Estudo Comparativo: DSL Cable Modem

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL INSTITUTO DE INFORMÁTICA CURSO DE BACHARELADO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO Estudo Comparativo: DSL Cable Modem Por Eduardo Almeida Fernandes Projeto de Diplomação Prof. Jürgen Rochol Orientador Porto Alegre, dezembro de 1999.

2 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL Reitora: Prof.ª Wrana Maria Panizzi Pró-Reitor de Graduação: Prof. José Carlos Ferraz Hennemann Diretor do Instituto de Informática: Prof. Philippe Olivier Alexandre Navaux Coordenador de Graduação: Prof. Raul Fernando Weber Bibliotecária-Chefe do Instituto de Informática: Beatriz Regina Bastos Haro 2

3 AGRADECIMENTOS Agradeço aos colegas, professores e funcionários do Instituto de Informática, que nestes anos de convivência, tiveram papel fundamental para a realização deste sonho. Ao Prof. Jürgen Rochol, pelo conhecimento transmitido, pelo incentivo, pela paciência e pelo companheirismo. Aos meus pais, pela força, pelo incentivo, pelo carinho e pela compreensão. Aos meus amigos André Luís Michel Pinto, Henrique Nazareth Vedana, Leonardo Vieira Cervo, Maria Valesca Jungblut, Nicole Silva de Freitas e Ricardo Luís Lichtler pelas inúmeras noites, madrugadas e fins-de-semana de estudos alegres e bemsucedidos. 3

4 SUMÁRIO AGRADECIMENTOS... 3 LISTA DE FIGURAS... 6 LISTA DE TABELAS... 7 RESUMO... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. ABSTRACT... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. INTRODUÇÃO A TECNOLOGIA DSL COMPONENTES DO SISTEMA DSL Sistema de transporte Rede do provedor de serviços (rede de acesso local) DSLAM ATU-R POTS switch ou POTS splitter Equipamentos terminais COMO FUNCIONA A TECNOLOGIA DSL DMT CAP OS VÁRIOS TIPOS DE DSL ADSL RADSL SDSL HDSL IDSL MSDSL UDSL VDSL MVLDSL A TECNOLOGIA CABLE MODEM REDE DE TV A CABO A estrutura da rede de TV a cabo A rede HFC COMPONENTES DO SISTEMA CABLE MODEM Externo Interno Terminal interativo A estrutura da rede de cable modem COMO FUNCIONA A TECNOLOGIA CABLE MODEM OS VÁRIOS PADRÕES DE CABLE MODEM

5 IEEE DVB/DAVIC MCNS/DOCSIS O PROTOCOLO MAC DO PADRÃO IEEE PROTOCOLOS MAC LEGADOS Multiplexação por divisão de tempo Mecanismo de disputa e resolução de colisões OBJETIVOS SINCRONIZAÇÃO MODOS DE ACESSO Modo de acesso reservado Modo de acesso isócrono Modo de acesso imediato RESOLUÇÃO DE DISPUTAS DESEMPENHO DO PROTOCOLO MAC Algoritmo árvore n-ária versus algoritmo p-persistente adaptativo na resolução de disputas Alocação de largura de banda O PROTOCOLO MAC SELECIONADO Formatos de dados COMPARAÇÃO DAS TECNOLOGIAS DSL E CABLE MODEM LARGURA DE BANDA E BANDA EFETIVA DISPONIBILIZADA ESCALABILIDADE SERVIÇOS SEGURANÇA CUSTOS COMPATIBILIDADE COM O SERVIÇO TELEFÔNICO OU SERVIÇOS DE TRANSMISSÃO DE VOZ DISPONIBILIDADE DOS SERVIÇOS CONFIABILIDADE MERCADO CONCLUSÃO BIBLIOGRAFIA GLOSSÁRIO

