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1.1 – Definição de redes de
telecomunicações
Redes de Telecomunicações: conjunto de elementos interligados
entre si para suporte à comunicação fiável entre utilizadores remotos
Redes de Telecomunicações:
Conjunto de elementos interligados entre si para
suporte à comunicação fiável entre utilizadores remotos
* Meios de transmissão usados no transporte da informação terminais<->rede
* Elementos encaminhadores da informação na rede, podem pertencer a
rede de acesso
=> Pode ser considerado como parte do ramo da
comutação
1.2 – Critérios de qualidade em redes
de telecomunicações
1.3 – Normalização em
telecomunicações
2.1 – Introdução
• Objectivo dos sinais de telecomunicações:
– transporte fiável de informação desde da fonte até ao
respectivo destino
• Evolução das telecomunicações:
– Cenário do início:
• Transmissão de sinal de telegrafo em linha de comprimento
máximo de16Km
– Samuel Morse, 1838
– Cenário actual:
• Cobertura universal: internet
• Suporte a diversos serviços: Telefone, Rádio, TV, dados
• Suporte a diversos formatos de dados multimédia
2.1 – Introdução
• Sinergias entre Serviços de Telecomunicações +
Informática:
– Engenheiros de telecomunicações devem ter
conhecimentos de:
• Ciências da computação:
– Para configuração de elementos de redes e serviços de
telecomunicações
– Engenheiros informáticos devem ter conhecimentos de:
• Comunicações eléctricas/ópticas à distância:
– Estado de arte, possibilidades e limitações.
– Telecomunicações:
• Passado: eram geridas por mecânicos
• Actualmente: são geridas por informáticos
2.2 – Informação, Mensagens e Sinais
• Informação:
– Corresponde aos dados a transmitir entre os utilizadores
• Mensagem:
– Corresponde aos dados a transmitir entre os utilizadores +
informação de controlo da rede
– O sistema de comunicação tem como objectivo conseguir
reproduzir no destino uma cópia “compreensível” da
mensagem original
• Sinal:
– Formato com que mensagem é transmitida no meio de
transmissão
• Ex. eléctricos ou ópticos
Pacote
(n) PDU
Dados
(n) SDU
Cabeçalho
(n) PCI
PCI: Protocol Ctrl Info
SDU: Service Data Unit
PDU: Packet Data Unit
Pacote  Mensagem
2.2 – Informação, Mensagens e Sinais
• Tipos de sinais:
– Analógicos: grandeza física que varia suave e
continuamente no tempo
– Digitais: sequência ordenada de símbolos com valores
discretos/finitos
Sinais Digitais => melhor qualidade de
transmissão, porque facilitam a reconstituição do
sinal original
Sinais Analógicos => melhor qualidade de reprodução
porque tomam uma infinidade de valores, que correspondem
aos sons emitidos/ouvidos pelas pessoas
2.4 – Sinais de comunicação
• Sistema de comunicação deve possibilitar uma
transmissão com boa qualidade do sinal a transmitir:
– Devem ser usados os seguintes recursos apropriados às
características do sinal a transmitir:
• Banda de frequência
• Meio de transmissão
– Todos meios de transmissão afectam os sinais de forma
própria:
• + qualidade => usar fibra óptica
– Para que receptor consiga reconstruir e compreender o sinal
original este terá que ser recebido com um valor “mínimo”
de qualidade, em função dos requisitos de QoS da
respectiva aplicação:
• Taxa de erros mínima
• Taxa de perdas mínima
• Ritmo de Transmissão constante
2.5 – Limitações aos sinais de
comunicação
– Limitações aos sinais de comunicação
• Problemas tecnológicos:
– Disponibilidade de hardware, ex. ritmos suportados
– Factores económicos, ex. fibra óptica é mais cara
• Limitações físicas fundamentais:
– Ditadas pelas leis da natureza, ex. atenuação
» ex. fibra tem menor atenuação
– Frequências/Largura de Banda de alguns serviços:
• Voz – 300 Hz a 4.3 KHz
• Música de alta fidelidade – 20Hz a 20KHz
• Televisão – 5 MHz
2.6 – Largura de banda dos sinais
• Conceito aplicado quer aos sinais como aos
sistemas de transmissão:
– Maior largura de banda:
• Capacidade de sinal variar rapidamente no tempo
• Capacidade de sistema de comunicação conseguir
acompanhar as variações do sinal de entrada
– + Variação => + Largura de Banda => conseguir transportar
mais informação
2.7 – Modulação e Codificação de
sinais
• O Transmissor efectua duas operações extremamente
importantes para uma transmissão rentável e fiável:
– Modulação => gerar sinal analógico via modems
– Codificação de linha => gerar sinal digital via codec (codificador
/descodificador)
• Técnicas de Modulação:
– Envolve duas formas de onda:
• Sinal modulador:
– Transporta a informação da Fonte para o Destino (utilizadores)
– O modulador altera sistematicamente a portadora de acordo com as sua forma
(variações)
• Sinal de onda Portadora:
– Onda transportadora do sinal com a informação dos utilizadores
2.7 – Modulação e Codificação de
sinais
– Onda Portadora:
• Sinal transmitido em modo mais apropriado ao meio de
transmissão (sinal modulado):
– Modulação: processo de codificar mensagens sobre um sinal portador
com uma determinada frequência
» Mistura sinal c informação do utilizador + sinal de portadora c
frequência apropriada para o canal de comunicação
– Deve-se transmitir o sinal modulado com uma frequência da
portadora apropriada (do espectro) para o serviço transportado
» Ex. + Velocidade de Transmissão => + Frequência (+ Atenuação)
• Vantagens:
– Maior imunidade contra interferências
– Menor atenuação do sinal => cobrir maiores distâncias
2.7 – Modulação e Codificação de
sinais
– A modulação deve ter operação inversa no Receptor:
• Desmodulação
– Sinal também pode ser transmitido sem modulação:
• Transmissão em banda base
• Não possibilita multiplexação de vários sinais no mesmo
canal
2.8 – Modulação de sinais
• Modulação para Multiplexagem
– Combinação de vários sinais para transmissão
simultânea pelo mesmo canal
• FDM: Multiplexação na Frequência (Frequency Division Multiplexing)
• TDM: Multiplexação no Tempo (Time Division Multiplexing)
• WDM: Multiplexação no comprimento de onda
(Wavelength Division Multiplexing)
– No receptor as amostras de sinais diferentes têm ser
separadas para reconstituir cada sinal original
– Multiplexagem permite aumentar o rendimento das
comunicações
• Aumentar ao máximo a capacidade de transmissão do canal
físico disponível
2.9 – Codificação de sinais
• A codificação é uma operação de processamento do símbolo
– Transforma uma mensagem analógica ou digital num sinal digital
• Se mensagem for analógica => ser 1º convertida para Digital antes da
conversão (ex. PCM)
– Destina-se a melhorar a comunicação quando o sinal é digital e
pode ser representada por símbolos discretos
* Exemplo: codificação NRZL (Non-return to Zero Level)
• Forma +simples de codificação consiste em associar um nível de tensão a
cada bit: “1”: +5V e “0”: -5V => + energia do que usar 0V
– A descodificação obtém a mensagem original
– Codificação pode também ser usada para controlo de erros.
3.1 – Redes de Comutação Tradicionais
• Rede Tradicional/“Não Inteligente”
– Configuração de novo serviço na rede:
• Necessário carregar SW do serviço (SW_S) em todos os
comutadores
– Exemplo de serviço: Pré-Pago
• Tarefa mais complexa e com risco de perturbação do
funcionamento dos comutadores e rede
Sinalização
Dados + Sinalização
Rede de Acesso
Comutador Comutador
SW_S SW_S
Garante a
conectividade entre
os terminais e a rede
de comutadores
(geral/ não têm
Garante o
encaminhamento das
mensagens dos
utilizadores entre as
redes de acesso, onde
se encontram os
respectivos terminais
(geral/ têm caminhos
alternativos)
3.2 – Redes de Comutação
“Inteligentes”
• Rede “Inteligente” / IN: Intelligent Network:
– Configuração de novo serviço na rede:
• SW do serviço carregado em plataforma própria (IN:
Intelligent Network) que é invocada pelos clientes do serviço
via Comutadores
• +Facilidade/rapidez & menor custo no desenvolvimento de
novos serviços
• Menor impacto no funcionamento da rede
Sinalização
Dados + Sinalização
Rede de Acesso
Comutador Comutador
SW_S
IN
Serviço A
Serviços A,B,C
Diferentes redes
de acesso, transporte e comutação
Controlo
Conectividade
P
L
M
N
2G/3G
/4G
P
S
T
N
R
E
D
E
D
A
D
O
S
P
L
M
N
3G
P
S
T
N
R
E
D
E
D
A
D
O
S
Arquitetura Tradicional:
1 Serviço/1 Rede (monolítica)
Arquitetura de Nova Geração (NGN):
n Serviços / 1 Rede (por camadas)
Serviço B Serviço C
Uma única rede multi-serviços
2G
3.3 – Redes de Nova Geração (NGN)
• Arquitetura que facilita convergência de redes e
serviços
– Acesso aos mesmos serviços em diferentes redes de
acesso
– Serviços: voz, vídeo e dados/internet (3Play) +
mobilidade (4Play)
3.3 – Redes de Nova Geração
Celular
Tradicional/Passado:
Rede/Serviço
Serviços
PSTN Dado
s
IP
CATV
Conteúdos
Presente/Futuro:
Rede/Multi-Serviços
Rede
Backbone
Acesso
Wireless
Acesso
Cobre
Acesso
Cabo ou Fibra Opt
Controlo
Conteúdos
de Serviços
Outras
Redes
MGW
PSTN: Public Switched Telephone Network
MGW: Media Gateway
3.3 – Redes de Nova Geração
• Do ponto de vista dos utilizadores, as NGN procuram
satisfazer os seguintes principais objectivos:
– Acesso a novos serviços IP multimédia:
• para o estabelecimento de comunicações inter-pessoais
• acesso a serviços com conteúdos em diversos formatos multimédia
– garantia de QoS, em conformidade c requisitos de serviço
» controlar a localização e os recursos da rede disponíveis
• de modo mais personalizado e com um maior controlo dos utilizadores
– Independência de acesso e convergência fixo-móvel:
• o acesso aos diversos serviços poderá ser feito de forma transparente de
diferentes:
– terminais
– localizações (roaming)
– redes com diferentes tecnologias de acessos, tais como: GSM/UMTS/LTE
(celulares), WLAN e rede fixa GSM: Global System for Mobile communications
LTE: Long Term Evolution
3.3 – Redes de Nova Geração
• Do ponto de vista dos operadores, as NGN procuram
satisfazer os seguintes principais objetivos:
– Maior facilidade de desenvolvimento de novos serviços e
gestão da rede
• A NGN baseia-se no conceito de arquitetura de camadas horizontais
reforçado com a possibilidade de reutilização de funções de controlo
comuns da rede, ex. arquitectura IMS: IP Multimedia Subsytem
– Arquitectura caracterizada pelo acesso aos seus serviços estar sujeito a um
conjunto de “regras” comuns, tais como:
» controlo por elementos de rede comuns, ex. CSCF em IMS
(Call Session Control Function)
» utilização de protocolo comum, ex. SIP (Session Initiation Protocol)
– possibilitar a reutilização em diferentes serviços das mesmas funções de
controlo da rede, tais como: aprovisionamento, taxação,
Operação&Manutenção (O&M) e permissores de serviços.
• Vantagem relativa/ ao cenário tradicional (pré-NGN) em que existe a
necessidade de desenvolvimento de raiz da maioria dos serviços
3.3 – Redes de Nova Geração
Redes NGN: Um novo conceito estrutural:
NGN
Redes de
Nova
Geração
Arquitectura
convergente
com forte
interacção
de cliente
Rede
multi-serviço
(todos os serviços
sobre o mesmo
acesso)
Rede
multi-acesso
(o mesmo serviço
sobre múltiplos
acessos)
Ambiente
flexível de
disponibilização
de novos
serviços
Rede “all IP”
orientada para
comutação de
pacotes Separação
de funções
por camadas
com interfaces
abertos
(controlo)
Principais características de NGN:
Arquitectura
Serviços Tecnologia
NGN
Incentivos para NGN:
4.1 – Introdução
• Meio de transmissão cobre:
– Mais económico
– Fácil instalação
– Menor imunidade a interferência
– Maior atenuação de sinal => menor espaçamento entre
repetidores
– Velocidades médias/elevadas de transmissão em distâncias
curtas
– Aplicações:
• Inicialmente: telefone tradicional (voz)
• Actualmemente: xDSL (xDigital Subscriber Line) para suporte a
3Play (Telefone fixo, Internet e TV):
– Transmissão de dados em linhas telefónicas tradicionais
– Utilização de modems específicos para suporte de 3 canais:
1. Downstream (Rede -> Utilizador),
2. Upstream (Utilizador -> Rede)
3. Telefone/voz
4.2 – Redes Telefónicas
• Rede Telefónica Tradicional (POTS: Plain Old Telephone Line)
Rede de
Acesso
Comutação
Digital
Transmissã
o
Digital
Transmissã
o
Analógica
4.3 – Arquitectura das redes
telefónicas
• Rede de acesso telefónico analógico:
POTS: Plain Old Telephone Line (linha telefónica analógica)
Acessos de linhas analógicas usam 1 par de fios de cobre, com FDM ou TDM para suporte da comunicação
bi-direccional
Acesso
analógic
o
CD:
UR:
Central/
Comutador
4.3 – Arquitectura das redes
telefónicas
• Redes de acesso digital (RDIS: Rede Digital c Integração de
Serviços):
PPCA: Posto Privado de Comutação Automática
POTS: Plain Old Telephone Line (linha telefónica analógica)
Acessos de linhas digitais usam 2 pares de fios (4) de cobre para possibilitar 2 ligações simultâneas
e podem coexistir com linhas analógicas e de outros tipos (ex. rádio)
Acesso
Digital
4.3 – Arquitectura das redes
telefónicas
• Topologia com hierarquia simples de rede
telefónica (PSTN: Public Switched Telephone Network):
Ligações entre comutadores, por transportarem grande quantidade de chamadas, são maioritaria/ em fibra óptica
4.3 – Arquitectura das redes
telefónicas
• Topologia hierárquica com malha parcial:
Topologia redundante => Possibilitar caminhos alternativos => Central de hierarquia n-1 deve estar ligada a
pelo menos 2 centrais de hierarquia n:
• Central local deve estar ligado a pelo menos 2 centrais regionais
• Central regional deve estar ligada a pelo menos 2 centrais interurbanas/nacionais
1ª hierarquia
2ª hierarquia
3ª hierarquia
4.3 – Arquitectura das redes
telefónicas
• Topologia não-hierárquica com malha completa:
– Usada em redes com comutadores com grande
capacidade de processamento
– Usada por redes novas que tiram partido dos
comutadores anteriores
– Objectivo: redução de custos operacionais por uso de
menos comutadores
– Possível maior dificuldade de gestão do tráfego:
• Todos os comutadores com a mesma hierarquia
• Maior risco de loops de tráfego entre comutadores
Comutador/Central com funções:
• Comutador Local
• Comutador Regional
• Comutador Nacional (Interurba
• Comutador Internacional
4.4 – Funcionamento da rede
telefónica
• Serviço de telefone tradicional usa comutação de
circuitos:
– Necessário “conquistar” vários troços dedicados da rede,
desde o Originador ao Destinatário da chamada, até se
estabelecer o circuito
• Função realizada por procedimentos de controlo/sinalização
– Possibilidade de não transmissão por congestão na rede
de comutadores
– Após estabelecimento de circuito rede não efetua
processamento ou armazenamento da informação que
nela circula => garantia de QoS
Central/Comutador
Originador
de chamada
Destinatário
de chamada
Circuito da chamada
4.4 – Funcionamento da rede
telefónica
• Sinalização:
– Suporta funcionalidades de controlo e gestão da rede:
• Transportada em canais próprios, que podem ou não seguir o mesmo caminho das chamadas que
controlam
– Gestão de rede, exemplos:
• Configurações de elementos de rede
• Atribuição/alteração de novos serviços a utilizadores
– Controlo, exemplos:
• Suporte a acções dos utilizadores:
– Levantar o auscultador => ouvir tom de marcar
– Marcação de dígitos de número chamado (destinatário)
– Poisar auscultador => terminar chamada
• Suporte a serviços dos utilizadores:
– Apresentação de número chamador (CLIP: Calling Line Id. Presentation)
4.4 – Funcionamento da rede
telefónica
• Endereçamento de chamadas telefónicas efectuado com base em numeração de telefones:
– Uso de norma E.164 do ITU-T, com formato geral:
– Country Code – National Destination Code – Subscriber Nº
– Ex. 00 351 21 9999999
– “00” ou “+”: Internacional; 351: Portugal; 21: Área Fixo Lisboa;
Nº de Cliente: 9999999
Ex. de Country-Codes
1 : North America (US, CA, Caribbean) 1 digit
2 : Africa 2 or 3 digits 20 Egypt;27 South Africa; 244 Angola
3 : Europe 2 or 3 digits 31 Netherlands; 351Portugal
4 : Europe 2 or 3 digits 44 UK;49 Germany; 420 Czech Republic
5 : South America 2 or 3 digits 54 Argentina;595 Paraguay
