Redes de Transporte SDH Sobrevivência de Rede

Redes de Transporte SDH

Sobrevivência de Rede

•

A sobrevivência de rede traduz a capacidade de uma rede continuar a

oferecer serviços na presença de falhas internas.

•

As falhas podem ocorrer a nível dos nós da rede (equipamento) ou a nível

das vias de transmissão, sendo as últimas as mais frequentes

.

•

A causa mais comum está associada à danificação dos cabos de fibras

ópticas devido a causas de origem natural (tremores de terra, etc. ) ou

humana (escavadoras, incêndios, etc.).

AT&T fiber optic cable cut in California

April 9, 2009 — 2:07pm ET An AT&T-owned fiber optic cable was severed in Silicon Valley Thursday, causing Internet, voice, and wireless outages, as well as compromised 911 access for thousands of customers. AT&T confirmed the outage to CNET, and said it is working to fix the issue.

Fonte: www.fiercetelecom.com/story/t-fiber-optic-cable-cut-california/2009-04-09

In December 2006, 4 major fiber optic lines were severely damaged following a major earthquake in Taiwan. …The cuts basically erased all eastward data routes from Southeast

Asia. It took 49 days for crews on 11 giant cable-laying ships to fix all of the 21 damage points…. Fonte: www.wired.com/threatlevel/2008/01/fiber-optic-cab/

Corte de cabos de fibra óptica em Lisboa deixa... (1/11/2007)

Um corte nos cabos de fibra óptica na zona de São Sebastião, junto ao Corte Inglés, em Lisboa, privou cerca de 12 mil clientes da TV Cabo dos serviços da Portugal Telecom na quarta-feira, disse à Lusa fonte oficial da operadora. «Também alguns clientes móveis foram afectados», adiantou a mesma fonte.

O corte deveu-se às obras do metropolitano em São Sebastião, onde umas estacas bateram num cabo de fibra óptica e deitaram-no abaixo, indicou à Lusa fonte do Metropolitano de Lisboa. Fonte:metrolisboa.blogspot.com/2007/11/corte-de-cabos-de-fibra-ptica-em-lisboa.html

“Fiber Optic Cable Cuts Isolate Millions From Internet,Future

Cuts Likely” (

O cabo submarino FLAG foi um dos

cabos afectados

Large swaths of the Middle East and Southeast Asia

fell into internet darkness after two major underseas fiber optic links were damaged off Egypt’s coast on Wednesday.

Early reports blamed an errant anchor for severing the cables, but THREAT LEVEL has not yet been able to confirm that’s the cause.

Telecoms in Egypt, India, Pakistan and Kuwait(among others) are scrambling to find other arrangements to carry their internet and long distance phone traffic.

Some telecoms had complete outages since their contingency plans if one cable broke was to use the other. Seventy percent of the networks in Pakistan

experienced an out, with Egypt, Malidives, Kuwait, Lebanon and Algeria also suffering severe outages, according to traffic analysis by Renesys

.

FLAG runs about 17,000 miles, stretching from London, through the Suez canal, around India, along China’s coast to Japan

…….

Fonte:

www.wired.com/threatlevel/2008/01/fiber-optic-cab/

The cuts hit two fiber optic links: FLAG Europe Asiaand SEA-ME-WE-4. The two cables are competitors that carry

traffic from Europe through the Middle East along to Japan (and vice versa).

Disponibilidade

•

A disponibilidade (availability) de um sistema traduz a probabilidade desse

sistema estar perfeitamente operacional num certo instante de tempo.

•

A disponibilidade é normalmente expressa em termos da percentagem de

tempo durante um ano em que o sistema está totalmente operacional.

•

Assumindo que as disponibilidades de um nó (elemento de rede) e de uma

ligação (via de transmissão) são independentes, a disponibilidade de um

caminho obtém-se multiplicando as disponibilidades.