6 LISTA DE FIGURAS FIGURA 1.1 ARQUITETURA DSL...12 FIGURA 1.2 ESPECTRO DE FREQÜÊNCIAS...18 FIGURA 1.3 ADSL FULL...22 FIGURA 1.4 ADSL LITE...22 FIGURA 1.5 FDM E CANCELAMENTO DE ECO...24 FIGURA 1.6 ESPECTRO DE FREQÜÊNCIAS...28 FIGURA 1.7 VELOCIDADE ALCANCE...29 FIGURA 2.1 CABLE MODEM...31 FIGURA 2.2 TIPOS DE CABLE MODEM...39 FIGURA 2.3 SPLITTER...40 FIGURA 2.4 ARQUITETURA DE UM CABLE MODEM...40 FIGURA 2.5 ESTRUTURA DE UM SISTEMA DE CABLE MODEM...42 FIGURA 2.6 HEAD-END...42 FIGURA 2.7 HUB DE DISTRIBUIÇÃO...43 FIGURA 2.8 UPSTREAM E DOWNSTREAM...44 FIGURA 3.1 DIAGRAMA DE ESTADOS DO PROTOCOLO DE UPSTREAM DO HFC...53 FIGURA 3.2 ATRASO MÉDIO DA REQUISIÇÃO VERSUS CARGA...58 FIGURA 3.3 PROBABILIDADE DO ATRASO MÉDIO SER MENOR QUE UM TEMPO X...58 FIGURA 3.4 ATRASO MÉDIO DE ACESSO VERSUS CARGA, PARA PROPORÇÕES FIXAS DE SLOTS DE DISPUTA E SLOTS DE DADOS...60 FIGURA 3.5 ATRASO MÉDIO DE ACESSO VERSUS CARGA, PARA PROPORÇÕES VARIÁVEIS DE SLOTS DE DISPUTA E SLOTS DE DADOS...60 FIGURA 3.6 ESTRUTURA DO QUADRO DE UPSTREAM...62 FIGURA 3.7 ESTRUTURA DO QUADRO DE DOWNSTREAM...62 FIGURA 4.1 SERVIÇO CABLE MODEM NO BRASIL...66 FIGURA 4.2 SERVIÇO ADSL NO BRASIL

7 LISTA DE TABELAS TABELA 1.1 DISTÂNCIA E TAXAS DE TRANSMISSÃO...16 TABELA 1.2 TIPOS BÁSICOS DE XDSL...20 TABELA 1.3 ADSL DISTÂNCIA VELOCIDADE...21 TABELA 1.4 SDSL DISTÂNCIA VELOCIDADE...27 TABELA 1.5 VDSL DISTÂNCIA VELOCIDADE...32 TABELA 2.1 TAXA DE TRANSFERÊNCIA BRUTA...42 TABELA 3.1 PROPOSTAS OFICIAIS PARA O PROTOCOLO MAC...50 TABELA 3.2 PROBABILIDADES VERSUS TAMANHO DAS MENSAGENS...59 TABELA 4.1 REDE DE TV A CABO NOS ESTADOS UNIDOS

8 INTRODUÇÃO Com o crescente avanço da tecnologia de redes de computadores e a popularização da Internet, cada dia mais as pessoas estão descobrindo as maravilhas de se estar no escritório ou no conforto do lar e ter à mão uma quantidade enorme de informações sobre qualquer assunto de seu interesse. Graças ao avanço dos browsers, os usuários têm acesso a documentos em formato texto e/ou gráficos, áudio e vídeo, além de uma grande quantidade de programas disponíveis para download. O tamanho dos arquivos transmitidos está cada vez maior e o canal de comunicação está saturado. Os usuários desejam um maior fluxo de dados e o gargalo está justamente na tecnologia de transmissão. A tecnologia hoje empregada para a comunicação de dados são os modens analógicos de canal de voz, que utilizam a estrutura de cabos telefônicos e a rede pública comutada (POTS). Esta estrutura, que foi projetada inicialmente para transmissão de voz, hoje incorpora avanços e oferece um maior número de serviços a um custo mais acessível. No entanto, ainda oferece limitação da largura de banda de 4 khz, insuficiente para as necessidades atuais e futuras. Neste cenário surgem duas propostas para oferecer aos usuários uma conexão mais rápida e com custos relativamente baixos de implementação. A tecnologia DSL atinge altas velocidades de transmissão e emprega a estrutura telefônica já existente de par de fios de cobre. A tecnologia de cable modem emprega, por sua vez, a estrutura existente de TV a cabo (CATV), composta por fibra óptica e cabos coaxiais de banda larga (HFC). Tanto a solução cable modem como a DSL propõem-se a oferecer aos usuários domésticos e corporativos um avanço em direção a taxas de transmissão da ordem de Mbit/s a um custo relativamente pequeno, pois aproveitam grande parte de estruturas já em uso nas regiões metropolitanas das grandes cidades. Ao usuário compete a escolha de qual tecnologia adquirir. Cada uma das tecnologias apresentadas oferece diferentes funcionalidades e perfis de acesso para conexões à Internet. À primeira vista, parece simples descobrir qual opção oferece o nível de serviço desejado pelo menor custo e decidir por um serviço ou outro. Entretanto, é difícil definir exatamente o nível de serviço necessário, pois os as necessidades dependem das aplicações, que sofrem mudanças contínuas. As operadoras de TV a cabo fizeram um bom trabalho de marketing, anunciando suas infra-estruturas como fornecedoras de acesso de banda larga a dados e televisão ao mesmo tempo. Nas áreas onde o serviço de TV a cabo está disponível, o cable modem consegue uma melhor penetração no mercado residencial que a tecnologia DSL. Entretanto, as companhias de TV a cabo estão trabalhando para resolver algumas questões que dificultam que o cable modem se torne uma ferramenta voltada também para o 8