6 : Australia & S Pacific 2 or 3 digits 61 Australia;675 Papua
7 : Russia 1 digit
8 : China & N Pacific 2 or 3 digits 86 PR China; 855 Cambodia
9 : Middle East 2 or 3 digits 90 Turkey; 972 Israel
Identifica
Operador
nas rede
móveis
Prefixo identifica
operador na rede
fixa
4.5 – Acesso à Internet através da rede
telefónica
• Transporte de dados nas redes telefónicas analógicas:
– Necessário o uso de equipamento específico:
• Modems (modulador - desmodulador):
• conversor de sinais digitais em analógicos para transporte em linha telefónica
(desmodulador faz inverso)
modem
PSTN
modem
Transmissã
o
Digital
Transmissã
o
Analógica
Internet
4.5 – Acesso à Internet através da
rede telefónica
• Modems (modulador-desmodulador)
– Procedimentos de modulação:
• Método de codificação, compressão e correcção de erros
• Velocidade de transmissão:
– Bit rate (frequência dos dados):
» numero de bits de dados modulados por segundo
– Baud rate (frequência do sinal modulado):
» numero de mudanças de sinal por segundo
– Ex. V90: bit rate: 55600 bit/s ; baud rate: 8000
Modem
“10 11 00”
2400 bit/s 1200 sinais/s
f1 f3 f0
Transmissã
o
Transmissã
o
4.5 – Acesso à Internet através da rede
telefónica
• Acesso à Internet através da rede telefónica
– Possibilita convergência de voz e dados:
ex. Gigabit Ethernet
ex. Gigabit Ethernet
4.5 – Acesso à Internet através da rede
telefónica
• Acesso de banda larga / ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)
a rede IP
, ex. Gigabit Ethernet
ex. Gigabit Ethernet
4.5 – Acesso à Internet através da rede
telefónica
• ADSL:
– Possibilita a transferência de dados em modo assimétrico
– Utiliza técnica de multiplexação na frequência
• FDM ou DDF (Duplexagem por Divisão na Frequência)
– Atenuação de fios de cobre (par simétrico) condiciona o alcance dos sistemas ADSL
4.6 – Desagregação do lacete local
• Desagregação do lacete local
UR/MUX
UR
5.1 – Introdução
• Redes de acesso por cabo
– Cabo coaxial:
• Maior imunidade a interferência + menor atenuação do que
cobre:
– Maior blindagem
– Construção concêntrica
• Maiores velocidades de transmissão em maiores distancias do
que cobre
– Centenas de Mbit/s em alguns Km
• Aplicações:
– Inicialmente: TV
– Actualmemente: usam tecnologia DOCSIS: Data Over Cable Service
Interface Specification
– Possibilitar transporte de dados em rede de TV cabo (CATV)
– Suporte a 3Play: TV, telefone e internet
5.2 – Redes CATV
• Cenário inicial de CATV
– Objectivos relativa/ a TV tradicional
c sinal rádio analógico :
• Suporte a maior nº de canais
• Qualidade de imagem superior
– Características:
• Transmissão de diversos canais em FDM
• Unidireccional
• Baseada em cabo coaxial
• Topologia em árvore (ou estrela)
5.2 – Redes CATV
• Cenário actual de CATV:
– Objectivos adicionais:
• Interactividade
• Transporte de Dados (internet)
• Transporte de Telefonia
– Principais diferenças cenário anterior:
• Bidireccional => suportar interactividade
• Híbrida (HFC – hybrid fibre coax)
– Cabo Coaxial na distribuição final
– Fibra óptica no backbone:
» Reduzir atenuação =>
maior espaçamento entre repetidores
» Disponibilizar maior capacidade =>
Transporte de mais canais
– Definição de CATV actual: rede de distribuição
de conteúdos multimédia com suporte de comunicação bidireccional
Amplificadores
Bidireccionais:
42
5.2 – Redes CATV
– Tipicamente assentes em infra-estruturas híbridas e
bidireccionais de distribuição de televisão;
– Possibilitam elevados débitos ( >100 Mbit/s)
• Permitem diversas classes de serviço (QoS)
– Tiram partido do elevado número de lares cablados
– Meio de transmissão partilhado pelos utilizadores
• Requer mecanismos de segurança
– Utilizador terá que ter equipamentos:
• TvBox (Set-Top-Box): suportar interatividade de TV
• Cable Modem (CM): possibilitar transmissão de dados
– Aplicações das redes CATV:
• Difusão de vídeo
• Video on Demand
• HDTV
• Telefone
• Vídeo Conferência
• Inteligação de LANs Cable
Modem
5.3 – Arquitectura redes CATV
• Arquitectura CATV:
500
2000
5.3 – Arquitectura redes CATV
• Distribuição do espectro na CATV:
Upstream Downstream
• Possível distribuir sinais analógicos e digitais sobre a mesma infraestrutura
• Canais digitais podem transportar 2 tipos de informação:
• Dados/Internet e telefone para os Cable Modems
• Canais de TV digitais:
• tipicamente com uma largura de banda de ~1/4 da dos analógicos
• Gama de canais FM geral/ não é usada por CATV, para evitar interferências c rádio
Não usado
5.3 – Arquitectura de redes CATV
• Arquitectura CATV:
(RF: Radio Frequency)
ou
Rede de
distribuição
Distribution
Hub
Headend
Fiber Node
5.3 – Arquitectura de redes CATV
• Headend (cabeça-da-rede):
– Fonte primária dos serviços oferecidos ao utilizador,
recebendo e processando sinais externos ou
originados na rede do operador
– Recebe o sinal de TV via satélite ou transmissão
terrestre e converte-o em formato apropriado para
distribuição pela rede CATV até os clientes finais =>
• Usada norma MPEG (Moving Picture Experts Group) para:
– Codificação
– Compressão
• MPEG-4 usado para transmissão de canais HD (High
Definition)
– No cliente a set-top-box converte novamente o sinal
5.3 – Arquitectura de redes CATV
• Distribution Hub (centro de distribuição):
– Realiza concentração de ligações a Headend
– Pode desempenhar parte das funções de
Headend, de modo a poupar recursos da rede
primária (ligação Headend/Distribution Hub ) e do
próprio Headend:
• Armazenamento de serviços interactivos digitais de
clientes ligados a Distribution Hub
• Ligação a internet
– Pode injectar programação específica no sinal a
distribuir pelos clientes por si ligados :
• canais locais
5.3 – Arquitectura de redes CATV
• Fiber Node:
– elemento da rede HFC onde termina a fibra e começa
o cabo coaxial
• Service Area (célula): engloba todos os lares
servidos pelo Fiber Node
• Drop: Ligações aos assinantes
ou Distribution Hub
5.4 – Transporte de dados em redes
CATV
– Para o transporte de dados em redes CATV é usada a norma DOCSIS do ITU-T:
• Usada em redes CATV para suporte a transporte de dados/internet e telefone
• Sistema de comunicação ponto-a-multiponto entre os seguinte elementos de rede
– Cable Modem Termination System (CMTS)
– Cable Modem (CM)
– Comunicação CMTS<->CMs corresponde a uma LAN de grandes dimensões
» CMTS  Servidor e CM  clientes
» C
Clientes
Operador
5.5 – DOCSIS
 DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification):
* DOCSIS é um sistema de comunicação Ponto-a-Multiponto que usa os seguintes modos
de transmissão:
• Downstream:
– Fluxo continuo de CMTS para todos os CMs
– Ritmos máximos de ~56 Mbit/s com modulação 256-QAM (Quadrature
>Amplitude Modulation)
• Upstream:
– Fluxo não contínuo em TDMA  rajadas de dados (bursts) de alguns CMs
– Ritmos máximos de ~10 Mbits/s com modulação 16-QAM
TDMA: Time Division Multiple Access
5.5 – DOCSIS
– Norma DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification), definida pela ITU-T:
• Principais funções:
– Gestão do link:
» Sincronismo de canais Upstream
» Ranging: compensação de atraso e atenuação de sinal para CM, em função da
distância a CMTS
» Ajustamento de potencia
» Transmissão e recepção de bursts
– Gestão da largura de banda:
» Alocação de recursos
» Suporte a pedidos de transmissão em upstream
» Resolução de conflitos de acesso
» Priorização de tráfego
– Gestão de clientes:
» Autenticação
» Segurança
» Registo
5.5 – DOCSIS
• Cable Modem (CM):
– Localizado no cliente, para possibilitar a interligação com redes de dados
– Principais funções:
• Encaminhamento de pacotes IP (dados) entre terminais dos utilizadores e a rede
(CMTS)
• Modulação/Desmodulação dos sinais transmitidos/recebidos contendo dados da
comunicação para/de rede
• Cable Modem Termination System (CMTS):
– Pode estar localizado no Headend ou Distribution Hub
– Principais funções:
• Faz a gestão dos diversos Cable Modems:
– Autenticação e registo dos utilizadores
– Controlo de acesso à rede para transmissão de dados
» Atribuição de time-slots a CMs
– Contabilização de acessos
– Possibilita a interligação à internet
5.5 – DOCSIS
• Downstream
– Frequência situada entre os 65 e 850MHz (Europa)
ou 42 e 850MHz (EUA)
– Canais de 8MHz (Europa) ou 6MHz (EUA)
– Modulações
• 64QAM com 6 bits/símbolo => ritmo de ~41 Mbit/s
• 256QAM com 8 bits/símbolo (maior débito mas mais
sensível ao ruído) => possibilitar ritmos de ~56 Mbit/s
– Transmissão continua
– O downstream é “ouvido” por todos os CM
• Upstream
– Frequência entre os 5 e os 65MHz (5-
42MHz nos EUA)
– Canais tipicamente de 2MHz
– Modulações
• QPSK (2 bits/símbolo) => rimo de ~5M
• 16QAM (4 bits/símbolo) => ritmo ~10M
– Transmissão em bursts usando timeslots
(TDM)
– Mini-Slots (Timeslots ) de diferentes tipos:
6.1 – Introdução
• Redes de acesso por fibra óptica
– Fibra óptica:
• Transmissão de raios ópticos a uma dada frequência
– Conversão de sinal eléctrico em luz
(Transmissão - lasers, leds; Recepção – foto-díodos)
• Componentes das fibras:
– Vidro
– Plástico
• Pequeno tamanho e peso
• Imunidade a interferências
– Não são afectadas por campos eletromagnéticos externos
• Atenuação baixa
– Maior espaçamento entre repetidores
• Suporte a grandes velocidades de transmissão (velocidade da
luz)
– N Gbit/s em dezenas de Kms
6.1 – Introdução
– Desvantagens relativas:
• Instalação mais cara do que cobre
• Ligações de terminações (alinhamento de fibras)
– Fibras com dimensões na ordem dos microns (1 cabelo)
– Aplicações:
• Interligação de redes (backbone)
• Comunicações de longa distancia, MANs e WANs
• Ligações residenciais (FTTH – Fiber To The Home),
recente
– Incentivos:
• Necessidade de maior largura de Banda, decorrente da
vulgarização de canais TV em formato fullHD, ex.
desporto
6.1 – Introdução
• Espectro Óptico e bandas:
l:comprimento de ond
µm: micrometros = 10-
US: Upstream
DS: Downstream
nm: nanometros = 10-6
 Frequencia 1014 Hz
Para possibilitar comunicação simultânea nos 2 sentidos => Usar l‘s diferentes em US e DS
1200
nm
1300
nm
1400
nm
1500
nm
1600
nm
US DS
6.1 – Introdução
• Sistema de comunicação óptico:
ou ambos
6.1 – Introdução
• Sistemas monocanal e multicanal:
6.2 – Redes de Fibra Óptica
• 2 Tipos de rede: AON e PON
– AON: Active Optical Networks:
• Fibras ligadas a elementos de rede activos (ex. Ethernet edge switches):
– Efectuam o processamento e encaminhamento dos sinais das fibras
– Geral/ necessário converter sinal óptico em eléctrico para poder processar o
seu conteúdo:
» Requer o uso de transcievers ou conversores óptico/electricos,
equipamento com custos:
– Actual/ já podem ser usados comutadores ópticos em serviços de comutação
de circuitos:
» Suporte a maiores ritmos de transmissão => actual/ 400 Gbit/s
» Não necessário conversão óptico/electrica,
• Maior flexibilidade e redundância
– Requer utilização de maior quantidade de fibras
• Apropriado para ligações empresariais (menor quantidade)
• Tecnologia mais antiga
cobre fibra
6.2 – Redes de Fibra Óptica
• 2 Tipos de rede: AON e PON
– PON: Passive Optical Networks
• Fibras ligadas a elementos de rede passivos: splitters/combiners
– Uma unidade central (OLT) e uma única fibra pode distribuir o mesmo sinal
óptico por 32 a 128 unidades remotas (ONUs/ONTs)
– Instalação mais simples e c menor necessidade de fibras na distribuição do
sinal
• Mais económico:
– Elementos de rede (splitters) não necessitam de alimentação eléctrica
=> maior facilidade de instalação
– Apropriado para ligações residenciais (maior quantidade)
• Tecnologia mais recente
6.2 – Redes de Fibra Óptica
Sinais encaminhados apenas
para terminais destinatários dos
mesmos
Apenas sinais de difusão, ex TV
são encaminhados para todos
os destinatários c terminais
receptores dos mesmos
Sinais encaminhados para todos
os terminais destinatários dos
mesmos (~ CATV)
6.3 – Redes PON
• Utilização de topologia ponto-a-multiponto com
transmissão óptica passiva:
– Evitar uso e custo de conversores óptico/eléctricos
– Utilização de splitters passivos em downstream + combiners passivos em upstream,
que não necessitam de alimentação de energia
1:2 splitter passivo
1:4 passive splitter
N utilizadores
Fibra alimentadora
core
Rede de acesso
Tipica/ N=32
max definido 128
Fibra distribuição
6.3 – Redes PON
• Infra-estrutura partilhada possibilita uma redução
de custo/cliente:
– Necessidade de um nº mínimo de transceivers ópticos (conversores Opt./Elec.)
– Fibra de alimentação e custos de splitters e transceivers (ONUs) pode ser dividido por
N clientes
– Operadores greenfielders (constroem rede de raiz) com um custo de instalação da
rede fibra óptica semelhante ao de uma rede cabo
• Splitters passivos possibilitam redução de custos:
– Não necessitam de alimentação
– Podem ser instalados em quase qualquer local
• Ritmos de transmissão podem ser incrementados
em função da evolução tecnologica da
6.4 – Arquitectura de redes PON
• Arquitectura de redes PON
FTTC: Fiber To The Curb
FTTN: Fiber To The Node
FTTP: Fiber To The Premises
FTTH: Fiber To The Home
OLT: Optical Line Terminal
ONU: Optical Network Unit
ONT: Optical Network Terminator
6.4 – Arquitectura de redes PON
• Elementos de redes PON:
– OLT (Optical Line Terminal): Cabeça da rede, corresponde a headend de CATV
– ONU (Optical Network Unit): elemento de rede óptica, onde é efectuada a conversão
de FO para a meio de transmissão da terminação (cabo ou cobre)
– ONT (Optical Network Terminator): terminais de rede óptica no cliente
– ODN (Optical Distribution Network): toda a árvore de rede de fibra até ONU/ONT
(fibra de alimentação, splitters, fibras de distribuição)
– OAN (Optical Access Network): todas as árvores provenientes do mesmo OLT
– Downstream: sentido OLT para ONU; Upstream: sentido oposto
downstream
Optical Network Units
upstream
Optical Distribution Network
NNI
Terminal Equipment
core
splitter
Optical Line Terminal
Optical Access Network
Optical Network
Terminator
6.5 – Funcionamento das redes
PON
• Funcionamento de redes PON:
– Principais funções de OLT e ONU/ONT:
• Camada 2, ex. Ethernet MAC
• Processamento de sinais ópticos com diferentes ls (comp. onda) para
transmissão e recepção
• Opciona/ com uso de tecnologia WDM (Wavelength Division Multiplexer)
– Um l por cliente (tecnologia de futuro)
– Transmissão Downstream (~ CATV):
• OLT difunde o mesmo sinal para todos as ONUs e ONTs da mesma ODN
• ONUs e ONTs capturam e processam apenas os dados do sinal com o seu
endereço
• Necessário a utilização de encriptação para garantir a privacidade dos dados
transmitidos
– Usado algoritmo AES (Advanced Encryption Standard)
– Transmissão Upstream (~CATV):
• ONUs e OLTs partilham a mesma largura de banda via Time Division Multiple
Access
• OLT gere os timesolts a atribuir a ONUs e ONTs
6.4 – Arquitectura de redes PON
• Vantagens do FTTH:
– Ritmos de transmissão podem ser incrementados em função
da evolução tecnologica da transmissão da informação óptica
• Não são necessários upgrades no meio de transmissão do troço que
liga a rede à casa do cliente (last mile)
– Podem-se instalar “ONU interiores” (ONTs), com simplificação,
economia e menor impacto no funcionamento da rede:
• ONT: 1 entrada / 1 saída
• ONU: 1 entrada / n saídas
– Não é necessário mudar as ONU intermédias para melhorar a
rede de acesso de modo a permitir a evolução dos serviços de
banda larga e multimédia
– A manutenção é mais fácil, uma vez que os sistemas de fibra
são mais fiáveis que os sistemas híbridos fibra-metálicos
7.1 – Introdução
• Redes Celulares:
– Sistemas de comunicações sem fios que utilizam sinais rádio,
com uma determinada frequência, para o transporte da
informação dos utilizadores.
– Caracterizadas pela divisão da sua área geográfica de
cobertura em pequenas sub–áreas, designadas de células
• Cada célula tem uma antena (estação base) a emitir os sinais rádio
com uma determinada frequência de comunicação.
