Evolução das Redes de Transporte: Packet Transport Networks e MPLS-TP

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1 Evolução das Redes de Transporte: Packet Transport Networks e MPLS-TP As redes de telecomunicações de hoje evoluíram substancialmente desde os dias dos serviços simples de telefonia. Hoje em dia uma grande variedade de tecnologias é implementada, convivendo com um número substancial de falhas, suportando uma gama de aplicações baseadas em dispositivos de ponta de usuários; aplicações essas que geram uma grande diversidade de taxas de bits, e que estão sendo cada vez mais utilizadas nas redes. Em paralelo, os novos serviços e modos de comunicação em rede (ex.: peer-to-peer) estão emergindo e se proliferando rapidamente, modificando o perfil do tráfego de dados de maneiras imprevisíveis. Já é tomado como fato que a abordagem atual da arquitetura da rede de transporte não está atendendo as novas exigências impostas. Não obstante, uma readequação das arquiteturas de rede é mandatória na busca por uma rede de telecomunicações segura, confiável e com uma boa relação custo-benefício. A pesquisa hoje em dia gira em torno de noções de como a dinamicidade da rede pode ser potencialmente aumentada, como o custo de propriedade pode ser reduzido, e como o custo de serviços de rede pode ser diminuído. Através de uma análise simples do paradigma de arquitetura de rede existente, pode-se notar que a eficiência e robustez das redes de hoje são alcançadas através da interação entre duas tecnologias mutuamente exclusivas: pacotes (normalmente IP/MPLS e Ethernet) e circuitos (SDH/SONET, OTN e WDM), que coexistem em redes de transporte com um baixo nível de interoperabilidade e uma duplicidade significante de funcionalidades. Aparentemente, para uma otimização geral, é fundamental aumentar a sinergia entre as camadas e reduzir essa duplicidade de funcionalidades. Partindo desse pressuposto, as tecnologias emergentes, que ainda se encontram em processo de padronização, visam combinar as melhores funções de comutação por circuito e por pacote. Dentre os órgãos de padronização, duas tecnologias principais estão sendo discutidas: PBB-TE (IEEE 802.1Qay, baseado no Ethernet) e MPLS-TP (desenvolvido pelo ITU-T e IETF, com base no MPLS). Estas duas tecnologias constituem a base para as propostas de implementação das novas redes de transporte que possibilitarão aos provedores alavancar suas infra-estruturas para um melhor aproveitamento dos recursos disponíveis, enquanto se adéquam ao novo modelo de serviços que o mercado exige. Este tutorial procura apresentar as alternativas vislumbradas para a evolução das redes de transporte, com base nas tecnologias Packet Transport Networks e MPLS-TP. O tutorial foi preparado a partir do trabalho de conclusão de curso Evolução das Redes de Transporte: Packet Transport Networks e MPLS-TP, elaborado pelo autor, e submetido Curso de Pós-Graduação em Engenharia de Redes e Sistemas de Telecomunicações, ministrado no Instituto Nacional de Telecomunicações INATEL, como requisito parcial para obtenção do grau de especialista em Engenharia de Redes e Sistemas de Telecomunicações. Foi orientador do trabalho o Prof. Dr. Carlos Roberto dos Santos. 1

2 Yuri Leonardo de Almeida Bacharelado em Ciência da Computação pela Universidade Nove de Julho (Uninove São Paulo, SP). Pós-Graduação em Engenharia de Redes e Sistemas de Telecomunicações pelo Instituto Nacional de Telecomunicações (INATEL Santa Rita do Sapucaí, MG). Atuou como Consultor Técnico na Corptec - Corporate Technology, executando atividades área de projetos para soluções e produtos voltados para a área de redes e segurança da informação, e como Analista de Monitoração Bilíngue na Convergys do Brasil, executando atividades de suporte 1º nível e monitoração de desempenho de sistema proprietário de tarifação de telefonia celular, com escalonamento de chamados para as equipes de níveis superiores (principalmente na Índia) através de comunicação via telefone exclusivamente em inglês. Atuou também como Operador de Infraestrutura na CPM Braxis, executando atividades a partir do NOC (Network Operation Center) 24x7 relativas à administrando de infraestrutura de ativos de rede e servidores Wintel/UNIX de cliente internacional do segmento bancário, em ambiente de Operação ITIL v2 compliant (equipe 100% certificada), utilizando as melhores práticas recomendadas pela biblioteca, e como Coordenador Técnico de Projetos na ITC Technology Solutions, executando ativividades de coordenação técnica de projetos diversos de redes/telecom em projeto de grande porte de uma estatal do segmento de energia, proprietária da maior rede de fibra óptica do país, que consistia na migração dos ativos de rede de 70 sites distintos e implantação de uma solução de conectividade que utilizasse os recursos físicos e lógicos disponíveis da melhor maneira possível. Atualmente trabalha como Trainee Expert na Oi (Rio de Janeiro, RJ), executando atividades em processo de Job Rotation passagem temporária por diversas áreas de tecnologia da empresa para fins de conhecimento de processos organizacionais e levantamento de oportunidades de melhoria dentre os procedimentos existentes, sendo o enfoque atual voltado à análise, otimização e automatização de processos de gerência de redes IP e fixas (centrais telefônicas). Categorias: Banda Larga, Redes Ópticas Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 20 minutos Publicado em: 15/08/2011 2

3 Redes de Transporte: Introdução O estudo das redes de transporte é um campo vasto e altamente multidisciplinar no mundo das telecomunicações. Um iniciante que começar a estudar esse conteúdo pode se sentir intimidado pela variedade e complexidade de arquiteturas e tecnologias de rede que têm se proliferado na última década. Mesmo um expert na área pode se sentir desorientado com a grande variedade de funções de rede e suas características. Este trabalho visa discutir a arquitetura atual das redes de transporte e porque ela já é considerada inadequada para suportar os tipos de serviços oferecidos hoje. Partindo desse conceito, são apresentadas as principais propostas para evolução e adequação das redes de transporte às exigências impostas pelos novos modelos de negócio, juntamente com as características das mesmas e alguns de seus pontos positivos e negativos. Após a análise das tecnologias emergentes, são apresentadas algumas pesquisas de mercado que apontam o MPLS-TP como a tecnologia mais adequada para esse cenário, demonstrando em alguns casos reais de aplicação as vantagens do uso dessa tecnologia e quais benefícios tangíveis ela poderia trazer para uma operadora e/ou provedor de serviços de telecomunicações. 3