9 mercado corporativo. Para as companhias telefônicas existem fatores mercadológicos que devem ser levados em conta. DSL não exige grandes investimentos no aprimoramento das linhas de assinante. Cable modem é uma tecnologia com acesso compartilhado não é dedicado como ISDN ou DSL. Isto significa que a largura de banda disponível é compartilhada entre os usuários da mesma vizinhança, como se fosse uma rede LAN. Nas horas de pico é impossível atingir velocidades altas, devido ao congestionamento. DSL, em contrapartida, garante a velocidade em linhas dedicadas. Questões relativas à segurança também preocupam os usuários principalmente os corporativos já que o meio físico é compartilhado. O fato de tantos serviços de acesso continuarem a coexistir confunde os usuários. Quais tecnologias de acesso remoto irão vingar e quais irão fracassar? Tecnologias como acesso analógico discado, linhas privativas dedicadas e ISDN encontram seu nicho no mercado baseado nos serviços que são suportados. Os fatores que regulam a divisão do mercado e o crescimento dos serviços são: disponibilidade; preços; facilidade de instalação e uso; habilidade de suportar as aplicações dos usuários. O que o usuário procura é uma tecnologia que ofereça altas velocidades de transmissão com equipamentos de baixo custo. O usuário corporativo deseja, além disso, que os usuários consigam ter acesso remoto às informações do servidor. Com o desenvolvimento e incremento na velocidade dos processadores e os avanços conseguidos nos backbones SONET e DWDM, o laço local tornou-se um gargalo mais estreito do que já era antes. Este trabalho tem como objetivo fazer um estudo comparativo entre estas duas tecnologias, do ponto de vista do usuário, a fim de que este possa decidir qual serviço atende melhor às suas necessidades, levando em consideração aspectos como facilidade de uso, velocidades de transmissão oferecidas e custos. Será apresentada uma descrição das tecnologias empregadas e enfocadas as vantagens e desvantagens de cada uma. No capítulo 1 serão apresentados os principais sistemas DSL atualmente propostos. No capítulo seguinte será descreve brevemente o sistema de TV a cabo e apresentado o sistema de comunicação de dados proposto na IEEE cable modem. No capítulo 3 será apresentado brevemente o protocolo MAC sugerido na IEEE No capítulo 4 serão apresentados critérios de comparação entre as tecnologias. 9

