Diretor de Novos Negócios da KNBS (Knowledge Networks & Business Solutions).

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1 Transporte de Sinalização em Redes IP Este tutorial apresenta os conceitos básicos de Transporte de Sinalização em Redes IP (Sigtran). Carlos Alberto Fróes Lima Diretor de Marketing e Desenvolvimento de Produtos pela KNBS. Foi Diretor de Engenharia de Soluções e Produtos pela Diveo Teleco municações do Brasil Ltda., Consultor para processos de e-learning e e-knowledge, Gerente de Treinamento nas áreas de Comunicação de Dados e Integração de Sistemas, por Radiant Knowledge Systems e D&F Consulting. Trabalhou na Promon Eletrônica Ltda., atuando nas áreas de pré e pós vendas e projeto de redes de computadores das linhas de produtos de grandes vendors, reconhecido pelo pioneirismo em redes ATM no Brasil. Atuou no Sistema Telebrás como pesquisador durante 12 anos nas áreas de Sistemas de Comutação e Desenvolvimento de Sistemas, participando dos grandes projetos e pesquisas desenvolvidas no Centro de Pesquisa da Telebrás (CPqD), como Sistemas COMPAC, CETEX e TROPICO R e RA, além de participar dos grupos brasileiros de Gerência Integrada de Redes e Serviços e do CBTT4. Formado em Ciência da Computação pela UNICAMP em 1985, possui Mestrado em Engenharia Elétrica pela UNICAMP (em Gerenciamento de Redes ATM) e pós-graduado em Administração de Empresas e MBA em Marketing pela FGV. É também pós-graduado em Geoprocessamento pela UNICAMP. Professor de cursos de pós-graduação pela PUC Campinas, FAAP e FGV. José Ricardo Portillo Navas Diretor de Novos Negócios da KNBS (Knowledge Networks & Business Solutions). Desde 1981 está envolvido com a área de telecomunicações tendo participado em várias atividades do setor. Foi gerente de Planejamento de Rede da Lucent Technologies Network System do Brasil de 2000 a 2002 trabalhando principalmente com tecnologias wireless (GSM e CDMA). 1

2 Foi gerente de desenvolvimento da CelTec Tecnologia de Teleco municações Ltda., trabalhou também na Alcatel Brazil (antiga Elebra Teleco municações) com a implantação de sistemas celulares e foi pesquisador do Centro de Pesquisas e Desenvolvimento da Telebrás (antigo CPqD). É formado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal do Pará em 1980, e tem mestrado em Engenharia Elétrica pela PUC-RJ (CETUC), Loreno Menezes da Silveira Loreno Menezes da Silveira exerce a função de Diretor de Tecnologia da KNBS. Loreno foi gerente de Planejamento de Universalização da Agência Nacional de Teleco municações - ANATEL, de 2002 a 2004, Gerente sênior de Tecnologia e Planejamento de Rede na Vésper S/A de 1999 a 2002 e anteriormente trabalhou no CPqD, tendo exercido as funções de pesquisador, coordenador de projeto e Gerente de Engenharia de Sistemas desde 1978, tendo atuado no projeto TROPICO e na área de Redes SDH e ATM. Formado em Engenharia Eletrônica em 1975, pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica e com Pós Graduação na área de Automação pela Unicamp (1983) foi também Professor Assistente de Otimização de Sistemas na PUC - Campinas de 1980 a No nível internacional exerce a função de Co-relator da Questão 7/1 do SG 1 do ITU-D tendo participado ativamente do SGXI do ITU-T de 1984 a loreno@knbs.com.br Categoria: Banda Larga Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 15 minutos Publicado em: 08/11/2004 2