4 Redes de Transporte: Conceitos Básicos Por mais de um século, a visão tradicional das redes de telecomunicações tem sido uma combinação de tecnologias de transmissão e comutação. Mesmo que a transmissão e a comutação continuem sendo os elementos básicos de construção de qualquer rede, o básico das redes de telecomunicações cobre um escopo muito maior hoje em dia. Essa nova visão deve-se principalmente à introdução de tecnologias digitais, que estão trilhando o caminho de redes baseadas em pacotes. Este capítulo trata de definir as características fundamentais das redes modernas, demonstrando conceitos básicos para a compreensão das tecnologias apresentadas mais a frente, de modo a facilitar a investigação da evolução arquitetural das redes de transporte em termos de novos serviços de rede que suportam aplicações emergentes voltadas ao cliente final. Paradigmas de Comutação Em comparação com as redes analógicas antigas, as redes digitais baseadas em pacotes podem ser tanto orientadas à conexão quanto não orientadas, ter um plano de controle para automação de algumas funções, implementar vários esquemas de resiliência, executar um grande número de serviços de rede que suportam as aplicações dos usuários, entre outras características. As redes digitais podem transferir informações entre os nós por meio da utilização de dois paradigmas fundamentais: comutação de circuito ou comutação de pacote. Em redes comutadas por circuito, os dados são organizados em fluxos de bit contínuos e ininterruptos. Neste modo de operação, um link físico dedicado entre um par de nós é estabelecido. Antes de iniciar a transferência de dados em uma conexão específica, a própria conexão deve ser provisionada, ou seja, os nós de comutação da rede devem ser configurados para prover o link físico exigido. Isso implica em uma alocação exclusiva de recursos de rede por todo o período no qual a conexão existir. Esse tipo de tarefa (provisionamento) é normalmente realizado por elementos dedicados que pertencem ao sistema de controle da rede; os recursos de rede são liberados assim que a conexão terminar. É dessa maneira que a rede legada de telefonia (POTS Plain Old Telephony Service) tem funcionado até hoje. A reserva privada de recursos de rede previne outras conexões de utilizá-las enquanto o primeiro estiver ativo, e isso pode levar a um uso ineficiente da rede. Em redes comutadas por pacote, os dados são organizados em pacotes de tamanho finito que são processados um a um nos nós da rede e encaminhados com base na informação de cabeçalho do pacote. Neste cenário de rede, cada pacote se utiliza dos recursos de comutação e transmissão apenas durante o tempo de sua duração, e esses recursos de rede são compartilhados por todos os pacotes. Esse processo de encaminhamento e agregação de pacotes é chamado de multiplexação estatística, e representa o maior benefício das redes comutadas por pacote sobre as redes comutadas por circuito em termos de eficiência de aproveitamento da rede. Exemplos típicos de tecnologias de comutação de circuito e de comutação de pacote são: SDH (Synchronous Digital Hierarchy) e Ethernet, respectivamente. As redes comutadas por pacote podem, por sua vez, trabalhar nos modos: não orientado à conexão e orientado à conexão. 4

5 No modo não orientado à conexão, os pacotes são encaminhados salto a salto do nó de origem ao nó de destino de acordo apenas com a informação contida no cabeçalho do pacote, e nenhuma negociação de transferência é feita de antemão pelos nós da rede envolvidos na conexão; isto é, o nó de origem, os nós intermediários (opcionais) e o nó de destino. No modo orientado à conexão, a transferência de pacotes entre o nó de origem e o nó de destino é efetuada através de esquemas definidos de negociação e reserva de recursos entre os nós da rede; ou seja, a transferência é precedida por uma fase de configuração de conexão, tendo em seguida a fase de utilização da conexão, e após essa a fase de destruição da conexão. Exemplos típicos de protocolos de rede baseados em pacotes que trabalham em modos não orientados a conexão e orientados a conexão são: IP (Internet Protocol) e ATM (Asynchronous Transfer Mode), respectivamente. A principal característica do modo não orientado à conexão é que os pacotes são roteados através da rede apenas com base nos algoritmos de encaminhamento presentes em cada nó; com isso, as rotas dos pacotes podem variar de acordo com o status da rede. Por exemplo, problemas de cabos ou sobrecarga de tráfego são possíveis causas de re-roteamento de tráfego; no modo não orientado à conexão a nova rota de um pacote não é planejada com antecedência e em geral é imprevisível. Já no modo orientado à conexão, a rota de qualquer conexão é planejada com antecedência e, no caso de falhas, o tráfego é re-roteado por um novo caminho que pode ser determinado de antemão. Como o roteamento e o re-roteamento têm um forte impacto na qualidade de uma conexão de pacotes, os dois modos são utilizados para diferentes serviços de rede dependendo da qualidade exigida e do custo relacionado. Estruturação em Camadas As funções de uma rede de telecomunicações têm se tornado cada vez mais complexas. Elas incluem transferência de informações, integração de tráfego e aspectos de sobrevivência, e gerenciamento de rede e monitoramento de desempenho, apenas mencionando as principais. Para manter essa complexidade crescente sob controle e ter uma visão clara da estrutura da rede, modelos de rede em camadas foram desenvolvidos. De acordo com esses modelos, as funções da rede são subdivididas em uma estrutura hierárquica de camadas. Cada camada engloba um conjunto de funções de rede homogêneas devidamente organizadas para prover serviços definidos para a camada superior, enquanto utiliza serviços oferecidos pela camada inferior. Por exemplo, em uma rede Ethernet, a camada física provê serviços de transmissão de dados para a camada de enlace. Para melhor entender a arquitetura de uma rede de transporte, é essencial compreender as funcionalidades das três camadas inferiores: rede, enlace e física: Camada de Rede A função principal da camada de rede é oferecer funções de roteamento. Ela também oferece fragmentação e remontagem dos dados nos endpoints. A tecnologia de camada 3 mais comum é o IP. Ele gerencia a transferência de dados não orientada à conexão através de uma rede baseada em roteadores. Camada de Enlace Provê quadros, sincronização e controle de fluxo. A camada de enlace também executa a transferência de dados vindos da camada de rede. Exemplos típicos de camadas de enlace são o Point-to-Point Protocol (PPP) e o Ethernet MAC (Media Access Control IEEE 802.1) Camada Física A camada física define o meio de transmissão utilizado para conectar os dispositivos operando nas camadas superiores (ex.: enlace). O meio físico pode ser, por exemplo, 5

6 pares de cabos de cobre, cabos coaxiais ou fibras ópticas. A camada física também define a codificação de modulação (ex.: Manchester, 8B/10B) e a topologia física (ex.: anel, malha, barramento). As tecnologias mais comuns que implementam funcionalidades de camada 1 são: Ethernet (IEEE 802.3), SDH e OTN (Optical Transport Network). É de conhecimento comum que o modelo Open System Interconnection (OSI) é uma excelente referência para o estudo de arquiteturas de rede. No entanto, as tecnologias de rede comercialmente disponíveis não estão alinhadas exatamente com os níveis descritos no modelo OSI básico. Divisão em Planos O modelo em camadas engloba todas as funções de rede relacionadas à transferência de dados. No entanto, as redes de transporte modernas normalmente possuem funções adicionais voltadas ao gerenciamento da rede e ao controle automático da rede. Consequentemente, a totalidade das funções de rede pode ser classificada em três grupos chamados de planos: O plano de dados, o plano de gerenciamento e o plano de controle. As funções que caracterizam cada plano estão resumidas abaixo: Plano de Dados O plano de dados visa enquadrar e transportar fisicamente os blocos de dados até seu destino final. Essa operação inclui todas as funções de transmissão e comutação. Plano de Controle O plano de controle executa as funções básicas de sinalização, roteamento e descoberta de recursos. Essas operações são essenciais para a introdução de automação em funções de rede de alto nível como: estabelecimento de conexões (ex.: cálculo de rotas, verificação de disponibilidade de recursos e sinalização de início e fim de conexão), reconfiguração de conexões sinalizadas e recuperação de conexões em casos de falhas na rede. Plano de Gerenciamento O plano de gerenciamento executa funções de gerenciamento como comunicação de alarmes, configuração de sistemas e provisionamento de conexões para os planos de dados e de controle. A complexidade de um plano de gerenciamento depende fortemente na disponibilidade de um plano de controle. Por exemplo, o plano de gerenciamento de redes telefônicas tradicionais comutadas por circuito é bem mais complexo do que o de redes de transporte com um plano de controle, já que, no exemplo posterior, certas tarefas (ex.: provisionamento e recuperação de conexões) são executadas diretamente pelo plano de controle. 6