10 1. A tecnologia DSL A DSL (digital subscriber line) ou linha digital de assinante é uma tecnologia de transmissão que pode ser usada para suportar uma ampla variedade de serviços. Tenta eliminar o gargalo existente na última milha, que conecta o usuário ao provedor de serviços. Permite o uso de recursos existentes, como a rede de fios de cobre e os protocolos dos níveis 2 e 3 Frame Relay, ATM ou IP. DSL já foi bastante testada e é oferecida em uma grande quantidade países. Em uma linha telefônica comum, chamada algumas vezes de POTS, é usado um sinal analógico para transferir informação de áudio (voz) do usuário até a central telefônica CO 1. A partir daí, o sinal entra na PSTN. Um modem comum modula e converte o sinal digital proveniente do computador em um sinal analógico, e o transmite através desta linha telefônica. Na outra ponta, outro modem recebe o sinal analógico e faz a conversão deste para um sinal digital. Estes dados são tratados pela rede telefônica exatamente da mesma maneira que os sinais de voz. O modem DSL envia os dados digitais diretamente do computador para a central telefônica. A partir daí, o sinal entra na rede telefônica digital que interconecta as centrais ATM ou Frame Relay. O termo modem é impróprio, já que ele não faz modulação/demodulação do sinal. A denominação linha digital de assinante também é errônea, pois o que constitui DSL não é a linha em si, mas sim um par de modens existentes nas pontas desta. Usando o sistema telefônico atual o loop local da rede telefônica, a tecnologia DSL oferece acesso a altas velocidades de transmissão e reduz a carga sobre a rede telefônica pública. Os provedores do serviço acreditam que DSL irá oferecer um sistema conveniente para satisfazer a exigência de largura de banda e irá propiciar a criação de novos serviços de rede sem grandes investimentos de capital. As companhias de telecomunicação viram em DSL uma oportunidade para alavancar a demanda por parte do consumidor de um acesso mais rápido. Esta tecnologia foi projetada inicialmente para suportar aplicações de vídeo sob demanda (VoD 2 ) e TV interativa sobre o par trançado telefônico. A tecnologia DSL foi concebida como uma reação das companhias telefônicas aos serviços de transmissão de dados por cabos de alta capacidade (fibras ópticas e cabos coaxiais). Quando estes mostraram-se muito caros para uma expansão em larga escala, o interesse sobre DSL aumentou muito. Outro fator que impulsionou o seu crescimento foi a reforma das telecomunicações ocorrida nos Estados Unidos em Companhias telefônicas locais e de longa distância (ILEC, IXC 3, ISP, CLEC), companhias de TV a cabo e satélite DTH 4 e emissoras de rádio e TV passaram a competir entre si. 1 CO central office: Central telefônica. Localização central de uma rede pública de telecomunicações tradicional aonde as linhas telefônicas são terminadas e que contém o equipamento de comutação. 2 VoD video-on-demand: Expressão que abrange um amplo conjunto de tecnologias e companhias cujo objetivo comum é permitir que os usuários selecionem um programa de TV ou filme em um servidor de vídeo e assistam-no através de um televisor ou monitor de computador. 3 IXC inter-exchange carrier: Provedor de serviços que transporta voz, vídeo e dados entre os RBOC (longa distância). 10

11 As redes telefônicas atualmente instaladas representam um imenso capital investido. Esta estrutura, projetada inicialmente para serviços de voz, sofreu modificações e atualizações em sua infra-estrutura ao longo dos anos, a fim de aproveitar os avanços tecnológicos nas técnicas de transmissão e comutação. Em particular, instalações baseadas em fibra óptica existem na maioria das redes telefônicas ao redor do mundo. O uso de fibra óptica aprimorou a qualidade dos serviços, aumentou a capacidade de tráfego suportado pelo backbone e reduziu os custos operacionais. Como resultado, uma grande quantidade de serviços está disponível atualmente para uso das centrais telefônicas. Entretanto, a situação é bem diferente quando se observa o loop local. O usuário final está conectado a um armário de distribuição MDF 5 pelo par trançado de fios de cobre. Este armário concentra todos os loops locais e os conecta com uma central telefônica. Estas centrais, por sua vez estão ligadas entre si através de uma rede composta de DACS e T/E 6 ou anéis ópticos como SONET ou SDH 7. A infra-estrutura existente de fios de cobre, a rede ILEC/PTO 8 foi projetada para o transporte de voz. Entretanto, a rede telefônica existente não é especializada no tráfego de dados a altas velocidades. O equipamento usado pelo usuário é um modem analógico velocidades de conexão da ordem de 28,8 kbit/s. Utiliza-se uma DSU 9 ou NTU 10 para conexões a velocidades mais elevadas 56 ou 64 kbit/s ou serviços T1 ou E1. Mesmo esta solução é muito limitada em termos de velocidade e largura de banda e já atingiu o limite da capacidade de transmissão. À medida que são deixadas para trás as tecnologias de transmissão analógica de baixas velocidades e são estudadas as tecnologias de conexões digitais de alta velocidade, notam-se grandes mudanças na topologia das centrais telefônicas. Enquanto que o tráfego de dados analógicos passa pelo comutador da rede telefônica (capacidade de discagem de âmbito mundial) o tráfego de dados digitais de alta velocidade é desviado do comutador (switch), pois este não suporta este tipo de dados. Os dados percorrem o loop local através do DACS e do sistema de transmissão, contornando o comutador telefônico. Serviços de tráfego de dados de baixas velocidades baseados nos modens convencionais integram-se bem na rede POTS, já que o comutador telefônico está integrado na solução. Os serviços de tráfego de dados de altas velocidades, no entanto, são configurados como uma rede dedicada, contornando o co- 4 DTH direct to home: Transmissão de sinais de televisão via satélite que podem ser captados por antenas de pequeno porte geralmente com diâmetro de 60 cm. Também chamada de DBS (direct broadcasting satellite). 5 MDF main distribution frame: Quadro de distribuição localizado dentro da central telefônica aonde os laços são terminados. 6 T/E carrier transmission equipment. 7 SDH synchronous digital hierarchy: Padrão internacional para transmissões de dados síncronas sobre cabos de fibra óptica. O equivalente norte-americano é o SONET. Define uma taxa de transmissão padrão de 51,84 Mbit/s, chamada STS-1 equivalente à OC-1 e seus múltiplos. 8 PTO public telephone operator. 9 DSU digital service unit. 10 NTU network termination unit: Equipamento instalado nas dependências do usuário que faz a terminação de um ponto de acesso à rede. 11

