparente e ininterrupto.
Padronizaçoes (nas interfaces) são sempre necessarias.
3
Transporte em Redes Ópticas
Enlace Óptico
transparência
Sistema
Sistema
Transmissor
Cliente
Laser
ida
Receptor
Fibra
Cliente
Amplif.
ótico
FotoDetetor
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volta
I.C.
Interface
Cliente
Sobre um enlace físico, é preciso haver um
sistema de transporte (com seus respectivos protocolos), que
seja utilizado na transmissão de sinais na Rede Ótica.
A transparência da rede é maior no backbone óptico e
diminui nas bordas do enlace; a fibra transporta qq. coisa.
Mas, um dado sistema de transporte pode ter dificuldade
ou mesmo impossibilidade de conversar com outro.
Portanto são necessárias interfaces padronizadas.
I.C.
4
Optical Networks – Basic Concepts
Funcionalidades -- acesso,
o, transporte
acesso, comutaçã
comutação
(vertical dimension)
Input Cliente
(demanda)
Controle
Gerencia
Transporte
Transporte
Sistema
Sistema
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ação
informação
Comutação
Comutação (S)
(S)
Roteam.
Roteam. (S&H)
(S&H)
-- (S) = soft (function)
-- (H) = hard (action)
Transmissão
Transmissão
Fibras
Fibras
Lasers
Lasers&&Fibras
Fibras
5
Protocolos de Rede
Cenário Atual – Redes Óticas
*Cenario indicativo -- não exaustivo
Serviços
Serviços (3P): voz; dados [Internet, imagem]; video
Wireless
IP
Ethernet
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Transporte
ATM
PDH
HFC
Rede óptica
GMPLS
SDH/Sonet
SDH/Sonet
WDM Optical Network
=> Tudo sobre Redes Óticas !!
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Transporte em Redes Ópticas
Protocolos de Transporte em Redes Óticas e outras
(HOJE!)
Telecom
PDH – hierarquia digital plesiócrona (final 1970-1980-1990)
SONET -- rede ótica síncrona (meados 1980-1990-2000..)
SDH -- hierarquia digital síncrona (meados 1980-1990-2000..)
ATM – modo transferencia assincrona (final 1980-2000..)
Redes Dados (computadores/Internet)
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Ethernet
TCP-UDP/ IP
e mais uma infinidade...
Redes Fotonicas (convergencia!)
OTN e ASON
GMPLS
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Sistemas Ópticos - Transporte
Evolução Capacidade – “três mundos”...um só !
PDH
Sigla
Taxa
SDH
SONET
Taxa
1
Sigla
Sigla
(Mb/s)
(64k)
30
“STM 0”
OC-1 (STS-1)
51,84
(132x)
120
STM-1
OC-3 (STS-3)
155,52
672 (810#)
1920
(537x)
480
--
OC-9 (…)
466,56
(2321x)
1920
STM-4
OC-12
622,08
7680
STM-16
OC-48
STM-64
OC-192
STM-256
OC-768
2488,32
(2,5 Gb/s)
9953,28
(10 Gb/s)
39813,12
(40 Gb/s)
30720
(**)
122880
(**)
491520
(**)
(Mb/s)
E-0
0,064
E-1
2,048
(32x)
E-2
8,448
E-3
34,368
E-4
139,264
(*) equivalencia exata de canais voz.
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The frame repetition rate is 8000 Hz (=125µs)
Canais de
Voz (*)
Ethernet
Taxa
Sigla
(Mb/s)
10 base T
10
Fast Eth
100
GbE
1 Gb/s
10 GE
10 Gb/s
100 GE
100 Gb/s
Canais Voz
(**) equivalencia ilustrativa apenas.
(#) comunicação digital pura
OBS:: STM-1 pode ser constituído como:
* 1 E-4 = 1920 can. voz
* 4 E-3 = 1920 can. voz
* 63 E-1 = 1890 can. voz
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Transporte em Redes Ópticas
Evolução Capacidade – inicio..
PDH
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Digital Hierarchy
Level
Hierarchical bit rates (kbit/s) for
networks with digital hierarchy
based on a first level bit rate of
1544 kbit/s
2048 kbit/s
-0-
64
64
1
1544
2048
2
6312
8448
Tamanho do bit
Lb = v/B
34368
[E2=23,6 m]
[E4=1,44 m]
3
32064
4
97728
44736
139264
evolui
para
SONET
SDH
The frame repetition rate is 8000 Hz (=125µs)
ITU-T Recommendation G.702 -- PDH (1988) ; published as Fascicle III.4 of the Blue Book (1993); and
ITU-T Recommendation G.704 -- PDH (1998)
9
Transporte em Redes Ópticas
Momento Histórico ...
A origem dos 64kb/s vem de longa data::... da telefonia analógica !