3 Transporte de Sinalização em Redes IP: Introdução A indústria de telecomunicações em âmbito mundial está passando por um período de intensa atividade cujo objetivo final é possibilitar a convergência de serviços. A convergência abrange os serviços de telecomunicações, o acesso aos Serviços Internet, e os serviços de transporte de informações de radiodifusão. Isto possibilitará que qualquer conteúdo trafegue ou se torne disponível em qualquer rede. Em relação ao aspecto regulatório, por exemplo, o Parlamento Europeu aprovou novas diretivas relativas aos serviços de comunicações com aplicação desde 25/07/2003. Estas novas diretivas, além de refletir a tendência de convergência tecnológica, simplificam e unificam as formas de comunicação dos diferentes setores. Em paralelo tem havido uma movimentação significativa em diversos grupos de Estudo, em âmbito mundial, no sentido de integração das redes de circuitos comutados com as redes IP. Embora o esforço voltado à Rede Telefônica Pública Comutada - Public Switched Telephone Network - PSTN seja considerável, a Rede Digital de Serviços Integrados de Faixa Estreita - Narrowband Integrated Services Digital Network -N - ISDN, e as redes de faixa larga, baseadas ou não em Asynchronous Transfer Mode - ATM, assim como as redes de comunicações móveis, notadamente de terceira geração, estão incluindo em seus desenhos, redes IP que suportam protocolos de sinalização. Isto deverá permitir que os serviços disponíveis nestas redes sejam trazidos para um ambiente de rede IP e permitir a aquelas redes o uso diversificado de plataformas IP em suas soluções de acesso ou backbone. 3

4 Transporte de Sinalização em Redes IP: Descrição Geral O Transporte de Sinalização ( Signaling Transport - SIGTRAN ) é um novo conjunto de padrões definidos pelo Internet Engineering Task Force (IETF). Este conjunto de padrões foi projetado para fornecer um modelo de arquitetura para o transporte de sinalização sobre redes IP. O objetivo principal dos trabalhos conduzidos no Grupo de Trabalho SIGTRAN do IETF é permitir o transporte da sinalização (incluindo os Sistemas de Sinalização de Assinante Digital - Digital Subscriber Signalling System - DSS e o Sistema de Sinalização Nº7 - SS Nº7, do ITU - T) considerando os requisitos funcionais e de desempenho das redes de comutação de circuitos. Em resumo, para interfuncionar com uma rede de comutação de circuitos, as redes IP necessitam transportar mensagens de sinalização, seja de assinantes digitais (DSS) seja do SS Nº7, entre nós IP, tais como Signalling Gateways, Media Gateway Controller, Media Gateway ou Bases de Dados IP. O Grupo de Trabalho SIGTRAN gerou tanto as Request for Comments - RFC identificando os requisitos funcionais e de desempenho para o suporte da sinalização em redes IP quanto as RFC contendo a especificação das funcionalidades adicionais necessárias às redes IP. SIGTRAN não é o único Grupo de Trabalho IETF envolvido na definição de novos protocolos que permitam a integração da rede de circuitos comutados com redes IP. Há dois outros grupos conhecidos como PINT ( PSTN and Internet Interworking ) para os serviços originados na rede IP e SPIRITS ( Service in the PSTN/IN Requesting Internet Service ) para os serviços originados na rede de circuitos comutados, que endereçam a questão de interfuncionamento de serviços telefônicos entre estas redes. Figura 1: Nós de Interfuncionamento na Rede IP. 4

