SONET e SONET Next Generation

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SONET e SONET Next Generation

• Guilherme Mello de Moura
• gmoura_at_gta.ufrj.br

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Introdução

• SONET (Synchronous Optical Network) é um padrão
  para transporte óptico dos anos 80
• Formulado pela ECSA (Exchange Carriers Standards
  Association) para o ANSI (American National
  Standards Association)
• O padrão foi posteriormente englobado por sua
  versão internacional, o SDH (Synchronous Digital
  Hierarchy), pelo então CCITT

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Anseios do padrão

• Padronização industrial no setor de
  telecomunicações americano
• Rede síncrona, concebida para transporte de voz a
  taxas fixas (ineficiente para tráfegos em rajada)
• Administração centralizada (OAMP)
• Posicionamento das redes para transporte dos
  novos serviços da época, como o ATM
• Falando resumidamente, o SONET define as taxas
  ópticas e seus equivalentes elétricos, os STS
  (Synchronous Transport Signals) na sua hierarquia
  de transmissão

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Taxas ópticas do SONET
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Terminologia

• Seção
• Fibra conectando diretamente um dispositivo a
  outro
• Linha
• Conexão entre dois multiplexadores
• Caminho
• Conexão entre origem e destino

Multiplexador
Repetidor
Multiplexador
Repetidor
Demultiplexador
Seção
Seção
Seção
Seção
Linha
Linha
Caminho
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Byte Interleave Synchronous Multiplexer
A1
A2
A3
B1
B2
B3
A3
B3
C3
A2
B2
C2
A1
B1
C1
C1
C2
C3
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Características

• O SONET opera com a taxa básica do STS-1, o que
  nos dá uma banda de 51,84 Mbps
• Todas as outras taxas são obtidas através de
  múltiplos do STS-1, com um conceito chamado de
  concatenação contígua

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Concatenação contígua

• Na concatenação contígua, os quadros STS-1 são
  dispostos sequencialmente para formar um sinal
  mais alto na hierarquia
• (Ex). Se precisarmos de uma banda de 150 Mbps,
  vamos colocar 3 canais STS-1 para formar um canal
  STS-3c (155.52 Mbps)

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Conseqüências

• Esquema inflexível SONET tem granularidade fixa
  e pula em fatores de 4 após o STS-3
• Assim, se precisarmos de uma banda entre as taxas
  básicas estabelecidas, teremos que contratar da
  prestadora a taxa imediatamente superior,
  desperdiçando a diferença

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Padrão do quadro SONET
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Padrão do quadro SONET (continuação)

• Com uma conta simples, obtemos a taxa do STS-1
• 90 colunas x 9 linhas x 8000 quadros/segundo
  51,84 Mbps

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O bloco de construção STS-1

• O quadro STS-1 pode ser dividido em duas áreas
  overhead de transporte e o envelope síncrono de
  carga (SPE), aonde os dados são carregados
• O SPE pode ser dividido, ainda, em outras duas
  regiões o overhead de caminho e a carga
  propriamente dita

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Ponteiros

• Como já vimos, o SONET usa o conceito de ponteiro
  na sua área de overhead
• O uso de ponteiros evita atrasos e perda de dados
  associados com o uso de buffers de sincronização
• Os ponteiros também são usados para compensar
  desvios de fase entre os nós com relógios
  defasados

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Ponteiros (continuação)

• Assim, o valor do ponteiro pode ser incrementado
  ou decrementado para manter uma sincronização

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Overhead

• Como visto, o SONET reserva uma parte
  significativa do quadro para overhead
• Permite alta capacidade administrativa (OAMP)
• Overhead de caminho comunicações fim a fim
• Overhead de linha comunicações entre os
  multiplexadores
• Overhead de seção comunicação entre elementos
  adjacentes
• Overhead do tributário virtual explicado mais
  adiante

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Next Generation SONET

• Na década de 90, a explosão da Internet trouxe a
  tona um novo paradigma, o da transmissão de dados
• O SONET foi concebido para tráfego de voz, a
  taxas fixas, sendo ineficiente para tráfegos em
  rajada, característica das redes de dados
• Dessa forma, com altos volumes de dados passando
  em sua infraestrutura rígida, o SONET tentou se
  moldar ao novo paradigma
• Surgimento de mecanismos de adaptação
• Tributários virtuais
• LCAS
• GFP

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Tributários virtuais

• Além do formato básico STS-1, o SONET também
  define níveis sub-STS-1s
• O STS-1 pode ser subdividido em tributários
  virtuais, que são sinais usados para transmissões
  de baixa velocidade

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Tributários virtuais (continuação)

• Com o overhead do VT, podemos localizar o
  envelope de carga do tributátio virtual