7 Redes de Transporte: Necessidade de Evolução As redes de amanhã irão, em sua maioria, carregar dados em pacotes. Como resultado, uma evolução das redes comutadas por circuito baseadas em multiplexação por divisão de tempo (TDM Time Division Multiplexing) está ocorrendo, e novas arquiteturas otimizadas para carregar pacotes estão sendo definidas. A função de uma rede de transporte é carregar informações entre dispositivos de serviços ponta-a-ponta. Esses dispositivos podem ser DSLAMs (Digital Subscriber Line Access Multiplexer), gateways, agregadores T1/E1, BRASs (Broadband Remote Access Server), etc. Sistemas de transporte tradicionais baseados em plataformas SDH/SONET oferecem serviços de rede de baixa velocidade e granularidade de largura de banda (64 Kbps, 1.5 Mbps, 2 Mbps, 50 Mbps, 150 Mbps, 600 Mbps, etc.), assim como serviços de transmissão de alta velocidade em grandes distâncias. No entanto, nos domínios metropolitanos (MAN Metropolitan Area Network) e de acesso/agregação, há uma necessidade das operadoras de simplificar e otimizar a rede de transporte de pacotes visando reduzir os gastos com investimento (CAPEX Capital Expenditure) e operacionais (OPEX Operational Expenditure) em suas redes de próxima geração. Necessidade de Melhoria Na última década, a proliferação de tecnologias eletrônicas e de fibra óptica tem permitido aos serviços de rede evoluir do perfil voltado exclusivamente para telefonia para uma abundância de serviços que são transportados com base em IP. Esses avanços tem tido um grande impacto nos motivadores para a evolução da rede. Hoje em dia o projeto e planejamento da rede é o resultado da correlação entre diferentes motivadores tecnológicos, legais e econômicos [1]: Introdução de novos serviços. Um operador de rede ou provedor de serviços pode decidir oferecer novos serviços com base nas demandas dos clientes ou em tendências de mercado. Crescimento do tráfego. A crescente penetração e uso intensivo de novos serviços aumentam a carga da rede. Disponibilidade de novas tecnologias. As tecnologias eletrônicas, ópticas e de software continuam oferecendo novos avanços na transmissão, comutação e controle dos fluxos de informação baseados em circuitos e pacotes. Grau de padronização e interoperabilidade de novos equipamentos de rede. As redes modernas são sistemas muito complexos. Necessitando de interação de vários tipos de equipamentos através de protocolos dedicados. A padronização e a interoperabilidade são requisitos chave para uma integração adequada dos diversos elementos de rede diferentes. Leis e regulamentações. Leis nacionais e regulamentações do governo podem criar limitações e oportunidades que irão definir novos atores para a implantação e utilização das redes. Potencial de mercado e quantidade de investimentos. A disponibilidade do recurso financeiro e o potencial do mercado de telecomunicações são motivadores econômicos chave para o desenvolvimento das redes. Vendo por outro lado, nos tempos economicamente desafiadores de hoje, os clientes estão tentando minimizar seus gastos comprando os produtos e serviços certos. Para os provedores de serviços, alcançar esses requisitos dos clientes em sua infra-estrutura é um grande desafio, especialmente considerando margens de lucro aceitáveis [2]. Com a forte competição que está ocorrendo, provedores de serviço precisam defender suas rendas existentes de serviços e estimular o crescimento da demanda com novos serviços. A competição está ditando 7

8 preços atrativos, criação e entrega mais rápida de serviços e uma experiência melhor para o usuário. Os provedores de serviço perceberam que um cliente assinando vários serviços é muito mais lucrativo que um cliente assinando um serviço só. E isso se torna ainda mais lucrativo se a mesma infra-estrutura puder ser utilizada para oferecer esses vários serviços. Esse tipo de convergência de serviços está mudando os modelos de negócio de Telecom. No entanto, acompanhar a mudança dos modelos de negócio traz mais desafios para as infra-estruturas de rede: As empresas demandam soluções avançadas para negócios para alavancar o valor e a eficiência do cliente; Os clientes exigem conteúdo diversificado e pacotes de serviços; Os usuários finais querem acesso aos seus serviços a qualquer hora, em qualquer lugar, por meio de qualquer dispositivo; Serviços convergentes e multimídia necessitam de capacidades melhores de tarifação pelo provedor de serviços; Com diversas tecnologias, serviços e dispositivos, as comunicações estão se tornando cada vez mais complexas; construir a fidelidade do cliente exige uma experiência simples e fim-a-fim, independente da tecnologia. A tendência geral em direção à convergência de serviços oferece oportunidades significativas; no entanto, as redes de Telecom legadas não estão equipadas o suficiente para suportar essas novas ofertas. Ao mesmo tempo, vários desenvolvimentos tecnológicos, incluindo as redes baseadas em pacote, serviram de estopim para uma onda de mudanças com implicações na rede. A aplicação dessas novas tecnologias trará benefícios-chave para os negócios, incluindo aumento de renda advinda dos novos serviços, gerenciamento melhorado de clientes, e economia de gastos operacionais. O gráfico da figura 1 mostra a previsão de crescimento de receita em face desta realidade. Figura 1: Previsão de crescimento do mercado de PTNs A migração direcionada às redes baseadas em pacote tem sido uma tendência dominante na indústria. A transição tem tido um caráter evolucionário, com a rede de acesso aos assinantes tendo recebido a maior parte da atenção inicial. Agora a atenção está sendo passada para a otimização das redes de transporte para a entrega multisserviço. Essas redes de transporte historicamente consistem de redes SDH e MAN. Nos próximos itens serão discutidas as limitações das tecnologias de transporte legadas em responder aos requisitos emergentes de serviços. O conceito de uma Rede de Transporte de Pacotes (PTN Packet Transport Network) será introduzido juntamente com uma descrição de como uma PTN poderia ajudar os provedores de serviço a responder aos desafios crescentes e aproveitar a oportunidade de convergência. 8