12 mutador. A partir daí, estes dados são concentrados no DSLAM e enviados através da rede que interconecta as centrais telefônicas Componentes do sistema DSL A arquitetura básica (fig. 1.1) que permite transmitir dados digitais em alta velocidade através da rede telefônica é composta pelo par trançado telefônico e alguns equipamentos adicionais. Do lado do usuário está situado o POTS splitter, que separa os sinais de dados digitais dos sinais de voz. Neste dispositivo são conectados o telefone e o modem DSL. Uma boa alternativa é ligar um hub para compartilhar a conexão entre várias estações de trabalho. A linha de assinante sai da residência do usuário, conecta-se a um armário de distribuição e daí vai para a central telefônica. Já dentro da central telefônica, entra no multiplexador DSLAM, que separa o tráfego de voz e dados. Os dados são enviados para uma rede ATM, por exemplo, enquanto o tráfego de voz é passado ao comutador telefônico do POTS. Esta estrutura pode variar, em função dos diferentes tipos de xdsl existentes Sistema de transporte Figura 1.1 Arquitetura DSL Fornece uma interface entre o backbone e o sistema DSLAM. Este dispositivo pode fornecer vários tipos de serviço: T1/E1, T3/E3, OC-1, OC-3, STS-1, e STS Rede do provedor de serviços (rede de acesso local) Utiliza como base a rede que interconecta as centrais telefônicas e promove conectividade entre os múltiplos provedores de serviços e os usuários. Para isso, devem ser instalados equipamentos adicionais, como switches Frame Relay ou ATM. Existe o conceito de nó de acesso (AN), que é o local aonde os equipamentos de comutação e roteamento estão fisicamente localizados. Dependendo do tamanho da rede de acesso e 12

