POT16 Ethernet Sobre SDH 2011 02 07 Final

Ethernet Sobre SDH

POT16 2010 PontoTech

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Ethernet Sobre SDH POT16 Ethernet Sobre SDH Documentao do curso Outubro 2010

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1 TPICOS DE ETHERNET ...................................................................................................................................... 4 1.1 Detalhes da trama 802.3 ..................................................................................................................... 6 1.2 Encapsulamento .................................................................................................................................. 9

1.2.1 HDLC ............................................................................................................................................................... 10 1.2.2 GFP ................................................................................................................................................................. 12

1.3 Tramas GFP de administrao ........................................................................................................... 17 1.4 VLAN .................................................................................................................................................. 21 1.5 Q em Q - Duplo Tag ........................................................................................................................... 25 1.6 Mapeamento de Ethernet em SDH .................................................................................................... 29 1.7 QoS Qualidade de Servio .................................................................................................................. 37 1.8 Protocolos de Roteamento ................................................................................................................ 40

1.8.1 STP/ RSTP ....................................................................................................................................................... 41 1.9 Possveis Interfaces Fsicos ................................................................................................................ 59

1.9.1 10M ................................................................................................................................................................ 59 1.9.2 100M .............................................................................................................................................................. 61 1.9.3 1G ................................................................................................................................................................... 63 1.9.4 10G ................................................................................................................................................................. 67

1.10 Cenrios ............................................................................................................................................. 69 1.10.1 Ponto a Ponto ............................................................................................................................................ 73 1.10.2 Ponto a Multiponto .................................................................................................................................... 75 1.10.3 Multi Ponto a Multi Ponto ......................................................................................................................... 77

2 GLOSSRIO ................................................................................................................................................... 80

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1 Tpicos de Ethernet Neste mdulo de formao iremos abordar uma temtica actualmente bastante em voga, o transporte de servios ethernet sobre uma rede SDH. Na realidade estamos a falar de dois mundos completamente distintos. Por um lado o mundo ethernet, assncrono com tramas de dimenso varivel com equipamentos de rede especficos, com protocolos responsveis por recuperar ligaes que tenham sido interrompidos por falhas, o que normalmente se chama de restaurao de servios. Esta rede ethernet tambm caracterizada por uma utilizao eficiente da largura de banda disponvel, isto comparando com a rede SDH. Por outro lado temos a rede SDH, tambm de igual modo amplamente instalada e difundida nas redes de comunicao por todo o mundo, com contentores responsveis pelo transporte de sinais tributrios com larguras de banda relativamente pequena e sncrona. Esta rede SDH tambm conhecida pela sua eficincia quanto a proteco de servios. Trata-se de uma rede onde a palavra restaurao desconhecida pela rede. Na realidade a rede SDH protege os circuitos existentes ao invs de os restaurar em caso de falha do link. Isto permite valores de comutao entre linhas de trabalho e de proteco bastante rpidas, na ordem de grandeza das dezenas de mili-segundos, o que as torna particularmente atractivas para servios em que o down-time ou tempo em que o servio est indisponvel tem de ser obrigatriamente reduzido ao mnimo. No entanto isto tem custos. Obriga a rede a manter caminhos de proteco que eventualmente com um pouco de sorte nunca sero utilizados na vida til da rede. Do ponto de vista da eficincia isto bastante mau. Na altura do dimensionamento da rede trata-se de um custo adicional para uma possibilidade de falha. Existem actualmente algumas features ou funcionalidades que tentam tornar esta desvantagem das redes SDH numa forma de aumento da capacidade da rede sem afectar o trfego j existente. Ao longo deste mdulo iremos expr como feita a adaptao destes dois mundos to diferentes.

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Mundo Ethernet vs Mundo SDH

EthernetAssncrono

802.3Restaurao

Routers

SDHSncrono

STM-1Proteco

Multiplexadores

Figura 1 Mundo Ethernet vs Mundo SDH

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1.1 Detalhes da trama 802.3 Numa rede ethernet a trama bsica da rede a designada trama 802.3. Esta a designao dado pelo IEEE norma que rege o acesso rede e as especificaes da camada fsica.

IEEE 802.3

802.3

Figura 2 IEEE 802.3

atravs desta trama 802.3 que so transmitidas as mensagens de ethernet numa rede de dados. A trama 802.3 para enderear o destino e identificar a origem tem incudo dois campos cada um com um espao de 6 bytes. Nestes 6 bytes escrito o endereo MAC fonte, onde a trama teve origem, e nos 6 bytes seguintes escrito o endereo MAC para onde a trama dever ser enviada. De seguida a trama tem um campo destinado dimenso da trama a ser enviada e tambm ao tipo de trama a ser transmitido. Se o valor apresentado neste campo for at 1500 ento identifica a dimenso do payload - zona de carga da trama. Se o valor for superior a 1536 ento identifica o tipo de protocolo que est a ser transmitido.

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A zona de carga ou o tambm designado payload onde se coloca a informao a ser transmitida e tem um valor varivel consoante as necessidades de ligao. Esta rea pode ter valores entre 46 e 1500 bytes. H no entanto situaes de interfaces de grande largura de banda que podem requerer valores superiores aos 1500 bytes apresentados acima, estamos a falar de tramas jumbo ou mais frequentemente designadas por jumbo frames. Por fim temos um campo com a dimenso de 4 bytes designado por FCS (Frame check Sequence) ou trama de controle de erros. Numa forma simplificada a trama 802.3 tem o seguinte aspecto:

P/T

Trama 802.3

Dest. Orig. Payload Zona de carga FCS

6B 6B 4B 46B a 1500B 4B

Dest. Mac de destino

Orig. Mac de origem

P/T Payload / Type

FCS Controle de erros

Figura 3 Trama 802.3

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Na realidade esta trama no existe de forma isolada, esta trama ser envolvida por campos como prembulo (preamble) , delimitador de inicio de trama (Start frame delimiter) e intervalo entre tramas (Inter Frame Gap). Prembulo - Este campo tem uma dimenso de 60 bits com a sequncia 0101 repetida por 15 vezes. Delimitador de incio de trama - Este campo tem a dimenso de 4 bits com a sequncia 1101. A par com o campo anterior indica o incio da trama 802.3. Intervalo entre tramas - Este campo tem uma dimenso de 12 bytes e representa um perodo de silncio ou no transmisso e espera pela prxima trama.

Trama 802.3 completa

Dest. Mac de destino

Orig. Mac de origem

P/T Payload / Type

FCS Controle de erros

P/TDest. Orig. Payload Zona de carga FCS

6B 6B 4B 46B a 1500B 4B

Prea. IFG

12B60 bits

1101

Prea. Prembulo

IFG Intervalo entre tramas

Figura 4 Trama 802.3 completa

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1.2 Encapsulamento De forma a que a trama ethernet seja transmitida na rede SDH necessrio que a mesma seja colocada dentro dos contentores disponibilizados pela rede SDH. Os conhecidos contentores VC12, VC3 e VC4. A este processo dado o nome de encapsulamento. Existem actualmente duas formas de encapsulamento, HDLC Controlo de Link de Alto Nvel (High-Level Data Link Control e GFP Procedimento Genrico de Trama (Generic Framing Procedure). O primeiro, HDLC mais frequente ser encontrado em equipamentos um pouco mais antigos enquanto o segundo, GFP mais frequente ser encontrado em equipamentos mais recentes visto ser mais adequado para interfaces que necessitem de dbitos binrios superiores. Actualmente temos interfaces fsicos que tpicamente igualam ou superam o valor de Gigabit Ethernet. O mtodo de encapsulamento HDLC teria notrias dificuldades comparativamente com o mtodo de encapsulamento GFP. Vamos ento de seguida passar a analisar estes dois mtodos de encapsulamento de trfego ethernet em contentores SDH.

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1.2.1 HDLC Como foi dito atrs este modo de encapsulamento no actualmente utilizado nos equipamentos mais recentes visto no se adaptar to bem a altos dbitos binrios que hoje em dia so cada vez mais frequentes. A informao a ser transmitida ser encapsulada numa trama HDLC que tem o formato apresentado em baixo.