31.5 s 5.26 m 52.6 m 8.76 h 3.65 dias Tempo em baixa/ano 99.9999% (6 noves) 99.999% (5 noves) 99.99% (4 noves) 99.9% (3 noves) 99% (2 noves) Disponibilidade (%) DXC DXC DXC DXC DXC DXC DXC DXC DXC DXC 0.99999 0.99999 0.99999 0.99999 0.99999 0.9998 0.9995 0.9997 0.9997 0.9998 0.9995 0.9995

A disponibilidade do caminho representado seria dada por:

0.99999x0.9995x0.99999x0.9998x0.99999≈0.99927

Para aumentar e disponibilidade do caminho seria necessário ter por exemplo um caminho redundante (caminho de protecção) para o caso de falha do primeiro. Protecção

Técnicas de Sobrevivência

• As técnicas usadas para garantir que uma rede SDH continue a proporcionar serviços mesmo em presença de falhas na rede são as seguintes:

– Protecção de equipamento; – Protecção linear;

– Protecção de anel; – Restauro.

• A protecção de equipamento é garantida duplicando as cartas e as ligações entre estas.

• A protecção linear é aplicada em ligações ponto-a-ponto. Essa protecção pode ser realizada a nível de caminho (protecção de caminho), ou a nível de secção de

multiplexagem (protecção de secção).

• A protecção de anel aplica-se a topologias físicas em anel e também pode ser realizada a nível de caminho ou a nível de secção.

• O restauro aplica-se a redes com uma topologia física em malha e consiste em encontrar caminhos alternativos aos caminhos com falhas, sendo a operação, normalmente,

Anomalias, Defeitos e Falhas

•

O sistema de protecção ou de restauro numa rede SDH é activado na presença de

falhas graves. Essas falhas desencadeiam um processo de geração de alarmes,

que por sua vez são responsáveis por activar o sistema referido.

•

Um comportamento errático em certas funcionalidades da rede pode ser

classificado como

anomalia, defeito ou falha.

•

Uma

anomalia

corresponde a uma degradação do desempenho do sistema. Um

defeito

conduz a uma incapacidade para executar um serviço devido ao mau

funcionamento do hardware ou do software do sistema, ou a uma degradação do

desempenho muito acentuada,

traduzida por uma razão de erros binários igual ou

superior a 10

_{. Uma}

_falha

_{é um defeito persistente.}

•

A detecção de um defeito a nível de caminho ou secção é realizada monitorizando o

sinal recebido. Exemplos de defeitos:

perda de sinal ou LOS

(loss of signal),

perda

de trama ou LOF

(loss of frame),

incoerência do traço de sinal ou TIM

(trace

identification mismatch),

perda de ponteiro ou LOP

(loss of pointer), etc.

•

As anomalias são originadas por eventos tais como

perda de enquadramento de

trama ou OOF

(out of frame alignment),

sinal degradado ou SD

(signal degrade) e os

erros de detectados usando B1, B2, B3 e BIP-2 desde que a razão de erros fique

abaixo de 10

_.

Protecção Linear

• A protecção linear de caminho protege os caminhos (VCs) individualmente ( extremo-a-extremo), enquanto a protecção de secção protege todo o sinal STM-N (em cada arco). Qualquer uma dessas protecções ainda pode ser dedicada (1+1) ou partilhada (1:1).

•

Protecção de secção dedicada (1+1)

O sinal STM-N é duplicado e enviado simultaneamente pela via de serviço e pela via de protecção (fibras de serviço e protecção). Na recepção é seleccionado o sinal da via de serviço. Quando esse sinal se degrada o receptor comuta para a via de protecção.

comutador

Fibra de protecção (ou λ) Fibra de serviço (ouλ)

Funcionamento em estado normal

Funcionamento depois de uma falha

comutador

Fibra de protecção (ou λ)

Esta forma de protecção é muito rápida e não requer nenhum protocolo de sinalização

Perda de sinal ou LOS (Loss of Signal) Perda de trama ou LOF (Loss of Frame) Sinal degradado ou DS (Degraded Signal) (Valor de BER elevado≥10-3

Alarmes que desencadeiam a comutação

O sistema pode funcionar em modo de protecçãoreversível(volta à situação normal depois da falha ser reparada) ou modo irreversívelno caso oposto.