5 Transporte de Sinalização em Redes IP: Arquitetura de protocolos SIGTRAN A necessidade de novos blocos funcionais ficou evidente com o estudo dos requisitos para sinalização, pois os blocos com funcionalidade equivalente existentes ( Transmission Control Protocol - TCP e User Datagram Protocol - UDP ) não atendiam às especificações de segurança e qualidade de serviço impostas aos Sistemas de Sinalização do ITU-T. As principais limitações do TCP dizem respeito à segurança, já que o TCP é vulnerável a fraude, e aos mecanismos de seqüenciamento empregados. O TCP fornece uma transferência confiável e entrega na ordem correta dos dados através de um mecanismo de reconhecimento e bloqueio de transmissão, porém este mecanismo o torna inviável para aplicações em tempo real. Além do mais esta funcionalidade já está incluída numa forma mais eficiente no Nível 2 do SS Nº7 ou na camada 2 do DSS. O novo conjunto de blocos funcionais, denominado genericamente de SIGTRAN, consiste de 3 subcamadas: Protocolo padrão IP; Uma subcamada de transporte comum de sinalização, suportando um conjunto comum de funções de transporte confiável; Uma subcamada de adaptação que suporta primitivas específicas requeridas por uma aplicação da sinalização particular. A subcamada de transporte comum foi denominada Protocolo de Transmissão de Controle de Vazão - Streaming Control Transmission Protocol - SCTP. Embora a arquitetura SIGTRAN tenha sido o principal elemento motivador no desenvolvimento do SCTP, espera-se que outras aplicações venham a se beneficiar de sua estrutura. As subcamadas de adaptação específicas foram desenhadas de modo a permitir flexibilidade na aplicação dos servidores ou elementos de rede IP. Foram definidas as seguintes subcamadas: Figura 2: Arquitetura de Protocolos SIGTRAN. Camada de Adaptação Par a Par do Nível 2 do MTP - MTP Level 2 Peer-to-Peer Adaptation Layer - M2PA; Camada de Adaptação de Usuário do Nível 2 do MTP - MTP Level 2 User Adaptation Layer - M2UA; 5

6 Camada de Adaptação de Usuário do Nível 3 do MTP - MTP Level 3 User Adaptation Layer - M3UA; Camada de Adaptação de Usuário do SCCP - SCCP User Adaptation Layer - SUA. A subcamada M2UA fornece para seus usuários, serviços similares ao Nível 2 do SS Nº7, mas de forma dissociada da existência das funcionalidades do Nível 3 do SS Nº7, enquanto a subcamada M2PA atua exatamente da mesma forma que o Nível 2 do MTP, permitindo o mapeamento de primitivas para o Nível 3 ou equivalente. A subcamada M3UA fornece serviços similares ao Nível 3 do MTP para seus usuários e a camada SUA fornece serviços similares aos do SCCP não orientado a conexão. 6

7 Transporte de Sinalização em Redes IP: Protocolo de Transmissão de Controle de Vazão - SCTP O serviço básico fornecido pelo SCTP é a transferência confiável de mensagens entre seus usuários. O SCTP é um protocolo orientado a conexões, com uma elevada eficâcia na transferência de dados. Além disto, fornece 2 novas facilidades em relação aos protocolos de transporte anteriores: Multihoming: permite o acesso a determinado destino por múltiplos endereços IP; Multistreaming: permite a existência de diversos fluxos independentes de dados sobre a mesma conexão. As funções de transporte do SCTP podem ser estruturadas nos seguintes blocos funcionais (ver Fig. 3 abaixo): Figura 3: Estrutura de blocos funcionais do SCTP. Iniciação e encerramento de Associações: uma associação é iniciada por solicitação dos usuários do SCTP. Para estabelecer uma associação, uma das extremidades fornece a outra uma lista de endereços de transporte (múltiplos endereços IP em combinação com uma porta SCTP) que enviarão ou receberão pacotes SCTP. Entrega seqüencial em cada fluxo (stream): o usuário do SCTP pode especificar, no momento da iniciação da associação, a quantidade de fluxos que podem ser suportados pela associação; Fragmentação de dados do usuário: suporta as funções de fragmentação e reagrupamento; Reconhecimento e prevenção de congestionamento: o SCTP atribui a cada mensagem, fragmentada ou não, um Número de Seqüência de Transmissão ( Transmission Sequence Number - TSN ). Todos os TSN recebidos são reconhecidos, mesmo na existência de gaps na seqüência; Agrupamento de porções (Chunk Bundling): o pacote SCTP se compõe de um cabeçalho ( Header ) e diversas porções ( Chunks ), conforme ilustra a Figura abaixo; Validação de pacotes: em cada pacote SCTP é incluído um campo de validação dos pacotes e um Campo de 32 bits de redundância ( Checksum ); Gerência de Destinação: a escolha do endereço de transporte do destino é baseada em instruções do usuário e na disponibilidade deste destino em relação a um conjunto de possíveis destinos. 7