Info

Trama HDLC

Incio Add. Ctrl. FCS Fecho

1B 1B 2B ou 4B 1BVarivel1B ou 2B

Add - Endereo destino, pode ser tambm suprimidoCtrl - ControloFCS Controlo de erros

Figura 5 Trama HDLC

O campo designado de Incio uma flag utilizada para dar incio trama HDLC. O campo Add corresponde ao endereo para onde dever ser enviada a trama, no caso particular de EoS esta trama HDLC no seguida risca mas sim adaptada s necessidades. Por exemplo este campo Add no tem significado visto em SDH existirem as cross connections responsveis pelo dito roteamento de trfego que os contentores VC's sofrem nas matrizes de comutao dos diferentes equipamentos. O campo seguinte destinado a controlo onde transmitido os diferentes comandos que este tipo de trama pode utilizar. Uma vez mais no caso particular de EoS no h

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lugar a retransmisso de tramas logo estas tramas de controlo esto assim bastante mais reduzidas. O campo Info como perceptvel utilizado para colocar a trama ethernet a ser transmitida ou num caso geral os dados a serem transmitidos. Este campo pode ter um valor varivel que para o nosso caso particular pode atingir os 1500 bytes. O valor de 9000 bytes para designar tramas jumbo no so aqui frequentes. Para controlo de erros a trama dispe do campo FCS de Frame Check Sequence ou Palavra de Erro. Por fim temos o campo Fecho que responsvel por terminar a trama e preparar os equipamentos para receberem a trama seguinte.

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1.2.2 GFP O encapsulamento do tipo GFP como j foi referido o actualmente mais utilizado.pelos mais diversos equipamentos de SDH. Este tipo de encapsulamento regido pela norma ITU-T G.7041. Existem no entanto duas variantes para o mapeamento GFP. GFP-F, F de framed ou em forma de trama faz o mapeamento de cada cliente dentro de uma trama GFP. um tipo de encapsulamento tpico quando a aplicao cliente enviada em pacotes. Existe tambm uma outra forma de encapsulamento do tipo GFP, a GFP-T onde T se refere a transparente. Este tipo de encapsulamento, diferente do anterior, permite o mapeamento de vrios blocos de tipo 8B/ 10B provenientes de diferentes clientes em blocos de 64B/ 65B para ser transportado na trama GFP. As tramas de utilizador tem a seguinte forma: 4 bytes para o Core Header, Cabealho e at 65531 bytes para o Payload Area ou Zona de Carga.

GFP Trama de Utilizador

Payload Area

Core Header4B

At 65531B

Max 65535B

Figura 6 GFP - Trama de Utilizador

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O GFP Core Header, Cabealho tem o seguinte formato: Dois bytes com a designao de PLI (PDU Length Indicator) ou indicador da dimenso do PDU e mais dois bytes com a designao de cHEC. Este cHEC uma sequncia CRC-16 para controlo de erros e controlo de integridade da trama.

GFP Core Header

Core Header4B

PLI

PLI

cHEC

cHEC

1B

1B

1B

1B

PLI PDU Length Indicator Indicador de Dimenso do PDUcHEC Core Header Header Error Control Controlo de Erros

Figura 7 GFP - Core Header

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O GFP Payload Area ou rea de carga do GFP tem uma dimenso que varivel e pode assumir valores at um mximo de 65535 bytes. O GFP Payload Area tem o seguinte formato:

GFP Payload Area

Payload Area

Core Header4B

Payload Header

Payload Header

Payload FCS op.

4 a 64B

4B

Max 65535B

Figura 8 GFP - Payload Area

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O campo Payload Header vai ento ser dividido em tipo (Type), tHEC, cabealho de extenso (Extension Header) e eHEC para controlo de erros neste campo. O campo tHEC utilizado para controlo de erros na seco de Type e o eHEC utilizado se o Extension Header tambm existir.

GFP Payload Header

Payload Header

Payload Area

Payload FCS op.

4 a 64B

4B

Type

tHEC

Ext. Header

2B

E-HEC

2B

2B

0 a 60B

Figura 9 GFP - Payload Header

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O campo Type vai-se agora ento dividir em 3 bits para PTI para definir o tipo de payload, 1 bit dedicado para PFI relativo presena ou no do pFCS, 4 bits para o identificador de Extension Header (EXI) e finalmente 8 bits para o identificador do User Payload.

GFP Type

Type 2BUPI

PTI PFI EXI

3b 1b 4b

PTI Payload Type IndicatorPFI Payload Format IdentifierEXI Extension Header IdentifierUPI User Payload Indicator

Figura 10 GFP - Type

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Finalmente o campo para controlo de erros ao nvel da zona de carga, pFCS constitudo por 4 bytes e representa uma sequncia CRC-32.

GFP - pFCS

Payload Header

Payload Area

Payload FCS op.4B

pFCS

pFCS

1B

1B

pFCS

pFCS

1B

1B

pFCS Payload Frame Check Sum Controlo de erros no Payload

Figura 11 GFP - pFCS

1.3 Tramas GFP de administrao Como se sabe o trfego SDH constante ao contrrio do trfego ethernet que aleatrio. A questo que se levanta de momento prende-se com o facto de como ir este tipo de encapsulamento lidar na ausncia de tramas ethernet para mapear em SDH. Nesta situao iro ser utilizadas as designadas idle frames ou frames de espera. Esta trama em tudo semelhante apresentada anteriormente com o detalhe de apresentar uma dimenso reduzida a to s 4 bytes. constituida pelo GFP core header e o PLI e o cHEC a zero. Esta trama no contm payload.

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GFP Idle frame

Core Header4B

00

00

00

00

1B

1B

1B

1B

PLI Payload Length Indicator Indicador de Dimenso do PDUcHEC Core Header Header Error Control Controlo de Erros

Figura 12 GFP - Idle frame

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Em caso de falha do sinal do cliente existe a trama CSF (Client Signal Frame) ou trama de perda de cliente que sinaliza da seguinte forma o evento. O campo PTI vem com o valor 100 e o subcampo UPI vem com o valor 01.

GFP CSF Perda de cliente

Payload Header

Payload Area

Payload FCS op.

4 a 64B

4B

Type

tHEC

Ext. Header

2B

E-HEC

2B

2B

0 a 60B

UPI 01PTI PFI EXI100

Figura 13 GFP - CSF - Perda de cliente

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Uma trama tpica de trfego de cliente ter assim o seguinte formato:

GFP Trama de trfego de cliente

Payload Header

Payload Area

Payload FCS op.

4 a 64B

4B

Type

tHEC

Ext. Header

2B

E-HEC

2B

2B

0 a 60B

UPI 01PTI PFI EXI000

Figura 14 GFP - Trama de trfego de cliente

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1.4 VLAN Numa rede que tenha mltiplas estaes a acederem ao link a performance do sistema vai como natural decair devido a choque de tramas no link. A utilizao de VLANs (Virtual Local Area Network) ou rede virtual vem assim acrescentar um novo grau de segurana e de eficincia s redes. Cada cliente pode ser assignado uma determinada VLAN que utiliza para comunicar extremo a extremo, esta VLAN ser transmitida ao logo de toda a rede de telecomunicaes. Esta tcnica permite assim misturar diferentes tipos de clientes sem que interfiram entre eles.

VLANs

Vlan 100

Vlan 200

Figura 15 Vlan's

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De modo a que esta nova trama receba este novo campo de VLAN h necessidade de fazer um upgrade trama inicial 802.3 para assim se tornar na 802.1Q. A trama 802.1Q assim em tudo igual anterior mas com 4 bytes extra. Estes 4 bytes extra so divididos da seguinte forma: 2 bytes dedicados a TPID (Tag Protocol Identifier) ou identificador de protocolo

que toma o valor 0x8100 no caso de 802.1q. Os restantes 2 bytes so divididos da seguinte forma: 3 bits para assignar prioridades ao trfego que chega, tambm designado por

CoS de Classe de Servio (Class of Service) ou tambm QoS de Qualidade de Servio (Quality of Service)

1 bit para CFI (Canonical Format Identifier) ou identificador de formato para adaptao com outros tipos de redes e por fim

12 bits para Identificao da VLAN propriamente dita.

P/T

Trama 802.1Q

Dest. Orig. Payload Zona de carga FCS

6B 6B 4B 46B a 1500B 4B

TPIDTCI

TPID VLAN ID

2B

4B

12bits

3bits1bit CFI

Prioridade

212bits= 4096 VLANs

Figura 16 Trama 802.1Q

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Quanto classe de servio temos 3 bits a identificar assim 8 diferentes prioridades. As possveis combinaes so a seguir apresentadas: 000 Best Effort ou Esforo Possvel 001 Background ou Residual 010 Reservado 011 Excellent Effort ou Esforo Excelente 100 Controlled Load ou Dbito Controlado 101 Vdeo 110 Voz 111 Network Control Trafic ou Trfego para controlo da Rede Conseguimos assim com oito classes diferentes de trfego separar o trfego proveniente do cliente em 8 diferentes nveis. A razo por detrs da necessidade de utilizarmos classes de servio est ligada ao facto dos equipamentos de rede como por exemplo routers e switches terem de processar quantidades enormes de trfego e em certas situaes podem ser conduzidos a cenrios de congestionamento (normalmente por limitaes de largura de banda do link ou excesso de trfego). Em qualquer destas situaes h necessidade de prioritizar trfego. Que tipo de trama deve ter prioridade sobre uma outra? precisamente esta a funo destes 3 bits apresentados acima.