– Suportam a mobilidade dos utilizadores na rede:
• Permitem a manutenção de uma chamada estabelecida, aquando da
mudança de célula por um utilizador em movimento (handover)
7.1 – Introdução
• Principais características das quatro gerações de
redes celulares:
– 1ª Geração:
• Caracterizadas por uma tecnologia de comunicação
analógica
• Serviço predominante era a voz
• Não existiu um sistema standard dominante => dificultar
roaming
• Terminais de grandes dimensões
– 2ª Geração (GSM: Global System for Mobile
communications):
• Caracterizadas por uma tecnologia de comunicação digital
na faixa dos 900 MHz, com uso da tecnologia FDMA/TDMA
7.1 – Introdução
• Principais características das quatro gerações de
redes celulares:
– 3ª Geração (UMTS: Universal Mobile
Telecommunications System):
• Suporte a maiores ritmos de transmissão para aplicações de dados em terminais
móveis (até 2Mbit/s)
• Utiliza tecnologia WCDMA (Wideband CDMA), com uma gama de frequências na
banda dos 2 GHz na interface rádio
– 3,5ª Geração (HSPA: High Speed Packet Access):
• Atualizações na interface rádio UMTS (antenas) de modo a possibilitar o
aumento nos ritmos de transmissão dos serviços de dados UMTS nos sentidos
UL (HSUPA) e DL (HSDPA)
• Utilização de modulação mais eficiente para obter maiores ritmos de Tx
– 4ª Geração (LTE: Long Term Evolution):
• Suporte a maiores ritmos de transmissão inicial/ até 150 Mbit/s no sentido DL
(Down Link) e 50 Mbit/s no sentido UL (Up Link), c menor latência de Tx
7.2 – Arquitetura de rede GSM (2G)
BTS – Estação Base (Base Transciever Station)
A
E
F
C
A
D
D
F
B
E
A
Célula com Frequência “B” de comunicação
B
Arquitetura de rede de acesso GSM:
* Células continuas têm que ter frequências diferentes para evitar interferências (FDMA)
* Cada célula permite n chamadas, mais capacidade => células mais pequenas
* Chamadas usam diferentes time–slots da mesma portadora com frequência da célula
7.2 – Arquitectura/Interface radio GSM
8x Canais de
tráfego em 4,6 ms
(TDMA)
0 1 2 3 4 5 6 7
114 Dados + 42 Controlo
156 bits / 0.577 ms
Frequência fu
UL
0 1 2 3 4 5 6 7
DL Frequênci
a fd
* GSM usa método de acesso FDMA/TDMA na interface rádio
* FDMA (Frequency Divison Multiple Access) entre células
* TDMA (Time Divison Multiple Access) dentro da célula
fd: frequência em down link
fu: frequência em up link
7.2 – Arquitectura/Interface radio
GSM Estrada principal
Antena omnidireccional
Antena sectorial
Área urbana
Área rural
Planeamento celular:
1) Garantir capacidade necessária em função do nº normal de clientes numa dada área geografica
Ex. Área urbana +utilizadores=>+capacidade => células menores
2) Garantir área de cobertura continua entre células para possibilitar a manutenção de chamadas de
utilizadores em movimento (handover)
3) Utilização eficaz do espectro de frequências disponíveis
Hierarquia Geográfica da Rede
GSM:
GSM SA
PLMN SA
MSC SA
LA
Cé lula
GSM SA
PLMN SA
MSC SA
LA
Célula
7.2 – Arquitetura de rede GSM (2G)
7.2 – Arquitetura de rede GSM
(2G)
• Hierarquia Geográfica da Rede GSM:
– Location Area:
• Define um conjunto de células dentro do qual a localização do Terminal Móvel
(TM) é conhecida
– Precisão com que a rede conhece a localização corrente do TM, para o
encaminhamento das chamadas que lhe são destinadas
• A informação da identificação da LA (LAI: Location Area Identity) está armazenada
no VLR e no TM
• A LAI é actualizada sempre que o TM se desloca para uma nova LA (Location
Update)
– MSC/VLR Service Area:
• É constituída por uma ou várias LAs e corresponde à área geográfica controlada
por um MSC/VLR
• A identificação da MSC/VLR Service Area corrente de um TM encontra–se
armazenada no correspondente HLR
(2G)
• Hierarquia Geográfica da Rede GSM (continuação):
– PLMN Service Area:
• A PLMN (Public Land Mobile Network) Service Area consiste na área total em que
o operador oferece serviços GSM
• Em Portugal, os operadores celulares oferecem cobertura nacional e a PLMN
Service Area corresponde à área do país
– GSM Service Area:
• Conjunto de operadores onde TM poderá usar serviço GSM
• Operadores com acordos de roaming com operador a que pertence TM
7.3 – Segurança em redes GSM (2G)
• Cartão SIM (Subscriber Identification Module):
– Cartão “inteligente” que armazena informação pessoal e
secreta do utilizador e está protegido contra utilização
indevida pelo parâmetro PIN (Personal Identity Number)
– Portável entre diferentes equipamentos móveis (terminais):
• possibilita ao seu proprietário a manutenção da sua identidade para autenticação na
rede, independentemente do terminal que utilizar
– Informação pessoal consiste nos seguintes parâmetros:
• IMSI (International Mobile Subscriber Identity )
• Ki: chave secreta de autenticação, utilizada nos procedimentos de autenticação e
encriptação
• Dados pessoais do utilizador, como agenda de contactos telefónicos
– SIM calcula e armazena parâmetros dinâmicos
disponibilizados pela rede:
• Kc: chave secreta de encriptação
• TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity)
• LA (Location Area) corrente do TM onde está inserido
(2G)
• Funcionalidades de segurança disponibilizadas pelo GSM:
– Autenticação da identidade do utilizador:
• Para impedir o acesso à rede a utilizadores não autorizados, sempre que um TM
pretender aceder à mesma, a sua identificação é requisitada e verificada
– Confidencialidade dos dados do utilizador:
• Para proteger e garantir a confidencialidade dos dados contra intrusos, todas as
mensagens dos utilizadores transmitidas na interface rádio são encriptadas
– Verificação de identificação do equipamento (IMEI):
• Para impedir a utilização de equipamento não autorizado ou roubado, o operador
pode verificar a identificação do mesmo (IMEI)
– por exemplo, quando o correspondente utilizador efetuar uma tentativa de
chamada
– Anonimato do utilizador:
• Para impedir a identificação de um utilizador, a rede utiliza uma identificação
temporária (TMSI) nas mensagens de sinalização transportadas na interface rádio
• O TMSI é atribuído pelo VLR, após cada procedimento de Location Update
7.4 – Arquitetura de rede UMTS
(3G)/Interface Rádio
Dados
TM1
Dados
TM2
Descodificação +
Despreading
de sinal de TM1
Tempo
Potência
TM1
Tempo
Frequência
Potência
∑
Nó-B
Sinais
banda base
Sinais
modulados
Dados
TM3
Codificação +
Spreading
de sinais de TM
Frequência
UMTS usa método de acesso WCDMA na
interface rádio:
• CDMA: Code Divison Multiple Access
• Todo o canal é ocupado por todas as chamadas, qu
usam um código específico para se diferenciarem
• Procedimento de codificação é acompanhado
de redução de potência do sinal  spreading
7.4 – Arquitetura de rede UMTS
(3G)
• Novos elementos de rede na arquitectura UMTS:
– Rede de acesso: UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network):
• Os elementos de rede RNC (Radio Network Controller) e Nó–B (antena)
substituem, respectivamente, a BSC e BTS
• UMTS usa método de acesso CDMA (Code Division Multiple Acess) na interface rádio
– Células vizinhas podem usar as mesmas frequências =/= GSM
• Chamadas de diferentes utilizadores diferenciadas por diferentes códigos
7.4 – Arquitetura de rede UMTS (3G)
• O cartão USIM (User Services Identity Module):
– “cartão inteligente”, que, por poder ser transferido entre diferentes equipamentos móveis
(terminais), possibilita ao seu proprietário a manutenção da sua identidade perante a rede,
independentemente do terminal que utilizar
– contém dados e procedimentos que possibilitam identificar o utilizador de forma
inequívoca e segura.
– Também usado nas redes LTE/4G
– Principais diferenças para SIM:
• Maior segurança e capacidade de armazenamento
• Possibilitar instalação de pequenas aplicações
• USIM armazena os seguintes parâmetros:
– IMSI: International Mobile Subscriber Identity
– Ki: Chave secreta de autenticação, utilizada nos procedimentos de autenticação e
encriptação
– Dados pessoais do utilizador
• Uso de USIM é opcional no UMTS (mandatório no LTE)
– De modo a não obrigar os seus clientes que adquirem terminais 3G a trocarem de SIM
(GSM) para USIM (UMTS), um operador poderá possibilitar a utilização de SIMs nos
terminais 3G
(3G)
• Segurança e confidencialidade no UMTS:
– Os procedimentos de segurança e confidencialidade do UMTS foram baseados nos
procedimentos semelhantes do GSM, com a adição das seguintes novas
funcionalidades e melhoramento de outras já existentes:
• Algoritmo de encriptação reforçado e estendido à interface Nó–B / RNC
• Autenticação da rede para com o utilizador
• Controlo de integridade e encriptação de mensagens de sinalização dos
utilizadores
• Utilização de cinco parâmetros de autenticação e encriptação (quintets) com
cartão USIM, em vez de três do GSM (triplets) com cartão SIM
7.6 – Redes LTE (4G)
• Principais caraterísticas de LTE (Long Term Evolution) / 4G:
– Suporte a maiores ritmos de transmissão:
• Inicialmente:
– até ao máximo de 150 Mbit/s no sentido DL (Down Link)
– até ao máximo de 50 Mbit/s no sentido UL (Up Link)
• para terminais localizados em células com canal com largura de espectro de 20
MHz e com dois pares de antenas recetoras e emissoras (MIMO)
• Utilização de método de codificação mais eficiente: 64QAM (Quadrature Amplitude
Modulation)
– Maior eficiência na utilização do espectro radioeléctrico:
• 3 a 4 vezes em DL e 2 a 3 em UL, relativamente ao UMTS
– Redução de tempos de latência de transmissão na rede de acesso rádio (sobretudo
para aplicações mais prioritárias), entre Nós–B e TM:
• De ~125 e 50 ms no HSPA e HSPA+ para 10 ms no LTE
– Utilização obrigatória de cartões USIM em terminais de utilizadores
• Procedimentos de segurança semelhantes aos descritos para o UMTS
7.6 – Redes LTE (4G)
• Principais caraterísticas de LTE (Long Term Evolution) / 4G:
– Utilização flexível de espectro de frequências com a possibilidade de utilização de
portadoras em diferentes bandas de frequência e com largura de canal escalável de
1.4, 3, 5, 10, 15 a 20 MHz (+ largura => +ritmo de transmissão):
• Possibilidade de reutilização de bandas de frequências descontinuadas de
serviços tradicionais, como a banda do dividendo digital das redes de televisão
analógicas (800 MHz)
– Rede all–IP:
• nova arquitetura de rede com utilização do protocolo IP com garantia de QoS
extremidade–a–extremidade, mais simples e com menos elementos
• pacotes com os dados dos utilizadores serão processados e transmitidos entre
menos elementos de rede => sujeitos a menos atrasos
=> proporcionar um melhor desempenho dos serviços suportados
– Maior diversidade de terminais:
• não apenas telefones móveis, como igualmente outros dispositivos portáteis, tais
como: tablets, câmaras de vídeo e consolas de jogos, de modo a tirar proveito do
melhor desempenho possibilitado pelas redes LTE
7.7 – Arquitetura LTE (4G)
• Rede de Acesso LTE:
– eNode–B (Evolved–Node–B ou eNB) – elemento correspondente a um Nó–B com
funcionalidades de RNC:
• Gestão de recursos da interface rádio LTE
• Desempenha as funções do Nó–B e RNC (do UMTS) com ligação direta à rede core
• Interliga-se a outros eNode–B via nova i/f X2
– deslocação de mais funcionalidades (“inteligência”) para as extremidades da rede
 “filosofia” de redes dados com garantia de QoS
– suporte a auto-configuração
• LTE usa novos métodos de acesso na interface rádio:
– DL: OFDMA (Orthogonal FDMA): ~ GSM s reutilização de frequências
– UL: SC-FDMA (Single Carrier FDMA): ~ GSM s reutilização de frequências
– UL&DL: MIMO (Multiple Input Multiple Output)
– Suporte a maiores ritmos de transmissão e robustez do sinal transmitido
– Células vizinhas podem usam de ICIC (Inter–Cell Interference Coordination) via
interface X2
• E–UTRAN (Evolved UTRAN): sub-sistema da rede de acesso formado pelo conjunto de
eNode–Bs
• Redes WLAN (Wireless Local Area Network), também
designadas por Wi-Fi (Wireless Fidelity):
– Principais diferenças para redes celulares:
• Área de cobertura limitada a rede local => redes de muito menor
dimensão
• Suporta ritmos médios de transmissão superiores (aproximados apenas
por redes celulares 4G)
• Inicialmente orientadas para dados
• Podem complementar redes celulares
– Últimas gerações de redes celulares baseiam-se em métodos de acesso rádio já
usadas em redes WLAN
– Especificadas em protocolos IEEE (Institute of Electrical and
Electronic Engineers) 802.11 (camadas 1 & 2 do modelo OSI),
exemplos:
• 802.11b: até 11 Mbit/s
• 802.11g: até 54 Mbit/s
• 802.11n: até 600 Mbit/s, sinal transportado em múltiplas antenas
8.1 – Introdução
• Redes sem fios de área local (WLAN=Wireless Local
Area Network)
– Vantagens:
• Meio de transmissão apropriada para os seguintes cenários :
– Utilizadores com atividades que implicam deslocações frequentes
– Locais públicos para ligações temporárias
– Comodismo para utilizadores residenciais
– Poupança de cablagem
– Instalações temporárias
– Locais de difícil instalação de cablagem
– Desvantagens:
• Sujeitas aos riscos de segurança das redes sem fios:
– Comunicação utiliza canais rádio em modo de difusão (broadcast)
– Qualquer aparelho dentro de área de difusão de antena transmissora
pode receber o sinal c a informação transmitida
8.1 – Introdução
• Arquiteturas de WLANs:
– Elementos de rede:
• Estações (STA: STAtion)
– Dispositivo/Terminal capaz de se ligar a uma rede wireless
– Cada STA é identificada por endereço MAC
• Ponto de Acesso (AP: Access Point):
– Elemento encaminhador de pacotes de dados entre STAs e para outros
elementos e redes
– Cada AP pode limitar o acesso das STAs em função do seu endereço MAC
– Contem antena para comunicação wireless com STAs
• Basic Service Set (BSS):
– Grupo de estações ligadas ao mesmo AP e que usa a mesma frequência rádio
• Rede wireless:
– Rede formada por STAs e APs que comunicam via sinais rádio
8.2 – Arquiteturas de WLANs
• Arquiteturas de WLANs:
– Redes independentes ou ad hoc:
• Cada STA pode comunicar com outras usando um modelo
P2P (Peer to Peer) => rede pessoal
• Todas as STAs partilham a mesma BSS
• O diâmetro da rede suportada é limitado por não existir um
equipamento que faça repetição das tramas (AP)
8.2 – Arquiteturas de WLANs
8.2 – Arquiteturas de WLANs
– Redes estruturadas:
• Cada STA comunica diretamente com um AP, que usa a
mesma BSS para suporte e gestão de todas as comunicações:
– STA <-> STA
– STAs <-> Servidores / Internet
» por defeito, nas aulas iremos referi-nos a estas redes
• Cada rede 802.11 é identificada por parâmetros SSID e BSSID:
– BSSID: Basic Service Set ID
» Numa rede com infra-estrutura o BSSID é igual ao endereço
MAC de 48 bits da interface wireless do AP
» Numa rede ad-hoc é usado um nº de 48 bits aleatório
– SSID: Service Set ID
» Nome associado a BSSID (endereço MAC)
» Utilizado por APs para restringir o acesso das STAs
» STAs têm que conhecer SSID do AP a que se ligam e usá-lo em
eventual procedimento de autenticação
• Configuração em Infra-Estrutura (rede
estruturada)
– Configuração em Infra-Estrutura (rede estruturada):
• Conjunto de células interligadas por um backbone (cabo)
• 1 Célula (AP) Poder servir vários terminais (STAs)
• Sobreposição de células possibilitar roaming c
conectividade
Infra-estrutura
(ex. Ethernet)
Servidor
Ponto de
Acesso
Estação
8.2 – Arquiteturas de WLANs
8.2 – Protocolos de WLANs
8.2 – Protocolos de WLANs
Problema do terminal escondido:
STA_A e STA_C não
conseguem escutar os
sinais uma da outra
8.2 – Protocolos de WLANs
tempo
Espera tempo aleatório para retransmitir trama
8.3 – Funcionamento de WLANs
• Canais de comunicação em redes WLAN:
– Possibilidade de utilização de 13 canais com largura de banda
de 22 MHz
– Em virtude da existência de sobreposição de canais estes terão
que ser usados em sub-conjuntos que não interfiram entre si (~
GSM):
• 1, 6, 11
• 2, 7, 12
• 3, 8, 13
• 4, 9, 14 (se permitido)
• 5, 10, 14 (se permitido)
– Canal 6 geralmente é usado por defeito
• Sub-conjunto 1,6,11 é também o mais usado
– Selecção de canais é um procedimento importante para
minimizar possíveis interferências entre APs e melhorar
desempenho de WLAN
8.3 – Funcionamento de WLANs
• Canais de comunicação em redes WLAN:
Selecção do canal é feita geral/ de
forma automática pelo AP em função de
algoritmo implementado, exemplos:
• Canal menos congestionado
• Canal menos congestionado de sub-
conjunto 1-6-11
Pode haver sobreposição de cobertura =>
possibilitar roaming c conectividade entre células
Não pode haver sobreposição de frequências =>
Impedir interferências
8.4 – Segurança em WLANs
• Redes sem Fios (wireless networks), onde se incluíem as redes celulares
– Caraterizadas por usarem o ar como meio de transmissão (meio não guiado)
– Riscos de segurança:
• Comunicação utiliza canais rádio em modo de difusão (broadcast)
• Qualquer dispositivo dentro de área de difusão de antena transmissora pode receber
o sinal c a informação transmitida
– Requisitos para comunicação segura:
• Autenticação de entidades
• Confidencialidade dos dados transmitidos
• Controlo de integridade de dados transmitidos
• Gestão de chaves de criptografia
• Exemplos de protocolos:
– WEP (Wired Equivalent Privacy):
» 1ª protocolo usado em WLAN
» Simples, mas pouco seguro
8.4 – Segurança em WLANs /
Protocolo WEP
• Wired Equivalent Privacy (WEP):
– Protocolo de segurança inicialmente usado em redes
WLAN
• Objetivo: disponibilizar segurança semelhante a redes com
fios
– Objetivos principais:
• Autenticação:
– Usando método Open System Authentication (OSA)
» Autenticação sempre autorizada (rede aberta)
» Podem ser usados métodos de autenticação alternativos nas
camadas superiores
– Usando método Shared Key Authentication (SKA)
» Descrito a seguir
• Confidencialidade e integridade:
8.4 – Segurança em WLANs /
Protocolo WPA
• Wi-Fi Protected Access (WPA):
– Protocolo especificado por Wi-Fi Alliance para colmatar as
vulnerabilidades de WEP
• Wi-Fi Alliance é entidade criada para especificar normas a usar por
equipamentos e produtos 802.11
– Principais diferenças para WEP:
• Diferentes chaves para autenticação, encriptação e integridade
• Encriptação de dados com recurso a chaves variáveis e temporárias TKIP
e algoritmo RC4:
– TKIP: Temporal Key Integrity Protocol
• Autenticação com base em protocolos EAP (Extensible Authentication
Protocol): empresas ou PSK (Pre Shared Key): clientes residenciais:
– Possibilidade de autenticação mútua entre STAs e APs
• Controlo de integridade com recurso a algoritmo MIC (Message Integrity
Code)
– Uso de função de síntese (hash)
8.4 – Segurança em WLANs /
Protocolo WPA
• WEP
– Distribuição manual de chaves
=> dificuldade em alterar chaves
– Sem gestão de utilizadores
– Segurança enfraquecida por
repetição de chaves na
encriptação, autenticação e
integridade
– Sem autenticação mútua
– VI curto (24 bits) e repetido
– Controlo de integridade c
algoritmo linear (CRC)
– Uso de chave mestre
concatenada com VI
– Sem proteção contra replay => s
contadores de mensagens
• WPA
– Possibilidade de usar e renovar um
conjunto de chaves por sessão =>
uso de EAP
– Credenciais de utilizadores geridas
por servidor AAA
(Authentication, Authorization and Accounting)
– Mesmo algoritmo de encriptação
RC4 fortalecido por uso de chaves
diferentes
– Com autenticação mútua
– VI estendido a 48 bits e variável
– Controlo de integridade c
algoritmo de síntese (MIC)
– Uso de chaves derivadas de chave
mestre
– Com proteção contra replay
8.4 – Segurança em WLANs /
Protocolo WPA
WEP WPA WPA2
Encriptação RC4 RC4 AES
Tamanho Chave 40 ou 104bits 104bits/mens.