A voz humana fica na faixa de 300 a 3500 Hz; portanto um bom canal
telefonico precisa de uma banda de ~4 kHz, incluindo sinalizaçao e guarda
(cross-talk “zero”); e para ter full-duplex, 8 kHz; => portanto, espaçamento
temporal de 125 µs;
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Quando começaram a surgir os canais digitais, eles tinham que se adequar á
Regra de Ouro de Telecom -- ou seja, compatibilidade com sistemas em
operaçao;
O canal de voz básico é concatenado, a partir de amostragem 8 kHz, em
codigo binario 8 bits (que se consolidou como byte), criando assim a banda de
transmissao 64kb/s;
Seguindo a Regra de Ouro, as hierarquisas PDH, SDH/SONET seguiram
obedecendo o time-slot de 125 µs para transmissao dos seus quadros
(frames), podendo assim conviver harmonicamente todos os sistemas;
Ref. : ITU-T recomm. G.120, 1998.
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Transporte em Redes Ópticas
Frame SDH -- ITU-T Recom. G.707 (rev. Jan.2007)
270 × N columns (bytes)
9×N
1
=> except STM-0
90 By
STM-N (N≥1)
261 × N
Synchronous
Transport Module
Section overhead
SOH
3
4
Administrative unit pointer(s)
9 rows
STM-N payload
5
(bits)
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Section overhead
SOH
9
T1518000-95
125µs
Frame repetition rate is 8000 Hz (=125µs)
The STM frame is continuous and is transmitted in a serial fashion, byte-by-byte, row-by-row,
taking a total time of 125µs. (which is the same basic transmission procedure of Sonet)
Tamanho de um container::
STM-16 => (270x16)=4320 ; 4320x9= 38880 bytes ; Header=1296 B; Payload=37584 B
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Transporte em Redes Ópticas
Frame Sonet -- Syncronous Optical Network
GR-253-CORE -- Telcordia (ex-Bellcore)
90 x N bytes
3 x N bytes
87 x N bytes
STS- N (N≥1)
Synchronous
Transport Signal
OC- optical carrier
TOH
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Transport
Overhead
SPE
Synchronous
Payload
Envelope
125µs
9 rows
(bits)
The frame repetition rate is 8000 Hz (=125µs)
For STS-1, the frame is transmitted as 3 octets of overhead, followed by 87 octets of payload.
This is repeated nine times over until 810 octets have been transmitted, taking 125 microseconds.
Likewise for the higher hierarchies (N>1).
12
Transporte em Redes Ópticas
Frame ATM -- asyncronous transfer mode/module
ITU-T Recomm. I.361 -- B-ISDN ATM layer specification– Feb/1999
ITU-T Recomm. G.804 -- ATM cell mapping into PDH -- Jun/2004
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1 By
•ATM is a technique considered to support
B-ISDN and beyond. The Synchronous
Digital Hierarchy (SDH) forms the basis of
transport of the ATM cells.
•A need remains to transport ATM cells
using existing PDH transmission networks.
•This Recommendation (g.804) provides the
mapping to be used for this transport of
ATM cells on the different PDH bit rates for
both 1544 (Sonet) and 2048 kbit/s (SDH)
hierarchies.
Header 5 B
Célula
53 B
Representaçao
Esquemática
Payload
48 B
Forma de linha
(“real”)
Transmissão:
i
f
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Transporte em Redes Ópticas
Frame Ethernet
pacote com tamanho e duração variáveis !
IEEE 802.3 -- Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
(CSMA/CD) – 2005
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FRAME 802.3
SPD
Preâmbulo
Endereço de
Destino
Endereço de
Origem
Tamanho
do campo
de dados
Dados
Soma de
Verificação
1
Byte
8 Bytes
6 Bytes
6 Bytes
2 Bytes
46-1500 Bytes
4 Bytes
Cabeçalho = 23 By (fixo)
SPD is start-packet-delimiter;
Tamanho mínimo
73 B
Reservado SLD Reservado
LLID
CRC-8
1
Byte
2 Byes
1 Byte
2 Byes
2 Byes
FRAME Preâmbulo EPON
(PayLoad-Dados “vazio”)
Tamanho maximo
1527 B
(dá 6 linhas PL frame STM-1 e
menos de 2 linhas STM-4)
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Transporte em Redes Ópticas
Frame Ethernet
pacote com tamanho e duração variáveis !
IEEE 802.3 -- Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
(CSMA/CD) – 2012
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Frame é menor que Packet
Tamanho mínimo
26+46= 72 B
(PL “vazio”)
Tamanho maximo
1526 By (até 2006 By)
(dá 6 linhas PL frame STM-1 e
SFD is start-frame-delimiter;
menos de 2 linhas STM-4)
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Transporte em Redes Ópticas
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IEEE 802.3 (CSMA-CD) MAC - Ethernet
Some history... (sic IEEE document)
The Media Access Control (MAC) protocol specified in IEEE Std 802.3 is
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD).
this MAC protocol was included in the experimental Ethernet developed at Xerox
Palo Alto Research Center.
while the experimental Ethernet had a 2.94 Mb/s data rate, IEEE Std 802.3-1985
specified operation at 10 Mb/s.