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Prioridades

000 Best Effort ou Esforo Possvel 001 Background ou Residual 010 Reservado 011 Excellent Effort ou Esforo Excelente 100 Controled Load ou Dbito Controlado 101 Video 110 Voz 111 Network Control Trafic ou Trfego para controlo da Rede

Figura 17 Prioridades

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Quanto ao campo VLAN, este campo composto por 12 bits como j foi dito atrs conduzindo assim a um espao de endereamento de 212 que corresponde assim a 4096 diferentes possibilidades distribudas por valores compreendidos entre 0 e 4095. Estas so assim as diferentes Vlan's possveis. A Vlan 0 normalmente corresponde a ausncia de Vlan, na realidade o utilizador aqui s est interessado em utilizar as diferentes classes de servio. Os 3 bits de CoS.

Endereamento VLANs

xxxx xxxx xxxx VLAN ID

0000 0000 0000 ----- 0

1111 1111 1111 ----- 4095

.

.

.

Figura 18 Endereamento VLAN's

1.5 Q em Q - Duplo Tag Actualmente, cada vez mais vemos situaes em que, os clientes com trfego ethernet para ser transportado no dispem de recursos para o fazer (e muitas das vezes tal facto no justifica investir numa rede de transporte ethernet, tornando-se assim mais lgico alugar espao numa outra rede de um outro service provider). Numa situao como esta necessrio criar um certo isolamento entre o trfego pertencente ao cliente e o trfego pertencente ao service provider ou a entidade encarregue de transportar o sinal inicial.

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Este isolamento necessrio para que o service provider seja capaz de fazer o roteamento do trfego ethernet sem depender das VLAN's das tramas do cliente. Assim sendo, as VLAN's do cliente so transportadas ao longo da rede mas envoltas pela VLAN do service provider. Fica assim a ser necessrio existirem dois tipos diferentes de VLAN, uma designada de VLAN de cliente ou client VLAN (C-VLAN), tambm muitas vezes designada de VLAN interna, e uma outra VLAN de servio propriedade da entidade encarregue de fazer o transporte do trfego designada por service Vlan ou Vlan de servio (tambm designada por Vlan externa). Ora como j se comea a perceber, esta nova trama ter de ser semelhante trama j vista no ponto anterior mas com um acrscimo de mais um campo dedicado a outra Vlan, na realidade acrescenta-se um campo de Vlan igual ao da trama 802.1Q aumentando assim a dimenso da trama anterior em mais 4 Bytes. Temos assim a seguinte trama:

P/T

Q em Q Dupla Etiqueta

Dest. Payload Zona de carga FCS

6B 4B 4B 46B a 1500B 4B

TPIDTCI

TPID VLAN ID

2B

4B

12bits

3bits1bit CFI

Prioridade

212bits x 212bits = mais de 16 Milhes de VLANs

Dest. Orig. TPIDTCI

TPID VLAN ID

2B 12bits

3bits1bit CFI

Prioridade

CFI

Prioridade

6B

Figura 19 Q em Q - Dupla Etiqueta

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Detalhe Q em Q

Vlan de Servio Vlan de Cliente

4B 4B

Figura 20 Detalhe Q em Q

Desta forma consegue-se isolar o trfego proveniente do cliente, no importa que Vlan's o cliente utiliza, no h necessidade de utilizar esta informao no roteamento do trfego deixando assim o service provider com total escolha de Vlan's de roteamento. Na altura que o trfego retirado da rede do service provider e feita a entrega ao cliente ento nesta altura a Vlan de servio retirada e entregue uma trama 802.1Q que passa agora a ser responsabilidade do cliente o seu correcto processamento e eventual roteamento.

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Exemplo Q em Q

Service providerService provider

C-VlanS-Vlan C-VlanS-VlanC-Vlan C-Vlan

Figura 21 Exemplo Q em Q

De referir ainda que a utilizao de Q em Q permite um limite mximo de Vlan's muito superior, estamos a falar de um valor que ultrapassa os 16 milhes de possibilidades.

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1.6 Mapeamento de Ethernet em SDH O mapeamento de um servio ethernet numa rede SDH feito utilizando os mtodos de encapsulamento j referidos acima, HDLC ou ento GFP. Do ponto de vista da rede SDH ela disponibiliza os contentores existentes para fazer o mapeamento de trfego ethernet dentro de contentores VC12, VC3 e VC4. Vamos agora analisar cada um destes contentores separadamente e por fim fazer um levantamento do possvel mximo dbito binrio conseguido com cada um dos contentores. Para o caso do contentor VC12: O contentor VC12 o resultado do contentor C12 com o cabealho de caminho para este contentor em particular. A estrutura C12 tem 34 bytes de comprimento e o cabealho de caminho tem um byte de comprimento. Neste caso, s considerado uma amostragem da trama real. Na realidade, no existe um VC12 isolado, mas faz sempre parte de uma multitrama VC12, uma estrutura que corresponde a 4 VC12 consecutivos. A razo para este facto simples: do ponto de vista do ponteiro e tambm do cabealho, s 1 byte no suficiente. Deste modo, h espao para 4. O contentor C12 corresponde a uma capacidade efectiva de: 34 x 8 x 8000 = 2,176 Mbps

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Capacidade Contentor VC12

PTR

C12

POH

4B

9B34 x 8 x 8000 = 2.176Mbps

Mxima capacidade - 2.176Mbps

Figura 22 Capacidade Contentor VC12

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Para o caso do contentor VC3: O contentor VC3 o resultado do contentor C3 com o cabealho de caminho para este contentor em particular. A estrutura C3 tem 756 bytes de comprimento e o cabealho de caminho tem nove bytes de comprimento. O contentor C3 corresponde a uma capacidade efectiva de: 756 x 8 x 8000 = 48,384 Mbps

Capacidade do Contentor VC3

C3

84B

9B

756 x 8 x 8000 = 48.384Mbps

Capacidade Mxima - 48.384Mbps

Figura 23 Capacidade do Contentor VC3

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Para o contentor VC4: O contentor VC4 o resultado do contentor C4 com o cabealho de caminho para este contentor em particular. A estrutura C4 tem 2 340 bytes de comprimento e o cabealho de caminho tem nove bytes de comprimento. O contentor C4 corresponde a uma capacidade efectiva de: 2340 x 8 x 8000 = 149,76 Mbps.

Capacidade do Contentor VC4

C4

260B

9B

2340 x 8 x 8000 = 149.76Mbps

Mxima Capacidade - 149.76Mbps

Figura 24 Capacidade do Contentor VC4

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Algo que importa referir neste momento prende-se com a diferente percepo de largura de banda ou dbito binrio de um determinado interface numa rede SDH e numa rede ethernet. Para o formando que vem de uma vertente de SDH, habituado a interfaces com larguras de banda fixas, ou seja um interface E1 tem sempre 2.048Mbps. Um interface STM-1 tem sempre 155.52Mbps. No caso de interfaces ethernet a largura de banda do canal pode eventualmente permitir larguras de banda que para o caso de FE (Fast Ethernet) podem chegar a 100Mbps. Ateno, podem chegar a 100Mbps no quer dizer que cheguem. O mais natural ser at nunca serem capazes de atingir este valor de pico e isto prende-se com o modo de acesso rede, CSMA CD, que vai obrigar a perdas de largura de banda. bastante frequente fazer-se um mapeamento de mais capacidade do que na realidade o interface poderia suportar pela simples razo de que o trfego ethernet aleatrio.

Trfego 100Mbps - Exemplo

100M

Mbps

t

Figura 25 Trfego 100M - Exemplo

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Ora, analisando os diferentes tipos de interfaces de ethernet, 10M, 100M, 1G e comparando-os com os valores dos contentores em SDH vemos que ou vamos ser obrigados a perder muita capacidade num contentor (ou faltar capacidade) ou ento temos de ter outra forma de colocar os servios ethernet na rede SDH. Como podemos ver na imagem seguinte no vai ser possvel ou conveniente do ponto de vista de largura de banda fazer um mapeamento directo dos diferentes dbitos de ethernet em contentores SDH.