128bits
Vetor Inicialização 24bit 48bit
48bit
Chave mensagem Concatenação Variável
N/A
Integridade Dados CRC32 MIC
CCM
WPA2: 2ª versão de protocolo WPA => protocolo actual/ mais usado em WLANs:
9.1 Introdução ao SIP
• Principais características do SIP (Session Initiation Protocol): RFC
3261:
– Protocolo de controlo predominante nas redes NGN
– Controlo de estabelecimento, gestão e terminação de sessões MM
(Multimedia) peer-to-peer
• Uma sessão pode ter múltiplas ligações/canais
• Uma sessão é caracterizada por um conjunto de parâmetros (SIP) que se
aplicam a todas as ligações dessa sessão
– Orientado para a internet:
• Definido por IETF (Internet Engineering Task Force)
• Protocolo flexível:
– Apenas controla o estabelecimento de sessões
– Outras funcionalidade são delegadas em protocolos da pilha IP
– Suporte multimédia: transporta qualquer tipo de media
– Independente de plataformas e aplicações
– Informação de controlo de chamadas é transmitida em modo texto
(~HTTP): facilitar implementação e debugging
9.1 Introdução ao SIP
• Principais características do SIP (continuação):
– Endereços SIP designados de URI (Uniform Resource
Identifier)
• Formato geral: sip: user@sip.domain
• Traduzidos por DNS (Domain Name System) : SIP URI <=> end
IP, ou
ENUM: (tElephone NUmber Mapping): SIP URI <=>Nº
Telefone
– Suporte a mobilidade de utilizadores:
• Proxing e redireccionamento de pedido de localização de
utilizadores
• Utilizadores podem estar registados em diferentes terminais
(num determinado instante):
– Exemplos: PC no trabalho, PC em casa, terminal wireless, etc
9.1 Introdução ao SIP
• Principais características do SIP (continuação):
– Facilidade na criação de novos serviços em redes
SIP (ver IMS)
– Anuncio e negociação de capacidades de terminais
é feita com recurso a protocolo “auxiliar” SDP
(Session Description Protocol)
• SDP: RFC 2327
• SDP possibilita o transporte da informação de controlo
da sessão entre terminais:
– Tipo de media (video, audio, etc.)
– Protocolo (RTP/UDP/IP, H.320, etc.)
– Formato de media (H.261 video, MPEG video, etc.)
9.1.1 Componentes de redes SIP
• Componentes de arquitetura SIP:
– Arquitetura SIP tem como objetivo o suporte ao controlo de
ligações MM com base num conjunto de componentes
próprios:
• Terminais, Servidores e Gateways
– Terminais:
• Dispositivos de utilizadores de serviços de rede
– Exemplos: PC, PDA, tablets, telefones, telemóveis, etc
– Requisito: ser User Agent SIP (UA) via instalação de SW SIP
– 2 tipos de UA:
» Cliente (UAC): iniciador de sessão
» Servidor (UAS): recetor de sessão
9.1.1 Componentes de redes SIP
• Componentes de arquitetura SIP:
– Servidores:
• Proxy: encaminhador de pedidos em representação de clientes
• Redirect: redireciona pedidos de clientes para outros servidores
• Registrar:
– autenticar utilizador
– registar relação SIP URI/localização de terminal corrente
• Location: BD com informação de rede de localização de utilizador
(Registrar e Location podem estar concentrados no mesmo nó)
– Gateways:
• Conversão de protocolo SIP em outros protocolos de outras redes,
para suporte de interligação entre rede SIP e não SIP (ex. H.323)
9.1.1 Componentes de redes SIP
9.1.2 Protocolos de redes SIP
Exemplos de protocolos:
• Video codecs: H.262/MPEG-2,
H.263&H.264/MPEG-4, H.265/MPEG-H
• Audio codecs: G.711, G.723, G.729
• Transporte e controlo de Media:
RTP/RTCP
SIP corre TCP/IP 
Funções de camada de
aplicação de modelo TCP/IP
9.1.3 Arquitetura de redes SIP
• Principais características da arquitetura SIP:
– Escalável:
• Possibilita a reutilização de serviços existentes na
definição de novos serviços (usado no IMS):
– Ex. Serviço de Presença (ver permissores de serviço IMS)
– Flexível:
• Possibilita a utilização de outros protocolos da pilha IP
para implementar funcionalidade adicionais ao SIP
– Distribuída:
• Diferentes funcionalidades (proxying, redirection,
location ou registration) podem residir em servidores
independentes
110
Redirect
Server
9.1.3 Arquitetura de redes SIP
Location
Server
Registrar
Server
User Agent
Proxy
Server
Gateway
PSTN
SIP Components
Proxy
Server
9.1.3 Arquitetura de redes SIP
Terminating
User Agent
(UA_T)
Registrar
Redirect Server/
DNS Server
Location
Server
Outgoing
Proxy
Originating
User Agent
(UA_O)
SIP
SIP
SIP SIP
RTP
Incoming
Proxy
SIP
Arquitetura básica: Trapézio SIP para chamada entre Terminais Originador/Terminador:
1)
2)
3)
4)
5)
7)
11)
12)
0)
SIP
Dados
1) UA_O contacta Proxy para chamar UA_T
2) Out.Proxy consulta Redirect Server para
obter end. IP de UA_T
3) Out.Proxy encaminha pedido para Inc.Proxy
4) Inc.Proxy contacta Location Server
5) Location Server consulta localização corrente
de UA_T, previa/ obtida de Registrar
6) Location Server envia localização a Inc.Proxy
7) Inc. Proxy contacta UA_T
8,9,10) UA_T informa UA_O que aceita
chamada
11) UA_O e UA_T negoceiam parâmetros a
usar na chamada
12) Chamada estabelecida e inicio
de transmissão de dados
10)
9)
6)
8)
, previamente registado em 0)
9.1.4 Estabelecimento de chamada SIP (Mensagens)
• SIP Methods:
– INVITE – Initiates a call by inviting
user to participate in session.
– ACK - Confirms that the client has
received a final response to an INVITE
request.
– BYE - Indicates termination of the
call.
– CANCEL - Cancels a pending request.
– REGISTER – Registers the user agent.
– OPTIONS – Used to query the
capabilities of a server.
– INFO – Used to carry out-of-bound
information, such as DTMF digits.
• SIP Responses:
– 1xx - Informational Messages.
– 2xx - Successful Responses.
– 3xx - Redirection Responses.
– 4xx - Request Failure Responses.
– 5xx - Server Failure Responses.
– 6xx - Global Failures Responses.
* Mensagens SIP: utilizadas pelos componentes da rede para comunicarem entre si
• 2 tipos de mensagens:
• Pedidos (requests): contém métodos que identificam o objetivo do pedido
* definem o tipo de pedido com endereço de destinatário do pedido
• Respostas contém um código informativo
9.1.4 Estabelecimento de chamada SIP (passos)
• Estabelecimento de chamada SIP (geral/ em 6
passos):
1.Registo, inicialização e localização de utilizador
2.Especificar o tipo de media a usar na chamada:
• Originador (cliente) deverá enviar uma descrição da sessão
para a qual pretende convidar o destinatário (servidor),
indicando o tipo de media a usar na comunicação
3.Verificar a disponibilidade do destinatário para o
estabelecimento da comunicação.
• Destinatário deverá enviar uma resposta ao convite recebido
do originador, indicando se aceita ou rejeita o pedido
4.Estabelecimento de chamada (caso tenha sido aceite)
5.Gestão e possível modificação da chamada, ex. Call
114
9.1.4 Estabelecimento de chamada SIP (registo)
• Registo de cliente:
– Cada vez que um utilizador liga um
terminal SIP User Agent Client (telefone
SIP, PC ou outro dispositivo SIP) o cliente
SIP efectua um procedimento de registo
num servidor Proxy/Registration
– O procedimento de registo poderá
também ocorrer nos seguintes cenários:
• quando o SIP UAC muda de
localização e necessita de informar o
servidor Proxy/Registration dessa
nova localização
• periodicamente, para a rede
monitorizar o estado do SIP UAC
– Geral/ o servidor proxy/registration
encaminha a informação da localização
corrente do SIP UAC para o servidor
location/redirect
SIP Messages:
REGISTER – Registers the address listed in the To
header field.
200 – OK.
Proxy/
Registration
Server
SIP Phone
User
Location/
Redirect
Server
REGISTER REGISTER
200
200
9.1.4 Estabelecimento de chamada SIP (exemplo)
302
(Moved Temporarily)
INVITE
200 (OK)
200 (OK)
ACK
INVITE
302
(Moved Temporarily)
ACK INVITE
180 (Ringing)
180 (Ringing)
180 (Ringing)
200 (OK)
ACK
ACK ACK
RTP MEDIA PATH
BYE
BYE BYE
200 (OK)
200 (OK) 200 (OK)
Call
Teardown
Media
Path
Call
Setup
INVITE
Redirect Server
Proxy Server Proxy Server User Agent
User Agent
INVITE
INVITE deve ser redireccionado para
outro server, cujo endereço é
indicado pelo server contactado
Location Server
9.1.5 Serviços SIP
• Exemplos de funcionalidades e aplicações
suportadas por SIP:
– Funcionalidades básicas de chamadas (serviços
suplmentares):
• call waiting, call forwarding, call blocking ,etc.
– Call forking
• Chamada pode ser recebida por vários terminais, em
que o 1º a atender fica com o controlo da mesma
– VoIP (ver IMS)
– Presence (ver IMS)
9.2 Introdução ao IMS
• Principais características do IMS (IP Multimedia
Subsystem)
– standard 3GPP (3th Generation Partnership Project),
introduzido na Rel5 da tecnologia UMTS (Universal
Mobile Telecommunications System), das redes
celulares, com as seguintes características:
• utilização de uma nova arquitectura de rede que possibilita
o controlo e transporte comum de serviços:
– IP multimédia peer-to-peer
– tradicionais
• controlo de sessões de suporte a ligação multimédia
efetuado recorrendo predominantemente à sinalização SIP
• IMS é um enabler de serviços convergentes sobre IP com
• Arquitetura que facilita convergência de redes e
serviços
– Acesso aos mesmos serviços em diferentes redes de
acesso
– Serviços: voz, vídeo e dados/internet (3Play) +
mobilidade (4Play)
9.2 – Introdução ao IMS
Celular
Tradicional/Passado:
Rede/Serviço
Serviços
PSTN Dado
s
IP
CATV
Conteúdos
Presente/Futuro:
Rede/Multi-Serviços
Rede
Backbone
Acesso
Wireless
Acesso
Cobre
Acesso
Cabo ou Fibra Opt
Controlo
Conteúdos
de Serviços
Outras
Redes
MGW
PSTN: Public Switched Telephone Network
MGW: Media Gateway
9.2 Introdução ao IMS
• Do ponto de vista dos utilizadores, o IMS procura
satisfazer os seguintes principais objectivos:
– Acesso a novos serviços IP multimédia:
• para o estabelecimento de comunicações inter-pessoais
• acesso a serviços com conteúdos em diversos formatos
multimédia
– garantia de QoS, em conformidade c requisitos de serviço
» controlar a localização e os recursos da rede disponíveis
• de modo mais personalizado e com um maior controlo dos
utilizadores
– Independência de acesso e convergência fixo-móvel:
• o acesso aos diversos serviços poderá ser feito de forma
transparente de diferentes:
GSM: Global System for Mobile communications
LTE: Long Term Evolution
9.2 Introdução ao IMS
• Do ponto de vista dos operadores, o IMS procura
satisfazer os seguintes principais objetivos:
– Maior facilidade de desenvolvimento de novos
serviços e gestão da rede
• o IMS baseia-se no conceito de arquitetura de camadas
horizontais reforçado com a possibilidade de reutilização de
funções de controlo comuns da rede
– IMS é caracterizado pelo acesso aos seus serviços estar sujeito a
um conjunto de “regras” comuns, tais como:
» controlo por elemento de rede CSCF (Call Session Ctrl Function)
» utilização de protocolo SIP.
– possibilitar a reutilização em diferentes serviços das mesmas
funções de controlo da rede, tais como: aprovisionamento, taxação,
Operação&Manutenção (O&M) e permissores de serviços.
• Vantagem relativa/ ao cenário tradicional (pré-IMS) em que
9.2 Introdução ao IMS
Serviço
A
Controlo
+
Acesso
Celular
Controlo
+
Acesso
xDSL
Controlo
+
Acesso
POTS
Controlo
+
Acesso
WLAN
Serviço
B
Serviço
C
Serviço
D
Serviço
A
Acesso
Celular
Acesso
xDSL
Acesso
POTS
Acesso
WLAN
Serviço
B
Serviço
C
Serviço
D
Controlo: IMS
Cenário Tradicional Cenário IMS
9.2 Introdução ao IMS
• Objetivos do IMS do ponto de vista dos
operadores:
– +Facilidade/rapidez & menor custo no
desenvolvimento de novos serviços e gestão de rede:
• Utilização de arquitetura de camadas de funções horizontal
• Facilitar reutilização das mesmas funções por =/= serviços
Com IMS – Integração Horizontal
Número de Aplicações
€
Terminal Serviços
Controlo (SIP)
Transporte (IP)
Sem IMS – Integração Vertical de Serviços
Camada de Controlo
Camada Transporte
Lógica da Aplicação
Número de Aplicações
Custo Marginal de cada nova aplicação
€
Terminal Serviços
9.2.1 Arquitetura IMS
• A arquitectura IMS é baseada no conceito de
camadas horizontais, introduzida na Release 4 do
UMTS:
– definidas as seguintes três camadas
• Camada de aplicação:
– contem os Servidores de Aplicações: AS (Application Servers)
invocados pelos serviços disponibilizados pela rede.
• Camada de controlo:
– contém elementos com funções de controlo e suporte da rede
• Camada de conetividade:
– contem os elementos de rede para encaminhamento e transporte
de tráfego em backbone IP,
– possibilitar a conectividade à rede core dos terminais dos
utilizadores, de (diferentes) redes de acesso
9.2.1.1 Camada de aplicação
• Protocolos:
– SIP: Session Initiation Protocol (RFC 3261):
• Gestão de estabelecimento, controlo e terminação de sessões IP de suporte a
serviços MM peer-to-peer
– Diameter (RFC 3588):
• Protocolo AAA (Authentication, Authorization and Accounting)
• Protocolo de evolução de RADIUS (Diametro = 2x Raio)
• Robustez contra erros (sobre TCP ou SCTP: Stream Control Transmission Protocol )
• Suporte a encriptação extremidade-a-extrem. (IPSec ou TLS)
• Suporte a novas funcionalidades que o tornam mais flexivel e fácil de adaptar
para uso com novos serviços
– Ex. suporte a mobilidade de utilizadores
– DNS: Domain Name System (RFC 1035):
• Possibilita que máquinas ligadas à rede possam ser identificadas por um nome
(além de endereço IP)
– Conversão de endereços numéricos (binários) em endereços lógicos (strings
ASCII), + compreensíveis para os utilizadores
9.2.1.1 Camada de aplicação
• Camada de Aplicação:
– contem os Servidores de Aplicações: AS (Application
Servers)
• invocados pelos serviços disponibilizados pela rede.