NE 1 NE 2

NE 1 NE 2

Corte na fibra de serviço (ou λ)

Protecção Linear (secção 1:1)

• A protecção de secção 1+1 requer a duplicação dos sinais STM-N, sendo por isso uma solução dispendiosa.

– Tem a vantagem de não requerer sinalização entre os nós da rede, sendo portanto muito rápida. A protecção 1:1 requer o uso de sinalização (mais lenta), mas pode usar o sistema de protecção para tráfego não prioritário.

•

Protecção de secção partilhada (1:1)

O sinal STM-N é enviado num certo instante é enviado através de uma única via. Em presença de uma falha na fibra o sinal é comutado para a outra fibra. Requer também o uso de um comutador no emissor e um protocolo APS (Automatic Protection Switching).

Fibra de protecção (ou λ) Fibra de serviço (ou λ)

Funcionamento em estado normal

Funcionamento depois de uma falha

comutador

Fibra de protecção (ou λ) Fibra de serviço (ou λ)

Perda de sinal ou LOS (Loss of Signal) Perda de trama ou LOF (Loss of Frame) ) Sinal degradado ou DS (Degraded Signal) Alarmes que desencadeiam a comutação

O NE que detecta a falha (NE 2) deve comunicar com o NE que inicia a secção (NE 1) usando o protocolo APS, para este comutar o tráfego para a via de protecção. O APS é transmitido nos octetos K1 e K2 do cabeçalho de sec. de multiplexagem.

NE 1 NE 2

NE 1 NE 2

comutador comutador

Protecção Linear de Caminho

•

A protecção linear de secção só protege os arcos ou ligações entre os

elementos de rede.

–

Como as diferentes fibras ou comprimentos de onda são transportados no mesmo cabo,

esse mecanismo não resolve os problemas dos cortes nos cabos, mas unicamente as

falhas nas cartas dos NEs.

•

A protecção linear de caminho ( aplicada a sinais VC-n) pode ser dedicada

(1+1) ou partilhada (1:1). No último caso o protocolo APS é transmitido no

octeto K3 para o caso do VC-3 e VC-4.

•

O esquema de protecção SNCP (Subnetwork Connection Protection) é um

exemplo de protecção linear de caminho 1+1.

MSSP MSSP MSSP MSSP MSSP MSSP MSSP MSSP MSSP MSSP MSSP MSSP Vc-n Serviço Protecção

Protege contra falhas simples nos nós e nas ligações.

Protecção de Anel: Tipos e Estrutura de Anéis

•

Os anéis podem ser unidireccionais ou bidireccionais. No caso dos anéis

unidireccionais um caminho (bidireccional) entre dois nós ocupa todo o anel,

enquanto nos anéis bidireccionais só ocupa parte do anel

.

•

Um anel é composto de diferentes

arcos

, sendo cada um responsável por ligar

dois nós. Os anéis podem ainda usar duas ou quatro fibras.

ADM A ADM C ADM B ADM D Fibra de serviço Fibra de protecção C→A A→C A→C C→A ADM A ADM C ADM B ADM D Fibra de serviço C→A A→C A→C C→A Fibra de protecção

Anel Unidireccional Anel Bidireccional com 2 fibras Arco

Anel Unidireccional com Protecção de Caminho

• O anel unidirecional com protecção de caminho, designado na terminologia SONET por UPSR (Unidirectional Path-Switched Rings) usa um esquema de protecção dedicado 1+1. O tráfego originado num determinado nó é enviado simultaneamente pela fibra de serviço no sentido dos ponteiros do relógio e pela fibra de protecção no sentido contrário.

• A comutação de protecção é realizada a nível da camada de caminho para cada ligação. A qualidade do sinal é continuamente monitorizada. Quando tem lugar um corte na fibra de serviço o nó que detecta a falha comuta para a fibra de protecção.