Ethernet em SDH

C4

C3

C12

C3

C12

Figura 26 Ethernet em SDH

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Na realidade o que se vai fazer agrupar contentores VCs de forma a aproximar-se dos valores de ethernet pretendidos. Por exemplo, um sinal de 10M poder ser acomodado com um contentor concatenado VC12-5v. Um sinal de 100M poder ser acomodado ou com 46 contentores VC12 ou ento com 2 do tipo VC3. Um sinal de 1G poder ser acomodado com um agrupamento de 7 contentores VC4. J agora, convm referir que os exemplos apresentados em cima partem do princpio que o trfego ethernet constante o que no corresponde realidade. O trfego internet um trfego aleatrio, tendo isto como princpio somos conduzidos a verificar que muitos circuitos dentro da rede SDH podem funcionar perfeitamente sem terem a largura de banda que partida seria necessria.

Concatenao de Contentores

10M

100M

1G

VC12-5v

5x2.176Mbps

10.88Mbps

VC12-46v

46x2.176Mbps

100.96Mbps

VC3-2v

2x48.384Mbps

96.77Mbps

VC4-7v

7x149.76Mbps

1048.32Mbps

Figura 27 Concatenao de Contentores

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Devido ao carcter aleatrio do trfego ethernet habitual na configurao dos servios definirem-se parmetros como capacidade do interface garantida (CIR) e capacidade do interface por excesso (EIR). A capacidade do interface garantida o valor que o operador garante ao seu cliente, a rede dever sempre ser capaz de disponibilizar esta largura de banda. Quanto capacidade do interface por excesso um valor que no garantido pelo operador mas que em situaes pontuais o operador poder aceitar se a rede assim o permitir. ainda frequente, associados a estes valores, definirem-se valores de dimenso dos buffers associados. Desta forma possvel obter uma largura de banda que partida seria practicamente impossvel e que mais frente iremos ver que mesmo a qualidade de servio continua a ser garantida.

Limites do Interface

Mbps

t

Limite do Interface

Limite por Excesso

Limite Garantido

Figura 28 Limites do Interface

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1.7 QoS Qualidade de Servio Tal como j foi atrs analisado vamos ter 3 bits assignados com a tarefa de enderear diferentes tipos de qualidades de servio. Teremos assim 8 classes diferentes que j atrs tivemos oportunidade de conhecer. Estas tramas com diferentes classes de servio iro ter um diferente tratamento ao chegarem a um router. As diferentes tramas iro ser encaminhadas para filas onde iro aguardar processamento. Para j e tomando como exemplo um cenrio exemplar com 8 filas ficamos ento com o cenrio apresentado em baixo.

QoS Filas de Processamento

Q0

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

Q6

Q7

Dados Canal

CoS0

CoS1

CoS2

CoS3

CoS4

CoS5

CoS6

CoS7

Figura 29 QoS - Filas de Processamento

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Como na maioria das vezes no temos cenrios ideias e temos de aprender a viver com eles vamos agora analisar uma situao em que por questes por exemplos financeiras decidimos adoptar por um switch com 4 filas de processamento ao invs de 8 como no exemplo acima apresentado. Para esta situao teremos de alguma forma partilhar espao na fila de processamento com mais do que uma classe de servio. Habitualmente possvel configurar que classes de servio iro utilizar uma determinada fila de processamento. Vamos analisar o seguinte cenrio com a seguinte distribuio de CoS por filas de processamento. Fila Q0 responsvel por processar CoS0 e CoS1. Fila Q1 responsvel por processar CoS2, CoS3 e CoS4. Fila Q2 reponsvel por processar CoS5 e CoS6. Finalmente Q3 ter a responsabilidade de processar CoS7.

QoS 4 Filas de Processamento

Q0

Q1

Q2

Q3

Dados Canal

CoS0

CoS1

CoS2

CoS3

CoS4

CoS5

CoS6

CoS7

Figura 30 QoS - 4 Filas de Processamento

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Paralelo a estas filas de processamento correm habitualmente algoritmos responsveis por fazer a escolha de tramas a serem processadas para o canal. Convm aqui referir que este conceito de filas de processamento e de classificao de trfego s faz sentido em cenrios que se saiba de antemo que iremos ter estrangulamento de canal ou seja os dados a chegarem ao switch so de uma capacidade superior capacidade do canal que se encontra a jusante. Neste cenrio faz todo sentido falarmos em classes de servio e algoritmos para processamento de trfego. Em sentido contrrio tal situao deixa de fazer sentido. De modo a servir estas filas de processamento correm algoritmos de processamento. Um deles designado por SP (Strict Priority) ou Prioridade Forada o qual funciona da seguinte forma: A fila mais importante a fila Q3 (para o ltimo exemplo apresentado) seguida pela Q2 que por sua vez seguida por Q1 e finalmente por Q0. Este algoritmo s ir servir tramas na fila Q2 s depois da fila Q3 estar vazia e por a adiante para as filas seguintes at chegar a Q0 e garantir que as restantes filas esto vazias. De relemebrar que se uma fila de ordem superior receber uma trama ter de deixar a fila onde estava a fazer processamento e dar prioridade a fila de ordem superior. Outra algoritmo disponvel o designado WFQ (Weighted Fair Queing) ou Fila de Pesos Justa. Neste algoritmo a situao passa-se de uma forma bastante mais justa. por cada fila -lhe atribuido um peso e por sua vez a razo do peso em questo pelo somatrio de todos os pesos envolvidos e fazendo o percentual de tal valor vamos ter assim a percentagem de canal que estar reservada para a fila em questo.

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WFQ - Pesos

Q0

Q1

Q2

Q3

Peso 1 = 10%

Peso 2 = 20%

Peso 3 = 30%

Peso 4 = 40%

Somatrio = 1+2+3+4 = 10

Figura 31 WFQ - Pesos

1.8 Protocolos de Roteamento Ao olharmos para uma rede SDH a garantia da chegada de um servio ao seu destino assegurada muitas vezes por recurso a proteces, quer sejam elas ao nvel de caminho como por exemplo SNCP ou mais abrangentes ao nvel da topologia de rede como por exemplo 1+1 MSP, proteco linear ou ento MS- SPRING, proteco de anel. Numa rede IP as proteces nesta forma no existem. Os pacotes de modo a chegarem ao destino tero de ser analisados pelos variados elementos de rede que tero de tomar decises quanto ao seu correcto roteamento. Uma bridge por exemplo ter de ser capaz de decidir para onde encaminhar um certo pacote. Antes da deciso de encaminhar pacotes a bridge ter de j ter passado por um processo de escolha de caminhos para atingir todos os possveis destinos. Estamos assim aqui em presena de protocolos de roteamento que passaremos a explicar de seguida.

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1.8.1 STP/ RSTP O roteamento de pacotes numa rede IP implica uma rede sem loops ou sem ciclos fechados. Numa rede onde existam loops imaginemos a situao em que uma bridge faz forwarding de um broadcast ou de um multicast. Estes pacotes iro andar em crculos indefinidamente e consoante as bridges recebam mais Macs de destino que no conheam iro fazer ainda mais broadcasts ou multicasts at atingirem o ponto de saturao da rede. Na relidade, a situao iria tender para uma situao em que qualquer pacote que entrasse na rede no teria possibilidade de ter largura de banda disponvel para ser transmitido. Chegamos ento assim a uma situao em que se torna necessrio termos uma forma capaz de evitar loops nas nossas redes. Estamos assim em presena de algoritmos de roteamento tal como STP, rvore expandida (Spanning Tree Protocol) que so responsveis precisamente por garantir topologias que no apresentem loops. O algoritmo em si bastante simples e funciona da seguinte forma: A comunicao entre bridges, para se atingir uma topologia sem loops, feita atravs de pacotes designados por BPDU (Bridge Protocol Data Unit) ou unidades de dados para protocolo bridge. Estes BPDU's vo levar informao como por exemplo o endereo MAC de cada uma das bridges existentes na rede. Inicialmente preciso escolher a chamada root bridge ou bridge raz, tal como uma rvore a sua base est na raz. Neste ponto todas as bridges acreditam que elas mesmo so as root bridges e anunciam esse facto s bridges vizinhas atravs dos ditos BPDU's. S a posteriori iro se aperceber se so de facto a root bridge ou se h uma outra bridge com um MAC melhor que o delas. A bridge com o MAC inferior ir ser assim a root bridge. A partir daqui comea o processo de eleio de uma topologia sem loops. Esta topologia ser no entanto obrigada a ser capaz de aceder todas as bridges existentes na rede. Cada uma das bridges comea assim a enviar BPDU's para as bridges vizinhas. Alguma da informao contida nestes BPDU's prende-se como j foi visto atrs com o MAC da root bridge mas tambm contm informao como por exemplo o custo de cada link. Neste tipo de protocolo de roteamento cada interface fsico tem um determinado peso. No final da cadeia de bridges as mesmas fazem uma avaliao dos diferentes pesos associados a cada caminho e os caminhos mais pesados so bloqueados, feito assim o blocking dos portos que correspondem a caminhos mais pesados tendendo assim a rede para uma topologia sem loopbacks e com o melhor acesso possvel s diferentes bridges ou seja a todos os lados da rede. Este processo acima descrito um processo contnuo. No caso de falha de um determinado link a troca de pacotes BPDU's entre as diferentes bridges vo assim obrigar a que seja rapidamente descoberta a falha e calculado prontamente um novo caminho que permita assim continuar a atingir todas as diferentes bridges instaladas na rede. Caso o link que tenha sido perdido recupere ento o porto associado comea a enviar BPDU's com melhor qualidade (pesos) que as assignadas no caminho anterior e coloca assim novamente este caminho como caminho a seguir.