– servidores processam pedidos dos utilizadores e
comunicam com os elementos de rede da camada de
controlo recorrendo à sinalização SIP. Como exemplos
de AS podemos referir:
• SIP-AS: com aplicações nativas IMS
– exemplo, softphone
• OSA-AS (Open Service Architecture): AS de aplicações
exteriores ao domínio da rede, disponibilizadas por 3ªs
entidades
– OSA-SCS (Service Capability Server): contém os mecanismos que
9.2.1.1 Camada de aplicação
• Exemplos de serviços disponibilizados pelo IMS:
– Telefone IP (VoIP):
• utilização do protocolo IP extremidade-a-extremidade entre
terminais SIP com garantia de QoS
– Ex. aplicação softphone
• Vantagens relativa/ ao serviço VoIP tradicional
disponibilizado gratuitamente na Internet (como por
exemplo, Skype):
– garantia de QoS
– disponibilizar o serviço de chamadas de emergência
– possibilitar a taxação das chamadas dos utilizadores e de tráfego
entre operadores (accountig)
– IP Centrex (Central Office Exchange Service):
• Serviço que emula o serviço PBX (Private Branch eXchange)
9.2.1.1 Camada de aplicação
• Exemplos de serviços disponibilizados pelo
IMS:
– IP TV/Multiscreen:
• Possibilitar de receber o sinal de TV em diferentes tipos
de terminais (Multiscreen): TV, smartphone, tablet, etc
• Sinal recebido em conformidade com as características
dos termais, ex. resolução e ritmos de transmissão
suportados
– Instant Messaging (IM):
• possibilitar um diálogo em tempo-real, de mensagens de
texto entre dois utilizadores ou entre um grupo de
utilizadores
• o IM pode ser disponibilizado em associação com as
9.2.3 Vantagens de convergência
FMI
Vantagens da
Convergência Fixo-Móvel
& Internet
(suporte de IMS)
Operadores de Rede:
Utilizadores Finais:
Rede Fixa
Rede Móvel
• Taxação mais simples com 1 só conta
• Um único operador com todos os Serviços
• Todos os serviços no mesmo terminal e
em diferentes redes de acesso
• Disponibilidade do mesmo
serviço em diferentes redes
• Um único nº de contacto
• Oferta de serviços universais
• Garantia de interoperabilidade
de serviços
• Redução de OPEX (custos
operacionais de rede)
• Maior facilidade, rapidez e
economia no desenvolvimento
de novos serviços
Internet

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Redes e Comunicações 2

  • 1. 1.1 – Definição de redes de telecomunicações Redes de Telecomunicações: conjunto de elementos interligados entre si para suporte à comunicação fiável entre utilizadores remotos Redes de Telecomunicações: Conjunto de elementos interligados entre si para suporte à comunicação fiável entre utilizadores remotos * Meios de transmissão usados no transporte da informação terminais<->rede * Elementos encaminhadores da informação na rede, podem pertencer a rede de acesso => Pode ser considerado como parte do ramo da comutação
  • 2. 1.2 – Critérios de qualidade em redes de telecomunicações
  • 3. 1.3 – Normalização em telecomunicações
  • 4. 2.1 – Introdução • Objectivo dos sinais de telecomunicações: – transporte fiável de informação desde da fonte até ao respectivo destino • Evolução das telecomunicações: – Cenário do início: • Transmissão de sinal de telegrafo em linha de comprimento máximo de16Km – Samuel Morse, 1838 – Cenário actual: • Cobertura universal: internet • Suporte a diversos serviços: Telefone, Rádio, TV, dados • Suporte a diversos formatos de dados multimédia
  • 5. 2.1 – Introdução • Sinergias entre Serviços de Telecomunicações + Informática: – Engenheiros de telecomunicações devem ter conhecimentos de: • Ciências da computação: – Para configuração de elementos de redes e serviços de telecomunicações – Engenheiros informáticos devem ter conhecimentos de: • Comunicações eléctricas/ópticas à distância: – Estado de arte, possibilidades e limitações. – Telecomunicações: • Passado: eram geridas por mecânicos • Actualmente: são geridas por informáticos
  • 6. 2.2 – Informação, Mensagens e Sinais • Informação: – Corresponde aos dados a transmitir entre os utilizadores • Mensagem: – Corresponde aos dados a transmitir entre os utilizadores + informação de controlo da rede – O sistema de comunicação tem como objectivo conseguir reproduzir no destino uma cópia “compreensível” da mensagem original • Sinal: – Formato com que mensagem é transmitida no meio de transmissão • Ex. eléctricos ou ópticos Pacote (n) PDU Dados (n) SDU Cabeçalho (n) PCI PCI: Protocol Ctrl Info SDU: Service Data Unit PDU: Packet Data Unit Pacote  Mensagem
  • 7. 2.2 – Informação, Mensagens e Sinais • Tipos de sinais: – Analógicos: grandeza física que varia suave e continuamente no tempo – Digitais: sequência ordenada de símbolos com valores discretos/finitos Sinais Digitais => melhor qualidade de transmissão, porque facilitam a reconstituição do sinal original Sinais Analógicos => melhor qualidade de reprodução porque tomam uma infinidade de valores, que correspondem aos sons emitidos/ouvidos pelas pessoas
  • 8. 2.4 – Sinais de comunicação • Sistema de comunicação deve possibilitar uma transmissão com boa qualidade do sinal a transmitir: – Devem ser usados os seguintes recursos apropriados às características do sinal a transmitir: • Banda de frequência • Meio de transmissão – Todos meios de transmissão afectam os sinais de forma própria: • + qualidade => usar fibra óptica – Para que receptor consiga reconstruir e compreender o sinal original este terá que ser recebido com um valor “mínimo” de qualidade, em função dos requisitos de QoS da respectiva aplicação: • Taxa de erros mínima • Taxa de perdas mínima • Ritmo de Transmissão constante
  • 9. 2.5 – Limitações aos sinais de comunicação – Limitações aos sinais de comunicação • Problemas tecnológicos: – Disponibilidade de hardware, ex. ritmos suportados – Factores económicos, ex. fibra óptica é mais cara • Limitações físicas fundamentais: – Ditadas pelas leis da natureza, ex. atenuação » ex. fibra tem menor atenuação – Frequências/Largura de Banda de alguns serviços: • Voz – 300 Hz a 4.3 KHz • Música de alta fidelidade – 20Hz a 20KHz • Televisão – 5 MHz
  • 10. 2.6 – Largura de banda dos sinais • Conceito aplicado quer aos sinais como aos sistemas de transmissão: – Maior largura de banda: • Capacidade de sinal variar rapidamente no tempo • Capacidade de sistema de comunicação conseguir acompanhar as variações do sinal de entrada – + Variação => + Largura de Banda => conseguir transportar mais informação
  • 11. 2.7 – Modulação e Codificação de sinais • O Transmissor efectua duas operações extremamente importantes para uma transmissão rentável e fiável: – Modulação => gerar sinal analógico via modems – Codificação de linha => gerar sinal digital via codec (codificador /descodificador) • Técnicas de Modulação: – Envolve duas formas de onda: • Sinal modulador: – Transporta a informação da Fonte para o Destino (utilizadores) – O modulador altera sistematicamente a portadora de acordo com as sua forma (variações) • Sinal de onda Portadora: – Onda transportadora do sinal com a informação dos utilizadores
  • 12. 2.7 – Modulação e Codificação de sinais – Onda Portadora: • Sinal transmitido em modo mais apropriado ao meio de transmissão (sinal modulado): – Modulação: processo de codificar mensagens sobre um sinal portador com uma determinada frequência » Mistura sinal c informação do utilizador + sinal de portadora c frequência apropriada para o canal de comunicação – Deve-se transmitir o sinal modulado com uma frequência da portadora apropriada (do espectro) para o serviço transportado » Ex. + Velocidade de Transmissão => + Frequência (+ Atenuação) • Vantagens: – Maior imunidade contra interferências – Menor atenuação do sinal => cobrir maiores distâncias
  • 13. 2.7 – Modulação e Codificação de sinais – A modulação deve ter operação inversa no Receptor: • Desmodulação – Sinal também pode ser transmitido sem modulação: • Transmissão em banda base • Não possibilita multiplexação de vários sinais no mesmo canal
  • 14. 2.8 – Modulação de sinais • Modulação para Multiplexagem – Combinação de vários sinais para transmissão simultânea pelo mesmo canal • FDM: Multiplexação na Frequência (Frequency Division Multiplexing) • TDM: Multiplexação no Tempo (Time Division Multiplexing) • WDM: Multiplexação no comprimento de onda (Wavelength Division Multiplexing) – No receptor as amostras de sinais diferentes têm ser separadas para reconstituir cada sinal original – Multiplexagem permite aumentar o rendimento das comunicações • Aumentar ao máximo a capacidade de transmissão do canal físico disponível
  • 15. 2.9 – Codificação de sinais • A codificação é uma operação de processamento do símbolo – Transforma uma mensagem analógica ou digital num sinal digital • Se mensagem for analógica => ser 1º convertida para Digital antes da conversão (ex. PCM) – Destina-se a melhorar a comunicação quando o sinal é digital e pode ser representada por símbolos discretos * Exemplo: codificação NRZL (Non-return to Zero Level) • Forma +simples de codificação consiste em associar um nível de tensão a cada bit: “1”: +5V e “0”: -5V => + energia do que usar 0V – A descodificação obtém a mensagem original – Codificação pode também ser usada para controlo de erros.
  • 16. 3.1 – Redes de Comutação Tradicionais • Rede Tradicional/“Não Inteligente” – Configuração de novo serviço na rede: • Necessário carregar SW do serviço (SW_S) em todos os comutadores – Exemplo de serviço: Pré-Pago • Tarefa mais complexa e com risco de perturbação do funcionamento dos comutadores e rede Sinalização Dados + Sinalização Rede de Acesso Comutador Comutador SW_S SW_S Garante a conectividade entre os terminais e a rede de comutadores (geral/ não têm Garante o encaminhamento das mensagens dos utilizadores entre as redes de acesso, onde se encontram os respectivos terminais (geral/ têm caminhos alternativos)
  • 17. 3.2 – Redes de Comutação “Inteligentes” • Rede “Inteligente” / IN: Intelligent Network: – Configuração de novo serviço na rede: • SW do serviço carregado em plataforma própria (IN: Intelligent Network) que é invocada pelos clientes do serviço via Comutadores • +Facilidade/rapidez & menor custo no desenvolvimento de novos serviços • Menor impacto no funcionamento da rede Sinalização Dados + Sinalização Rede de Acesso Comutador Comutador SW_S IN
  • 18. Serviço A Serviços A,B,C Diferentes redes de acesso, transporte e comutação Controlo Conectividade P L M N 2G/3G /4G P S T N R E D E D A D O S P L M N 3G P S T N R E D E D A D O S Arquitetura Tradicional: 1 Serviço/1 Rede (monolítica) Arquitetura de Nova Geração (NGN): n Serviços / 1 Rede (por camadas) Serviço B Serviço C Uma única rede multi-serviços 2G 3.3 – Redes de Nova Geração (NGN)
  • 19. • Arquitetura que facilita convergência de redes e serviços – Acesso aos mesmos serviços em diferentes redes de acesso – Serviços: voz, vídeo e dados/internet (3Play) + mobilidade (4Play) 3.3 – Redes de Nova Geração Celular Tradicional/Passado: Rede/Serviço Serviços PSTN Dado s IP CATV Conteúdos Presente/Futuro: Rede/Multi-Serviços Rede Backbone Acesso Wireless Acesso Cobre Acesso Cabo ou Fibra Opt Controlo Conteúdos de Serviços Outras Redes MGW PSTN: Public Switched Telephone Network MGW: Media Gateway
  • 20. 3.3 – Redes de Nova Geração • Do ponto de vista dos utilizadores, as NGN procuram satisfazer os seguintes principais objectivos: – Acesso a novos serviços IP multimédia: • para o estabelecimento de comunicações inter-pessoais • acesso a serviços com conteúdos em diversos formatos multimédia – garantia de QoS, em conformidade c requisitos de serviço » controlar a localização e os recursos da rede disponíveis • de modo mais personalizado e com um maior controlo dos utilizadores – Independência de acesso e convergência fixo-móvel: • o acesso aos diversos serviços poderá ser feito de forma transparente de diferentes: – terminais – localizações (roaming) – redes com diferentes tecnologias de acessos, tais como: GSM/UMTS/LTE (celulares), WLAN e rede fixa GSM: Global System for Mobile communications LTE: Long Term Evolution
  • 21. 3.3 – Redes de Nova Geração • Do ponto de vista dos operadores, as NGN procuram satisfazer os seguintes principais objetivos: – Maior facilidade de desenvolvimento de novos serviços e gestão da rede • A NGN baseia-se no conceito de arquitetura de camadas horizontais reforçado com a possibilidade de reutilização de funções de controlo comuns da rede, ex. arquitectura IMS: IP Multimedia Subsytem – Arquitectura caracterizada pelo acesso aos seus serviços estar sujeito a um conjunto de “regras” comuns, tais como: » controlo por elementos de rede comuns, ex. CSCF em IMS (Call Session Control Function) » utilização de protocolo comum, ex. SIP (Session Initiation Protocol) – possibilitar a reutilização em diferentes serviços das mesmas funções de controlo da rede, tais como: aprovisionamento, taxação, Operação&Manutenção (O&M) e permissores de serviços. • Vantagem relativa/ ao cenário tradicional (pré-NGN) em que existe a necessidade de desenvolvimento de raiz da maioria dos serviços
  • 22. 3.3 – Redes de Nova Geração Redes NGN: Um novo conceito estrutural: NGN Redes de Nova Geração Arquitectura convergente com forte interacção de cliente Rede multi-serviço (todos os serviços sobre o mesmo acesso) Rede multi-acesso (o mesmo serviço sobre múltiplos acessos) Ambiente flexível de disponibilização de novos serviços Rede “all IP” orientada para comutação de pacotes Separação de funções por camadas com interfaces abertos (controlo) Principais características de NGN: Arquitectura Serviços Tecnologia NGN Incentivos para NGN:
  • 23. 4.1 – Introdução • Meio de transmissão cobre: – Mais económico – Fácil instalação – Menor imunidade a interferência – Maior atenuação de sinal => menor espaçamento entre repetidores – Velocidades médias/elevadas de transmissão em distâncias curtas – Aplicações: • Inicialmente: telefone tradicional (voz) • Actualmemente: xDSL (xDigital Subscriber Line) para suporte a 3Play (Telefone fixo, Internet e TV): – Transmissão de dados em linhas telefónicas tradicionais – Utilização de modems específicos para suporte de 3 canais: 1. Downstream (Rede -> Utilizador), 2. Upstream (Utilizador -> Rede) 3. Telefone/voz
  • 24. 4.2 – Redes Telefónicas • Rede Telefónica Tradicional (POTS: Plain Old Telephone Line) Rede de Acesso Comutação Digital Transmissã o Digital Transmissã o Analógica
  • 25. 4.3 – Arquitectura das redes telefónicas • Rede de acesso telefónico analógico: POTS: Plain Old Telephone Line (linha telefónica analógica) Acessos de linhas analógicas usam 1 par de fios de cobre, com FDM ou TDM para suporte da comunicação bi-direccional Acesso analógic o CD: UR: Central/ Comutador
  • 26. 4.3 – Arquitectura das redes telefónicas • Redes de acesso digital (RDIS: Rede Digital c Integração de Serviços): PPCA: Posto Privado de Comutação Automática POTS: Plain Old Telephone Line (linha telefónica analógica) Acessos de linhas digitais usam 2 pares de fios (4) de cobre para possibilitar 2 ligações simultâneas e podem coexistir com linhas analógicas e de outros tipos (ex. rádio) Acesso Digital
  • 27. 4.3 – Arquitectura das redes telefónicas • Topologia com hierarquia simples de rede telefónica (PSTN: Public Switched Telephone Network): Ligações entre comutadores, por transportarem grande quantidade de chamadas, são maioritaria/ em fibra óptica
  • 28. 4.3 – Arquitectura das redes telefónicas • Topologia hierárquica com malha parcial: Topologia redundante => Possibilitar caminhos alternativos => Central de hierarquia n-1 deve estar ligada a pelo menos 2 centrais de hierarquia n: • Central local deve estar ligado a pelo menos 2 centrais regionais • Central regional deve estar ligada a pelo menos 2 centrais interurbanas/nacionais 1ª hierarquia 2ª hierarquia 3ª hierarquia
  • 29. 4.3 – Arquitectura das redes telefónicas • Topologia não-hierárquica com malha completa: – Usada em redes com comutadores com grande capacidade de processamento – Usada por redes novas que tiram partido dos comutadores anteriores – Objectivo: redução de custos operacionais por uso de menos comutadores – Possível maior dificuldade de gestão do tráfego: • Todos os comutadores com a mesma hierarquia • Maior risco de loops de tráfego entre comutadores Comutador/Central com funções: • Comutador Local • Comutador Regional • Comutador Nacional (Interurba • Comutador Internacional
  • 30. 4.4 – Funcionamento da rede telefónica • Serviço de telefone tradicional usa comutação de circuitos: – Necessário “conquistar” vários troços dedicados da rede, desde o Originador ao Destinatário da chamada, até se estabelecer o circuito • Função realizada por procedimentos de controlo/sinalização – Possibilidade de não transmissão por congestão na rede de comutadores – Após estabelecimento de circuito rede não efetua processamento ou armazenamento da informação que nela circula => garantia de QoS Central/Comutador Originador de chamada Destinatário de chamada Circuito da chamada
  • 31. 4.4 – Funcionamento da rede telefónica • Sinalização: – Suporta funcionalidades de controlo e gestão da rede: • Transportada em canais próprios, que podem ou não seguir o mesmo caminho das chamadas que controlam – Gestão de rede, exemplos: • Configurações de elementos de rede • Atribuição/alteração de novos serviços a utilizadores – Controlo, exemplos: • Suporte a acções dos utilizadores: – Levantar o auscultador => ouvir tom de marcar – Marcação de dígitos de número chamado (destinatário) – Poisar auscultador => terminar chamada • Suporte a serviços dos utilizadores: – Apresentação de número chamador (CLIP: Calling Line Id. Presentation)
  • 32. 4.4 – Funcionamento da rede telefónica • Endereçamento de chamadas telefónicas efectuado com base em numeração de telefones: – Uso de norma E.164 do ITU-T, com formato geral: – Country Code – National Destination Code – Subscriber Nº – Ex. 00 351 21 9999999 – “00” ou “+”: Internacional; 351: Portugal; 21: Área Fixo Lisboa; Nº de Cliente: 9999999 Ex. de Country-Codes 1 : North America (US, CA, Caribbean) 1 digit 2 : Africa 2 or 3 digits 20 Egypt;27 South Africa; 244 Angola 3 : Europe 2 or 3 digits 31 Netherlands; 351Portugal 4 : Europe 2 or 3 digits 44 UK;49 Germany; 420 Czech Republic 5 : South America 2 or 3 digits 54 Argentina;595 Paraguay 6 : Australia & S Pacific 2 or 3 digits 61 Australia;675 Papua 7 : Russia 1 digit 8 : China & N Pacific 2 or 3 digits 86 PR China; 855 Cambodia 9 : Middle East 2 or 3 digits 90 Turkey; 972 Israel Identifica Operador nas rede móveis Prefixo identifica operador na rede fixa
  • 33. 4.5 – Acesso à Internet através da rede telefónica • Transporte de dados nas redes telefónicas analógicas: – Necessário o uso de equipamento específico: • Modems (modulador - desmodulador): • conversor de sinais digitais em analógicos para transporte em linha telefónica (desmodulador faz inverso) modem PSTN modem Transmissã o Digital Transmissã o Analógica Internet