9 Novos Requisitos Segue uma visão geral dos requisitos arquiteturais para que as redes de transporte passem a suportar os serviços acima descritos [1]. Requisitos funcionais da rede De um ponto de vista arquitetural, os serviços de dados têm sido tradicionalmente transportados por uma vasta gama de protocolos e tecnologias. Por exemplo, os serviços IP são transportados através da rede de núcleo normalmente dependendo de redes de transmissão SDH, ATM ou Ethernet. Uma alternativa bem difundida utilizada em redes de transporte convergentes atuais é investir em uma rede em malha de roteadores IP/MPLS, interconectados através de fibras diretas ou conexões por lambda (λ) e sem nenhuma interação multicamadas. A abordagem tudo baseado em IP provou ser válida na última década, mas com as tendências atuais de tráfego ela levaria a problemas de escalabilidade. No momento, os nós de backbone necessitam de capacidades de comutação de vários terabits por segundo, e isso é previsto para dobrar a cada 2 anos. Os roteadores também são muito caros e não são otimizados para transporte de tráfego de alta largura de banda, enquanto as tecnologias de transporte como SONET/SDH não são eficientes o suficiente para o transporte de pacotes, devido uma granularidade inflexível de largura de banda. Por outro lado, um número de serviços emergentes (ex.: novas aplicações multimídia mantidas através da internet, como serviços de vídeo em tempo real de alto consumo de largura de banda) estão impondo novas exigências na arquitetura tudo baseado em IP atual em termos de largura de banda e QoS (Quality of Service) disponibilidade e atraso fim-a-fim. Além do mais, a mobilidade dos usuários e dispositivos e os novos perfis de tráfego necessitam de uma rede com uma dinamicidade sem precedentes e que seja capaz de suportar padrões de tráfego imprevisíveis. Escalabilidade da rede O termo escalabilidade é uma característica de uma arquitetura de rede que denomina a habilidade de acomodar uma carga maior de tráfego sem necessitar de uma readequação em larga escala e/ou um grande gasto com recursos. Um exemplo (negativo) típico que demonstra falta de escalabilidade é um anel SDH onde recursos adicionais e configurações manuais são mandatórias para aumentar a capacidade entre dois nós. Tendo isso em mente, as redes de transporte do futuro devem ser escaláveis para poder suportar volumes de tráfego e clientes tanto já existentes quanto ainda desconhecidos. A falta de escalabilidade é demonstrada de duas maneiras distintas. Primeiro, através de uma implementação excessiva de recursos de rede para acomodar maiores volumes de tráfego. Essa ineficiência leva a maiores CAPEX e OPEX que são normalmente atribuídos ao alto custo da comutação. A resolução desse problema exige a implementação de tecnologias que consigam transportar o tráfego com um menor custo por bit. Em segundo lugar, ele é associado com restrições de escalabilidade arquiteturais ou do plano de controle devido ao número excessivo de elementos de rede a serem controlados (ex.: o número de caminhos na rede). Para resolver isso se faz necessária a adoção de arquiteturas em camadas e hierarquias de agregação. Habilidade de reconfiguração da rede A habilidade de reconfiguração da rede se refere à habilidade da rede de mudar o status de algumas ou todas as conexões estabelecidas, de modificar os parâmetros dessas conexões (ex.: modificar a quantidade de largura de banda alocada) ou modificar o modo como os serviços são oferecidos (mudando o roteamento de 9

10 uma dada conexão para permitir um melhor aproveitamento de uma rota diferente ou melhorar o balanceamento de carga das conexões, por exemplo). O interesse em ter uma rede reconfigurável vem do fato que os perfis de tráfego mudam com muita frequência, podendo ser fomentados por padrões de tráfego simétricos, crescimento inesperado do tráfego, possíveis serviços móveis de dados/multimídia, conectividade geográfica variada, e serviços emergentes como o conteúdo gerado pelo usuário. Todos esses fatos tornam aceitável a idéia de pensar em um futuro com perfis de tráfego altamente variáveis na rede, tornando a reconfigurabilidade uma característica altamente vantajosa em arquitetura de dados. Relação custo-benefício Tomando como fato a competição acirrada e a pressão sobre os operadores de rede no mercado de telecomunicações, assim como o custo decrescente de custo por bit cobrado do usuário final, a única solução para os provedores de serviço se manter competitivo é reduzir os custos do transporte de tráfego. Portanto a efetividade do custo é um requisito óbvio para qualquer tecnologia nova. Abordagens básicas para alcançar essa redução de custos são construir redes sobre tecnologias baratas em escala econômica, adaptadas ao tráfego de dados em rajada das aplicações e especificamente projetadas para manter a complexidade funcional em um nível mínimo. Para facilitar essa redução de custo por bit mesmo na presença de crescimento imprevisível de tráfego, soluções modulares são de sumária importância. Soluções padronizadas A padronização de soluções é um ponto chave, porque ela garante a interoperabilidade entre equipamentos de diferentes fornecedores e, como consequência, permite um ambiente multi-fabricantes. Isso leva a economias em escala que reduzem custos, já que um grande número de fornecedores usa a mesma tecnologia. Além disso, a padronização permite aos operadores da rede implantar a rede com componentes de diferentes fornecedores, evitando assim criar uma dependência de um único fabricante, tanto do ponto de vista tecnológico quanto econômico. Diferenciação de qualidade de serviço (QoS) Uma característica que diferencia as várias aplicações é a diferente necessidade de recursos da rede de transporte exigida por cada uma (ex.: largura de banda mínima / máxima, disponibilidade, segurança, atraso, jitter ou variação de atraso, perda de pacotes, taxa de erro, prioridade e buffer). Por esse motivo, as redes têm de suportar diferenciação de QoS já que seu principal objetivo é garantir uma entrega multisserviço adequada às diferentes aplicações. A intenção das especificações de QoS é utilizar mecanismos da rede para classificar e gerenciar o tráfego da rede ou a reserva de largura de banda, visando prover níveis de serviço previsíveis para que as exigências de qualidade dos serviços sejam cumpridas. Mecanismos de resiliência Um aspecto importante que caracteriza os serviços oferecidos pelas redes de telecomunicações é a disponibilidade do serviço. Mecanismos de resiliência devem estar presentes para reagir a falhas na rede, oferecendo soluções de backup para recuperar as conexões afetadas pela falha. Os mecanismos típicos de resiliência oferecem proteção completa contra todas as falhas isoladas; elas se distinguem em termos de quão rápido a recuperação é feita e na quantidade de capacidade de backup necessária para a proteção, para suportar completamente esse evento de falha isolada. Os esquemas de resiliência podem também ser caracterizados dependendo de sua habilidade de oferecer vários níveis de proteção (ex.: proteção completa contra falhas isoladas, proteção de melhor esforço, sem proteção, e pró-atividade em caso de falha) e 10

