Redes de Computadores

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1 Redes de Computadores Professor: Rodrigo Caetano Filgueira Tecnologias WAN

2 TECNOLOGIAS WAN Quando uma empresa cresce e passa a ter instalações em várias localidades, é necessário interconectar as redes locais das várias filiais para formar uma rede de longa distância (WAN Wide Area Network). Há muitas opções disponíveis hoje em dia para implementar soluções WAN. Elas diferem em termos de tecnologia, velocidade e custo. É necessário usar uma WAN para transportar dados que precisem ser transferidos entre locais geográficos distantes. Uma WAN é uma rede de comunicações de dados que opera além da abrangência geográfica de uma rede local.

3 Uma das principais diferenças entre uma WAN e uma rede local é que uma empresa ou organização precisa ser assinante de um provedor de serviços WAN para poder usar os serviços de rede da operadora. Os dispositivos que colocam dados no loop local são chamados de equipamentos de terminação do circuito de dados, ou equipamentos de comunicações de dados (DCE Data Communications Equipment). Os dispositivos do cliente que passam os dados para o DCE são chamados de equipamentos terminais de dados (DTE Data terminal Equipment). A principal função do DCE é fornecer ao DTE uma interface com o enlace de comunicação que o conecta à nuvem WAN.

4 Os enlaces WAN são fornecidos em diversas velocidades, medidas em bits por segundo (bps), quilobits por segundo (kbps ou 1000 bps), megabits por segundo (Mbps ou 1000 kbps) ou gigabits por segundo (Gbps ou 1000 Mbps). Geralmente, os valores bps são full duplex. Isso significa que uma linha E1 pode transportar 2 Mbps ou que uma linha T1 pode transportar 1,5 Mbps em cada direção ao mesmo tempo. Tecnologías WAN DCE DTE

5 Dispositivos WAN O enlace de comunicação precisa dos sinais em um formato apropriado. Para linhas digitais, são necessárias uma unidade de serviço de canal (CSU) e uma unidade de serviço de dados (DSU). Geralmente, as duas são combinadas em um único equipamento, chamado CSU/DSU. O CSU/DSU também pode ser integrado à placa da interface do roteador. CSU-DSU Modem

6 Padrões WAN Os protocolos da camada de enlace definem a maneira como os dados são encapsulados para transmissão para localidades remotas e os mecanismos para transferir os quadros resultantes. São usadas diversas tecnologias diferentes, tais como ISDN, Frame Relay ou ATM (Asynchronous Transfer Mode Modo de Transferência Assíncrona). Esses protocolos usam o mesmo mecanismo de enquadramento básico, o HDLC (high-level data link control), um padrão ISO ou um de seus subconjuntos ou variantes. Padrões e conectores da camada física

7 Encapsulamento WAN Os dados da camada de rede são passados para a camada de enlace para serem entregues em um enlace físico, que normalmente em uma conexão WAN é pontoa-ponto. A camada de enlace monta um quadro em torno dos dados da camada de rede, para que seja possível aplicar as verificações e controles necessários. Cada tipo de conexão WAN usa um protocolo da camada 2 para encapsular o tráfego enquanto ele atravessa o enlace WAN.

8 Para garantir a utilização do protocolo de encapsulamento correto, deve-se configurar o tipo de encapsulamento da camada 2 usado na interface serial de cada roteador. A escolha dos protocolos de encapsulamento depende da tecnologia WAN e dos equipamentos utilizados. A maioria dos enquadramentos é baseada no padrão HDLC. Encapsulamento WAN

9 Comutação por pacotes e por circuito As redes comutadas por pacotes foram desenvolvidas para diminuir os custos das redes públicas comutadas por circuito e para oferecer uma tecnologia WAN mais econômica. Quando um assinante faz uma chamada telefônica, o número discado é usado para definir os switches nas estações de comutação ao longo da rota da chamada, para que haja um circuito contínuo do usuário que originou a chamada até o destinatário

10 Por causa da operação de comutação usada para estabelecer o circuito, o sistema telefônico é chamado de rede comutada por circuito. O caminho interno seguido pelo circuito entre as estações de comutação é compartilhado por várias conversas. Usa-se a multiplexação por divisão de tempo (TDM) para dar a cada conversa uma parcela da conexão de cada vez. A TDM garante a disponibilização de uma conexão de capacidade fixa para o assinante.