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Vamos agora analisar os BPDU's que falmos em cima e que so os responsveis por toda esta troca de informao entre bridges.

STP rvore Expandida

Figura 32 STP - STP - rvore Expandida

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Formato dos BPDUs

Flags

Root Path Cost

Bridge ID

Root ID

Forward Delay

Protocol Identifier Version MessageType

Protocol Identifier Protocol IdentifierPort ID Message Age

Maximum age Hello Time

2B

2B

2B

2B

2B

2B

1B

1B

8B

8B

4B

Figura 33 Formato dos BPDU's

Os campos deste BPDU's so os seguintes: Protocol Identifier ou identificador de protocolo que est a ser utilizado Version que tem como funo identificar a verso a ser utilizada Message Type que identifica o tipo de mensagem a que corresponde este

BPDU Flags ou bandeiras que tem funes especficas em presena de RSTP Root ID onde se escreve o MAC da bridge root assim como a sua prioridade

associada Root Path Cost que representa o custo deste link para chegar bridge root Bridge ID este campo identifica a prpria Bridge assim como prioridade

associada Port ID identifica o porto em questo Message Age apresenta o tempo desde que a root bridge enviou esta

mensagem que corresponde a esta topologia em particular Maximum Age indica a idade mxima de modo a que este pacote seja

apagado

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Hello Time d-nos o tempo entre BPDUs Forward Delay representa o quanto tem de esperar as bridges antes de

fazerem uma mudana de topologia

Descrio do BPDU

Protocol Identifier ou identificador de protocolo que est a ser utilizadoVersion que tem como funo identificar a verso a ser utilizadaMessage Type que identifica o tipo de mensagem a que corresponde este BPDUFlags ou bandeiras que tem funes especficas em presena de RSTPRoot ID onde se escreve o MAC da bridge root assim como a sua prioridade associadaRoot Path Cost que representa o custo deste link para chegar bridge rootBridge ID este campo identifica a prpria Bridge assim como prioridade associadaPort ID identifica o porto em questoMessage Age apresenta o tempo desde que a root bridge enviou estamensagem que corresponde a esta topologia em particular

Maximum Age indica a idade mxima de modo a que este pacote seja apagadoHello Time d-nos o tempo entre BPDUsForward Delay representa o quanto tem de esperar as bridges antes defazerem uma mudana de topologia

Figura 34 Descrio do BPDU

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Quanto ao custo de cada link ele est directamente ligado com o tipo de interface que esteja a ser utilizado, quanto maior a largura de banda do interface menor ser o peso do link fazendo assim com que por defeito o protocolo de roteamento escolha o caminho com maior largura de banda possvel. A tabela abaixo apresenta os diferentes pesos quanto a alguns tipos diferentes de interfaces. Apresentamos aqui valores de referncia bem como possvel leque de valores a configurar.

Pesos dos Interfaces

20 a 2 000200100Gbps

200 a 20 000 2 00010Gbps

2 000 a 200 00020 0001Gbps

20 000 a 2 000 000200 000100Mbps

200 000 a 20 000 0002 000 00010Mbps

2 000 000 a 200 000 00020 000 0001 Mbps

Valores PossveisValor RecomendadoTipo de Interface

Figura 35 Pesos dos Interfaces

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Aproveitamos a oportunidade para abaixo apresentarmos um possvel cenrio.

Interfaces e Pesos

Bridge

BridgeBridge

GbE

GbE

GbE

Peso GbE de 20 000

A

B C

Figura 36 Interfaces e Pesos

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Vamos agora ver uma situao em que o peso dos links diferente.

Interfaces e Pesos GbE vs FEth

Bridge

BridgeBridge

FEth

GbE

GbE

Peso GbE de 20 000

A

B C

Peso FEth de 200 000

Custo 200 000Custo 20 000

Custo 20 000

Figura 37 Interfaces e Pesos - GbE vs FEth

No exemplo apresentado em cima a rota a ser adoptada ser a rota AB para chegar a B e a rota ABC para chegar a C j que apresenta um custo de 20 000 em comparao com 200 000 apresentado pela rota AC. mesmo representando o caminho mais curto repreenta um percurso com um custo superior. Estas situaes podem ser contornadas com a utilizao de prioridades. Quanto proridade da bridge o valor de referncia 32768 com valores possveis de 0 a 61440 mas com valores mltiplos de 4096. No caso da prioridade dos portos temos como valor de referncia 128 mas com um intervalo possvel de 0 a 240 com valores mltiplos de 16.

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Prioridades Bridge e Portos

Valor de prioridade da bridge de default 32768 e valores possveis de 0 a 61440 em mltiplos de 4096

Valor de prioridade dos portos de default 128 e valores possveis de 0 a 240 em mltiplos de 16

Figura 38 Prioridades - Bridge e portos

Para o protocolo STP as bridges envolvidas iro estar num dos seguintes estados: A aprender A inundar A envelhecer A filtrar A enviar

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Vamos agora analisar cada um dos estados. Quando uma bridge recebe uma trama esta trama ethernet tem um endereo destino e tambm um endereo origem. Pois bem, este endereo origem vai ser utilizado para a bridge aprender em que porto deve no futuro enviar uma trama com destino neste endereo Mac. Dizemos ento que a bridge est a aprender. Esta informao ser guardada numa base de dados, a tabela de endereamento.

Bridge a Aprender

Bridge

1

2

3XYDestino

Origem

Aprendi que o Mac Y est acessvel no meu porto 3!

Vou registar.

Bridge

1

Figura 39 Bridge a Aprender

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Ora se a bridge no souber onde est o Mac X ento ter de inundar os portos espera que receba resposta de um dos portos.

Bridge a Inundar

Bridge

1

2

3XYDestino

Origem

Vou agora tentar descobrir onde

est o Mac X. Vou enviar para todos

excepo de onde recebi.

Figura 40 Bridge a Inundar

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Eventualmente a bridge recebe uma resposta positiva da estao de destino X, imaginemos que a estao de destino est acessvel no porto 1. Na resposta mensagem com origem em Y a bridge vai utilizar mais um estado, a enviar.

Bridge a Enviar

Bridge

1

2

3

XY

DestinoOrigem

J sei onde est Y, envio

imediatamente para o porto 3.

Y

X

X

Figura 41 Bridge a Enviar

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Imaginemos agora uma situao em que por exemplo o porto 3 tem a estao com o Mac Y e tambm a estao com o Mac Z. Nesta situao a bridge tem a obrigao de filtar esta trama e evitar que a mesma v importunar os outros portos da bridge.

Bridge a Filtar

Bridge

1

2

3

Y e Z esto no mesmo porto, vou bloquear e evitar que passe para o

porto 1 ou 2.

Y e Z

X

ZY

Figura 42 Bridge a Filtrar

Quanto ao estado a Envelhecer este estado deriva do facto da base de dados da bridge ser finita e assim sendo h necessidade de fazer gesto do espao dsponivel. Desta forma se um determindado Mac no voltar a ser processado na bridge depois de um certo intervalo de tempo, configurvel na bridge, ento esta entrada ser apagada e da prxima vez que for recebida a bridge ter de uma vez mais fazer inundao dos portos procura do destino.

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Quanto troca de mensagens para se atingir a topologia ideal vamos ver de seguida o estado dos diferentes portos da nossa rede. Partindo do prncipio que da troca inicial de BPDU's resultou que A a root Bridge ento vamos agora analisar dois cenrios um com links todos iguais e outro com links de capacidades diferentes. Neste primeiro caso os links so todos GbE e apresentam todos um custo de 20 000 como j foi visto anteriormente. Analisemos ento o papel dos diferentes portos da bridge. Para o caso de definio de Porto No Designado consideramos neste exerccio que a bridge B envia um BPDU de qualidade superior ao da bridge C.