11 também dependendo de sua capacidade de oferecer serviços de disponibilidade muito alta (ex.: proteção completa contra múltiplas falhas). Para os clientes da rede de transporte, o aspecto importante é a disponibilidade de serviço resultante, medida em termos de disponibilidade média de serviço em um período de tempo (ex.: 1 ano) e em tempo máximo de interrupção do serviço. Operação, Administração e Manutenção (OAM) Uma exigência fundamental é manter um controle adequado sobre a infra-estrutura de rede: monitoramento simples, gerenciamento de alarmes e ferramentas de configuração são necessárias. A tendência atual para a redução do OPEX e simplificação da manutenção aponta para operações e manutenção distribuídas automatizadas. As tecnologias de transporte ou comutação de classe de operadora e as soluções de transmissão diferem de outras tecnologias em se tratando das funcionalidades de OAM: elas são importantes não só na administração e gerenciamento da rede, mas também para oferecer serviços e lidar com os clientes. Ferramentas e mecanismos de operação eficientes também devem ser implementados dentre as redes de transporte. Finalmente, é importante considerar a interoperabilidade entre as diferentes camadas de rede que necessitam de independência mútua; por esse motivo, a tecnologia de transporte necessita ser autossuficiente para prover seu próprio OAM, independentemente de suas camadas cliente e servidora. Suporte a tráfego multicast Um padrão de transferência multicast permite a transmissão de dados para múltiplos recipientes da rede ao mesmo tempo com apenas um fluxo de transmissão para os switches. Uma rede com capacidade de multicast deve garantir a comunicação entre um único transmissor e todos os receptores através da entrega do mesmo fluxo de transmissão para os vários recipientes, duplicando os dados apenas quando os caminhos seguem diferentes rotas. A rede (não os dispositivos do cliente) deve ser capaz de duplicar os fluxos de dados. Só existem dois graus dessa funcionalidade para suportar transferências multicast: capaz ou incapaz (multicast é uma propriedade binária ligada/desligada) A distribuição multicast é considerada uma ferramenta útil para tecnologias de transporte quando lidando com IPTV e aplicações similares. No entanto, é apontado que multicast de camada 2 não é a única solução para distribuir IPTV. Multiplicidade de sinais de clientes Os itens anteriores destacaram que as redes MAN estão recebendo tráfego de várias aplicações diferentes, como dados de negócios, navegação Web, peer-to-peer, e-business, armazenamento, e novas aplicações como streaming de vídeo, videoconferência, VoIP (Voice over IP) e aplicações de telemedicina. A prevalência de serviços multimídia e a expansão do triple-play têm uma função importante na carga e distribuição de tráfego nas redes metro e de núcleo. Um forte aumento da penetração do acesso banda larga, baseado em uma combinação de diferentes tecnologias de acesso móvel e fixo, é esperado nos próximos anos, favorecendo o aumento do nomadismo de terminais, que pode introduzir um tráfego mais variável e imprevisível, especialmente na área metro. Por outro lado, os serviços corporativos de VPN (Virtual Private Network), que vão de VPNs baseadas em MPLS até serviços legados, estão de acordo com o mercado empresarial de telecom. De um ponto de vista tecnológico, a maioria dos serviços está migrando para um enquadramento Ethernet. 11

12 Essa tendência faz com seja mandatório para as redes metro/núcleo suportar serviços Ethernet de clientes. Não obstante, muitas redes legadas ainda são baseadas em outros padrões, como SDH e ATM, e elas ainda precisam suportar esses tipos de tecnologia. Uma infra-estrutura de transporte que possa carregar tráfego gerado tanto por acesso móvel quanto fixo é um desafio importante para as redes de transporte do futuro. Aplicações fixas e móveis apresentam requisitos similares de QoS, e podem ser apresentadas em 4 classes diferentes: melhor esforço, streaming, tempo real e transacional. No entanto, as exigências atuais de largura de banda são menores para aplicações móveis do que para aplicações fixas, devido a limitações no acesso à internet banda larga sem fio e também pelo tamanho e resolução das telas dos terminais. 12

13 Redes de Transporte: Packet Transport Networks As tecnologias de pacotes vêm dominando o cenário de redes locais (LAN Local Area Network) por mais de 25 anos, e hoje em dia elas também estão sendo amplamente utilizadas nas redes de transporte, onde muitos serviços de rede são baseados em paradigmas de pacotes. As razões principais desse sucesso são duas: primeiro, a eficiência superior das redes de pacote em aproveitamento de recursos de rede devido à agregação estatística de tráfego baseado em pacotes; segundo, a flexibilidade inerente das redes de pacote que podem suportar uma variedade sem número de aplicações de usuários com alguns poucos serviços fundamentais de rede. No entanto, até agora, o transporte do tráfego de pacotes tem sido feito sobre a tecnologia de comutação por circuito já disponível para telefonia. Um exemplo típico é representado pelo transporte ethernet sobre redes NG-SDH (Next Generation SDH). Essa solução é justificada pela grande disponibilidade de equipamentos SDH em redes de transporte já instaladas, e pelas excelentes funcionalidades de OAM dessa tecnologia. Essas funcionalidades são fundamentais para provisionar serviços de redes de pacotes com a qualidade exigida pela maioria das aplicações de usuários, mas elas não são suportadas pelas tecnologias de pacotes das LANs. Esta situação está mudando rapidamente, pois uma nova geração de tecnologias de rede baseadas em pacote está emergindo. Esses novos cenários combinam a eficiência e a flexibilidade das redes de pacote com as funcionalidades de controle e gerenciamento efetivos das redes baseadas em circuito. Essas novas tecnologias estão sendo chamadas de Packet Transport Technologies (PTTs). Existem propostas para introduzir túneis facilitando ao protocolo Ethernet obter funcionalidades de engenharia de tráfego e transformando-o em uma plataforma orientada à conexão. Esse desenvolvimento está atualmente em processo de padronização pelo IEEE e pelo ITU-T onde ele é conhecido como Provider Backbone Bridge with Traffic Engineering (ou simplesmente PBB-TE). Uma abordagem alternativa que está em padronização no ITU-T e IETF é evoluir as pilhas de protocolos IP/MPLS integrando funções de OAM para redes de transporte de classe de operadora. Essa PTT, conhecida como MPLS-TP (MPLS Transport Profile) inclui funcionalidades tradicionalmente associadas com redes de transporte, como comutação de proteção e funções de operação e manutenção, visando prover um paradigma de operação, controle e gerenciamento comum a outras tecnologias de transporte (ex.: SDH, OTN, WDM). A tendência imposta pelo aumento dramático de tráfego de pacotes e as vantagens óbvias em evoluir as redes comutadas por circuito existentes em redes comutadas por pacote irá fazer das PTTs uma solução viável para construir uma infra-estrutura unificada de transporte. Operadores de rede que já implementaram uma rede NG-SDH para tráfego agregado podem seguir uma linha mais conservadora de migração em suas redes e continuar com soluções de comutação em circuito baseadas em tecnologias ópticas. NG-SDH Nos últimos vinte anos, a tecnologia SDH se estabeleceu como a tecnologia predominante de transporte por fibra óptica nas redes de operadoras. Grande parte de sua adoção é dada pela sua compatibilidade com os serviços mais comumente utilizados até então, entre eles a transmissão de voz, que utiliza predominantemente a abordagem de comutação de circuitos para estabelecimento de conexões. A tecnologia também é altamente padronizada, como definido pelo ITU-T. Num aspecto geral, nenhuma tecnologia tem um nível de maturidade na camada física óptica como o SDH/SONET [3]. 13