13 dos custos associados com o transporte, podem existir mais de um AN por rede local (LAN), criando uma estrutura sobreposta à rede de interconexão das centrais telefônicas. Em alguns casos, este nó está integrado no próprio DSLAM. A rede de acesso consiste dos loops locais e do equipamento associado que conecta o usuário à central telefônica. Alguns usuários estão localizados a uma distância muito grande da central telefônica e necessitam de um loop local muito longo. Um problema que surge daí é a atenuação do sinal ao atravessar o meio, piorando a relação sinal/ruído. Para contornar este problema são usadas bobinas (loading coils) a cada 1,8 km, para modificar as características elétricas da linha indutores, atuam como filtros passa-baixa, limitando a faixa dinâmica em 3,3 khz e permitindo uma melhor qualidade do sinal de voz. Essas bobinas, que compõem até 20 % dos laços locais, são incompatíveis com as altas freqüências de transmissão de DSL e devem ser removidas. Sem elas, é possível transmitir sinais com freqüências da ordem de MHz, embora com substancial atenuação. Atenuação essa que aumenta proporcionalmente com a distância e a freqüência. As configurações de laço de assinante variam tremendamente. Em alguns países, a distância de 5,5 km cobre virtualmente todos os assinantes; em outros países, como os Estados Unidos, esta distância cobre menos de 80 % dos assinantes. O restante corresponde exatamente aos 20 % das linhas que utilizam bobinas para melhorar o sinal de voz. O outro procedimento utilizado para melhorar o sinal de voz é o uso de terminais remotos ou nós de acesso remotos e a criação de áreas de distribuição com loops de, no máximo, 1,8 km, aonde os sinais são terminados, agregados e enviados de volta à central telefônica, que hospeda o equipamento de comutação e transmissão. Este retorno, feito através de circuitos T1/E1, pode ser feito através de fios de cobre usando HDSL ou fibra óptica. Em áreas suburbanas, estas áreas de distribuição conectam uma média de pontos telefônicos, enquanto que nas áreas mais centrais essa densidade chega a pontos por área. Esses números diminuem à medida que crescem as taxas de dados. Um sistema FTTC 11 oferecendo taxas STS Mbit/s, com alcance de 300 m conecta cerca de 20 pontos. Emendas nos cabos também podem atrapalhar a transmissão de dados. DSL só pode ser suportado através de laços contínuos de cobre. A Bellcore estima que uma linha telefônica típica (Estados Unidos) passe por 22 trechos de fios durante o seu percurso. O tráfego DSL deve, então, terminar no terminal remoto 12, onde será convertido para um formato compatível com o DLC. A arquitetura do sistema telefônico baseado em terminais remotos resolve muitos problemas relativos ao POTS, mas cria problemas para o fornecimento de serviços DSL. 11 FTTC fiber to the curb: Rede onde a fibra óptica vai do comutador telefônico até um armário de distribuição próximo dos usuários, localizado geralmente na calçada daí o nome curb (do inglês, meio-fio). A partir deste armário, partem pares de fios de cobre até as dependências dos usuários. 12 RT remote terminal: Terminação do laço local ou ponto intermediário mais próximo dos usuários, utilizado para melhorar a confiabilidade do serviço. 13

14 DSLAM O DSLAM (digital subscriber line access multiplexer) está localizado na central telefônica e é a pedra fundamental da solução DSL. Funcionalmente, o DSLAM agrega o tráfego de dados dos múltiplos loops DSL no backbone. Fornece serviços a aplicações baseadas em pacotes, células ou circuitos, concentrando também os canais DSL em saídas 10Base-T, 100Base-T, T1/E1, T3/E3 ou ATM. Caso seja necessário, o DSLAM é capaz de abrir os pacotes de dados, podendo suportar endereçamento IP dinâmico usando-se DHCP. Suporta uma grande quantidade de serviços, protegendo os investimentos à medida que a tecnologia e o mercado DSL avançam, bastando para isso a troca de placas e componentes modulares. É flexível, pois suporta codificação CAP, DMT e QAM. É compatível com NEBS 13, permitindo fácil ampliação e manutenção. Oferece também compatibilidade com NMS 14 e SNMP. Um ISP que queira competir com a companhia telefônica local deve, inicialmente, tornar-se um CLEC. A partir daí, basta alugar a fiação de cobre entre cada usuário e a central, onde deve estar localizado o DSLAM. Este concentra um certo número de linhas de assinante em um único canal ATM. A partir daí, é necessário pegar o tráfego de saída do DSLAM (células ATM ou quadros) e transportá-lo até onde estiver localizado o roteador primário de acesso à Internet. Existem dois tipos de DSLAM: um localizado na central telefônica, capaz de suportar e concentrar uma grande quantidade de canais e o DSLAM remoto, localizado no sistema DLC, nas vizinhanças dos usuários e locais públicos ATU-R O DSL transceiver unit é o equipamento que fica na ponta do usuário tipicamente 10Base-T, V.35, ATM-25 15, ou T1/E1. Está disponível em várias configurações, dependendo do serviço a ser disponibilizado, e oferece funcionalidades adicionais para bridging 16, roteamento, multiplexação TDM ou ATM. O ATU-R de bridging é de fácil instalação e manutenção e oferece filtragem de dados, para evitar que tráfego indesejado penetre na rede do usuário. O ATU-R com roteamento oferece a flexibilidade do IP, podendo ser criadas sub-redes, a fim de segmentar de maneira eficiente a LAN remota e a identificação de tráfego unicast 17 ou multicast. Transparente aos protocolos, comporta-se como CSU/DSU 18 e serve como interface para roteadores já existentes, 13 NEBS network equipment building system: Conjunto de requerimentos sobre confiabilidade e usabilidade dos equipamentos, estabelecido pela Bellcore. 14 NMS network management system: Sistema de gerenciamento de rede que implementa funções do nível de rede e usa um protocolo como SNMP. 15 ATM-25 Fórum ATM que define uma taxa de 25,6 Mbit/s baseada na rede Token Ring da IBM. 16 Bridging Interconexão de duas redes que ocorre na camada de rede (hardware) e não possui capacidade de roteamento. 17 Unicast Transmissão de uma mensagem para um único receptor (endereço), em contrapartida com os conceitos de broadcast e multicast. 18 CSU/DSU channel service unit/data service unit: O DSU é um dispositivo que executa funções de diagnóstico e proteção em uma linha de telecomunicações, enquanto o CSU é um dispositivo que conecta um terminal a uma linha digital. Usado nas terminações de conexões T1 e T3. 14