11 Se o circuito precisar ser compartilhado, deverá haver algum mecanismo que rotule os bits para que o sistema saiba onde deve entregá-los. É difícil rotular bits individuais, portanto eles são agrupados em grupos chamados células, quadros ou pacotes. O pacote a ser entregue passa de uma estação comutadora para outra, através da rede do provedor. As redes que implementam esse sistema são chamadas de redes comutadas por pacotes. Comutação por pacotes e por circuitos

12 Os sistemas sem conexão, como a Internet, transportam informações de endereçamento completas em cada pacote. Cada switch deve avaliar o endereço para determinar aonde deve enviar o pacote. Os sistemas orientados a conexão predeterminam a rota de um pacote, e cada pacote só precisa transportar um identificador. No caso do Frame Relay, esses identificadores são chamados de DLCI (Data Link Control Identifiers).

13 O switch determina a rota a seguir pesquisando o identificador em tabelas mantidas na memória. O conjunto de entradas das tabelas identifica uma determinada rota ou circuito através do sistema. Se esse circuito só existir fisicamente enquanto um pacote estiver viajando através dele, é chamado de Circuito Virtual (VC).

14 Opções de enlace WAN A comutação por circuito estabelece uma conexão física dedicada para voz ou dados entre um emissor e um receptor. Antes que seja possível iniciar a comunicação, é necessário estabelecer a conexão, configurando os switches. Isso é feito pelo sistema telefônico, usando-se o número discado. O ISDN é usado tanto em linhas digitais como em linhas de voz. Opções de enlace WAN

15 Para evitar os atrasos associados ao estabelecimento de uma conexão, as prestadoras de serviços de telefonia também oferecem circuitos permanentes. Essas linhas dedicadas ou privadas oferecem banda mais larga do que a oferecida em um circuito comutado. Como os enlaces internos entre os switches são compartilhados entre muitos usuários, os custos da comutação por pacotes são mais baixos do que os da comutação por circuito.

16 Os atrasos (latência) e a variabilidade do atraso (jitter) são maiores em redes comutadas por pacotes do que em redes comutadas por circuito. Isso se deve ao fato de os enlaces serem compartilhados e os pacotes precisarem ser recebidos por inteiro em um switch antes de passarem para o próximo. Exemplos de conexões comutadas por pacotes ou células:frame Relay; X.25; ATM.

17 Tecnologias WAN Discagem analógica (Dialup) Quando há necessidade de transferências intermitentes com baixo volume de dados, os modems e as linhas telefônicas discadas analógicas permitem conexões comutadas dedicadas e de baixa capacidade. O modem modula os dados binários em um sinal analógico na origem e demodula o sinal analógico em dados binários no destino.

18 O circuito dedicado proporcionado pela discagem (dialup) tem pouco atraso ou jitter para o tráfego ponto-a-ponto, mas o tráfego de voz ou vídeo não opera adequadamente a taxas de bits relativamente baixas. Tecnologia Dial-Up

19 ISDN O ISDN (Integrated Services Digital Network) transforma o loop local em uma conexão digital TDM. O ISDN BRI (Basic Rate Interface) visa às aplicações domésticas e de pequenas empresas, oferecendo dois canais B de 64 kbps e um canal D de 16 kbps. Para instalações maiores, está disponível o ISDN PRI (Primary Rate Interface). Tecnologia ISDN

20 Se for necessária uma maior capacidade, um segundo canal B pode ser ativado para oferecer um total de 128 kbps. Embora inadequado para vídeo, isso permite diversas conversas simultâneas de voz, além do tráfego de dados. A linha privada é dimensionada para transportar cargas de tráfego médias, enquanto o ISDN é adicionado durante períodos de pico de demanda. O ISDN também é usado como backup em caso de falha da linha privada.

21 Linha Privada (LP) Quando há necessidade de conexões dedicadas permanentes, são usadas linhas privadas com capacidades que chegam a 2,5 Gbps. Um enlace ponto-a-ponto fornece um caminho de comunicação WAN preestabelecido a partir das instalações do cliente até um destino remoto através da rede do provedor. As linhas ponto-a-ponto geralmente são privadas de uma prestadora e são chamadas de linhas privadas. As linhas privadas estão disponíveis em diferentes capacidades.