14 No entanto, com o nível maior de transmissão de dados e o desenvolvimento da pilha de protocolos TCP/IP, várias falhas da tecnologia SDH vieram à tona destacando sua incapacidade de suportar eficientemente o transporte de dados em pacotes. Isso não foi uma surpresa, já que a tecnologia de pacotes foi criada e desenvolvida em um ambiente diferente (redes locais) e por diferentes instituições de padronização. A solução para mesclar o tráfego de pacotes com o tráfego TDM foi prevista com o desenvolvimento da tecnologia ATM. O ATM é uma tecnologia altamente flexível e amplamente utilizada em redes de provedores de serviços. Suas maiores falhas, no entanto, são o alto custo de implementação, a complexidade tecnológica e as limitações em termos de largura de banda que se tornam plenamente perceptíveis em taxas além de 2,5 Gbits/s. Devido a essas dificuldades outras soluções alternativas surgiram. As dificuldades que se tornaram óbvias com essas soluções alternativas no passado devem-se em grande parte a sua abordagem parcial, já que alguns requisitos nunca foram cumpridos. O mercado oferece alguns equipamentos que são capazes de atender requisitos de transferência em vários níveis, mas tudo depende de quando ele foi desenvolvido e nas preferências dos fabricantes. A falha principal dessas soluções é a falta de padronização, resultando em uma limitação da área de uso, devido a questões de interoperabilidade com outras soluções. As instituições de padronização insistiram em preparar um conjunto de recomendações que ofereceria soluções padronizadas para transmissões multisserviços eficientes através de uma rede SDH. Os sistemas adequados a essas recomendações estão se tornando amplamente estabelecidos no segmento de transporte óptico das redes modernas. O SDH deste modo se transformou no NG-SDH, que permite em teoria a transferência e convivência dos tráfegos TDM e de pacotes, sendo esse último baseado no protocolo IP. As três técnicas mais importantes que facilitam a convergência de serviços em redes NG-SDH são: Generic Framing Procedure (GFP) É um protocolo universal de adaptação de sinais, baseado na recomendação G.7041 do ITU-T. Ele utiliza o mapeamento de tráfego de banda larga para convergir o Ethernet, Fiber Channel ou qualquer outro tipo de dado de pacote para o SDH ou diretamente para uma rede de transmissão óptica utilizando a tecnologia WDM. Comparado com outras tecnologias padronizadas anteriormente, como Packet over SDH, ATM e X.86, assim como tecnologias proprietárias individuais, ele oferece diversas vantagens. O GFP permite encapsulamento de quadros de dados tanto de estrutura fixa quanto variável e garante a interoperabilidade quando são utilizados equipamentos de diferentes fabricantes. Virtual Concatenation (VCAT) O VCAT é uma técnica de multiplexação inversa, desenvolvida através das recomendações G.707/Y.1322 e G.783 do ITU-T. Ela permite o empilhamento de vários canais independentes de baixa velocidade em um único canal de alta velocidade. Utilizando o VCAT, o tráfego de dados é levado em um número de containers paralelos menores que são transportados individualmente através da rede e reassimilados ao chegar ao destino. Cada canal em um Virtual Concatenation Group (VCG) pode estar em diferentes caminhos. A alocação flexível de largura de banda é conseguida através da escolha apropriada do número e tamanho dos containers de dados. O VCAT aumenta a eficiência do transporte de serviço de dados em comparação com um virtual container SDH de largura de banda fixa. Link Capacity Adjustment Scheme (LCAS) 14

15 O LCAS é um esquema de sinalização que segue as recomendações G.7041/Y.1305 do ITU-T, e que permite a dois pontos de um canal VC dinamicamente ajustarem a largura de banda de acordo com requisições vindas do NMS (Network Management System) sem interferir no tráfego. Um engano comum é pensar que o LCAS permite ao SDH ajustar um canal VCAT automaticamente de acordo com a taxa de dados. De fato o NMS precisa enviar um comando para o nó de origem para adicionar/remover um sub-canal de/para o canal VCAT existente. O nó de origem usa comandos LCAS para notificar o nó de destino sobre a adição/remoção do sub-canal. Muitos provedores de serviço com uma grande base de SDH instalada acreditam que conseguem oferecer serviços Ethernet independente de onde ou quando a demanda se originar. Esse serviço é simplesmente um canal SDH com interfaces de acesso Ethernet para usuários através de mapeamento GFP. Com o VCAT, os provedores de serviço podem alocar a largura de banda ideal de acordo com as necessidades do cliente. Adicionalmente, o LCAS oferece proteção para os grupos VCAT além da proteção nativa do SDH. Tudo isso parece ser muito promissor, mas já é conhecida a ineficiência do NG-SDH em oferecer serviços de dados [2]. Ela se divide em duas áreas: Alocação de Banda Inflexível A alocação de largura de banda para um serviço Ethernet em uma rede NG-SDH deve ser um fator integral de um container VC-11/VC-12/VC-3/VC-4. Outra restrição é que os membros do VCG devem ter o mesmo tamanho. Por exemplo, se um cliente começar com um serviço de 100 Mbps utilizando um container concatenado VC-12-46v (46 unidades de um container VC-12, sendo que cada unidade comporta 2,176 Mbps, resultando em 46 * 2,176 = 100,096 Mbps), mas depois quiser aumentar sua largura de banda para 1000 Mbps utilizando um VC-4-7v (cada VC-4 comporta 149,76 Mbps, portanto temos 7 * 149,76 = 1048,32 Mbps), o serviço teria que ser interrompido pois o operador teria que recriar a rota. Isso resulta em interrupção de serviço já que o circuito de baixa ordem (VC-12-46v) deve ser removido e o de alta ordem (VC-4-7v) deve ser adicionado. Superutilização de Largura de Banda para QoS O Acordo de Nível de Serviço (SLA Service Level Agreement) normalmente define a largura de banda, a latência, a variação de latência e as regras de descarte de pacotes. Para garantir a largura de banda contratada, um provedor de serviços teria que provisionar um circuito Ethernet sobre SDH, virtualmente concatenado ou não, levando em consideração as taxas de pico dos serviços de rajada que ele vende para seus clientes. O tráfego de dados trabalha inerentemente em rajadas, e taxas de pico de vários fluxos de tráfego normalmente não ocorrem ao mesmo tempo. Com isso, a média real de utilização em cada um desses circuitos SDH é normalmente uma fração da taxa de pico, o que faz com que a utilização geral da rede seja baixa. Por exemplo, um anel STM-16 pode suportar até duas conexões Gigabit Ethernet (GE) utilizando VCAT. Em contraste, os provedores de serviço Ethernet estão acostumados a utilizar um único anel GE para atender dois clientes GE porque eles sabem que o tráfego mais pesado de ambos os clientes raramente é simultâneo, 15