15 multiplexadores, PBX 19 ou FRAD 20. Muitas vezes, o ATU-R tem características PnP. Deve oferecer estatísticas para o gerenciamento das camadas 1, 2 e 3, como relação sinal/ruído e estatísticas da MIB 21 e possibilidade de upgrade e manutenção remotas. Atualmente o próprio modem faz as funções do ATU-R. Alguns modelos de modem exigem o uso de uma placa Ethernet para servir de interface com o computador, enquanto outros modelos conectam-se diretamente ao barramento PCI POTS switch ou POTS splitter É um dispositivo opcional, que existe tanto no lado do usuário quanto na central telefônica, permitindo a transmissão simultânea de dados e voz. Pode ser ativo exige fonte de alimentação externa ou passivo. Este último, além de não necessitar alimentação e ter um MTBF 22 maior, suporta chamadas de emergência polícia, bombeiros mesmo quando cortado o fornecimento de energia elétrica Equipamentos terminais Equipamento terminal ou TE (terminal equipment) é qualquer aparelho conectado ao ATU-R, como um computador, telefone digital ou hub Como funciona a tecnologia DSL DSL usa freqüências diferentes do espectro para transmitir voz e dados (fig. 1.2). A faixa de 0 a 4 khz é usada para o POTS e transmissões de fac-símile. O canal de 30 a 138 khz é reservado para o envio de dados, enquanto a faixa de 138 khz a 1,1 MHz é usada para o recebimento. Esta implementação permite conversação (voz analógica) e transmissão de dados digitais sobre a mesma linha telefônica, sem que um serviço interfira com o outro. Uma conexão DSL sobre linha telefônica que permite fluxo de chegada de 6 Mbit/s, por exemplo, é cerca de 200 vezes mais rápida que uma conexão de 28,8 kbit/s. DSL não é uma tecnologia de acesso discado; é uma conexão ponto-a-ponto com linha e largura de banda dedicadas entre o modem e a Internet ou a LAN corporativa. O throughput não é afetado por outros usuários nas vizinhanças, como acontece com o cable modem, onde vários usuários compartilham a capacidade da rede de cabo coaxial ou fibra óptica. 19 PBX private branch exchange: Rede telefônica privada interna a uma empresa. Os usuários compartilham um certo número de linhas externas para atender os ramais internos da empresa. Uma variação da central PBX que fica localizada fisicamente no prédio do usuário é a chamada centrex, que fica localizada na própria companhia telefônica e oferece discagem direta a ramal. 20 FRAD frame relay assembler/disassembler: Dispositivo de comunicação que particiona um fluxo de dados em quadros para a transmissão sobre uma rede Frame Relay e recria o fluxo de dados a partir de quadros que chegam da rede. 21 MIB management information base: Base de dados de objetos monitorados por um sistema de gerenciamento de rede (SNMP ou RMON). 22 MTBF mean time between failures: Indica o número médio de horas de funcionamento de um dado dispositivo até a ocorrência de uma falha. 15