Papel dos Portos Cenrio 1

Bridge

BridgeBridge

GbE

GbE

GbE

Peso GbE de 20 000

A = Root Bridge

B C

Porto Designado

Porto Root

Porto No Designado

Figura 43 Papel dos Portos - Cenrio 1

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Quanto ao estado dos portos neste cenrio:

Estado dos Portos Cenrio 1

Bridge

BridgeBridge

GbE

GbE

GbE

Peso GbE de 20 000

A = Root Bridge

B C

Porto Designado

Porto Root

Porto No DesignadoA Enviar A EnviarA Enviar A Enviar

A Enviar A Enviar

A Enviar Bloqueado

A Enviar

A Enviar

A Enviar A Enviar

A Enviar

A Enviar

A Enviar

A Enviar A Enviar

A Enviar

A Enviar Bloqueado

A Enviar

A Enviar A Enviar

A Enviar

A Enviar

Figura 44 Estado dos Portos - Cenrio 1

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Analisemos agora com links de diferentes capacidades.

Papel dos Portos Cenrio 2

Bridge

BridgeBridge

FEth

GbE

GbE

Peso GbE de 20 000

A = Root Bridge

B C

Porto Designado

Porto Root


Porto No Designado

Figura 45 Papel dos Portos - Cenrio 2

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Analisemos agora o estado dos portos para este segundo cenrio:

Estado dos Portos Cenrio 2

Bridge

BridgeBridge

FEth

GbE

GbE

Peso GbE de 20 000

A = Root Bridge

B C

Porto Designado

Porto Root


Porto No Designado

Bloqueado

A Enviar

A Enviar

A Enviar

A Enviar

A Enviar

Figura 46 Estado dos Portos - Cenrio 2

As bridges envolvidas iro enviar BPDU's depois de receberem e isto pode levar algum tempo at que uma determinada topologia se aperceba que um dos links foi perdido e que necessrio fazer uma mudana de topologia. De modo a abreviar o cenrio de mudana de topologia foi criado ento uma evoluo ao algoritmo STP que o RSTP ou algoritmo rpido de rvore expandida em Ingls Rapid Spanning Tree Protocol. Neste tipo de algoritmo foi acrescentado alguns estados novos para os Portos. Por exemplo quando uma bridge est a receber BPDU's de vrias bridges um deles ter o melhor BPDU e ser assim chamado de Porto Root, os restantes sero designados de Portos Alternativos. Se esta situao se passar mas com origem na mesma bridge ento o nome dado ser de Porto de Backup.

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Alguns exemplos so apresentados em baixo.

Papel dos Portos RSTP Cenrio 1

Bridge

BridgeBridge

GbE

GbE

GbE

Peso GbE de 20 000

A = Root Bridge

B C

Porto Designado

Porto Root

Porto Alternativo

Figura 47 Papel dos Portos RSTP - Cenrio 1

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Papel dos Portos RSTP Cenrio 2

Bridge

BridgeBridge

GbE

GbE

GbE

Peso GbE de 20 000

A = Root Bridge

B C

Porto Designado

Porto Root

Porto Alternativo

Porto de Backup

Figura 48 Papel dos Portos RSTP - Cenrio 2

Teremos assim este protocolo de roteamento a mais rapidamente avanar para uma mudana de topologia em caso de necessidade. Assim ao contrrio do que se passava com STP que s enviava BPDU's depois de os receber aqui o cenrio passa-se de forma diferente. A bridge ir ser capaz de enviar informao mesmo sem ter recebido da bridge anterior e no entanto vai esperar at que tenha falhado 3 BPDU's para assim dar incio a uma mudana de topologia. Assim sendo os tempos de convergncia diminuem e tornam a topologia e o protocolo mais eficientes.

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1.9 Possveis Interfaces Fsicos O trfego ethernet comoo temos visto at agora pode apresentar diferentes suportes fsicos, por exemplo podemos ter um suporte elctrico ou um suporte ptico. Vou ento de seguida apresentar as diferentes possibilidades.

1.9.1 10M Este interface conhecido por interface Ethernet e tambm habitualmente designado de 10BaseT. 10 devido sua capacidade de transmisso ou seja 10Mbps e T porque se trata de uma soluo que tem como suporte fsico um UTP ou unshilded twisted pair ou um par entrelaado sem blindagem. Este interface tem como conector o habitual RJ45 e quanto ao cabo utiliza pelo menos um cabo de classe CAT3. Actualmente temos classes de cabo acima de CAT5 que nos permite melhores performaces quanto a erros, dbitos binrios e distncias alcanadas. Quanto ao cdigo utilizado estamos em presena de um interface que utiliza a codificao Manchester. Alcance mximo de 100 metros.

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Interface Ethernet 10BaseT

Dbito mximo de 10Mbps Soluo par entrelaado (Twisted pair) Cabo classe CAT3 ou superior Conectores RJ45 Alcance mximo 100 metros Cdigo Manchester

Figura 49 Interface Ethernet 10BaseT

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1.9.2 100M Este interface conhecido por interface Fast Ethernet e tambm habitualmente designado de 100BaseTX ou ento 100BaseFX. 100 devido sua capacidade de transmisso ou seja 100Mbps e T porque se trata de uma soluo que tem como suporte fsico um UTP ou unshilded twisted pair ou um par entrelaado sem blindagem. Quanto ao F, esta soluo refere-se a uma soluo j com suporte ptico melhorando assim o desempenho do link em questo e melhorando largamente quanto a alcance conseguido. Este interface T em tudo idntico ao j visto anteriormente para o caso de 10BaseT, tem como conector o habitual RJ45 e quanto ao cabo utiliza pelo menos um cabo de classe CAT5. Actualmente temos classes de cabo acima de CAT5 que nos permite melhores performaces quanto a erros, dbitos binrios e distncias alcanadas. Quanto ao cdigo utilizado estamos em presena de um interface que utiliza a codificao 4b/5b que na realidade indica que cada 4 bits de informao sero transmitidos sobre 5 bits codificados. O interface ptico tem como suporte fsico uma fibra ptica multi modo que habitualmente toma valores como 62,5/125. Este suporte fsico ir permitir valores de alcance na ordem dos 2000m. Quanto a conectores estamos em presena de tpicamente conectores SC ou ST.

Interface Ethernet 100BaseTx 100BaseFx

100BaseTx suporte cabo elctrico 100BaseFx suporte cabo ptico

Figura 50 Interface Ethernet 100BaseTx 100BaseFx

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Interface FastEthernet 100BaseTx

Dbito mximo de 100Mbps Soluo par entrelaado (Twisted pair) Cabo classe CAT5 ou superior Conectores RJ45 Alcance mximo 100 metros Cdigo 4b/5b

Figura 51 Interface FastEthernet 100BaseT

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Interface FastEthernet 100BaseFx

Dbito mximo de 100Mbps Soluo cabo ptico multi modo (62,5/125) Conectores tipo SC ou ST Alcance mximo de 2000 metros Cdigo 4b/5b

Figura 52 Interface FastEthernet 100BaseFx

1.9.3 1G Este interface conhecido por interface Gigabit Ethernet e tambm habitualmente designado de 1000BaseX. 1000 devido sua capacidade de transmisso ou seja 1000Mbps ou GbE e x porque se trata de uma soluo que pode ter como suporte diferentes solues com cabos pticos e uma soluo elctrica tambm se encontra disponvel. As solues pticas so resumidamente a 1000BaseLx que corresponde a uma soluo para longo alcance ou long-haul e a soluo 1000BaseSx que corresponde assim a curto alcance ou short haul. A soluo ptica est a carga da 1000BaseT que assenta uma vez mais no cabo ethernet. Este interface T em tudo idntico ao j visto anteriormente para o caso de 10BaseT, tem como conector o habitual RJ45 e quanto ao cabo utiliza pelo menos um cabo de classe CAT5e. Quanto ao cdigo utilizado estamos em presena de um interface que utiliza a codificao PAM5. Para os interfaces pticos e para o caso do interface de longo alcance estamos em presena de solues com cabo mono modo (9/125) no entanto tambm podemos ter suportes com cabo multi modo (62,5/125 ou 50/125).

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O mximo alcance permitido de 5000 metros. Quanto a conector utilizado habitualmente o SC. A codificao est a cargo de um cdigo onde 8 bits de informao so codificados em 10 bits de cdigo a ser transmitido.