  • 34. 4.5 – Acesso à Internet através da rede telefónica • Modems (modulador-desmodulador) – Procedimentos de modulação: • Método de codificação, compressão e correcção de erros • Velocidade de transmissão: – Bit rate (frequência dos dados): » numero de bits de dados modulados por segundo – Baud rate (frequência do sinal modulado): » numero de mudanças de sinal por segundo – Ex. V90: bit rate: 55600 bit/s ; baud rate: 8000 Modem “10 11 00” 2400 bit/s 1200 sinais/s f1 f3 f0 Transmissã o Transmissã o
  • 35. 4.5 – Acesso à Internet através da rede telefónica • Acesso à Internet através da rede telefónica – Possibilita convergência de voz e dados: ex. Gigabit Ethernet ex. Gigabit Ethernet
  • 36. 4.5 – Acesso à Internet através da rede telefónica • Acesso de banda larga / ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) a rede IP , ex. Gigabit Ethernet ex. Gigabit Ethernet
  • 37. 4.5 – Acesso à Internet através da rede telefónica • ADSL: – Possibilita a transferência de dados em modo assimétrico – Utiliza técnica de multiplexação na frequência • FDM ou DDF (Duplexagem por Divisão na Frequência) – Atenuação de fios de cobre (par simétrico) condiciona o alcance dos sistemas ADSL
  • 38. 4.6 – Desagregação do lacete local • Desagregação do lacete local UR/MUX UR
  • 39. 5.1 – Introdução • Redes de acesso por cabo – Cabo coaxial: • Maior imunidade a interferência + menor atenuação do que cobre: – Maior blindagem – Construção concêntrica • Maiores velocidades de transmissão em maiores distancias do que cobre – Centenas de Mbit/s em alguns Km • Aplicações: – Inicialmente: TV – Actualmemente: usam tecnologia DOCSIS: Data Over Cable Service Interface Specification – Possibilitar transporte de dados em rede de TV cabo (CATV) – Suporte a 3Play: TV, telefone e internet
  • 40. 5.2 – Redes CATV • Cenário inicial de CATV – Objectivos relativa/ a TV tradicional c sinal rádio analógico : • Suporte a maior nº de canais • Qualidade de imagem superior – Características: • Transmissão de diversos canais em FDM • Unidireccional • Baseada em cabo coaxial • Topologia em árvore (ou estrela)
  • 41. 5.2 – Redes CATV • Cenário actual de CATV: – Objectivos adicionais: • Interactividade • Transporte de Dados (internet) • Transporte de Telefonia – Principais diferenças cenário anterior: • Bidireccional => suportar interactividade • Híbrida (HFC – hybrid fibre coax) – Cabo Coaxial na distribuição final – Fibra óptica no backbone: » Reduzir atenuação => maior espaçamento entre repetidores » Disponibilizar maior capacidade => Transporte de mais canais – Definição de CATV actual: rede de distribuição de conteúdos multimédia com suporte de comunicação bidireccional Amplificadores Bidireccionais:
  • 42. 42 5.2 – Redes CATV – Tipicamente assentes em infra-estruturas híbridas e bidireccionais de distribuição de televisão; – Possibilitam elevados débitos ( >100 Mbit/s) • Permitem diversas classes de serviço (QoS) – Tiram partido do elevado número de lares cablados – Meio de transmissão partilhado pelos utilizadores • Requer mecanismos de segurança – Utilizador terá que ter equipamentos: • TvBox (Set-Top-Box): suportar interatividade de TV • Cable Modem (CM): possibilitar transmissão de dados – Aplicações das redes CATV: • Difusão de vídeo • Video on Demand • HDTV • Telefone • Vídeo Conferência • Inteligação de LANs Cable Modem
  • 43. 5.3 – Arquitectura redes CATV • Arquitectura CATV: 500 2000
  • 44. 5.3 – Arquitectura redes CATV • Distribuição do espectro na CATV: Upstream Downstream • Possível distribuir sinais analógicos e digitais sobre a mesma infraestrutura • Canais digitais podem transportar 2 tipos de informação: • Dados/Internet e telefone para os Cable Modems • Canais de TV digitais: • tipicamente com uma largura de banda de ~1/4 da dos analógicos • Gama de canais FM geral/ não é usada por CATV, para evitar interferências c rádio Não usado
  • 45. 5.3 – Arquitectura de redes CATV • Arquitectura CATV: (RF: Radio Frequency) ou Rede de distribuição Distribution Hub Headend Fiber Node
  • 46. 5.3 – Arquitectura de redes CATV • Headend (cabeça-da-rede): – Fonte primária dos serviços oferecidos ao utilizador, recebendo e processando sinais externos ou originados na rede do operador – Recebe o sinal de TV via satélite ou transmissão terrestre e converte-o em formato apropriado para distribuição pela rede CATV até os clientes finais => • Usada norma MPEG (Moving Picture Experts Group) para: – Codificação – Compressão • MPEG-4 usado para transmissão de canais HD (High Definition) – No cliente a set-top-box converte novamente o sinal
  • 47. 5.3 – Arquitectura de redes CATV • Distribution Hub (centro de distribuição): – Realiza concentração de ligações a Headend – Pode desempenhar parte das funções de Headend, de modo a poupar recursos da rede primária (ligação Headend/Distribution Hub ) e do próprio Headend: • Armazenamento de serviços interactivos digitais de clientes ligados a Distribution Hub • Ligação a internet – Pode injectar programação específica no sinal a distribuir pelos clientes por si ligados : • canais locais
  • 48. 5.3 – Arquitectura de redes CATV • Fiber Node: – elemento da rede HFC onde termina a fibra e começa o cabo coaxial • Service Area (célula): engloba todos os lares servidos pelo Fiber Node • Drop: Ligações aos assinantes ou Distribution Hub
  • 49. 5.4 – Transporte de dados em redes CATV – Para o transporte de dados em redes CATV é usada a norma DOCSIS do ITU-T: • Usada em redes CATV para suporte a transporte de dados/internet e telefone • Sistema de comunicação ponto-a-multiponto entre os seguinte elementos de rede – Cable Modem Termination System (CMTS) – Cable Modem (CM) – Comunicação CMTS<->CMs corresponde a uma LAN de grandes dimensões » CMTS  Servidor e CM  clientes » C Clientes Operador
  • 50. 5.5 – DOCSIS  DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification): * DOCSIS é um sistema de comunicação Ponto-a-Multiponto que usa os seguintes modos de transmissão: • Downstream: – Fluxo continuo de CMTS para todos os CMs – Ritmos máximos de ~56 Mbit/s com modulação 256-QAM (Quadrature >Amplitude Modulation) • Upstream: – Fluxo não contínuo em TDMA  rajadas de dados (bursts) de alguns CMs – Ritmos máximos de ~10 Mbits/s com modulação 16-QAM TDMA: Time Division Multiple Access
  • 51. 5.5 – DOCSIS – Norma DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification), definida pela ITU-T: • Principais funções: – Gestão do link: » Sincronismo de canais Upstream » Ranging: compensação de atraso e atenuação de sinal para CM, em função da distância a CMTS » Ajustamento de potencia » Transmissão e recepção de bursts – Gestão da largura de banda: » Alocação de recursos » Suporte a pedidos de transmissão em upstream » Resolução de conflitos de acesso » Priorização de tráfego – Gestão de clientes: » Autenticação » Segurança » Registo
  • 52. 5.5 – DOCSIS • Cable Modem (CM): – Localizado no cliente, para possibilitar a interligação com redes de dados – Principais funções: • Encaminhamento de pacotes IP (dados) entre terminais dos utilizadores e a rede (CMTS) • Modulação/Desmodulação dos sinais transmitidos/recebidos contendo dados da comunicação para/de rede • Cable Modem Termination System (CMTS): – Pode estar localizado no Headend ou Distribution Hub – Principais funções: • Faz a gestão dos diversos Cable Modems: – Autenticação e registo dos utilizadores – Controlo de acesso à rede para transmissão de dados » Atribuição de time-slots a CMs – Contabilização de acessos – Possibilita a interligação à internet
  • 53. 5.5 – DOCSIS • Downstream – Frequência situada entre os 65 e 850MHz (Europa) ou 42 e 850MHz (EUA) – Canais de 8MHz (Europa) ou 6MHz (EUA) – Modulações • 64QAM com 6 bits/símbolo => ritmo de ~41 Mbit/s • 256QAM com 8 bits/símbolo (maior débito mas mais sensível ao ruído) => possibilitar ritmos de ~56 Mbit/s – Transmissão continua – O downstream é “ouvido” por todos os CM • Upstream – Frequência entre os 5 e os 65MHz (5- 42MHz nos EUA) – Canais tipicamente de 2MHz – Modulações • QPSK (2 bits/símbolo) => rimo de ~5M • 16QAM (4 bits/símbolo) => ritmo ~10M – Transmissão em bursts usando timeslots (TDM) – Mini-Slots (Timeslots ) de diferentes tipos:
  • 54. 6.1 – Introdução • Redes de acesso por fibra óptica – Fibra óptica: • Transmissão de raios ópticos a uma dada frequência – Conversão de sinal eléctrico em luz (Transmissão - lasers, leds; Recepção – foto-díodos) • Componentes das fibras: – Vidro – Plástico • Pequeno tamanho e peso • Imunidade a interferências – Não são afectadas por campos eletromagnéticos externos • Atenuação baixa – Maior espaçamento entre repetidores • Suporte a grandes velocidades de transmissão (velocidade da luz) – N Gbit/s em dezenas de Kms
  • 55. 6.1 – Introdução – Desvantagens relativas: • Instalação mais cara do que cobre • Ligações de terminações (alinhamento de fibras) – Fibras com dimensões na ordem dos microns (1 cabelo) – Aplicações: • Interligação de redes (backbone) • Comunicações de longa distancia, MANs e WANs • Ligações residenciais (FTTH – Fiber To The Home), recente – Incentivos: • Necessidade de maior largura de Banda, decorrente da vulgarização de canais TV em formato fullHD, ex. desporto
  • 56. 6.1 – Introdução • Espectro Óptico e bandas: l:comprimento de ond µm: micrometros = 10- US: Upstream DS: Downstream nm: nanometros = 10-6  Frequencia 1014 Hz Para possibilitar comunicação simultânea nos 2 sentidos => Usar l‘s diferentes em US e DS 1200 nm 1300 nm 1400 nm 1500 nm 1600 nm US DS
  • 57. 6.1 – Introdução • Sistema de comunicação óptico: ou ambos
  • 58. 6.1 – Introdução • Sistemas monocanal e multicanal:
  • 59. 6.2 – Redes de Fibra Óptica • 2 Tipos de rede: AON e PON – AON: Active Optical Networks: • Fibras ligadas a elementos de rede activos (ex. Ethernet edge switches): – Efectuam o processamento e encaminhamento dos sinais das fibras – Geral/ necessário converter sinal óptico em eléctrico para poder processar o seu conteúdo: » Requer o uso de transcievers ou conversores óptico/electricos, equipamento com custos: – Actual/ já podem ser usados comutadores ópticos em serviços de comutação de circuitos: » Suporte a maiores ritmos de transmissão => actual/ 400 Gbit/s » Não necessário conversão óptico/electrica, • Maior flexibilidade e redundância – Requer utilização de maior quantidade de fibras • Apropriado para ligações empresariais (menor quantidade) • Tecnologia mais antiga cobre fibra
  • 60. 6.2 – Redes de Fibra Óptica • 2 Tipos de rede: AON e PON – PON: Passive Optical Networks • Fibras ligadas a elementos de rede passivos: splitters/combiners – Uma unidade central (OLT) e uma única fibra pode distribuir o mesmo sinal óptico por 32 a 128 unidades remotas (ONUs/ONTs) – Instalação mais simples e c menor necessidade de fibras na distribuição do sinal • Mais económico: – Elementos de rede (splitters) não necessitam de alimentação eléctrica => maior facilidade de instalação – Apropriado para ligações residenciais (maior quantidade) • Tecnologia mais recente
  • 61. 6.2 – Redes de Fibra Óptica Sinais encaminhados apenas para terminais destinatários dos mesmos Apenas sinais de difusão, ex TV são encaminhados para todos os destinatários c terminais receptores dos mesmos Sinais encaminhados para todos os terminais destinatários dos mesmos (~ CATV)
  • 62. 6.3 – Redes PON • Utilização de topologia ponto-a-multiponto com transmissão óptica passiva: – Evitar uso e custo de conversores óptico/eléctricos – Utilização de splitters passivos em downstream + combiners passivos em upstream, que não necessitam de alimentação de energia 1:2 splitter passivo 1:4 passive splitter N utilizadores Fibra alimentadora core Rede de acesso Tipica/ N=32 max definido 128 Fibra distribuição
  • 63. 6.3 – Redes PON • Infra-estrutura partilhada possibilita uma redução de custo/cliente: – Necessidade de um nº mínimo de transceivers ópticos (conversores Opt./Elec.) – Fibra de alimentação e custos de splitters e transceivers (ONUs) pode ser dividido por N clientes – Operadores greenfielders (constroem rede de raiz) com um custo de instalação da rede fibra óptica semelhante ao de uma rede cabo • Splitters passivos possibilitam redução de custos: – Não necessitam de alimentação – Podem ser instalados em quase qualquer local • Ritmos de transmissão podem ser incrementados em função da evolução tecnologica da
  • 64. 6.4 – Arquitectura de redes PON • Arquitectura de redes PON FTTC: Fiber To The Curb FTTN: Fiber To The Node FTTP: Fiber To The Premises FTTH: Fiber To The Home OLT: Optical Line Terminal ONU: Optical Network Unit ONT: Optical Network Terminator
  • 65. 6.4 – Arquitectura de redes PON • Elementos de redes PON: – OLT (Optical Line Terminal): Cabeça da rede, corresponde a headend de CATV – ONU (Optical Network Unit): elemento de rede óptica, onde é efectuada a conversão de FO para a meio de transmissão da terminação (cabo ou cobre) – ONT (Optical Network Terminator): terminais de rede óptica no cliente – ODN (Optical Distribution Network): toda a árvore de rede de fibra até ONU/ONT (fibra de alimentação, splitters, fibras de distribuição) – OAN (Optical Access Network): todas as árvores provenientes do mesmo OLT – Downstream: sentido OLT para ONU; Upstream: sentido oposto downstream Optical Network Units upstream Optical Distribution Network NNI Terminal Equipment core splitter Optical Line Terminal Optical Access Network Optical Network Terminator
  • 66. 6.5 – Funcionamento das redes PON • Funcionamento de redes PON: – Principais funções de OLT e ONU/ONT: • Camada 2, ex. Ethernet MAC • Processamento de sinais ópticos com diferentes ls (comp. onda) para transmissão e recepção • Opciona/ com uso de tecnologia WDM (Wavelength Division Multiplexer) – Um l por cliente (tecnologia de futuro) – Transmissão Downstream (~ CATV): • OLT difunde o mesmo sinal para todos as ONUs e ONTs da mesma ODN • ONUs e ONTs capturam e processam apenas os dados do sinal com o seu endereço • Necessário a utilização de encriptação para garantir a privacidade dos dados transmitidos – Usado algoritmo AES (Advanced Encryption Standard) – Transmissão Upstream (~CATV): • ONUs e OLTs partilham a mesma largura de banda via Time Division Multiple Access • OLT gere os timesolts a atribuir a ONUs e ONTs
  • 67. 6.4 – Arquitectura de redes PON • Vantagens do FTTH: – Ritmos de transmissão podem ser incrementados em função da evolução tecnologica da transmissão da informação óptica • Não são necessários upgrades no meio de transmissão do troço que liga a rede à casa do cliente (last mile) – Podem-se instalar “ONU interiores” (ONTs), com simplificação, economia e menor impacto no funcionamento da rede: • ONT: 1 entrada / 1 saída • ONU: 1 entrada / n saídas – Não é necessário mudar as ONU intermédias para melhorar a rede de acesso de modo a permitir a evolução dos serviços de banda larga e multimédia – A manutenção é mais fácil, uma vez que os sistemas de fibra são mais fiáveis que os sistemas híbridos fibra-metálicos
  • 68. 7.1 – Introdução • Redes Celulares: – Sistemas de comunicações sem fios que utilizam sinais rádio, com uma determinada frequência, para o transporte da informação dos utilizadores. – Caracterizadas pela divisão da sua área geográfica de cobertura em pequenas sub–áreas, designadas de células • Cada célula tem uma antena (estação base) a emitir os sinais rádio com uma determinada frequência de comunicação. – Suportam a mobilidade dos utilizadores na rede: • Permitem a manutenção de uma chamada estabelecida, aquando da mudança de célula por um utilizador em movimento (handover)
  • 69. 7.1 – Introdução • Principais características das quatro gerações de redes celulares: – 1ª Geração: • Caracterizadas por uma tecnologia de comunicação analógica • Serviço predominante era a voz • Não existiu um sistema standard dominante => dificultar roaming • Terminais de grandes dimensões – 2ª Geração (GSM: Global System for Mobile communications): • Caracterizadas por uma tecnologia de comunicação digital na faixa dos 900 MHz, com uso da tecnologia FDMA/TDMA
  • 70. 7.1 – Introdução • Principais características das quatro gerações de redes celulares: – 3ª Geração (UMTS: Universal Mobile Telecommunications System): • Suporte a maiores ritmos de transmissão para aplicações de dados em terminais móveis (até 2Mbit/s) • Utiliza tecnologia WCDMA (Wideband CDMA), com uma gama de frequências na banda dos 2 GHz na interface rádio – 3,5ª Geração (HSPA: High Speed Packet Access): • Atualizações na interface rádio UMTS (antenas) de modo a possibilitar o aumento nos ritmos de transmissão dos serviços de dados UMTS nos sentidos UL (HSUPA) e DL (HSDPA) • Utilização de modulação mais eficiente para obter maiores ritmos de Tx – 4ª Geração (LTE: Long Term Evolution): • Suporte a maiores ritmos de transmissão inicial/ até 150 Mbit/s no sentido DL (Down Link) e 50 Mbit/s no sentido UL (Up Link), c menor latência de Tx
  • 71. 7.2 – Arquitetura de rede GSM (2G) BTS – Estação Base (Base Transciever Station) A E F C A D D F B E A Célula com Frequência “B” de comunicação B Arquitetura de rede de acesso GSM: * Células continuas têm que ter frequências diferentes para evitar interferências (FDMA) * Cada célula permite n chamadas, mais capacidade => células mais pequenas * Chamadas usam diferentes time–slots da mesma portadora com frequência da célula
  • 72. 7.2 – Arquitectura/Interface radio GSM 8x Canais de tráfego em 4,6 ms (TDMA) 0 1 2 3 4 5 6 7 114 Dados + 42 Controlo 156 bits / 0.577 ms Frequência fu UL 0 1 2 3 4 5 6 7 DL Frequênci a fd * GSM usa método de acesso FDMA/TDMA na interface rádio * FDMA (Frequency Divison Multiple Access) entre células * TDMA (Time Divison Multiple Access) dentro da célula fd: frequência em down link fu: frequência em up link
  • 73. 7.2 – Arquitectura/Interface radio GSM Estrada principal Antena omnidireccional Antena sectorial Área urbana Área rural Planeamento celular: 1) Garantir capacidade necessária em função do nº normal de clientes numa dada área geografica Ex. Área urbana +utilizadores=>+capacidade => células menores 2) Garantir área de cobertura continua entre células para possibilitar a manutenção de chamadas de utilizadores em movimento (handover) 3) Utilização eficaz do espectro de frequências disponíveis
  • 74. Hierarquia Geográfica da Rede GSM: GSM SA PLMN SA MSC SA LA Cé lula GSM SA PLMN SA MSC SA LA Célula 7.2 – Arquitetura de rede GSM (2G)