16 Figura 1.2 Espectro de freqüências Fonte: [DSS 99] Diferente do que acontece com os modens convencionais (33,6 kbit/s), não é possível conectar-se diretamente com um usuário que esteja em outra localidade. É necessário a presença do DSLAM para concentrar o tráfego, pois este dispositivo suporta maior potência elétrica, maiores freqüências que um modem ou roteador DSL standalone pode suportar. Pode ser feita uma analogia com o protocolo V.90, que não permite a conexão direta entre dois modens a 56 kbit/s. O problema da atenuação do sinal aumenta proporcionalmente com a velocidade de transmissão (tab. 1.1), diminuindo a distância máxima alcançada. Tabela 1.1 Distância e taxas de transmissão Fluxo (Mbit/s) Distância (km) Espessura do fio (mm) 1,5 a 2 6 0,5 1,5 a 2 5 0, , ,5 Fonte: Para que se possa aumentar o alcance da transmissão são usadas as seguintes técnicas de sinalização: DMT Descreve uma versão de modulação multiportadora na qual os dados de chegada são coletados e distribuídos sobre um grande número de portadoras individuais, chamadas bins. A DMT cria estes canais usando uma técnica digital chamada Discrete Fast-Fourier Transform. A DMT aloca estes 256 subcanais com largura de banda de 4 khz e modula um sinal separado em cada um deles, a fim de diminuir estatisticamente as perdas com ruído. Os sinais também são codificados usando-se QAM. DMT testa a qualidade da linha na inicialização para determinar a capacidade de transmissão de cada subcanal. Os dados que chegam são desmembrados e distri- 16

17 buídos por estes subcanais. Para contornar o problema do ruído, a maior parte da informação está contida nas freqüências mais baixas. Existe uma variante da DMT, a DWMT, que vai um passo além em complexidade e desempenho, criando uma maior separação entre os subcanais. Quando estiver totalmente desenvolvida, este tipo de modulação poderá vir a ser o padrão para ADSL em ambientes com muita interferência. DMT é a base do novo padrão ANSI T1.413 edição 2. Em fevereiro de 1998 foi também adotado pelo ITU. DMT consegue melhores resultados que a tecnologia antecessora CAP, transmitindo na mesma velocidade através de distâncias maiores tipicamente 6 km CAP O padrão DMT substitui uma implementação usada anteriormente, chamada CAP. O seu principal problema foi a falta de padronização, que gerou implementações CAP proprietárias que não se comunicam umas com as outras. A CAP não é padronizada, pois nunca foi sancionada pelo ITU, pelo ANSI ou pelo ETSI. No entanto, é a solução com maior base instalada atualmente 97 % até 1996 e opera a velocidades de até 7,1 Mbit/s. A principal vantagem da DMT é a alta tolerância a ruídos na linha e a capacidade de adaptar-se às condições desta. Apesar dos produtos fabricados seguirem uma padronização, a sinalização varia de fabricante para fabricante, gerando novamente problemas de comunicação entre equipamentos de marcas diferentes. Acredita-se que a interoperabilidade deva surgir com o tempo. Com QAM, dois sinais independentes são usados para modular duas portadoras com freqüências iguais, mas com amplitudes e fases diferentes. Os receptores QAM conseguem discernir quando se deve usar mais ou menos estados (constelações de pontos) para superar ruído e interferências. CAP armazena partes do sinal modulado em memória e reconstrói estas partes na onda modulada. O sinal da portadora é suprimido antes da transmissão, pois não contém informação, e é remontada no modem receptor daí o nome carrierless. Na inicialização, CAP testa a qualidade da linha de acesso e implementa a versão de QAM mais eficiente. CAP é mais simples, de custo de implementação menor, necessita de menos potência e dissipa menos calor relevante quando os equipamentos são colocados todos juntos no mesmo local físico, mas atinge distâncias menores o sinal sofre grande degradação a partir de 3,5 km Os vários tipos de DSL Existem vários tipos de tecnologias DSL para serem escolhidas. A seleção de uma delas depende de múltiplos fatores: tipo de serviços oferecidos; topologia dominante da rede já existente; planos para o surgimento de novos serviços no futuro. Justamente por esta variedade de tipos, costuma-se empregar o acrônimo xdsl, onde o x substitui uma ou mais letras. Basicamente, existem dois tipos de DSL: simétrico e assimétrico. Os tipos simétricos transmitem os dados na mesma velocidade nos dois sentidos (usuário provedor e provedor usuário). Os tipos assimétricos transmitem os dados do usuário a uma velocidade maior do que os dados recebidos por este. 17