Interface Gigabit Ethernet 1000BaseX

1000BaseLx suporte cabo ptico para longo alcance 1000BaseSx suporte cabo ptico para curto alcance 1000BaseT suporte cabo elctrico

Figura 53 Interface Ethernet 1000BaseX

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Interface Gigabit Ethernet 1000BaseT

Dbito mximo de 1000Mbps Soluo par entrelaado (Twisted pair) Cabo classe CAT5e Conectores RJ45 Alcance mximo 100 metros Cdigo PAM5

Figura 54 Interface Gigabit Ethernet 1000BaseT

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O interface ptico tem como suporte fsico uma fibra ptica multi modo que habitualmente toma valores como 62,5/125. Este suporte fsico ir permitir valores de alcance na ordem dos 2000m. Quanto a conectores estamos em presena de tpicamente conectores SC ou ST.

Interface Gigabit Ethernet 1000BaseLx/Sx

Dbito mximo de 1000Mbps Soluo cabo ptico multi modo (62,5/125 ou 50/125)

para interface Lx frequente o uso tambm de 9/125. Conectores tipo SC Alcance mximo de 5000 metros para aplicao Sx Cdigo 8b/10b

Figura 55 Interface Gigabit Ethernet 1000BaseLx/Sx

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1.9.4 10G Este interface conhecido como interface 10 Gigabit Ethernet e assenta em dois tipos diferentes de suporte tal como o interface anteriormente visto. Cada vez mais os fabricantes procuram solues com maior largura de banda disponvel obrigando assim a um acrscimo de pedidos de standardizao cada vez maiores. Para este interface vamos ter suportes elctricos 10GBaseT e vamos ter tambm diferentes suportes pticos com diferentes variantes de modo a permitir ter alcances cada vez maiores. Alguns exemplos so 10GBaseLR, 10GBaseER e 10GBaseR.

Interface 10Gigabit Ethernet 10GBaseX

10GBaseLR e 10GBaseER suporte cabo ptico para longo alcance

10GBaseR suporte cabo ptico para curto alcance 10GBaseT suporte cabo elctrico

Figura 56 Interface 10Gigabit Ethernet 10GBaseX

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Para o interface 10GBaseT estamos em presena de uma soluo bastante econmica mas com um alcance bastante pequeno, idntico ao dos interfaces elctricos anteriormente visto, 100 metros. Utiliza um cabo elctrico CAT6A de par entrelaado e interfaces RJ45.

Interface 10Gigabit Ethernet 10GBaseT

Dbito mximo de 10GMbps Soluo par entrelaado (Twisted pair) Cabo classe CAT6A Conectores RJ45 Alcance mximo 100 metros

Figura 57 Interface 10Gigabit Ethernet 10GBaseT

Quanto s solues pticas vamos aqui apresentar 3. 10GBaseR que pode ter suporte de fibra mono modo ou de fibra multi modo e

com um alcance mximo de 300 metros. 10GBaseLR tem suporte de fibra mono modo com um alcance bastante mais

alargado, tpicamente 10Km mas que pode com certa facilidade atingir 25Km. O cdigo utilizado utiliza 64 bits de informao para os codificar em 66bits de cdigo a ser transmitido na janela dos 1310nm.

10GbaseER que uma vez mais utiliza a fibra mono modo como suporte mas desta vez com alcances de 40Km. A codificao igual vista no interface anterior com 64 bits de dados a serem convertidos em 66 bits de cdigo. A janela de transmisso a de 1550 nm.

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Interface 10GBaseR/ XR

10GBaseR - Fibra mono modo ou fibra multi modo e com um alcance mximo de 300 metros.

10GBaseLR - Fibra mono modo com um alcance tpicamente 10Km mas que pode atingir 25Km. O cdigo 64b/66b, 1310nm.

10GbaseER - Fibra mono modo, alcances mximos de 40Km. Codificao 64b/66b. 1550 nm.

Figura 58 Inteface 10GBaseR/ XR

1.10 Cenrios Toda a componente terica envolvente do encapsulamento de trfego ethernet numa rede SDH fica assim analisada at este momento. A partir de agora vamos ter especial ateno aos cenrios de como se pode utilizar esta tcnica. At agora falamos da possibilidade de concatenar contentores VC's em grupos de n contentores. Alguns valores de referncia so os apresentados abaixo: VC12-nV onde n pode variar de 1 a 46 ou 47 dependendo de fabricante VC3-nV com n a variar entre1 e 2 VC4-nV com n a tomar valores de 1 a 7 ou 8 dependendo uma vez mais do

fabricante

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Valores de referncia para Concatenao

VC12-nV n entre 1 e 46 ou 47

VC4

VC3

VC12

VC3-nV n 1 ou 2

VC4-nV n entre 1 e 7 ou 8

Figura 59 Valores de referncia para Concatenao

Se a esta possibilidade de concatenarmos contentores para obtermos uma maior largura de banda esta largura de banda tem de existir na rede. Por outras palavras temos de ter time slots ou intervalos de tempo na nossa trama STM-N com capacidade para albergar estes contentores. Neste momento vamos ter duas hipteses: O roteamento do trfego feito de tal forma que todos os contentores iro

ocupar sempre o mesmo caminho sendo transmitidos como um todo. Ideal para situaes em que o delay dos diferentes contentores constituintes do nosso VC concatenado primordial. O delay ou atraso de contentores pode no ser problemtico mas a acontecer dever afectar todos os VC's ao mesmo tempo.

ou ento O roteamento de trfego vai ser feito de modo a separar os VC's constituintes.

Esta uma situao muito prtica por exemplo em redes onde a capacidade existente no muita, tornando-se assim importante utilizar cada time slot de uma forma bastante racional. A isto vamos chamar de diversidade de caminho.

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71

Roteamento Directo ou com Diversidade de Caminho

Directo

Diversidade de Caminho

Figura 60 Roteamento - Directo ou com Diversidade de Caminho

Neste ltimo caso para a diversidade de caminho convm referir alguns detalhes. extremamente prtico em redes onde por falta de espao disponvel faz todo o sentido fazer o rotemaneto com diversidade de caminho para mesmo assim sem se ter a capacidade total requerida ser-se capaz com links diversos atingir a capacidade desejada. Esta soluo aplicada assim de forma isolada pode ser no entanto um pouco problemtica. no caso de um dos links ser perdido todo o trfego ser afectado. Esta uma situao desagradvel que dever ser sempre evitada de modo a manter algum nvel de tenacidade ao nosso servio. No esquecer que SDH conhecido por ter caminhos protegidos enquanto ethernet conhecido por ter capacidade de recuperar o sinal em caso de falhas. Aqui vamos ter de encontrar uma soluo no muito afastada da rede SDH e nem muito afastada da rede ethernet.

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Perda de um Link Perda de Capacidade Total

Diversidade de CaminhoExemplo VC12-3V

Trfego Perdido

VC12

VC12

VC12

Figura 61 Perda de um Link - Perda de Capacidade Total

Pois bem, de modo a colmatar esta pequena fragilidade da diversidade de caminho frequente utilizar-se uma tcnica designada de LCAS Esquema de Ajuste da Capacidade da Ligao ou em ingls Link Capacity Adjustment Scheme. Este LCAS ir ser capaz de gerir os diferentes ligaes entre origem e destino. No caso de falha de um dos links envolvidos ir ser responsvel por sanar a perda de informao no link que foi perdido e encaminhar s nos caminhos ainda em funcionamento. Como se pode desde j imaginar uma situao de falha ir obrigar a uma reduo da largura de banda disponvel. O servio est mais lento mas na realidade ainda est a ser disponibilizado ao cliente ao contrrio do que acontecia na situao anterior.

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Perda de Link - LCAS

Diversidade de Caminho

Exemplo VC12-3V

Trfego com Capacidade ReduzidaVC12

VC12

VC12

LCAS LCAS

Figura 62 Perda de Link - LCAS

Vamos agora analisar os trs cenrios tipo que podemos encontrar:

1.10.1 Ponto a Ponto Este talvez seja o cenrio mais frequente que se pode encontrar. Pode ser visto como uma cpia de um servio numa rede SDH. O sinal ir ter origem num ponto e ser roteado atravs de cross connections at ao destino. Neste cenrio diferentes capacidades podem ser utilizados tendo por base qualquer dos diferentes contentores vistos anteriormente.

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Um possvel servio para este cenrio pode ser por exemplo a situao em que um determinado cliente necessite de enviar uma extenso de um segmento de LAN para uma localizao geogrfica em que do ponto de vista econmico no se justificaria enviar por ethernet. assim feito o encapsulamento deste sinal ethernet e depois retirado da rede SDH para continuar com a rede ethernet. Atentemos no exemplo apresentado:

Cenrio Ponto a Ponto

LAN

Rede SDHRede SDH

Carta Ethernet

Carta Ethernet

LAN

VCs

VCs

Figura 63 Cenrio Ponto a Ponto

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1.10.2 Ponto a Multiponto Neste tipo de cenrio o sinal tem origem num determinado ponto e como destino vrios pontos em simultneo. Um exemplo para este tipo de servio pode ser por exemplo oo sistema de Vdeo a pedido VoD ou Video on Demand. Nesta situao estamos a falar de um cenrio onde a origem de sinal pode ser um servidor que se encarrega de fazer video streamming para os diferentes clientes.