  • 75. 7.2 – Arquitetura de rede GSM (2G) • Hierarquia Geográfica da Rede GSM: – Location Area: • Define um conjunto de células dentro do qual a localização do Terminal Móvel (TM) é conhecida – Precisão com que a rede conhece a localização corrente do TM, para o encaminhamento das chamadas que lhe são destinadas • A informação da identificação da LA (LAI: Location Area Identity) está armazenada no VLR e no TM • A LAI é actualizada sempre que o TM se desloca para uma nova LA (Location Update) – MSC/VLR Service Area: • É constituída por uma ou várias LAs e corresponde à área geográfica controlada por um MSC/VLR • A identificação da MSC/VLR Service Area corrente de um TM encontra–se armazenada no correspondente HLR
  • 76. (2G) • Hierarquia Geográfica da Rede GSM (continuação): – PLMN Service Area: • A PLMN (Public Land Mobile Network) Service Area consiste na área total em que o operador oferece serviços GSM • Em Portugal, os operadores celulares oferecem cobertura nacional e a PLMN Service Area corresponde à área do país – GSM Service Area: • Conjunto de operadores onde TM poderá usar serviço GSM • Operadores com acordos de roaming com operador a que pertence TM
  • 77. 7.3 – Segurança em redes GSM (2G) • Cartão SIM (Subscriber Identification Module): – Cartão “inteligente” que armazena informação pessoal e secreta do utilizador e está protegido contra utilização indevida pelo parâmetro PIN (Personal Identity Number) – Portável entre diferentes equipamentos móveis (terminais): • possibilita ao seu proprietário a manutenção da sua identidade para autenticação na rede, independentemente do terminal que utilizar – Informação pessoal consiste nos seguintes parâmetros: • IMSI (International Mobile Subscriber Identity ) • Ki: chave secreta de autenticação, utilizada nos procedimentos de autenticação e encriptação • Dados pessoais do utilizador, como agenda de contactos telefónicos – SIM calcula e armazena parâmetros dinâmicos disponibilizados pela rede: • Kc: chave secreta de encriptação • TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) • LA (Location Area) corrente do TM onde está inserido
  • 78. (2G) • Funcionalidades de segurança disponibilizadas pelo GSM: – Autenticação da identidade do utilizador: • Para impedir o acesso à rede a utilizadores não autorizados, sempre que um TM pretender aceder à mesma, a sua identificação é requisitada e verificada – Confidencialidade dos dados do utilizador: • Para proteger e garantir a confidencialidade dos dados contra intrusos, todas as mensagens dos utilizadores transmitidas na interface rádio são encriptadas – Verificação de identificação do equipamento (IMEI): • Para impedir a utilização de equipamento não autorizado ou roubado, o operador pode verificar a identificação do mesmo (IMEI) – por exemplo, quando o correspondente utilizador efetuar uma tentativa de chamada – Anonimato do utilizador: • Para impedir a identificação de um utilizador, a rede utiliza uma identificação temporária (TMSI) nas mensagens de sinalização transportadas na interface rádio • O TMSI é atribuído pelo VLR, após cada procedimento de Location Update
  • 79. 7.4 – Arquitetura de rede UMTS (3G)/Interface Rádio Dados TM1 Dados TM2 Descodificação + Despreading de sinal de TM1 Tempo Potência TM1 Tempo Frequência Potência ∑ Nó-B Sinais banda base Sinais modulados Dados TM3 Codificação + Spreading de sinais de TM Frequência UMTS usa método de acesso WCDMA na interface rádio: • CDMA: Code Divison Multiple Access • Todo o canal é ocupado por todas as chamadas, qu usam um código específico para se diferenciarem • Procedimento de codificação é acompanhado de redução de potência do sinal  spreading
  • 80. 7.4 – Arquitetura de rede UMTS (3G) • Novos elementos de rede na arquitectura UMTS: – Rede de acesso: UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network): • Os elementos de rede RNC (Radio Network Controller) e Nó–B (antena) substituem, respectivamente, a BSC e BTS • UMTS usa método de acesso CDMA (Code Division Multiple Acess) na interface rádio – Células vizinhas podem usar as mesmas frequências =/= GSM • Chamadas de diferentes utilizadores diferenciadas por diferentes códigos
  • 81. 7.4 – Arquitetura de rede UMTS (3G) • O cartão USIM (User Services Identity Module): – “cartão inteligente”, que, por poder ser transferido entre diferentes equipamentos móveis (terminais), possibilita ao seu proprietário a manutenção da sua identidade perante a rede, independentemente do terminal que utilizar – contém dados e procedimentos que possibilitam identificar o utilizador de forma inequívoca e segura. – Também usado nas redes LTE/4G – Principais diferenças para SIM: • Maior segurança e capacidade de armazenamento • Possibilitar instalação de pequenas aplicações • USIM armazena os seguintes parâmetros: – IMSI: International Mobile Subscriber Identity – Ki: Chave secreta de autenticação, utilizada nos procedimentos de autenticação e encriptação – Dados pessoais do utilizador • Uso de USIM é opcional no UMTS (mandatório no LTE) – De modo a não obrigar os seus clientes que adquirem terminais 3G a trocarem de SIM (GSM) para USIM (UMTS), um operador poderá possibilitar a utilização de SIMs nos terminais 3G
  • 82. (3G) • Segurança e confidencialidade no UMTS: – Os procedimentos de segurança e confidencialidade do UMTS foram baseados nos procedimentos semelhantes do GSM, com a adição das seguintes novas funcionalidades e melhoramento de outras já existentes: • Algoritmo de encriptação reforçado e estendido à interface Nó–B / RNC • Autenticação da rede para com o utilizador • Controlo de integridade e encriptação de mensagens de sinalização dos utilizadores • Utilização de cinco parâmetros de autenticação e encriptação (quintets) com cartão USIM, em vez de três do GSM (triplets) com cartão SIM
  • 83. 7.6 – Redes LTE (4G) • Principais caraterísticas de LTE (Long Term Evolution) / 4G: – Suporte a maiores ritmos de transmissão: • Inicialmente: – até ao máximo de 150 Mbit/s no sentido DL (Down Link) – até ao máximo de 50 Mbit/s no sentido UL (Up Link) • para terminais localizados em células com canal com largura de espectro de 20 MHz e com dois pares de antenas recetoras e emissoras (MIMO) • Utilização de método de codificação mais eficiente: 64QAM (Quadrature Amplitude Modulation) – Maior eficiência na utilização do espectro radioeléctrico: • 3 a 4 vezes em DL e 2 a 3 em UL, relativamente ao UMTS – Redução de tempos de latência de transmissão na rede de acesso rádio (sobretudo para aplicações mais prioritárias), entre Nós–B e TM: • De ~125 e 50 ms no HSPA e HSPA+ para 10 ms no LTE – Utilização obrigatória de cartões USIM em terminais de utilizadores • Procedimentos de segurança semelhantes aos descritos para o UMTS
  • 84. 7.6 – Redes LTE (4G) • Principais caraterísticas de LTE (Long Term Evolution) / 4G: – Utilização flexível de espectro de frequências com a possibilidade de utilização de portadoras em diferentes bandas de frequência e com largura de canal escalável de 1.4, 3, 5, 10, 15 a 20 MHz (+ largura => +ritmo de transmissão): • Possibilidade de reutilização de bandas de frequências descontinuadas de serviços tradicionais, como a banda do dividendo digital das redes de televisão analógicas (800 MHz) – Rede all–IP: • nova arquitetura de rede com utilização do protocolo IP com garantia de QoS extremidade–a–extremidade, mais simples e com menos elementos • pacotes com os dados dos utilizadores serão processados e transmitidos entre menos elementos de rede => sujeitos a menos atrasos => proporcionar um melhor desempenho dos serviços suportados – Maior diversidade de terminais: • não apenas telefones móveis, como igualmente outros dispositivos portáteis, tais como: tablets, câmaras de vídeo e consolas de jogos, de modo a tirar proveito do melhor desempenho possibilitado pelas redes LTE
  • 85. 7.7 – Arquitetura LTE (4G) • Rede de Acesso LTE: – eNode–B (Evolved–Node–B ou eNB) – elemento correspondente a um Nó–B com funcionalidades de RNC: • Gestão de recursos da interface rádio LTE • Desempenha as funções do Nó–B e RNC (do UMTS) com ligação direta à rede core • Interliga-se a outros eNode–B via nova i/f X2 – deslocação de mais funcionalidades (“inteligência”) para as extremidades da rede  “filosofia” de redes dados com garantia de QoS – suporte a auto-configuração • LTE usa novos métodos de acesso na interface rádio: – DL: OFDMA (Orthogonal FDMA): ~ GSM s reutilização de frequências – UL: SC-FDMA (Single Carrier FDMA): ~ GSM s reutilização de frequências – UL&DL: MIMO (Multiple Input Multiple Output) – Suporte a maiores ritmos de transmissão e robustez do sinal transmitido – Células vizinhas podem usam de ICIC (Inter–Cell Interference Coordination) via interface X2 • E–UTRAN (Evolved UTRAN): sub-sistema da rede de acesso formado pelo conjunto de eNode–Bs
  • 86. • Redes WLAN (Wireless Local Area Network), também designadas por Wi-Fi (Wireless Fidelity): – Principais diferenças para redes celulares: • Área de cobertura limitada a rede local => redes de muito menor dimensão • Suporta ritmos médios de transmissão superiores (aproximados apenas por redes celulares 4G) • Inicialmente orientadas para dados • Podem complementar redes celulares – Últimas gerações de redes celulares baseiam-se em métodos de acesso rádio já usadas em redes WLAN – Especificadas em protocolos IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) 802.11 (camadas 1 & 2 do modelo OSI), exemplos: • 802.11b: até 11 Mbit/s • 802.11g: até 54 Mbit/s • 802.11n: até 600 Mbit/s, sinal transportado em múltiplas antenas 8.1 – Introdução
  • 87. • Redes sem fios de área local (WLAN=Wireless Local Area Network) – Vantagens: • Meio de transmissão apropriada para os seguintes cenários : – Utilizadores com atividades que implicam deslocações frequentes – Locais públicos para ligações temporárias – Comodismo para utilizadores residenciais – Poupança de cablagem – Instalações temporárias – Locais de difícil instalação de cablagem – Desvantagens: • Sujeitas aos riscos de segurança das redes sem fios: – Comunicação utiliza canais rádio em modo de difusão (broadcast) – Qualquer aparelho dentro de área de difusão de antena transmissora pode receber o sinal c a informação transmitida 8.1 – Introdução
  • 88. • Arquiteturas de WLANs: – Elementos de rede: • Estações (STA: STAtion) – Dispositivo/Terminal capaz de se ligar a uma rede wireless – Cada STA é identificada por endereço MAC • Ponto de Acesso (AP: Access Point): – Elemento encaminhador de pacotes de dados entre STAs e para outros elementos e redes – Cada AP pode limitar o acesso das STAs em função do seu endereço MAC – Contem antena para comunicação wireless com STAs • Basic Service Set (BSS): – Grupo de estações ligadas ao mesmo AP e que usa a mesma frequência rádio • Rede wireless: – Rede formada por STAs e APs que comunicam via sinais rádio 8.2 – Arquiteturas de WLANs
  • 89. • Arquiteturas de WLANs: – Redes independentes ou ad hoc: • Cada STA pode comunicar com outras usando um modelo P2P (Peer to Peer) => rede pessoal • Todas as STAs partilham a mesma BSS • O diâmetro da rede suportada é limitado por não existir um equipamento que faça repetição das tramas (AP) 8.2 – Arquiteturas de WLANs
  • 90. 8.2 – Arquiteturas de WLANs – Redes estruturadas: • Cada STA comunica diretamente com um AP, que usa a mesma BSS para suporte e gestão de todas as comunicações: – STA <-> STA – STAs <-> Servidores / Internet » por defeito, nas aulas iremos referi-nos a estas redes • Cada rede 802.11 é identificada por parâmetros SSID e BSSID: – BSSID: Basic Service Set ID » Numa rede com infra-estrutura o BSSID é igual ao endereço MAC de 48 bits da interface wireless do AP » Numa rede ad-hoc é usado um nº de 48 bits aleatório – SSID: Service Set ID » Nome associado a BSSID (endereço MAC) » Utilizado por APs para restringir o acesso das STAs » STAs têm que conhecer SSID do AP a que se ligam e usá-lo em eventual procedimento de autenticação
  • 91. • Configuração em Infra-Estrutura (rede estruturada) – Configuração em Infra-Estrutura (rede estruturada): • Conjunto de células interligadas por um backbone (cabo) • 1 Célula (AP) Poder servir vários terminais (STAs) • Sobreposição de células possibilitar roaming c conectividade Infra-estrutura (ex. Ethernet) Servidor Ponto de Acesso Estação 8.2 – Arquiteturas de WLANs
  • 92. 8.2 – Protocolos de WLANs
  • 93. 8.2 – Protocolos de WLANs Problema do terminal escondido: STA_A e STA_C não conseguem escutar os sinais uma da outra
  • 94. 8.2 – Protocolos de WLANs tempo Espera tempo aleatório para retransmitir trama
  • 95. 8.3 – Funcionamento de WLANs • Canais de comunicação em redes WLAN: – Possibilidade de utilização de 13 canais com largura de banda de 22 MHz – Em virtude da existência de sobreposição de canais estes terão que ser usados em sub-conjuntos que não interfiram entre si (~ GSM): • 1, 6, 11 • 2, 7, 12 • 3, 8, 13 • 4, 9, 14 (se permitido) • 5, 10, 14 (se permitido) – Canal 6 geralmente é usado por defeito • Sub-conjunto 1,6,11 é também o mais usado – Selecção de canais é um procedimento importante para minimizar possíveis interferências entre APs e melhorar desempenho de WLAN
  • 96. 8.3 – Funcionamento de WLANs • Canais de comunicação em redes WLAN: Selecção do canal é feita geral/ de forma automática pelo AP em função de algoritmo implementado, exemplos: • Canal menos congestionado • Canal menos congestionado de sub- conjunto 1-6-11 Pode haver sobreposição de cobertura => possibilitar roaming c conectividade entre células Não pode haver sobreposição de frequências => Impedir interferências
  • 97. 8.4 – Segurança em WLANs • Redes sem Fios (wireless networks), onde se incluíem as redes celulares – Caraterizadas por usarem o ar como meio de transmissão (meio não guiado) – Riscos de segurança: • Comunicação utiliza canais rádio em modo de difusão (broadcast) • Qualquer dispositivo dentro de área de difusão de antena transmissora pode receber o sinal c a informação transmitida – Requisitos para comunicação segura: • Autenticação de entidades • Confidencialidade dos dados transmitidos • Controlo de integridade de dados transmitidos • Gestão de chaves de criptografia • Exemplos de protocolos: – WEP (Wired Equivalent Privacy): » 1ª protocolo usado em WLAN » Simples, mas pouco seguro
  • 98. 8.4 – Segurança em WLANs / Protocolo WEP • Wired Equivalent Privacy (WEP): – Protocolo de segurança inicialmente usado em redes WLAN • Objetivo: disponibilizar segurança semelhante a redes com fios – Objetivos principais: • Autenticação: – Usando método Open System Authentication (OSA) » Autenticação sempre autorizada (rede aberta) » Podem ser usados métodos de autenticação alternativos nas camadas superiores – Usando método Shared Key Authentication (SKA) » Descrito a seguir • Confidencialidade e integridade:
  • 99. 8.4 – Segurança em WLANs / Protocolo WPA • Wi-Fi Protected Access (WPA): – Protocolo especificado por Wi-Fi Alliance para colmatar as vulnerabilidades de WEP • Wi-Fi Alliance é entidade criada para especificar normas a usar por equipamentos e produtos 802.11 – Principais diferenças para WEP: • Diferentes chaves para autenticação, encriptação e integridade • Encriptação de dados com recurso a chaves variáveis e temporárias TKIP e algoritmo RC4: – TKIP: Temporal Key Integrity Protocol • Autenticação com base em protocolos EAP (Extensible Authentication Protocol): empresas ou PSK (Pre Shared Key): clientes residenciais: – Possibilidade de autenticação mútua entre STAs e APs • Controlo de integridade com recurso a algoritmo MIC (Message Integrity Code) – Uso de função de síntese (hash)
  • 100. 8.4 – Segurança em WLANs / Protocolo WPA • WEP – Distribuição manual de chaves => dificuldade em alterar chaves – Sem gestão de utilizadores – Segurança enfraquecida por repetição de chaves na encriptação, autenticação e integridade – Sem autenticação mútua – VI curto (24 bits) e repetido – Controlo de integridade c algoritmo linear (CRC) – Uso de chave mestre concatenada com VI – Sem proteção contra replay => s contadores de mensagens • WPA – Possibilidade de usar e renovar um conjunto de chaves por sessão => uso de EAP – Credenciais de utilizadores geridas por servidor AAA (Authentication, Authorization and Accounting) – Mesmo algoritmo de encriptação RC4 fortalecido por uso de chaves diferentes – Com autenticação mútua – VI estendido a 48 bits e variável – Controlo de integridade c algoritmo de síntese (MIC) – Uso de chaves derivadas de chave mestre – Com proteção contra replay
  • 101. 8.4 – Segurança em WLANs / Protocolo WPA WEP WPA WPA2 Encriptação RC4 RC4 AES Tamanho Chave 40 ou 104bits 104bits/mens. 128bits Vetor Inicialização 24bit 48bit 48bit Chave mensagem Concatenação Variável N/A Integridade Dados CRC32 MIC CCM WPA2: 2ª versão de protocolo WPA => protocolo actual/ mais usado em WLANs:
  • 102. 9.1 Introdução ao SIP • Principais características do SIP (Session Initiation Protocol): RFC 3261: – Protocolo de controlo predominante nas redes NGN – Controlo de estabelecimento, gestão e terminação de sessões MM (Multimedia) peer-to-peer • Uma sessão pode ter múltiplas ligações/canais • Uma sessão é caracterizada por um conjunto de parâmetros (SIP) que se aplicam a todas as ligações dessa sessão – Orientado para a internet: • Definido por IETF (Internet Engineering Task Force) • Protocolo flexível: – Apenas controla o estabelecimento de sessões – Outras funcionalidade são delegadas em protocolos da pilha IP – Suporte multimédia: transporta qualquer tipo de media – Independente de plataformas e aplicações – Informação de controlo de chamadas é transmitida em modo texto (~HTTP): facilitar implementação e debugging
  • 103. 9.1 Introdução ao SIP • Principais características do SIP (continuação): – Endereços SIP designados de URI (Uniform Resource Identifier) • Formato geral: sip: user@sip.domain • Traduzidos por DNS (Domain Name System) : SIP URI <=> end IP, ou ENUM: (tElephone NUmber Mapping): SIP URI <=>Nº Telefone – Suporte a mobilidade de utilizadores: • Proxing e redireccionamento de pedido de localização de utilizadores • Utilizadores podem estar registados em diferentes terminais (num determinado instante): – Exemplos: PC no trabalho, PC em casa, terminal wireless, etc
  • 104. 9.1 Introdução ao SIP • Principais características do SIP (continuação): – Facilidade na criação de novos serviços em redes SIP (ver IMS) – Anuncio e negociação de capacidades de terminais é feita com recurso a protocolo “auxiliar” SDP (Session Description Protocol) • SDP: RFC 2327 • SDP possibilita o transporte da informação de controlo da sessão entre terminais: – Tipo de media (video, audio, etc.) – Protocolo (RTP/UDP/IP, H.320, etc.) – Formato de media (H.261 video, MPEG video, etc.)