16 e ambos os clientes irão perceber uma taxa efetiva de 1Gbps. Mesmo quando o tráfego em rajada ocorrer simultaneamente, o Ethernet pode usar funções de controle de fluxo e modelagem de tráfego para evitar a perda de pacotes. E, finalmente, o custo de um anel GE é substancialmente menor do que o de um anel STM-16. PBB-TE O PBB-TE (Provider Backbone Bridges with Traffic Engineering) é uma tecnologia que adapta o protocolo Ethernet para atuar em redes de transporte de classe de operadora. Ele se baseia no princípio da sobreposição de rótulos de VLANs (Virtual LAN) e do encapsulamento MAC-in-MAC definido no padrão original do IEEE 802.1ah (Provider Backbone Bridges PBB), mas difere desse pelo fato de eliminar o mecanismo de flooding, tabelas de encaminhamento dinamicamente criadas e protocolos STP (Spanning Tree Protocol). Comparado ao PBB e seus predecessores, o PBB-TE se comporta de maneira mais previsível e seu comportamento pode ser facilmente controlado pelo operador de rede, ao custo de exigir a configuração da conexão em cada ponte (bridge) ao longo do caminho a ser percorrido pelo tráfego. As funções de OAM do PBB-TE são baseadas no padrão IEEE 802.1ag. Ele foi inicialmente concebido como um protocolo proprietário da empresa Nortel, denominado Provider Backbone Transport (PBT), mas foi padronizado pelo IEEE posteriormente e renomeado para 802.1Qay Provider Backbone Bridges with Traffic Engineering (PBB-TE). As funcionalidades e comportamentos orientados à conexão do PBB-TE, assim como sua abordagem de OAM, são inspirados nas tecnologias SDH/SONET. O PBB-TE também consegue oferecer níveis de proteção de caminho similares aos vistos no esquema de proteção UPSR (Unidirectional Path Switched Ring) em redes SDH/SONET. Histórico Originalmente projetado como um protocolo de comunicação de rede local (LAN), o Ethernet permite aos computadores e nós se interconectarem em uma rede pequena. Mas para expandir seu alcance para a infraestrutura de núcleo, o Ethernet precisaria oferecer garantias de confiabilidade e qualidade de serviço de classe de operadora para milhares de computadores por distâncias metropolitanas, nacionais e até globais, sem afetar sua simplicidade e relação custo-benefício. A nova adição ao padrão IEEE conhecida como Provider Backbone Bridge with Traffic Engineering (PBB-TE), é amplamente reconhecida como a solução classe de operadora para esse problema do Ethernet. Esse padrão é baseado no formato de quadros PBB (definido no padrão IEEE 802.1ah; também conhecido como MAC-in-MAC), no qual um quadro Ethernet existente é encapsulado em outro quadro Ethernet. Essa abordagem permite a separação dos domínios Ethernet de cliente e de operadora enquanto mantém as técnicas de encaminhamento e detecção de erros do Ethernet. Com o crescimento das redes, os switches de núcleo tinham que gerenciar um número maior de endereços MAC em suas tabelas de encaminhamento. Combinado com o número limitado de VLANs, isso aumentou a complexidade das redes. A abordagem PBB 802.1ah propôs o encapsulamento de um quadro Ethernet do cliente em um quadro Ethernet da operadora, completo com seu próprio espaço de endereço MAC, como ilustra a figura 2. Em uma rede PBB, os quadros são comutados de acordo com o endereço MAC do switch de backbone. A vantagem principal dessa abordagem é a completa separação entre os domínios de cliente e de operadora, permitindo que os quadros do cliente sejam transportados de maneira transparente dentro dos quadros da operadora. Isso reduz enormemente a complexidade das tabelas de encaminhamento dos switches, já que as entradas são limitadas às dos switches da rede da operadora. 16

17 Figura 2: Encapsulamento PBB quadro-em-quadro O PBB também introduziu um campo chamado I-Tag, que permite à operadora atribuir parâmetros de QoS e definir um identificador único de cliente (I-SID). Com isso, os fluxos de tráfego possuem um único I-Tag por cliente, e o QoS pode ser realizado por cliente ao invés de ser por VLAN. Além disso, como o I-SID possui um comprimento de 24 bits, podem haver mais de 2 milhões de identificadores de serviço. Princípio de Operação Um serviço é identificado por um I-SID (Backbone Service Instance Identifier) e cada serviço é associado a um tronco PBB-TE. Cada tronco PBB-TE é identificado por um trio formado por B-DA (Bridge Destination Address), B-SA (Bridge Source Address) e B-VID (Bridge VLAN ID). O B-SA e o B-DA identificam as pontes de origem e destino respectivamente, que são os endpoints do tronco. O B-VID é um identificador de VLAN do backbone que é utilizado para distinguir diferentes troncos voltados ao mesmo destino. O sistema de gerenciamento configura os troncos PBB-TE de todas as pontes de borda e de núcleo criando entradas estáticas na tabela de encaminhamento; o sistema de gerenciamento é responsável por garantir que não haverá loops de encaminhamento. As pontes da borda do backbone mapeiam quadros de e para um I-SID e realizam as funções de encapsulamento e desencapsulamento de cabeçalhos MAC. As pontes de núcleo atuam como nós de trânsito. Os pacotes são encaminhados com base no VLAN ID (B-VID) e no endereço MAC de destino (B-DA). Ambas as funções (borda e núcleo) estão ilustradas na figura 3. Figura 3: Pontes de borda (edge) e núcleo (core) 17

18 O encaminhamento é baseado nas entradas estáticas da base de dados de encaminhamento (FDB Forwarding DataBase); o aprendizado dinâmico de endereços MAC não é utilizado. Quaisquer quadros broadcast ou multicast recebidos são descartados ou encapsulados como unicast dentro do tronco. Todos os pacotes de Destination Lookup Failure são descartados ao invés de serem enviados por flooding. Eliminando todo o broadcast e o flood, e utilizando apenas caminhos livres de loops configurados pelo sistema de gerenciamento, não há mais nenhuma necessidade de se utilizar um protocolo spanning-tree. No Ethernet legado, poucos mecanismos existiam para determinar se um link de rede tiver falhado. Essa função era garantida pelo mecanismo de aprendizado do spanning-tree, que era automaticamente realizado em intervalos específicos. Em uma situação onde o link entre dois dispositivos falhava, o processo de aprendizado do spanning-tree iria automaticamente redescobrir a interrupção da rede e eleger novas rotas baseadas em seus novos cálculos. Esses mecanismos interrompem o fluxo do tráfego até os processos de aprendizado e cálculo terminarem, levando tipicamente de 3 a 5 segundos com o RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol). Isso também causa uma seleção arbitrária de rotas. O link mais rápido pode não ser sempre o selecionado, pois apenas o de menor custo o é, o que pode não ser vantajoso para o cliente. No PBB-TE, como o spanning-tree é desabilitado e as rotas são configuradas pelos operadores de rede, a resiliência da rede também se torna um item configurável. A rede pode conter pelo menos dois caminhos, um caminho de trabalho e um caminho de proteção. O caminho de trabalho consiste no caminho principal tomado pelos quadros em operação normal enquanto o caminho de proteção é o caminho reserva no caso do caminho principal falhar. A atribuição de caminhos é baseada no B-VID atribuído aos quadros durante seu encapsulamento no switch de borda. Com isso, o operador de rede deve determinar as VLANs de trabalho e de proteção assim como configurar as rotas que cada VLAN deve tomar na rede. No PBB-TE, a engenharia de tráfego é baseada no controle do encaminhamento dado ao provedor, diferente do Ethernet legado. Ao fornecer o controle do encaminhamento para o provedor, o PBB-TE oferece encaminhamento determinístico; ex.: as rotas são pré-configuradas através de um software de gerenciamento externo [4]. Para o PBB-TE, problemas de caminho são determinados pelo monitoramento de mensagens de checagem de continuidade, do mecanismo de gerenciamento de falhas de conectividade do padrão 802.1ag, que devem ser recebidas em intervalos específicos. No evento de um dispositivo do núcleo ou backbone não receber uma dessas mensagens após um intervalo específico, assume-se que há uma falha no link. Os quadros são então automaticamente encaminhados através do caminho de proteção dentro de 50ms. O tempo de recuperação do PBB-TE está, portanto, dentro da exigência de menos de 50ms das redes de transporte tradicionais, enquanto oferecem caminhos determinísticos e valor agregado para as redes de operadora. Em suma, as principais características do PBB-TE são: Engenharia de tráfego e resiliência; Entrega determinística e segura; Escalabilidade de serviço; Simplicidade operacional; Tunelamento do Ethernet com interoperabilidade total com MPLS; Independência entre as camadas de serviço e transporte os serviços dentro do túnel poderiam ser Ethernet, IP, MPLS pseudowires, ou VPLS. 18