22 A capacidade dedicada não oferece latência nem jitter entre os nós. A disponibilidade constante é essencial para algumas aplicações, como o comércio eletrônico. Elas têm sido a conexão tradicionalmente mais escolhida, mas têm diversas desvantagens. Geralmente, o tráfego da WAN é variável e as linhas privadas têm capacidade fixa. Isso faz com que a largura de banda da linha raramente tenha o valor exato que é necessário. Além disso, cada nó precisaria de uma interface no roteador, o que aumentaria os custos dos equipamentos. Tecnologia Linha Privada

23 X.25 Em resposta ao preço das linhas privadas, os provedores de telecomunicações introduziram as redes comutadas por pacotes, usando linhas compartilhadas para reduzir custos. A primeira dessas redes comutadas por pacotes foi padronizada como o grupo de protocolos X.25. O X.25 oferece uma capacidade variável compartilhada com baixa taxa de bits, que pode ser tanto comutada como permanente.

24 A tecnologia X.25 não está mais amplamente disponível como tecnologia WAN nos Estados Unidos. O Frame Relay substituiu a X.25 em vários provedores de serviços. As aplicações típicas da X.25 são as leitoras de cartões em pontos de vendas. Essas leitoras usam X.25 no modo dialup para validar as transações em um computador central. Algumas empresas também usam redes de valor agregado (VAN) baseadas em X.25 para transferir faturas EDI (Electronic Data Interchange Intercâmbio Eletrônico de Dados), conhecimentos de cargas e outros documentos comerciais.

25 Para essas aplicações, a pequena largura de banda e a alta latência não são uma preocupação, pois o custo baixo torna a X.25 acessível. Tecnologia X25

26 Frame Relay Com a crescente demanda por comutação de pacotes com maior largura de banda e latência mais baixa, os provedores de telecomunicações introduziram o Frame Relay. Embora a disposição física da rede pareça semelhante à da X.25, as taxas de dados disponíveis geralmente vão até 4 Mbps, sendo que alguns provedores oferecem taxas ainda maiores.

27 O Frame Relay difere da X.25 em diversos aspectos. O mais importante é que se trata de um protocolo muito mais simples, que funciona na camada de enlace e não na camada de rede. O Frame Relay não implementa controle de erro nem de fluxo. O tratamento simplificado dos quadros leva à redução da latência, e as medidas tomadas para evitar o aumento dos quadros nos switches intermediários ajudam a reduzir o jitter.

28 A maioria das conexões Frame Relay são PVCs e não SVCs. Geralmente, a conexão à borda da rede é realizada através de uma linha privada, mas alguns provedores disponibilizam conexões discadas (dialup) usando linhas ISDN. O canal D do ISDN é usado para configurar um SVC em um ou mais canais B. As tarifas do Frame Relay baseiam-se na capacidade da porta de conexão à rede. Outros fatores são a capacidade solicitada e a taxa de informações contratada (CIR) dos vários PVCs através da porta.

29 O Frame Relay oferece conectividade permanente através de um meio com largura de banda compartilhada, que transporta tráfego tanto de voz como de dados. É ideal para conectar redes locais corporativas. O roteador da rede local precisa somente de uma interface, mesmo quando são usados vários VCs. Uma linha privada de curta distância até à borda da rede Frame Relay permite conexões econômicas entre redes locais bastante distantes. Frame Relay

30 ATM Os provedores de comunicações perceberam a necessidade de uma tecnologia de rede compartilhada permanente que oferecesse latência e jitter muito baixos, com larguras de banda muito maiores. A solução encontrada foi o ATM (Asynchronous Transfer Mode Modo de Transferência Assíncrono). O ATM tem taxas de dados superiores a 155 Mbps. Assim como as outras tecnologias compartilhadas, tais como X.25 e Frame Relay, os diagramas de WANs ATM são parecidos.