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Cenrio Ponto a Multiponto

LAN

Rede SDHRede SDH

Carta Ethernet

Carta Ethernet

LAN

VCs

VCs

Carta Ethernet

LAN

VCs

Figura 64 Cenrio Ponto a Multiponto

Ethernet Sobre SDH


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1.10.3 Multi Ponto a Multi Ponto Neste ltimo cenrio estamos em presena de uma situao em que de vrios stios de uma rede podemos ter acesso a diferentes tipos de contedo. Aqui nesta situao j no podemos falr de um s ponto de origem mas sim de vrios e de igual forma tambm no podemos de um s ponto de destino mas sim de vrios. Um exemplo tpico pode ser o caso de um equipamento de camada 2 (layer 2) distribudo por vrios locais. O cenrio que vamos apresentar passa por imaginar uma companhia com escritrios em diferentes locais geogrficos e com pessoas que se movem e que por isso podem ter necessidade de aceder contedos em diferentes locais ao mesmo tempo.

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Atentemos na imagem a seguir:

Cenrio Multiponto a Multiponto

LAN

Rede SDHRede SDH

Carta Ethernet

Carta Ethernet

LAN

VCs

VCsCarta Ethernet

LAN

LAN

Carta Ethernet

Figura 65 Cenrio Multiponto a Multiponto

Este ltimo cenrio frequente ser visto com a ajuda de VLAN's onde como foi visto no incio do curso iro permitir um isolamento entre os diferentes utilizadores da rede e proventura at adicionar permisses aos diferentes utilizadores.

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Ethernet Sobre SDH


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2 Glossrio

Ethernet Sobre SDH


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A

ATM Mdulo de Transferncia Assncrono

(Asynchronous Transfer Module)

B

BER Taxa de Erros

(Bit Error Rate)

BPDU Unidade de Dados de Protocolo da Bridge

(Bridge Protocol Data Unit)

BPS Bits por Segundo

(Bits Per Second)

C

CFI Identificador de Formato Cannico

(Canonical Format Identifier)

cHEC Controlo de Erros no Cabealho Header

(Core Header Error Control)

CIR Taxa de Informao Garantida

(Commited Information Rate)

CoS Classe de Servio

(Class of Service)

CRC Verificao Cclica de Redundncia

(Cyclic Redundancy Check)

Ethernet Sobre SDH


82

CSF Trama de Sinalizao de Cliente

(Client Signal Frame)

CSMA-CD Deteco de Canal Acesso Mltiplo Deteco de Colises

(Carrier Sense Multiple Access - Collision Detection)

C-VLAN VLAN de Cliente

(Client VLAN)

D

DCC Canal de Cumunicao de Dados

( Data Communication Channel)

DCN Rede de Comunicao de Dados

(Data Communication Network)

DHCP Protocolo de Configurao Dinmica de Receptor

(Dynamic Host Configuration Protocol)

E

eHEC Controlo de Erros no Cabealho Extension

(Extension Header Error Control)

EIR Taxa de Informao em Excesso

(Excess Information Rate)

EoS Ethernet Sobre SDH

(Excess Information Rate)

Eth Ethernet

(Ethernet)

EXI Indicador do Cabealho de Extenso

(Extension Header Indicator)

Ethernet Sobre SDH


83

F

FAS Sinal de Alinhamento de Trama

(Frame Alignment Signal)

FCS Controlo de Erros de Trama

(Frame Check Sequence)

FE Fast Ethernet

(Fast Ethernet)

G

Gbe Giga Bit Ethernet

(Giga Bit Ethernet)

GBPS Giga Bits por Segundo

(Giga Bits per Second)

GFP Procedimento Genrico de Trama

(Generic Frame Procedure)

H

HDLC Controlo do Link de Dados de Alto-Nvel

(High-Level Data Link Control)

Hz Hertz

(Hertz)

I

ICMP Protocolo de Controlo de Mensagem de Internet

(Internet Control Message Protocol)

IEEE Instituto dos Engenheiros de Electricidade e Electrnica

(Institute of Electrical and Electronic Engineers)

Ethernet Sobre SDH


84

IP Protocolo de Internet

(Internet Protocol)

ISO Organizao Internacional para a Standardizao

(International Organization for Standardization)

ITU-T Unio Internacional de Telecomunicaes

(International Telecommunication Union)

J

K

KBPS Kilo Bits Por Segundo

(Kilo Bits Per Second)

Km Kilometro

(Kilometer)

L

LAN Rede de rea Local

(Local Area Network)

LAPD Protocolo de Acesso ao Link-D

(Link Access Protocol-D)

LCAS Esquema de Ajuste da Capacidade do Link

(Link Capacity Adjustment Scheme)

LLC Controlo de Link Lgico

(Logical Link Control)

Ethernet Sobre SDH


85

M

MAC Controlo de Acesso ao Meio

(Media Access Control)

MBPS Mega Bits por Segundo

(Mega Bits per Second)

MSOH Cabealho da Seco Multiplexadora

(Multiplexing Section Overhead)

MSP Proteco da Seco de Multiplexagem

(Multiplex Section Protection)

MS-SPRING Seco de Multiplexagem-Anel de Proteco Partilhada

(Multiplex Section-Shared Protection Ring)

N

NSAP Ponto de Acesso ao Servio de Rede

(Network Service Access Point)

O

OH Cabealho

(OverHead)

OSI Interligaes de Sistemas Abertos

(Open Systems Interconnections)

OSPF Caminho Mais Curto Aberto Primeiro

(Open Short Path First)

P

PABX Comutador Privado Automtico

(Private Automatic Branch Exchange)

Ethernet Sobre SDH


86

PCM Modulao por Codificao de Pulsos

(Pulse Code Modulation)

PDH Hierarquia digital Plesiocrona

(Plesiochronous Digital Hierarchy)

PDU Unidade de Dados do Protocolo

(Protocol Data Unit)

pFCS Controlo de Erros na Trama de Carga

(Payload Frame Check Sequence)

PLI Indicador de Tamanho do PDU

(PDU Lenght Indicator)

PPP Protocolo Ponto a Ponto

(Point to Point Protocol)

PTI Indicador do Tipo de Carga

(Payload Type Indicator)

Q

QoS Qualidade de Servio

( Quality of Service)

Qx Fila x

(Queue x)

R

RIP Protocolo de Informao de Routing

(Routing Information Protocol)

RSTP Protocolo de rvore Expandida Rpido

(Rapid Spanning Tree Protocol)

Ethernet Sobre SDH


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RSOH Cabealho da Seco Regeneradora

(Regenerator Section Overhead)

S

SC Conector Quadrado

(Square Connector)

SDH Hierarquia digital Sncrona

(Synchronous Digital Hierarchy)

SNCP Proteco de Ligao da Sub Rede

(Sub Network Connection Protection)

SNMP Protocolo de Gesto de Rede Simples

(Simple Network Management Protocol)

SP Prioridade Estrita

(Strict Priority)

ST Ponta Direita

(Straight Tip)

STM Mdulo de Transporte Sncrono

(Synchronous Transport Module)

STP Protocolo de rvore Expandida

(Spanning Tree Protocol)

S-VLAN VLAN de Servio

(Service VLAN)

T

TCP Protocolo de Controlo de Transmisso

(Transmission Control Protocol)

Ethernet Sobre SDH


88

tHEC Controlo de Erros no Cabealho Type

(Type Header Error Control)

TPID Bandeira Identificadora de Protocolo

(Tag Protocol Identifier)

U

UDP Protocolo de Datagrama de Utilizador

(User Datagram Protocol)

UPI Indicador de Carga do Utilizador

(User Payload Indicator)

UTP Par Entrelaado sem Malha

(Unshilded Twisted Pair)

V

VC Contentor Virtual

(Virtual Container)

VLAN LAN Virtual

(Virtual LAN)

VoD Video a Pedido

(Video on Demand)

W

WFQ Fila de Pesos Justa

(Weighted Fair Queing)

X

Ethernet Sobre SDH


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Y

Z

Ethernet Sobre SDH


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Ethernet Sobre SDH


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Documents

POT16 Ethernet Sobre SDH 2011 02 07 Final