ADM A ADM C ADM B ADM D Fibra de serviço Fibra de protecção C→A A→C A→C C→A Estado Normal Corte nas duas fibras ADM A ADM C ADM B ADM D Fibra de protecção C→A A→C A→C C→A Estado Normal

Comuta para a protecção

Este tipo de protecção representa uma caso particular da SNCP

As entidades comutadas são contentores virtuais

Protecção de Anel: Protecção a Nível de Secção

•

A protecção de anel a nível de secção de multiplexagem pode ser partilhada ou

dedicada.

•

Os anéis MS-SPRING compreendem duas categorias:

anéis de 2 fibras

e

anéis

de

4 fibras

.

–

Estes anéis são

bidireccionais

: os sinais de tráfego normal (canais de serviço) são

transmitidos sobre os mesmos arcos mas em sentido oposto. Os canais de serviço são

protegidos pelos canais de protecção, que podem ser usados para tráfego não prioritário.

–

Na terminologia SONET, esses anéis designam-se por BLSR (Bidirectional

Line-Switched Rings).

•

Os anéis MS-DPRING consistem em dois anéis

unidireccionais

com propagação

em sentido inverso. Um transporta tráfego normal (anel de serviço) e o outro é

reservado para proteger este tráfego (anel de protecção).

Protecção de secção (ITU-T G.841)

Anel com protecção partilhada de secção de multiplexagem ou MS-SPRING (Multiplex Section

Shared Protection Ring)

Anel com protecção dedicada de secção de multiplexagem ou MS-DPRING (Multiplex Section

Anel MS-DPRING

• No anel com protecção dedicada de secção de multiplexagem, os diferentes nós estão ligados por duas fibras ópticas, uma para a função de serviço e outra para protecção. O anel é unidireccional e no estado de funcionamento normal só a fibra de serviço

transporta tráfego. O anel de protecção é usado quando a terminação de secção de multiplexagem detecta uma falha ou uma degradação do sinal na fibra de serviço.

• Depois de detectada a falha inicia-se o processo de recuperação usando o protocolo APS, o qual permite estabelecer derivações da fibra de serviço para a fibra de protecção nos nós que envolvem a falha e transportar a secção afectada pela fibra de protecção.

ADM A ADM C ADM B ADM D Fibra de serviço Fibra de protecção C→A A→C A→C C→A Estado Normal ADM A ADM C ADM B ADM D C→A A→C A→C C→A Estado de Protecção Derivação Derivação

Corte nas duas fibras

Anel MS-SPRING com Duas Fibras

• No anel MS-SPRING com duas fibras, a capacidade de trabalho entre quaisquer dois nós só usa metade da capacidade bidireccional total, sendo a outra metade destinada a

protecção. Assim, por exemplo, num anel com capacidade STM-N, os sinais STM-N

transmitidos nos dois sentidos reservam os AU-4 numerados de 1 a N/2 para o transporte de tráfego de serviço e os AU-4 numerados de N/2+1 a N para protecção.

ADM A ADM C ADM B ADM D C→A A→C A→C C→A ADM A ADM C ADM B ADM D C→A A→C A→C C→A Estado de Protecção Derivação Derivação Corte nas duas fibras STM-N Protecção Estado Normal

A falha é indicada a nível de secção e a recuperação da falha usa o APS

Protocolo APS de Anel

• O protocolo de comutação de protecção automática ou APS (Automatic Protection

Switching) de secção de multiplexagem usado nos anéis SDH faz também uso dos

octetos K1 e K2.

• Os primeiros quatro bits (b1b2b3b4) de K1 indicam o tipo de pedido. Os últimos quatro bits (b5b6b7b8) indentificam o nó destinatário do pedido.

• Os primeiros quatro bits de K2 indentificam o nó originário do pedido. O bit 5 identifica o tipo de percurso no anel (é igual a 0 para o percurso mais curto e igual a 1 para o

percurso mais longo). Os outros três bits são usados, entre outras funções, para a transmissão de alarmes.