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Grupo de tributários virtuais

• Para acomodar combinações diferentes de VTs de
  forma eficiente, o STS-1 é dividido em 7 grupos
• Um grupo pode conter 1xVT-6, 3xVT-2s ou 4xVT-1.5s
• Um grupo só pode conter um tipo de tributário
  virtual, mas grupos diferentes podem ser
  combinados no STS-1

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Grupo de tributários virtuais (continuação)
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Visibilidade dos VTs

• Uma característica importante dos tributários
  virtuais é que eles ficam visíveis de fora do
  quadro
• Assim, um tributário virtual pode ser retirado do
  quadro sem demultiplexarmos o quadro inteiro

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LCAS (Link Capacity Adjusment Scheme)

• Projetado para melhorar os tributários virtuais
• Flexibilidade configuração dinâmica da banda
  (aumento ou diminuição) baseado num mecanismo de
  pedido e reconhecimento
• A sincronização da capacidade do transmissor e do
  receptor é precedida por um pacote de controle

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Mensagens

• Mensagens do LCAS
• Fixed LCAS não suportado nesse STS-1
• Add requisição para adicionar esse STS-1 num
  canal, aumentando sua banda
• Norm este STS-1 está em uso
• EOS este é o último STS-1 da seqüência
• Idle este STS-1 não é parte de um canal
• Do not use este STS-1 deveria fazer parte de um
  canal, masfoi removido por falha do link

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GFP (Generic Framing Procedure)

• Fornece um mecanismo genérico de encapsulamento
  de dados das camadas mais altas
• Taxas iguais a do Ethernet
• Duas formas de GFP
• Frame-mapped usado com tráfegos de tamanho de
  carga variável. Mapeamento de quadros do cliente
  com quadros GFP
• Transparente usado com tráfegos de taxa
  constante. Mapeamente de todo o sinal do cliente
  em quadros GFP

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Técnicas automáticas de proteção contra falhas

• Uma das principais considerações para o SONET é
  prover serviços confiáveis
• Vários mecanismos foram desenvolvidos para tornar
  as redes ópticas resistentes à falhas
• Velocidade de recuperação definida pelo SONET
• 50 ms (não percebida numa conversação)

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Por quê proteção na camada óptica?

• Restauração em camadas superiores envolvem
  temporizações grandes
• Explorar o re-roteamento de forma mais rápida
• Vantagens
• Velocidade
• Eficiência

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1º forma 11

• Origem transmite nas duas fibras simultaneamente
• Receptor apenas escolhe sinal com melhor
  qualidade
• Vantagens
• Nenhuma reconfiguração nem sinalização necessária
• Dispositivo eletrônico apenas escolhe o melhor
  sinal dos dois (instantâneo)
• Desvantagens
• Redundância
• Desperdício de banda

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2º forma 11

• A origem transmite apenas pela fibra principal,
  deixando a fibra de proteção inoperante ou com o
  tráfego de baixa prioridade
• Quando a fibra principal falha, a origem passa a
  transferir os dados pela fibra de proteção
• Vantagens
• Não há desperdício de banda
• Desvantagens
• Necessita de um tempo maior para recuperação
• Sinalização necessária

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3º forma 1n

• N fibras principais partilhando 1 fibra de
  proteção
• Vantagens/desvantagens
• As mesmas do caso anterior, só que a fibra de
  proteção suporta no máximo uma fibra principal
  quebrada

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Mecanismos de proteção de caminho

• Se um link é cortado, então a origem e o destino
  re-roteiam o tráfego por um caminho alternativo
• Restauração feita pela origem e o destino

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Mecanismo de proteção de linha

• Na proteção de linha, os nós adjacentes à falha é
  que realizam a tarefa
• SPAN protection se existir uma fibra
  sobressalente
• Line switching caso contrário

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Unidirectional path switched ring

• Para topologias em anel
• Tráfego na fibra principal vai em sentido
  horário. Na fibra de proteção em sentido
  anti-horário
• Utiliza estratégia 11 oara transmitir dados
• Quando uma fibra quebra, a estação passa a
  receber pela fibra de proteção

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Unidirectional line switched ring

• Topologias em anel
• Quando ocorre a falha, os nós adjacentes a ela
  fecham o loop entre a linha principal e a de
  proteção
• Transparente para o emissor e para o receptor

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Conclusão

• Novas tecnologias fazem o SONET mais palatável
  para o transporte de dados
• VT
• LCAS
• GFP
• Evolução do padrão tenta preencher as lacunas que
  não foram pensadas na sua concepção
• Ainda assim, o SONET é um padrão massivamente
  utilizado e garante uma ótima resistência à falhas

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Bibliografia

• Livro 1