31 ATM é uma tecnologia capaz de transferir voz, vídeo e dados através de redes públicas e privadas. Foi construído sobre uma arquitetura baseada em células, em vez de uma arquitetura baseada em quadros. As células ATM têm sempre um comprimento fixo de 53 bytes. A célula ATM de 53 bytes contém um cabeçalho ATM de 5 bytes seguido de 48 bytes de payload ATM. Células pequenas de comprimento fixo são adequadas para transportar tráfego de voz e vídeo, pois esse tráfego não tolera atrasos. O tráfego de voz e vídeo não precisa esperar por um pacote de dados maior para ser transmitido.

32 A célula ATM de 53 bytes é menos eficiente que os quadros e pacotes maiores do Frame Relay e do X.25. Além disso, a célula ATM tem pelo menos 5 bytes de tráfego adicional (overhead) Quando a célula está transportando pacotes da camada de rede, o overhead é maior, pois o switch ATM deve ser capaz de remontar os pacotes no destino. Uma linha ATM típica precisa de quase 20% a mais de largura de banda do que o Frame Relay para transportar o mesmo volume de dados da camada de rede.

33 O ATM oferece tanto PVCs como SVCs, embora os PVCs sejam mais comuns em WANs. Assim como outras tecnologias compartilhadas, o ATM permite vários circuitos virtuais em uma única conexão de linha privada até a borda da rede. ATM

34 DSL A tecnologia DSL (Digital Subscriber Line Linha Digital de Assinantes) é uma tecnologia de banda larga que usa as linhas telefônicas existentes de par trançado para transportar dados em banda larga para os assinantes do serviço. O serviço DSL é considerado de banda larga, diferentemente do serviço de banda base das redes locais comuns. Banda larga refere-se a uma técnica que usa várias freqüências dentro do mesmo meio físico para transmitir dados. O termo xdsl abrange diversas formas semelhantes, embora concorrentes, de tecnologias DSL:

35 ADSL (Asymmetric DSL DSL Assimétrica); SDSL (Symmetric DSL DSL Simétrica); HDSL (High Bit Rate DSL DSL com Alta Taxa de Bits); IDSL (ISDN-like DSL DSL tipo ISDN); CDSL (Consumer DSL DSL do Consumidor), também chamada de DSL-lite ou G.lite. A tecnologia DSL permite que o provedor de serviços ofereça serviços de rede de alta velocidade aos clientes, utilizando as linhas de cobre do loop local instalado.

36 A tecnologia DSL permite que a linha do loop local seja usada para a conexão telefônica normal de voz e oferece uma conexão permanente para conectividade instantânea à rede. Várias linhas de assinantes DSL são multiplexadas em um único enlace de alta capacidade, através do uso de um DSLAM (DSL Access Multiplexer Multiplexador de Acesso DSL) na localidade do provedor. Os DSLAMs incorporam a tecnologia TDM para agregar muitas linhas de assinantes em um único meio menos incômodo, geralmente uma conexão T3/DS3.

37 As tecnologias DSL atuais estão usando técnicas sofisticadas de codificação e modulação para atingir taxas de dados de até 8,192 Mbps. O canal de voz de um telefone padrão abrange o intervalo de freqüências de 330 Hz a 3,3 khz. Um intervalo de freqüências, ou janela, de 4 khz é considerado a exigência para qualquer transmissão de voz no loop local. As tecnologias DSL fazem transmissões de dados upstream e downstream em freqüências acima dessa janela de 4 khz. Essa técnica é o que permite que as transmissões de voz e dados ocorram ao mesmo tempo em um serviço DSL.

38 Os dois tipos básicos de tecnologias DSL são assimétrica (ADSL) e simétrica (SDSL). Todas as formas de serviço DSL são categorizadas como ADSL ou SDSL e há diversas variedades de cada tipo. O serviço assimétrico fornece maior largura de banda para download do que para upload ao usuário. O serviço simétrico oferece a mesma capacidade nas duas direções. Os dois tipos básicos de tecnologias DSL são assimétrica (ADSL) e simétrica (SDSL). Todas as formas de serviço DSL são categorizadas como ADSL ou SDSL e há diversas variedades de cada tipo. O serviço assimétrico fornece maior largura de banda para download do que para upload ao usuário. O serviço simétrico oferece a mesma capacidade nas duas direções. DSL

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