Tipos de pedidos

Condição: Falha de sinal ou SF(signal fail), degradação de sinal ou SF (signal degrade). Cada condição pode-se aplicar ao anel ou ao arco. Estado:Atraso de restabelecimento (wait-to-restore), ausência de pedido (no request), pedido reverso (reverse request) a nível de anel ou do arco, etc. Pedido externo:Inibição de protecção (lockout of protection), comutação forçada ou manual (forced and manual switch) a nível de anel ou de arco,etc. Pedidos iniciados externamente ao

NE (utilizador ou sistema de gestão).

Os nós do anel são identificados por um número escolhido entre 0 e 15, o que permite ter no máximo 16 nós por anel.

Aplicação do Protocolo APS

• As etapas associadas à aplicação do protocolo APS em presença de um corte da fibra entre o nó B e o nó C são as seguintes:

ADM A

ADM C

ADM B ADM D

Detecta a falha do sinal

Envia octetos K nos dois sentidos

1

2

Percurso mais curto Percurso mais longo

D⇒A

A⇐D

Recebe os octectos K1 e K2

3

Estabelece uma derivação

4

Deixa passar K1 e K2

5

Recebe os octectos K1 e K2

6

• O nó B a partir da detecção de uma perda de sinal detecta a falha da fibra entre C e B.

• O nó B envia pelos octectos K1 e K2 pelo percuso mais curto e pelo mais longo um pedido de derivação para C.

• C depois de receber os octectos K1 e K2 e de reconhecer o seu endereço estabelece uma derivação para a via de protecção. A e D ao verificarem que os comandos recebidos não lhe são destinados reenviam-os.

• O nó C recebe de novo os octectos K1 e K2 pelo percuso mais longo e responde com o seu estado (comutado). Todos os nós são informados do novo estado. Quando B recebe essa informação passa também a comutado.

Estabelece uma derivação

8

Informa os nós do seu estado

Anel MS-SPRING com Quatro Fibras

•

No anel MS-SPRING com quatro fibras usa duas fibras para a capacidade de

serviço bidireccional e as outras duas para protecção. Neste anel a protecção

pode ser de arco, quando há uma falha só nas fibras de serviço, ou de anel

quando há um corte nas quatro fibras

Estado de Protecção (anel) Estado Normal

A falha é indicada a nível de secção e a recuperação da falha usa o APS

ADM A ADM C ADM B ADM D C→A _A→C A→C C→A Serviço Protecção ADM A ADM C ADM B ADM D C→A _A→C A→C C→A Serviço Protecção Corte nas 4 fibras 2 derivações 2 derivações

Considerações sobre Aplicação do MSPRING

•

Tempo de comutação

:

modo normal e com menos de 1200 km de fibra óptica o tempo de comutação do tráfego para a capacidade de protecção (em arco ou anel) na presença de falhas deve ser inferior a 50 ms (ITU-T: G.841).

•

MSPRING em aplicações submarinas

:

poderia levar a situações com trajectos de protecção que atravessassem três vezes o oceano. Como as distâncias entre nós podem atingir vários milhares de km há que alterar o protocolo para estes casos: Na presença de falhas todos os AU-4 afectados pelas

falhas são comutados para as vias de protecção pelos próprios nós fonte. Deve-se garantir um tempo de comutação inferior a 300 ms (ITU-T: G.841).

•

Tráfego não protegido

:

com tráfego não protegido, desactivando o protocolo APS para determinados AU-4s.

ADM ADM ADM ADM MSPRING (STM-16) ATM ATM STM-1 não

protegido STM-1 não _protegido

A B

O tráfego entre A e B é protegido pela camada ATM

ATM ATM

Comutador ATM

Interligação de Anéis

•

A interligação de anéis pode ser feita usando DXC ou ADMs. No último caso a

interligação é feita ligando as saídas inserção/extraçção de dois ADMs de

diferentes anéis.