Since 1985 new media options, new speeds of operation, and new capabilities
have been added to IEEE Std 802.3.
Today, it has evolved to 10G, 40G and 100G, converging with ITU-T.
Importante lembrar
-- inicialmente os sistemas eram cobre ou radio, e depois de 10 Gb/s , passaram
a ser (quase) exclusivamente óticos;
-- [Tanenbaum] lembra que nem WWW, nem Internet são redes de
computadores => IN é uma rede de redes; WWW é um sistema distribuido SD
que roda sobre a IN (num SD equipamentos/computadores independentes -- e
diferentes -- mas aparecem uns aos outros como “iguais”)
16
IEEE Std 802.3ba™ - 2010
IEEE Std 802.3ba™-2010 -- Part 3: Carrier Sense Multiple Access with Collision
Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications
Amendment 4: Media Access Control Parameters, Physical Layers, and
Management Parameters for 40 Gb/s and 100 Gb/s Operation.
Approved 17 June 2010 IEEE-SA Standards Board;
Approved 5 May 2011 American National Standards Institute
New!..
40G / 100G
Abstract: This amendment to IEEE Std 802.3-2008 includes IEEE 802.3 Media Access
Control (MAC) parameters, Physical Layer specifications, and management
parameters for the transfer of IEEE 802.3 format frames at 40 Gb/s and 100 Gb/s.
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Def.:: Interfaces for Physical Coding Sublayer (PCS), Physical Medium Attachment
(PMA) sublayer and the Physical Medium Dependent (PMD) sublayer; see p.28, 110.
ITU-T publications are available from the International Telecommunications Union, Place des
Nations, CH-1211, Geneva 20, Switzerland (http://www.itu.int/).
IEEE publications at [http://ieeexplore.ieee.org/xpl/standards.jsp]
Vamos ver tb. OTN 40-100 G (later)
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IEEE 802.3 (CSMA-CD) MAC - Ethernet
1G / 10G
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Media Independent Interface (MII)
provides a logical interconnection
between the MAC sublayer and
Physical Layer entities (PHY)
Lasers e fibras
estão aqui
⇒ 10 Gigabit Ethernet couples the IEEE 802.3 (CSMA/CD) MAC to a family of 10 Gb/s Physical Layers.
The relationships among 10 Gigabit Ethernet, the IEEE 802.3 (CSMA/CD) MAC, and the ISO Open
System Interconnection (OSI) reference model are shown in Figure 44-1, above.
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Protocolos de Transporte
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Internet Protocol Suite
(modelo TCP/IP)
Application Layer
BGP · DHCP · DNS · FTP · GTP · HTTP · IMAP · IRC ·
MGCP · NNTP · NTP · POP · RIP · RPC · RTP · RTSP · SDP ·
SIP · SMTP · SNMP · SOAP · SSH · STUN · Telnet · TLS/SSL ·
XMPP ·
Transport Layer
TCP UDP · DCCP · SCTP · RSVP · ECN · (more)
Internet Network Layer
IP IPv4 IPv6) · ICMP · ICMPv6 · IGMP · IPsec ·
Link Layer
ARP · RARP · NDP · OSPF · Tunnels (L2TP) ·
Media Access Control (Ethernet, MPLS,
, DSL, ISDN, FDDI) -- Device Drivers ·
OSI
Application
Presentation
Session
Transport
Network
Link
Physical
Fonte: Wikipedia
19
IEEE 802.3 (CSMA-CD) MAC - Ethernet
Many specialized institutions and publications offer online seminars which are interesting
for updating technology status and trends
Online seminar (Webminar) Nov. 12, 2014:
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The Ethernet Alliance hosted the seminar Ethernet 203: 40GbE and 100GbE Physical
Layers for Data Centers . The webminar explored the latest developments in 40GbE
and 100GbE, the fastest speeds in ratified IEEE standards, and pointed out the future
400G (maybe in 2-3yrs, not later).
Presented by Dan Dove, Chief Consultant for Dove Networking Solutions, and Frank Yang,
Marketing Chair of the Ethernet Alliance Next Generation Ethernet Cabling subcommittee, and
Technical Marketing Manager at CommScope, Inc.;
Ethernet 203: 40GbE and 100GbE Physical Layers for Data Centers explored market drivers for
40GbE and 100GbE, adoption trends in Ethernet with a focus on higher speeds, data center
network architectures and topologies, cabling trends, standards, and pluggable transceivers, direct
attach cables and backplanes.
20
Sistemas & Redes de Comunicação Óptica
Fim
desta parte.
Direitos Reservados – Blue Sky Consulting 2011-12
(continua Disp.Opt.Amp.)
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