8 Figura 4: Pacote SCTP. 8

9 Transporte de Sinalização em Redes IP: Algumas aplicações Descongestionamento de rotas de concentração para Provedores de Acesso a Serviços Internet (ISP) A rede telefônica pública comutada freqüentemente necessita ser reconfigurada em função do atendimento a ISP, especialmente quando devido a aspectos de interconexão, uma central (ou um par) está conectada a um ISP de grande porte e passa a apresentar congestionamento sistemático, na rota de acesso ao ISP ou nas rotas de interconexão. Uma solução efetiva em custo que está sendo adotada internacionalmente é a migração deste tráfego para uma rede IP, mais adequada ao tráfego de Serviços Internet. Isto pode ser feito por meio da implantação de uma topologia de rede IP adequada a NGN, como mostra a Ilustração 1. Ilustração 1: Descongestionamento para ISP Implantação de Novos serviços ou migração de plataformas para "web based design" Novos serviços, como comunicações móveis de 3ª geração ( Universal Mobile Teleco mmunications System - UMTS ), novos conjuntos de capacitações para redes inteligentes ( Intelligent Networks - IN ), ou novos serviços ISDN estão sendo pensados num ambiente independente da rede de transporte e suportados por IP. Mais do que isto, em diversos segmentos do mercado (por exemplo para Short Message Systems - SMS ) observa-se a migração de plataformas restritivas e proprietárias para plataformas abertas disponíveis no mundo Internet. Ilustração 2: Migração de plataformas. 9

10 Transporte de Sinalização em Redes IP: Conclusões Alguns fatos estão surgindo de forma clara no mercado. O tráfego de Serviços Internet (e comunicação de dados) tem crescido drasticamente. Isto tem feito com que reguladores intervenham ou que prestadores de serviços de telecomunicações ofereçam alternativas de escoamento deste tráfego por meio de redes IP. Por outro lado, as indústrias têm lançado no mercado produtos IP adaptados às mais modernas técnicas de transporte (sobre fibras ópticas ou rádio). Observa-se também uma preocupação em não desprezar o legado (que ganhou até nome!), por exemplo, na construção de modelos independentes da rede de suporte e capacitados a conviver com os modelos existentes. Outro fato surpreendente é a adaptação de redes IP para atender aos requisitos de qualidade e segurança mais exigentes das redes de circuitos comutados. Finalmente, no domínio das aplicações, generaliza-se cada vez mais a simplicidade e universalidade obtidas na composição de produtos software baseados em peças disponíveis na web, transformando este tipo de produto na melhor solução (melhor em preço e qualidade) para sua classe! Estes fatos nos levam a conclusão que, independentemente do resultado final obtido com o esforço de convergência em termos dos novos serviços e aplicações que venham a surgir, os protocolos IP, e a Sinalização ITU-T, farão parte deste resultado e a utilização de soluções envolvendo a adequação do SS N 7 às redes IP parece ser o meio mais natural para se experimentar e avaliar os benefícios deste resultado. 10

11 Transporte de Sinalização em Redes IP: Teste seu Entendimento 1. SIGTRAN se refere a: Uma Questão de um Grupo de Estudos do ITU-T. Um bloco funcional ou subcamada nova do SS Nº7. Um Grupo de Estudos do IETF e uma camada nova de transporte sobre IP. Um conjunto de aplicativos do SS Nº7 e DSS. 2. Quais dos protocolos abaixo fazem parte do SIGTRAN? IP, UDP, TCP IP, DSS, SCTP MTP, SCCP, SCTP IP, SCTP, M3UA 3. O SCTP é um protocolo: orientado a conexões não orientado a conexões que faz uso do TCP-IP que faz uso do UDP 4. O SCTP tem as seguintes vantagens sobre o TCP: Multihoming e Multistreaming É um protocolo orientado a conexão Transferência confiável e na seqüência correta de dados Segurança e transferência confiável e na seqüência correta de dados 5. Quais dos protocolos abaixo são comuns a todas as aplicações do SIGTRAN? IP, SCTP IP, SCTP, M3UA MTP, SCTP MTP, M3UA, SCTP 11