19 IP/MPLS O MPLS foi originalmente desenvolvido pelo IETF para resolver problemas de desempenho de roteadores de núcleo de redes IP. No entanto desde então o MPLS tem visto fortes aplicações nas redes convergentes de núcleo dos provedores de serviço, e como uma plataforma para serviços de dados como o IP-VPN. O MPLS é essencialmente um sistema de rotulamento projetado para acomodar múltiplos protocolos. Label Switched Paths (LSPs) são utilizados para definir os caminhos dos pacotes na rede e com isso um modo orientado à conexão é introduzido em uma rede não orientada à conexão. O uso de rótulos MPLS permite aos roteadores evitar a carga de processamento de ter de verificar intrinsecamente cada pacote e executar funções complexas de busca de rotas com base em endereços IP. A tecnologia MPLS oferece aos clientes uma solução versátil que ajuda significantemente a resolver os problemas que existem nas redes atuais: Velocidade Escalabilidade Gerenciamento de Classe de Serviço e Qualidade de Serviço Engenharia de Tráfego Convergência de Voz, Vídeo e Dados O MPLS surgiu como uma solução inteligente para alcançar os requisitos de largura de banda e de gerenciamento de serviços das redes de backbone de próxima geração baseadas em IP. O MPLS ataca os problemas relacionados à escalabilidade e roteamento, e ele pode ser executado sobre redes ATM e Frame Relay existentes. O MPLS melhora a rede de um cliente oferecendo: Encaminhamento de dados em alta velocidade entre localidades do cliente; A habilidade de criar uma rede parcialmente ou totalmente em malha, comumente descrita como any-to-any, com apenas uma única conexão física e lógica por local; Reserva de largura de banda para aplicações e capacidades de priorização. O MPLS permite que a rede transmita pacotes de dados utilizando protocolos de roteamento IP padrão de qualquer localidade para qualquer localidade através de um caminho curto predeterminado através da rede. O MPLS combina as funcionalidades mais desejáveis das redes de camadas 2 e 3, juntando a velocidade e eficiência de uma rede camada 3 com a segurança e a confiabilidade de uma rede camada 2. Uma funcionalidade chave oferecida por uma rede MPLS é a Classe de Serviço (CoS Class of Service). A CoS permite a definição opcional de exigências de largura de banda e de priorização de tráfego por aplicação. Fazendo com que a rede esteja ciente das aplicações que por ela trafegam, o tráfego pode ser gerenciado de uma maneira apropriada para cada aplicação nele contida. Classes para cada tipo de tráfego podem ser indicadas de várias maneiras a partir do momento que o tráfego entra na rede. Com a função de Fast ReRoute (FRR) do MPLS, uma rede pode implementar comutação de proteção em menos de 50ms. O conjunto de tecnologias IP/MPLS é maduro o suficiente para vários cenários de aplicação. O que o impede de ser o candidato ideal para uma rede de transporte de próxima geração são as 19

20 seguintes características: As tecnologias IP/MPLS são deveras complicadas, e os roteadores IP/MPLS são caros. Para algumas aplicações de rede de transporte, como backhaul móvel (MBH Mobile BackHaul), todos os serviços são transportados de estações rádio-base para uma central, eliminando a necessidade de roteamento complexo. Como os padrões de tráfego são relativamente estáticos, as poderosas funções de roteamento do IP/MPLS são desperdiçadas. Como a maioria das redes de transporte é baseada em SDH, o pessoal responsável pela manutenção da rede está acostumado com os procedimentos de operação e manutenção das redes SDH. O planejamento, operação e manutenção da rede IP/MPLS representaria uma grande curva de aprendizado para esse pessoal, aumentando o custo total de propriedade do provedor de serviços. O IP/MPLS não possui as funções de OAM necessárias para gerenciar serviços de nível de operadora. T-MPLS / MPLS-TP Com a tendência de redes baseadas em pacote em alta, o ITU-T se interessou em adaptar o MPLS para torná-lo classe de operadora, de acordo com os reconhecidos princípios de arquitetura do ITU-T. O resultado foi o Transport MPLS (T-MPLS), uma tecnologia de rede de transporte de pacotes orientada à conexão baseada no MPLS que oferece conexões ponto-a-ponto gerenciadas para redes de diferentes camadas (como por exemplo Ethernet). O T-MPLS, como uma nova formulação do MPLS, foi projetado especificamente para ser aplicado em redes de transporte. Ele é formado por padrões bem conhecidos e pela ampla implementada tecnologia IP/MPLS, mas oferece uma implementação mais simples, onde funcionalidades que não eram relevantes para aplicações orientadas à conexão foram removidas e brechas críticas de funcionalidades de transporte foram sanadas. O T-MPLS está sendo desenvolvido pelo ITU-T desde fevereiro de Ele usa os mesmos princípios arquiteturais de rede em camadas que é utilizado em outras tecnologias como SDH e OTN. Provedores de serviço já possuem processos de gerenciamento e procedimentos de trabalho baseados nesses princípios. Dessa maneira o T-MPLS oferece uma tecnologia confiável de transporte de pacotes que é familiar e também alinhada com as redes de transporte baseadas em circuito. Ou seja, ele suporta os processos de gerenciamento e os procedimentos de trabalho em larga escala já existentes. Adicionalmente, as melhorias chave para o MPLS oferecidas pelo T-MPLS, como LSPs ponto-a-ponto bidirecionais, proteção de LSP fim-a-fim, e suporte avançado a OAM permitem um controle mais abrangente dos recursos da rede de transporte, levando a um gasto menor com despesas operacionais. No entanto, diferente do MPLS, o T-MPLS não suporta um modo não orientado à conexão e visa ser menos abrangente em escopo, menos complexo em operação, e facilmente gerenciado. As funcionalidades de camada 3 foram eliminadas e o plano de controle utiliza um mínimo de mecanismos IP, levando a implementações em equipamentos que condizem com as necessidades dos provedores de serviços de transmissão de pacotes em alto volume com baixo custo em suas arquiteturas de próxima geração. O T-MPLS foi formulado em conjunto com as redes de transporte atuais baseadas em circuito, seguindo os mesmos modelos arquiteturais, gerenciais e operacionais. Partindo disso ele visa oferecer um caminho ideal de evolução para muitos provedores serviços em suas redes de acesso e metro, em direção a um modelo futuro completamente baseado em pacotes. Outra maneira de enxergar o T-MPLS é imaginá-lo como um subconjunto do MPLS estritamente orientado à conexão [2], como explorado nos itens abaixo. 20

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