•

A interligação pode ser feita usando arquitecturas com um nó de interligação

simples ou dual. A primeira tem um ponto de falha no ponto onde os anéis se

interligam e por isso oferece um nível de fiabilidade baixo.

ADM ADM ADM ADM ADM ADM ADM ADM ADM ADM ADM ADM ADM ADM ADM ADM Interligação

com nó simples Interligação _{com nó dual}

Permite proteger o tráfego que transita entre os dois anéis. Uma falha num ADM de interligação não causa problemas ao tráfego entre anéis. Ponto de

Facilidade Extrair & Continuar

•

No caso da interligação com nó dual em vez de se estabelecer duas ligações

entre o nó original e os dois nós de interligação num determinado anel,

pode-se usar uma facilidade prepode-sente nos ADMs designada por

extrair & continuar

(drop-and-continue) (ITU-T G-842).

•

O sinal unidireccional transmitido pelo nó C ao chegar ao nó 1 é

extraído

pelo

ADM desse nó e ao mesmo tempo é enviada uma réplica para o nó 2 (função

continuar

). O selector do nó 1 do anel 2 selecciona o sinal de melhor

qualidade e envia-o para o anel. A interligação pode ser STM-1 ou STM-N.

ADM A ADM B ADM C ADM D ADM F ADM E S S Para D De D Para C De C MSPRING 1 MSPRING 2 Nó 1 Nó 2 Nó 1 Nó 2 Selector Interligação: Eléctrica⇒STM-1 Óptica ⇒ STM-N

Interligação com Anel Virtual

•

Como no caso da protecção SNCP (protecção de caminho) o tráfego

é replicado na origem e enviado por dois caminhos distintos.

•

O encaminhamento de informação deve ser feita de modo que o

caminho associado ao tráfego de serviço usa nós de interligação

entre os anéis diferentes do caminho de protecção

ADM A ADM B ADM C ADM D ADM F ADM E Para D De D Para C De C SNCP ring 1 SNCP ring 2 Nó 1 Nó 2 Nó 1 Nó 2 Tráfego de Serviço Tráfego de Protecção

Topologias Lógicas nas Redes em Anel

•

O modo como o tráfego é distribuido entre os diferentes nós de um anel leva

ao conceito de topologia lógica. Podem-se ter diferentes tipos de topologias

lógicas: estrela simples, estrela dupla, anel, malha, misto, etc.

Estrela simples

Padrão de tráfego em hub simples

Estrela dupla

Padrão de tráfego em hub duplo

Anel

Padrão de tráfego adjacente

Malha

Padrão de tráfego uniforme

Padrão de tráfego longo

Os pedidos de tráfego são entre nós diametralmente opostos

Nó

Pedido de tráfego bidireccional

Exemplos de Padrões de Tráfego num Anel

STM-16

Padrão em hub simples

Padrão de tráfego adjacente

MSPRING com 2 fibras (STM-16) Nó A Nó C Nó D Nó B 8 AU-4 5 AU-4 _{5 AU-4} 3 AU-4 3 AU-4

MSPRING com 2 fibras (STM-16) Nó A Nó C Nó D Nó B 8 AU-4 8 AU-4 8 AU-4 8 AU-4 8 AU-4 8 AU-4 8 AU-4 8 AU-4

O tráfego deve ser encaminhado entre dois nós de modo a ocupar o menor número de arcos e de modo a carregar o menos possível cada arco.

MSPRING com 2 fibras (STM-16) Nó A Nó D 6 AU-4 5 AU-4 _{5 AU-4} 3 AU-4 3 AU-4 6 AU-4 Nó B Nó C 5 AU-4 5 AU-4 2 AU-4 2 AU-4 0 0 5 D 0 5 5 C 0 5 6 B 5 5 6 A D C B A Nós

Matriz de tráfego (AU-4)

Padrão de tráfego misto

Os arcos A-B e A-D estão à capacidade máxima.