  • 105. 9.1.1 Componentes de redes SIP • Componentes de arquitetura SIP: – Arquitetura SIP tem como objetivo o suporte ao controlo de ligações MM com base num conjunto de componentes próprios: • Terminais, Servidores e Gateways – Terminais: • Dispositivos de utilizadores de serviços de rede – Exemplos: PC, PDA, tablets, telefones, telemóveis, etc – Requisito: ser User Agent SIP (UA) via instalação de SW SIP – 2 tipos de UA: » Cliente (UAC): iniciador de sessão » Servidor (UAS): recetor de sessão
  • 106. 9.1.1 Componentes de redes SIP • Componentes de arquitetura SIP: – Servidores: • Proxy: encaminhador de pedidos em representação de clientes • Redirect: redireciona pedidos de clientes para outros servidores • Registrar: – autenticar utilizador – registar relação SIP URI/localização de terminal corrente • Location: BD com informação de rede de localização de utilizador (Registrar e Location podem estar concentrados no mesmo nó) – Gateways: • Conversão de protocolo SIP em outros protocolos de outras redes, para suporte de interligação entre rede SIP e não SIP (ex. H.323)
  • 107. 9.1.1 Componentes de redes SIP
  • 108. 9.1.2 Protocolos de redes SIP Exemplos de protocolos: • Video codecs: H.262/MPEG-2, H.263&H.264/MPEG-4, H.265/MPEG-H • Audio codecs: G.711, G.723, G.729 • Transporte e controlo de Media: RTP/RTCP SIP corre TCP/IP  Funções de camada de aplicação de modelo TCP/IP
  • 109. 9.1.3 Arquitetura de redes SIP • Principais características da arquitetura SIP: – Escalável: • Possibilita a reutilização de serviços existentes na definição de novos serviços (usado no IMS): – Ex. Serviço de Presença (ver permissores de serviço IMS) – Flexível: • Possibilita a utilização de outros protocolos da pilha IP para implementar funcionalidade adicionais ao SIP – Distribuída: • Diferentes funcionalidades (proxying, redirection, location ou registration) podem residir em servidores independentes
  • 110. 110 Redirect Server 9.1.3 Arquitetura de redes SIP Location Server Registrar Server User Agent Proxy Server Gateway PSTN SIP Components Proxy Server
  • 111. 9.1.3 Arquitetura de redes SIP Terminating User Agent (UA_T) Registrar Redirect Server/ DNS Server Location Server Outgoing Proxy Originating User Agent (UA_O) SIP SIP SIP SIP RTP Incoming Proxy SIP Arquitetura básica: Trapézio SIP para chamada entre Terminais Originador/Terminador: 1) 2) 3) 4) 5) 7) 11) 12) 0) SIP Dados 1) UA_O contacta Proxy para chamar UA_T 2) Out.Proxy consulta Redirect Server para obter end. IP de UA_T 3) Out.Proxy encaminha pedido para Inc.Proxy 4) Inc.Proxy contacta Location Server 5) Location Server consulta localização corrente de UA_T, previa/ obtida de Registrar 6) Location Server envia localização a Inc.Proxy 7) Inc. Proxy contacta UA_T 8,9,10) UA_T informa UA_O que aceita chamada 11) UA_O e UA_T negoceiam parâmetros a usar na chamada 12) Chamada estabelecida e inicio de transmissão de dados 10) 9) 6) 8) , previamente registado em 0)
  • 112. 9.1.4 Estabelecimento de chamada SIP (Mensagens) • SIP Methods: – INVITE – Initiates a call by inviting user to participate in session. – ACK - Confirms that the client has received a final response to an INVITE request. – BYE - Indicates termination of the call. – CANCEL - Cancels a pending request. – REGISTER – Registers the user agent. – OPTIONS – Used to query the capabilities of a server. – INFO – Used to carry out-of-bound information, such as DTMF digits. • SIP Responses: – 1xx - Informational Messages. – 2xx - Successful Responses. – 3xx - Redirection Responses. – 4xx - Request Failure Responses. – 5xx - Server Failure Responses. – 6xx - Global Failures Responses. * Mensagens SIP: utilizadas pelos componentes da rede para comunicarem entre si • 2 tipos de mensagens: • Pedidos (requests): contém métodos que identificam o objetivo do pedido * definem o tipo de pedido com endereço de destinatário do pedido • Respostas contém um código informativo
  • 113. 9.1.4 Estabelecimento de chamada SIP (passos) • Estabelecimento de chamada SIP (geral/ em 6 passos): 1.Registo, inicialização e localização de utilizador 2.Especificar o tipo de media a usar na chamada: • Originador (cliente) deverá enviar uma descrição da sessão para a qual pretende convidar o destinatário (servidor), indicando o tipo de media a usar na comunicação 3.Verificar a disponibilidade do destinatário para o estabelecimento da comunicação. • Destinatário deverá enviar uma resposta ao convite recebido do originador, indicando se aceita ou rejeita o pedido 4.Estabelecimento de chamada (caso tenha sido aceite) 5.Gestão e possível modificação da chamada, ex. Call
  • 114. 114 9.1.4 Estabelecimento de chamada SIP (registo) • Registo de cliente: – Cada vez que um utilizador liga um terminal SIP User Agent Client (telefone SIP, PC ou outro dispositivo SIP) o cliente SIP efectua um procedimento de registo num servidor Proxy/Registration – O procedimento de registo poderá também ocorrer nos seguintes cenários: • quando o SIP UAC muda de localização e necessita de informar o servidor Proxy/Registration dessa nova localização • periodicamente, para a rede monitorizar o estado do SIP UAC – Geral/ o servidor proxy/registration encaminha a informação da localização corrente do SIP UAC para o servidor location/redirect SIP Messages: REGISTER – Registers the address listed in the To header field. 200 – OK. Proxy/ Registration Server SIP Phone User Location/ Redirect Server REGISTER REGISTER 200 200
  • 115. 9.1.4 Estabelecimento de chamada SIP (exemplo) 302 (Moved Temporarily) INVITE 200 (OK) 200 (OK) ACK INVITE 302 (Moved Temporarily) ACK INVITE 180 (Ringing) 180 (Ringing) 180 (Ringing) 200 (OK) ACK ACK ACK RTP MEDIA PATH BYE BYE BYE 200 (OK) 200 (OK) 200 (OK) Call Teardown Media Path Call Setup INVITE Redirect Server Proxy Server Proxy Server User Agent User Agent INVITE INVITE deve ser redireccionado para outro server, cujo endereço é indicado pelo server contactado Location Server
  • 116. 9.1.5 Serviços SIP • Exemplos de funcionalidades e aplicações suportadas por SIP: – Funcionalidades básicas de chamadas (serviços suplmentares): • call waiting, call forwarding, call blocking ,etc. – Call forking • Chamada pode ser recebida por vários terminais, em que o 1º a atender fica com o controlo da mesma – VoIP (ver IMS) – Presence (ver IMS)
  • 117. 9.2 Introdução ao IMS • Principais características do IMS (IP Multimedia Subsystem) – standard 3GPP (3th Generation Partnership Project), introduzido na Rel5 da tecnologia UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), das redes celulares, com as seguintes características: • utilização de uma nova arquitectura de rede que possibilita o controlo e transporte comum de serviços: – IP multimédia peer-to-peer – tradicionais • controlo de sessões de suporte a ligação multimédia efetuado recorrendo predominantemente à sinalização SIP • IMS é um enabler de serviços convergentes sobre IP com
  • 118. • Arquitetura que facilita convergência de redes e serviços – Acesso aos mesmos serviços em diferentes redes de acesso – Serviços: voz, vídeo e dados/internet (3Play) + mobilidade (4Play) 9.2 – Introdução ao IMS Celular Tradicional/Passado: Rede/Serviço Serviços PSTN Dado s IP CATV Conteúdos Presente/Futuro: Rede/Multi-Serviços Rede Backbone Acesso Wireless Acesso Cobre Acesso Cabo ou Fibra Opt Controlo Conteúdos de Serviços Outras Redes MGW PSTN: Public Switched Telephone Network MGW: Media Gateway
  • 119. 9.2 Introdução ao IMS • Do ponto de vista dos utilizadores, o IMS procura satisfazer os seguintes principais objectivos: – Acesso a novos serviços IP multimédia: • para o estabelecimento de comunicações inter-pessoais • acesso a serviços com conteúdos em diversos formatos multimédia – garantia de QoS, em conformidade c requisitos de serviço » controlar a localização e os recursos da rede disponíveis • de modo mais personalizado e com um maior controlo dos utilizadores – Independência de acesso e convergência fixo-móvel: • o acesso aos diversos serviços poderá ser feito de forma transparente de diferentes: GSM: Global System for Mobile communications LTE: Long Term Evolution
  • 120. 9.2 Introdução ao IMS • Do ponto de vista dos operadores, o IMS procura satisfazer os seguintes principais objetivos: – Maior facilidade de desenvolvimento de novos serviços e gestão da rede • o IMS baseia-se no conceito de arquitetura de camadas horizontais reforçado com a possibilidade de reutilização de funções de controlo comuns da rede – IMS é caracterizado pelo acesso aos seus serviços estar sujeito a um conjunto de “regras” comuns, tais como: » controlo por elemento de rede CSCF (Call Session Ctrl Function) » utilização de protocolo SIP. – possibilitar a reutilização em diferentes serviços das mesmas funções de controlo da rede, tais como: aprovisionamento, taxação, Operação&Manutenção (O&M) e permissores de serviços. • Vantagem relativa/ ao cenário tradicional (pré-IMS) em que
  • 121. 9.2 Introdução ao IMS Serviço A Controlo + Acesso Celular Controlo + Acesso xDSL Controlo + Acesso POTS Controlo + Acesso WLAN Serviço B Serviço C Serviço D Serviço A Acesso Celular Acesso xDSL Acesso POTS Acesso WLAN Serviço B Serviço C Serviço D Controlo: IMS Cenário Tradicional Cenário IMS
  • 122. 9.2 Introdução ao IMS • Objetivos do IMS do ponto de vista dos operadores: – +Facilidade/rapidez & menor custo no desenvolvimento de novos serviços e gestão de rede: • Utilização de arquitetura de camadas de funções horizontal • Facilitar reutilização das mesmas funções por =/= serviços Com IMS – Integração Horizontal Número de Aplicações € Terminal Serviços Controlo (SIP) Transporte (IP) Sem IMS – Integração Vertical de Serviços Camada de Controlo Camada Transporte Lógica da Aplicação Número de Aplicações Custo Marginal de cada nova aplicação € Terminal Serviços
  • 123. 9.2.1 Arquitetura IMS • A arquitectura IMS é baseada no conceito de camadas horizontais, introduzida na Release 4 do UMTS: – definidas as seguintes três camadas • Camada de aplicação: – contem os Servidores de Aplicações: AS (Application Servers) invocados pelos serviços disponibilizados pela rede. • Camada de controlo: – contém elementos com funções de controlo e suporte da rede • Camada de conetividade: – contem os elementos de rede para encaminhamento e transporte de tráfego em backbone IP, – possibilitar a conectividade à rede core dos terminais dos utilizadores, de (diferentes) redes de acesso
  • 124. 9.2.1.1 Camada de aplicação • Protocolos: – SIP: Session Initiation Protocol (RFC 3261): • Gestão de estabelecimento, controlo e terminação de sessões IP de suporte a serviços MM peer-to-peer – Diameter (RFC 3588): • Protocolo AAA (Authentication, Authorization and Accounting) • Protocolo de evolução de RADIUS (Diametro = 2x Raio) • Robustez contra erros (sobre TCP ou SCTP: Stream Control Transmission Protocol ) • Suporte a encriptação extremidade-a-extrem. (IPSec ou TLS) • Suporte a novas funcionalidades que o tornam mais flexivel e fácil de adaptar para uso com novos serviços – Ex. suporte a mobilidade de utilizadores – DNS: Domain Name System (RFC 1035): • Possibilita que máquinas ligadas à rede possam ser identificadas por um nome (além de endereço IP) – Conversão de endereços numéricos (binários) em endereços lógicos (strings ASCII), + compreensíveis para os utilizadores
  • 125. 9.2.1.1 Camada de aplicação • Camada de Aplicação: – contem os Servidores de Aplicações: AS (Application Servers) • invocados pelos serviços disponibilizados pela rede. – servidores processam pedidos dos utilizadores e comunicam com os elementos de rede da camada de controlo recorrendo à sinalização SIP. Como exemplos de AS podemos referir: • SIP-AS: com aplicações nativas IMS – exemplo, softphone • OSA-AS (Open Service Architecture): AS de aplicações exteriores ao domínio da rede, disponibilizadas por 3ªs entidades – OSA-SCS (Service Capability Server): contém os mecanismos que
  • 126. 9.2.1.1 Camada de aplicação • Exemplos de serviços disponibilizados pelo IMS: – Telefone IP (VoIP): • utilização do protocolo IP extremidade-a-extremidade entre terminais SIP com garantia de QoS – Ex. aplicação softphone • Vantagens relativa/ ao serviço VoIP tradicional disponibilizado gratuitamente na Internet (como por exemplo, Skype): – garantia de QoS – disponibilizar o serviço de chamadas de emergência – possibilitar a taxação das chamadas dos utilizadores e de tráfego entre operadores (accountig) – IP Centrex (Central Office Exchange Service): • Serviço que emula o serviço PBX (Private Branch eXchange)
  • 127. 9.2.1.1 Camada de aplicação • Exemplos de serviços disponibilizados pelo IMS: – IP TV/Multiscreen: • Possibilitar de receber o sinal de TV em diferentes tipos de terminais (Multiscreen): TV, smartphone, tablet, etc • Sinal recebido em conformidade com as características dos termais, ex. resolução e ritmos de transmissão suportados – Instant Messaging (IM): • possibilitar um diálogo em tempo-real, de mensagens de texto entre dois utilizadores ou entre um grupo de utilizadores • o IM pode ser disponibilizado em associação com as
  • 128. 9.2.3 Vantagens de convergência FMI Vantagens da Convergência Fixo-Móvel & Internet (suporte de IMS) Operadores de Rede: Utilizadores Finais: Rede Fixa Rede Móvel • Taxação mais simples com 1 só conta • Um único operador com todos os Serviços • Todos os serviços no mesmo terminal e em diferentes redes de acesso • Disponibilidade do mesmo serviço em diferentes redes • Um único nº de contacto • Oferta de serviços universais • Garantia de interoperabilidade de serviços • Redução de OPEX (custos operacionais de rede) • Maior facilidade, rapidez e economia no desenvolvimento de novos serviços Internet